孫沛沛,錢朝菊,尹曉月,2,范興科,2,王 進(jìn),3,燕 霞,馬小飛, *,王 濤

1 中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 甘肅省逆境生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730000 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 101408 3 中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 沙坡頭沙漠研究試驗(yàn)站, 蘭州 730000 4 南通大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 南通 226019 5 中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730000

半干旱區(qū)作為全球生態(tài)系統(tǒng)最脆弱的區(qū)域,退化土壤修復(fù)和環(huán)境問(wèn)題解決是治理半干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)所面臨的最大挑戰(zhàn)。研究表明,植被建成是半干旱區(qū)沙地生態(tài)恢復(fù)的有效方法之一,能夠有效的提高土壤活性和植被多樣性[1-3],并且植被生長(zhǎng)作為沙地恢復(fù)的主要驅(qū)動(dòng)力,其凋落物和根系分泌物的輸入,不僅可以為微生物提供營(yíng)養(yǎng),而且通過(guò)土壤細(xì)菌的有效分解,可以顯著促進(jìn)土壤碳循環(huán)和氮循環(huán)[4-6],并由此形成了地上與地下相互依存的可持續(xù)系統(tǒng)[7]。目前關(guān)于此類系統(tǒng)在草地、森林和裸荒地等生態(tài)系統(tǒng)中的相互關(guān)系得到了較多關(guān)注和研究[2, 8],研究表明,隨著植被恢復(fù)的進(jìn)行,不同地區(qū)土壤微生物隨著植物多樣性的變化而變化[3,8-9]。然而,對(duì)于單一優(yōu)勢(shì)植物物種建成前后對(duì)土壤細(xì)菌多樣性和群落組成變化影響的系統(tǒng)研究寥寥無(wú)幾[10]。因此,本研究選取了半干旱區(qū)沙地單一優(yōu)勢(shì)物種油蒿(Artemisiaordosica)和差巴嘎蒿(Artemisiahalodendron)植被,它們作為半干旱沙區(qū)優(yōu)良的固沙半灌木,也是我國(guó)北方部分沙地半灌木植被群落的主要建群種,而且蒿類作為固沙先鋒植物,存在于從沙丘到蘚藻類土壤結(jié)皮發(fā)育的完整過(guò)程中,在沙地的固定、沙區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建、生物多樣性的保護(hù)等方面具有重要作用,常作為荒漠群落恢復(fù)演替階段的關(guān)鍵指示物種[11]。此外,單一優(yōu)勢(shì)種油蒿和差巴嘎蒿是分布于半干旱區(qū)的兩個(gè)姊妹種,生境差異很小[12]。因此通過(guò)研究其植被建成前后對(duì)土壤細(xì)菌的影響,對(duì)于揭示地下與地上系統(tǒng)的相互影響機(jī)制,深入理解植物與微生物之間的協(xié)同關(guān)系具有重要意義[13]。然而之前對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)中油蒿和差巴嘎蒿的研究,主要集中于蒿屬植物的固沙作用、種子萌發(fā)、水分脅迫及葉片浸提液對(duì)其他植物種子的影響等[14-17],而蒿類植被建成對(duì)土壤細(xì)菌影響的相關(guān)報(bào)道較少。

本研究利用空間代替時(shí)間序列的研究方法[18],選取了半干旱區(qū)不同地理位置的兩種沙地(科爾沁沙地和毛烏素沙地)和植被建成前后的兩種土壤類型,包括：流動(dòng)沙丘(無(wú)植被生長(zhǎng))和蘚類結(jié)皮(植被建成后期,土壤發(fā)育成熟階段),旨在系統(tǒng)地解決油蒿和差巴嘎蒿植被建成前后土壤細(xì)菌多樣性和群落組成的變化規(guī)律,揭示半干旱區(qū)單一優(yōu)勢(shì)植被的生長(zhǎng)對(duì)土壤細(xì)菌的影響,為進(jìn)一步研究半干旱區(qū)植被建成過(guò)程與土壤微生物的相互影響機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)分別選取了內(nèi)蒙古東部科爾沁沙地(寶古圖旅游沙漠,43°11′ N,120°38′ E)和西部毛烏素沙地(烏審旗沙漠,38°27′ N,108°42′ E)的部分區(qū)域,所選區(qū)域僅生長(zhǎng)差巴嘎蒿或油蒿。依照油蒿和差巴嘎蒿群落建成下的土壤發(fā)育初期和后期進(jìn)行取樣,兩采樣地的地理特征[19-20]比較如表1所示。

