王家楠,蔣勇軍,賀秋芳,范佳鑫,何瑞亮,吳 超

西南大學地理科學學院,巖溶環(huán)境重慶市重點實驗室, 重慶 400715

隨著國民經(jīng)濟發(fā)展和各地交通設施完善,大型隧道工程建設逐年增多,給交通發(fā)展和經(jīng)濟增長帶來新機遇的同時,也給當?shù)厣鷳B(tài)、水文和地質(zhì)環(huán)境帶來挑戰(zhàn)。截至2017年底,全國修建公路隧道共計16229處、總長度約15285.1 km,其中大型隧道有902處、長度約4013.2 km[1]。但是,在隧道開挖和運營過程中,地下水經(jīng)隧道漏失,地下水位下降[2- 3],進而導致地表儲水量減少乃至表層泉干涸,此類環(huán)境影響普遍存在于隧道建設區(qū)[4]。首爾市隧道建設后,地下水年排放量6300萬m3,地下水位從1996年的16.85 m下降到2003年的20.40 m[5]；重慶市中梁山隧道建設造成29處地表塌陷、48個泉點干枯[6],地表水受影響區(qū)面積約7.2 km2,嚴重危及當?shù)鼐用裆詈蜕a(chǎn)用水[7]。與此同時,地表、地下水的減少引起當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)供水不足,土壤性質(zhì)和植物生長狀況隨之發(fā)生惡化。位于湖南省邵陽市與懷化市交界處的雪峰山隧道建設后,受地下水漏失的影響,隧道影響區(qū)上覆地表土壤含水率降低,土壤成分(速效鉀、硝態(tài)氮、有機質(zhì)等)含量小于未受隧道影響區(qū),土壤質(zhì)量下降[8]；重慶中梁山隧道影響區(qū)樹木年輪寬度持續(xù)減少[9],優(yōu)勢植物個體(馬尾松、杉木等)因水分缺失生長速度出現(xiàn)不同程度地衰退[10- 11]。此外,隧道建設對水循環(huán)的顯著影響也將進一步改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其功能。土壤微生物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,其變化對整個生態(tài)系統(tǒng)影響巨大[12],但是與顯著可見的植被變化相比,土壤微生物群落的變化常不為人知。

土壤微生物在調(diào)節(jié)土壤元素循環(huán)、維持土壤肥力和保障植物養(yǎng)分有效性等方面發(fā)揮重要作用[13- 14],對土壤環(huán)境的變化較為敏感。土壤水分、營養(yǎng)元素等理化性質(zhì)和環(huán)境因素發(fā)生改變時,通常會導致土壤微生物群落組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大的變化[15- 16]。干旱和半干旱區(qū)的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化研究表明,土壤含水率變化影響著擬桿菌門和芽單胞菌門的相對豐度[17],土壤中放線菌門對土壤含水率的響應最快(土壤含水率越低,放線菌門相對豐度越高),疣微菌門則相反(土壤含水率越低,疣微菌門相對豐度越低)[18]。同時土壤含水率的變化常與土壤pH具有協(xié)同效應,土壤pH的升高與土壤微生物群落中Gamma-變形菌門、綠彎菌門和硝化螺旋菌門的相對豐度呈顯著正相關(guān),而與Alpha-變形菌門、裝甲菌門和纖維桿菌門呈負相關(guān)[19]。土壤含水率降低也可能引起土壤養(yǎng)分(有機質(zhì)、硝態(tài)氮、總磷、有效磷、速效鉀等)改變,從而帶來土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化[14],如貧營養(yǎng)環(huán)境對土壤樣品中酸桿菌門具有選擇性作用[20]。已有研究表明,土壤含水率和理化性質(zhì)的改變將影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化,從而影響土壤物質(zhì)循環(huán),擾動地上過程,引起生態(tài)系統(tǒng)功能改變[21]。但是,隧道建設引起地下水漏失帶來的土壤環(huán)境變化,以及土壤環(huán)境變化對隧道影響區(qū)上覆土壤微生物群落結(jié)構(gòu)帶來的影響尚未見詳細報道。

