土壤微生物驱动并影响生态系统过程, 包括土壤营养循环、生态系统的生产力和有机物分解等, 是生态系统中不可或缺的组分^[1~4], 其功能多样性和物种多样性对于维持生态系统的稳定起关键作用^[5].根际微生物既是对植物群落变化最敏感的土壤微生物群体也是土壤和根系之间的营养调节器^[6], 其中根际细菌作为土壤中的重要因子, 在植物生长发育和环境适应性等方面起着关键作用^{[7, 8]}.因此研究根际土壤细菌群落多样性及其功能, 能够加深对植物和土壤微生物之间关系的理解, 对利用生物材料修复退化生态系统具有理论指导作用^[9].

松花江下游不仅是三江平原湿地的集中分布区域, 也是我国重要的粮食生产基地, 对于区域生态平衡的维护和国家粮食安全保障方面有着重要作用^[10].而滨岸带是河流和陆地生态系统之间进行物质循环、能量转化和信息交换的过渡地带, 对保持流域景观稳定性等方面具有不可替代的作用^[11].近年来, 国家和地方对松花江流域的环保投入和环境保护的重视使得松花江流域水质逐渐趋于好转, 生态环境植被有所恢复, 但相比于60~70年代, 滨岸带生物多样性降低和生境受损等生态系统退化问题仍然存在^[12], 研究松花江典型植被根际土壤细菌群落结构和功能有利于修复受损滨岸带生境和恢复河流生态系统生物多样性.目前, 国内外对河流生态系统生物多样性方面的研究具有一定基础, 对松花江的研究主要集中在藻类生物多样性^[13]、浮游植物与环境因子的变化关系^[14]、木本植物群落树种组成与α多样性^[15]和土地利用变化对土壤细菌群落多样性的影响^[16], 但针对松花江滨岸带不同植被类型根际土壤微生物群落(尤其是细菌)方面的研究还鲜见报道.

高通量测序技术由于具有通量大且准确性高的优势, 在微生物学领域得到广泛应用^{[17, 18]}.本研究对4种典型植被根际土壤细菌进行16S rRNA基因测序, 对松花江下游滨岸带4种典型植被根际土壤细菌群落的结构进行分析, 同时研究土壤理化性质和根际细菌群落结构之间的相关性, 并结合KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)对各植被根际土壤细菌功能进行预测, 通过识别不同植物修复受损滨岸带生境的潜力, 以期为松花江受损滨岸带生境保护和修复提供科学依据和数据基础.

研究区域位于我国黑龙江省黑鱼泡自然保护区和黑龙江富锦国家湿地公园内, 2处地点直线距离约80 km, 松花江依次流经这2个保护区.该区域属于温带大陆性季风气候, 海拔为65~96 m, 降雨量平均为550 mm, 蒸发量平均为1 160 mm, 无霜期平均为131 d左右. 一年中至少有5个月平均气温在0℃以下, 多年平均气温维持在2.3℃左右, 1月会出现全年最低气温, 平均温度为－19.3℃, 7月份的平均温度为21.5℃, 会出现全年最高气温.冻融期持续7个月, 从每年10月中旬至次年5月中旬结束, 冰封期149 d.该区域内原生植被主要有灌木植被和湿生草本, 间有人工林分布.该区域主要植被有松江柳(Salix sungkianica)、卷边柳(Salix siuzevii)、白杨(Populus tomentosa)、芦苇(Phragmites communis)、菖蒲(Acorus calamus Linn)、修氏苔草(Carex schmidtii)和小叶章(Deyeuxia angustifolia)等.

2019年7月, 对研究区域进行实地踏查, 沿江选择4种典型植被, 分别为松江柳(SJL)、白杨(BY)、修氏苔草(XS)和芦苇(LW), 在研究区内每种植被类型分别设置3块调查样地, 共设置样地12块.其中, 黑鱼泡自然保护区内设置松江柳样地1块, 白杨样地2块, 修氏苔草样地2块, 芦苇样地1块, 其余样地设置在富锦国家湿地公园内.样地具体信息如表 1.