1.2 樣地選擇與采樣方法

研究所需土壤樣品采集時(shí)間為2017年6月,分別于烏審旗沙漠(38°27′ N,108°42′ E)和寶古圖旅游沙漠(43°11′ N,120°38′ E)中生長(zhǎng)油蒿和差巴嘎蒿的區(qū)域取樣。根據(jù)空間代替時(shí)間的方法,以蒿類植被建成的兩種階段來(lái)代替建成時(shí)間的差異,分別采集了土壤發(fā)育初期和成熟期兩個(gè)階段的樣品,即蒿類植被建成前期的流動(dòng)沙丘(S1)(無(wú)植被覆蓋)土壤樣品和建成后期的蘚類結(jié)皮(S2)(兩沙地中半灌木油蒿和差巴嘎蒿均生長(zhǎng)旺盛,株高約80 cm,株距約100 cm；葉羽狀細(xì)裂,小裂片呈線狀或絲狀,為綠色；地表由枯落葉等物形成一層黑色的結(jié)皮)土壤樣品[21-22],這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),一方面能夠研究蒿類植被群落建成對(duì)不同發(fā)育程度土壤的影響,另一方面也能調(diào)查蒿類植被恢復(fù)對(duì)不同沙地土壤的影響有無(wú)共性。

在取樣時(shí),在每個(gè)研究區(qū)地勢(shì)相對(duì)較為平坦的地方先設(shè)置3個(gè)20 m×20 m的純蒿類生長(zhǎng)的樣地,在每個(gè)樣地中針對(duì)所需兩種土壤類型,分別再選擇20 cm×20 cm的樣方,從樣方中利用土鉆采集土壤樣品(每個(gè)樣品3個(gè)重復(fù))。對(duì)于兩沙地中流動(dòng)沙丘取樣時(shí),分別采集沙地迎風(fēng)坡深度為0—10 cm的土壤樣品,其中0—2 cm記為上層土樣,2—10 cm記為下層土樣；對(duì)于兩沙地發(fā)育成熟階段土壤,由于均有結(jié)皮的存在,我們分三層取樣,總深度依然為0—10 cm,其中0—1 cm記為結(jié)皮層土樣,1—3 cm記為中層土樣,3—10 cm記為下層土樣。最后兩沙地共獲得30個(gè)土壤樣品,將所取得土壤樣品裝入自封袋中,并立即放入干冰保存,最后以快遞的形式立即送回實(shí)驗(yàn)室,一部分風(fēng)干保存,用于測(cè)定土壤理化性質(zhì),另一部分置于-80℃的冰箱中保存,用于后續(xù)細(xì)菌測(cè)序分析。

表1 科爾沁沙地與毛烏素沙地地理特征比較

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1土壤理化性質(zhì)測(cè)定

在測(cè)定土壤理化性質(zhì)的過(guò)程中,將采集的樣品自然分干后,磨碎后過(guò)20目的篩后保存,用于含水率(Moisture content,%)、pH值(土∶水=1∶2.5)、總碳(TC, g/kg)、總氮(TN, g/kg)、全磷(TP, g/kg)和電導(dǎo)率(Conductivity,土∶水=1∶5, us/m)的測(cè)定。采用1∶5(w∶v重量∶體積)的水溶液測(cè)定電導(dǎo)率；用 pH計(jì)測(cè)1∶2.5的水溶液記為pH值；總氮采用凱氏定氮儀(KDY-9830)進(jìn)行測(cè)定；采用C/N分析儀(LECO Truspec, MI, USA)測(cè)定土壤總碳。