由于巖溶區(qū)存在地上-地下雙層水循環(huán)系統(tǒng)[22- 23],土壤厚度薄,隧道建設后巖溶槽谷區(qū)地下水運移管道被打破,地表水漏失嚴重,進而可能會導致土壤理化性質(zhì)及微生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生改變,打破當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境平衡?；牟莸厥顷懙厣鷳B(tài)系統(tǒng)對氣候變化反饋的重要組成部分,在調(diào)節(jié)土壤碳庫的年際變化上發(fā)揮重要作用[24],且荒草地受人為干擾較少,土壤環(huán)境較為穩(wěn)定,因此了解荒草地土壤微生物群落對于解釋和預測環(huán)境變化至關(guān)重要。本研究對中梁山龍鳳槽谷(隧道影響區(qū))和龍車槽谷(無隧道影響區(qū))的典型荒草地進行采樣,通過對比土壤理化性質(zhì)(土壤pH、有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、有效磷、全氮、全鉀、全磷、容重、土壤含水率)分析隧道建設對土壤環(huán)境的影響,通過16S rDNA高通量測序比較兩個槽谷的土壤微生物群落組成差異揭示土壤微生物群落對隧道建設的響應模式,為巖溶槽谷區(qū)土壤微生物多樣性提供基礎數(shù)據(jù),為減少隧道建設對生態(tài)環(huán)境的負面效應提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

龍鳳、龍車巖溶槽谷區(qū)(圖1)位于重慶市北碚區(qū)中梁山觀音峽背斜(29°39′—29°49′N,106°22′—106°29′E),發(fā)育于三疊紀嘉陵江組的巖溶角礫巖白云質(zhì)灰?guī)r中,屬于川東平行嶺谷華鎣山帚狀褶皺束南沿部分,呈現(xiàn)出“一山三嶺兩槽”的“筆架”式地形。背斜核部地層為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(Tlf),向兩翼逐漸過渡為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)、三疊系中統(tǒng)雷口坡組(T2l)和三疊系上統(tǒng)須家河組(T3xj)。槽谷區(qū)總面積38 km2,受亞熱帶季風影響,年均溫18℃,年均降雨量1200 mm,土壤主要為巖溶區(qū)典型棕黃壤,土層厚薄不均。

1999—2018年輕軌和重慶內(nèi)、外環(huán)高速建設期間,三條大型隧道穿越觀音峽背斜連通重慶北部區(qū)縣：軌道交通6號線中梁山隧道(2010年10月開工—2013年8月貫通)長度為4554 m；G75渝武高速北碚隧道(1999年6月開工—2001年12月貫通)左洞長4025.5 m、右洞長4045 m；G5001繞城高速施家梁隧道(2006年4月開工—2008年6月貫通)左洞長4303 m、右洞長4267.5 m。三條隧道通過雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關(guān)組灰?guī)r時地下水涌出,并從隧道口排出地表,影響巖溶含水層。其中,龍鳳槽谷區(qū)總面積約11.7 km2,形成一個相對獨立的水文地質(zhì)單元,三條大型隧道從其下穿過,地下水文流場受隧道建設影響,出現(xiàn)泉眼斷流、水井水位逐漸降低甚至完全消失等現(xiàn)象；而南部另一個相對獨立的水文地質(zhì)單元即龍車槽谷,總面積約26.8 km2,作為對照區(qū),不受隧道建設的影響。

圖1 重慶中梁山地質(zhì)簡圖和采樣點分布圖Fig.1 Geological profile and sampling sites distribution at Zhongliang Mountain, Chongqing

2 研究方法

2.1 樣品采集

本研究于2017年11月在龍鳳槽谷區(qū)選取6個隧道影響區(qū)典型荒草地樣地(T1—T6),在龍車槽谷區(qū)對照選取6個無隧道影響區(qū)典型荒草地樣地(U7—U12)(圖1)。使用梅花5點法分兩層(0—20 cm、20—40 cm)采集土壤樣品,其中隧道影響區(qū)和無隧道影響區(qū)土壤樣品各11個(T1、U7缺失20—40 cm深度的土壤樣品)。各樣點采集土樣三份,剔除根系和石塊等雜質(zhì),一份儲藏在冰箱(-20℃)中用作土壤DNA的提取；一份測試土壤容重；一份土樣用來測試土壤含水率(帶回實驗室后24小時內(nèi)測定),余下的土樣放置在陰涼干燥的地方自然風干后測定土壤理化性質(zhì)。

