生长季不同月份平茬对柠条人工林地土壤细菌群落特性的影响

doi:10.11686/cyxb2021129

草业学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (5): 40-50.DOI: 10.11686/cyxb2021129

生长季不同月份平茬对柠条人工林地土壤细菌群落特性的影响

田英¹^,²^,⁴(), 许喆¹, 朱丽珍¹^,², 王俊¹, 温学飞³^,⁴()

^1.宁夏大学农学院，宁夏银川 750021
^2.宁夏林业研究院，宁夏银川 750004
^3.宁夏农林科学院荒漠化治理研究所，宁夏银川 750002
^4.宁夏防沙治沙与水土保持重点实验室，宁夏银川 750002

收稿日期:2021-04-07 修回日期:2021-06-09 出版日期:2022-05-20 发布日期:2022-03-30
通讯作者: 温学飞
作者简介:Corresponding author. E-mail： wenxuefei1973@126.com
田英（1982-），女，陕西西安人，副研究员，在读博士。E-mail： tianying_1982@126.com
基金资助:
宁夏黄河东岸防沙治沙项目“柠条林的经营和可持续利用研究”(P121289);农业科技自主科技创新专项“柠条生物发酵饲料加工关键技术研究”(NKYG-19-02)

Effect of cutting time during the growing season on the soil bacterial community under an artificial Caragana intermedia plantation

Ying TIAN¹^,²^,⁴(), Zhe XU¹, Li-zhen ZHU¹^,², Jun WANG¹, Xue-fei WEN³^,⁴()

^1.College of Agriculture，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^2.Ningxia Forestry Research Institute，Yinchuan 750004，China
^3.Institute of Desertification Control，Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Yinchuan 750002，China
^4.Ningxia Key Laboratory of Desertification Control and Soil and Water Conservation，Yinchuan 750002，China

Received:2021-04-07 Revised:2021-06-09 Online:2022-05-20 Published:2022-03-30
Contact: Xue-fei WEN

摘要/Abstract

摘要：

柠条是豆科锦鸡儿属植物栽培种的通称，其中，中间锦鸡儿是中国西北地区重要的生态恢复型柠条灌木，平茬是促进柠条植株再生的重要手段。为了探讨生长季不同月份平茬对柠条人工林地土壤细菌群落结构和多样性的影响，基于Illumina Hiseq测序平台对宁夏盐池荒漠草原人工柠条林生长季不同月份平茬土壤细菌16S rDNA基因V3~V4区片段进行了序列测定，结合土壤理化因子，分析了人工柠条生长季不同月份平茬土壤细菌群落多样性与土壤理化因子的相关性。结果表明：变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门是生长季4-10月平茬的柠条人工林地土壤的优势细菌门，7个不同月份平茬分组之间在变形菌门、放线菌门、芽单胞菌门、己科河菌门、硝化螺旋菌门存在差异，其中第一优势细菌门变形菌门排序为：Y9>Y8>Y4>Y5>Y7>Y6>Y10，9月最高，为29.74%，显著高于10月（P<0.05），其他各月之间差异不显著（P>0.05）；5月平茬的放线菌门相对丰度最高，且显著高于4、6、7、8、9月（P<0.05）；9月平茬的酸杆菌门丰度最低。土壤细菌多样性指数也在不同月份平茬之间具有一定差异，细菌群落丰富度指数依次为：Y8>Y7>Y4>Y5>Y6>Y9>Y10，多样性较高的是4、6月平茬，9月平茬显著低于其他各月（P<0.05）。冗余分析（RDA）表明，不同月份平茬影响柠条人工林地土壤细菌分布的主要土壤环境因子是全磷、速效氮、有机质。放线菌纲、酸微菌纲与土壤pH正相关；α变形菌纲与土壤有机质正相关；δ-变形菌纲与含水量、全钾呈显著正相关；γ-变形菌纲、芽单胞菌纲与有机质、速效氮、全磷呈显著正相关。综合分析，平茬各月土壤细菌群落特性存在差异，土壤细菌优势菌群分布丰富、土壤养分含量较高的柠条旺盛生长季的4-8月平茬优于生长期末的9-10月，对于维持柠条的生态效益和开发利用柠条饲草料具有实际参考价值。

关键词: 柠条人工林地, 平茬月份, 土壤细菌, 高通量测序, 土壤理化性质

Abstract:

