时间:2024-07-28
王晓彤,蓝兴福,安婉丽,许旭萍*,王维奇,3**
模拟酸雨对福州平原稻田土壤细菌丰度及多样性的影响
王晓彤1,蓝兴福1,安婉丽2,许旭萍1*,王维奇2,3**
(1福建师范大学生命科学学院,福建 福州 350007;2福建师范大学地理研究所,福建 福州 350007;3福建师范大学湿润亚热带生态地理过程教育部重点实验室,福建 福州 350007)
为了探讨酸雨对稻田土壤细菌的影响,以福州平原某稻田为研究对象, 测定和分析模拟不同酸度酸雨处理下早、晚稻土壤细菌群落组成及其丰度.结果表明:模拟酸雨处理提高了早稻土壤细菌的多样性,但却降低了晚稻土壤细菌的多样性;酸雨改变了稻田土壤细菌的丰度及群落结构,经模拟不同酸度的酸雨处理,稻田土壤细菌的优势菌属及其丰度并不一致;早稻pH3.5处理组与早稻对照组之间的物种多样性及群落结构差异最大,晚稻pH2.5处理组与晚稻对照组之间的物种多样性及群落结构差异最大;在酸雨作用下,溶杆菌属()和产黄杆菌属()的丰度明显升高,而马赛菌属()的丰度则显著降低,说明溶杆菌属()和产黄杆菌属()为耐受酸雨的主要菌属,马赛菌属()则为受酸雨影响最大的菌属;细菌属H16的相对丰度与土壤电导率(EC)呈极显著负相关(<0.01),的相对丰度与土壤pH值呈极显著负相关(<0.01),的相对丰度与土壤总有机碳(SOC)呈极显著正相关(<0.01).
酸雨;细菌;丰度;群落结构;福州平原稻田
酸雨又称酸沉降,是指pH值小于5.6的大气降水,主要包括湿沉降和干沉降,是人类面临的主要环境问题之一[1].自20世纪70年代以来,酸雨已成为威胁世界环境的首要问题之一,引起了各国科学家的广泛关注[2].酸雨的形成与诸多因素有关,例如当地酸性污染物的排放情况、土壤性质、大气颗粒物、气象条件以及酸性污染物的迁移与扩散等[3].随着工业化的不断发展,酸雨增加趋势日趋明显,科学评价酸雨影响,并制订适应性策略具有重要的理论与现实意义.当前中国酸雨区面积约占国土面积的40%,特别在经济高速发展的地区更为严重[4].农业土壤酸化是酸雨直接影响的结果,这将制约我国农业可持续发展.我国的土壤酸化具有面积大、分布广、酸化程度高和危害大等特点.酸化土壤面积达2 亿hm2,约占全国总面积的23%,主要分布在长江以南广大地区,多数集中于广东、广西、福建、台湾、江西、湖南、湖北等14个省区[1].
福建省作为土壤酸化程度较高的省份之一,其降水年平均pH值为4.64~4.97,而福州地区属于酸雨高发区,2007~2014年酸雨年均发生频率为63.1%,年平均强酸雨发生频率为22.3%[5].这将对福州平原稻田土壤肥力维持与粮食生产造成深刻影响.酸雨使土壤pH值下降,因而导致大量阳离子,特别是钙(Ca2+)、镁(Mg2+)、铁 (Fe2+)等重要的营养元素从土壤中溶出和流失,造成土壤的营养元素含量降低,不利于植物的生长与发育.同时,土壤酸性增强也导致被固定在土壤颗粒中的有害重金属被淋溶出来,如铜(Cu2+)离子等,其被植物吸收或进入水体,加重了污染.土壤酸化会导致土壤污染加剧和贫瘠化[6].土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分之一[7].它参与了土壤结构的形成、有机质的转化、有毒物质的降解以及碳、氮、磷、硫循环等过程[8],对土壤肥力的形成和植物营养元素的转化起着积极的作用[9].那么,酸雨对稻田土壤微生物的群落结构与丰度的影响效应如何,将作为本研究的重点.
