晋西北丘陵风沙区人工林对土壤微生物群落的影响

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晋西北丘陵风沙区是中国北方地区水土流失最为严重的地区之一,也是环京津唐地区人工固沙植被种植和绿色生态屏障建设的重要区域。为防风固沙和保持水土,该区域种植了大量的人工林。通过多年坚持不懈的人工林建设,晋西北地区的生态得到了较大改善。细菌和真菌群落在干旱、半干旱地区生态系统恢复重建、植被群落结构功能及其多样性方面扮演着非常重要的角色。然而随着人工固沙植被的发展,目前关于晋西北地区细菌和真菌群落随着植被林龄序列的长期演替以及不同人工林对土壤细菌和真菌群落结构的影响尚不完全清楚。在本研究中,我们调查了晋西北丘陵风沙区人工柠条林下土壤细菌和真菌群落沿着50年(6、12、18、40和50 a)林龄序列的的演替,并对5种主要不同人工林(柠条、毛白杨、小叶杨、旱柳、油松)下的土壤细菌和真菌群落特征进行了对比分析,以及优势物种与关键土壤环境因子之间的关系。结果表明:(1)在人工柠条林中,细菌和真菌群落的多样性(α-和β-多样性)受植被林龄的显著影响;再者,真菌群落的变化比细菌群落更加明显。在0-10 cm深度,细菌和真菌群落的α-多样性(ACE和Chao1指数)在12年时显著高于其他年份(P<0.05);然而,在10-20 cm深度,α-多样性在后期恢复阶段(40–50 a)达到了最高值。Beta多样性表现出了与alpha多样性一致的变化模式。在0-10 cm和10-20 cm深度,各组间细菌群落的beta多样性分别在12 a和40 a人工林达到峰值。各组间真菌群落差异分别在18 a和12 a人工林达到峰值。在5种不同人工林下,细菌和真菌群落的alpha多样性:ACE、Chao1和Shannon指数整体表现为人工柠条林地显著高于其他4种人工林地(P<0.05),具体表现为:柠条>旱柳、油松>小叶杨、毛白杨。柠条林地与其他四种人工林地间的beta多样性差异较大,小叶杨、旱柳和油松三者之间的beta多样性差异较小。(2)在人工柠条林中,土壤细菌群落优势物种组成没有受植被林龄的显著影响;然而,土壤真菌群落优势物种组成受植被林龄显著影响。在属水平,Mortierella和Chaetomium是自然恢复阶段(0 a)的优势真菌属;Inocybe是早期恢复阶段(6-12 a)的优势菌属;Inocybe和Mortierella是中期恢复阶段(12-40 a)的优势菌属;而Mortierella,Cladosporium和Humicola是后期恢复阶段(40-50 a)的优势菌属。在5种不同人工林下,细菌群落优势菌群组成没有显著差异,优势菌属为:鞘鞍醇单胞菌属、Uncultured_c_Subgroup_6、Uncultured_f_Gemmatimonadaceae和RB41。而真菌群落的优势菌群组成在5种不同人工林下存在显著差异(P<0.05)。在属水平,柠条林地主要由丝盖伞属、被孢霉属、枝孢菌属组成;毛白杨、旱柳样地为丝盖伞属、丝膜菌属、青霉属;小叶杨样地为丝盖伞属、丝膜菌属、棉革菌属;油松样地为丝盖伞属、口蘑属、棉革菌属。(3)通过冗余分析发现,在人工柠条林下,土壤中的β-葡萄糖苷酶、土壤全氮、有机质与细菌群落组成关系密切,而碱性磷酸酶、脲酶、全氮则与与真菌群落关系密切。全磷、有机质和脲酶与5种人工林下的细菌群落构成关系密切,而全氮、有机质、脲酶则对真菌群落构成影响最大。这表明酶活性和土壤养分是微生物优势属种组成的重要影响因子。(4)在人工柠条林中,40-50年时病理微生物(Cladosporium和Humicola)成为了优势种,这可能会影响柠条植物的生长,导致人工柠条林衰退。这也表明晋西北地区长期单一地种植同一种植物,在种植的后期阶段容易导致病理微生物的增加。在5种不同人工林下,有益微生物(丝盖伞属、被孢霉属、毛壳菌属)的相对丰度表现为:油松>柠条>小叶杨>旱柳>毛白杨。从微生物群落组成、多样性及其土壤肥力角度综合考虑,该地区最适合种植的植物为柠条,其次为旱柳和油松,再次为毛白杨和小叶杨。
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