滨海盐碱地柽柳成林过程中土壤微生物群落演替研究

Chinese tamarisk is one of the commonly used measures for the improvement of saline-alkali land in the coastal area, but most studies on its ecological effects mostly focuses on the changes of soil properties, and most of them are based on single-sampling surveys, and the dynamic changes in soil properties and microbial succession during its occurrence and development are little known. Based on the experiment of improving the coastal saline-alkaline lands of Chinese tamarisk in Haixing, soil microbial community composition and function were measured under different stage of Chinese tamarisk setup procedure (0 year, 2 year, 5 year, 8 year and 12 yeas) through high-throughput sequencing technology and functional prediction methods to elucidate the succession of soil microbial communities and functions in the occurrence and development of Chinese tamarisk. Combined with soil properties, the correlation between the changes of soil properties and the succession of soil microbial communities and functions will be analyzed. This will help us to understand the microbiological mechanism of ecosystem changes caused by Chinese tamarisk and provide guidance to improve the ecological functions of Chinese tamarisk in reclamation of saline and alkaline land.

柽柳种植是滨海盐碱地改良常用的措施之一，但对于其生态效应的研究多集中于土壤性质的改变，而且大多基于单次采样的调查研究，对其发生、发展过程中土壤性质的动态变化、土壤微生物群落的演替缺少系统性研究，然而柽柳种植过程中土壤性质变化和微生物响应机制的研究，对于揭示柽柳种植引起的土壤生态系统变化具有重要意义。本项目以海兴县中科院滨海盐碱地高效利用示范区中的柽柳引种改良滨海盐碱地实验为平台，通过高通量测序技术和功能预测方法研究不同种植年限（0年、2年、5年、8年和12年）下土壤微生物群落组成和功能变化，以阐明柽柳发生、发展过程中土壤微生物群落和功能的演替规律，同时结合土壤性质的变化，探讨土壤性质变化和土壤微生物群落演替间的相互关系，为揭示柽柳种植引起的土壤生态系统变化的微生物学机制、提升柽柳改良滨海盐碱地的生态功能提供理论依据。

本项目以海兴县中科院滨海盐碱地高效利用示范区中的柽柳引种改良滨海盐碱地实验为平台，通过高通量测序技术和功能预测方法研究了不同柽柳种植年限（0年、2年、5年、8年和12年）下土壤微生物群落组成和功能变化，结果发现土壤古菌、细菌和真菌呈现不同的演替趋势，古菌多样性逐渐降低，而细菌和真菌多样性逐渐升高，通过进一步的分析发现，微生物群落演替主要与土壤盐分含量有关，土壤盐分的逐渐降低导致土壤环境对微生物的环境过滤作用逐渐降低、环境选择压力减小，形成了有利于更多微生物种群的生存，这也是土壤细菌和真菌多样性提高的主要因素之一，而滨海盐碱地古菌群落主要已耐盐和嗜盐菌为主，盐分的降低使得这类微生物难以生存而大量衰亡，但同时又没有更多的古菌种类迁入，导致了古菌群落多样性的降低；同时由于盐分的降低，确定性过程在微生物群落构建中的作用逐渐降低，而随机性过程的贡献逐渐增强；通过对微生物种群生态功能的预测发现，自养型微生物随着时间的延长而逐步提高，而自养型微生物则主要降低，微生物群落由偏自养型逐渐演替为偏异养型，这与土壤养分含量和有机碳的提升有关。以上的研究结果揭示了滨海盐碱地微生物的不同演替模式及其主要驱动机制，说明了柽柳的种植不但显著改善了滨海盐碱的肥力状况，同时也使微生物群落由海洋型向陆地型演化，形成了更有利于农业生态的土壤和微生物生态特征，这为我们进步应用柽柳来提升滨海盐碱地生态功能和农业生产价值提供了良好数据支撑。