本研究旨在利用高通量测序技术探究模拟不同酸度酸雨对稻田土壤细菌丰度及群落结构的影响.农田生态系统中微生物种类丰富且丰度极高,是微生物群落的一个重要的聚集场所.微生物对稻田土壤有机碳的固定、温室气体的排放及污染物的降解等有非常重要的作用.因此,探究酸雨对稻田土壤微生物的影响,对我国酸雨背景下农田生态系统微生物群落及功能的研究具有重要的现实意义,并为进一步利用微生物改良土壤酸化问题奠定理论基础.
研究区位于福建省福州市城郊南部,乌龙江的北岸,属亚热带海洋季风气候,年均气温19.6℃,无霜期长达325~330天,年均降水量为1392.5mm,蒸发量为1413.7mm,相对湿度为77.6%,区内地貌主要为冲海积平原,地表平坦,海拔3~5m,零星分布剥蚀丘陵地貌.本试验区位于福建省仓山区盖山镇福建省水稻研究所吴凤综合试验基地(26.1°N,119.3°E)内,该试验基地共有红壤稻田7hm2.试验区内实行早稻-晚稻-蔬菜的轮作制度[10].
试验前对翻耕后的田地进行人工整平,以保持土壤的均一性.本试验的早、晚稻栽培品种分别为江西省农科院研发的和盛10号和福建省农科院研发的沁香优212.采用机插,株行距14×28cm.早稻于2015年4月16日移栽秧苗,2015年7月17日收割;晚稻于2015年7月25日移栽秧苗,2015年11月7日收割.水稻种植中所用的肥料为:复合肥(N-P2O5-K2O=16-16-16)和尿素(46% N).移栽前一天施加底肥(42kg N/hm2、40kg P2O5/hm2和40kg K2O/hm2),移栽约1周后施加分蘖肥(35kg N/hm2、20kg P2O5hm2和20kg K2O/hm2),移栽约8周后施加穗肥(18kg N/hm2、10kg P2O5/hm2和10kg K2O/ hm2)[11].
本试验于2015年在水稻田内分别设置空白对照(不喷淋模拟酸雨)及pH2.5、pH3.5和pH4.5的模拟酸雨处理组,每个处理设置3个重复,共12个小区,每个小区面积10m2,随机区组排列.各小区之间用0.5cm厚、30cm高的PVC板隔开,防止各个小区之间进行水和营养物质的交换.根据福州市酸雨成分配置酸雨母液,主要成分及含量分别是:Na+(147.96 μmol/L)、K+(13.40μmol/L)、Mg2+(24.086μmol/L)、Ca2+(72.97μmol/L)、NH4+(47.35μmol/L)、Cl-(159.44 μmol/L)、NO3-(119.19μmol/L)、SO42-(76.35μmol/L).使用前用体积比为1:1的HNO3和H2SO4混合液调节pH值(pH2.5、pH3.5、pH4.5)配制成所要喷淋的酸雨工作液[12-13].根据福州市历年年均酸沉降量,计算出每次每个样方每7d喷淋酸雨450mL.于水稻移栽后每隔7d取配制好的不同酸度的模拟酸雨450mL喷淋一次,直至水稻收割.
土样采集:用采土器分别采集早、晚稻收获期对照、pH2.5、pH.35和pH4.5等4种处理的犁耕层(0~15cm)土壤,装入自封袋,并用便携式保温箱密封保存,带回实验室,挑去植物残体根系后,于-20℃的冰箱中冷藏待用.土壤样品记为EC(早稻对照组)、EpH2.5(早稻pH2.5处理组)、EpH3.5(早稻pH3.5处理组)、EpH4.5(早稻pH4.5处理组)、LC(晚稻对照组)、LpH2.5(晚稻pH2.5处理组)、LpH3.5(晚稻pH3.5处理组)、LpH4.5(晚稻pH4.5处理组).
