毛竹入侵闊葉林對(duì)土壤固碳功能菌群落特征的影響及其機(jī)制.pdf

1、毛竹(Phyllostachys pubscens)主要分布在熱帶和亞熱帶地區(qū)，是我國南方重要的筍、材兩用竹，其依靠強(qiáng)大的地下莖（竹鞭）不斷向四周擴(kuò)散。植物入侵潛在改變陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)和土壤微生物群落，土壤自養(yǎng)微生物在固定CO2方面扮演著重要角色;然而毛竹入侵過程中固碳自養(yǎng)微生物群落的變化及其驅(qū)動(dòng)的環(huán)境因子尚不清楚。本文采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR(Real-time PCR，qPCR)、末端限制性片段長度多態(tài)性技術(shù)(T-RFLP)、基因

2、克隆文庫等分子生物學(xué)的方法，研究了浙江天目山和江西廬山自然保護(hù)區(qū)毛竹入侵闊葉林對(duì)土壤固碳功能菌群落特征的影響，并利用冗余分析(Redundancy analysis，RDA)研究影響土壤固碳功能菌群落變異的主要環(huán)境因子，旨在揭示亞熱帶地區(qū)自然保護(hù)區(qū)毛竹入侵地帶性闊葉林對(duì)土壤固碳自養(yǎng)微生物群落特征及其影響機(jī)制。
　　天目山自然保護(hù)區(qū)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)位點(diǎn)（石門洞和進(jìn)山門）的研究結(jié)果均表明，毛竹入侵闊葉林增加土壤cbbL基因數(shù)量和RubisCO

3、酶活性。與常綠闊葉林相比，毛竹入侵闊葉林導(dǎo)致石門洞實(shí)驗(yàn)位點(diǎn)的cbbL基因數(shù)量和RubisCO酶活性分別增加72％和140％;進(jìn)山門實(shí)驗(yàn)位點(diǎn)的cbbL基因數(shù)量和RubisCO酶活性分別增加105％和80％。相關(guān)分析表明，cbbL基因數(shù)量與土壤pH呈顯著正相關(guān)，RubisCO酶活性與有效磷、電導(dǎo)率以及硝態(tài)氮顯著正相關(guān);cbbL基因數(shù)量與RubisCO酶活性呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.80，P=0.016)。多響應(yīng)置換過程分析(Multi-r

4、esponse permutation procedures，MRPP)結(jié)果表明，在石門洞實(shí)驗(yàn)位點(diǎn)混交林與闊葉林之間的固碳自養(yǎng)微生物群落結(jié)構(gòu)差異顯著，而進(jìn)山門毛竹林與混交林群落結(jié)構(gòu)差異性顯著。主坐標(biāo)分析(Principal coordinate analysis，PCoA)和聚類分析(Cluster analysis，UPGMA)均表明研究區(qū)域的位置差異顯著影響固碳自養(yǎng)微生物群落結(jié)構(gòu)，且其效應(yīng)大于毛竹入侵闊葉林造成的林分類型的影響。RD

5、A結(jié)果表明，石門洞實(shí)驗(yàn)位點(diǎn)土壤固碳菌群落結(jié)構(gòu)受土壤pH(P=0.029）、有機(jī)碳(P=0.001）、碳氮比(C/N ratio，P=0.001)、硝態(tài)氮(P=0.011)以及銨態(tài)氮(P=0.035)含量的顯著影響;進(jìn)山門實(shí)驗(yàn)位點(diǎn)則主要受土壤pH、硝態(tài)氮以及速效鉀的影響，且只有速效鉀(P=0.043)的影響達(dá)到顯著性水平。多元回歸樹分析(Multivariate Regression Tree，MRT)表明土壤易氧化碳含量是土壤固碳微生物

6、數(shù)量、多樣性以及群落結(jié)構(gòu)地理變異的主要因素。本研究區(qū)域的自養(yǎng)菌群優(yōu)勢(shì)菌種為根瘤菌(Rhizobiales)，諸如芽生綠菌屬(Blastochloris viridis)，Starkeya novella,and Bradyrhizobium sp.等
　　廬山自然保護(hù)區(qū)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)位點(diǎn)（黃龍寺和碧云庵）的研究結(jié)果表明，不同林分土壤cbbL基因豐度和RubisCO酶活性變化因地理位置而異。黃龍寺實(shí)驗(yàn)位點(diǎn)的混交林cbbL基因豐度顯著高于毛

7、竹林，而RubisCO酶活性則顯著低于毛竹純林和闊葉林;碧云庵實(shí)驗(yàn)位點(diǎn)混交林cbbL基因豐度顯著高于闊葉林和毛竹純林;且碧云庵三種林分的cbbL基因數(shù)量和RubisCO酶活性均高于黃龍寺。相關(guān)分析表明:cbbL基因數(shù)量與硝態(tài)氮(r=-0.612，P＜0.01)和堿解氮(r=-0.348，P=0.026)均呈顯著負(fù)相關(guān);RubisCO酶活性與易氧化碳(ROC)含量呈負(fù)相關(guān)(r=-0.314，P=0.046)。MRPP和非度量多維尺度分析(

8、Non-metric multi-dimensional scaling，NMDS)結(jié)果均表明，碧云庵三種林分彼此之間固碳菌群落結(jié)構(gòu)差異顯著，而黃龍寺樣品則沒有規(guī)律。RDA結(jié)果表明黃龍寺固碳菌群落結(jié)構(gòu)受有效磷(P=0.001)、pH(P=0.002)以及有機(jī)碳(P=0.002)含量的影響，碧云庵固碳菌群落結(jié)構(gòu)除上述因素外，還受全氮(P=0.029)和電導(dǎo)率(P=0.024)的影響。多元回歸樹分析(multivariate regress

9、ion tree，MRT)表明土壤硝態(tài)氮含量是土壤固碳微生物數(shù)量、多樣性變異的主要因素?；蚩寺∥膸旆治霰砻鳎狙芯繀^(qū)域的自養(yǎng)菌群優(yōu)勢(shì)菌種為根瘤菌(Rhizobiales)，諸如慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）、華癸中生根瘤菌(Mesorhizobium)、以及Devosia sp.等，此外還有發(fā)現(xiàn)的少量硝化細(xì)菌(Nitrobacter)和固氮螺菌屬(Azospirillum)等。
　　固碳自養(yǎng)微生物的種群及分布在廬山和