全 文 ：河南宝天曼不同林龄与林型森林土壤的
细菌群落结构与多样性∗
白晓旭１，２　 史荣久１　 尤业明３　 盛华芳４　 韩斯琴１　 张　 颖１∗∗
（ １中国科学院沈阳应用生态研究所污染生态与环境工程重点实验室， 沈阳 １１００１６； ２中国科学院大学， 北京 １０００４９； ３北京林
业大学森林培育与保护教育部重点实验室， 北京 １０００８３； ４南方医科大学公共卫生与热带医学学院环境卫生学系， 广州
５１０５１５）
摘　 要　 采用高通量 １６Ｓ ｒＲＮＡ标签测序法，比较了地处北亚热带与暖温带过渡带的宝天曼
自然保护区不同林龄与林分类型的土壤细菌群落结构及多样性．结果表明： 宝天曼森林土壤
细菌以变形菌门（２９％）、酸杆菌门（１８．５％）、疣微菌门（１０％）等为主，共检测到 ６０ 门 １２０９
属，优势属主要有疣微菌门的 ＤＡ１０１（６．３％）、酸杆菌门的 Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ⁃２（５．９％）和 Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ
Ｓｏｌｉｂａｃｔｅｒ（２．９％）、泉古菌门的 Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｈａｅｒａ（２．６％）等．不同林龄和林分类型土壤
分别具有特有的种属组成及高丰度和低丰度种属．林龄与林分类型都对土壤微生物群落结构
影响显著，且林分类型的影响大于林龄．８０ 年林龄的锐齿栎土壤菌群多样性在不同林龄和林
分类型中均最低．ｐＨ、土壤全氮、有机碳等是不同林龄及林分类型下土壤菌群结构变化的重要
影响因子．
关键词　 宝天曼暖温带森林； 土壤微生物群落结构； １６Ｓ ｒＲＮＡ； Ｉｌｌｕｍｉｎａ Ｍｉｓｅｑ
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０８－２２７３－０９　 中图分类号　 Ｑ９３８．１　 文献标识码　 Ａ
Ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎ ｓｏｉｌｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｏｒｅｓｔ ａｇｅｓ ａｎｄ ｔｙｐｅｓ ｉｎ Ｂａｏ⁃
ｔｉａｎｍａｎ ｆｏｒｅｓｔ， Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｃｈｉｎａ． ＢＡＩ Ｘｉａｏ⁃ｘｕ１，２， ＳＨＩ Ｒｏｎｇ⁃ｊｉｕ１， ＹＯＵ Ｙｅ⁃ｍｉｎｇ３，
ＳＨＥＮＧ Ｈｕａ⁃ｆａｎｇ４， ＨＡＮ Ｓｉ⁃ｑｉｎ１， ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎｇ１ （ １Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｅｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉ⁃
ｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ
１１００１６， Ｃｈｉｎａ； ２Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９， Ｃｈｉｎａ； ３Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ
Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｓｉｌｖｉａ Ｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ， Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ
Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３， Ｃｈｉｎａ； ４Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｈｅａｌｔｈ， Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｕｂｌｉｃ
Ｈｅａｌｔｈ ａｎｄ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ， Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０５１５， Ｃｈｉｎａ） ． ⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ．
Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（８）： ２２７３－２２８１．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｄｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ ｉｎ ｓｏｉｌｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｏｒｅｓｔ ａｇｅｓ ａｎｄ
ｔｙｐｅｓ ｉｎ Ｂａｏｔｉａｎｍａｎ ｆｏｒｅｓｔ， Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｃｈｉｎａ， ｇｅｎｏｍｉｃ ＤＮＡ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔ ｓｏｉｌｓ ｗａｓ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｆｏｒ
ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ １６Ｓ ｒＲＮＡ Ｖ４ ｈｙｐｅｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｒｅｇｉｏｎ ｂｙ ＰＣＲ ａｎｄ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｂｙ Ｉｌｌｕｍｉｎａ ＭｉＳｅｑ． Ｔｈｅ
ＢＩＰＥＳ， ＵＣＨＩＭＥ ａｎｄ ＱＩＩＭＥ ｗｅｒｅ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ． Ｉｔ ｗａｓ ｓｈｏｗｎ
ｔｈａｔ ６０ ｐｈｙｌａ ｗｅｒｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ， ｗｉｔｈ Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ， Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ， ａｎｄ Ｖｅｒｒｕｃｏｍｉｃｒｏｂｉａ ｒｅｐｒｅｓｅｎ⁃
ｔｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｌｉｎｅａｇｅｓ ａｎｄ ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｆｏｒ ２９％， １８．５％ ａｎｄ １０％ ｏｆ ａｌｌ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ， ｒｅｓｐｅｃ⁃