1.4.1 基因组DNA的提取和PCR扩增 采用CTAB方法对土壤样品的基因组 DNA 进行提取,之后利用琼脂糖凝胶电泳检测DNA的纯度和浓度,取适量的DNA提取液于离心管中,用无菌水稀释至1ng/μL.以稀释后的基因组 DNA 为模板,根据测序区域的选择,使用带Barcode 的特异引物,New England Biolabs公司的Phusion®High-Fidelity PCR Master Mix with GC Buffer和高效高保真酶进行PCR,确保扩增效率和准确性.PCR扩增引物及序列:
341F(CCTAYGGGRBGCASCAG)
806R(GGACTACNNGGGTATCTAAT)
1.4.2 PCR产物的混样和纯化 PCR产物使用2%浓度的琼脂糖凝胶进行电泳检测,根据PCR产物浓度进行等量混样,充分混匀后使用1×TAE 浓度2%的琼脂糖凝胶电泳纯化PCR产物,剪切回收目标条带.产物纯化试剂盒使用的是Thermo Scientific公司GeneJET 胶回收试剂盒回收产物.
1.4.3 文库构建和上机测序 使用Thermofisher 公司的Ion Plus Fragment Library Kit 48rxns 建库试剂盒进行文库的构建,构建好的文库经过Qubit 定量和文库检测合格后,使用Thermofisher的Life Ion S5TM进行上机测序.
土壤电导采用便携式电导计(2265FS,USA)测定.土壤pH值采用水土质量比为5:1,摇床振荡30min,静置后用便携式pH计(PHS-3C,中国)测定.土壤含水量用土壤水分测定仪(TDR300,Soil Moisture Meter)测定.土壤容重的测定采用环刀法[14].
土壤SOC测定采用重铬酸钾-外加热法[15],土壤EOC、MBC和DOC分别采用高锰酸钾氧化法、氯仿熏蒸浸提和去离子水测定[16].
应用Excel2007和SPSS23.0统计分析软件对测定数据进行整理.为了研究不同处理的物种组成多样性,对所有处理的Clean reads进行聚类,以97%的一致性将序列聚类成为一个OTU操作单元,然后对OTUs的代表序列进行物种注释.细菌丰度与环境因子、碳组分的关系采用Spearman相关性分析.
2.1.1 土壤细菌多样性指数 酸雨导致土壤酸化,进而影响着土壤微生物[17].表1显示,各样品文库的覆盖率(Coverage)范围为 99.0%~99.4%,说明土样中基因序列被检出的概率较高,本次测序结果能够代表稻田土壤细菌群落的真实情况.Shannon指数是用来估算样品中微生物多样性指数之一,Shannon值越大,说明群落的多样性越高.
表1 模拟酸雨作用下稻田土壤细菌的多样性指数
由表1可知,早稻生长阶段,模拟酸雨处理提高了稻田土壤细菌群落的多样性,其中pH3.5处理组的群落多样性最高;晚稻生长阶段,模拟酸雨处理降低了稻田土壤细菌群落的多样性,其中,pH2.5处理组群落多样性最低.从Chao1指数来看,早稻生长阶段,模拟酸雨处理增加了土壤细菌群落的丰富度;而晚稻生长阶段,模拟酸雨的处理则降低了土壤细菌群落的丰富度.前人也得出了相似的结论,张萍华等[18]的研究表明随着酸雨pH值的下降,土壤中细菌数量都呈下降的趋势.孙岩等[19]研究结果显示,模拟酸雨处理的使得玉米根际微生物的总量降低,群落的丰富度也降低.主要是因为酸雨的胁迫使细菌的生长受到抑制,进而影响微生物的多样性.与此同时,这与本研究区降水格局特征有关,早稻生长期为4月中旬到7月中旬,而6月和7月为一年中降雨量最多的时间[20],期间酸雨的发生频率接近60%,pH值大约为5[5],因此,早稻处理组的酸雨浓度会受到自然降水的稀释.而晚稻的生长期主要在8月到10月,这期间福州的降水与早稻相比明显减少,因此受到自然降水稀释作用较小.此外,早、晚稻土壤群落结构组成对于模拟酸雨处理响应的差异性还与早稻生长期间气温与土温低于晚稻有关.
