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榆林沙区典型林地不同植被类型对土壤微生物群落结构的影响

王岳 丁国栋 刘梦婕 高广磊 于明含 李旭

王 岳, 丁国栋, 刘梦婕, 高广磊, 于明含, 李 旭. 榆林沙区典型林地不同植被类型对土壤微生物群落结构的影响[J]. 土壤通报, 2022, 53(4): 907 − 918 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021120502
引用本文: 王 岳, 丁国栋, 刘梦婕, 高广磊, 于明含, 李 旭. 榆林沙区典型林地不同植被类型对土壤微生物群落结构的影响[J]. 土壤通报, 2022, 53(4): 907 − 918 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021120502
WANG Yue, DING Guo-dong, LIU Meng-jie, GAO Guang-lei, YU Ming-han, LI Xu. Influence of Different Vegetation Types on Soil Microbial Characteristics of Typical Forest Land in Yulin Sandy Area[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2022, 53(4): 907 − 918 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021120502
Citation: WANG Yue, DING Guo-dong, LIU Meng-jie, GAO Guang-lei, YU Ming-han, LI Xu. Influence of Different Vegetation Types on Soil Microbial Characteristics of Typical Forest Land in Yulin Sandy Area[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2022, 53(4): 907 − 918 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021120502

榆林沙区典型林地不同植被类型对土壤微生物群落结构的影响

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021120502
基金项目: 祖国北疆资源利用与环境保护协调发展院士专家工作站开放课题(2021NCDYSZJGZZ-019),内蒙古自然科学基金项目(NO.2020BS03001)和国家自然基金项目(No. 42061069)资助
详细信息
    作者简介:

    王岳:王 岳(1989−),男,内蒙古呼和浩特人,博士,讲师,主要从事沙地土壤特征研究。E-mail: wyue@imufe.edu.cn

    通讯作者:

    E-mail: dingguodong@bjfu.edu.cn

  • 中图分类号: S182

Influence of Different Vegetation Types on Soil Microbial Characteristics of Typical Forest Land in Yulin Sandy Area

  • 摘要:   目的  掌握榆林沙区典型林地土壤微生物特征,明确地上植被对土壤微生物群落结构的影响。  方法  采集榆林沙区四种林分类型土壤,分析其土壤微生物群落结构。  结果  测序共产生有效操作分类单元(OTU)15,509个,各林分间OTU及各类多样性指数没有显著性差异。优势菌种及其丰度土层间变化较大,但林分间优势细菌种一致,丰度排名前五的分别是变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和绿弯菌门(Chloroflexi);樟子松、油松林下土壤中,酸杆菌门所占比例最大、分别达到22.32%和29.02%,而在沙柳和小叶锦鸡儿林下土壤中,变形菌门又成为优势菌,比例占到27.64%和28.51%。变形菌门和放线菌门在灌木林土壤中所占比例要高于乔木。  结论  虽然各优势种丰度在林分间略有差别,但差异不显著(P < 0.05)。说明在一定区域内微生物群落结构复杂程度是受土壤本底的影响,不同季节或者土壤温度、湿度的变化对微生物群落结构的影响在一段时间后消除,群落结构归于稳定。
  • 图  1  毛乌素沙地及榆林沙区相对位置(赵媛媛等,2017)

    Figure  1.  Location of Yulin and Mu Us sandland

    图  2  稀释曲线和香农-维纳曲线

    SL:沙柳,XJ:小叶锦鸡儿,ZZS:樟子松,YS:油松;1:0 ~ 10 cm,2:10 ~ 20 cm,3:20 ~ 40 cm;

    Figure  2.  Rarefaction and Shannon-Wiener curves of samples

    图  3  物种累计曲线

    Figure  3.  Species cumulative curve

    图  4  Chao1指数和谱系多样性指数

    SL:沙柳,XJ:小叶锦鸡儿,ZZS:樟子松,YS:油松;1:0 ~ 10 cm,2:10 ~ 20 cm,3: 20 ~ 40 cm;

    Figure  4.  Chao1 index and phylogenetic diversity of samples and different vegetations

    图  5  加权UniFrac距离的聚类热图

    SL:沙柳 XJ:小叶锦鸡儿 ZZS:樟子松 YS:油松;1: 0 ~ 10 cm,2: 10 ~ 20 cm,3: 20 ~ 40 cm

    Figure  5.  Weighted UniFrac distance heatmap

    图  6  门水平下细菌分布

    SL:沙柳 XJ:小叶锦鸡儿 ZZS:樟子松 YS:油松;A:樟子松 B: 小叶锦鸡儿 C:沙柳 D:油松

    Figure  6.  Bacterial distribution based on phylum-level taxonomy

    7  门水平细菌丰度饼图

    注:SL:沙柳,XJ:小叶锦鸡儿,ZZS:樟子松,YS:油松;1:0 ~ 10 cm,2:10 ~ 20 cm,3:20 ~ 40 cm;

