桉树混交林土壤养分和微生物群落结构特征研究

作     者：汪众 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴立潮

授予年度：2022年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

主      题：乡土树种 土壤微生物 Tax4FUN FUNGuild 结构方程模型 

摘      要：桉树（Eucalyptus spp.）因为生长速度快,经济效益好,近二十年来在中国南方地区大面积种植。然而,单一种植模式加上短轮伐期的生产方式,产生了土壤肥力流失严重、土壤有机碳下降、生物多样性降低等一系列土壤质量下降的问题。研究发现桉树同豆科树种的混交效应对提升土壤质量有重要作用,然而桉树同其他阔叶树种混交究竟对土壤理化性质、酶活性和土壤微生物产生什么影响?混交后土壤细菌和真菌群落结构和多样性如何发展变化?混交林的土壤微生物稳定性有何种变化?针对上述问题,本研究在中国桉树人工林种植主产区将桉树纯林改造成了桉树与灰木莲（Magnolia glauca）、火力楠（Michelia macclurei）、米老排（Mytilaria laosensis）混交的混交林,并以邻近的常绿阔叶林和桉树纯林作为对照,针对测定林下土壤理化性质和酶活性,调查林地状况,并利用高通量（16SrRNA和ITS）测序分子生物学方法,结合共线性网络分析、结构方程模型、冗余分析等方法,分析不同林地土壤微生物群落结构和功能多样性的特征,揭示不同林地下土壤理化性质的变化以及其微生物学机制。主要研究结论如下:（1）桉树与乡土阔叶树种混交显著改善了土壤酸化并提高了土壤蔗糖酶、过氧化氢酶活性、微生物生物量碳、微生物生物量氮和微生物生物量碳、氮之比,但降低了土壤脲酶与酸性磷酸酶活性。主坐标分析发现硝态氮、铵态氮、pH、土壤有机碳是不同林地土壤理化性质的关键因子。土壤硝态氮、铵态氮、土壤有机碳是正向影响土壤脲酶活性的关键土壤理化因子;土壤pH、土壤有机碳是正向影响土壤蔗糖酶和过氧化氢酶活性的关键土壤理化因子。（2）不同林地间的细菌优势菌门为变形杆菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）等。桉树与灰木莲混交林、桉树与米老排混交林的土壤蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、细菌丰富度和多样性指数高于桉树纯林,而脲酶和酸性磷酸酶活性低于常绿阔叶林。同桉树纯林对比,功能预测结果显示混交处理显著提高了土壤细菌代谢功能相对丰度。线型判别分析显示,具有固氮、溶磷功能的细菌生物标记物（Burkholderiales、Bradyrhizobium、Flavisolibacter）在桉树与灰木莲混交林中富集。冗余分析表明,pH、土壤速效硼含量、土壤含水量是驱动土壤细菌群落结构变化的主要土壤环境因子。（3）不同林地间主要的真菌群落为担子菌门（Basidiomycota）、子囊菌门（Ascomycota）、罗兹菌门（Rozellomycota）、被孢菌门（Mortierellomycota）。混交林系统土壤真菌群落结构与常绿阔叶林、桉树纯林之间有明显分离,桉树与米老排混交林位于最边缘位置。在FUNGuild中,本研究发现桉树与灰木莲混交林、桉树与米老排混交林的丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizal fungi）数量分别高于桉树纯林,混交林的外生菌根（Ectomycorrhizal fungi）数量均高于常绿阔叶林。桉树与灰木莲混交林土壤真菌群落与速效磷高度相关。共线性网络分析发现与桉树纯林对比,桉树与灰木莲混交林土壤真菌群落具有稳定性较差的网络结构,而桉树与米老排混交林表现出更加稳定的网络结构。（4）相关性热图分析表明土壤养分与土壤主要细菌之间存在明显的相关关系,pH与粘球菌门呈极显著正相关。结构方程模型表明土壤养分对土壤酶活性、土壤微生物生物量氮具有显著正影响,对土壤真菌群落多样性和丰富度指数有极显著负影响,研究表明土壤养分因子对真菌群落多样性具有直接或间接影响。土壤速效磷对土壤酸性磷酸酶活性有显著负影响,对丛枝菌根相对丰度有显著正影响,土壤酸性磷酸酶活性对丛枝菌根相对丰度有显著正影响,丛枝菌根相对丰度对土壤微生物生物量氮有显著正影响。研究结果表明,土壤速效磷含量通过调节丛枝菌根的相对丰度进而调控了土壤中微生物生物量氮的含量。