环境科学  2019, Vol. 40 Issue (1): 412-420   PDF    
引用本文
张双双, 靳振江, 贾远航, 李强. 岩溶地区不同土地利用方式土壤固碳细菌群落结构特征[J]. 环境科学, 2019, 40(1): 412-420.
ZHANG Shuang-shuang, JIN Zhen-jiang, JIA Yuan-hang, LI Qiang. Community Structure of CO2-fixing Soil Bacteria from Different Land Use Types in Karst Areas[J]. Environmental Science, 2019, 40(1): 412-420.
岩溶地区不同土地利用方式土壤固碳细菌群落结构特征
张双双1,2, 靳振江1,2,3,4, 贾远航1,2, 李强5     
1. 桂林理工大学环境科学与工程学院, 桂林 541004;
2. 桂林理工大学岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心, 桂林 541004;
3. 桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心, 桂林 541004;
4. 桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室, 桂林 541004;
5. 中国地质科学院岩溶地质研究所, 自然资源部/广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室, 桂林 541004
收稿日期: 2018-04-16; 修订日期: 2018-07-05
基金项目: 国家自然科学基金项目（41867008，41361054，41003038）；广西自然科学基金项目（2011GXNSFA01018006）；桂林理工大学博士启动基金项目（2004041）；广西高等学校高水平创新团队及卓越学者计划项目（002401013001）
作者简介: 张双双(1992~), 女, 硕士研究生, 主要研究方向为环境微生物, E-mail:2318041835@qq.com
通信作者: 靳振江, E-mail:zhenjiangjinjin@163.com; 李强, E-mail:glqiangli@163.com
摘要: 固碳细菌是土壤碳循环重要的微生物群落，研究其群落结构特征对认识土壤生态系统的固碳机制具有重要意义.以桂林毛村岩溶实验场的岩溶区、混合区与非岩溶区为研究样区，采集稻田、玉米和柑橘园表层土壤，以cbbLR为固碳细菌的指示基因，采用高通量测序方法，对比在三类区域土壤中固碳细菌的群落丰度、组成及多样性特征的异同.结果表明，三类区域土壤中固碳细菌属于变形菌门和放线菌门.其中，变形菌门的α-变形菌纲（α-Proteobacteria，24.6%）为三类区域土壤中的优势纲，以根瘤菌为主的兼性自养菌是主要的固碳细菌.在岩溶区，伯克氏菌目（Burkholderiales）、红假单胞菌属（Rhodopseudomonas）、固氮螺菌属（Azospirillum）、费氏根瘤菌（Sinorhizobium fredii HH103）、豌豆根瘤菌（Rhizobium leguminosarum bv.trifolii）等微生物的丰度均高于混合区和非岩溶区；而慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）为混合区与非岩溶区土壤中的优势种群.冗余分析（redundancy analysis）表明，pH、土壤有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）、总氮（TN）和阳离子交换量（CEC）等土壤因子是影响固碳细菌群落结构差异的主要生态因子.以上结果表明，岩溶区的土壤特性对固碳细菌的群落结构有显著影响.
关键词: 岩溶区      固碳细菌      cbbLR基因      根瘤菌      高通量测序     
Community Structure of CO2-fixing Soil Bacteria from Different Land Use Types in Karst Areas
ZHANG Shuang-shuang1,2 , JIN Zhen-jiang1,2,3,4 , JIA Yuan-hang1,2 , LI Qiang5     
1. College of Environmental Science and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China;
2. Collaborative Innovation Center for Water Pollution Control and Water Safety in Karst Area, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China;
3. Guangxi Scientific Experiment Center of Mining, Metallurgy and Environment, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China;
4. Guangxi Key Laboratory of Environmental Pollution Control Theory and Technology, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China;
5. Key Laboratory of Karst Dynamics, Ministry of Natural Resources & Guangxi, Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Guilin 541004, China
Abstract: Carbon dioxide (CO2)-fixing bacteria are important microbial communities of the soil carbon cycle. It is important to study their community structure characteristics in karst areas to understand the carbon-sequestration mechanism of the soil ecosystem. The top soil samples of paddy fields, maize fields, and citrus orchards were collected in a karst area, mixed zone, and non-karst area at the Maocun karst experimental site in Guilin.The community abundance, composition, and diversity of CO2-fixing bacteria were analyzed using high-throughput sequencing technology with cbbLR as indicating gene. The results show that most of the CO2-fixing bacteria can only be classified as the shallow taxonomic group including bacteria and actinomycetes. The α-Proteobacteria of Proteobacteria was the dominant class in the three areas. Facultative autotrophic bacteria dominated by rhizobia were the main CO2-fixing bacteria. The abundances of Burkholderiales, Rhodopseudomonas, Azospirillum, Sinorhizobium fredii HH103, Rhizobium leguminosarum bv. trifolii were higher in the karst area than in the other two areas. However, Bradyrhizobium is the dominant species in the mixing and non-karst areas. The redundancy analysis shows that the pH, soil organic carbon, soluble organic carbon, cation exchange capacity, and total nitrogen are the main ecological factors affecting the community structure of CO2-fixing bacteria. The above-mentioned results show that the soil properties in the karst area can significantly affect the community structure of CO2-fixing bacteria.
Key words: karst area      CO2-fixing bacteria      cbbLR gene      Bradyrhizobium      high-throughput sequencing     

