海南鹦哥岭热带山地雨林土壤微生物多样性的海拔分布格局及其驱动因子研究

来源 :海南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuyi_wenzhou
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海南鹦哥岭国家级自然保护区位于海南岛中南部黎母山脉中段,是以热带雨林及其生态系统为主要保护对象的森林生态类型保护区。鹦哥岭保护区在水源涵养、物种保护、气候调节、空气净化等方面发挥不可替代的作用,是海南中南部的生态核心区。此前的研究表明鹦哥岭自然保护区热带山地雨林植被具有明显的垂直分布特征,但较少涉及土壤微生物群落分布特征及其驱动因子的研究,而土壤微生物群落与热带山地雨林生态系统中的物质转换、能量流动等密切相关。基于此,本研究以鹦哥岭自然保护区热带山地雨林为研究对象,分别选取不同海拔的共8个固定样地,采用Biolog-ECO微平板技术和Illumina Miseq高通量测序技术,分析了不同海拔梯度下的土壤微生物功能多样性和群落多样性特征,通过与植被类型、土壤理化性质、土壤酶活性的相关性分析,探讨海南鹦哥岭热带山地雨林土壤微生物多样性的海拔分布格局及其驱动因子。主要研究结果如下:(1)样地植物群落物种丰富,共61科146属246种,壳斗科、山茶科、大戟科和樟科为主要优势科,各样地优势科、属、种的海拔梯度变化具有异质性。样地植被物种丰富度和物种多样性随海拔的升高呈现先升高后降低的变化规律,分别符合“中峰分布”格局和“中间高度膨胀”学说。不同坡向对应海拔的植物群落多样性存在差异,主要受水热、地形等复杂多变的环境因子影响。不同海拔样地间的植物群落结构差异大,群落相似性为极不相似水平。海拔梯度影响植物群落科、属的分布型;科的泛热带分布占绝对优势,属的泛热带、热带亚洲和北温带分布比例较高。(2)样地部分海拔间的土壤和凋落物的理化性质、土壤酶活性差异显著,且南坡和北坡不同。除土壤碱解氮外,其余土壤生态因子之间存在显著相关关系。海拔与土壤有机质、全氮、铵态氮、硝态氮、过氧化氢酶、酸性磷酸酶和脲酶活性极显著正相关,与土壤全磷显著正相关,与p H极显著负相关。土壤和凋落物理化性质、土壤酶活性的海拔差异及土壤环境因子间的相关性主要受成土母质、光照、降水量、温度、植物群落组成等综合因素的影响。(3)Biolog-ECO分析表明,土壤微生物群落功能多样性指数随海拔的升高先增加后减少,符合“中峰分布”格局。土壤微生物碳源代谢多样性的垂直地带性差异主要体现在碳水化合物、多聚物类和羧酸类碳源的利用,且南坡和北坡不同。土壤微生物群落功能多样性与土壤有效磷含量显著正相关,与土壤酸性磷酸酶、凋落物有机碳含量显著负相关,与土壤过氧化氢酶极显著负相关,同样表现出明显的南北坡差异。(4)土壤细菌群落Alpha多样性随海拔的升高无显著变化,但PCo A和NMDS分析表明不同海拔样地间细菌群落有明显的分异。不同海拔样地土壤细菌群落中,变形菌门、酸杆菌门和放线菌门为优势菌群。LEf Se分析获得57种差异细菌,其中南坡54种,北坡10种。通过Tax4FUN分析和PICRUST2功能预测细菌功能,获得6944个同源功能基因,376条代谢通路,基因数量在碳水化合物代谢、氨基酸代谢和Global and overview maps三条代谢通路上显著富集,与上述土壤微生物群落功能多样性结果相符。土壤细菌群落多样性与植物群落多样性正相关,且南坡和北坡不同;南坡土壤细菌群落多样性与植物群落多样性显著正相关,北坡土壤细菌群落多样性与植物群落多样性显著负相关。RDA/CCA分析发现p H、有效钾和海拔是影响土壤细菌群落的主要环境因子。凋落物的全氮、全磷和全钾含量与土壤细菌不同分类水平的群落组成显著相关。(5)土壤真菌群落Alpha多样性随海拔的升高显著上升,PCo A和NMDS分析也表明不同海拔样地间真菌群落有明显的分异。不同海拔样地土壤真菌群落中,担子菌门和子囊菌门为优势菌群。LEf Se分析获得23种差异真菌。FUNGuild功能预测发现真菌营养型以共生型和腐生型为主,且在部分海拔间差异显著。土壤真菌群落多样性与植物群落多样性正相关,南坡土壤真菌群落多样性与植物群落多样性极显著正相关,而北坡土壤真菌群落多样性与植物群落多样性没有明显相关性。RDA/CCA分析发现海拔、p H、全磷和有效钾是影响土壤真菌群落的主要环境生态因子。凋落物的全磷、全氮与土壤真菌不同分类水平上的群落组成显著相关。综上所述,鹦哥岭热带山地雨林土壤微生物群落功能多样性和土壤微生物多样性的海拔分布具有异质性。土壤有效磷、酸性磷酸酶和过氧化氢酶以及凋落物有机碳含量是土壤微生物群落功能多样性随海拔变化的主要影响因子;凋落物的全氮、全磷和全钾含量与土壤微生物群落组成显著相关,植物群落多样性与土壤微生物群落多样性显著相关;p H和有效钾含量是细菌群落多样性随海拔变化的主要影响因子,p H、全磷和有效钾含量是真菌群落多样性随海拔变化的主要影响因子。
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