2.2 室內(nèi)實驗

(1)土壤理化性質(zhì)測定

(2)土壤微生物樣品16S rDNA高通量測序

另一份土壤樣品自然解凍后稱取0.5 g,使用FastDNA? SPIN Kit for Soil試劑盒(MP Biomedicals,Santa Ana,CA,USA)提取DNA。測序使用illuminaMiseq平臺,利用細菌通用引物338F(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA- 3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT- 3′)測定V3—V4區(qū)域。PCR正式試驗采用TransGen AP221-02：TransStartFastpfu DNA Polymerase,20 μL反應體系。PCR擴增條件為：95℃ 3 min；95℃ 30 s,55℃ 30 s,72℃ 45 s,27個循環(huán)；72℃ 10 min。全部樣本按照正式實驗條件進行,將同一樣本的PCR產(chǎn)物混合后用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測,使用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒(AXYGE公司)切膠回收PCR產(chǎn)物,Tris_HCl洗脫；2%瓊脂糖電泳檢測。參照電泳初步定量結(jié)果,將PCR產(chǎn)物用QuantiFluorTM-ST藍色熒光定量系統(tǒng)(Promega公司)進行檢測定量,之后按照每個樣本的測序量要求,進行相應比例的混合。將相似性97%以上的DNA序列聚類(cluster)歸為許多小組,一個小組為一個OTU,對97%相似水平下的OTU進行生物信息統(tǒng)計分析。土壤總DNA提取在西南大學地理科學學院巖溶環(huán)境重慶市重點實驗室完成,16S rDNA高通量測序送樣至上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司完成。

2.3 數(shù)據(jù)分析

通過統(tǒng)計分析軟件SPSS 24.0進行t檢驗,對比分析隧道影響區(qū)、無隧道影響區(qū)土壤理化性質(zhì)差異。土壤微生物群落Alpha多樣性選用Sobs指數(shù)和香農(nóng)維納指數(shù)(Shannon Wiener)進行估算,Sobs是用來估算樣品中所含OTU數(shù)目的指數(shù),在生態(tài)學中常用來統(tǒng)計物種總數(shù)；香農(nóng)維納指數(shù)反映樣品中微生物多樣性,Shannon值越大,說明群落多樣性越高。土壤微生物群落Beta多樣性選用PCoA分析(Principal co-ordinates analysis)即主坐標分析,用來研究樣本群落組成的相似性或差異性。Wilcoxon檢驗用于分析兩組樣品中微生物群落結(jié)構(gòu)差異。通過VIF分析(Variance inflation factor,方差膨脹因子)進行環(huán)境因子篩選,多次過濾掉VIF大于10、保留自相關(guān)作用較小的環(huán)境因子后進行RDA/CCA分析,進而檢測環(huán)境因子、樣本、菌群三者間的關(guān)系或者兩兩之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)分析在上海美吉公司Majorbio高通量數(shù)據(jù)分析云平臺完成,利用Adobe Illustrator CS6進行繪制作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 荒草地土壤理化性質(zhì)分析

如表1所示,隧道影響區(qū)荒草地土壤pH、容重和有效磷大于無隧道影響區(qū),兩組樣品中土壤pH存在顯著性差異(P<0.05)。而無隧道影響區(qū)土壤含水率、堿解氮、全氮、有機質(zhì)、全磷、全鉀和速效鉀大于隧道影響區(qū),兩組樣品之間土壤含水率(P<0.05)、全鉀(P<0.05)、速效鉀(P=0.001)、全磷(P<0.01)存在顯著差異。

表1 中梁山荒草地隧道影響區(qū)與無隧道影響區(qū)土壤理化性質(zhì)(均值)

Table 1 Soil physiochemical characteristics of tunneling affected and unaffected grassland at Zhongliang Mountain, Chongqing(on average)

統(tǒng)計項目 Statistical item隧道影響區(qū)Tunneling affected valley無隧道影響區(qū)Tunneling unaffected valley顯著性水平P value土壤含水率 Soil water content/%24.22±3.3330.72±6.610.015pH7.90±0.297.49±0.640.026有機質(zhì) Organic matter/(g/kg)19.00±7.8220.61±10.090.644容重 Bulk density/(g/cm3)1.33±0.081.25±0.060.090全氮 Total nitrogen/(mg/kg)1416.04±406.501496.27±489.100.576堿解氮 Alkali-hydrolyzable nitrogen/(mg/kg)153.02±63.99157.98±101.530.875全磷 Total phosphorus/(mg/kg)477.51±163.34581.51±211.700.007有效磷 Available phosphorus/(mg/kg)12.87±12.429.25±7.560.120全鉀 Total potassium/(g/kg)29.12±3.1532.53±3.500.013速效鉀 Available potassium/(mg/kg)112.45±17.82151.09±44.130.001