二氧化碳是影响“温室效应”最主要的气体, 因此, 降低大气中二氧化碳浓度有利于降低温室效应给地球生态系统带来的负面影响.在陆地生态系统中, 土壤微生物是物质循环和能量流动的重要参与者, 是地球表层系统最活跃的组成部分[1].其中, 具有固碳功能的细菌分布广泛, 且环境适应能力很强, 因此在降低大气二氧化碳浓度中的作用值得重视[2, 3].农田生态系统因为受人类活动的干扰强度较高, 土壤中的固碳细菌群落结构极有可能产生较大变化, 进而影响其固碳功能, 并最终在一定程度上改变陆地生态系统的碳库[4, 5].

在岩溶生态系统中, 由于强烈的岩溶作用, 土壤中的CO2浓度是非岩溶区的10~300倍[6], 因此, 在较高二氧化碳浓度的岩溶区, 固碳细菌群落结构就更值得关注.目前, 对土壤中固碳细菌群落的研究主要集中在植被类型[7, 8]、土地利用[9]、凋落物输入[10]、施肥[11]和根际环境[12, 13]对其群落结构的影响, 以及农田土壤固碳细菌群落的固碳潜力研究[5, 14~16]等方面.王腾等[17]采用荧光定量PCR和基因克隆技术研究了固碳细菌的群落结构, 但是这些技术得出的微生物信息量相对有限.因此, 本研究以岩溶区、混合区与非岩溶区为样点, 选取样点内稻田、玉米和柑橘园这3种典型的土地利用类型土壤, 以具有高度保守性的编码基因cbbLR作为“Green-like”的指示基因, 采用能够得出较高信息量的高通量测序技术, 分析岩溶土壤的固碳细菌群落结构特征, 以期深入认识岩溶土壤中固碳细菌群落结构.

1 材料与方法 1.1 供试土壤采集与前处理

本研究的长期定位实验点是位于广西壮族自治区桂林市东南的灵川县潮田乡的毛村岩溶实验场.本实验场分为岩溶区、混合区和非岩溶区土壤, 岩溶区土壤为棕色石灰土, 母岩为石灰岩和白云岩, 非岩溶区土壤是母岩为砂页岩的地带性红壤, 岩溶区和非岩溶区之间有一些过渡性的土壤, 作为混合区[17].选取不同区域内稻田、玉米、柑橘园的土壤为供试土壤, 共选取9个土壤样地.岩溶区样地3个, 分别为稻田(YD)、玉米(YY)、柑橘园(YG); 混合区样地3个, 分别为稻田(HD)、玉米(HY)、柑橘园(HG); 非岩溶区样地3个, 分别为稻田(FD)、玉米(FY)、柑橘园(FG).采集耕层土壤(0~20 cm), 每个样地中随机采集3个等量土样, 混为一个样品.去除植物根系和碎片等侵入体, 一部分研磨过2 mm筛, 放在-20℃冰箱储存, 以备提取土壤微生物DNA; 另一部分自然风干后研磨, 分别过0.85、0.25和0.15 mm筛, 用于测定土壤理化性质.土壤理化性质见表 1.