Caragana intermedia is a shrub that plays an important role in ecological restoration in Northwest China， and cutting is an effective measure to promote its regeneration. In this study， we determined the effect of the cutting time of an artificial C. intermedia plantation on the desert steppe of Ningxia on the soil bacterial community. The artificial C. intermedia plantation was cut at seven different times： April （Y4）， May （Y5）， June （Y6）， July （Y7）， August （Y8）， September （Y9）， and October （Y10）. Soil samples were collected， and DNA extracted from the soil samples was sequenced using the Illumina Hiseq sequencing platform. The sequence data were analyzed to determine differences in soil bacterial community structure， species composition， and diversity characteristics among the treatments. The dominant phyla in soil samples were Proteobacteria， Actinobacteria， Acidobacteria， Chloroflexi. The abundance of Proteobacteria， Actinobacteria， Gemmatimonadetes， Rokubacteria， and Nitrospirae differed among the seven sampling times. The different cutting time were ranked， from highest abundance of the dominant bacterial phylum Proteobacteria to lowest， as follows： Y9>Y8>Y4>Y5>Y7>Y6>Y10. The proportion of Proteobacteria was highest in Y9 （29.74%）， and significantly higher than that in Y10 （P<0.05）， but not significantly different among the other treatments （P>0.05）. The highest relative abundance of Actinobacteria was in Y5， and was significantly higher than that in Y4， Y6， Y7， Y8， and Y9 （P<0.05）. The lowest abundance of Acidobacteria was in Y9. The treatments were ranked， from highest bacterial community abundance index to lowest， as follows： Y8>Y7>Y4>Y5>Y6>Y9>Y10. The diversity index of soil bacteria differed among treatments. Bacterial diversity was highest in Y4 and Y5， and was significantly lower in Y9 than in the other treatments （P<0.05）. Redundancy analyses showed that the main soil environmental factors affecting the distribution of the soil bacteria in different treatments were soil total phosphorus， available nitrogen， and soil organic matter. Presence of Actinobacteria and Acidimicrobiia was positively related to soil pH； presence of Alphaproteobacteria was positively related to soil organic matter； presence of Deltaproteobacteria was significantly positively correlated with soil water content and total potassium； and Gammaproteobacteria and Gemmatimonadetes were positively correlated with soil organic matter， available nitrogen， and total phosphorus. Thus， the cutting time significantly affected the soil bacterial community structure. The dominant bacterial community in the soil was richly distributed and the nutrient content in soils was higher when C. intermedia was cut in April-August， the vigorous growth period， than when it was cut in September-October. These results have practical significance for maintaining ecological benefits and developing Caragana forage.

Key words: artificial Caragana intermedia plantation, cutting time, soil bacteria, high-throughput sequencing, soil physical and chemical properties

田英, 许喆, 朱丽珍, 王俊, 温学飞. 生长季不同月份平茬对柠条人工林地土壤细菌群落特性的影响[J]. 草业学报, 2022, 31(5): 40-50.

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图/表 8

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土壤性质 Soil properties	处理Treatment
土壤性质 Soil properties	Y4	Y5	Y6	Y7	Y8	Y9	Y10
含水量 WC （%）	10.52±0.48ab	9.50±0.58b	10.55±0.96ab	10.42±0.80ab	10.90±0.57a	11.04±0.39a	10.45±0.71ab
pH	8.38±0.07c	8.53±0.02a	8.52±0.01a	8.46±0.03b	8.25±0.05d	8.37±0.01c	8.32±0.03c
有机质SOM （g·kg^-1）	0.31±0.02b	0.31±0.02b	0.24±0.04c	0.32±0.02ab	0.36±0.02a	0.34±0.03ab	0.34±0.01ab
全盐TS （g·kg^-1）	2.14±0.02d	1.82±0.04e	1.86±0.06e	2.20±0.03d	3.60±0.03a	2.40±0.12c	2.87±0.06b
全氮TN （g·kg^-1）	0.13±0.01c	0.14±0.01c	0.14±0.01c	0.18±0.01b	0.27±0.02a	0.18±0.01b	0.17±0.02b
全磷TP （g·kg^-1）	0.34±0.06bc	0.28±0.01c	0.33±0.03bc	0.34±0.02bc	0.45±0.06a	0.34±0.02bc	0.36±0.04b
全钾TK （g·kg^-1）	16.67±0.41ab	16.88±0.39ab	16.85±0.33ab	16.88±0.29ab	16.97±0.43a	16.28±0.16bc	16.03±0.17c
速效氮AN （mg·kg^-1）	6.78±0.40d	4.95±0.06e	4.88±0.20e	7.00±0.03d	12.90±0.21a	8.99±0.22b	7.94±0.06c
速效磷AP （mg·kg^-1）	1.74±0.07a	0.49±0.03d	1.15±0.05b	0.92±0.07c	0.89±0.04c	0.91±0.04c	1.10±0.06b
速效钾AK （mg·kg^-1）	121.49±0.94b	95.24±0.64e	83.60±0.83g	125.76±1.65a	107.10±0.64c	102.72±1.38d	87.25±1.07f