表 1 (Table 1)

表 1 样地的具体信息 Table 1 Location details of the sampling sites 生境类型 植被种类 优势种1) 伴生种 样地编号 林地 乔木植被 BY 金色狗尾草、蒙古蒲公英、车前和榆树 BY1、BY2和BY3 灌木丛 灌木植被 SJL 小叶章和柳蒿 SJL1、SJL2和SJL3 湿地 草本植被 XS 东方藨草、水蒿和臌囊苔草 XS1、XS2和XS3 湿地 草本植被 LW 菖蒲和水葱 LW1、LW2和LW3 1)BY: 白杨, Populus tomentosa; SJL: 松江柳, Salix sungkianica; XS: 修氏苔草, Carex schmidtii; LW: 芦苇, Phragmites communis, 下同

表 1 样地的具体信息 Table 1 Location details of the sampling sites

样地调查后, 将样地中草木和灌木的优势种连根拔起, 采用抖根法对植物根际土壤进行收集, 利用土钻直接收集乔木植物根际土壤后, 再去除根系和凋落物.每样地收集土壤样品6份, 其中5份土样各重1.0 kg左右, 带回实验室风干, 对其进行理化指标的测定.剩余1份约重10.0 g, 装入无菌封口袋后, 放入干冰保温箱中保存, 用于提取根际土壤细菌基因组DNA.共获取用于测定土壤细菌和土壤理化性质的土样分别为12份和60份^[19].

土壤含水量(soil moisture, SM)利用重量分析法计算得出; 土壤pH值使用pH分析仪(HQ30d, HACH, U.S)测定; 总碳(TC)和总氮(TN)使用碳氮自动分析仪(ElementarVarioMaxCN, Elementar, 德国)按照操作程序测定; 全磷采用碱熔-钼锑抗分光光度法; 总有机碳(TOC)使用总有机碳分析仪(TOC-CPH, SHIMADZU, 日本)按照操作程序进行测定^[20]; 碳氮比(C/N)为总碳和总氮的比值.

土壤细菌DNA使用土壤DNA提取试剂盒(OMEGA, USA)抽提, 采用TransGen AP221-02:TransStart Fastpfu DNA Polymerase, 20 μL反应体系对细菌16S rDNA序列的V4~V5区进行PCR扩增, PCR仪：ABI GeneAmp^® 9700型^[21], 引物为338F/806R^[22].使用2%的琼脂糖凝胶进行电泳检测PCR产物, 利用Illumina MiSeq平台构建测序文库.基因测序由上海美吉生物医药科技有限公司提供技术支持.

在美吉云平台上使用QIIME软件过滤、拼接和去除嵌合体, 运算分类单位(operational taxonomic units, OTU)在97%的相似水平划分, 采用贝叶斯算法(置信度阈值为0.7)对OTU代表序列通过比对Silva 138/16S bacteria数据库进行分类学分析.根据最小样品的序列数抽平后计算α多样性指数, β多样性的矩阵距离使用主成分分析法计算获得, 不同植被根际微生物优势物种的差异显著性利用非参数因子克鲁斯卡尔-沃利斯秩和验检分析^[23].采用基于KEGG功能数据库的PICRUSt2软件包(version 1.1.0)对细菌群落的16S rRNA基因序列进行功能通路预测^[24].单因素方差分析和置换检验使用SPSS版本软件统计.

研究区4种典型植物根际土壤理化性质差异显著(P＜0.05, 表 2).其中4种植物根际土壤的pH值由高到低依次为：白杨、松江柳、芦苇和修氏苔草. 3种生境类型的土壤含水量、总碳和总有机碳差异显著(P＜0.05), 含水量由高到低依次为：草本湿地、松江柳灌木丛和白杨林地, 总碳和总有机碳的含量由高到低依次为：白杨林地、草本湿地和松江柳灌木丛.松江柳灌木丛根际土壤总氮显著大于草本湿地(P＜0.05), 白杨林地根际土壤总磷显著大于草本湿地(P＜0.05), 白杨林地根际土壤碳氮比显著大于其它植被类型(P＜0.05).根际土壤含水量、总氮、总碳、总有机碳和碳氮比在2种草本湿地植被之间差异并不显著.

