亞熱帶4種典型森林植被土壤固碳細菌群落結(jié)構(gòu)及數(shù)量特征*

劉 茗，曹林樺，劉彩霞，梁辰飛，秦 華，陳俊輝，邵 帥，徐秋芳，3?

（1.浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室，浙江農(nóng)林大學，浙江臨安 311300；2.浙江農(nóng)林大學環(huán)境與資源學院，浙江臨安311300；3.浙江省竹資源與高效利用協(xié)同創(chuàng)新中心，浙江農(nóng)林大學，浙江臨安 311300）

工業(yè)飛速發(fā)展以及人類活動加劇了全球性溫室效應[1]，CO2是影響“溫室效應”最主要的氣體，降低大氣CO2濃度有利于緩解溫室效應。土壤微生物參與的土壤碳循環(huán)與溫室氣體排放密相關(guān)[2]，一方面土壤微生物分解有機質(zhì)和自身呼吸釋放CO2，另一方面，自養(yǎng)微生物生長繁殖固定CO2[3]。通過植物或自養(yǎng)微生物將 CO2轉(zhuǎn)化成有機化合物的生物固碳過程、提高生態(tài)系統(tǒng)的碳固定和儲存能力，是減少大氣CO2濃度的有效途徑[4-5]。研究證明，自養(yǎng)微生物同化CO2是全球生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中的關(guān)鍵微生物過程，對調(diào)節(jié)大氣中二氧化碳濃度具有極重要作用[6]，全球陸地土壤的自養(yǎng)微生物每年可捕獲大氣 0.5%～4.1%的CO2、總量達0.6～4.9 Gt C[7]。土壤碳同化量主要來自于土壤自養(yǎng)微生物固定[8]，自養(yǎng)微生物廣泛分布于不同的生態(tài)系統(tǒng)中，具有很強的環(huán)境適應能力，可以在多種環(huán)境條件下如火山口[9]、海洋深處[10]、極地湖泊[11]等植物無法生存的生境中參與CO2的同化固定。迄今為止發(fā)現(xiàn)的5條固碳途徑中卡爾文循環(huán)是自養(yǎng)微生物固定大氣 CO2的主要途徑，其中1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（RubisCO）是其關(guān)鍵酶[12]，研究者們將RubisCO I大亞基的編碼基因cbbL基因作為固碳微生物標記物，對不同生態(tài)系統(tǒng)土壤固碳微生物開展了大量研究，固碳細菌數(shù)量及多樣性受土地利用方式、海拔梯度、植被類型等影響[13-16]。

綜上所述，從整個生物圈的物質(zhì)、能量流動來看，研究自養(yǎng)微生物的固碳功能具有重要意義，但影響固碳微生物因素卻較為復雜。森林是陸地重要的碳匯，全球森林生態(tài)系統(tǒng)存儲碳量高達650 Gt，其中地下土壤占 45%[17]。中國亞熱帶森林面積大（2.5×108hm2）、植被類型多樣，在全球森林碳匯中發(fā)揮著獨特作用[18]。因凋落物質(zhì)量、根系分泌物和養(yǎng)分吸收的差異[19]，地上植被種類和多樣性的變化能直接或間接影響碳在地下生態(tài)系統(tǒng)的分配，并調(diào)節(jié)影響參與這些過程的土壤微生物[20]。土壤微生物最常利用的碳源是碳水化合物和羧酸，其次是氨基酸，酚酸和聚合物，而胺的利用率最低，土壤微生物群落利用各種碳源的數(shù)量及其比例會因植被類型而不同；森林土壤中細菌群落結(jié)構(gòu)與功能多樣性與地上植被組成密切相關(guān)[21]，而土壤固碳細菌占總細菌的0.1%～10%不等[22-23]，群落結(jié)構(gòu)和豐度也會受植被類型影響，然而，森林植被類型對土壤固碳微生物影響研究卻鮮見報道。