1.3.2土壤微生物多樣性測(cè)定

采用OMEGA Soil DNA kit (200)[23]的方法從0.5g土壤樣品中提取DNA,用1% 瓊脂糖凝膠電泳和NanoDrop微量核酸蛋白濃度測(cè)定儀檢測(cè)土壤樣品DNA純度和濃度,質(zhì)檢結(jié)果符合分析要求,隨后送往上海歐易生物醫(yī)學(xué)科技有限公司進(jìn)行細(xì)菌16s rRNA測(cè)序分析。由 Illumina Miseq[24]平臺(tái)測(cè)序所得數(shù)據(jù),其中測(cè)序區(qū)域?yàn)閂3 - V4；引物序列分別為：前端引物: 343F - 5′- TACGGRAGGCAGCAG -3′；后端引物: 798R - 5′- AGGGTATCTAATCCT-3′。在微生物多樣性測(cè)序分析中,原始雙端測(cè)序數(shù)據(jù)首先需要進(jìn)行去雜(去雜步驟可以進(jìn)一步提高拼接率,去掉3′ 端或5′ 端一些模糊堿基或者低質(zhì)量堿基)并拼接,隨后對(duì)拼接后的paired end數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步去雜,進(jìn)一步去除低質(zhì)量的堿基序列以及模糊堿基序列,將獲取的序列定義為clean tags,之后需要對(duì)clean tags進(jìn)行去嵌合體序列處理,最終得到較優(yōu)質(zhì)的序列即valid tags,并進(jìn)行后續(xù)分析。

1.3.3統(tǒng)計(jì)和生物信息學(xué)分析

對(duì)獲得的valid tags數(shù)據(jù)首先進(jìn)行分類Operational Taxonomic Unit[25](OTU),即對(duì)所有的優(yōu)質(zhì)序列使用VSEARCH (v2.4.2)[26]軟件以97% 相似度進(jìn)行OTU劃分。隨后從OTU中挑選豐度最大的序列作為代表序列。與Silva數(shù)據(jù)庫(kù) (v123)[27]進(jìn)行比對(duì)后最終得到系統(tǒng)發(fā)育樹和OTU分類表格。最終執(zhí)行之后的alpha和beta多樣性分析。在alpha多樣性分析時(shí),可通過(guò)6種指標(biāo)(Observed Species稀釋曲線、Chao[28]指數(shù)、Shannon Wiener指數(shù)、Simpson[29]指數(shù)、Good′s Coverage[30]指數(shù)、進(jìn)化距離指數(shù)[31])來(lái)分析生境內(nèi)的樣本多樣性。使用蒙特卡羅排列(999次重復(fù))的Pearson相關(guān)分析和冗余分析(RDA)來(lái)測(cè)試土壤性質(zhì)與細(xì)菌群落之間的關(guān)系；該研究中的土壤理化性質(zhì)和細(xì)菌群落數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析運(yùn)用軟件IBM SPSS Statistics 22[32](SPSS Inc, Chicago, USA)進(jìn)行,采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和 LSD 比較土壤發(fā)育不同階段和不同深度土壤性質(zhì)和微生物多樣性的差異性,顯著性水平設(shè)定為α=0.05,用Origin Pro 7.5作圖。運(yùn)用 R軟件3.5.2版本[33]中的vegan包(https://www.r-project.org/)進(jìn)行相關(guān)性和RDA分析。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