2.1.2 稀释曲线 如图1所示,早、晚稻的样品在测序达到10000条后,稀释曲线的增长幅度逐渐降低且趋于平缓,说明测序数据量合理,测序深度足够.当测序深度达到31570条时,早稻样品得到的有效OTUs数目分别为对照组1118个,pH2.5处理组1289个,pH3.5处理组1279个,pH4.5处理组1238个,晚稻生长阶段,样品得到的有效OTUs数目分别为对照组1405个,pH2.5处理组1225个,pH3.5处理组1267个,pH4.5处理组1269个.
图1 稀释曲线
图2 模拟酸雨作用下稻田土壤细菌OTUs韦恩分布
图3 模拟酸雨作用下稻田土壤细菌OTUs花瓣分布
韦恩图和花瓣图可用于分析多个样品中所共有的和特有的OTU数目,能够比较直观的表现不同样品的OTU数目组成相似性及重叠情况.图2a显示,早稻对照组、pH2.5处理组、pH3.5处理组、pH4.5处理组特有的OTUs分别为105个、81个、102个、69个;图2b显示,晚稻对照组、pH2.5处理组、pH3.5处理组、pH4.5处理组特有的OTUs分别为153个、100个、69个、81个.由此可见,不同模拟酸度酸雨处理,使得每个处理均出现了新的物种,进而改变了稻田土壤细菌的群落组成.
将早、晚稻土壤中的细菌作为一个整体绘制花瓣图(图3).可以看出,不同处理的OTUs并不一致,早稻生长阶段,对照组特有的OTUs为24个,pH2.5处理组特有的OTUs为13个,pH3.5处理组特有的OTUs为27个,pH4.5处理组特有的OTUs为25个;晚稻生长阶段,对照组特有的OTUs为41个,pH2.5处理组特有的OTUs为49个,pH3.5处理组特有的OTUs为26个,pH4.5处理组特有的OTUs为34个.与韦恩图相比,样品特有的OTUs明显减少,说明早、晚稻的样品中,有大量细菌是共有的,模拟酸雨处理在早、晚稻两个不同时期同样改变了稻田土壤细菌群落组成,但时期的影响小于处理的影响.
2.3.1 门(phylum)水平的细菌群落组成结构 结果显示,对照组及模拟酸雨处理组早、晚稻土壤样品中相对丰度较高的门分别为:变形菌门(Proteobacteria) 37.89%~59.91%,Saccharibacteria 1.10%~17.44%,拟杆菌门(Bacteroidetes)5.91%~17.28%,放线菌门(Actinobacteria)6.02%~14.55%,酸杆菌门(Acidobacteria)3.26%~12.53%,绿弯菌门(Chloroflexi) 3.37%~9.73%,芽单胞菌门(Gemmatimonadetes) 0.92%~4.34%,厚壁菌门(Firmicutes)1.19%~2.72%,硝化螺旋菌门(Nitrospirae)0.73%~2.62%,疣微菌门(Verrucomicrobia)0.28%~0.98%.其中变形菌门()、、拟杆菌门()、放线菌门()、酸杆菌门()、绿弯菌门()6个门的占比之和高达80%.此结果与袁红朝、宋亚娜等人的研究结果基本一致.袁红朝等[21]研究发现,稻田土壤主要的细菌门为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、绿菌门(Chlorobi)、疣微菌门(Verrucomicrobia)等,宋亚娜等[22]也报道,稻田土壤细菌主要为变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、硝化螺菌门(Nitrospirae)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria).这一研究结果说明不同酸度的模拟酸雨处理,在门水平上对细菌的群落组成影响较小,本研究中的酸雨处理并未明显改变细菌门水平的群落结构.
但不同酸度酸雨对稻田土壤细菌群落结构的影响并不一致,如,在早稻生长期,与对照组相比,3种模拟酸雨处理的土壤中变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度在一定程度上都有降低,而Saccharibacteria的相对丰度则有所升高;在晚稻生长期,与对照组相比,3种模拟酸雨处理的土壤中变形菌门(Proteobacteria)和Saccharibacteria的相对丰度均有升高,显然酸雨改变了稻田土壤细菌群落结构.