表 2 (Table 2)

表 2 滨岸带不同植被根际土壤理化性质的比较1) Table 2 Comparison of physicochemical properties in rhizosphere soil of different vegetation in riparian zone 植被 pH SM/% ω(TC)/g·kg-1 ω(TOC)/g·kg-1 ω(TN)/g·kg-1 ω(TP)/mg·kg-1 C/N BY 6.85±0.06a 22.71±2.33c 78.64±7.62a 70.21±6.32a 3.56±0.52ab 29.35±2.81a 22.09±4.12a SJL 6.51±0.10b 31.22±2.54b 36.85±3.11c 29.83±3.74c 2.51±0.23b 25.65±2.43ab 12.48±1.01b XS 5.51±0.09d 38.59±3.37a 51.18±5.68b 48.29±4.44b 4.10±0.11a 22.22±1.22b 9.52±0.71b LW 5.78±0.08c 45.66±3.81a 44.31±4.32b 42.88±1.97b 3.97±0.21a 24.13±1.96b 11.22±0.38b 1)pH: 酸碱度, potential hydrogen; SM: 土壤含水量, soil moisture; TC: 总碳, total carbon; TOC: 有机碳, total organic carbon; TN: 总氮, total nitrogen; TP: 总磷, total phosphorus; C/N: 碳氮比, ratio of carbon to nitrogen; 不同小写字母表示差异显著(P＜0.05); 数值为平均值±标准差

表 2 滨岸带不同植被根际土壤理化性质的比较1) Table 2 Comparison of physicochemical properties in rhizosphere soil of different vegetation in riparian zone

利用MiSeq高通量测序自动过滤低质量序列, 4种植被类型的12个根际土壤样品共检测到修剪序列543 745条, 碱基总数为237 644 115 bp, 碱基长度平均为437.05 bp.全部样品检测到4 105个土壤细菌OTU(图 1), 其中, 4种植被共有1 437个OTU, 约占35.0%. 4种植被类型根际土壤细菌OTU分布数目为：松江柳>芦苇>修氏苔草>白杨, 即松江柳根际中独有的土壤细菌OTU分布数目多达255个, 白杨根际最少共42个, 分别占全部OTU分布的6.2%和1.0%, 而芦苇和修氏苔草的OTU分布数是132个和189个, 在全部OTU分布中分别占比3.2%和4.6%, 在4种植被中处于中间位置.

图 1

Fig. 1

图 1 滨岸带不同植被根际的土壤细菌OTU比较 Fig. 1 Comparison of bacteria OTU in rhizosphere soil of different vegetation in riparian zone

对4种根际土壤样品细菌群落的α多样性指数进行分析(表 3).除Simpson指数以外, 林地植被白杨根际土壤细菌α多样性显著低于其他3种植被类型(P＜0.05), 湿地植被芦苇根际土壤细菌物种多样性值最高, 松江柳和修氏苔草居中, 并与其他植被的差异不显著.

表 3 (Table 3)

表 3 不同植被根际土壤细菌α多样性指数1) Table 3 Soil bacterial α-diversity indexes in rhizosphere of different vegetation 植被 Ace指数 Chao1指数 Shannon指数 Simpson指数 BY 1 732.09±179.61b 1 788.54±193.59b 5.82±0.20b 0.009 1±0.001 8a SJL 2 453.70±948.39ab 2 455.25±951.71ab 6.33±0.68ab 0.005 0±0.003 7a XS 2 381.64±200.07ab 2 384.04±191.21ab 6.44±0.21ab 0.005 7±0.004 5a LW 3 184.99±58.93a 3 204.49±57.56a 6.67±0.19a 0.006 4±0.004 5a 1)不同小写字母表示不同植被类型间差异显著(P＜0.05), 数据为平均值±标准差(n=3)