本研究以植物多樣性豐富的亞熱帶不同森林植被類型為對象，選取亞熱帶典型森林植被毛竹林（Moso banboo groves）、闊葉林（Broad-leaved forest）、杉木林（Chinese fir forest）和馬尾松林（Masson pine forest）等4種林分，以卡爾文循環(huán)功能基因cbbL為標記基因，利用 qPCR和 Illumina MiSeq高通量測序技術(shù)，探明4種林分土壤固碳細菌豐度、多樣性和群落結(jié)構(gòu)差異，為揭示亞熱帶 4種林分對土壤固碳細菌影響機理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究樣地位于浙江省杭州市臨安區(qū)玲瓏山（30°14′N，119°42′E），屬中亞熱帶季風氣候，熱量豐富，雨量豐沛，光照充足，四季分明，具有春多雨、夏濕熱、秋氣爽、冬干冷的氣候特征。多年平均降雨量1 628.6 mm，降水日158 d，全年日照時數(shù)1 847 h，無霜期237 d，全年平均氣溫16.4 °C。土壤為發(fā)育于凝灰?guī)r的黃紅壤，具有典型的中亞熱帶的森林生態(tài)系統(tǒng)和森林景觀，植被主要包括毛竹、闊葉、杉木、馬尾松等典型亞熱帶植被。其中，闊葉林、杉木林和馬尾松林下植被均包含叢生灌木，有蕨類植物，毛竹林下植被很少，僅有稀疏的草本植物。

1.2 樣品采集與處理

于2017年10月按照生態(tài)控制原則，選擇同一成土母質(zhì)的毛竹林（MB）、闊葉林（BL）、杉木林（CF）和馬尾松林（MP）。分別于各個林分的下坡位、中坡位、上坡位確定采樣區(qū)，在采樣區(qū)周圍 10 m2范圍內(nèi)按照三角形確定3個取樣點，分別采集表層（0～20 cm）及亞表層（20～40 cm）土壤混勻得到一個土樣，每種林分選擇 4個重復，4種林分共得32個（4×4×2）土樣。新鮮土樣去除植物殘體和大的石頭過篩（2 mm）后裝入密封袋，將樣品放入冰盒帶回實驗室。樣品共分為 2份，1份測定含水率后鮮土提取土壤細菌總DNA，并冷凍干燥存放于–70 °C冰箱，用于其他分子生物學分析；另一份于室內(nèi)自然風干，充分研磨過篩后用于土壤基本理化性質(zhì)的測定。

1.3 分析方法

土壤理化性質(zhì)分析：分析方法參考文獻[24]。土壤 pH 采用酸度計測定，水土比為︰1（m/v）；土壤有機碳（SOC）及全氮（TN）使用元素分析儀（ELEMENTAR Vario El Cube）測定；土壤堿解氮（AN）含量采用堿解擴散法測定；有效磷（AP）含量采用鹽酸-氟化銨溶液浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀（AK）含量采用醋酸銨提取，火焰光度計測定。

土壤總 DNA提?。翰捎?Power Soil DNA Isolation Kit試劑盒提取土壤總DNA。測定鮮土的含水率后，換算成0.35 g干土重，稱取相應的新鮮土樣，按試劑盒說明書進行提取。DNA提取成功后經(jīng) 1%（m/v）的瓊脂糖凝膠電泳檢測 DNA片段大小，并用微量分光光度計檢測其濃度和純度。提取后的DNA樣品保存于–40 ℃冰箱。

實時熒光定量 PCR（Real-time quantitative PCR，qPCR），測定固碳功能菌cbbL基因拷貝數(shù)引物對為 K2f（ACCAYCAAGCCSAAGCTSGG），V2r（GCCTTCSAGCTTGCCSACCRC），得到 492bp-495 bp的擴增產(chǎn)物[25]。測定土壤細菌16S rRNA基因拷貝數(shù)通用引物對為338F/518R，16S-F（AGA GTTTGATCMTGGCTCAG），16S-R（GCTGCCTC CCGTAGGAGT）[26]。使用 CFX96TMReal-Time System（Bio-Rad，USA）儀器對cbbL基因進行熒光定量PCR擴增。反應體系及程序詳見文獻[25-26]。