ｔｉｖｅｌｙ． Ａｔ ｔｈｅ ｇｅｎｕｓ ｌｅｖｅｌ， １２０９ ｇｅｎｅｒａ ｗｅｒｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ， ｔｈｅ ｍｏｓｔ ａｂｕｎｄａｎｔ ｐｈｙｌｏｔｙｐｅｓ ｗｅｒｅ ＤＡ１０１
（６．３％）， Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ⁃２ （５． ９％）， Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｓｏｌｉｂａｃｔｅｒ （２． ９％） ａｎｄ Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｈａｅｒａ
（２．６％）． Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｏｒｅｓｔ ａｇｅ ａｎｄ ｔｙｐｅ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｈａｄ ｕｎｉｑｕｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｈｉｇｈ ａｎｄ
ｒａｒｅ ｇｅｎｕｓ． Ｆｏｒｅｓｔ ｔｙｐｅ ａｎｄ ａｇｅ ｂｏｔｈ ｉｍｐａｃｔｅｄ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕ⁃
ｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ｗａｓ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｌａｔｔｅｒ． Ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ８０⁃ｙｅａｒ⁃ｏｌｄ Ｑｕｅｒｃｕｓ
ａｌｉｅｎａ ｆｏｒｅｓｔ ｗａｓ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ａｍｏｎｇ ａｌｌ ａｇｅ ａｎｄ ｔｙｐｅ ｆｏｒｅｓｔ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ． Ｓｏｉｌ ｐＨ， ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｏｒ⁃
ｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｓｏｉｌ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｂａｏｔｉａｎｍａｎ ｗａｒｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｅ ｆｏｒｅｓｔ； ｓｏｉｌ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ； １６Ｓ ｒＲＮＡ； Ｉｌｌｕｍｉｎａ
Ｍｉｓｅｑ．
∗国家重点基础研究发展规划项目（２０１１ＣＢ４０３２０５）和国家自然科学基金重点项目（４１３３０５３０）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｙｚｈａｎｇ＠ ｉａｅ．ａｃ．ｃｎ
２０１４⁃１０⁃０１收稿，２０１５⁃０５⁃０６接受．
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 ８月　 第 ２６卷　 第 ８期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ａｕｇ． ２０１５， ２６（８）： ２２７３－２２８１
　 　 森林土壤微生物是森林生态系统的重要组成部
分，在土壤有机碳库储存、养分循环、缔结地上与地
下生物学过程间的交互作用、植物多样性维持等方
面发挥着至关重要的作用［１］ ．土壤微生物的种群结
构与功能是评估生态系统稳定性的重要指标［２－３］，
在森林生态系统多样性与功能恢复中扮演着重要角
色［４］ ．已有研究显示，微生物的多样性在景观与区域
尺度上受环境因子，如森林植被类型、土壤类型、营
养成分、土壤 ｐＨ 等的影响显著［５－８］，但在生态系统
恢复与重建过程中土壤微生物群落结构及演化规
律等研究仍十分欠缺［９］ ．目前研究主要集中在地
上生物多样性、植被覆盖度和土壤理化性质等方
面［１０－１２］，而对地下土壤微生物结构与功能的研究不
多，尤其是森林生态系统恢复演化过程对微生物种
群结构组成的影响研究更为缺乏．目前，土壤微生物
研究手段多基于变性梯度凝胶电泳（ＤＧＧＥ）、磷脂
脂肪酸分析（ ＰＬＦＡ）等传统微生物分子生态学方
法［１３］，这些手段的微生物通量和分辨率均不高，检
测的灵敏度也不够．近几年来，１６Ｓ ｒＲＮＡ 基因高通
量测序技术在准确揭示微生物种群结构方面提供了
强有力的手段［１４－１６］，其中 ４５４、Ｉｌｌｕｍｉｎａ 和 Ｉｏｎ ｔｏｒｒｅｎｔ
是目前应用最为广泛的高通量测序平台．４５４ 和 ＡＢＩ
测序技术受到高成本和高错误率的制约，而 Ｉｌｌｕｍｉｎａ
的 ＭｉＳｅｑ测序系统采用成熟的 ＴｒｕＳｅｑ 边合成边测
序技术，大大降低了错误的发生，其较低的测序成
本、简便的操作流程使其逐渐在微生物生态学研究
中被广泛应用［１７－１８］ ．
宝天曼自然保护区地处暖温带向北亚热带的过
渡带和第二阶梯向第三阶梯的过渡地带，属季风型
大陆性气候，是我国同纬度生态结构保存最完整和
植物群落最复杂的地区，拥有独特的过渡带生态系
统及丰富的物种多样性［１９－２０］ ．本研究选取河南伏牛
山地区宝天曼过渡带森林生态系统中具有不同林龄
及不同林分组成的林地土壤为研究对象，通过基于
１６Ｓ ｒＲＮＡ基因的高通量标签测序法对表层土壤细
菌群落结构进行分析，旨在进一步揭示该区域森林
生态系统土壤微生物多样性特征，为森林生态系统
管理提供微生物生态学层面的理论依据．
１　 研究地区与研究方法
１􀆰 １　 研究区概况
研究样地位于伏牛山地区宝天曼自然保护区．
宝天曼地处河南省西南部，秦岭东段，伏牛山南坡，
地理坐标为 ３３°２５′—３３°３３′ Ｎ，１１０°５３′—１１２° Ｅ．属
季风型大陆性气候，四季分明．年均温 １５．２ ℃，年降
雨量 ８８５．６ ｍｍ，年蒸发量 ９９１．６ ｍｍ，相对湿度 ６８％，
极端最高温 ４１．２ ℃，极端最低温－１４．８ ℃，≥１０ ℃
的年积温 ４２００～４９００ ℃，无霜期高山区 １６０ ｄ，低山
区 ２２７ ｄ．植被区划属暖温带落叶阔叶林地带，以栎
类为优势树种［１３］ ．
选取 ３个优势树种均为锐齿栎（Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ）
但林龄不同的样地（３３°３０′ Ｎ，１１１°５６′ Ｅ），来比较
研究林龄对土壤微生物的影响，分别为：锐齿栎幼龄
林（林龄约 ４０ 年，文中表示为 ＱＡＦ４０）；锐齿栎中龄
林（林龄约 ８０年，文中表示为 ＱＡＦ８０）和锐齿栎老龄
林（林龄约 １６０ 年，文中表示为 ＱＡＦ１６０）．同时，选取
了该地区与锐齿栎中龄林林龄相同的均为 ８０年林龄
的其他 ３种森林类型，比较不同林型对土壤微生物的
影响，分别为：短柄枹林［优势树种为短柄枹（Ｑ． ｇｌａｎ⁃
ｄｕｌｉｆｅｒａ），文中表示为 ＱＧＢ］，栓皮栎林［优势树种为
栓皮栎（Ｑ． ｖａｒｉａｂｉｌｉｓ），文中表示为 ＱＶ］，锐齿栎 ／华山
松混交林［优势树种为锐齿栎和华山松（Ｐｉｎｕｓ ａｒｍａｎ⁃
ｄｉｉ），文中表示为 ＰＡ］．每个样地分别设置 ３ 个重复．
样地基本信息及土壤理化性质见表 １．
１􀆰 ２　 研究方法
１􀆰 ２􀆰 １样品采集　 在每个样地设 ３个 ２０ ｍ×２０ ｍ的
重复样方，使用内径为 ５ ｃｍ的土钻在每个样方内从
“Ｓ”形随机设置的 ５ 个取样点中取 ０ ～ ５ ｃｍ 表层土
