全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 2 期摇 摇 2013 年 1 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
岩溶山区水分时空异质性及植物适应机理研究进展 陈洪松,聂云鹏,王克林 (317)……………………………
红树林植被对大型底栖动物群落的影响 陈光程,余摇 丹,叶摇 勇,等 (327)……………………………………
淡水湖泊生态系统中砷的赋存与转化行为研究进展 张摇 楠,韦朝阳,杨林生 (337)……………………………
纳米二次离子质谱技术(NanoSIMS)在微生物生态学研究中的应用 胡行伟,张丽梅,贺纪正 (348)…………
城市系统碳循环:特征、机理与理论框架 赵荣钦,黄贤金 (358)…………………………………………………
城市温室气体排放清单编制研究进展 李摇 晴,唐立娜,石龙宇 (367)……………………………………………
个体与基础生态
科尔沁沙地家榆林的种子散布及幼苗更新 杨允菲,白云鹏,李建东 (374)………………………………………
环境因子对木棉种子萌发的影响 郑艳玲,马焕成,Scheller Robert,等 (382)……………………………………
互花米草与短叶茳芏枯落物分解过程中碳氮磷化学计量学特征 欧阳林梅,王摇 纯,王维奇,等 (389)………
性别、季节和体型大小对吐鲁番沙虎巢域的影响 李文蓉,宋玉成,时摇 磊 (395)………………………………
遮蔽行为对海刺猬摄食、生长和性腺性状的影响 罗世滨,常亚青,赵摇 冲,等 (402)……………………………
水稻和玉米苗上饲养的稻纵卷叶螟对温度的反应 廖怀建,黄建荣,方源松,等 (409)…………………………
种群、群落和生态系统
亚热带不同林分土壤表层有机碳组成及其稳定性 商素云,姜培坤,宋照亮,等 (416)…………………………
禁牧条件下不同类型草地群落结构特征 张鹏莉摇 陈摇 俊摇 崔树娟,等 (425)…………………………………
高寒退化草地狼毒与赖草种群空间格局及竞争关系 任摇 珩,赵成章 (435)……………………………………
小兴安岭 4 种典型阔叶红松林土壤有机碳分解特性 宋摇 媛,赵溪竹,毛子军,等 (443)………………………
新疆富蕴地震断裂带植被恢复对土壤古菌群落的影响 林摇 青,曾摇 军,张摇 涛,等 (454)……………………
长期施肥对紫色土农田土壤动物群落的影响 朱新玉,董志新,况福虹,等 (464)………………………………
潮虫消耗木本植物凋落物的可选择性试验 刘摇 燕,廖允成 (475)………………………………………………
象山港网箱养殖对近海沉积物细菌群落的影响 裘琼芬,张德民,叶仙森,等 (483)……………………………
2005 年夏季东太平洋中国多金属结核区小型底栖生物研究 王小谷,周亚东,张东声,等 (492)………………
川西亚高山典型森林生态系统截留水文效应 孙向阳,王根绪,吴摇 勇,等 (501)………………………………
景观、区域和全球生态
中国水稻生产对历史气候变化的敏感性和脆弱性 熊摇 伟,杨摇 婕,吴文斌,等 (509)…………………………
1961—2005 年东北地区气温和降水变化趋势 贺摇 伟,布仁仓,熊在平,等 (519)………………………………
地表太阳辐射减弱和臭氧浓度增加对冬小麦生长和产量的影响 郑有飞,胡会芳,吴荣军,等 (532)…………
资源与产业生态
基于环境卫星数据的黄河湿地植被生物量反演研究 高明亮,赵文吉,宫兆宁,等 (542)………………………
黄土高原南麓县域耕地土壤速效养分时空变异 陈摇 涛,常庆瑞,刘摇 京,等 (554)……………………………
不同水稻栽培模式下小麦秸秆腐解特征及对土壤生物学特性和养分状况的影响
武摇 际,郭熙盛, 鲁剑巍,等 (565)
………………………………
……………………………………………………………………………
施氮时期对高产夏玉米光合特性的影响 吕摇 鹏,张吉旺,刘摇 伟,等 (576)……………………………………
城乡与社会生态
城市景观组分影响水质退化的阈值研究 刘珍环,李正国,杨摇 鹏,等 (586)……………………………………
长株潭地区生态可持续性 戴亚南,贺新光 (595)…………………………………………………………………
外源 NO对镉胁迫下水稻幼苗抗氧化系统和微量元素积累的影响 朱涵毅,陈益军,劳佳丽,等 (603)………
达里诺尔湖沉积物中无机碳的形态组成 孙园园,何摇 江,吕昌伟,等 (610)……………………………………
绿洲土 Cd、Pb、Zn、Ni复合污染下重金属的形态特征和生物有效性 武文飞,南忠仁,王胜利,等 (619)………
柠檬酸和 EDTA对铜污染土壤环境中吊兰生长的影响 汪楠楠,胡摇 珊,吴摇 丹,等 (631)……………………
研究简报
海州湾生态系统服务价值评估 张秀英,钟太洋,黄贤金,等 (640)………………………………………………
内蒙古羊草群落、功能群、物种变化及其与气候的关系 谭丽萍,周广胜 (650)…………………………………
氮磷供给比例对长白落叶松苗木磷素吸收和利用效率的影响 魏红旭,徐程扬,马履一,等 (659)……………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*352*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*38*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄01
封面图说: 科尔沁沙地榆树———榆树疏林草原属温带典型草原地带,适应半干旱半湿润气候的隐域性沙地顶级植物群落,具有
极强的适应性、稳定性,生物产量较高。 在我国仅见于科尔沁沙地和浑善达克沙地。 是防风固沙、保护沙区生态环
境和周边土地资源的一种重要的植物群落类型,是耐旱沙生植物的重要物种基因库和荒漠野生动物的重要避难所
和栖息地。 这些年来,由于人类毁林开荒、过度放牧、甚至片面地建立人工林群落等的干扰 ,不同程度地破坏了榆
树疏林的生态环境,影响了其特有的生态作用。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 2 期
2013 年 1 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 2
Jan. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:新疆特殊环境微生物实验室开放课题(XJYS0203鄄2010鄄08)
收稿日期:2011鄄11鄄17; 摇 摇 修订日期:2012鄄02鄄14
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: loukai02@ mail. tsinghua. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201111171749
林青,曾军, 张涛,马晶,王重,娄恺.新疆富蕴地震断裂带植被恢复对土壤古菌群落的影响.生态学报,2013,33(2):0454鄄0463.