表 1 岩溶区、混合区、非岩溶区的不同土地利用方式下土壤理化性质 Table 1 Physical and chemical soil properties of three land use types in karst, mixed, and non-karst areas

1.2 土壤理化性质测定

分析方法参照文献[18]进行. pH值采用精密pH计直接测定; 土壤有机碳(SOC)采用浓硫酸-重铬酸钾外加热法测定; 土壤可溶性有机碳(DOC)采用水土振荡提取法, 再用TOC总有机碳分析仪测定; 土壤总氮(TN)采用浓硫酸消煮-凯氏定氮法测定; 碱解氮(AN)采用碱解扩散法测定; 阳离子交换量(CEC)采用EDTA-铵盐快速法测定.

1.3 土壤DNA提取

土壤微生物总DNA使用DNA快速提取试剂盒(Power Soil, Mo Bio公司)提取, 采用微量紫外分光光度计(Quawell 5000, 美国)测定DNA浓度和纯度.

1.4 高通量测序

本实验对固碳功能基因cbbLR进行PCR扩增获得目标DNA片段, 引物对为：cbbLR-F(5′-AAG GAY GAC GAC AAC ATC-3′); cbbLR-R(5′-TGC AGS ATC ATG TCR TT-3′).扩增体系(25μL)：模板DNA(稀释到5 ng·μL-1)1 μL, 上下游引物各1μL, Go Taq@Green Master Mix 12.5 μL, 补无菌ddH2O至25 μL.反应条件为：95℃预变性3 min; 91℃变性1 min; 52.5℃退火1 min; 72℃延伸2 min, 32个循环; 68℃终延伸10 min.

对PCR产物进行纯化, 取纯化产物进行高通量测序. Illumina MiSeq测序技术平台通量高, 数据完整, 并且经济快速, 因此测序工作交由华大基因采用Illumina MiSeq测序技术平台进行, 下机数据选择Silva数据库进行对比得出分类鉴定结果.

1.5 数据分析

数据处理采用Excel 2010和SPSS 19.0, 稀释曲线采用ORIGIN绘图软件, 群落多样性和环境因子的关系采用Canoco 5软件分析, 基于DCA的结果选用RDA进行关联分析.

2 结果与分析 2.1 cbbLR固碳基因的多样性分析

本研究中, YD、YY、YG、HD、HY、HG、FD、FY和FG等9个测序样品分别测了60230、81526、80535、73832、50791、63632、87160、70267和74962条序列, 共获得642935条序列, 8348个OTU.将测序结果在97%相似度下进行聚类, 得到OTU的代表序列, 并与数据库比对进行物种注释, 置信度阈值设为0.8.通过绘制稀释曲线可间接反映土壤样品中物种的丰富程度, 当曲线趋于平缓时可认为测序深度已经基本覆盖到样品中所有的物种.图 1是分别用Chao指数和Shannon指数多样性指标来进行稀释曲线的制作.结果显示, 每个样品的稀释曲线都趋于平缓, 表明所测序列已经基本覆盖到土壤样品中的所有物种.

图 1 各土壤样品稀释曲线 Fig. 1 Rarefaction curve for each soil sample

通过Chao指数、Ace指数来分析样品中细菌群落的丰富度, Shannon指数和Simpson指数是分析样品中细菌群落的多样性(Simpson指数与生物多样性成反比, 值越大, 生物多样性越低), OTU个数和序列数均可以显示土壤细菌群落的丰富度和多样性, 结果见表 2.从中可知, 各项指数的变化规律不一致, 但序列数更能表示土壤细菌群落多样性, 在岩溶区玉米和柑橘园土壤的序列数最大, 可以在一定程度上表明岩溶区土壤的固碳细菌群落多样性高于非岩溶区和混合区.

表 2 基于cbbLR基因序列的固碳细菌群落结构分析 Table 2 Community structure analysis of CO2-fixing bacteria based on the cbbLR gene sequence

聚类OTU(operational taxonomic units)是微生物群落分析的核心环节, α多样性评估可以用OTU个数来反映物种的丰富度[12].利用大于0.5%的OTU分类表格数据, 对各样点固碳细菌群落做成热图(图 2)并使用样点内OTU数的差异性来聚类分析.

图 2 基于固碳细菌群落多样性的热图 Fig. 2 CO2-fixing bacterial community diversity based on the image

基于固碳细菌群落多样性的聚类可以发现, 前10种OTU是岩溶区土壤的优势菌群, 而其余的OTU则是非岩溶区和混合区土壤的优势菌群.岩溶区的3种土地利用方式可以很好地聚在一起, 而非岩溶区和混合区不能很好地分开, 而且HY、HG、FY和FG能很好地聚在一起.这个结果表明, 对于固碳细菌群落结构而言, 岩溶土壤地质背景的影响要大于土地利用方式, 说明土壤地质相似的生境更可以孕育出具有相同结构的群落类型[19].而从土地利用方式的角度, 可以看出YY和YG、HY和HG、FY和FG这3组土壤均能很好地聚在一起, 而分别于YD、HD、FD分开, 可以说明水分管理也能使得土壤微生物群落结构产生差异.