高通量測序：采用同上 K2f/V2r引物對，對土壤DNA進行擴增，將PCR產(chǎn)物純化后送至上海派森諾公司，采用Illumina MiSeq平臺對群落DNA片段進行雙端（Paired-end）測序。下機數(shù)據(jù)選擇NCBI（National Center for Biotechnology Information）數(shù)據(jù)庫的氨基酸序列進行對比，進行物種注釋得到分類鑒定結(jié)果。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行初處理，采用SPSS 21.0軟件對數(shù)據(jù)進行和雙因素方差分析（Two-Way ANOVA）和最小顯著差數(shù)（LSD）法進行顯著性和多重比較（α=0.05），采用皮爾遜（Pearson）進行相關(guān)性分析。根據(jù)OTU表計算α多樣性指數(shù)。利用Origin軟件繪制基因豐度圖和群落結(jié)構(gòu)豐度圖。使用Canoco 5.0軟件對固碳細菌群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的相關(guān)性進行冗余分析（Redundancy analysis，RDA）。

2 結(jié) 果

2.1 不同林分土壤理化性質(zhì)

4種林分雖然發(fā)育于同一母巖，但土壤理化性質(zhì)卻存在差異（表1）。毛竹林和闊葉林表層土壤各項指標總體均較高，而杉木林和馬尾松林土壤總體較低，尤其是杉木林土壤除 pH和堿解氮外的其他指標均為最低。亞表層土壤2組林分之間的差異不如表層明顯，而杉木林土壤的各項指標（pH除外）仍然為最低。表層土壤碳氮比總體高于亞表層，但沒有顯著差異，其中毛竹林兩層土壤碳氮比均為最低。雙因素檢驗結(jié)果表明，林分對5個土壤理化性質(zhì)均產(chǎn)生顯著影響（P<0.05），而對碳氮比和有效磷則無影響；土層對土壤有機碳、全氮、堿解氮、速效鉀具有顯著影響（P<0.05）；林分和土層二者交互作用僅土壤有機質(zhì)達到顯著影響（P<0.05），說明兩者對土壤性質(zhì)的影響可能不同步、甚至相反。

表1 不同林分土壤理化性質(zhì)（均值±標準差）Table 1 Soil physico-chemical propert ties relative to type of forest（mean ± SD）

2.2 不同林分土壤細菌16S rRNA基因與固碳細菌cbbL基因豐度特征

采用熒光實時定量PCR分析，4種林分土壤細菌16S rRNA基因和固碳細菌cbbL基因豐度結(jié)果表明（圖1）細菌豐度在 5.40×1010～2.81×1011copies·g–1干土之間（圖1a），固碳細菌豐度在 4.55×108～3.53×109copies·g–1干土之間（圖1b）。毛竹林土壤 2種基因豐度在表層、亞表層土壤中均位于四種林分之首，且顯著高于其他三種林分（P<0.05），而其他三種林分細菌數(shù)量無顯著差異，固碳細菌馬尾松林顯著高于其他兩種林分（P<0.05）。4種林分土壤cbbL與16S rRNA基因豐度的比值結(jié)果為亞表層略高于表層（圖1c）；兩層土壤比值最高的是馬尾松林，其次為毛竹林，馬尾松林顯著高于闊葉林和杉木林（P<0.05）。

隨著中西文化交流的日益頻繁，文化負載詞的翻譯對于促進中西方各國之間的友好交流具有重要意義。研究中國文化負載詞，尤其是中國文學中的文化負載詞的翻譯，可以使西方讀者更全面地了解中國傳統(tǒng)文化，對當代中國人的生活哲學形成更直觀的認識。有鑒于此，筆者以Kathy Mok的《盜墓筆記》第一冊的英譯本Cavern of the Blood Zombies為對象，結(jié)合相關(guān)理論，著重探討了文化負載詞的翻譯方法。

2.3 不同林分土壤固碳細菌基因豐度與理化因子的關(guān)系

為揭示土壤理化性質(zhì)對不同林分土壤細菌 16S rRNA和固碳細菌cbbL基因豐度的影響，分別以林分和土層為單位，將基因豐度與對應土壤理化性質(zhì)進行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，細菌和固碳細菌豐度與理化性質(zhì)相關(guān)性總體較差（表2）。在不同林分中，只有闊葉林土壤的2種基因豐度與有效磷呈顯著正相關(guān)（P<0.05），馬尾松林土壤的cbbL基因豐度與pH、速效鉀呈顯著正相關(guān)（P<0.05）；在不同土層中，表層及亞表層土壤的兩種基因豐度均與 pH呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。

表2 土壤細菌16S rRNA和固碳細菌cbbL基因功能基因與環(huán)境參數(shù)之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)Table 2 Pearson’s correlations（r）of 16S rRNA and cbbL genes abundance with environmental parameters