隨油蒿和差巴嘎蒿群落建成前后沙地土壤部分理化性質(zhì)的測(cè)定結(jié)果如表2所示,結(jié)果表明,土壤中總氮、總碳和全磷在土壤發(fā)育成熟階段S2的含量顯著大于發(fā)育早期階段S1的含量；電導(dǎo)率也隨著土壤發(fā)育而逐漸增大；含水率在植被建成后期稍高于前期；而pH值在不同階段中沒(méi)有明顯差異。在不同深度上,S1時(shí)期,兩種沙地土壤中總氮表現(xiàn)為隨著深度的增加,含量逐漸增加； S2時(shí)期,隨著深度的增加,含量表現(xiàn)為：中層 > 下層 > 結(jié)皮層；總碳、全磷和電導(dǎo)率在不同深度上的含量表現(xiàn)與前者稍有差異,具體表現(xiàn)為S1時(shí)期,它們的含量均隨著深度的增加而降低,S2時(shí)期,含量變化與總氮在S2期的變化相同；pH值在整個(gè)演替過(guò)程中,與總氮在S2期的變化相同；pH值在整個(gè)演替過(guò)程中,隨著深度的變化不顯著；含水率在植被建成前后表現(xiàn)出相同的規(guī)律,均隨著深度的增加,含水率上升。

表2 植被建成前后土壤的理化性質(zhì)

2.2 土壤細(xì)菌群落隨植被建成前后的變化

土壤細(xì)菌16s rRNA測(cè)序數(shù)據(jù)經(jīng)質(zhì)控和去嵌合體后,得到 valid tags(最終用于分析)數(shù)據(jù)量分布在 12535—48385 之間,各樣本 OTU 個(gè)數(shù)分布在 975—3468 之間。對(duì)不同樣本的Shannon-Wiener指數(shù)利用ANOVA單因素方差分析,結(jié)果表明,油蒿和差巴嘎蒿群落植被建成對(duì)土壤細(xì)菌alpha多樣性的總體影響不顯著(圖1),但蒿類建成對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響顯著,細(xì)菌群落相對(duì)豐度在門類水平上的變化如圖2所示。所有土壤樣品中優(yōu)勢(shì)種群分別是：厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌(Bacteroidetes)、變形菌門(Proteobacteria)和放線菌(Actinobacteria)。另外,兩沙地中不同階段優(yōu)勢(shì)菌的相對(duì)豐度變化具有差異性,如擬桿菌在成熟期土壤中的相對(duì)豐度高于植被建成前流動(dòng)沙丘中的相對(duì)豐度(圖2)。從不同階段來(lái)看,在S1期,厚壁菌門、擬桿菌和變形菌門的相對(duì)豐度隨著采樣深度增加,在兩種沙地土壤中均呈下降趨勢(shì),而放線菌相對(duì)豐度隨著采樣深度的增加,在兩沙地土壤中變化不顯著(圖3)。在S2期,在不同沙地中,土壤中厚壁菌門相對(duì)豐度隨著采樣深度的增加而增加；擬桿菌的相對(duì)豐度在寶古圖(BGT)沙漠土壤中表現(xiàn)為隨著深度的增加,先降低后增加,而在烏審旗(WSQ)沙漠土壤中,其相對(duì)豐度則隨著深度的增加而增加。變形菌門的相對(duì)豐度隨著采樣深度的增加,在兩沙地中具有相同的變化規(guī)律,均隨著深度的增加而降低；放線菌的相對(duì)豐度在寶古圖沙漠土壤中,中間層的相對(duì)豐度最高,而在烏審旗沙漠土壤中,隨著深度的增加,相對(duì)豐度依次減少(圖4)。由以上結(jié)果證明,油蒿和差巴嘎蒿群落作為荒漠恢復(fù)的先鋒種,其恢復(fù)建成對(duì)土壤細(xì)菌的群落組成具有顯著影響。