壤样品，混合均匀后装入无菌自封袋，过 ２ ｍｍ 土筛
后于－２０ ℃冰箱中保存．
１􀆰 ２􀆰 ２ ＤＮＡ 提取与 １６Ｓ ｒＲＮＡ 基因扩增 　 选用
Ｐｏｗｅｒｓｏｉｌ ＤＮＡ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ｋｉｔ（ＭｏＢｉｏ，ＵＳＡ）提取土壤
总 ＤＮＡ，经琼脂糖凝胶电泳定性检测后，再采用
Ｎａｎｏｄｒｏｐ ２０００（Ｔｈｅｒｍｏ，ＵＳＡ）测定其浓度及纯度，最
后置于－２０ ℃冰箱中保存备用．
对每份样品，采用引物 ５１５Ｆ ／ ８０６Ｒ 扩增 １６Ｓ
ｒＲＮＡ基因的 Ｖ４ 高变区片段．引物序列［２１］为 ｂａｒ⁃
ｃｏｄｅ⁃ＧＴ⁃５１５Ｆ （ ＧＣＣＡＧＣＭＧＣＣＧＣＧＧＴＡＡ ） 和 ｂａｒ⁃
ｃｏｄｅ⁃８０６Ｒ （ＣＣＧＧＡＣＴＡＣＨＶＧＧＧＴＷＴＣＴＡＡＴ）． ＰＣＲ
条件如下：９４ ℃预变性 ２ ｍｉｎ， ９４ ℃变性 ３０ ｓ，５７ ℃
退火 ３０ ｓ，７２ ℃延伸 ３０ ｓ，２５次循环后最终在 ７２ ℃
终延伸 ５ ｍｉｎ．每个 ２５ μＬ 反应体系都包括 ２．５ μＬ
ＴａＫａＲａ １０×ＥｘＴａｑ 缓冲液（不含 Ｍｇ２＋），２ μＬ ｄＮＴＰ
Ｍｉｘ（２．５ ｍｍｏｌ·Ｌ－１），１．５ μＬ Ｍｇ２＋（２．５ ｍｍｏｌ·Ｌ－１），
０􀆰 ２５ μＬ ＴａＫａＲａ Ｅｘ Ｔａｑ ＤＮＡ聚合酶（２．５ Ｕ），１ μＬ模
板 ＤＮＡ，浓度为 １０ μｍｏｌ·Ｌ－１的上游 ｂａｒｃｏｄｅ 引物
５１５Ｆ和下游引物 ８０６Ｒ 各 ０．５ μＬ，超纯水（ｄｄＨ２Ｏ）
补齐．
４７２２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
表 １　 宝天曼样地基本信息
Ｔａｂｌｅ １　 Ｂａｓｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂａｏｔｉａｎｍａｎ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｉｔｅｓ
林分类型
Ｆｏｒｅｓｔ ｔｙｐｅ
海拔
Ａｌｔｉｔｕｄｅ
（ｍ）
坡度
Ｓｌｏｐｅ
（°）
林龄
Ｓｔａｎｄ ａｇｅ
（ａ）
ｐＨ 全氮
ＴＮ
（ｇ·ｋｇ－１）
有机碳
Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃ
（ｇ·ｋｇ－１）
锐齿栎幼龄林
４０⁃ｙｅａｒ⁃ｏｌｄ Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｆｏｒｅｓｔ
１３８３～１４１６ １５～２０ ４０ ４．５±０．２ ４．２±０．０ ５７．５±１．０
锐齿栎中龄林
８０⁃ｙｅａｒ⁃ｏｌｄ Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｆｏｒｅｓｔ
１３６８～１４１２ １４～１６ ８０ ４．６±０．１ ４．２±０．０ ６３．４±２．８
锐齿栎老龄林
１６０⁃ｙｅａｒ⁃ｏｌｄ Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｆｏｒｅｓｔ
１３９８～１４１１ １５～２０ １６０ ４．５±０．２ ４．５±０．０ ６０．９±２．５
短柄枹林
Ｑｕｅｒｃｕｓ ｇｌａｎｄｕｌｉｆｅｒａ ｆｏｒｅｓｔ
１３９２～１４２５ １２～１５ ８０ ４．２±０．２ ２．７±０．０ ４６．６±１．７
栓皮栎林
Ｑｕｅｒｃｕｓ ｖａｒｉａｂｉｌｉｓ ｆｏｒｅｓｔ
１０９６～１１２９ １２～１６ ８０ ４．１±０．１ ２．４±０．１ ４２．０±１．４
锐齿栎⁃华山松混交林
Ｍｉｘｅｄ Ｐｉｎｕｓ ａｒｍａｎｄｉｉ ａｎｄ Ｑ． ａｌｉｅｎａ ｆｏｒｅｓｔ
１３００～１３９６ １～１５ ８０ ４．５±０．１ ４．５±０．５ ６５．３±４．２
１􀆰 ２􀆰 ３高通量测序　 依据 ＰＣＲ 产物浓度，将所有扩
增成功的 ＰＣＲ产物等量混合，再经定量等质量控制
后，建 Ｉｌｌｕｍｉｎａ 测序文库，采用 Ｉｌｌｕｍｉｎａ Ｍｉｓｅｑ 平台
进行双末端 ２５０ ｂｐ测序（委托诺禾致源生物信息科
技有限公司完成）．
１􀆰 ２􀆰 ４ 生物信息学分析 　 序列数据经 ＢＩＰＥＳ（ｂａｒ⁃
ｃｏｄｅｄ Ｉｌｌｕｍｉｎａ ｐａｉｒｅｄ⁃ｅｎｄ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ） ［２２］流程进行初
步处理，去除低质量数据；反向互补组装 Ｖ４ 序列；
根据 ｂａｒｃｏｄｅ将序列分拆到对应样品，去除 ｂａｒｃｏｄｅ；
通过对标准品计算测序错误率初步评估测序精确
率，评估合格后去除一个或多个模糊不清的序列
（Ｎｓ），去除引物上含有任何错误的、发生一个以上
碱基错配的及长度不及匹配序列 ８０％的序列．采用
ＵＣＨＩＭＥ程序［２３］筛除嵌合体序列后用 ＱＩＩＭＥ 流程
做聚类及 α、β多样性分析．其中，用 ＵＣＬＵＳＴ方法进
行操作分类单元（ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｔａｘｏｎｏｍｉｃ ｕｎｉｔ， ＯＴＵ）
聚类，聚类采用的序列相似度为 ９７％．对每个 ＯＴＵ，
提取其中频数最高的序列为代表序列，用 ＲＤＰ ［２４］对
其进行系统分类．
多样性分析方法：α多样性采用 Ｃｈａｏ１ 和 Ｓｈａｎ⁃
ｎｏｎ等多样性指数来计算．β多样性是基于两两样品
间距离矩阵来表示样本间的差异，距离矩阵中的数
据通过 ＰＣｏＡ 来进行可视化展示．选用 ＵｎｉＦｒａｃ 和
Ｊａｃｃａｒｄ两种方法来计算不同林龄和林分类型下土
壤细菌群落结构差异［２５－２６］ ．
微生物群落分布影响因子分析：将样品 ＯＴＵｓ
标准化到 １０００个后生成微生物物种矩阵，结合基本
理化性质进行影响因子的相关性分析．选用 Ｒ３．０．２
的 Ｖｅｇａｎ软件包，首先对物种数据矩阵作除趋势对
应分析（ＤＣＡ）分析，根据梯度值确定相应的典范对
应分析（ＣＣＡ）模型（＞３ 适合进行 ＣＣＡ 分析［２７－２８］ ）．
经蒙特卡罗置换检验实现（Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ
ｔｅｓｔ）分析影响的显著性［２８］ ．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 宝天曼森林土壤微生物群落结构特点
将宝天曼 １８ 个土壤样品中的质控后序列按
９７％相似性进行聚类，共得到 ４６５８０ 个 ＯＴＵｓ，分属
于 ６０ 个门，１２０９ 个属．对宝天曼土壤全样品菌群门
水平的分布展示如图 １，其中相对丰度最高的门分
别为变形菌门 （ Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ， ２９． ０％）、酸杆菌门
（Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ，１８．５％）、疣微菌门（Ｖｅｒｒｕｃｏｍｉｃｒｏｂｉａ，
１０．０％）、拟杆菌门（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ，８．５％）、放线菌门
图 １　 宝天曼森林土壤微生物门水平分布
Ｆｉｇ．１　 Ｐｈｙｌｕｍ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｂａｏｔｉａｎｍａｎ ｆｏｒｅｓｔ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ
ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ．
丰度最大的 １０个门按相对丰度分布分别标注为 １ ～ １０ １－１０ ｒｅｐｒｅ⁃
ｓｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｏｆ ｔｏｐ ｔｅｎ ｐｈｙｌａ： １） 变形菌 Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅ⁃
ｒｉａ； ２） 酸杆菌 Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ； ３） 疣微菌 Ｖｅｒｒｕｃｏｍｉｃｒｏｂｉａ； ４） 拟杆菌
Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ； ５） 未知菌 Ｕｎｋｎｏｗｎ； ６） 放线菌 Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ； ７） 浮
霉菌 Ｐｌａｎｃｔｏｍｙｃｅｔｅｓ； ８） 泉古菌 Ｃｒｅｎａｒｃｈａｅｏｔａ； ９） 厚壁菌 Ｆｉｒｍｉｃｕｔｅｓ；
１０） 绿弯菌 Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｉ．
５７２２８期　 　 　 　 　 　 　 　 　 白晓旭等： 河南宝天曼不同林龄与林型森林土壤的细菌群落结构与多样性　 　 　 　
（Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ，６． ３％）、浮霉菌门 （ Ｐｌａｎｃｔｏｍｙｃｅｔｅｓ，
５􀆰 ９％）等，其中有 ２５ 个低丰度门类 （相对丰度
＜０．１％）．从属水平上看，优势属主要有疣微菌门的
ＤＡ１０１（６．３％）、酸杆菌门的 Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ⁃２（５．９％）
和 Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｓｏｌｉｂａｃｔｅｒ（２．９％）、泉古菌门的 Ｃａｎｄｉ⁃
ｄａｔｕｓ Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｈａｅｒａ（２．６％）等，此外还有十分丰富的
未分类种属（Ｏｔｈｅｒ，６． ９％）和低丰度属（相对丰度
＜０．１％的属，１４．０％）．
２􀆰 ２　 不同林龄锐齿栎林土壤微生物群落结构特征
与多样性
锐齿栎幼龄林共检测到土壤微生物 ５３个门，中
龄林 ４４个门，老龄林 ４８个门．不同林龄间土壤菌群
最高丰度的 １０个门类相同，都为变形菌、酸杆菌、疣
微菌、拟杆菌、放线菌、浮霉菌、厚壁菌、绿弯菌、泉古
菌和未知菌等．由门水平菌群堆积图可以看出（图
２），疣微菌在幼龄林中分布较少，而放线菌和泉古
菌比较多．从属水平看，主要属丰度和排序也有明显
不同，幼龄林中最高丰度属为疣微菌门的 ＤＡ１０１，而
中龄林和老龄林中酸杆菌门的 Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ⁃２纲的
未知属丰度最高．
不同林龄土壤样品共得到 ４６６２７ 个 ＯＴＵｓ，根据
林龄的不同对土壤样品序列分组后进行 ＡＮＯＶＡ
分析，统计得到 １５７ 个丰度差异显著的 ＯＴＵｓ （ Ｐ
＜０􀆰 ０５）．对差异显著的 ＯＴＵｓ 进行分析发现，不同林
龄锐齿栎林土壤菌群中差异性 ＯＴＵｓ 主要属于 ２０
个门类，１０１个属，其中有 ５０个差异 ＯＴＵｓ出现在变
图 ２　 不同林龄锐齿栎土壤菌群主要门水平分布
Ｆｉｇ．２　 Ｐｈｙｌｕｍ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ ｆｒｏｍ
Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｆｏｒｅｓｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｇｅｓ．
ＱＡＦ４０：锐齿栎幼龄林 ４０⁃ｙｅａｒ⁃ｏｌｄ Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｆｏｒｅｓｔ； ＱＡＦ８０：锐齿栎
中龄林 ８０⁃ｙｅａｒ⁃ｏｌｄ Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｆｏｒｅｓｔ； ＱＡＦ１６０： 锐齿栎老龄林 １６０⁃
ｙｅａｒ⁃ｏｌｄ Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｆｏｒｅｓｔ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ． 丰度最大的 １０个门
按相对丰度分布分别标注为 １～ １０ １－１０ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ａｂｕｎ⁃
ｄａｎｃｅ ｏｆ ｔｏｐ ｔｅｎ ｐｈｙｌａ： １） 变形菌 Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ； ２） 酸杆菌 Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅ⁃
ｒｉａ； ３） 放线菌 Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ； ４） 疣微菌 Ｖｅｒｒｕｃｏｍｉｃｒｏｂｉａ； ５） 拟杆菌
Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ； ６） 未知菌 Ｕｎｋｎｏｗｎ； ７） 浮霉菌 Ｐｌａｎｃｔｏｍｙｃｅｔｅｓ； ８） 泉古
菌 Ｃｒｅｎａｒｃｈａｅｏｔａ； ９） 厚壁菌 Ｆｉｒｍｉｃｕｔｅｓ； １０） 绿弯菌 Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｉ．
形菌门，最高丰度的差异 ＯＴＵ 注释到红游动菌属
（Ｒｈｏｄｏｐｌａｎｅｓ），主要富集在中龄林土壤菌群中（幼
龄林样本中得到 １２８个，中龄林样本中得到 ２６０ 个，
老龄林样品中得到 １２２ 个）；次高丰度 ＯＴＵ 注释到
疣微菌门的 ＤＡ１０１（幼龄林样本中得到 １３０个，中龄
林样本中得到 １４７个，老龄林样品中得到 １２２个）．
　 　 将每个样品的 ｒｅａｄｓ标准化到 １００００条后，通过
３种微生物多样性指数比较不同林龄土壤的 α 多样
性（图 ３），对 ３ 种多样性指数结果分别做 ＡＮＯＶＡ
分析可知，不同林龄锐齿栎林土壤菌群多样性相差不
大（Ｐ＞０．０５）．从 Ｓｈａｎｎｏｎ 指数分析来看，锐齿栎老龄
林（１１．２５）和幼龄林（１１．２１）土壤细菌多样性较高，中
龄林最低（１０．８３），Ｃｈａｏ１指数结果显示锐齿栎林幼龄
林物种丰富度最高，老龄林居中，中龄林最低．
选用 ＵｎｉＦｒａｃ 和 Ｊａｃｃａｒｄ 两种指数进行不同林
龄土壤细菌群落结构相似性分析．采用 Ｊａｃｃａｒｄ 指数
表征菌群相似度时，一般认为 ０．５ ～ ０．７５ 为中等相
似［２６，２９］，３种林龄土壤细菌群落间 Ｊａｃｃａｒｄ 相似性系
数为 ０．５５７～０．７５０，说明 ４０、８０和 １６０年林龄土壤菌
群结构处于中等相似水平．而采用 ＵｎｉＦｒａｃ距离法表
征进化的差异，一般认为 ＵｎｉＦｒａｃ值在 ０．５时群落结
构中等相似，ＵｎｉＦｒａｃ值越接近 １表明群落结构差异
越大［３０］，这 ３个林龄土壤细菌群落间 ＵｎｉＦｒａｃ 距离
在 ０．６８６～０．８０３，说明尽管 Ｊａｃｃａｒｄ 指数显示样品间
中等相似，但从进化的角度上看，不同林龄间却存在
着明显的群落结构差异．从图４可以看出，３组不同
图 ３　 不同林龄锐齿栎土壤微生物 α多样性