3.2 微生物群落組成和多樣性分析

對樣本的16S rDNA測序數(shù)據(jù)進行隨機抽平,消除由于樣本間總序列數(shù)不等而造成的群落結(jié)構(gòu)差異(圖2)。采用抽樣序列數(shù)與它們所代表的OTU數(shù)目構(gòu)建稀疏曲線,可以看出稀疏曲線均趨于平緩,表明測序數(shù)據(jù)合理。兩組樣品的文庫覆蓋度均大于98%,表明本次測序結(jié)果獲得的序列能夠代表不同采樣點土壤中的絕大多數(shù)微生物,可以反映樣本中微生物的真實情況。微生物群落多樣性指數(shù)結(jié)果表明,隧道影響區(qū)物種豐度Sobs指數(shù)為1610,多樣性Shannon指數(shù)為6.35；無隧道影響區(qū)物種豐度Sobs指數(shù)為1241,多樣性Shannon指數(shù)為5.74,由此隧道影響區(qū)土壤微生物群落的物種豐度和多樣性高于無隧道影響區(qū)。

圖2 重慶中梁山土壤微生物群落多樣性指數(shù)Fig.2 Soil microbial community diversity index of Zhongliang Mountain, Chongqing

22個樣品的測序數(shù)據(jù)聚類后共得到屬于43個門類、167個綱類、318個目類、491個科類、685個屬類、731個種類和8566條OTU。通過對比兩組樣品中相對豐度大于0.5%的物種(圖3),發(fā)現(xiàn)門水平上土壤微生物群落的組成及優(yōu)勢類群大致相同,但其相對豐度在兩組樣品間卻存在顯著差異。變形菌門(Proteobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)、放線菌門(Actinobacteria)、擬桿菌門(Bacteriodetes)、硝化螺旋菌門(Nitrospirae)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)7個主要門在總OTU數(shù)中的占比超過90%。其中在隧道影響區(qū)土壤樣品中變形菌門(Proteobacteria)相對豐度最多,所占比例為26.56%,其次為酸桿菌門(Acidobacteria),所占比例為25.46%；無隧道影響區(qū)土壤樣品中變形菌門(Proteobacteria)相對豐度最多,所占比例為27.51%,酸桿菌門(Acidobacteria)次之,所占比例為20.77%。

圖3 中梁山荒草地樣品微生物群落組成Fig.3 Microbial community composition of grassland samples at Zhongliang Mountain

土壤樣品所獲得的序列約50%能進一步分類到屬水平上,其中17個屬相對豐度超過1%(圖3)。對17個屬進行歸類,依次為：norank_f__Syntrophobacteraceae、Kaistobacter、norank_o__MND1、norank_f__Rhodospirillaceae、unclassified_f__Oxalobacteraceae屬于變形菌門(Proteobacteria),norank_o__iii1- 15、norank_o__RB41、unclassified_c__Acidobacteria- 6屬于酸桿菌門(Acidobacteria),norank_c__S085、norank_f__A4b、norank_f__[Kouleothrixaceae]屬于綠彎菌門(Chloroflexi),norank_c__Gemmatimonadetes、norank_c__Gemm- 1屬于芽單胞菌門(Gemmatimonadetes),norank_f__0319- 6A21屬于硝化螺旋菌門(Nitrospirae),norank_f__Gaiellaceae屬于放線菌門(Actinobacteria),norank_f__Chitinophagaceae屬于擬桿菌門(Bacteriodetes),norank_p__WPS- 2屬于WPS- 2。norank_o__iii1- 15、norank_o__RB41、norank_f__A4b、norank_f__0319- 6A21為相對豐度最多的屬,在隧道影響區(qū)和無隧道影響區(qū)樣品平均相對豐度所占比例為3%以上。

Alpha多樣性(物種豐度Sobs指數(shù)、多樣性Shannon指數(shù))反映樣品中物種的總豐富度以及分布均勻性[25]；Beta群落多樣性則反映生境間的物種差異,體現(xiàn)了生態(tài)因子對生境中物種多樣性的影響[26]。PCoA分析表明,隧道影響區(qū)和無隧道影響區(qū)土壤樣品Beta多樣性在屬水平存在十分顯著的差異(圖4),兩組樣品分離度較大,明顯劃分為不同的群落。ANOSIM分析表明,研究區(qū)兩組樣品群落多樣性存在顯著差異(P=0.001,圖4)。隧道影響區(qū)土壤樣品的組間差異大于組內(nèi)差異,說明隧道建設對土壤性質(zhì)的改變,可能引起了土壤中細菌群落結(jié)構(gòu)的變化。