2.4 不同林分土壤固碳微生物α多樣性比較

對4種林分土壤固碳細菌進行高通量測序，毛竹林、闊葉林、杉木林和馬尾松林表層土壤分別測得36 598、33 599、35 093和35 129條序列，亞表層土壤測得32 552、33 783、30 381和38 502條有效序列，將測序結(jié)果在97%相似度下進行聚類得到OTU的代表序列，并與NCBI數(shù)據(jù)庫比對進行物種注釋，置信度閾值設為0.8，認為測序深度已經(jīng)基本覆蓋到樣品中所有的物種。經(jīng)比對鑒定得到4個門、6個綱、12個目、20個科、35個屬、40個種的土壤固碳細菌群落信息。

基于 OTU的α多樣性指數(shù)可反應土壤固碳細菌群落結(jié)構(gòu)的多樣性。從表層土壤固碳細菌α多樣性 4個指標看（表3），杉木林所有指標最低，且均顯著低于其他 3種林分（P<0.05），說明杉木林土壤固碳細菌的物種豐富度及多樣性極差。亞表層土壤不同林分之間僅香農(nóng)指數(shù)存在差異，其中馬尾松林最高、杉木林最低，兩者之間存在顯著差異（P<0.05）。馬尾松林的所有指標值均為最高，說明馬尾松林亞表層土壤固碳細菌的物種豐富度及多樣性最高。同一林分不同土層之間的差異結(jié)果表明，杉木林土壤亞表層的所有指標都顯著大于表層（P<0.05），雙因素檢驗結(jié)果表明，林分及土層對4種α多樣性指標均達到了顯著影響（P<0.05），而兩因子交互作用僅對香農(nóng)指數(shù)與辛普森指數(shù)有顯著影響（P<0.05），且數(shù)值小于各單因子，說明兩個因子對土壤固碳細菌α多樣性影響不同步、甚至相反。

表3 不同林分土壤固碳細菌cbbL基因多樣性指數(shù)統(tǒng)計表（均值±標準差）Table 3 CbbL gene diversity of carbon sequestrating bacteria relative to forest stand（mean ± SD）

2.5 不同林分土壤固碳細菌群落相似性比較

為分析4種不同林分土壤固碳細菌群落組成的差異，以固碳細菌OTU種類數(shù)為依據(jù)，對其分組構(gòu)建韋恩圖分析不同處理之間的“相似關(guān)系”（圖2）。圖2a結(jié)果表明，天然林（闊葉林和馬尾松林）土壤固碳細菌明顯高于人工林（毛竹林和杉木林），但毛竹林土壤固碳細菌群落組成特異性強，與其他幾種林分的差異最大；4種林分在表層土壤中共有 OTU只有28個，占固碳細菌總OTU比例僅為0.5%，說明不同林分之間固碳細菌結(jié)構(gòu)差異較大。亞表層土壤固碳細菌特有OTU數(shù)量明顯低于表層土壤，不同林分之間的差異沒有表層明顯。這一結(jié)果與4種林分亞表層高達151個共有OTU、以及高占比（2.8%）結(jié)果吻合。綜上所述，杉木林表層和亞表層土壤固碳細菌的物種數(shù)最低，亞表層土壤固碳細菌特有OTU數(shù)量大于表層，但表層土壤特有OTU數(shù)量及其占比則明顯高于亞表層，尤其是毛竹林和杉木林土壤，說明不同林分表層土壤固碳細菌特異性強。