2.3.2 属(genus)水平的细菌群落组成结构 在本研究中,稻田土壤细菌菌属相对丰度如图5所示.结果表明,酸雨处理降低了一些菌属的相对丰度,其中相对丰度降低最为明显的是马赛菌属(),主要是因为大多数的细菌适宜在中性或者微碱性的环境中生长[23],因此,酸雨的胁迫会抑制大多数细菌的生长和繁殖,降低微生物活性[17].陈家松[24]研究也表明,酸雨能够改变土壤的微环境,对根际土壤中细菌有明显抑制作用,同时也降低了土壤微生物多样性组成结构,并且这种抑制程度随着酸雨程度加剧而增加.此外,本研究中也有部分菌属的相对丰度在酸雨处理后有所增加,例如溶杆菌属()、产黄杆菌属()、、鞘氨醇单胞菌属()等,其中产黄杆菌属()相对丰度的增加最为明显,可能是因为这些细菌为耐酸菌,在酸雨影响下通过自身功能的调节来维持其细胞内部的pH值,从而保持其生物活性.此外,晚稻生长期与早稻生长期对照组细菌的种类、相对丰度等也存在差异,尤其是马赛菌属(),晚稻生长期其丰度明显降低,这与早、晚稻生长期间环境因子不同有关,早稻生长期与晚稻生长期相比,具有较低的温度和较高的降水量,随着温度与降水的改变也将对微生物的活性和群落结构产生影响[25-26].宋丽娜等[22]研究发现,稻田土壤主要的细菌属为互营杆菌属()、梭菌属()、甲烷氧化菌属()、分支菌属()、厌氧粘菌属()、GOUTA19、地杆菌属()、酸杆菌属()和红游动菌属().而本研究检测到的主要的细菌属有:溶杆菌属()马赛菌属()产黄杆菌属()鞘氨醇单胞菌属()芽单胞菌属().这一结果表明,不同地域来源水稻土中的细菌在属的水平上差异较大.
图4 模拟酸雨作用下稻田土壤细菌门水平群落组成 Fig.4 Community composition of paddysoil bacteria at phylum levelunder acid rain
图5 模拟酸雨作用下稻田土壤细菌属水平群落组成 Fig.5 Community composition of paddysoil bacteria at genuslevel under simulated acid rain
图6 模拟酸雨作用下稻田土壤细菌丰度聚类热 Fig.6 Cluster diagram of paddy soils bacteriaabundanceunder simulated acid rain
这种差异主要由地区、环境、季节、温度、土壤肥力等因素所致[27],也会因实验过程中处理不同而产生差异[28].从细菌丰度聚类热图(图6)分析也可以看出,早、晚稻对照组及不同酸雨处理组的优势菌属均存在较大差异,而优势菌的改变必然会导致群落结构的改变.主成分分析(图7)结果显示,晚稻对照组与3个模拟酸雨处理组在主成分1轴(PC1)上的分布具有明显的差异,各个处理所代表的点在空间上有一定距离,并且晚稻对照组与3个处理组的空间距离相距甚远.在主成分2轴(PC2)上,早稻对照组与3个模拟酸雨处理组的空间距离相距较远.说明模拟酸雨处理对稻田土壤细菌群落结构改变显著,且早、晚稻不同时期同样会使得稻田土壤细菌群落结构有所不同.
图7 模拟酸雨作用下土壤细菌群落结构PCA分析 Fig.7 PCA analysis of paddy soil bacterial community structure under simulated acid rain
为了解环境因子和碳组分对于细菌群落多样性的影响,本研究对细菌多样性与环境因子及有机碳组分作以Spearman相关性分析(图8,图9).
结果显示细菌属H16的相对丰度与土壤电导率(EC)呈极显著负相关(<0.01),的相对丰度与土壤电导率(EC)呈显著负相关(<0.05);的相对丰度与土壤pH呈极显著负相关(<0.01),的相对丰度与土壤pH呈显著正相关(<0.05);以及的相对丰度均与土壤容重呈显著正相关(<0.05).