表 3 不同植被根际土壤细菌α多样性指数1) Table 3 Soil bacterial α-diversity indexes in rhizosphere of different vegetation

采用皮尔森距离算法的主成分比较分析不同植被根际土壤细菌群落的差异性得到图 2, 第一轴和第二轴的累积解释变异量高达70.25%, 各植被类型根际土壤细菌群落结构差异显著(P＜0.05), 不同植物根际细菌群落相互之间没有明显重叠, 可相互分开.ANOSIM组间差异检验表明(图 3), 在PC1轴表征白杨与其它植被根际土壤细菌群落结构差异显著(P＜0.05), 松江柳、修氏苔草和芦苇根际土壤细菌群落结构相近.

图 2

Fig. 2

图 2 不同植被根际土壤细菌群落的主成分分析 Fig. 2 Principal coordinate analysis of bacterial communities in rhizosphere soil of different vegetation

图 3

Fig. 3

图 3 不同植被根际土壤细菌群落的ANOSIM组间差异检验 Fig. 3 ANOSIM difference test of bacterial community in rhizosphere soil of different vegetation

对高通量测序结果分析表明, 12个土壤样品中检测出的土壤细菌可划分为38门、102纲、255目、417科、784属和1 614种.由图 4可知, 在细菌门水平上, 相对丰度大于5%的菌门即各样地的优势菌群分别为：变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、疣微菌门(Verrucomicrobia).另外, 相对丰度大于1%的主要菌门还包括：芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、己科河菌门(Rokubacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)和拟杆菌门(Bacteroidetes), 而在各样地中都少量存在的菌门为：浮霉菌门(Planctomycetes)、装甲菌门(Armatimonadetes)、Patescibacteria和匿杆菌门(Latescibacteria), 蓝菌门(Cyanobacteria)和硝棘菌门(Nitrospinae)是湿地环境中的优势菌门, 在各样地相对丰度 < 0.1%的菌门合并在一起，在图例中归为其它(others).

图 4

Fig. 4

图 4 不同植被根际土壤细菌群落的结构柱状图 Fig. 4 Structure histogram of bacterial communities in rhizosphere soil of different vegetation

利用非参数因子克鲁斯卡尔-沃利斯秩和验检分析不同植被类型土壤细菌各分类水平的显著差异特征(LDA阈值3.5), 并构建群落进化分枝图(图 5)^[25].结果表明, 在门分类水平上, 浮霉菌门(Planctomycetes)在修氏苔草根际与其它植被根际土壤之间的差异显著.在纲分类水平上, γ-Proteobacteria和Clostridia在芦苇根际和其它植被根际土壤之间的差异显著, 松江柳根际土壤中Holophagae的相对丰度显著大于其它植被, 厌氧绳菌纲(Anaerolineae)和Planctomycetacia在修氏苔草和其它植被根际土壤之间的差异显著.在目分类水平上, Reyranellales和Solirubrobacterales在白杨和其它植被根际土壤之间的差异显著, Caulobacterales和Micropepsales在修氏苔草和其它植被根际土壤之间具有显著差异, Rhodobacterales和Clostridiales在芦苇和其它植被根际土壤之间具有显著差异.在科分类水平上, Xanthobacteraceae、Reyranellaceae、Haliangiaceae和Mycobacteriaceae在白杨和其它植被根际土壤之间具有显著差异, 松江柳根际土壤中的Methyloligellaceae、修氏苔草根际土壤中的Caulobacteraceae、Micropepsaceae和芦苇根际土壤中的Rhodobacteraceae、Rhodocyclaceae、Gallionellaceae、Micrococcaceae、Clostridiacea-1是各自植被根际土壤的优势菌科, 且和其它植被之间具有显著差异.在属分类水平上, 白杨根际土壤中的Bradyrhizobium、Reyranella、Haliangium、Acidibacter、Mycobacterium、Streptomyces、Pseudonocardia; 松江柳根际土壤中的Conexibacter; 芦苇根际土壤中Rhodoblastus、Rhodobacter、Gemmatimonas、Hymenobacter、Blastococcus、Terrabacter、Pseudarthroba是各自植被根际土壤的优势菌属, 且和其它植被根际土壤之间存在显著差异.