Lin Q, Zeng J,Zhang T,Ma J,Wang Z, Lou K. The influence of vegetation restoration on soil archaeal communities in Fuyun earthquake fault zone of
Xinjiang. Acta Ecologica Sinica,2013,33(2):0454鄄0463.
新疆富蕴地震断裂带植被恢复对土壤古菌群落的影响
林摇 青1,2,曾摇 军1, 张摇 涛1,马摇 晶1,2,王摇 重1,娄摇 恺1,*
(1. 新疆农业科学院微生物应用研究所,乌鲁木齐摇 830091; 2. 新疆大学生命科学与技术学院,乌鲁木齐摇 830046)
摘要:选取新疆富蕴地震断裂带 8 种次生植物根际土壤,以同土层裸地为对照,测量土壤化学性质,利用末端限制性片段长度多
态性技术研究塌陷区次生植物对土壤古菌群落的影响。 结果表明,多数植物根际土壤养分显著(P<0. 05)高于对照,其主要古
菌类群为泉古菌门(Crenarchaeota)和广古菌门(Euryarchaeota),群落间多样性差异大,相似性低。 不同植物根际土壤古菌的优
势类群数量差异较大,鼠掌老鹳草高达 18 种,西北绢蒿少为 2 种。 典范对应分析表明,土壤有机质含量对古菌优势类群分布影
响最大(Hha玉酶切:r=0. 94;Rsa玉酶切:r=0. 74),速效磷含量与古菌群落各多样性指数呈显著正相关(P<0. 05),总氮含量与
均匀度指数 E呈显著正相关(P<0. 05)。 新疆地震断裂带植被的恢复可影响根际土壤古菌群落的分布、组成和结构,其原因与
植物根际土壤化学性质有关,同时在改善土壤肥力方面也有显著效果。
关键词:地震断裂带;根际微生物;末端限制性片段长度多态性
The influence of vegetation restoration on soil archaeal communities in Fuyun
earthquake fault zone of Xinjiang
LIN Qing1,2, ZENG Jun1,ZHANG Tao1,MA Jing1,2,WANG Zhong1, LOU Kai1,*
1 Institute of Microbiology, Xinjiang Academy of Agriculture Science, Urumqi 830091, China
2 College of Life Science and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830046, China
Abstract: Strong earthquake could cause a variety of secondary geological disasters, and severely damage ecological
environment. After earthquake, the vulnerable and sensitive ecosystems are going through a series of vegetation restoration
and soil succession. Of this, vegetation recovery was regarded as the core of reconstruction of ecological restoration.
However, the current research mainly focused on the investigation, recovery and reconstruction of the ecosystem damage
from a macro perspective. Research in regard to the relationship between vegetation and soil microbial was rarely reported.
Fuyun earthquake fault zone is located in Fuyun county of Altay in Xinjiang, which was caused by a serious earthquake of 8
scales on August 11, 1931 and formed a 176 km long rift. It was one of the rare earthquake fault zones in the world. The
aim of this study therefore was to investigate the effect of secondary plants on soil archaeal communities in the secondary
barren of Fuyun seismic fault zone in Xinjiang. In a 300伊30m range ( collapse region was long and narrow), 8 different
plants were selected as dominant plant species after investigation. They were Salix vistita, Salix rectijulis, Eremopyrum
orientale, Seriphidium nitrosum, Geranium sibiricum, Spiraea media, Galium verum and Rosa spinosissima. The rhizosphere
soils collected from the 8 different plants were studied by testing soil chemical properties ( mainly include soil organic
matter, pH, total nitrogen, available nitrogen, available phosphorus and available potassium) and soil archaeal community
structures were surveyed by employing Terminal restriction fragment length polymorphism (T鄄RFLP). Unplanted soil in the
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same depth served as control. The results showed that the soil in study site was alkaline ( pH = 8. 28—8. 51). The soil
nutrient contents in Eremopyrum orientale忆s rhizosphere were generally higher compared with other plant. There were great
differences in soil nutrient content among samples, but the overall trend was the nutrients in most plants忆 rhizosphere soil
was significantly (P<0. 05) higher than control. Archaeal 16S rDNA fragments could be amplified only in the rhizosphere
soils. The diversity indices ( include richness, Shannon鄄Weiner index, Simpson index and evenness) were vary with
different enzymes digestion. The similarities of archaeal communities calculated by the Sorensen formula were low among
different rhizosphere soils and most numerous were in Geranium sibiricum忆s rhizosphere with 18 species and minimum were
in Seriphidium nitrosum with 2 species. Crenarchaeota and Euryarchaeota were the main possible archaeal groups identified
by MiCA (Microbial Community Analysis) online analysis. Canonical correspondence analysis ( CCA) showed that soil
organic matter, available phosphorus, total nitrogen and pH can significantly affect the archaeal communities. Especially
soil organic matter had the greatest impact on the distribution of dominant archaeal groups (Hha玉 digestion: r = 0. 94;
Rsa玉 digestion: r=0. 74). Correlation analysis showed that soil available phosphorus content was positively correlated with
all diversity indices of archaeal communities (P<0. 05), and total nitrogen content showed a significant positive correlation
(P<0. 05) to the evenness index in Hha玉digestion. These results indicated that recovery of vegetation not only could affect
archaeal communities忆 composition, structure and distribution in earthquake fault zone of Xinjiang, but also could improve
the soil fertility and possible reasons were related to rhizosphere忆s chemical properties.