图8 稻田土壤细菌群落结构与环境因子相关性 Fig.8 Correlation between paddy soil bacteria community Structure and environmental factors
图9 稻田土壤细菌群落结构与碳组分相关性 Fig.9 Correlation between paddy soil bacteria community structure and carbon fractions
此外,碳底物活性也是影响细菌群落结构的重要因素[29-30].分析发现土壤总有机碳(SOC)与的相对丰度呈极显著正相关(<0.01),与RB41的相对丰度呈显著正相关(<0.05);可溶性有机碳(DOC)与的相对丰度呈显著负相关(<0.05);易氧化有机碳(EOC)与的相对丰度呈显著负相关(<0.05);土壤微生物量碳(MBC)与的相对丰度呈显著负相关(<0.05),与H16的相对丰度呈显著正相关关系(<0.05).这些环境因子对多个属有显著影响,而且对于不同的菌属的影响有所不同.
3.1 模拟酸雨处理提高了福州平原某稻田早稻生长期土壤细菌的多样性,但却降低了晚稻生长期土壤细菌的多样性.
3.2 模拟酸雨处理改变了稻田土壤细菌的丰度及群落结构,且不同处理中,细菌的优势菌属及其丰度并不一致.
3.3 早稻生长期,pH3.5处理组与对照组之间的细菌多样性及群落结构差异最大,晚稻生长期,pH2.5处理组与对照组之间的细菌多样性及群落结构差异最大.
3.4 酸雨作用下,溶杆菌属()和产黄杆菌属()的丰度明显升高,而马赛菌属()的丰度则显著降低,说明溶杆菌属()和产黄杆菌属()为耐受酸雨最主要的菌属,马赛菌属()则为受酸雨影响最大的主要菌属.
3.5 细菌属H16的相对丰度与土壤电导率(EC)呈极显著负相关(<0.01),的相对丰度与土壤pH呈极显著负相关(<0.01),的相对丰度与土壤总有机碳(SOC)呈极显著正相关(< 0.01).
[1] 王文娟,杨知建,徐华勤.我国土壤酸化研究概述[J]. 安徽农业科学, 2015,43(8):54-56.Wang W, Yang Z, Xu H. Overview of soil acidification research in China[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2015,43(8):54-56.
[2] Wang J, Wu J, Li R, et al. Research development and some problems discuss on acid rain in China [J]. Advances in Water Science, 2004, 15(4):526-530
[3] Arndt R L, Carmichael G R, Roorda J M. Seasonal source-receptor relationships in Asia [J]. Atmospheric Envionment, 1998,32(8):1397-1406.
[4] Lv Y, Wang C, Jia Y, et al. Effects of sulfuric, nitric, and mixed acid rain on litter decomposition, soil microbial biomass, and enzyme activities in subtropical forests of China [J]. Applied Soil Ecology, 2014,79:1-9.
[5] 陈彬彬,王 宏,郑秋萍,等.福建省区域酸雨特征及成因分析[J]. 气象与环境学报, 2016,32(4):70-76.Cheng B, Wang H, Zheng Q et al. Characteristics and causes of regional acid rain in Fujian province [J]. Journal of Meteorology and Environment, 2016,32(4):70-76.
[6] 李明桃.酸雨对环境的危害分析[J]. 现代农业科技, 2014, (19):253-254.Li M. Analysis on harm of acid rain to Environment [J]. Modern agricultural technology, 2014,(19):253-254.
[7] Bachmann S, Gropp M, Lobermann B E. Phosphorus availability and soil microbial activity in a 3year field experiment amended with digested dairy slurry [J]. Biomass and Bioenergy, 2014,70:429-439.
[8] Averill C. Divergence in plant and microbial allocation strategies explains continental patterns in microbial allocation and biogeochemical fluxes [J]. Ecology Letters, 2014,17(10):1202-1210.
[9] Schmidt S K, Nemergut D R, Darcy J L, et al. Do bacterial and fungal communities assemble differentlyduring primary succession [J]. Molecular Ecology, 2014,23(2):254-258.
[10] 马永跃,仝 川,王维奇,等.浮萍对福州平原稻田CH4和N2O排放的影响分析[J]. 中国生态农业学报, 2012,20(6):723-727.Ma Y, Tong C, Wang W, et al. Effect of azolla on CH4and N2O emissions in Fuzhou Plain paddy fields [J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2012,20(6):723-727.