图 5

Fig. 5

LDA阈值为3.5 图 5 不同植被根际土壤细菌的进化分枝图 Fig. 5 Cladogram of soil bacterial community for rhizosphere soil of different vegetation

4种根际土壤细菌OTU在KEGG一级功能代谢通路的注释信息和各功能丰度信息见表 4, 根际土壤细菌功能包括6类一级代谢通路, 样本中各功能基因的相对丰度从高到低依次为：新陈代谢(metabolism)、环境信息处理(environmental information processing)、遗传信息处理(genetic information processing)、细胞过程(cellular processes)、人类疾病(human diseases)和有机系统(organismal systems).其中, 松江柳和修氏苔草根际土壤细菌的细胞过程和有机系统功能显著高于白杨(P＜0.05), 其它各植被种类根际土壤细菌的各一级功能代谢通路无显著差异.

表 4 (Table 4)

表 4 土壤细菌群落的一级功能代谢通路在不同样地中的相对丰度信息1) Table 4 Variations in composition of soil bacterial functional communities in rhizosphere soil of different vegetation 植被 新陈代谢 环境信息处理 遗传信息处理 细胞过程 有机系统 人类疾病 BY 0.627 0±0.011 1a 0.182 1±0.003 4a 0.121 1±0.002 2a 0.041 6±0.004 4b 0.010 3±0.000 2b 0.016 7±0.000 5a SJL 0.611 3±0.000 9a 0.184 5±0.004 5a 0.122 2±0.002 5a 0.047 7±0.001 2a 0.011 2±0.000 4a 0.016 8±0.000 5a XS 0.621 5±0.002 4a 0.182 1±0.008 2a 0.124 9±0.003 1a 0.048 3±0.001 2a 0.011 1±0.000 7a 0.016 2±0.000 3a LW 0.612 2±0.005 4a 0.185 6±0.006 1a 0.121 1±0.001 2a 0.045 4±0.003 4ab 0.010 6±0.000 5ab 0.016 6±0.000 3a 1)不同小写字母表示不同植被类型间差异显著(P≤0.05), 数据为平均值±标准差(n=3)

表 4 土壤细菌群落的一级功能代谢通路在不同样地中的相对丰度信息1) Table 4 Variations in composition of soil bacterial functional communities in rhizosphere soil of different vegetation

不同植被类型根际土壤细菌功能包括43类二级代谢通路, 其中主要的二级代谢通路(功能基因序列相对丰度>1%)包括14类(表 5).松江柳根际土壤细菌的碳水化合物代谢功能显著高于修氏苔草(P＜0.05).松江柳根际土壤细菌的脂肪代谢功能、外源生物降解与代谢功能和聚糖生物合成与代谢功能显著低于其它植被(P＜0.05).芦苇根际土壤细菌的辅酶和维生素代谢、膜传输功能显著高于其它植被(P＜0.05).白杨根际土壤细菌的萜类和聚酮化合物代谢和能量代谢功能显著高于其它植被(P＜0.05).修氏苔草根际土壤细菌的复制和修复功能显著高于其它植被(P＜0.05).修氏苔草和芦苇根际土壤细菌的氨基酸代谢功能显著大于白杨林地, 且白杨林地根际土壤细菌的氨基酸代谢功能显著大于松江柳(P＜0.05).松江柳根际土壤细菌的转化功能显著大于修氏苔草, 且修氏苔草根际土壤细菌的转化功能显著大于白杨和芦苇(P＜0.05).松江柳根际土壤细菌的折叠、分类和降解功能显著大于白杨和修氏苔草, 且白杨和修氏苔草根际土壤细菌的折叠、分类和降解功能显著大于芦苇(P＜0.05). 4种植被根际土壤细菌的核苷酸代谢功能差异显著(P＜0.05), 表现为：SJL>XS>BY>LW.