Ｆｉｇ．３　 α⁃ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｅｓ ｆｒｏｍ Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｆｏｒｅｓｔｓ
ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｇｅｓ．
６７２２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
图 ４　 不同林龄锐齿栎土壤微生物 β多样性
Ｆｉｇ．４　 β⁃ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｅｓ ｆｒｏｍ Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｆｏｒｅｓｔｓ
ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｇｅｓ．
－１、－２、－３表示重复样品－１， －２ ａｎｄ －３ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｒｅｐｅａｔｅｄ ｓａｍｐｌｅｓ．
下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
林龄土样按林龄不同区分开来，样品聚类树图显示，
幼龄林和老龄林土壤菌群聚在一起，与中龄林的差
异较大．
２􀆰 ３　 不同林分类型土壤微生物群落结构特征及多
样性
在林龄同为 ８０年的 ４个林地样品中，锐齿栎林
土壤样品中共检测到 ４４ 个门，栓皮栎林中共含 ４６
个门，短柄枹林中有 ４９个门，锐齿栎 ／华山松混交林
有 ４８个门类．不同林型间土壤菌群最高丰度的 １０
个门类为变形菌、酸杆菌、疣微菌、拟杆菌等，与前述
不同林龄锐齿栎林 １０大主要门类相同．由不同林型
间门水平菌群堆积图（图 ５）可以看出，锐齿栎和锐
齿栎 ／华山松混交林主要门类相对丰度分布较为相
似，而短柄枹林则与其他林型相对丰度分布差异最
大，主要表现在短柄枹林的疣微菌最少而泉古菌含
量最大．从其他分类层级上看，４ 类森林土壤细菌分
布也明显不同，如在属水平上，锐齿栎林和锐齿栎 ／
华山松混交林中最高丰度属都为疣微菌门的
ＤＡ１０１，而栓皮栎林和短柄枹林中都显示未分类属
含量最高，短柄枹林中 Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｈａｅｒａ 相
对丰度远高于其他 ３种林型，且在锐齿栎和锐齿栎 ／
华山松混交林中分布最多的 ＤＡ１０１ 在短柄枹林中
丰度明显降低．
不同林分类型土壤样品菌群序列统计共得到
６０５９７个 ＯＴＵｓ，根据林型的不同对土壤样品序列进
行分组后进行ＡＮＯＶＡ分析，发现其中２２９个ＯＴＵｓ
图 ５　 宝天曼不同林分类型土壤菌群主要门水平分布
Ｆｉｇ．５　 Ｐｈｙｌｕｍ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ ｆｒｏｍ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅ ｆｏｒｅｓｔｓ．
ＱＧＢ： 短柄枹林 Ｑｕｅｒｃｕｓ ｇｌａｎｄｕｌｉｆｅｒａ ｆｏｒｅｓｔ； ＱＶ： 栓皮栎林 Ｑ． ｖａｒｉａｂｉ⁃
ｌｉｓ ｆｏｒｅｓｔ； ＰＡ： 锐齿栎 ／华山松混交林 Ｍｉｘｅｄ Ｐ． ａｒｍａｎｄｉｉ ａｎｄ Ｑ． ａｌｉｅｎａ
ｆｏｒｅｓｔ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ． 丰度最大的 １０ 个门按相对丰度分布分
别标注为 １～１０ １－１０ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｏｆ ｔｏｐ ｔｅｎ ｐｈｙ⁃
ｌａ： １） 变形菌 Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ； ２） 酸杆菌 Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ； ３） 疣微菌
Ｖｅｒｒｕｃｏｍｉｃｒｏｂｉａ； ４） 拟杆菌 Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ； ５） 未知菌 Ｕｎｋｎｏｗｎ； ６） 浮
霉菌 Ｐｌａｎｃｔｏｍｙｃｅｔｅｓ； ７） 放线菌 Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ； ８） 泉古菌 Ｃｒｅｎａｒｃｈａ⁃
ｅｏｔａ； ９） 厚壁菌 Ｆｉｒｍｉｃｕｔｅｓ； １０） 绿弯菌 Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｉ．
在各样品间丰度差异显著（Ｐ＜０．０５），主要属于 １９
个门类，１２７个属，其中有 ５０个差异 ＯＴＵｓ属于变形
菌门．不同林型间的显著差异 ＯＴＵｓ 中，锐齿栎林和
锐齿栎 ／华山松混交林最高丰度 ＯＴＵ 注释为红游动
菌属（Ｒｈｏｄｏｐｌａｎｅｓ），锐齿栎林样本中得到 ２６０个，锐
齿栎 ／华山松混交林样本中得到 ２５５个，栓皮栎林样
本中得到 ８４个，短柄枹林样本中得到 ９１个；栓皮栎
林中最高丰度 ＯＴＵｓ注释为肠杆菌科（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒｉ⁃
ａｃｅａｅ），锐齿栎林检测到６３个，锐齿栎 ／ 华山松混
图 ６　 不同林型土壤微生物 α多样性
Ｆｉｇ．６　 α⁃ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｅｓ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅ ｆｏｒｅｓｔｓ．
７７２２８期　 　 　 　 　 　 　 　 　 白晓旭等： 河南宝天曼不同林龄与林型森林土壤的细菌群落结构与多样性　 　 　 　
图 ７　 不同林型土壤微生物 β多样性
Ｆｉｇ．７　 β⁃ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｅｓ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅ ｆｏｒｅｓｔｓ．
交林１４７ 个，栓皮栎 １９６ 个，短柄枹 ７８ 个；而短柄
枹林样本中最高丰度 ＯＴＵｓ 则注释为酸杆菌科
（Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａｃｅａｅ），短柄枹林检测到 １１６ 个，锐齿
栎林 １４个，锐齿栎 ／华山松混交林 ３０ 个，栓皮栎林
１０７个．
将每个样品的 ｒｅａｄｓ标准化到 １００００条后，计算
不同样品的 α多样性，经 ＡＮＯＶＡ分析可知，不同林
分类型锐齿栎土壤菌群多样性相差不大（Ｐ＞０．０５），
但变化趋势相近．从 Ｓｈａｎｎｏｎ 指数看，４ 个样地土壤
细菌的多样性指数由大到小排序依次为：锐齿栎 ／华
山松混交林（１１􀆰 ４７）、栓皮栎林（１１．２４）和短柄枹林
（１１􀆰 １５）、锐齿栎（１０．８３），Ｃｈａｏ１ 指数显示短柄枹林
丰富度略高于栓皮栎林，但整体趋势上看，仍以锐齿
栎 ／华山松混交林最高，锐齿栎林最低．
　 　 不同林型土壤细菌群落间 Ｊａｃｃａｒｄ 相似性系数
为 ０．５３８ ～ ０． ７６９，说明不同林分类型间土壤菌群
结构存在一定的相似度．而 Ｕｎｉｆｒａｃ 距离在 ０．６９７ ～
０􀆰 ８１０，说明从进化的角度上看确实存在明显的群落
结构差异．从图 ７ 可知，不同林型土样被区分开来，
从样品聚类树图可见，锐齿栎 ／华山松混交林和锐齿
栎林土壤样品群落结构比较接近，其次是栓皮栎林，
