多样性组成（精选五篇）
多样性组成 篇1
关键词：高寒地区,苜蓿田,害虫群落,丰富度指数,多样性指数
随着我国北方地区苜蓿产业化的发展, 种植面积迅速增加, 害虫的发生日益严重。黑龙江地区苜蓿田害虫危害情况及种类组成的调查研究未见报道。为此, 于2013年对黑龙江省兰西县苜蓿田害虫发生情况、种类组成和群落多样性进行了调查研究, 为高寒地区的苜蓿害虫预测预报和制定防治策略提供科学依据, 现报道如下。
1 试验地概况
试验地选在黑龙江省绥化市兰西县远大乡远大村, 海拔160 m, 地理位置为北纬46.32°, 东经12558°。该地区属温带半干旱大陆性季风气候, 年平均温度为5.6℃, 最高温度为28.1℃, 最低温度为-27.4℃, ≥10℃年积温为2 760℃, 年平均降雨量为489.6 mm, 占全年80%以上的降雨量主要集中在6—8月份。无霜期为130 d。土壤为黑钙土, 土壤有机质含量为6.04%, p H值为7.98, 速效氮为4.54%, 有效磷为21.98 mg/kg。
2 方法
2.1 试验设计
2013年6月初—10月初, 用捕虫网每隔7 d捕虫1次, 共调查18次, 每次随机选取5个样点, 每个点扫10复网次, 1个复网表示水平180℃左右各扫1次。各样点采集到的害虫分别放入毒瓶中带回实验室, 根据形态学方法进行分类鉴定和统计[1]。
2.2 数据的统计分析
试验数据采用Excel和SPSS软件进行分析。在数据统计分析中采用种群优势度、丰富度指数、多样性指数、优势度指数及均匀性指数进行评价[2,3]。
3 结果与分析
3.1 害虫群落种类组成 (见表1)
通过田间调查和室内鉴定, 兰西县苜蓿田害虫有14种, 隶属于6目14科, 其中同翅目害虫的个体数量最多, 占害虫总量的50.11%, 是苜蓿害虫防治的重点对象;其次为直翅目, 占害虫总量的22.30%, 该目害虫有咀嚼式口器, 个体较大, 食量也大, 因而危害性也大, 在防治上也是值得注意的重要类群。
3.2 害虫群落的优势种 (见表2)
由表2可见, 大青叶蝉种群优势度最高, 为0.289;其次为蚜虫, 为0.207;以下依次为蓟马、黄胫小车蝗等, 全年防治的主攻对象为大青叶蝉、蚜虫、蓟马和黄胫小车蝗。
3.3 害虫优势种群的数量动态 (见270页彩图1)
苜蓿田中发生数量较大的害虫主要有大青叶蝉、蚜虫、蓟马、盲蝽和黄胫小车蝗等。由270页彩图1可见:大青叶蝉类在9月初才出现, 出现后种群数量就较大;9月中上旬种群数量最高, 为50.84只/复网。蓟马和蚜虫类消长动态呈单峰型, 在6月初种群数量较小;6月末蓟马和蚜虫量开始大量增加;到7月下旬苜蓿处于结荚期时苜蓿蚜虫和蓟马种群数量达到高峰;此后开始逐渐下降, 到8月中旬以后急剧下降, 只有少量活动。盲蝽类消长动态呈双峰型, 6月初种群数量最高, 为10.1只/复网;黄胫小车蝗消长动态呈多峰型, 7月中下旬种群数量最高, 为8.26只/复网。
3.4 害虫群落的多样性特征指数 (见表3)
由表3可见:6月初—10月初, 昆虫丰富度指数的变幅在0.475~0.979, 说明兰西县苜蓿田害虫种类较少, 且苜蓿的整个生长季内没有较大差异。6月末苜蓿田害虫丰富度指数和多样性指数最高, 分别为0.979和1.651, 此时害虫种类最多。9月上旬害虫群落多样性指数、优势度指数和均匀度指数均达到最低, 分别为0.606, 0.283, 0.104。优势度指数在8月中旬达到最大值, 表明群落内害虫数量分布不均匀, 优势种地位突出, 这与王佛生等[1]的研究结果一致。
4 结论与讨论
1) 在兰西县人工种植的苜蓿田中, 害虫群落以同翅目、直翅目和鞘翅目种类较多, 同翅目、直翅目和缨翅目害虫个体数量较多, 优势种群是大青叶蝉、蚜虫、蓟马、黄胫小车蝗和盲蝽。
2) 调查结果显示, 兰西县苜蓿田害虫的优势种群是大青叶蝉、蚜虫、蓟马、黄胫小车蝗和盲蝽;因此, 应将上述害虫作为主要防治对象, 防治的主要时期是7 月中旬—8月初、8月末至9月初2个苜蓿害虫发生高峰期, 尤其是9月初应做好综合防治工作, 对减少害虫的越冬基数、减轻翌年发生程度有重要作用[1]。
3) 本试验采用了网扫法采集标本, 可能有一定的局限性。对不同种类害虫的采样方法、样方布局及大小还需要深入研究和探讨[4,5,6]。
参考文献
[1]王佛生, 邓芸, 霍转芳, 等.陇东黄土高原苜蓿田昆虫群落的组成与结构分析[J].草业科学, 2011, 28 (12) :2195-2199.