2.2 cbbLR固碳基因群落组成

本研究所得序列被归为3个门、5个纲、11个目、19个科和25个属, 且这些微生物大多只能归类到分类水平比较浅的变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)的细菌类群中.由图 3可知, 变形菌门(Proteobacteria)为优势菌门, 占所有门的比例为45.8%.序列数大于0.5%的OTU被视为优势OTU, 在这些OTU中, 有26.0%的Bacteria未能进一步分类, α-变形菌纲(α-Proteobacteria)、β-变形菌纲(β-Proteobacteria)、根瘤菌目(Rhizobiales)、慢生根瘤菌科(Bradyrhizobiaceae)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)所占比例分别为24.6%、1.1%、7.2%、1.2%和1.5%, 还有1.6%的微生物不能被分类, 其余微生物所占比例均不足1.0%.

图 3 不同样点固碳细菌群落组成 Fig. 3 Composition of the CO2-fixing bacterial community

由图 3可知, 慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)在所有土壤中均存在, 且在混合区与非岩溶区土壤中均是优势种群; 在玉米和柑橘园土壤中, 分类到较低水平的Bacteria、Proteobacteria等微生物在岩溶区的丰度高于混合区和非岩溶区; 在3种土地利用方式中, 在岩溶区土壤的伯克氏菌目(Burkholderiales)、红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)、固氮螺菌属(Azospirillum)、费氏根瘤菌(Sinorhizobium fredii HH103)和豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum bv.trifolii)等的微生物丰度均高于混合区和非岩溶区.

2.3 岩溶与非岩溶土壤固碳细菌相关性分析

为分析土壤固碳细菌群落组成的差异, 以土壤样品的OTU数为依据, 分别以稻田、柑橘园、玉米分组, 对同一土地利用方式下的岩溶区、混合区和非岩溶区土壤固碳细菌菌种构建韦恩图(图 4)进行多样性分析.图 4(b)中数据是根据图 4(a)中OTU数换算的OTU比例, 稻田、玉米和柑橘园这3种土地利用方式下的土壤样品共有OTU比例分别为2.3%、1.5%和0.8%, 在稻田、玉米和柑橘园土壤样品中, 岩溶与非岩溶土壤共有OTU比例分别为2.0%、0.5%和0.2%, 岩溶与混合区土壤共有OTU比例为3.7%、2.0%和5.8%, 非岩溶与混合区土壤共有OTU比例为11.5%、14.0%和28.0%.以上数据表明, 与非岩溶区土壤和混合区土壤相比, 岩溶区土壤固碳细菌的群落结构与前两者有较大差异.

图 4 各样地土壤固碳细菌OTU韦恩图 Fig. 4 OTU Veen of soil CO2-fixing bacteria in all types of soil

2.4 固碳细菌群落结构与土壤理化因子的冗余分析

为分析固碳细菌群落结构与土壤理化因子的关系, 以具有代表性的优势OTU及其丰度作为物种数据, 土壤理化数据作为土壤环境变量, 进一步分析各土壤微生物与环境因子之间的关系, 用Canoco 5软件作图(图 5).由表 3可得, 统计得到轴1、2、3和4的特征值分别为0.79、0.09、0.05和0.03, 所有微生物数据变化的累计解释率为94.45%, 微生物群落变化与环境因子关系综合累计解释率为96.89%, 包含了大部分微生物群落信息和土壤环境信息, 能够很好地解释因素间的关系, 排序轴与环境因子间的线性结构程度能够较好地反映物种与环境间的关系, 即排序图基本上可完整地反映土壤微生物群落丰度与环境信息, 排序结构可靠, 可表达固碳细菌群落结构与土壤理化因子的关系.