短柄枹距离最远，不同林龄间群落结构差异显著
（Ｐ＜０．０１）．
２􀆰 ４　 不同林龄和不同林分类型下土壤菌群影响因
子典范对应分析
将样品 ＯＴＵｓ 标准化到 １０００ 条后，结合土壤
ｐＨ、全氮、有机碳 ３种基本理化性质，首先用 Ｒ软件
图 ８　 环境因子典范对应分析
Ｆｉｇ．８　 Ｃａｎｏｎｉｃａｌ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃ⁃
ｔｏｒｓ．
ＳＯＣ： 土壤有机碳含量 Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ； ＴＮ： 土壤全氮
含量 Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ．
做 ＤＣＡ分析来判别选择线性排序还是单峰排序，本
文中 ＤＣＡ最大排序轴值为 ４．１０，因此选用单峰模型
ＣＣＡ进行后续分析和讨论．依据 ＣＣＡ 排序结果（图
８）， 可将全部样品划分为较明显的两组，其中不同
林龄锐齿栎林和锐齿栎 ／华山松混交林聚成一组，而
短柄枹和栓皮栎林聚成一组．由 ＣＣＡ 图中箭头的连
线长度可以明显看出，选取的几种土壤理化性质
对菌群分布都有一定程度的影响，３ 种环境因子
的合并解释量为 １７． ２％．经蒙特卡罗秩和检验实
现（Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ）分析，可知 ３ 种环
境因子都对土壤细菌物种分布具有显著影响（Ｐ ＝
０􀆰 ００１），其中土壤有机碳解释了土壤菌群分布 ９．８％
的变异，土壤全氮解释了菌群分布 ９．７％的变异，土
壤 ｐＨ解释了 ８．８％的变异．
３　 讨　 　 论
宝天曼地区森林土壤细菌主要以变形菌
（２９􀆰 ０％）、酸杆菌（１８．５％）、疣微菌（１０．０％）３ 大门
类丰度最高，拟杆菌、放线菌、浮霉菌等也比较丰富．
据 Ｊａｎｓｓｅｎ［３１］对森林、草地、牧场、高山草甸等不同
利用方式的土壤细菌分布研究显示，土壤中变形菌
门平均相对丰度为 ３９％（１０％ ～ ７７％），酸杆菌门平
均相对丰度为 ２０％（５％ ～４６％）、疣微菌门平均丰度
为 ７％（０～ ２１％），３ 大类主要土壤微生物相对丰度
依土壤类型不同而在一定范围内波动．Ｓｈｅｎ 等［３２］采
用 ４５４焦磷酸测序法对温带森林长白山土壤菌群结
构研究发现，长白山土壤主要微生物门类包括
变形菌（４９．６％）、酸杆菌（１８．７％）和放线菌（１２．８％）
等，而疣微菌只占 ０．１７％．这与本研究中宝天曼的
土壤差别很大．其中，变形菌的差异主要来自于
８７２２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
β⁃ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ的丰度变化（长白山 １８．６％，而宝天
曼仅为 ５．６％），β⁃变形菌包括很多好氧或兼性细菌，
通常具有可变的降解能力，也有一些无机化能种类
如可以氧化氨的亚硝化单胞菌属（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ）和
光合种类如红环菌属（Ｒｈｏｄｏｃｙｃｌｕｓ）等，丰度主要受
ｐＨ值和营养等环境因子影响［３３］，长白山森林土壤
平均 ｐＨ 在 ５ 以上［２７］，高于宝天曼土壤（ ｐＨ ２．４ ～
４􀆰 ５）．疣微菌广泛分布于根际和团聚体土壤中［３４］，
其丰度与多种碳水化合物代谢相关的基因相关，可
能在碳生物地球化学循环中发挥着重要作用，同时
地理格局也是其丰度改变的主要驱动因子［３５］ ．因此
这种变形菌和疣微菌的丰度差异可能与地理因素引
起的生态多样性和土壤营养情况不同有关．
Ｃｈａｏ１和 Ｓｈａｎｎｏｎ 指数的计算公式不同，因而
在表征 α 多样性时，所反映的侧重点略有不同：
Ｃｈａｏ１指数在观测 ＯＴＵｓ 基础上加入了低丰度序列
（只有一条和只有两条的 ＯＴＵ数目）的计算，因此在
生态学中常用来估计物种总数；而 Ｓｈａｎｎｏｎ 指数同
时受到物种丰富度和均度两者的影响［２３－２４］ ．由于本
研究中不同样品的 Ｃｈａｏ１指数在所有样品间的趋势
基本一致，而加入了均度影响的 Ｓｈａｎｎｏｎ 指数在所
有样品间的趋势略有不同，主要表现在菌群分布比
较接近的群落如幼龄林和老龄林间、栓皮栎和短柄
枹林间，多样性分析结果存在不一致性，但在菌群结
构差异较大的样品如中龄林和老龄林间、锐齿栎林
和锐齿栎 ／华山松混交林间则无显著差别．Ｈａｅｇｅｍａｎ
等［３６］指出，Ｃｈａｏ１ 指数往往会引起多样性的低估，
且这种低估会随着样本数和菌群物种数的增加而逐
渐加大，这可能是本研究中采用不同多样性指数得
到不一致结果的主要原因．
不同林龄锐齿栎林土壤样品各自存在丰度显著
差异门类和特有低丰度和高丰度类群，一些类群随
林龄增加也存在一些趋势性变化，如拟杆菌门和蓝
藻门随林龄增加相对丰度逐渐升高，而厚壁菌则相
反．不同林龄土壤中存在差异显著 ＯＴＵｓ，其中属于
变形菌门的 ＯＴＵｓ最多．变形菌是土壤细菌中最大的
门类，包括很多病原菌，也有自由生活的种类，包括
很多可以进行固氮的细菌（如根瘤菌） ［３７］ ．差异显著
ＯＴＵｓ中丰度最高的是红游动菌，红游动菌是兼性厌
氧光养菌，能利用各种有机化合物进行光合异养生
长［３８］，在营养丰富的中龄林土壤菌群中含量最高．
多样性指数分析显示中龄林多样性最低，Ｃｈａｏ１ 指
数呈现幼龄林略高于老龄林，而 Ｓｈａｎｎｏｎ 指数则是
老龄林高于幼龄林，其原因可能是幼龄林物种丰富
图 ９　 不同来源样品聚类树图
Ｆｉｇ． ９ 　 Ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃ ｔｒｅｅ ｏｆ ａｌｌ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｓｏｕｒｃｅｓ．
度略高于老龄林，老龄林土壤菌群逐渐稳定，其土壤
菌群均度较好．结合 ＵｎｉＦｒａｃ的群落差异性分析结果
可知，中龄林和其他两种林型土壤菌群存在较为明
显的聚类差异．这种差异可能是由于：幼龄林植被定
植时间较短，生物量相对较低，养分积累较少；而随
林龄增加植物生长加速，植被群落逐渐完整，林分密
度和林下植被盖度增大，凋落物和根系分泌物增多
和植物间种间竞争更为激烈，因此对应的林下土壤
菌群种类和丰度也与幼龄林和老龄林差异显
著［３９－４０］ ．老龄林植物生长减慢，植被群落趋于稳定，
逐年累积的枯枝落叶和植物残体等凋落物分解和腐
殖质化，一些降解菌如拟杆菌等的相对丰度明显
增加．
４种不同林分类型菌群分布明显不同，存在很
多差异性类群，但锐齿栎和锐齿栎 ／华山松混交林的
菌群分布较为相似，从聚类角度看，锐齿栎 ／华山松
混交林和锐齿栎林群落结构比较接近，而与短柄枹
和栓皮栎林显著不同，可能是由于两者间有相交叉
的优势植被树种（锐齿栎），因此有相似的凋落物组
成，导致表层土壤微生物存在相似种群．但锐齿栎林
土壤菌群丰富度和均一度最低，而锐齿栎 ／华山松混
交林的多样性指数最高，说明混交林能提高土壤微
生物的多样性，这与已有的研究一致［４１］ ．短柄枹林
中氨氧化古细菌 Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｈａｅｒａ 相对丰度
远高于其他 ３种林型．
Ｓｈｅｎ等［３２］指出，土壤 ｐＨ、全氮、有机碳都是影
响土壤菌群结构的重要因子．分析发现，随 ｐＨ、土壤
全氮和有机碳的增加，土壤菌群物种多样性都呈增
加趋势．而不同林龄间 ｐＨ 值十分接近，全氮变化与
多样性同步，但随土壤有机碳增加丰富度指数和
Ｃｈａｏ１指数逐渐减小．表明 ｐＨ、土壤全氮和有机碳都
９７２２８期　 　 　 　 　 　 　 　 　 白晓旭等： 河南宝天曼不同林龄与林型森林土壤的细菌群落结构与多样性　 　 　 　