[11] Wang W, Zeng C, Sardans J, et al. Amendment with industrial and agricultural wastes reduces surface-water nutrient loss and storage of dissolved greenhouse gases in a subtropical paddy field [J]. Agriculture Ecosystems and Environment, 2016,231:296-303.
[12] Wang L, Wang W, Zhou Q, et al. Combined effects of lanthanum (III) chloride and acid rain on photosynthetic parameters in rice [J]. Chemosphere, 2014,112:355-361.
[13] 安婉丽,曾从盛,王维奇.模拟酸雨对福州平原水稻田温室气体排放的影响[J]. 环境科学学报, 2017,37(10):3984-3994.An W, Zeng C, Wang W. Simulation of effect of acid rain on greenhouse gases emissions in paddy field of Fuzhou plain [J]. Journal of Environmental Sciences, 2017,37(10):3984-3994.
[14] 中科院南京土壤研究所土壤物理室编.土壤物理性质测定方法 [M]. 1978. Department of soil physics, Nanjing Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences. Method for determining soil physical properties [M]. 1978.
[15] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M]. 中国农业科技出版社, 2000.Lu R. Soil agricultural chemical analysis method [M]. China Agricultural Science and Technology Press, 2000.
[16] 王宝霞.闽江口鳝鱼滩入侵种互花米草与土著芦苇湿地壤碳库特征比较 [D]. 福州:福建师范大学, 2011.Wang B, The characteristics of soil organic carbon pool of invasive species () and indigenous species () wetlands in Shanyutan of the Minjiang River Estury [D]. Fuzhou: Fujian Normal University, 2011.
[17] Liang G, Hui D, Wu X, et al. Effects of simulated acid rain on soil respiration and its components in a subtropical mixed conifer and broadleaf forest in southern China [J]. Environmental Science: Processes and Impacts, 2016,18(2):246-255
[18] 张萍华,申秀英,许晓路,等.模拟酸雨对中药基质土壤微生物的影响[J]. 农业环境科学学报, 2004,23(2):281-283.Zhang P, Shen X, Xu X, et al. Influence of simulated acid rain on the biomass of soil microbes in Chinese medicine base [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2004,23(2):281-283.
[19] 孙 岩,全炳武.模拟酸雨对玉米幼苗生理与根际微生物的影响 [J]. 延边大学农学学报, 2009,31(3):165-171.Sun Y, Quan B. Effect of simulated acid rain on physiology and rhizosphere soil micro-organisms of corn seedlings [J]. Journal of Agricultural Science Yanbian University, 2009,31(3):165-171.
[20] 叶爱中,戴永久,夏 军.降雨时间尺度上的降尺度分析研究[J]. 水文, 2007,27(5):16-20.Ye A, Dai Y, Xia J. SL/XR Comparative Test and Precision Analysis [J]. Hydrology, 2007,27(5):16-20.
[21] 袁红朝,吴 昊,葛体达,等.长期施肥对稻田土壤细菌古菌多样性和群落结构的影响[J]. 应用生态学报, 2015,26(6):1807-1813.Yuan H, Wu H, Ge T, et al. Effect of long-term fertilization on bacterial and archaeal diversity and community structure within subtropical red paddy soils [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015,26(6):1807-1813.
[22] 宋亚娜,林 艳,陈子强.氮肥水平对稻田细菌群落及N2O排放的影响[J]. 中国生态农业学报, 2017,25(9):1266-1275.Song Y, Lin Y, Chen Z. Effect of nitrogen fertilizer level on bacterial community and N2O emission in paddy soil [J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017,25(9):1266-1275.
[23] 叶建生,刘道成,熊良伟,等.pH值对光合细菌生长的影响[J]. 渔业致富指南, 2008,1(23):61-62.Ye J, Liu D, Xiong L, et al. Effect of pH on the growth of photosynthetic bacteria [J]. Fisheries Guide to Fisheries, 2008,1(23):61-62.
[24] 陈家松.模拟酸雨胁迫对夏腊梅幼苗生理生长特性及土壤微生物多样性影响[D]. 上海师范大学, 2016.Chen J.Effect of simulated acid rain on the physiology, growth characteristics and microbial diversity ofseeding [D]. Shanghai Normal University, 2016.