2.6 不同林分土壤固碳細菌群落物種組成

在屬分類水平上（圖3），表層土壤中的毛竹林和杉木林，分屬于變形菌門（Proteobacteria）的甲基化石油桿菌屬（Methylibium）占比分別高達55.1%、70.85%，為絕對優(yōu)勢菌屬；分屬于放線菌門（Actinobacteria）的諾卡菌屬（Nocardia）為次要優(yōu)勢菌屬，分別占 21.6%、7.75%；與之相反，闊葉林和馬尾松林的諾卡菌屬比例高于毛竹林和杉木林，分別占 29.65%、26.25%，而甲基化石油桿菌屬分別占28.15%、5.15%；變形菌門的紅長命菌屬（Rubrivivax）占比僅次于諾卡菌屬也是優(yōu)勢菌屬。在亞表層土壤中，毛竹林土壤諾卡菌屬為優(yōu)勢菌屬（33.80%），其次為放線菌門的假諾卡氏菌屬（Pseudonocardia）（19.86%）；杉木林土壤甲基化石油桿菌仍屬優(yōu)勢菌群（38.6%）、其次諾卡菌屬（20.1%）；闊葉林與馬尾松林的諾卡菌屬分別占28.86%、28.26%，甲基化石油桿菌占 28.76%、6.16%；4種林分土壤的假諾卡氏菌屬均高于表層土壤。結(jié)果進一步表明土壤固碳細菌在人工林與天然林上具有較大差異。

2.7 固碳細菌群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的冗余分析

為分析 4種林分土壤理化因子對土壤固碳細菌群落結(jié)構(gòu)的影響，選取表層及亞表層土壤具有代表性的優(yōu)勢菌屬（聚類大于1%）為物種變量、土壤理化性質(zhì)為環(huán)境變量進行冗余分析，根據(jù)蒙特卡羅檢驗，選取影響較大的環(huán)境因子分析。結(jié)果表明，表層土壤第一排序軸和第二排序軸分別解釋了34.4%和20.7%的變異（圖4a），4種林分樣品分散于坐標的4個象限中，說明4種林分土壤固碳細菌的結(jié)構(gòu)差異明顯，分布在第一排序軸左側(cè)的毛竹林和杉木林與右側(cè)的闊葉林和馬尾松林之間差異明顯。第一排序軸與土壤有效磷呈正相關(guān)，與pH和全氮呈負相關(guān)；第二排序軸與pH、全氮、有效磷成呈正相關(guān)。土壤pH（F=4.152，P=0.048）、全氮（F=9.084，P=0.01）有效磷（F=7.317，P=0.01）對土壤固碳細菌屬水平達到顯著影響。

根據(jù)蒙特卡羅檢驗，選取亞表層土壤中（圖4b）影響較大的3個環(huán)境因子分析，結(jié)果表明，第一排序軸和第二排序軸分別解釋了77.7%和3.7%的變異。第一排序軸上的群落結(jié)構(gòu)與 pH呈正相關(guān)，與有機碳、有效磷呈負相關(guān)；第二排序軸與 pH呈負相關(guān)，與有機碳、有效磷呈負相關(guān)；土壤pH（F=2.574，P=0.044）達到顯著水平，但有效磷（F=2.558，P=0.0560）、有機碳（F=1.882，P=0.154）未達到顯著水平。

3 討 論

3.1 不同林分土壤細菌與固碳細菌基因豐度差異及其原因分析

通過 qPCR分析亞熱帶典型森林植被土壤微生物16S rRNA基因與cbbL基因拷貝數(shù)得知，亞熱帶森林土壤中存在相當數(shù)量的土壤細菌與固碳細菌，對土壤碳匯貢獻較大。本研究中 4種林分土壤 16S rRNA基因與cbbL基因數(shù)量普遍高于其他學者在濕地[15]、稻田[22]、旱地[23]、鹽沼地[27]的研究結(jié)果。一般而言，土壤有機質(zhì)與細菌的數(shù)量呈正相關(guān)[28]，森林中凋落物的分解、積累與補充速率遠高于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，森林土壤豐富的有機質(zhì)為細菌（包括固碳細菌）的生長繁殖提供能量和養(yǎng)分。土壤固碳細菌是一類利用 CO2而非有機碳為碳源的自養(yǎng)微生物[29]，土壤固碳細菌以兼性自養(yǎng)微生物為主[30]，說明其還可同時利用有機碳作為碳源，有機質(zhì)分解產(chǎn)生的CO2亦可為其提供底物。4種林分土壤固碳細菌占總細菌的比值（0.91%～2.24%）與相同氣候帶稻田[22]、旱地[23]相差不大，說明土地利用方式、生態(tài)類型、氣候區(qū)域等對土壤總細菌和固碳細菌豐度影響是同步的。