Key Words: seismic fault zone; rhizosphere microorganisms; terminal restriction fragment length polymorphism
地震引发的各种次生地质灾害,造成景观破碎,土壤结构破坏,土壤微生物平衡体系发生改变,使震区生
态系统变得脆弱、敏感,严重破坏当地生态环境[1鄄2]。 1931 年 8 月 11 日,发生于新疆阿勒泰富蕴县境内的 8. 0
级大地震,形成了一条长达 176 km、世界罕见的地震断裂带[3],严重破坏了原有植被和表层土壤,形成大面积
次生裸地,震后至今,随着植物次生演替,震区生态进入自然恢复过程。 恢复生态学认为,植被恢复是恢复退
化生态系统的首要问题,因为它几乎是所有自然生态系统恢复的前提[4]。
其它退化生态系统研究表明,植物与土壤微生物关系密切:植物物种组成、群落结构及不同演替阶段影响
根际土壤微生物分布、酶活、微生物碳、氮含量等[5鄄7],而土壤微生物通过竞争、协调、驱动养分循环等作用影
响着植物多样性[8]。 可见,植被恢复与土壤微生物紧密相关,它们维系着生态系统的稳定和健康。 然而目前
对震后生态研究多集中于森林、水体、农业等宏观系统受损的调查与恢复[2,9],微观的土壤微生物国内外未见
报道。 随着分子生物学的发展,古菌的分布与研究范围已从狭隘的极端环境,发展到海洋、湖泊、土壤等非极
端环境,同时由古菌介导的有机碳降解转化,甲烷生成氧化,氨氧化等对全球碳、氮循环起重要作用[10]。 为此
本文利用末端限制性片段长度多态性(Terminal restriction fragment length polymorphism, T鄄RFLP)技术,对新疆
富蕴地震断裂带次生植物根际土壤的古菌群落进行分析,为探究震后植被恢复与土壤微生物的关系提供科学
参考。
1摇 材料与方法
1. 1摇 供试地概况及样品采集
富蕴地震断裂带高烈度区(愈―欲度)位于卡拉先格尔一带,此处基岩崩裂破碎,地震断裂纵横交错,山
体两侧滚石遍布,山体大面积滑塌,在山腰处形成长 1500 m,水平跨度 350 m,滑塌面最大高度达 63 m的塌陷
区[11]。 观测塌陷土壤剖面,塌陷区内无表土层及心土层只剩底土层,形成贫瘠的次生裸地。 震后至今虽有草
本、灌木植物于区内生长,但由于大部分滑塌面几乎与水平垂直,植物难以附着,种群密度稀疏且零星分布,大
面积仍为裸地,又因地处山区人迹罕至,植物间与采样环境基本无干扰。
2009 年 8 月(植物生长旺季)在塌陷区(北纬 46毅44忆25义,东经 89毅54忆15义,海拔 1901 m)进行采样。 经植物
调查,裸地共有 13 种草本及灌木植物生长,群落演替至灌木阶段,在 300 m伊30 m(滑塌面呈狭长型)可攀爬范
554摇 2 期 摇 摇 摇 林青摇 等:新疆富蕴地震断裂带植被恢复对土壤古菌群落的影响 摇
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围,选取草本、灌木优势植物各 4 种,东方旱麦草(Eremopyrum orientale),西北绢蒿(Seriphidium nitrosum),,鼠
掌老鹳草(Geranium sibiricum),蓬子菜(Galium verum)(草本),皱纹柳(Salix vistita),直穗柳(Salix rectijulis)欧
亚绣线菊(Spiraea media),密刺蔷薇(Rosa spinosissima)(灌木)。 采集其根际土壤,因土壤呈砂质,极易散落,
无法附着于根系,故除去表层 1 cm土壤后,在 0—20 cm深度采用内径为 5 cm 的土壤取样器,以植物根系为
轴心钻取根围 2. 5 cm范围内土壤,每株植物取上中下 3 层土壤混匀作为根际土壤[12],无植物生长的同土层
土壤,随机取样 3 次混匀作为对照。 样品分别装入无菌自封袋,放入车载冰箱 4 益保存运回实验室。 将土样
除砂石及植物残体,混匀,过 2 mm筛,分成两份,一份用于提取土壤基因组 DNA,一份自然风干用于测定土壤
化学性质。
1. 2摇 土壤化学性质测定
土样主要化学性质依据土壤分析方法标准(DB65 / T602)测定。 pH 值采用 1颐5 土水比电位测定法;有机
质采用重铬酸钾氧化法测定;全氮采用凯氏法测定;速效氮采用碱解鄄扩散法测定;速效磷采用碳酸氢钠浸提鄄
钼锑抗比色法测定;有效钾测定采用醋酸氨浸提鄄火焰光度法。 每个土样重复 3 次。
1. 3摇 土壤基因组 DNA提取
称取 5. 0 g土壤样品,经脱腐处理[13],采用 bead beating鄄SDS结合法[14鄄15]提取土壤总 DNA,用 0. 8%的低
熔点琼脂糖凝胶电泳检测,OMEGA E. Z. N. A. TM Gel Extraction Kit 回收纯化。 总 DNA 溶于 TE 溶液并于
-20 益储存。
1. 4摇 土壤古菌 PCR扩增
选用古菌 16SrDNA通用引物(21F:5忆鄄TTCCGGTTGATCCYGCCGGA鄄3忆,5忆端用 TET 荧光标记的 958R:5忆鄄
YCCGGCGTTGAVTCCAATT鄄3忆,)进行扩增。 PCR 扩增反应体系:premix 15 滋L,10 滋mol / L 引物各 0. 15 滋L,
DNA模板 0. 5 滋L(约 10 ng),0. 1% BSA 7. 5 滋L,25 mmol / L MgCl2 1 滋L,用无菌 ddH2O 补足 30 滋L 体积。
PCR条件采用 Touchdown扩增:95 益预变性 4 min,94 益变性 30 s,59 益至 54 益退火 40 s,72 益延伸 90 s,每
次循环降低 0. 5 益,10 次循环,94 益变性 30 s,54 益退火 40 s,72 益延伸 90 s,25 次循环,72 益延伸 7 min。 每
个样品做 3 个重复。 1%琼脂糖电泳检测。 为避免 PCR技术本身带来的偏差,并保证同等质量和数量的 PCR
产物进行酶切消化,参考 Zhang[16]等人的方法,将 3 个重复 PCR产物合并,用回收试剂盒 OMEGA E. Z. N. A.