[25] Wolsing M, Priemé A. Observation of high seasonal variation in community structure of denitrifying bacteria in arable soil receiving artificial fertilizer and cattle manure by determining T-RFLP of nir gene fragments [J]. FEMS Microbiology Ecology, 2004,48(2):261−271.
[26] Bremer C, Braker G, Matthies D, et al. Impact of plantfunctional group, plant species, and sampling time on the composition of nir K-type denitrifier communities in soil [J]. Applied and Environmental Microbiology, 2007,73(21):6876−6884.
[27] Mergel A, Schmitz O, Mallmann T, et al. Relative abundance of denitrifying and dinitrogen-fixing bacteria in layers of a forest soil [J]. FEMS Microbiology Ecology, 2001,36(1):33−42.
[28] 王妙莹,许旭萍,王维奇,等.炉渣与生物炭施加对稻田土壤产甲烷菌群落结构的影响 [J]. 生态学报, 2018,38(8):2016-2828.Wang M, Xu X, Wang W, et al. Effects of slag and biochar amendments on methanogenic community structures in paddy fields [J]. Journal of Ecology, 2018,38(8):2016-2828.
[29] De Deyn G B, Cornelissen J H C. Plant functional traits and soil carbon sequestration in contrasting biomes [J]. Ecology Letters, 2008,11(5):16-53.
[30] Wardle D A. A comparative assessment of factors which influence microbial biomass carbon and nitrogen levels in soil [J]. Biological Reviews, 2008,67(3):321-358.
致谢:本实验在野外采样和室内分析过程中得到福建师范大学生命科学学院王妙莹、苏程举、王广磊等同学的帮助,在此表示感谢.
Effect of simulated acid rain on paddy soil bacterial abundance and diversity in Fuzhou Plain.
WANG Xiao-tong1, LAN Xing-fu1, AN Wan-li2, XU Xu-ping1*, WANG Wei-qi2,3**
(1.College of Life Science, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China;2.Institute of Geography, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China;3.Key Laboratory of Humid Sub-tropical Eco-geographical Process of Ministry of Education, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China)., 2019,39(3):1237~1244
In order to clarify the effect of acid rain on paddy soil bacteria, taken the paddy field in Fuzhou Plain as the study object, the composition and abundance of bacterial communities in early and late paddy soils under different acid rain treatments were determined and analyzed. The results showed that early paddy soil bacterial diversity was increased, however, late paddy soil bacterial diversity was decreased in the simulated acid rain treatment. Soil bacterial abundance and community structure was changed in the acid rain treatment, moreover,the dominant genus and its abundance of bacteria was not consistentin different treatments. The species diversity and community structure was significantly different between pH3.5 treatment and the controlin the early paddy, however, the species diversity and community structure was significantly different between the pH2.5 treatment and the control in the late paddy. The abundances ofandwas significantly increased, while the abundance ofwas significantly decreased in the acid rain treatments, which was indicated thatandwere the most important genus to tolerant the acid rain, moreover,was the most affected genus by acid rain. The relative abundance of bacterial genera H16 was significantly and negatively correlated with soil EC (<0.01), and the relative abundance ofwas significantly and negatively correlated with soil pH (<0.01), however, the relative abundance ofwas significantly and positively correlated with SOC (<0.01).
acid rain;bacteria;abundance;community structure;paddy fields in Fuzhou Plain
X171.5
A
1000-6923(2019)03-1237-08
王晓彤(1993-),女,陕西洛川人,福建师范大学硕士研究生,主要从事稻田微生物研究.
2018-07-26
国家自然科学基金项目(41571287,31000209);福建省公益类科研院所专项(2018R1034-1);福建省高校杰出青年科研人才培育计划(2017)
* 责任作者, 教授, xuping@fjnu.edu.cn; **副研究员, wangweiqi@fjnu. edu.cn
我们致力于保护作者版权,注重分享,被刊用文章因无法核实真实出处,未能及时与作者取得联系,或有版权异议的,请联系管理员,我们会立即处理! 部分文章是来自各大过期杂志,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!