不同生態(tài)系統(tǒng)因為土壤環(huán)境因子的巨大差異導致土壤固碳細菌豐度差異[22，27]，本研究4種林分土壤發(fā)育于同一母質(zhì)，土壤基礎理化性質(zhì)一致，但由于不同植物對養(yǎng)分的選擇性吸收、根系分泌物與凋落物分解差異進而影響土壤性質(zhì)[16，19]。因此，4種植被長期生長導致其林下土壤性質(zhì)差異顯著（表1）。4種林分之間土壤固碳細菌基因豐度和總細菌豐度存在差異，毛竹林最高、闊葉林最低，毛竹林土壤顯著高于其他3種林分，推測毛竹林土壤具有較強的固碳潛力，對土壤碳匯貢獻較大。在天目山毛竹入侵闊葉林的研究中同樣觀察到闊葉林土壤固碳細菌基因豐度顯著低于毛竹林的結(jié)果[31]。毛竹林地下竹鞭系統(tǒng)極其發(fā)達、根系分泌物豐富、老鞭死亡腐爛、凋落物易降解等為土壤提供大量碳源和養(yǎng)分。通常認為，土壤有機碳水平與固碳細菌豐度正相關(guān)[13]，土壤養(yǎng)分水平高對微生物生長有利[32]，本研究中毛竹、杉木與馬尾松林均符合此規(guī)律；然而，闊葉林表現(xiàn)異常，土壤有機碳含量和養(yǎng)分水平最高、固碳細菌豐度卻最低，說明本研究的4種土壤有機質(zhì)含量不是影響16S rRNA與cbbL基因的最主要因素。雖然土壤固碳基因豐度與有機碳非正相關(guān)的結(jié)果也有報道，如西北干旱地區(qū)不同植被土壤有機質(zhì)差異顯著卻并未引起土壤固碳細菌豐度明顯差異[23]，可能是因其土壤缺水限制其他因子作用，但本研究區(qū)降水充沛，為何土壤有機碳和養(yǎng)分含量豐富的闊葉林卻出現(xiàn)基因豐度最低現(xiàn)象似乎難以解釋?；蜇S度與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析（表2）表明闊葉林土壤有效磷是影響其基因豐度的重要因子，但尚無法解釋闊葉林土壤基因豐度最低的結(jié)果；表層及亞表層土壤的兩種基因豐度均與 pH呈顯著正相關(guān)（P<0.05）的結(jié)果也許可解釋闊葉林的異?，F(xiàn)象。大空間尺度下土壤 pH是影響微生物多樣性的關(guān)鍵因子，在一定范圍內(nèi)pH與細菌多樣性呈正比[19，22]。pH會間接影響有機質(zhì)分解和養(yǎng)分釋放，從而導致對生境變化較敏感的微生物種群豐度發(fā)生變化，同時提高某些有害金屬元素如鋁、錳等活性，對生物造成危害[32]；高濃度 H+會抑制細菌生長[33]，較低的pH還會改變營養(yǎng)元素的形態(tài)等[34]。綜觀文獻報道可知，土壤理化性質(zhì)對基因豐度的影響比較復雜[30-31]，有時候幾種因子的作用可能相互抵消從而掩蓋某項或幾項土壤理化性質(zhì)與基因豐度的密切關(guān)系，尤其是對于土壤理化性質(zhì)差異不懸殊、且樣本數(shù)量不大的情況，基因豐度與理化性質(zhì)之間的相關(guān)性更加難以達到顯著水平。因此，不同研究者所選擇的對象不同，難以獲得驅(qū)動土壤固碳細菌變化因子的一致規(guī)律。

3.2 不同林分土壤固碳細菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)差異及其環(huán)境驅(qū)動因子分析

對固碳細菌功能基因cbbL進行高通量測序，全面分析了4森林植被土壤固碳細菌的群落結(jié)構(gòu)與多樣性特征。α多樣性主要關(guān)注局域均勻生境下的物種數(shù)目，適合本研究固碳細菌多樣性的描述。由 α多樣性指數(shù)表（表3）可以推測，杉木和毛竹林土壤固碳細菌存在著明顯的優(yōu)勢種群，一方面可能與純林植被多樣性低有關(guān)；另一方面是杉木林長期種植分泌出的酚類物對土壤理化性質(zhì)和微生物產(chǎn)生不良影響[35]，而毛竹林的特殊性可能也與其發(fā)達的地下竹鞭系統(tǒng)有關(guān)。4種林分亞表層土壤多樣性均高于表層，類似的結(jié)果在棉花和花生等農(nóng)田土壤也有報道[16]，可能與亞表層根系密集分布、豐富的根系分泌物和呼吸產(chǎn)生大量CO2有利于固碳細菌生長繁殖有關(guān)。

