基于系统发育与功能性状结构探究南亚热带典型人工林土壤细菌群落构建机制

Based on phylogenetic structure and functional trait structure to explore the mechanism of community assembly is a research hotspot in the current community ecology. The project propose to use different tree species (Castanopsis hystrix, Mytilaria laosensi, Betula alnoide, Pinus massonian, Castanopsis hystrix+ Pinus massonian, Castanopsis hystrix+ Betula alnoide, Eucalypt) plantations located at the Tropical Forestry Experiment Center of Chinese Academy of Forestry in Guangxi Pingxiang as the research object, and contrast with the zonal evergreen broadleaved forest，employing 16 s rRNA genes of high flux 454 pyrophosphate sequencing technology and Bayesian generalized linear model statistical analysis method, to study phylogenetic structure, environment resistance trait structure, resource competition trait structure and single function trait structure of different tree plantation soil bacterial communities at different soil depth and seasons, and to discuss the main factors of soil physical and chemical properties of these soil bacterial community structure, in order to clarify soil bacterial community evolution history and ecological processes of different tree species plantations under the same climate zone and soil type. The results will provide the theory basis for a comprehensive insight into the plantation soil bacterial community assembly mechanism, and have reference value to realize the sustainable management of artificial forests in the south subtropical regions of China.

基于系统发育与功能性状结构探究群落构建机制是当前群落生态学研究热点。本项目拟以位于我国南亚热带地区广西凭祥的中国林业科学研究院热带林业实验中心的不同树种（红椎、米老排、西南桦、马尾松、红椎+马尾松、红椎+西南桦、桉树）人工林为研究对象，并以地带性常绿阔叶林为对照，利用16S rRNA基因的高通量454焦磷酸测序技术和Bayesian GLM统计分析方法，研究各树种人工林不同土层深度、不同季节的土壤细菌群落系统发育结构以及环境耐受性状结构、资源竞争性状结构和单个功能性状结构，并探讨影响这些土壤细菌群落结构的主要土壤理化性质因素，以期阐明在相同气候区和土壤类型条件下不同树种人工林土壤细菌群落的进化历史与生态过程。为全面深入了解人工林土壤细菌群落构建机制提供理论依据，对实现我国南亚热带地区人工林可持续经营具有参考价值。

细菌在土壤微生物中占据绝对优势且具最为丰富的多样性，同时又是陆地生态系统中几乎所有生物地球化学循环的重要驱动者，能有效促进有机质分解、 营养物质的释放与转化，影响植物对养分的获取和土壤肥力。人工林已成为世界森林资源的关键组分，科学经营管理的人工林能够降低天然林日益减少带给人类木 材需求的压力，恢复部分由天然林提供的生态系统服务功能，并通过有效的碳固持缓解全球气候变化。我国南亚热带地区因水热资源丰富而成为造林再造林的优先发展区域。但长期以来该地区大量营造以马尾松和杉木为主的针叶纯林容易导致土壤肥力和生物多样性下降等生态问题。为了减少针叶人工纯林带来的不利生态影响，采用外来速生阔叶树种（如桉树）和乡土阔叶树种（如红椎、 米老排、火力楠和山白兰等）来改建针叶纯林已成为该地区人工林经营的发展趋势。但迄今对这些人工林土壤细菌群落系统发育和功能性状结构却知之甚少。.本项目以位于广西凭祥市的中国林业科学研究院热带林业实验中心伏波实验场的不同树种人工林土壤为研究对象，采用 Illumina MiSeq 高通量测序技术对土壤细菌16S rDNA的V4 ~ V5可变区进行测序，探讨了土壤细菌群落结构与PIRCUSt功能。结果表明，（1）在门、纲、目分类水平上均表现出桉树林土壤细菌群落组成与其他 5 种乡土人工林（红椎、米老排、火力楠、山白兰和马尾松）存在明显差异，并认为在目分类水平上 可较好的表征南亚热带地区人工纯林土壤细菌群落组成间的差异性。（2）红椎、马尾松人工林及其混交林和桉树人工林土壤的细菌系统发育树来大致分为四支。（3）马尾松人工林、米老排人工林和桉树人工林土壤细菌PICRUSt功能预测共得到6个一级功能层、37个二级功能层，表明土壤细菌功能丰富，其在碳水化合物、氨基酸和能量代谢方面功能活跃。研究结果可为预测和理解南亚热带区人工林土壤微生物群落构建机制提供科学依据，对南亚热带红壤丘陵地区植被恢复的树种选择以及人工林可持续经营具有参考价值。