    7.  Pie of soil bacterial abundance based on Phylum-level

    表  1  实验样地植株参数调查

    Table  1.   Parameters of experimental plots

    林分类型
    Vegetation type
    样地编号
    Plot No
    面积
    Area
    坡向
    Aspect
    坡度(℃)
    Slope
    林分密度(N hm−2)
    Density
    郁闭度(%)
    Coverage
    平均株高(m)
    Height
    平均胸径(cm)
    Diameter
    樟子松 ZZS1 20 × 20 m 西北 6 975 71 14.40 ± 3.36 16.33 ± 5.05
    ZZS2 20 × 20 m 9 1050 70 13.94 ± 1.71 10.80 ± 2.86
    ZZS2 20 × 20 m 7 1025 76 14.28 ± 1.33 12.51 ± 2.37
    油松 YS1 20 × 20 m 3 850 82 6.60 ± 0.81 12.32 ± 3.11
    YS2 20 × 20 m 东北 4 950 69 6.20 ± 0.57 13.91 ± 1.52
    YS3 20 × 20 m 3 1025 73 5.94 ± 0.63 11.74 ± 2.20
    小叶锦鸡儿 XJ1 10 × 10 m 2 61 1.77 ± 0.21
    XJ2 10 × 10 m 1 50 1.49 ± 0.18
    XJ3 10 × 10 m 2 55 1.91 ± 0.27
    沙柳 SL1 10 × 10 m 1 88 2.55 ± 0.45
    SL2 10 × 10 m 1 73 2.71 ± 0.39
    SL3 10 × 10 m 3 75 2.26 ± 0.31
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    表  2  样品操作分类单元(OTU)统计

    Table  2.   OTU statistics of sample

    样品号
    Samples No
    最终标记
    Sequence
    操作分类单元
    OTUs
    沙柳 0 ~ 10 cm 35,638 5,663
    沙柳 10 ~ 20 cm 34,153 4,315
    沙柳 20 ~ 40 cm 42,241 3,928
    小叶锦鸡儿 0 ~ 10 cm 26,986 4,888
    小叶锦鸡儿 10 ~ 20 cm 31,517 4,332
    小叶锦鸡儿 20 ~ 40 cm 32,073 2,791
    油松 0 ~ 10 cm 40,802 5,557
    油松 10 ~ 20 cm 31,606 4,290
    油松 20 ~ 40 cm 29,581 3,269
    樟子松 0 ~ 10 cm 42,957 6,491
    樟子松 10 ~ 20 cm 32,182 4,056
    樟子松 20 ~ 40 cm 34,398 4,561
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    表  3  样品Alpha多样性

    Table  3.   Alpha-diversity of sample

    土样
    Sample
    Chao1 多样性指数
    Chao1 diversity
    覆盖率
    Good’s coverage
    观察物种
    Species
    香农-维纳指数
    Shannon-Wiener
    沙柳 0 ~ 10 cm 8493.142 0.907 4971 10.297
    樟子松 0 ~ 10 cm 8265.922 0.905 5186 10.282
    小叶锦鸡儿 0 ~ 10 cm 7896.818 0.910 4888 10.190
    油松 0 ~ 10 cm 7643.797 0.916 4596 10.215
    樟子松 20 ~ 40 cm 7401.609 0.921 4008 9.294
    小叶锦鸡儿 10 ~ 20 cm 6912.480 0.925 4008 9.213
    樟子松 10 ~ 20 cm 6841.950 0.928 3704 9.067
    油松 10 ~ 20 cm 6486.636 0.931 3979 9.696
    沙柳 10 ~ 20 cm 5960.680 0.936 3902 9.718
    沙柳 20 ~ 40 cm 4616.289 0.951 3263 8.228
    油松 20 ~ 40 cm 4562.760 0.952 3142 8.763
    小叶锦鸡儿 20 ~ 40 cm 3582.637 0.963 2612 7.666
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    表  4  不同林分微生物Alpha多样性指数

    Table  4.   Sample Alpha-diversity of different vegetations

    林分
    Vegetation type
    Chao1多样性指数
    Chao1 diversity
    覆盖率
    Good’s coverage
    香农维纳指数
    Shannon-Wiener
    操作分类单元
    OTUs
    樟子松 P. sylvestris 7503.160 ± 414.189 a 0.918 ± 0.007 a 9.48 ± 0.37 a 5036 ± 742 a
    小叶锦鸡儿 C. microphylla 6130.645 ± 1305.308 a 0.933 ± 0.016 a 8.68 ± 0.73 a 4004 ± 627 a
    沙柳 S. cheilophila. 6356.704 ± 1136.533 a 0.931 ± 0.013 a 9.12 ± 0.61 a 4635 ± 526 a
    油松 P. tabulaeformis, 6231.064 ± 898.552 a 0.933 ± 0.010 a 9.25 ± 0.42 a 4372 ± 662 a
    注:同列不同字母间差异显著
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    表  5  加权后样本间UniFrac距离矩阵