[2]仲雨霞, 付必谦.北京白河湿地夏季昆虫群落组成特征的初步分析[J].首都师范大学学报:自然科学版, 2007, 28 (3) :72.
[3]董百丽, 姬兰柱, 魏春艳, 等.长白山阔叶红松林植物群落与昆虫群落的相互关系研究[J].生态学杂志, 2005, 24 (9) :10-14.
[4]姜双林.杏树园昆虫群落的组成与结构[J].西北林学院学报, 2006, 21 (5) :135-138.
[5]李正跃.生物多样性与害虫综合治理[M].北京:科学出版社, 2009:73.
邢台市及郊区鸟类区系组成及多样性 篇2
邢台市及郊区鸟类区系组成及多样性
2003年3月～2005年7月对邢台市鸟类区系组成及多样性进行了调查,共记录到鸟类166种,隶属15目42科.本文重点探讨了不同生境、不同季节鸟类群落的种类、多样性、均匀度、相似性等群落特征.结果表明,鸟类种数由多至少依次为林地生境、公共绿地生境、河流水域生境、农田生境、建筑区生境.Shannon-Weiner多样性指数由大到小依次为林地生境、公共绿地生境、河流水域生境、农田生境、建筑区生境.比较这5种生境之间的相似性得出,公共绿地生境鸟类群落与建筑区生境鸟类群落、林地生境鸟类群落相似,相似性达到60%以上,而河流水域生境鸟类群落与其他生境鸟类群落有极明显的差异.
作 者：武宇红 武明录 李海燕 WU Yu-Hong WU Ming-Lu LI Hai-Yan 作者单位：武宇红,李海燕,WU Yu-Hong,LI Hai-Yan(邢台学院生物学系,河北,邢台,054001)武明录,WU Ming-Lu(河北省林业局,石家庄,050061)
刊 名：动物学杂志 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ZOOLOGY 年，卷(期)：2006 41(2) 分类号：Q958 关键词：鸟类 区系 多样性 邢台多样性组成 篇3
1生物多样性概述
生物多样性是生态系统持续发展的核心, 也是人类赖以生存的条件, 是社会经济能够正常发展的基础。随着人们的活动逐渐丰富, 人们对生态环境的破坏也越来越多, 比如旅游, 作为带动经济水平的一个重要活动, 在人们的生活中越来越风靡, 旅游一方面确实带动经济的发展, 但另一方面, 由于旅游的人数越来越多, 对自然环境产生的破坏也越来越大。近年来关于生物多样性的研究越来越多, 生态旅游逐渐成为一个热门话题, 生态旅游是基于生态环境保护而产生的一种新型旅游模式, 也将是未来旅游业发展的一个重要趋势。当前, 全世界都在倡导生态旅游, 主要是在以前的旅游业发展过程中, 人们的活动对自然环境产生的影响越来越大, 进而影响到生物多样性, 尤其是当人们越来越倾向到原始的环境中旅游时, 对自然生态的破坏打破生态平衡。比如人们在旅游的过程中, 喜欢到森林中, 人们对森林旅游资源的开发也逐渐加强力度, 从而使林下植物的多样性受到极大破坏, 林下植物的组成情况出现改变, 使生态平衡逐渐紊乱。比如红松是我国东部地区一个主要的造林树种, 但在开发旅游业的过程中, 对红松的破坏逐渐严重, 从而使红松的数量不断减少, 红松在维持生态平衡的过程中占据十分重要的作用, 但由于旅游业的影响, 使林下植物的分布格局发生改变。
2旅游对林下植物及其多样性的影响
近年来, 受到旅游业的影响而使植物的多样性受到破坏的现象越来越严重, 在全国很多地区都有这种现象产生。比如安徽鹞落坪国家级自然保护区, 其自然环境十分优越, 该地区的空气湿润、雨量充沛, 全年气候宜人, 正是由于当地的自然环境良好, 因此近年来的旅游业逐渐兴起, 每年的旅游人数都在不断增加。一开始旅游带来的经济效益更大, 相比起来, 对环境的破坏所产生的效果并不明显, 但随着旅游业的逐渐成熟, 旅游业对环境带来的负面影响也越来越大。就旅游对林下植物的分布以及多样性的影响进行深入研究, 需在旅游区域内按照一定的规则设置测试点, 进行采样观察, 从而得到全面的分析结果。以安徽鹞落坪国家级自然保护区为例, 在该地区沿步行游径同侧边缘按照机械布点的方式设置观察点, 设置的观察点应该要垂直并且紧贴游径的边缘, 各个测量点之间的距离应该要保持在5m之内, 以反映游客的活动对林下植物的分布以及多样性的干扰情况。