实心箭头代表属水平上的固碳细菌OTU, 两个箭头夹角的余弦值代表两个微生物类群间的相关性, 空心箭头代表环境因子, 用实心箭头和空心箭头夹角的余弦值代表该微生物类群与环境因子间的关系 图 5 固碳细菌与环境因子的冗余分析 Fig. 5 Redundancy analysis for CO2 fixing bacteria and environmental factor

表 3 固碳细菌群落结构差异的解释变量冗余分析 Table 3 Explanatory variable redundancy analysis for diverse CO2-fixing bacterial community structures

由图 5可知, OTU为15、56、462、507、2、4985和51的微生物之间呈显著正相关, 且与pH、土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、总氮(TN)、阳离子交换量(CEC)等环境因子呈显著正相关, 与AN环境因子呈显著负相关. OTU为5、1、8、23、48、53、43和116的微生物之间呈显著正相关, 且与pH、SOC、DOC、TN、CEC等环境因子呈显著负相关.其中丰度较高的Bacteria、Proteobacteria等分类水平较低9种的微生物与环境因子的关系截然不同, 说明土壤中含有某种固碳微生物因技术受限而不能被准确归类和分析, OTU为462(Burkholderiales, 伯克氏菌目)、51(Rhizobiales, 根瘤菌目)、15(Sinorhizobium fredii HH103, 费氏根瘤菌属)、4985(Rhodopseudomonas, 红假单胞菌属)和507(Rhizobium leguminosarum bv. trifolii, 豌豆根瘤菌)的微生物均与环境因子关系相同, 且OTU为15、4985、507和51的微生物均属于根瘤菌.

2.5 主成分分析

为了分析各土壤样品之间细菌组成差异, 对不同样品OTU进行PCA分析(见图 6).由图 6可知, 岩溶区与其它2类区域的土壤能很好地分开来, 表明岩溶区土壤中微生物群落结构与其它两类区域有显著差异.岩溶区的土壤样品距离较近, 物种组成较相似; 非岩溶区FD土壤样品与其它非岩溶区土壤样品相隔距离较远, 而与混合区土壤聚在一起, 不能明显分开.这个结果与图 2的结果一致, 再次说明岩溶区固碳细菌群落结构的独特性.

图 6 基于OTU丰度的PCA分析 Fig. 6 PCA analysis based on the OTU abundance

3 讨论 3.1 环境因子对固碳细菌群落的影响

有研究表明, SOC与固碳微生物种群结构显著相关, 是影响该种群结构的主要环境因子[14].在本研究中, 不同区域类型和土地利用方式造成的土壤环境差异也影响了土壤中固碳细菌的群落结构差异, 并且较高的土壤养分含量和CEC有利于固碳细菌的生长繁殖[20], 并维持更高的土壤固碳细菌的多样性[21]. OTU15等6个OTU与pH、SOC、DOC、TN和CEC等环境因子呈显著正相关.表明这些土壤因子是影响固碳细菌的群落结构的主要生态因子.在位于亚热带气候的格鲁吉亚的松林土壤与花生、棉花农田土壤中, 固碳细菌的群落结构差异较大, 推测可能与不同土地利用类型和植被类型引起的土壤含水量、温度与有机碳差异有关[9], 这与本研究的结论有一致的地方.本研究中, Sinorhizobium fredii HH103、Rhodopseudomonas、Rhizobium leguminosarum bv. trifolii、Burkholderiales和Rhizobiales等固碳细菌之间呈正相关关系, 与pH、SOC、DOC、TN和CEC等环境因子均呈显著的正相关关系.岩溶区土壤呈弱碱性, 上述5个土壤因子均高于非岩溶区.本研究中, Sinorhizobium fredii HH103、Rhodopseudomonas、Rhizobium leguminosarum bv. trifolii、Burkholderiales和Rhizobiales等菌群在岩溶区土壤中相对丰度较高, 慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)等菌群在岩溶区土壤中相对丰度较低, 表明环境因子对土壤中固碳细菌群落在岩溶与非岩溶区存在差异具有很大的贡献.这与图 2的结果相一致, 对于固碳细菌群落结构而言, 岩溶土壤地质背景的影响要大于土地利用方式, 土壤地质相似的生境更可以孕育出具有相同结构的群落类型

ICPP第4次评估报告指出[22], 改进水稻种植技术, 有效使用化肥, 提高作物产量, 增加土壤碳储存等技术与措施对减缓CO2浓度有不可忽视的作用.对中国南方红壤水稻土[23]和黄泥土水稻土[11]进行研究, 结果均表明氮磷钾(NPK)配施与NPK配施秸秆还田均提高了固碳细菌丰度和多样性, 施肥措施可以直接或间接地为土壤中固碳细菌提供能量物质, 既促进水稻生长增加碳储存, 又增加固碳细菌对大气中CO2的固定.这两个结果说明, 培肥土壤能够增加土壤有机碳的含量, 提高了土壤固碳细菌群落的丰度与多样性.

