经营模式对杉木林土壤微生物组成和多样性的影响_王小虎.pdf

收稿日期:20220801修回日期:20220920基金项目:国家重点研发项目(2021YFD2201302)作者简介:王小虎(1997)，男研究方向:森林土壤Email:2362597944 qqcom通信作者马祥庆(1966)，男，教授，博士生导师研究方向:森林培育Email:lxymxq 126com经营模式对杉木林土壤微生物组成和多样性的影响王小虎1，2，刘雨晖3，韩丰泽1，2，吴鹏飞1，2，马祥庆1，2(1福建农林大学林学院，福建 福州 350002;2国家林业局杉木工程技术研究中心，福建 福州 350002;3福建农林大学莘口教学林场，福建 三明 365000)摘要:以福建三明福建农林大学莘口教学林场杉木林为研究对象，采用高通量测序方法探究不同经营模式(近自然经营、常规经营、封育经营)对杉木林土壤微生物组成和多样性的影响，分析土壤微生物的组成和多样性与其理化性质的关系结果表明，不同经营模式下土壤共有的优势细菌类群主要为酸杆菌门、放线菌门和变形菌门，其中，变形菌门的相对丰度以近自然经营模式最高，为 2254%;共有的优势真菌类群主要为子囊菌门和担子菌门，其中，子囊菌门的相对丰度以近自然经营模式最高，为 6860%与常规经营和封育经营模式相比，近自然经营显著提高了土壤细菌的 Shannon 多样性指数和真菌的 Ace 指数表明近自然经营能显著提高杉木林土壤微生物群落的多样性和丰富度，改善土壤的肥力状况开放科学(资源服务)标识码(OSID)关键词:杉木;近自然经营;土壤微生物;高通量测序中图分类号:S7145文献标识码:A文章编号:1671-5470(2023)03-0323-06DOI:1013323/jcnkijfafu(natsci)202303006Effect of management pattern on soil microbial composition anddiversity in Chinese fir forestWANG Xiaohu1，2，LIU Yuhui3，HAN Fengze1，2，WU Pengfei1，2，MA Xiangqing1，2(1College of Forestry，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China;2Chinese Fir EngineeringTechnology esearch Center of the State Forestry Administration，Fuzhou，Fujian 350002，China;3Xinkou ExperimentalForest Farm of Fujian Agriculture and Forestry University，Sanming，Fujian 365000，China)Abstract:The effect of management patterns(close-to-nature management，conventional management and enclosure management)on soil microbial community structure and diversity and their relationship with soil physicochemical properties were explored in Chi-nese fir forest in Xinkou Experimental Forest Farm of Fujian Agriculture and Forestry University by high-throughput technology andredundancy analysis The results showed that the dominant bacterial groups under different management patterns were mainly Ac-idobacteria，Actinobacteria and Proteobacteria，among which Proteobacteria had the highest relative abundance(2254%)underclose-to-nature management And the common dominant fungal groups were mainly Ascomycota and Basidiomycota，and Ascomycotahad the highest relative abundance(6860%)under close-to-nature management Compared with conventional management and en-closure management，close-to-nature management resulted in significantly increased Shannon diversity index of soil bacteria and Aceindex of soil fungi To summarize，close-to-nature management can significantly increase the diversity and richness of soil microbialcommunities and improve the soil fertility of Chinese fir forestsKey words:Cunninghamia lanceolata;close-to-nature management;soil microbe;high-throughput