TM Gel Extraction Kit纯化。
1. 5摇 T鄄RFLP 分析
将纯化的 PCR产物均分 2 份(各 13. 2 滋L)分别用 6 U限制性内切酶 Hha玉、Rsa玉进行酶切,37 益反应 3
h,65 益水浴 20 min终止反应。 2. 5%琼脂糖电泳检测。 将酶切产物送至上海基康生物技术有限公司,进行毛
细管电泳并使用 DNA自动测序仪(ABI 3730 DNA Analyzer)检测。
1. 6摇 数据处理
选取片段长度在 30—700 bp 的 T鄄RFs(Terminal Restriction Fragments),用公式 Ap = ni·N-1 伊100 计算相
对峰面积。 为避免电泳噪声对数据分析的干扰,本文将大于单个样品总面积 0. 5%的峰作为有效信号,并将
片段大小相差依0. 5 bp的 T鄄RFs认为是相同的。 分别计算物种丰度 S,即图谱中显著峰的总数,多样性指数
Shannon鄄Weiner指数 H,Simpson指数 D,物种均度 E[17]。 公式如下:
H =- 移pi 伊 lnpi (1)
D = 1 - 移p2i (2)
E = H / Hmax (3)
式中,P i 表示某个峰的峰高占总峰高的比例, Hmax = lnS 。
根据 Sorensen公式计算古菌群落间的相似性[18]:
ISs = 2c / (a + b) (4)
654 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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式中,c是两个样品中共有的物种数量,a和 b分别代表 a样品和 b样品中物种的数量。
将相对峰面积大于 3%总面积的 T鄄RFs 作为群落中的优势类群,进行群落成分差异分析,并在 MiCA
(Microbial Community Analysis)网站(http: / / mica. ibest. uidaho. edu / )在线 RDP 数据库中进行 T鄄RFs 的初步
鉴定。 用 CANNOCO软件进行典范对应分析(CCA)分析。 将优势类群各多样性指数与土壤化学性质参数做
对数转换(pH值除外),用 SPSS16. 0 进行相关分析。
2摇 结果与分析
2. 1摇 塌陷区植物根际土壤及裸地土壤化学性质
方差分析显示,不同植物根际土壤化学性质差异显著(表 1),根际土壤养分及 pH 值(pH = 8. 29—8. 51)
多高于对照。 东方旱麦草的各项养分含量普遍较高,西北绢蒿的根际土壤有机质、全氮、速效氮含量较高,速
效磷含量较低。
表 1摇 不同植物根际土壤化学性质
Table 1摇 Chemical properties of the rhizospheric soils in different plants
样品
Sample pH
有机质
SOM
/ (g / kg)
全 N
Total N
/ (g / kg)
速效 N
Available N
/ (mg / kg)
速效 P
Available P
/ (mg / kg)
速效 K
Available K
/ (mg / kg)
0 8. 28依0. 01 g 18. 13依0. 18 g 0. 97依0. 02 e 130. 10依2. 00 d 16. 77依0. 31 f 113. 67依1. 16 e
1 8. 31依0. 01 f 18. 34依0. 15 f 1. 10依0. 03 c 177. 07依1. 79 a 21. 90依0. 40 d 192. 33依0. 58 c
2 8. 43依0. 01 c 19. 09依0. 11 e 1. 02依0. 04 de 155. 37依1. 59 b 20. 57依0. 86 e 193. 33依0. 58 c
3 8. 39依0. 01 e 26. 39依0. 06 a 1. 59依0. 03 a 155. 00依1. 25 b 31. 10依0. 36 a 214. 67依0. 58 b
4 8. 44依0. 01 c 21. 30依0. 03 b 1. 17依0. 02 b 144. 07依1. 37 c 15. 97依0. 35 g 193. 00依0. 00 c
5 8. 49依0. 01 b 16. 32依0. 18 i 1. 02依0. 05 de 121. 33依1. 68 e 25. 13依0. 42 b 192. 67依0. 58 c
6 8. 51依0. 01 a 17. 10依0. 07 h 1. 09依0. 04 c 123. 10依1. 66 e 20. 07依0. 31 e 193. 67依1. 16 c
7 8. 41依0. 01 d 19. 77依0. 12 c 0. 65依0. 03 f 113. 60依2. 35 f 20. 40依0. 40 e 256. 00依1. 00 a
8 8. 29依0. 01 g 19. 43依0. 05 d 1. 03依0. 03 d 131. 93依1. 94 d 23. 37依0. 35 c 131. 00依0. 00 d
摇 摇 0:对照 control;1:皱纹柳 Salix vistita;2:直穗柳 Salix rectijulis;3:东方旱麦草 Eremopyrum orientale;4:西北绢蒿 Seriphidium nitrosum;5:鼠掌老
鹳草 Geranium sibiricum;6:欧亚绣线菊 Spiraea media;7:蓬子菜 Galium verum;8:密刺蔷薇 Rosa spinosissima
图 1摇 古菌 16S rDNA片段电泳图
Fig. 1摇 The fragments of archaeal 16S rDNA
M:Marker;CK:阴性对照(negative control)
2. 2摇 塌陷区土壤古菌 16S rDNA扩增