是与森林土壤菌群变化密切相关的影响因子．结合 ３
种环境因子与微生物物种分布的典范对应分析，发
现 ３种因子对菌群分布影响极为显著，分别解释了
土壤菌群 ８．８％～９．８％的变异． 森林生态系统极其复
杂，其林下土壤菌群分布受地形、植被、土壤营养与
健康、人类干扰等多种因素影响［４２］，因此还存在很
多重要的环境影响因子，需要进一步分析．
　 　 将不同林龄和不同林型的样品群落结构聚类结
果进行整合分析发现（图 ９），锐齿栎林和其他林型
很好地分开，锐齿栎 ／华山松混交林聚类关系处于锐
齿栎林和其他两种林型之间，但不同林龄的锐齿栎
则聚在一起．结合典范对应分析图可知，不同锐齿栎
林在排序图中聚在一起，而另几种不同林分类型则
远远分开．表明在 ４０ ～ １６０ 年林龄尺度上，林分类型
变化引起的菌群结构变化大于林龄，可能与地表凋
落物的组成成分、数量及土层中植物根系分布状况、
数量不同等有关［４３］ ．
森林土壤中微生物的空间异质性高［４４］，因此同
一标准地中的 ３个重复样品其微生物群落有时也可
看到明显差异［４５］，而宝天曼地处由南至北的过渡
带，环境异质性强，这导致在 ＰＣｏＡ分析中散点分布
较为分散．
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０８２２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，
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［２８］　 Ｌａｉ Ｊ⁃Ｓ （赖江山）， Ｍｉ Ｘ⁃Ｃ （米湘成）． Ｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ
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（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［２９］　 Ｓｕ Ｙ⁃Ｃ （苏永春）， Ｇｏｕ Ｙ⁃Ｂ （勾影波）， Ｙｕ Ｄ （郁
达）， ｅｔ ａｌ． Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ ａｔ
Ｙｕｓｈａｎ Ｈｉｌｌ， Ｃｈａｎｇｓｈｕ， Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ． Ｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ
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Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［３０］ 　 Ｌｏｚｕｐｏｎｅ Ｃ， Ｋｎｉｇｈｔ Ｒ． ＵｎｉＦｒａｃ： Ａ ｎｅｗ ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃ
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ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ， ２００５， ７１： ８２２８－８２３５
［３１］　 Ｊａｎｓｓｅｎ ＰＨ． Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｏｉｌ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｔａｘａ
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［３２］　 Ｓｈｅｎ ＣＣ， Ｘｉｏｎｇ ＪＢ， Ｚｈａｎｇ ＨＹ， ｅｔ ａｌ． Ｓｏｉｌ ｐＨ ｄｒｉｖｅｓ
ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ ａｌｏｎｇ
ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｏｎ Ｃｈａｎｇｂａｉ Ｍｏｕｎｔａｉｎ． Ｓｏｉｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏ⁃
ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ２０１３， ５７： ２０４－２１１
［３３］　 Ｎａｃｋｅ Ｈ， Ｔｈüｒｍｅｒ Ａ， Ｗｏｌｌｈｅｒｒ Ａ， ｅｔ ａｌ． Ｐｙｒｏｓｅｑｕｅｎ⁃
ｃｉｎｇ⁃ｂａｓｅｄ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ａｌｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｉｎ Ｇｅｒｍａｎ ｆｏｒｅｓｔ ａｎｄ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｓｏｉｌｓ． ＰＬｏＳ Ｏｎｅ， ２０１１， ６： ｅ１７０００
［３４］　 Ｋｉｅｌａｋ Ａ， Ｐｉｊｌ ＡＳ， Ｖａｎ Ｖｅｅｎ ＪＡ， ｅｔ ａｌ． Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ
ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｌａｎｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ｉｄｅｎｔｉｔｙ ｌｅａｄ ｔｏ
ｏｎｌｙ ｍｉｎｏｒ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｓｏｉｌ⁃ｂｏｒｎｅ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ
ｉｎ ａ ｆｏｒｍｅｒ ａｒａｂｌｅ ｆｉｅｌｄ． ＦＥＭＳ Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｅｃｏｌｏｇｙ，
２００８， ６３： ３７２－３８２
［３５］　 Ｆｉｅｒｅｒ Ｎ， Ｌａｄａｕ Ｊ， Ｃｌｅｍｅｎｔｅ ＪＣ， ｅｔ ａｌ． Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ
ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅ⁃ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ
ｔａｌｌｇｒａｓｓ ｐｒａｉｒｉｅ ｓｏｉｌｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ． Ｓｃｉｅｎｃｅ，
２０１３， ３４２： ６２１－６２４
［３６］　 Ｈａｅｇｅｍａｎ Ｂ， Ｈａｍｅｌｉｎ Ｊ， Ｍｏｒｉａｒｔｙ Ｊ， ｅｔ ａｌ． Ｒｏｂｕｓｔ ｅｓｔｉ⁃
ｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ．
Ｔｈｅ ＩＳＭＥ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２０１３， ７： １０９２－１１０１
［３７］　 Ｓｐａｉｎ ＡＭ， Ｋｒｕｍｈｏｌｚ ＬＲ， Ｅｌｓｈａｈｅｄ ＭＳ． Ａｂｕｎｄａｎｃｅ，