sequencing杉木 Cunninghamia lanceolata(Lamb)Hook 是我国人工林面积最大的造林树种，在我国林业生产中占有重要地位1 近年来随着杉木人工林面积的不断扩大，纯林经营出现了林分结构单一、物种多样性下降、地力衰退等生态问题23，严重制约了杉木人工林的可持续经营因此急需解决杉木人工林不合理经营引起的一系列生态问题福建农林大学学报(自然科学版)第 52 卷 第 3 期Journal of Fujian Agriculture and Forestry University(Natural Science Edition)2023 年 5 月近年来众多学者尝试利用近自然林业经营技术来解决人工林经营中出现的生态问题，取得了较好的效果45 土壤微生物是森林生态系统的重要组成部分，参与其物质循环和能量流动67 土壤微生物通过分解有机质、提供植物生长所需的营养元素、强化植物养分的吸收效率、优化土壤结构，以及提高物种多样性等，对森林生态系统起着重要的调节作用810 目前已有不少近自然经营对人工林土壤微生物影响的研究1112，如:宋贤冲等13 研究发现，近自然改造后毛竹(Phyllostachys edulis)林土壤微生物碳源的利用效率高于杉木人工林;刘延滨等14 研究表明，落叶松近自然改造后林隙间土壤微生物多样性显著提高但目前有关杉木人工林近自然经营的研究报道较少鉴于此，本研究以杉木人工林为研究对象，设置 3 种经营模式处理(近自然经营、常规经营、封育经营)，研究经营模式对杉木林生态系统的影响;在不同经营模式处理 10 a 后，利用高通量测序技术研究经营模式对土壤微生物群落结构和多样性的影响，探讨土壤微生物群落结构及多样性与土壤理化性质之间的关系，以及近自然经营对杉木林土壤微生物群落结构和多样性的影响，为杉木近自然经营研究提供依据1试验地概况试验地位于福建三明福建农林大学教学林场(2612N，11728E)，地处武夷山脉东伸支脉，海拔 220502 m，为中亚热带季风性气候，光照和温度条件好，降雨量充足(1 749 mm)，降水集中在 38 月，占全年降水的 3/4年均相对湿度 79%15，年均温度 192，年均无霜期 320 d 以上，10 年积温 4 5106 215土壤为山地红壤，母质以粉粒页岩为主试验林为马尾松人工林皆伐后营造的杉木人工林，林下植被主要以江南双盖蕨(Diplazium mettenianum)、楠木(Phoebe zhennan)、杜茎山(Maesa japonica)、淡竹叶(Lophatherum gracile)、光叶山矾(Symplocos lancifolia)、薄盖双盖蕨(Diplazium hachijoense)等为主2003 年营造杉木纯林，造林后第 2 年和第 3 年分别进行了 2 次抚育，第 4 年施磷肥，第 7 年实施抚育间伐并施用氮肥2研究方法21试验设计2012 年选择立地条件基本一致的 9 年生杉木林 3 块，在每块林分内设置固定标准样地(20 m20 m)3块，对 3 块林分分别进行近自然经营、常规经营和封育经营，共设置 9 块标准样地近自然经营采用目标树经营模式，传统经营采用常规经营模式，封育经营没有采取经营措施样地基本情况见表 1表 1杉木不同经营模式的试验设计及林分情况Table 1Experimental design and stand conditions of Chinese fir forest under different management patterns经营模式处理方式平均胸径cm平均树高m林分密度株hm2近自然经营选取目标树 227 株，剔除 49 株干扰木和枯死木100410741 891常规经营将杂草灌木齐地劈倒，平铺于地表107310712 381封育经营103211132 31122调查方法2021 年 9 月对不同经营模式处理 10 a 的杉木林土壤的微生物区系及理化性质进行调查分析221土壤样品采集在不同经营模式下的杉木林标准地内，按照 S 形布点法，取 020 cm 土层的土样取土样前用工具铲除表层腐殖质和杂质，去除凋落物、细根和石砾等取样后混合均匀，分为 2 份，一份研磨过筛后放入灭菌后的离心管中，置于便携式冰盒冷藏，带回实验室，保存在80 冰箱中，用于土壤微生物分析;另一份置阴凉处风干，风干后过筛保存，用于土壤理化性质测定222土壤理化性质测定采用干燥法测定土壤含水率，采用环刀法测定土壤容重，采用电极法测定土壤 pH 值，采用碳氮分析仪测定土壤有机碳含量，采用氯化钾浸提比色法测定硝态氮、铵态氮含量，采用氟化铵盐酸浸提法测定速效磷含量，采用火焰分光光度计测定速效钾含量1617 223土壤微生物组成及其多样性测定采用广州基迪奥生物科技有限公司提供的土壤微生物基因组DNA 提取试剂盒(power soil DNA isolation kit)进行 DNA 提取，提取后进行 PC 扩增使用带有 barcode 的423福建农林大学学报(自然科学版)第 52 卷特异性引物，以便区分不同样品测序引物具体信息见表 2PC 反应体系:取 25 L 细菌模 DNA，上下游引物各为 50 L，125 L DNA 扩增预混液(2KAPA HiFi HotStart eadyMix)PC 反应条件:95 预变性 2 min，98 变性 10 s，退火 1 min(62)，进行 27 个循环，之后 68 下延伸 10 min使用质量分数为2%的琼脂糖凝胶进行 PC 产物的电泳检测以及纯化，用 GeneJET 回收试剂盒由广州基迪奥生物科技有限公司进行 Illumina 高通量测序表 2土壤微生物多样性的测序引物信息Table 2Primers used for soil microbial diversity analysis微生物类型区域引物名称区引物序列细菌V3V4341FCCTACGGGNGGCWGCAG8