    Table  5.   Weighted unifrac distance matrix

    XJ1ZZS1YS2YS3SL3XJ3YS1SL1ZZS2ZZS3SL2XJ2
    XJ1 0.000
    ZZS1 0.381 0.000
    YS2 0.272 0.282 0.000
    YS3 0.317 0.339 0.140 0.000
    SL3 0.349 0.368 0.195 0.126 0.000
    XJ3 0.352 0.404 0.229 0.153 0.086 0.000
    YS1 0.139 0.412 0.281 0.333 0.371 0.370 0.000
    SL1 0.239 0.233 0.205 0.273 0.297 0.339 0.283 0.000
    ZZS2 0.380 0.282 0.248 0.275 0.319 0.354 0.408 0.233 0.000
    ZZS3 0.272 0.313 0.133 0.142 0.206 0.230 0.298 0.236 0.224 0.000
    SL2 0.366 0.238 0.221 0.257 0.279 0.325 0.403 0.186 0.166 0.238 0.000
    XJ2 0.284 0.293 0.122 0.123 0.164 0.193 0.316 0.209 0.251 0.115 0.221 0.000
    注:SL:沙柳,XJ:小叶锦鸡儿,ZZS:樟子松,YS:油松;1:0 ~ 10 cm,2:10 ~ 20 cm,3:20 ~ 40 cm;
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    表  6  基于门水平不同林分土壤微生物之间的Metastats分析

    Table  6.   Metastats analysis of soil bacterial abundance based on Phylum-level

    林分
    Vegetation type
    菌种
    Bacterial
    平均相对丰度
    abundance
    P
    P value
    组1
    Group 1
    组2
    Group 2
    小叶锦鸡儿(组1)—樟子松(组2) 变形菌门 0.259 ± 0.045 0.202 ± 0.033 0.346
    放线菌门 0.229 ± 0.063 0.174 ± 0.028 0.459
    酸杆菌门 0.147 ± 0.019 0.229 ± 0.046 0.141
    厚壁菌门 0.185 ± 0.091 0.140 ± 0.086 0.760
    绿弯菌门 0.065 ± 0.026 0.121 ± 0.021 0.132
    沙柳(组1)—樟子松(组2) 变形菌门 0.275 ± 0.049 0.202 ± 0.033 0.259
    放线菌门 0.242 ± 0.056 0.174 ± 0.028 0.331
    酸杆菌门 0.140 ± 0.025 0.229 ± 0.046 0.121
    厚壁菌门 0.117 ± 0.063 0.140 ± 0.086 0.848
    绿弯菌门 0.083 ± 0.029 0.121 ± 0.021 0.335
    沙柳(组1)—小叶锦鸡儿(组2) 变形菌门 0.275 ± 0.049 0.259 ± 0.045 0.779
    放线菌门 0.242 ± 0.056 0.229 ± 0.063 0.849
    酸杆菌门 0.140 ± 0.025 0.147 ± 0.019 0.796
    厚壁菌门 0.117 ± 0.063 0.185 ± 0.091 0.550
    绿弯菌门 0.083 ± 0.029 0.065 ± 0.026 0.673
    油松(组1)—樟子松(组2) 变形菌门 0.143 ± 0.020 0.202 ± 0.033 0.209
    放线菌门 0.225 ± 0.048 0.174 ± 0.028 0.398
    酸杆菌门 0.276 ± 0.084 0.229 ± 0.046 0.657
    厚壁菌门 0.066 ± 0.043 0.140 ± 0.086 0.502
    绿弯菌门 0.152 ± 0.036 0.121 ± 0.021 0.517
    油松(组1)—小叶锦鸡儿(组2) 变形菌门 0.143 ± 0.020 0.259 ± 0.045 0.059
    放线菌门 0.225 ± 0.048 0.229 ± 0.063 0.952
    酸杆菌门 0.276 ± 0.084 0.147 ± 0.019 0.186
    厚壁菌门 0.066 ± 0.043 0.185 ± 0.091 0.267
    绿弯菌门 0.152 ± 0.036 0.065 ± 0.026 0.100
    油松(组1)—沙柳(组2) 变形菌门 0.143 ± 0.020 0.275 ± 0.049 0.050
    放线菌门 0.225 ± 0.048 0.242 ± 0.056 0.853
    酸杆菌门 0.276 ± 0.084 0.140 ± 0.025 0.187
    厚壁菌门 0.066 ± 0.043 0.117 ± 0.063 0.563
    绿弯菌门 0.152 ± 0.036 0.083 ± 0.029 0.204
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-22
  • 录用日期:  2022-03-20
  • 修回日期:  2022-03-15
  • 刊出日期:  2022-06-17

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