以纯化后的 DNA为模板,PCR扩增古菌 16S rDNA
基因,琼脂糖凝胶电泳检测,只有植物根际土壤扩增出
约 900 bp 目的片段(图 1),对照土壤未扩增出目的
条带。
2. 3摇 塌陷区根际土壤古菌群落的 T鄄RFLP 分析
2. 3. 1摇 根际土壤古菌群落的多样性
用 Rsa玉、Hha玉分别酶切 PCR 产物的结果并不完
全一致(表 2)。 以 Rsa玉酶切,欧亚绣线菊和密刺蔷薇
根际古菌丰度和多样性最高,鼠掌老鹳草和欧亚绣线菊
的优势度和均匀度较高;以 Hha玉酶切,东方旱麦草和
鼠掌老鹳草古菌多样性指数较高。 两种酶切,蓬子菜古
菌丰度和多样性均最低。 整体来看,Rsa玉能得到较多
的 T鄄RFs。
2. 3. 2摇 根际土壤古菌群落的相似性
不同植物根际土壤间古菌群落组成具有较大差异
(表 3)。 以 Rsa玉酶切,8 种植物根际土壤古菌群落组
754摇 2 期 摇 摇 摇 林青摇 等:新疆富蕴地震断裂带植被恢复对土壤古菌群落的影响 摇
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成相似性较低,在 0. 04—0. 33 之间;以 Hha玉酶切,密刺蔷薇和鼠掌老鹳草,西北绢蒿根际土壤古菌群落相似
性较高,分别达 0. 67 和 0. 62,其它样品间相似性普遍较低。
表 2摇 不同植物根际古菌群落的多样性指数
Table 2摇 Diversity indices of archaeal communities in different rhizosphere soils
样品
Sample
Rsa玉
S H D E
Hha玉
S H D E
1 25 2. 74 0. 88 0. 85 18 1. 42 0. 53 0. 49
2 27 2. 72 0. 90 0. 83 16 1. 33 0. 53 0. 48
3 27 2. 77 0. 91 0. 84 30 2. 67 0. 86 0. 78
4 24 1. 82 0. 70 0. 57 21 1. 57 0. 58 0. 52
5 22 2. 98 0. 94 0. 96 30 2. 42 0. 80 0. 71
6 51 3. 55 0. 96 0. 90 19 1. 73 0. 64 0. 59
7 21 1. 83 0. 69 0. 60 16 1. 22 0. 49 0. 44
8 35 2. 88 0. 89 0. 81 25 1. 92 0. 69 0. 60
表 3摇 不同植物根际古菌群落的相似性
Table 3摇 Similarity of archaeal communities in different rhizosphere soils
样品 Sample 1 2 3 4 5 6 7
Rsa玉 2 0. 12
3 0. 04 0. 19
4 0. 04 0. 12 0. 08
5 0. 13 0. 17 0. 04 0. 14
6 0. 16 0. 13 0. 11 0. 19 0. 11
7 0. 11 0. 22 0. 11 0. 12 0. 00 0. 18
8 0. 13 0. 13 0. 10 0. 10 0. 33 0. 14 0. 32
Hha玉 2 0. 24
3 0. 21 0. 26
4 0. 11 0. 06 0. 08
5 0. 17 0. 09 0. 14 0. 57
6 0. 11 0. 35 0. 29 0. 05 0. 13
7 0. 12 0. 13 0. 13 0. 11 0. 09 0. 06
8 0. 19 0. 15 0. 18 0. 62 0. 67 0. 09 0. 20
2. 3. 3摇 根际土壤古菌群落的优势类群组成
参考 Zhang[16]等人的方法,采用获 T鄄RFs数目较多的 Rsa玉酶切结果,将相对峰面积大于 3%的 T鄄RFs作
为优势类群。 8 种植物根际土壤古菌优势类群数量差异较大(图 2),鼠掌老鹳草多达 18 种,直穗柳次为 9 种,
西北绢蒿少为 2 种。 81 bp的 T鄄RF(可能是泉古菌门(crenarchaeota))在 8 种植物根际土壤中均出现,所占比
例有差异,在皱纹柳根际最高占 45. 22% ,鼠掌老鹳草根际最小,为 10. 38% ;83 bp 的 T鄄RF(可能是广古菌门
(Euryarchaeota)的盐杆菌属(Halobacterium)或 Thaumarchaeota的餐古菌属(Cenarchaeum))存在于 5 种植物根
际土壤中,蓬子菜根际所占比例最大,为 68. 63% ,其余片段的 T鄄RFs多为某些植物所特有。
在 MiCA数据库比对 2 种酶切的 T鄄RFs,确定其可能代表的种属,结果差异较大。 以 Hha玉酶切(图 3),
主要古菌类群为泉古菌门(45. 45% )和广古菌门(27. 27% );以 Rsa玉酶切(图 3),未匹配的 T鄄RFs 所占比例
较大(71. 11% ),其次为泉古菌门(15. 56% )、广古菌门(8. 89% )及纳古菌门(2. 22% )。
2. 3. 4摇 根际古菌优势类群与土壤化学性质的典范对应分析
将 Hha玉酶切的 T鄄RFs与土壤化学性质进行 CCA 分析,根据矢量线段的长短,表明土壤有机质、速效磷
及总氮对优势类群的分布影响最大(图 4a),它们与第一轴的相关系数分别为 0. 94(P<0. 001),0. 81(P<
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图 2摇 古菌群落的优势类群组成
Fig. 2摇 Composition of dominant group of archaeal communities
图 3摇 基于MiCA检索可能的古菌类群
Fig. 3摇 Possible archaeal groups searched from MiCA