圖1 土壤細(xì)菌Shannon指數(shù)在不同階段的變化Fig.1 Changes of Shannon index of soil bacteria in different stages樣品編號(hào)一欄中,“BGT”代表寶古圖旅游沙漠區(qū)域樣品,“WSQ”代表烏審旗沙漠區(qū)域樣品；字母后面數(shù)字代表樣本兩個(gè)不同階段,“1”代表流動(dòng)沙丘類型,“2”代表蘚類結(jié)皮類型；(2) “s, m, b”代表不同的采樣深度,依次為“上層,中層,下層”；(3)表中“u1,u2”分別表示同一地區(qū)的不同階段的樣品

2.3 土壤理化性質(zhì)與細(xì)菌群落之間的關(guān)系

通過(guò)冗余分析,考察環(huán)境變量(優(yōu)勢(shì)菌門類群)和土壤理化性質(zhì)(總碳(TC)、總氮(TN)、全磷(TP)、電導(dǎo)率(EC)含水率(MC)和pH)之間的關(guān)系(圖5)?？梢钥闯?大部分優(yōu)勢(shì)菌群與土壤理化性質(zhì)間存在顯著相關(guān)性。具體來(lái)說(shuō),擬桿菌(Bacteroidetes)與土壤理化性質(zhì)存在顯著正相關(guān)性,變形菌門(Proteobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)和放線菌(Actinobacteria)的組成變化主要受電導(dǎo)率的影響,并在兩沙地土壤結(jié)皮樣品中鹽類含量最高。另外,全磷、總碳、pH、和總氮是影響細(xì)菌豐度變化的主要土壤因子。這些結(jié)果表明,土壤性質(zhì)與細(xì)菌群落組成存在較強(qiáng)的相關(guān)性,并且土壤理化性質(zhì)驅(qū)動(dòng)著細(xì)菌群落的組成。

圖2 門類(phylum)水平下土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成Fig.2 Community composition of soil bacteria in phylum

圖3 兩沙地S1階段土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌Fig.3 Soil dominant bacteria of S1 stage in two sandy lands

圖4 兩沙地S2階段土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌Fig.4 Soil dominant bacteria of S2 stage in two sandy lands

3 討論

3.1 土壤性質(zhì)與細(xì)菌隨蒿類植被建成前后的變化

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),油蒿和差巴嘎蒿群落恢復(fù)顯著提高了土壤養(yǎng)分(表2),尤其是提高了總碳、總氮的含量和電導(dǎo)率值,并且在不同的沙地中變化規(guī)律基本一致。另外,pH值在植被階段中,變化不顯著,這也與之前研究不同年代土壤恢復(fù)下的pH值變化結(jié)果相同[34-35],由此表明單一優(yōu)勢(shì)種蒿類植被群落建成不改變土壤酸堿度。而從采樣深度來(lái)看,不同階段下垂直分布上具有差異性,出現(xiàn)這一結(jié)果可能的原因?yàn)椋涸谳镱愔脖唤ǔ汕昂?土壤表層植被覆蓋率差異顯著,在流動(dòng)沙丘土壤中,由于土壤表面無(wú)植被覆蓋,所以表層土壤很容易被風(fēng)帶走,不利于土壤養(yǎng)分的累積,隨著深度的增加,土壤養(yǎng)分在不同沙地中均有提高。而發(fā)育成熟的蘚類結(jié)皮土壤中,在越靠近地表的土壤中,由于細(xì)菌對(duì)油蒿和差巴嘎蒿植被凋落物的分解作用,使得土壤養(yǎng)分顯著提高,并且植被能夠有效的抵御風(fēng)沙的侵蝕,故利于土壤養(yǎng)分的沉積,進(jìn)一步說(shuō)明油蒿群落不僅能防風(fēng)治沙,也能促進(jìn)土壤發(fā)育[12]。