3.2 已知分类优势固碳细菌群落结构与环境因子的关系

本文所获得的所有菌群均属于两大门：变形菌门和放线菌门.变形菌门在所有土壤中均占最大比例, 与其他研究学者的结论一致[15, 24].在本研究中, 变形菌门的α-变形菌纲(α-Proteobacteria, 32.2%)和β-变形菌纲(β-Proteobateria, 2.0%)为土壤中的优势纲, 这与许多研究土壤微生物多样性的结论一致[15, 25], 而在研究海洋表层海水的微生物多样性时发现, 变形菌门的优势纲为γ-变形菌纲和β-变形菌纲[24], 而非α-变形菌纲.在海洋表层海水中发现外硫红螺菌属是γ-变形菌纲中最多的属, 它能利用光能, 固定CO2; 而在农田土壤中, 兼性自养微生物最多, 在植被修复和长期施肥过程中发现, α-变形菌纲的丰度不断上升[25], 这表明α-变形菌纲的丰度可能与营养物质丰富的土壤有关, 因此, 肥沃的农田土壤中α-变形菌纲为优势纲.

Bradyrhizobium在所有土壤中均存在, 是混合区与非岩溶区土壤中的优势种群, 这是因为Bradyrhizobium喜好酸性土壤[26], 而在碱性相对较高的岩溶区土壤中并不占优势. Bradyrhizobium为化能自养型固碳细菌[27], 能够利用还原态的无机物作为能源, 这些无机物包括铵盐、亚硝酸、硫、硫化氢、氢和亚铁化合物等.在光照无法达到的非表层土壤中, 这些还原态无机物将成为固碳微生物的主要能源物质.化能自养微生物又可以分为严格化能自养菌和兼性化能自养菌, 氢细菌[28]是生长速度最快的兼性化能自养菌, 因其可以吸收外源有机物而作为异养细菌生长, 因此比严格化能自养菌能适应更多的环境条件.在农业生态系统不同土层深度的土壤中化能自养菌的群落结构研究发现, 许多RubisCO Ⅰ的新基因型都来源于典型的兼性化能自养菌[9].本研究中, 中华根瘤菌属(Sinorhizobium)、根瘤菌属(Rhizobium)、固氮螺菌属(Azospirillum)和Methylibium等微生物也均属兼性化能自养菌, 且这些菌属在岩溶区土壤中的相对丰度远远高于非岩溶区土壤, 表明这些微生物可能在岩溶区土壤氮循环中具有重要的作用.此外, 农田生态系统的土壤会受到人为影响, 比如施肥和秸秆还田等措施均能提高土壤有机碳的含量从而会提高固碳细菌群落多样性和丰度[11, 29], 即不同土地类型的种植和管理方式带来土壤有机质等重要土壤因子的变动差异, 进而影响土壤微生物群落结构.

中华根瘤菌属(Sinorhizobium)是一类生活在土壤中的革兰氏阴性杆状细菌, 它可以在合适的条件下侵染豆科植物并与之进行共生结瘤固氮, 且有研究发现它的最佳生长环境是：温度25~30℃(10~35℃), pH6.0~8.0(5.0~10.5)[30].本研究中发现, 中华根瘤菌属是岩溶区玉米地土壤(YY)的特有优势菌属, 可能原因有以下两点：第一, YY采样点的植被是玉米, 但有少量大豆套种; 第二, 岩溶区弱碱性环境适宜中华根瘤菌属微生物的生存, 因此具有很高的丰度.

4 结论

α-Proteobacteria为土壤中的优势纲, 且Bradyrhizobium、Sinorhizobium和Rhizobium等为主要的固碳细菌类群.在岩溶区的稻田、玉米和柑橘园3种土地利用方式土壤中, Sinorhizobium fredii HH103、Burkholderiales、Rhizobium leguminosarum bv. trifolii、Rhodopseudomonas、Azospirillum等微生物的丰度均高于混合区和非岩溶区; Bradyrhizobium为混合区与非岩溶区土壤中的优势种群.分析表明, pH、SOC、DOC、TN和CEC等土壤因子是影响固碳细菌群落结构差异的主要生态因子.

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