圖4 荒草地樣品Beta多樣性分析和樣本分組分析Fig.4 Beta diversity analysis and ANOSIM analysis of grassland samples

3.3 微生物群落結(jié)構(gòu)變化以及環(huán)境因子的影響

根據(jù)Wilcoxon檢驗組間差異顯著性,發(fā)現(xiàn)兩組樣品微生物群落中,屬水平上三種表現(xiàn)出豐度差異顯著的物種為酸桿菌門(Acidobacteria)中norank_o__iii1- 15(P<0.01)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)中norank_c__Gemmatimonadetes(P<0.001)和變形菌門(Proteobacteria)中的norank_o__MND1(P<0.05),其土壤中的相對豐度表現(xiàn)為隧道影響區(qū)顯著高于無隧道影響區(qū)(圖5)。其中norank_o__iii1- 15、norank_o__MND1和norank_c__Gemmatimonadetes在隧道影響區(qū)相對豐度分別為：7.78%、3.10%和2.26%,在無隧道影響區(qū)相對豐度分別為：4.00%、1.35%和0.38%。

圖5 土壤微生物群落物種差異分析Fig.5 Analysis of species differences in soil microbial communities on genus level

VIF方差膨脹因子篩選發(fā)現(xiàn),pH、土壤含水率、全氮、全鉀、容重和有效磷為不存在多重共線性的環(huán)境因子(0

圖6 土壤微生物群落與環(huán)境因子RDA分析Fig.6 RDA analysis results showing the relationship between environmental factors and the soil microbial community

4 討論

4.1 隧道影響區(qū)土壤微生物優(yōu)勢菌群對土壤含水率變化的響應

中梁山隧道開挖后,地下水以基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水的形式涌出,深層溶隙水從滲流轉(zhuǎn)為明流從而加大了深層地下水的排泄量[6],地下水平衡被打破,引起隧道影響地區(qū)土壤含水率下降。中梁山巖溶槽谷區(qū)基巖造壤能力低,土壤持水性能差,且當?shù)貛r溶十分發(fā)育形成地上地下的雙層排水系統(tǒng)[27],地表水極易向地下流失。當?shù)叵滤幌陆禃r,地表水和土壤水作為水循環(huán)的重要環(huán)節(jié),流經(jīng)表層巖溶帶、巖溶裂隙/孔隙向深部基巖補給[6],造成地表徑流和表層泉干涸。中梁山巖溶槽谷區(qū)三條隧道貫通后,深層地下水排泄漏失,巖溶裂隙發(fā)育形成的地下排水管網(wǎng)放大了隧道建設引起的地下水漏失,引起地下水位下降和上覆土壤水分下降,從而導致隧道影響區(qū)土壤含水率(均值)顯著降低(表1,隧道影響區(qū)24%<無隧道影響區(qū)31%)。此外,隧道影響區(qū)土壤容重較大,表明土壤緊實,反映了土壤的水分、空氣、熱量狀況差于無隧道影響區(qū)土壤。

土壤含水率是影響土壤微生物的關(guān)鍵因素[28- 30],因而地下水減少對土壤微生物的潛在影響被列為隧道建設的主要環(huán)境效應之一,影響著土壤微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)。隧道影響區(qū)荒草地土壤水分狀況年際變化幅度大,濕度條件彈性大,生態(tài)環(huán)境較為波動,可能會使?jié)撛诘臋C會性微生物種群快速生長和適應,從而緩和微生物群落的種內(nèi)競爭,促進生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物物種的共存[31]。因此,與土壤含水率較高的無隧道影響區(qū)相比,土壤微生物在隧道影響區(qū)低含水率條件下表現(xiàn)出更高的豐度和多樣性。同時,在隧道影響區(qū)代表性微生物類群中,norank_o__iii1- 15(屬于酸桿菌門)對干旱的環(huán)境條件具有很強的抵抗力[32],更能適應隧道區(qū)土壤含水率較低的環(huán)境成為優(yōu)勢物種；norank_c__Gemmatimonadetes(屬于芽單胞菌門)為干旱土壤中的優(yōu)勢菌群[17,33],在隧道影響區(qū)土壤中含量更多。因此,以norank_o__iii1- 15(屬于酸桿菌門)和norank_c__Gemmatimonadetes(屬于芽單胞菌門)為特征物種的隧道影響區(qū)土壤微生物群落,其群落結(jié)構(gòu)變化受下降的土壤含水率控制,微生物菌群與土壤含水率呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

