乌拉特天然梭梭（ Haloxylon ammodendron ）林土壤微生物多样性及其与土壤性质的关系

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00131

摘要/Abstract

摘要：

梭梭（Haloxylon ammodendron）是优良的固沙树种，在干旱区生态建设和经济创收中起着重要的作用。本研究以内蒙古乌拉特后旗天然梭梭林为研究对象，对梭梭林下（Ha）和林外裸露沙地（BS）中土壤微生物多样性和土壤理化性质进行测定，并分析了微生物多样性与土壤性质的相关关系。结果表明：天然梭梭林土壤细菌和真菌的香浓多样性指数（Shannon）、物种丰富度指数（Chao1）和系统发育多样性指数（PD）均显著高于裸露土壤；梭梭林下土壤全碳和全氮比裸沙对照分别高1.73倍和2.12倍，土壤黏粉粒含量比裸沙土壤高2.6倍，林下土壤含水量显著低于裸沙对照。梭梭林改善了土壤养分和土壤质地，从而对土壤微生物多样性产生影响。土壤细菌和真菌多样性指数均与土壤全碳、全氮、pH值、电导率呈显著正相关，与碳氮比、含水量和细砂含量呈显著负相关。结构方程模型分析结果表明，地表植物和土壤pH值直接影响了土壤细菌多样性，土壤全碳和含水量直接影响了土壤真菌多样性，梭梭林的生长通过改变土壤全碳和含水量对土壤真菌多样性产生间接影响。

关键词: 梭梭（Haloxylon ammodendron）林, 微生物多样性, 土壤特征, 高通量测序

Abstract:

Haloxylon ammodendron is a widely used plant species for sand stabilization. It plays an important role in arid land development ecologically and economically. We chose natural H. ammodendron forest （Ha） to measure the soil microbial diversity and soil physicochemical properties， and analyze their relationships in Urat Rear Banner of Inner Mongolia. Bare sand （BS） was set as control. The results showed that both the soil bacterial and fungal diversities， including Shannon diversity index， Chao1 richness index and Phylogenetic diversity index were significantly higher in Ha than those in BS. Soil total carbon and nitrogen content were 1.73 and 2.21 times higher in Ha than those in BS. Soil silt and clay content was 2.6 times higher in Ha than that in BS. Soil water content was significantly lower in Ha than that in BS. H. ammodendron improved soil nutrients and soil texture， and consequently impact on soil microbial diversity. Soil bacterial and fungal diversities were positively correlated with soil total carbon and nitrogen contents， pH and electrical conductivity， while negatively correlated with soil C∶N， soil water content and fine sand content. Structural equation models （SEM） revealed that vegetation and soil pH directly influenced soil bacterial diversity. Soil fungal diversity was directly influenced by soil total carbon and soil water content， and indirectly influenced by vegetation.

Key words: Haloxylon ammodendron, microbial diversity, soil property, high throughout sequencing

中图分类号:

Q938.1

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图/表 5

图1 研究区地理位置

Fig.1 Location of the studied area

图2 土壤细菌和真菌的多样性指数箱式图数据（平均值±标准误）单因素方差分析结果*（P<0.05）、**（P<0.01）和***（P<0.001）表示处理之间微生物多样性指数差异显著，ns表示两者无显著差异（P>0.05）

Fig.2 Soil bacterial and fungal diversity indices

表1 天然梭梭林与裸露沙地土壤理化性质的差异

Table 1 Differences of soil physicochemical properties between natural Haloxylon ammodendron forest and bare soil

土壤理化性质	样地类型		F	P
土壤理化性质	裸露沙地	梭梭林	F	P
全碳	0.415±0.048	0.719±0.037	24.91^**	0.001
全氮	0.017±0.003	0.036±0.002	33.65^***	<0.001
碳氮比	25.220±1.569	19.911±0.245	11.16^*	0.01
土壤水分含量	5.486±0.189	3.027±0.178	89.433^***	<0.001
容重	1.572±0.022	1.535±0.025	1.23^ns	0.299
pH值	9.010±0.095	9.744±0.072	38.21^***	<0.001
电导率	72.44±6.13	219.46±11.24	131.85^***	<0.001
粗砂（0.1—2 mm）	69.08±2.19	71.59±2.55	0.56^ns	0.48
细砂（0.05—0.1 mm）	27.91±2.09	20.54±1.74	7.32^*	0.03
黏粉粒（<0.05 mm）	3.01±0.14	7.86±0.99	23.75^**	0.001

表2 微生物多样性指数与土壤理化性质的Person相关性

Table 2 Pearson’s correlations among soil microbial diversity indices and soil physicochemical properties

微生物多样性指数		土壤理化性质
微生物多样性指数		C	N	C∶N	SWC	BD	pH	EC	CS	FS	SC
细菌多样性指数	Shannon	0.88^***	0.89^***	-0.76^*	-0.91^***	-0.41	0.82^**	0.95^***	0.34	-0.74^*	0.80^**
	Chao1	0.88^***	0.87^**	-0.69^*	-0.71^*	-0.29	0.71^*	0.73^*	0.60	-0.84^**	0.56
	PD	0.85^**	0.83^**	-0.58	-0.62	-0.37	0.66^*	0.68^*	0.59	-0.78^**	0.44
真菌多样性指数	Shannon	0.88^***	0.85^**	-0.67^*	-0.67^*	-0.36	0.76^*	0.64^*	0.51	-0.73^*	0.50
	Chao1	0.46	0.40	-0.21	-0.38	-0.63	0.50	0.30	0.33	-0.42	0.21
	PD	0.52	0.53	-0.49	-0.75^*	-0.35	0.72^*	0.65^*	-0.15	-0.27	0.77^**

图3 结构方程模型（SEM）分析环境因子对土壤细菌多样性（A）和真菌多样性（B）的直接和间接影响黑色箭头代表正相关，红色箭头代表负相关，线条的粗细代表相关性强弱，*、**和***分别表示在P<0.05、P<0.01和P<0.001水平上显著相关；通过对所有土壤因子自相关检验后，最终选择地表植物、土壤含水量、pH值、全碳含量（C）、全氮含量（N）和黏粉粒含量（SC）最为影响土壤微生物多样性的关键土壤因子；SEM模型中用Shannon指数分别代表（A）和（B）中的细菌多样性和真菌多样性

Fig. 3 The direct and indirect effects of environmental factors on soil bacterial diversity （A） and fungal diversity （B） using structural equation modeling （SEM）

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