0郾 01),0. 76(P<0. 05)。 在速效磷含量较高的土壤中,分布着 48 bp 及 112 bp 等 TRFs,较低处为 233 bp、587
bp等 TRFs;pH较高处,为 29 bp、435 bp等 TRFs;585 bp的 TRF受 6 种土壤化学性质影响最小。
Rsa玉酶切的 T鄄RFs与土壤化学性质的 CCA 分析表明,土壤有机质、pH 值对优势类群的分布影响最大
(图 4b),土壤有机质与第一轴的相关系数为 0. 74 (P<0. 05),pH值与第二轴的相关系数为-0. 50(P>0郾 05)。
在土壤有机质、速效氮含量及 pH值较高处,分别有 83 bp及 46 bp、112 bp及 320 bp、49 bp及 503 bp等 TRFs
存在;30 bp及 204 bp等 TRFs受 6 种土壤化学性质影响最小。
2. 3. 5摇 古菌群落多样性指数与土壤化学性质的相关分析
在 Hha玉酶切结果中(表 4),土壤速效磷含量与古菌群落关系最为密切,与物种丰度、多样性指数、优势
度和均匀度均呈显著相关性(P<0. 05),此外群落均匀度指数 E 还与土壤总氮含量呈显著相关性(P<0. 05)。
在 Rsa玉酶切结果中,古菌群落各多样性指数与土壤化学性质无相关性(P>0. 05),此处未列出。
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图 4摇 基于 T鄄RFLP结果的 CCA分析图
Fig. 4摇 CCA plots based on T鄄RFLP results
a: Hha玉酶切的优势类群与环境因子排序,b: Rsa玉酶切的优势类群与环境因子排序; 吟代表优势类群,箭头代表环境因子,pH:pH,SOM:
有机质,TN:全 N,AN:速效 N,AP:速效 P,AK:速效 K
表 4摇 古菌群落多样性指数与土壤化学性质的相关分析
Table 4摇 The correlation coefficients of archaeal diversity indices and soil chemical properties
项目
Items
丰度
S
Shannon鄄
Weiner指数
H
Simpson指数
D
物种均度
E pH
有机质
SOM
全氮
Total N
速效氮
Available N
速效磷
Available P
Shannon鄄Weiner指数 H 0. 97**
Simpson指数 D 0. 96** 0. 99**
物种均度 E 0. 94** 0. 99** 0. 99**
pH 0. 02 0. 11 0. 14 0. 15
有机质 SOM 0. 32 0. 38 0. 35 0. 38 -0. 25
全氮 Total N 0. 59 0. 69 0. 67 0. 71* -0. 05 0. 67
速效氮 Available N -0. 10 -0. 07 -0. 11 -0. 06 -0. 48 0. 33 0. 54
速效磷 Available P 0. 74* 0. 81* 0. 80* 0. 82* -0. 20 0. 48 0. 58 0. 14
速效钾 Available K -0. 28 -0. 20 -0. 24 -0. 18 0. 39 0. 22 -0. 20 -0. 17 0. 00
摇 摇 **. 表示相关显著水平为 0. 01 (双尾检测),*. 表示相关显著水平为 0. 05(双尾检测)
3摇 讨论
3. 1摇 T鄄RFLP 技术可行性分析
T鄄RFLP 技术因其相对简便、高通量、能与在线数据库结合分析微生物种类等特点已广泛应用于评估多种
生境中微生物群落结构及动态变化的分析[19]。 由于在一个特定的引物鄄酶组合下,一个 T鄄RF 可能代表不止
一种细菌种群,为减少此类误差常采用多酶切处理,但引物一定时,选用不同内切酶产生的 T鄄RFs数目有显著
差别,相应的分析结果也存在一定差异[20],因此,一些学者选取产生最多 T鄄RFs 数目的酶切结果作为后续分
析的数据,而其它酶切作为辅助参考,进行综合判断[16,21]。 本文选取 Rsa玉和 Hha玉两种常用限制性酶,产生
结果存在一定差异,但二者的共同趋势都显示,不同植物根际的古菌群落差异大,古菌优势种群以泉古菌门和
广古菌门为主,其分布受土壤有机质影响最大,说明该技术能基本准确的分析研究样地的古菌群落结构及其
变化。 在 Rsa玉的酶切结果中,与数据库未匹配的 T鄄RFs占有很大比例(71. 11% ),这些未匹配的 T鄄RFs可能
是由于 RDP 数据库一些 16S rRNA基因序列不完整,或信息不完善等本身的缺陷造成,但也不排除该地区有
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存在大量古菌新种的可能[22]。
3. 2摇 植被恢复对土壤古菌群落分布的影响
本文在植物根际土壤扩增出古菌 16S rDNA片段,而同土层裸地土壤并未检出。 Jackson等人在森林泥炭
土的表层土壤(0—10 cm)未能检测到古菌[23]。 这说明在古菌分布少或无的表层土壤,植物扩大了古菌的分
布范围,提高其物种丰度。 本研究中,次生植物显著改善了原本退化严重的土壤肥力,促进土壤发育[24];加之
土壤中根系和通气状况的改善,使微生物区系有较大差异,如在柠条根际土壤中古菌数量较多[25],氨氧化泉
古菌在水稻根际比非根际丰富[26]。 另一方面,富蕴断裂带地处阿尔泰戈壁沙漠北部,受干旱气候影响[27],阳
光直射造成的热压力和干燥能降低土壤养分的利用,裸地上出现的植被对地表温度和干燥有一定的缓冲作
用,有利于土壤微生物的生长[28]。
3. 3摇 植被恢复对土壤古菌群落结构的影响
塌陷区不同植物根际间古菌群落结构有很大差异。 许多研究表明植物类型是决定土壤微生物群落结构
的主要因子:一方面从植物物种角度,因植物根系分泌物、形态、及生理不同,其根围微生境会有所差异[29]。