4.2 隧道影響區(qū)土壤微生物優(yōu)勢菌群對土壤pH和養(yǎng)分變化的響應

土壤水分是土壤中營養(yǎng)元素運移和吸收的載體,其波動變化將導致土壤pH、有效養(yǎng)分等因子的協(xié)同變化。中梁山隧道建設引起的地下水排泄和土壤含水率下降,造成了受隧道影響地區(qū)上覆土壤pH上升、土壤有效養(yǎng)分下降等一系列土壤環(huán)境的變化。相較于無隧道影響區(qū),隧道影響區(qū)土壤含水率下降,土壤中水解酸的溶出減少,H+的釋放速率減緩[34],使隧道影響區(qū)土壤pH高于無隧道影響區(qū)(P<0.05)。同時,地下水位的下降也引起溶解在土壤水中的養(yǎng)分隨之下降,加上大氣降雨的淋溶作用,土壤中的養(yǎng)分被淋溶到土壤下層甚至到地下水,從而造成土壤中有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀等組分的減少；同時土壤含水率下降,土壤水分運移路徑縮短,隨土壤水分運移的營養(yǎng)物質(zhì)減少,土壤微環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)補充減少,由此隧道影響區(qū)成為貧營養(yǎng)微環(huán)境。

受隧道影響區(qū)土壤中,pH上升、有效養(yǎng)分降低給個體微生物和整個群落帶來生理壓力,顯著改變生態(tài)系統(tǒng)的功能,引起土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)的改變。在隧道影響區(qū)代表性微生物類群中,norank_c__Gemmatimonadetes的相對豐度與土壤pH呈顯著正相關(guān),即相對豐度隨土壤pH值的增加而增加[35]；norank_o__RB41和norank_o__iii1- 15為酸桿菌門中第4和第6亞門細菌,其對pH的適應范圍為pH<10,更適應較高pH的隧道影響區(qū)土壤[19,36]；norank_o___MND1屬于Beta-變形菌,豐度與pH呈正相關(guān)[37]。因此隧道影響區(qū)荒草地土壤中的優(yōu)勢微生物菌群更適應高pH的土壤環(huán)境。芽單胞菌門相對豐度與土壤全氮、土壤全磷呈顯著負相關(guān),即相對豐度隨土壤全氮、土壤全磷的增加而降低[35]；酸桿菌門是土壤中最常見微生物門類之一,在土壤生態(tài)過程中起到重要的作用,具有寡營養(yǎng)、難培養(yǎng)等特點[20]；norank_o__MND1屬于Beta-變形菌,其降解能力可變,與營養(yǎng)物質(zhì)呈負相關(guān),適于貧營養(yǎng)環(huán)境[38]。隧道影響區(qū)土壤養(yǎng)分較缺乏的環(huán)境條件對微生物群落的環(huán)境壓力,造成適應貧營養(yǎng)環(huán)境微生物類群在隧道影響區(qū)荒草地土壤中更占優(yōu)勢。

5 結(jié)論

(1)中梁山巖溶槽谷荒草地土壤樣品中,酸桿菌門的norank_o__iii1- 15和norank_o__RB41、綠彎菌門的norank_f__A4b、硝化螺旋菌門norank_f__0319- 6A21為相對豐度最多的細菌屬,平均相對豐度占全部OTU的3%以上。

(2)隧道建設后地下水漏失嚴重,土壤含水率減少,導致土壤pH增加,土壤有效養(yǎng)分下降。隧道影響區(qū)荒草地土壤微生物群落與pH呈正相關(guān)關(guān)系,而與土壤含水率、土壤有效養(yǎng)分呈負相關(guān)關(guān)系。能適應低含水率、高pH和貧營養(yǎng)環(huán)境的norank_o__iii1- 15、norank_c__Gemmatimonadetes和norank_o__MND1成為隧道影響區(qū)荒草地土壤微生物群落的優(yōu)勢菌群。