表 5 (Table 5)

表 5 土壤细菌群落的二级功能在不同样地中的相对丰度信息1) Table 5 Relative abundance information of secondary function of rhizosphere soil bacterial community in different plots 二级功能类型 BY SJL XS LW 碳水化合物代谢 0.127 7±0.002 9ab 0.130 3±0.001 9a 0.125 3±0.003 1b 0.126 8±0.001 8ab 脂肪代谢 0.039 9±0.002 5a 0.034 4±0.000 4b 0.039 1±0.000 5a 0.038 6±0.001 1a 辅酶和维生素代谢 0.071 3±0.001 1a 0.072 8±0.002 0a 0.072 0±0.000 6a 0.067 4±0.001 5b 能量代谢 0.081 5±0.003 1a 0.074 1±0.004 5b 0.069 7±0.000 5b 0.070 0±0.001 6b 核苷酸代谢 0.049 5±0.000 2c 0.052 3±0.000 2a 0.051 7±0.000 3b 0.047 6±0.000 6d 氨基酸代谢 0.121 3±0.003 7b 0.113 6±0.001 5c 0.128 9±0.002 2a 0.127 8±0.002 1a 萜类和聚酮化合物代谢 0.041 2±0.001 8a 0.033 9±0.010b 0.035 8±0.002 6b 0.035 1±0.001 4b 外源生物降解与代谢 0.046 6±0.004 3a 0.038 8±0.000 7b 0.044 7±0.001 3a 0.046 5±0.002 4a 聚糖生物合成与代谢 0.022 1±0.001 5b 0.024 5±0.000 9a 0.022 8±0.000 6b 0.021 6±0.001 2b 转化 0.044 4±0.001 1c 0.049 3±0.006a 0.046 1±0.000 8b 0.043 4±0.001 3c 膜传输 0.106 6±0.005 6b 0.098 5±0.004 5b 0.104 1±0.006 6b 0.126 5±0.007 2a 信号传导 0.078 9±0.010 5a 0.087 6±0.001 1a 0.077 7±0.002 8a 0.079 1±0.003 7a 折叠、分类和降解 0.024 4±0.000 9b 0.026 4±0.000 6a 0.024 4±0.002b 0.022 9±0.000 6c 复制和修复 0.042 3±0.001 1b 0.044 2±0.001 0b 0.044 4±0.001 5a 0.040 1±0.001 5b 1)不同小写字母表示不同植被类型间差异显著(P＜0.05), 数据为平均值±标准差(n=3)

表 5 土壤细菌群落的二级功能在不同样地中的相对丰度信息1) Table 5 Relative abundance information of secondary function of rhizosphere soil bacterial community in different plots

由土壤理化性质和根际土壤细菌α多样性之间的相关性可见(表 6), 4个多样性指数与土壤有机碳含量显著相关, 其中Shannon、Ace和Chao1指数与有机碳含量呈显著正相关(P＜0.05), Simpson指数和其呈显著负相关(P＜0.05).Shannon指数和土壤pH显著负相关, 但和土壤含水量显著正相关.此外, 除Simpson以外的其他3个指数都和土壤碳氮比显著负相关.