苗果园等人发现,即使在相同土壤条件种植的不同植物,其根际微生物种群和数量也有显著差异[30]。 Haichar
等人用稳定同位素标记方法证明,培育在相同条件下 4 种植物的类型及其根系分泌物能显著影响根际细菌群
落的组成[31]。 另一方面从生理生态学角度,植物演替至灌木阶段,处于草本、灌木丛生状态,在共存物种间植
物会产生一定生态分化以适应环境[32],如受体积、光照、空气等影响,演替早、中期草本植物和灌木在光合速
率、呼吸速率、水分和养分利用效率、生长速度等方面有明显的差异[33]。
本文根际土壤古菌优势类群为泉古菌门,Nicol等人对草地生态系统的研究,也有类似结果[34]。 Simon 等
人在西红柿根系富集到泉古菌,并认为其可能参与根系生物代谢[35]。 泉古菌在地球环境中大量存在,在土壤
微生物总量比例最高达 12% [36]。 泉古菌门中的氨氧化古菌一直是全球氮循环微生物机理研究的前沿领域之
一,研究表明氨氧化古菌是海洋生态系统氨氧化过程的重要驱动者,但在土壤中,细菌是氨氧化过程的主要驱
动者,古菌的生态学功能还需进一步探索[37]。
3. 4摇 土壤化学性质与古菌群落的关系
本文古菌群落的分布与多项指数与土壤有机质、速效磷、总氮含量呈显著正相关,这很可能是因为植物恢
复产生了一定的凋落物,成为土壤有机质的主要来源,为微生物提供物质和能量[38]。 研究表明随植物演替发
展,在贫瘠土壤中氮素含量因微生物矿化作用越来越迅速,植物充分形成生物量而积累增加[33]。 塔克拉玛干
沙漠腹地人工绿地土壤中,土壤速效磷、速效氮、全氮对微生物的分布有较大作用[39];百色与胜利油田土壤总
氮、速效氮、速效磷对微生物群落代谢活性及多样性呈正相关,并有一定的促进作用[40];奥地利 Rotmoosferner
冰川前缘土壤古菌群落呈现出清晰的演替现象,泉古菌 Group1. 1b 出现在所有演替阶段,而 Group1. 1c 只存
在于演替后期成熟土壤,土壤有机碳、总氮及速效磷的含量随土壤的发育逐渐升高,这些成熟的土壤因素可能
是 Group1. 1c泉古菌定殖所必需[41]。
4摇 展望
植被恢复一直被视为震后生态系统重建的核心,退化生态系统植被恢复的首要任务是选择合适的建群植
物种类,以保证系统能迅速地朝良性方向发展[42]。 本文研究表明,东方旱麦草在提高根际土壤古菌多样性及
改善土壤养分方面均发挥了显著作用,为灾后重建工作提供了科学依据和参考。 植物鄄土壤鄄微生物是陆地生
态系统的重要组成部分,三者间的相互作用是生态系统地上、地下部分结合的重要纽带,本文初步调查了新疆
地震断裂带次生植物根际古菌群落结构和土壤化学性质,发现其间存在一定联系,但古菌群落在研究样地的
生态功能、是否与其它环境因子相关及如何推动植物演替的发展有待进一步探索。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 2 January,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
Spatio鄄temporal heterogeneity of water and plant adaptation mechanisms in karst regions: a review
CHEN Hongsong, NIE Yunpeng, WANG Kelin (317)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Impacts of mangrove vegetation on macro鄄benthic faunal communities CHEN Guangcheng, YU Dan, YE Yong, et al (327)…………
Advance in research on the occurrence and transformation of arsenic in the freshwater lake ecosystem
ZHANG Nan, WEI Chaoyang, YANG Linsheng (337)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Application of nano鄄scale secondary ion mass spectrometry to microbial ecology study
HU Hangwei, ZHANG Limei, HE Jizheng (348)
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Carbon cycle of urban system: characteristics, mechanism and theoretical framework ZHAO Rongqin, HUANG Xianjin (358)………
Research and compilation of urban greenhouse gas emission inventory LI Qing, TANG Lina, SHI Longyu (367)……………………
Autecology & Fundamentals
Seed dispersal and seedling recruitment of Ulmus pumila woodland in the Keerqin Sandy Land, China
YANG Yunfei, BAI Yunpeng, LI Jiandong (374)
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Influence of environmental factors on seed germination of Bombax malabaricum DC.