土壤性质 Soil properties	处理Treatment
土壤性质 Soil properties	Y4	Y5	Y6	Y7	Y8	Y9	Y10
含水量 WC （%）	10.52±0.48ab	9.50±0.58b	10.55±0.96ab	10.42±0.80ab	10.90±0.57a	11.04±0.39a	10.45±0.71ab
pH	8.38±0.07c	8.53±0.02a	8.52±0.01a	8.46±0.03b	8.25±0.05d	8.37±0.01c	8.32±0.03c
有机质SOM （g·kg^-1）	0.31±0.02b	0.31±0.02b	0.24±0.04c	0.32±0.02ab	0.36±0.02a	0.34±0.03ab	0.34±0.01ab
全盐TS （g·kg^-1）	2.14±0.02d	1.82±0.04e	1.86±0.06e	2.20±0.03d	3.60±0.03a	2.40±0.12c	2.87±0.06b
全氮TN （g·kg^-1）	0.13±0.01c	0.14±0.01c	0.14±0.01c	0.18±0.01b	0.27±0.02a	0.18±0.01b	0.17±0.02b
全磷TP （g·kg^-1）	0.34±0.06bc	0.28±0.01c	0.33±0.03bc	0.34±0.02bc	0.45±0.06a	0.34±0.02bc	0.36±0.04b
全钾TK （g·kg^-1）	16.67±0.41ab	16.88±0.39ab	16.85±0.33ab	16.88±0.29ab	16.97±0.43a	16.28±0.16bc	16.03±0.17c
速效氮AN （mg·kg^-1）	6.78±0.40d	4.95±0.06e	4.88±0.20e	7.00±0.03d	12.90±0.21a	8.99±0.22b	7.94±0.06c
速效磷AP （mg·kg^-1）	1.74±0.07a	0.49±0.03d	1.15±0.05b	0.92±0.07c	0.89±0.04c	0.91±0.04c	1.10±0.06b
速效钾AK （mg·kg^-1）	121.49±0.94b	95.24±0.64e	83.60±0.83g	125.76±1.65a	107.10±0.64c	102.72±1.38d	87.25±1.07f

处理 Treatment	分类操作单元 Operational taxonomic unit （OTU）	Ace指数 Ace index	Chao 1 指数 Chao1 index	香农指数 Shannon index	辛普森指数 Simpson index	覆盖率 Coverage （%）
Y4	1838±4ab	1911±3a	1920±17a	6.62±0.01a	0.0027±0b	99.8
Y5	1793±43ab	1834±42a	1912±42a	6.46±0.02ab	0.0028±0b	99.8
Y6	1812±21abc	1812±15ab	1895±34ab	6.63±0.01a	0.0026±0b	99.7
Y7	1829±12ab	1939±23a	1933±31a	6.46±0.01ab	0.0028±0b	99.7
Y8	1869±11a	1946±4a	1958±5a	6.51±0.08a	0.0032±0b	99.7
Y9	1728±24c	1801±27b	1845±28b	6.32±0.04b	0.0041±0a	99.7
Y10	1757±44bc	1802±57b	1839±62b	6.61±0.02a	0.0027±0b	99.7