表 6 (Table 6)

表 6 土壤细菌α多样性指数与土壤理化性质的相关分析1) Table 6 Correlation coefficients between soil bacterial α-diversity indices and soil physicochemical properties pH SM TC SOC TN TP C/N Ace指数 -0.366 0.354 0.132 0.543* 0.453 0.376 -0.546* Chao1指数 -0.421 0.377 0.145 0.556* 0.411 0.481 -0.551* Shannon指数 -0.556* 0.566* 0.166 0.571* 0.399 0.367 -0.624* Simpson指数 0.271 -0.421 -0.258 -0.552* -0.255 -0.232 0.473 1)*表示0.05水平相关显著

表 6 土壤细菌α多样性指数与土壤理化性质的相关分析1) Table 6 Correlation coefficients between soil bacterial α-diversity indices and soil physicochemical properties

RDA排序图反映了4种植被根际土壤细菌群落结构和土壤理化因子之间的关系(图 6), 其中第一轴和第二轴可以反映出关键土壤环境因子对根际土壤细菌群落结构的影响, 两个轴的累计解释变异量达64.8%.置换检验的结果表明, 对不同植被根际土壤细菌群落变化产生关键作用的环境因子为：碳氮比(C/N, r²=0.546, P=0.008)、土壤pH(r²=0.374, P=0.044)和有机碳(SOC, r²=0.326, P=0.046).

图 6

Fig. 6

图 6 环境因子与植被根际土壤细菌群落之间的冗余分析 Fig. 6 RDA of soil bacterial community and environmental factors

植物微生物组是指和植物相关的微生物, 在植物根际、内部和叶际广泛存在^[26], 地上植被类型、组成和根系分泌物和其根际土壤微生物之间存在紧密联系.不同植被类型对微生物群落结构和功能的影响有所差异^[27], 这种差异对土壤生态系统健康状况产生直接影响, 改变了土壤环境适生性, 重塑地上植被类型.近年来, 随着植物学与微生物组学的深入研究, 尤其是高通量基因测序技术的发展, 增加了研究人员对植物类型和微生物群落之间关系的理解, 植物根际微生物研究取得了显著进展.张仲富等^[28]的研究表明, 不同植物群落类型对土壤细菌群落多样性产生显著影响, 碧塔海湿地各植被根际微生物的优势菌门为酸杆菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和变形菌门, 总丰度高于10%.周强等^[29]的研究发现, 双蕊兰根际土壤细菌中的优势菌门为放线菌门、酸杆菌门、疣微菌门和变形菌门, 其中变形菌门和放线菌门具有较高的相对丰度.陈影等^[30]的研究表明, 放线菌门、变形菌门和绿弯菌门是辽河干流河岸带土壤细菌的第一优势门.韩晓丽等^[31]的研究认为, 变形菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、浮霉菌门和放线菌门是文峪河上游河岸带植被类型的优势菌群.其中变形菌门的相对丰度最高.另外, 放线菌门是文峪河上游河岸带灌木林中的优势菌门, 这与本研究结果相似, 以上菌门在松花江下游滨岸带各植被根际土壤中同样占据绝对优势.这表明, 环境中共同存在的优势微生物群落大多能和乡土植物建立良好的共生关系, 在应对环境变化方面具有较高的适应性, 并不会对某种类型植被过度依赖.综上表明, 即便不同土壤和植被类型会对土壤细菌多样性和其群落结构产生影响, 但土壤中的优势菌门基本相似.张瑞海等^[32]的研究发现, 植被类型变化可以显著降低变形菌门中的微枝形杆菌属(Microvirga)、斯科曼氏菌属(Skermanella)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和酸杆菌门的Bryobacter属相对丰度.这说明, 放线菌门和变形菌门的少部分菌属有不同的适生特征, 环境要素发生改变时, 某些菌属会敏感地发生相应变化, 如本研究中浮霉菌门等菌门在植被类型发生变化时, 其优势度发生显著变化, 这说明浮霉菌门对苔草类植被有一定的依赖性, 且对另外几类植被具有一定的互斥作用.这些现象反映出, 环境中的某些菌属具有指示作用, 能够表征生境质量状况的变化.本试验中, 在门和属分类水平上, 4种不同植被根际土壤细菌组成具有相似性, 但其菌门和属的相对丰度有所不同, 这可能和植物的根系分泌物不同有关, 进而使细菌群落结构发生变化^[33].