ZHENG Yanling, MA Huancheng, Scheller Robert, et al (382)
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Carbon, nitrogen and phosphorus stoichiometric characteristics during the decomposition of Spartina alterniflora and Cyperus
malaccensis var. brevifolius litters OUYANG Linmei, WANG Chun, WANG Weiqi, et al (389)…………………………………
Home range of Teratoscincus roborowskii (Gekkonidae): influence of sex, season, and body size
LI Wenrong, SONG Yucheng, SHI Lei (395)
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Effects of the covering behavior on food consumption, growth and gonad traits of the sea urchin Glyptocidaris crenularis
LUO Shibin, CHANG Yaqing, ZHAO Chong, et al (402)
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Biological response of the rice leaffolder Cnaphalocrocis medinalis (G俟en佴e) reared on rice and maize seedling to temperature
LIAO Huaijian, HUANG Jianrong, FANG Yuansong, et al (409)
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Population, Community and Ecosystem
Composition and stability of organic carbon in the top soil under different forest types in subtropical China
SHANG Suyun, JIANG Peikun,SONG Zhaoliang,et al (416)
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The community characteristics of different types of grassland under grazing prohibition condition
ZHANG Pengli, CHEN Jun, CUI Shujuan, et al (425)
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Spatial pattern and competition relationship of Stellera chamaejasme and Aneurolepidium dasystachys population in degraded alpine
grassland REN Heng, ZHAO Chengzhang (435)……………………………………………………………………………………
SOC decomposition of four typical broad鄄leaved Korean pine communities in Xiaoxing忆 an Mountain
SONG Yuan, ZHAO Xizhu, MAO Zijun, et al (443)
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The influence of vegetation restoration on soil archaeal communities in Fuyun earthquake fault zone of Xinjiang
LIN Qing, ZENG Jun,ZHANG Tao,et al (454)
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Effects of fertilization regimes on soil faunal communities in cropland of purple soil, China
ZHU Xinyu, DONG Zhixin, KUANG Fuhong, et al (464)
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Woody plant leaf litter consumption by the woodlouse Porcellio scaber with a choice test LIU Yan,LIAO Yuncheng (475)……………
The bacterial community of coastal sediments influenced by cage culture in Xiangshan Bay, Zhejiang, China
QIU Qiongfen, ZHANG Demin, YE Xiansen, et al (483)
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A study of meiofauna in the COMRA忆s contracted area during the summer of 2005
WANG Xiaogu, ZHOU Yadong, ZHANG Dongsheng, et al (492)
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Hydrologic regime of interception for typical forest ecosystem at subalpine of Western Sichuan, China
SUN Xiangyang, WANG Genxu, WU Yong, et al (501)
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Landscape, Regional and Global Ecology
Sensitivity and vulnerability of China忆s rice production to observed climate change
XIONG Wei, YANG Jie, WU Wenbin,et al (509)
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Characteristics of temperature and precipitation in Northeastern China from 1961 to 2005
HE Wei, BU Rencang, XIONG Zaiping,et al (519)
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Combined effects of elevated O3 and reduced solar irradiance on growth and yield of field鄄grown winter wheat
ZHENG Youfei, HU Huifang, WU Rongjun, et al (532)
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Resource and Industrial Ecology
The study of vegetation biomass inversion based on the HJ satellite data in Yellow River wetland
GAO Mingliang, ZHAO Wenji, GONG Zhaoning,et al (542)
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Temporal and spatial variability of soil available nutrients in arable Lands of Heyang County in South Loess Plateau
CHEN Tao, CHANG Qingrui, LIU Jing, et al (554)
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Decomposition characteristics of wheat straw and effects on soil biological properties and nutrient status under different rice culti鄄
vation WU Ji, GUO Xisheng, LU Jianwei,et al (565)……………………………………………………………………………
Effects of nitrogen application stages on photosynthetic characteristics of summer maize in high yield conditions
L譈 Peng, ZHANG Jiwang, LIU Wei, et al (576)
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Urban, Rural and Social Ecology
The degradation threshold of water quality associated with urban landscape component
LIU Zhenhuan, LI Zhengguo, YANG Peng, et al (586)
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Ecological sustainability in Chang鄄Zhu鄄Tan region:a prediction study DAI Yanan,HE Xinguang (595)………………………………
The effect of exogenous nitric oxide on activities of antioxidant enzymes and microelements accumulation of two rice genotypes
seedlings under cadmium stress ZHU Hanyi, CHEN Yijun, LAO Jiali, et al (603)………………………………………………
Forms composition of inorganic carbon in sediments from Dali Lake SUN Yuanyuan, HE Jiang, L譈 Changwei,et al (610)…………
Fractionation character and bioavailability of Cd, Pb, Zn and Ni combined pollution in oasis soil
WU Wenfei,NAN Zhongren,WANG Shengli,et al (619)
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Effects of CA and EDTA on growth of Chlorophytum comosum in copper鄄contaminated soil
WANG Nannan, HU Shan, WU Dan, et al (631)
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Research Notes
Values of marine ecosystem services in Haizhou Bay ZHANG Xiuying, ZHONG Taiyang, HUANG Xianjin,et al (640)……………
Variations of Leymus chinesis community, functional groups, plant species and their relationships with climate factors
TAN Liping, ZHOU Guangsheng (650)
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The effect of N颐P supply ratio on P uptake and utilization efficiencies in Larix olgensis Henry. seedlings
WEI Hongxu, XU Chengyang, MA L俟yi,et al (659)
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866 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
国内邮发代号:82鄄7,国外邮发代号:M670
标准刊号:ISSN 1000鄄0933摇 摇 CN 11鄄2031 / Q
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 33 卷摇 第 2 期摇 (2013 年 1 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 33摇 No郾 2 (January, 2013)
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