处理 Treatment	分类操作单元 Operational taxonomic unit （OTU）	Ace指数 Ace index	Chao 1 指数 Chao1 index	香农指数 Shannon index	辛普森指数 Simpson index	覆盖率 Coverage （%）
Y4	1838±4ab	1911±3a	1920±17a	6.62±0.01a	0.0027±0b	99.8
Y5	1793±43ab	1834±42a	1912±42a	6.46±0.02ab	0.0028±0b	99.8
Y6	1812±21abc	1812±15ab	1895±34ab	6.63±0.01a	0.0026±0b	99.7
Y7	1829±12ab	1939±23a	1933±31a	6.46±0.01ab	0.0028±0b	99.7
Y8	1869±11a	1946±4a	1958±5a	6.51±0.08a	0.0032±0b	99.7
Y9	1728±24c	1801±27b	1845±28b	6.32±0.04b	0.0041±0a	99.7
Y10	1757±44bc	1802±57b	1839±62b	6.61±0.02a	0.0027±0b	99.7

项目 Item	含水量 WC	pH	有机质 SOM	全盐 TS	全氮 TN	全磷 TP	全钾 TK	速效氮 AN	速效磷 AP	速效钾 AK
分类操作单元Operational taxonomic unit （OTU）	-0.064	0.007	-0.086	-0.013	0.093	0.046	0.512*	0.010	0.084	0.326
Ace指数Ace index	-0.012	-0.005	-0.024	0.063	0.207	0.157	0.630**	0.123	0.011	0.364
Chao 1 指数Chao1 index	-0.029	-0.013	0.017	0.062	0.202	0.185	0.635**	0.137	0.041	0.406
辛普森指数Simpson index	-0.025	-0.198	0.301	0.176	0.259	0.181	-0.137	0.418	-0.204	0.042
香农指数Shannon index	0.019	0.168	-0.338	-0.195	-0.308	-0.206	0.103	-0.431	0.308	-0.040

生长季不同月份平茬对柠条人工林地土壤细菌群落特性的影响

Effect of cutting time during the growing season on the soil bacterial community under an artificial Caragana intermedia plantation

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图/表 8

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Metrics

门Phylum	Y4	Y5	Y6	Y7	Y8	Y9	Y10
变形菌门Proteobacteria	27.12±0.30ab	26.02±0.87ab	25.40±0.69ab	25.95±0.59ab	28.67±2.56ab	29.74±1.99a	24.61±0.56b
放线菌门Actinobacteria	23.03±0.51b	26.34±0.83a	22.64±0.20b	22.02±0.78b	22.31±1.36b	23.28±1.02b	24.14±0.80ab
酸杆菌门Acidobacteria	19.32±0.38bc	18.61±0.27c	20.93±0.40a	21.25±0.58a	18.49±0.71c	15.53±0.53d	20.18±0.41ab
绿弯菌门Chloroflexi	10.69±0.22a	11.17±0.52a	10.77±0.18a	12.02±0.18a	11.29±0.49a	11.98±0.56a	11.79±0.38a
芽单胞菌门Gemmatimonadetes	6.52±0.03cd	6.59±0.06cd	7.21±0.12cd	7.46±0.08bc	11.29±0.49a	8.22±0.52b	6.47±0.25d
拟杆菌门Bacteroidetes	3.44±0.14a	3.60±0.05a	3.11±0.08a	2.98±0.20a	3.58±0.50a	3.13±0.17a	2.87±0.12a
己科河菌门Rokubacteria	1.76±0.07b	1.55±0.10bc	2.38±0.06a	2.14±0.11a	2.33±0.17a	1.36±0.10c	2.30±0.12a
疣微菌门Verrucomicrobia	1.67±0.03a	1.44±0.08a	1.74±0.07a	1.58±0.09a	1.55±0.14a	1.60±0.05a	1.69±0.15a
硝化螺旋菌门Nitrospirae	1.30±0.07ab	0.90±0.02bc	1.19±0.08abc	1.21±0.04abc	1.12±0.07abc	0.84±0.08c	1.51±0.31a
厚壁菌门Firmicutes	1.37±0.05a	1.21±0.08a	1.22±0.18a	1.12±0.03a	1.11±0.04a	1.23±0.64a	1.33±0.38a

项目 Item	Y4	Y5	Y6	Y7	Y8	Y9
Y5	0.185
Y6	0.174	0.971
Y7	0.313	0.732	0.705
Y8	0.149	0.896	0.925	0.637
Y9	0.000	0.001	0.001	0.001	0.002
Y10	0.001	0.017	0.018	0.008	0.022	0.225

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