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ， ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ ｎｏｖｅｌｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ．
Ｔｈｅ ＩＳＭＥ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２００９， ３： ９９２－１０００
［３８］　 Ｓｕｎ Ｙ （孙　 勇）， Ｘｉｅ Ｓ⁃Ｔ （谢数涛）， Ｙａｎｇ Ｚ⁃Ｍ （杨
泽民）， ｅｔ ａｌ． Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｔｒａｉｎ ｏｆ
ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｂａｃｔｅｒｉａ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ⁃ｙｉｅｌｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ
ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄ ｐｉｇｍｅｎｔｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｎａｔｕ⁃
ｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） （暨南大学学报： 自然科学版）， ２００６，
２７（１）： １４６－１５０ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［３９］　 Ｊｉａｏ Ｒ⁃Ｚ （焦如珍）， Ｙａｎｇ Ｃ⁃Ｄ （杨承栋）， Ｓｕｎ Ｑ⁃Ｗ
（孙启武）， ｅｔ ａｌ． Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ａｍｏｕｎｔ ａｎｄ
ｂｉｏｍａｓｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｆｉｒ ｐｌａｎｔａ⁃
ｔｉｏｎ． Ｓｃｉｅｎｔｉａ Ｓｉｌｖａｅ Ｓｉｎｉｃａｅ （林业科学）， ２００５， ４１
（６）： １６３－１６５ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［４０］　 Ｍａｏ Ｚ⁃Ｊ （毛钟警）， Ｗａｎｇ Ｇ⁃Ｙ （王冠玉）， Ｚｈｏｕ Ｙ⁃Ｈ
（周远和）， ｅｔ ａｌ． Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ
ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ ｉｎ ｆｏｒｅｓｔｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｗｉｔｈ
ｓｏｉｌ ｅｎｚｙｍｅｓ． Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ （广东农
业科学）， ２０１２， ３９（１２）： ６０－６２ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［４１］　 Ｑｉ Ｙ⁃Ｊ （齐雅静）， Ｂａｉ Ｓ⁃Ｌ （白淑兰）， Ｈａｎ Ｓ⁃Ｌ （韩胜
利）， ｅｔ ａｌ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｒｈｉｚｏ⁃
ｓｐｈｅｒｅ ｓｏｉｌ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｏｒｅｓｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ Ｐｉｎｕｓ ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ
ａｎｄ Ｏｓｔｒｙｏｐｓｉｓ ｄａｖｉｄａｉａｎａ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｂｕｌｌｅｔｉｎ （中国农学通报）， ２０１１， ２７（２）： ５３－５６ （ ｉｎ
Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［４２］　 Ｚｈｅｎｇ Ｈ （郑　 华）， Ｏｕｙａｎｇ Ｚ⁃Ｙ （欧阳志云）， Ｗａｎｇ
Ｘ⁃Ｋ （王效科）， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｐａｔ⁃
ｔｅｒｎｓ ｏｎ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ａｐｐｌｉｅｓ Ｅｃｏｌｏｇｙ （应用生态学报）， ２００５， １５ （ １１）：
２０１９－２０２４ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［４３］ 　 Ｂｉ Ｊ⁃Ｔ （毕江涛）， Ｈｅ Ｂ⁃Ｈ （贺达汉）． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｄ⁃
ｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐｌａｎｔ ｏｎ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ． Ｃｈｉ⁃
ｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ （中国农学通报），
２００９， ２５（９）： ２４４－２５０ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［４４］　 Ｈａｎ Ｙ⁃Ｚ （韩有志）， Ｗａｎｇ Ｚ⁃Ｑ （王政权）． Ｓｐａｔｉａｌ
ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙ ａｎｄ ｆｏｒｅｓｔ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ａｐｐｌｉｅｓ Ｅｃｏｌｏｇｙ （应用生态学报）， ２００２， １３ （ ５）：
６１５－６１９ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［４５］　 Ｌｏｕ Ｘ （娄 　 鑫）， Ｃｕｉ Ｘ⁃Ｙ （崔晓阳）． Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ
ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｅ ｆｏｒｅｓｔ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ
ｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ （土
壤通报）， ２０１１， ４２（３）： ５５７－５６１ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
作者简介　 白晓旭，女，１９８８年生，硕士． 主要从事环境微生
物学和分子生态学研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｂａｉｘｉａｏｘｕ１１＠ ｍａｉｌｓ． ｇｕｃａｓ．
ａｃ．ｃｎ
责任编辑　 肖　 红
１８２２８期　 　 　 　 　 　 　 　 　 白晓旭等： 河南宝天曼不同林龄与林型森林土壤的细菌群落结构与多样性