不同林分之間固碳細菌豐度和多樣性差異的根本原因是群落結(jié)構(gòu)不同，從韋恩圖結(jié)果顯示的林分之間差異（圖3），毛竹林土壤固碳細菌群落組成特異性強、與其他幾種林分的差異最大；杉木林土壤固碳細菌豐富度最低；而闊葉和馬尾松林土壤雖然OTU總數(shù)多，但特有OTU比例卻最少，說明兩者土壤固碳細菌種類豐富。李永春等[36]利用DGGE對4種林分土壤氨氧化細菌菌群落結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，林分之間的相似關(guān)系與本研究完全不同。雖然固碳細菌和氨氧化細菌均屬于細菌，但固碳細菌是指所有自養(yǎng)細菌的總稱，種類多，而氨氧化細菌是特殊生理功能的群體，種類少，因此其對環(huán)境變化的響應不同。

本研究中4種林分表層土壤占絕對優(yōu)勢的甲基化石油桿菌屬，在桂林毛村巖溶的巖溶區(qū)農(nóng)田土壤中為第二優(yōu)勢屬[37]，甲基化石油桿菌屬是杉木林的絕對優(yōu)勢種群，表層土壤中占比高達70.85%，馬尾松林則占比最低（38.60%）；優(yōu)勢屬的明顯差異可能受到植物凋落物以及根系分泌物的影響較大。紅長命菌屬在闊葉林、馬尾松林中大量存在，但在毛竹林與杉木林卻極少發(fā)現(xiàn)，可能該菌與自然林中的某些植物有關(guān)。土壤性質(zhì)對固碳細菌群落結(jié)構(gòu)差異的影響是主要原因[13]，從 RDA結(jié)果判斷驅(qū)動土壤固碳細菌變化的因子發(fā)現(xiàn)（圖4），表層土壤固碳細菌群落結(jié)構(gòu)受有效磷、全氮、pH影響；豐富的氮、磷營養(yǎng)塑造了闊葉林表層土壤固碳細菌群落結(jié)構(gòu)特征，較高的氮素水平和 pH則是形成毛竹林土壤固碳細菌群落結(jié)構(gòu)主要因素，其他林分依次類推。亞表層主要受有機碳、有效磷、pH調(diào)控，雖然4種林分在坐標圖中的分布區(qū)沿逆時針旋轉(zhuǎn)90度，但驅(qū)動不同林分土壤固碳細菌群落結(jié)構(gòu)形成的環(huán)境與表層土壤基本一致，土壤 pH對毛竹和杉木土壤固碳細菌結(jié)構(gòu)形成密切相關(guān)。雖然不同研究者得到的驅(qū)動土壤固碳細菌群落結(jié)構(gòu)變化的主要因子不盡相同，但土壤pH是較為一致的驅(qū)動因子[14，30]。

4 結(jié) 論

毛竹林、闊葉林、杉木林和馬尾松林4種森林植被土壤中均存在相當數(shù)量的細菌及固碳細菌，其中毛竹林顯著高于其他3種林分，闊葉林土壤有效磷以及不同土層的 pH分別與對應的細菌與固碳細菌基因豐度顯著相關(guān)。杉木土壤固碳細菌多樣性顯著低于其他3種林分；雙因子分析顯示，林型、土層之間均存在顯著差異。4種林分土壤固碳細菌群落結(jié)構(gòu)與農(nóng)田、草地和海洋等生態(tài)系統(tǒng)有較大差異，甲基化石油桿菌屬和諾卡菌屬為4種林分共同的優(yōu)勢菌屬；毛竹和杉木兩種人工林土壤固碳細菌群落結(jié)構(gòu)組成較為相似。RDA結(jié)果顯示，不同林分土壤pH、有機碳、有效磷、全氮差異是驅(qū)動土壤固碳細菌群落特征形成的主要因素。毛竹林土壤肥力最好，固碳細菌豐度最高，不同林分之間土壤微生物對土壤有機質(zhì)的積累的貢獻存在差異，確切定量結(jié)論有待進一步研究。