长期以来, 植被类型和根际土壤细菌群落多样性被认为具有密切相关性^[34], 某些固氮细菌的丰富度和豆科植物的关系比其他门类微生物更密切^[35]. 本研究基于皮尔森距离算法的主坐标分析对4种不同类型植被根际土壤细菌群落结构的差异性进行比较.结果显示, 芦苇、松江柳和修氏苔草根际土壤细菌群落结构具有相似性, 这说明, 植被类型的差异会对细菌群落多样性产生影响, 而土壤细菌群落会发生变化的原因很可能是植物群落的改变所造成的, 这和前人研究结果相同^{[36, 37]}.植物通过选择土壤中微生物组塑造土壤细菌群落^[34], 利用凋落物等对土壤细菌群落多样性产生影响, 植物残体是植物根际土壤细菌的主要营养来源, 不同植物之间凋落物的数量和种类存在巨大差异, 这可能是导致松花江滨岸带不同植被类型间根际土壤细菌差异显著的主要原因.

微生物群落多样性特征变化往往对地上植物群落和地下条件变化十分敏感, 这些地上植物往往通过改变土壤理化性质特征制约着细菌群落多样性^[38].大量研究充分证实, 土壤细菌多样性受土壤理化性质的显著影响^{[19, 39]}.张仲富等^[28]的研究表明, 土壤含水率和酸杆菌门、芽单胞菌门和放线菌门显著负相关, 而和螺旋体门、疣微菌门、Desulfobacterota和拟杆菌门显著正相关, 这说明土壤细菌群落结构受土壤含水率显著影响.王静等^[40]的研究指出漓江河岸带土壤含水量对土壤细菌也有显著影响.在本研究中, 根际土壤细菌的Shannon指数和土壤含水量显著正相关, 这表明松花江滨岸带根际土壤细菌群落的差异和生态系统特殊的水文环境有关.此外, 土壤细菌群落多样性受土壤pH显著影响^[41].代金霞等^[42]利用高通量测序技术和分离培养等方法研究宁夏银北地区6种耐盐植物根际土壤细菌群落结构和多样性时, 发现对盐渍化土壤中优势菌群产生显著影响的土壤环境因子是土壤pH.朱平等^[41]在研究祁连山4种不同植被类型对土壤微生物的影响时也得到类似结论.本研究中土壤pH和4种不同植被类型根际土壤细菌α多样性显著相关(P＜0.05), 同样印证了土壤pH是对各植被根际土壤细菌群落分布有显著影响的关键因子.同时, 4种植被类型根际土壤细菌α多样性、碳氮比和有机碳等土壤理化指标具有显著相关性, 这和文献[43, 44]的研究有相同之处, 表明土壤理化性质是影响微生物多样性的关键因素.

松花江滨岸带水位频繁变化有助于营养物质的积累, 造成了其细菌群落变化^[45].微生物功能变化通常和结构变化密切关联^[27], 松花江4种植被类型间的土壤养分组成的差异可能是造成细菌群落差异的因素.同样的, 相关类群的变化和水位降低有密切关系, 水分变化会影响土壤微生物过程^[24], 使微生物功能群随之发生相应的变化.相关结果进一步指明, 松花江滨岸带根际土壤细菌群落功能群的分异受到土壤理化性质、植物多样性和水文环境的共同影响.

(1) 12个根际土壤样品共获得细菌4 105个OTU, 被划分为38门、102纲、255目, 417科、784属和1 614种.

(2) 4种典型植被共有的优势菌门(相对丰度>5%)为: 酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和变形菌门(Proteobacteria).

(3) 4种典型植被根际土壤细菌群落包括6类一级代谢通路, 43类二级代谢通路, 其中主要的二级代谢通路包括14类(功能基因序列相对丰度>1%).

(4) RDA分析显示：对4种不同植被类型根际土壤细菌有主要影响的环境因子为土壤碳氮比、pH和土壤有机碳.