從16s rRNA測(cè)序數(shù)據(jù)來(lái)看,隨著蒿類植被建成,不同階段下細(xì)菌多樣性沒(méi)有顯著差異(圖1),這與之前的研究不一致[3, 36],前期對(duì)廢棄土壤演替發(fā)育過(guò)程的研究表明,其細(xì)菌群落alpha多樣性指數(shù)隨著時(shí)間序列逐漸增大。相反,關(guān)于保護(hù)區(qū)草地、森林和稻田土壤次生演替的細(xì)菌alpha多樣性沒(méi)有發(fā)生變化[1, 37-38]。這些研究結(jié)果與我們的研究結(jié)果相同(表2),可能與植被覆蓋率和多樣性有關(guān),即在無(wú)干擾因素下的單一植被物種建成對(duì)土壤細(xì)菌alpha多樣性影響。然而,盡管細(xì)菌多樣性指數(shù)在不同階段沒(méi)有顯著變化,但是細(xì)菌群落組成在不同階段具有較大差異(圖2),優(yōu)勢(shì)菌的相對(duì)豐度隨著油蒿和差巴嘎蒿群落建成發(fā)生了變化,并且不同階段的優(yōu)勢(shì)菌的相對(duì)豐度在垂直分布上也發(fā)生了變化(圖3和圖4)。本研究中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化結(jié)果與Lozano等[2]人研究干旱區(qū)次生演替過(guò)程中土壤微生物和植被群落間相互關(guān)系的研究結(jié)果相似。細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)在演替初期和后期的變化,可能與不同細(xì)菌的主要功能有關(guān),例如后期藻類細(xì)菌能夠進(jìn)行光合作用,并能夠降低土壤水分蒸發(fā)速率[39],故在演替后期的相對(duì)豐度高于早期,從而也能保持后期土壤中含水率。另外,本項(xiàng)研究揭示了不同地理位置的沙地在同種土壤類型下細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成變化具有相同的變化規(guī)律,由此證明油蒿和差巴嘎蒿群落對(duì)沙地土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響具有相似性。

細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)結(jié)果表明,擬桿菌、變形菌門、放線菌是優(yōu)勢(shì)菌門,這在其他不同環(huán)境條件下也有類似的結(jié)果[36, 40]。然而,本研究中厚壁菌門是土壤發(fā)育初期和后期中相對(duì)豐度最高的菌門,該結(jié)果與其他環(huán)境土壤中優(yōu)勢(shì)菌有差異,這主要與厚壁菌門的特性相關(guān),在半干旱區(qū)土壤養(yǎng)分匱乏的條件下,厚壁菌門吸收營(yíng)養(yǎng)的能力遠(yuǎn)大于擬桿菌等其他菌門,故其相對(duì)豐度較高。我們的研究結(jié)果顯示在土壤不同發(fā)育階段和不同深度下優(yōu)勢(shì)菌的相對(duì)豐度具有不同的變化,例如厚壁菌門在流動(dòng)沙丘土壤中隨著深度的增加,相對(duì)豐度降低,在蘚類結(jié)皮土壤中,隨著深度的增加,相對(duì)豐度逐漸升高。出現(xiàn)這種結(jié)果,很大程度上可能與土壤養(yǎng)分有關(guān),地上部分為地下細(xì)菌群落提供了豐富的養(yǎng)分,而地下細(xì)菌群落通過(guò)對(duì)地上部分凋落物的分解,增加了土壤總碳、總氮等土壤養(yǎng)分,土壤養(yǎng)分又會(huì)影響地下細(xì)菌群落的組成,從而組成地上與地下相互影響的完整系統(tǒng),也進(jìn)一步證實(shí)土壤養(yǎng)分和植被組成是土壤群落形成的兩個(gè)主要驅(qū)動(dòng)力[41-42]。

圖5 細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌群與土壤理化因子關(guān)系的RDA二維排序圖Fig.5 RDA two-dimensional diagram of the relationship between dominant bacteria and soil physicochemical factorsTC: 總碳Total carbon；TN: 總氮Total nitrogen；TP: 總磷Total phosphorus；EC: 電導(dǎo)率Electrical conductivity；MC: 含水率Moisture content

3.2 土壤性質(zhì)和細(xì)菌群落間隨蒿類植被建成的相互關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn),油蒿和差巴嘎蒿群落植被建成顯著增加了土壤養(yǎng)分,改變了細(xì)菌群落組成,這也與很多其他土壤發(fā)育類型的研究結(jié)果相同[43-44]。一般來(lái)說(shuō),土壤細(xì)菌群落隨著土壤性質(zhì)和植被群落的變化而變化,因?yàn)橹脖坏蚵湮锬軌蛴绊懲寥览砘再|(zhì),進(jìn)而影響微生物群落結(jié)構(gòu),植物通過(guò)影響土壤養(yǎng)分的變化來(lái)改變細(xì)菌群落組成[2]。相似的,從研究結(jié)果來(lái)看,土壤理化性質(zhì)對(duì)細(xì)菌群落多樣性沒(méi)有顯著影響,而是影響了細(xì)菌的群落組成,其他研究中也有相似結(jié)果[45]。細(xì)菌群落的發(fā)育與其生活的土壤條件密切相關(guān),在本研究中,部分菌的相對(duì)豐度在蒿類植被建成后期明顯高于前期(圖2),例如變形菌和放線菌在后期的相對(duì)豐度高于前期,這很可能是由于土壤中總碳、總氮、總磷和鹽分的含量變化引起的。由冗余分析(RDA)也能夠看出變形菌門、擬桿菌門、酸桿菌門和芽單胞菌門與土壤養(yǎng)分呈正相關(guān),而部分優(yōu)勢(shì)菌(如厚壁菌門)與土壤養(yǎng)分呈負(fù)相關(guān)(圖5),這一結(jié)果也正好與土壤理化性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)菌的相對(duì)豐度隨植被建成不同階段的變化結(jié)果相吻合。細(xì)菌豐度隨土壤養(yǎng)分的變化,主要是與其自身生長(zhǎng)條件有關(guān),例如變形桿菌是一種共生養(yǎng)菌,正如之前的研究報(bào)道的那樣,當(dāng)有不穩(wěn)定的底物時(shí),其生長(zhǎng)迅速[46]。并且在不同沙地中,細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)隨著土壤性質(zhì)變化具有共性。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)半干旱區(qū)沙地油蒿和差巴嘎蒿植被建成對(duì)土壤細(xì)菌影響的研究表明,寶古圖沙漠土壤和烏審旗沙漠土壤隨著油蒿和差巴嘎蒿群落植被建成中,土壤細(xì)菌多樣性沒(méi)有明顯變化,而對(duì)土壤理化性質(zhì)和細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有顯著變化。具體表現(xiàn)為：在蒿類植被建成不同時(shí)期,土壤養(yǎng)分含量在蘚類結(jié)皮中明顯高于流動(dòng)沙丘樣品中,而pH值變化不明顯；土壤中總碳、總氮、全磷和電導(dǎo)率等因子在不同時(shí)期,隨著深度的不同,也具有不同的變化規(guī)律。土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中優(yōu)勢(shì)菌分別為厚壁菌門、擬桿菌、變形菌門和放線菌,他們的相對(duì)豐度隨著蒿類植被建成而發(fā)生了變化,并且同一深度不同植被建成時(shí)期下,優(yōu)勢(shì)菌相對(duì)豐度的變化有差異；可以得出油蒿和差巴嘎蒿群落建成顯著提高了土壤養(yǎng)分,進(jìn)一步影響了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化,因此地上與地下部分組成了一個(gè)相互依賴的系統(tǒng)。另外,從油蒿和差巴嘎蒿群落建成的兩個(gè)階段期和土壤采樣不同深度來(lái)看,兩種沙地同時(shí)期下土壤理化性質(zhì)和細(xì)菌群落組成變化規(guī)律相似,由此說(shuō)明油蒿和差巴嘎蒿群落建成對(duì)不同沙地土壤細(xì)菌的影響具有共性。