经过观察分析发现:首先, 人们的旅游活动对林下植物的物种组成产生较大的影响, 从物种的组成情况来看, 当前在该区域内有灌木、草本植物等, 其中检测出受干扰的物种有75 种, 包括20 种灌木、55 种草本植物。从具体的观察结果可以得知, 人们的旅游活动对林下植物的物种组成产生很严重的影响, 比如破子草、黄水枝、楼梯草、金星蕨、络石等植物物种, 都受到较大的影响。其次, 在检测的过程中发现, 灌木、草本的频度、高度、密度等, 都与人们的旅游活动有关。受旅游干扰的地段, 其灌木植物的频度要低于正常的区域, 草本植物的频度为100%, 灌木植物的盖度、高度以及密度都要比正常对照区域低, 草本植物的盖度、高度和密度与对照区域之间的差异不大。第三, 受干扰地段的物种多样性也有较大差异, 干扰地段的灌木植物的丰富度受到较大的影响, 明显减少, 但是草本植物的丰富度并没有太大的差异。第四, 不同的干扰下, 群落的优势度也不相同。群落的优势度与其他物种的重要值有很大的关系, 一般说来, 群落的优势度大小反映出群落内的各个物种群结构之间的关系, 群落的优势度可以对群落的物种多样性结构以及动态情况进行更充分的说明。通过对不同干扰下的群落优势度的统计分析可以得知, 低度干扰和高度干扰下的玉铃花这种群落的优势度比较高, 中度干扰下, 灌木层以及草本层和藤本植物的群落优势度都要低于低度干扰和高度干扰的群落优势度。由于原来的平衡被打破, 因此灌木层和草本植物层之间的优势物种失去优势, 使群落的稳定性比较差。从分析结果可以看出, 物种多样性的指数比较低的层次或者群落其优势度一般都比较高, 相反, 物种的多样性指数比较高的层次或者群落, 其优势度相对较低, 可以看出, 物种的多样性指数和群落的优势度指数之间呈负相关。
由于干扰强度存在一定的差异, 林下各种植物的数量特征的变化并不相同, 比较严重的旅游干扰对灌木的频度以及盖度有较大的影响, 明显降低灌木的频度和盖度, 而且也抑制灌木的发育。因为旅游开发以及人们的活动对植物的生长是一个长期影响的过程, 对植物的生长策略有较大的影响, 大多数的林下植物的生长都会依赖土壤的营养状况, 但是人们的旅游活动对土壤的理化性质有较大的影响, 因此, 林下植物受干扰的程度更大。此外, 外界的干扰也会引起光照以及湿度的变化, 也会对植物的生长策略产生影响, 从而使植物的多样性受到破坏。
3结语
综上所述, 随着旅游业的发展, 旅游经济对大自然的破坏也越来越严重, 旅游活动对林下植物的分布以及多样性结构都产生较大的干扰和影响。在未来的发展过程中, 应该要积极加强对旅游干扰的控制, 使自然环境得到有效的保护。
摘要：生态旅游是近年来的一个热门话题, 旅游带动经济发展, 但同时也对生态环境造成一定的破坏, 对植物的多样性产生影响。本文就旅游对林下植物的多样性带来的干扰进行分析和探讨, 旨在对植物进行有效的保护。
关键词：旅游,生态环境保护,植物多样性,影响
参考文献
[1]徐如松, 高林, 王桂琴.旅游干扰对林下植物组成及多样性的影响[J].华中师范大学学报:自然科学版, 2010 (3)
[2] 徐如松.旅游干扰对鹞落坪国家级自然保护区植被影响的初步研究[D].安徽大学, 2009
多样性组成 篇4
嘉陵江源于陕西凤县东北秦岭南麓, 西南流经凤县到略阳的两河口, 与来自甘肃省天水县的西汉水相汇合, 流经广元、剑阁、苍溪、阆中、蓬安、南充、武胜、合川、重庆, 最终注入长江, 干流全长1 120km。嘉陵江干流以广元以上为上游, 长约365km。广元至合川为中游, 长约662km。合川至重庆为下游, 长约93km[1]。
2013年3月、6月、9月、12月分别对嘉陵江重庆段的泥溪场、合川、盐井、草街、北碚、悦来场、沙坪坝、大溪沟8个点进行了硅藻植物的定性和定量采集, 并对各点进行了分析。
2 研究方法
定性样品用25#浮游生物网在水面和0.5 m深的水层之内, 以20~30cm/s的速度作“∞”形循回缓慢拖曳约3~5min。固着硅藻用镊子和吸管在各样点的囤船、岩石、石块、泥沙等上采集。采集后的材料用鲁哥氏液固定。
定量样品用瓶式采水器在距水面0.5m和1m的水层中采等量混合水1 000 mL, 用25#浮游生物网过滤, 再用鲁哥氏液固定。将浓缩的定量材料, 在室内静置24~48h后, 再浓缩为30mL, 充分摇匀后, 用定量吸管取0.1mL注入计数框内, 在显微镜下计数。每个样品按同一方法计数3片, 取其平均值计算藻类个体数量。按1L水浓缩的标本量 (mL) /计算的标本水量×计算得的藻类密度进行计算。
3 结果与讨论
3.1 嘉陵江重庆段硅藻植物的组成特点
嘉陵江重庆段硅藻门的种类占绝对优势, 其它门类的种类较少。其次生于囤船、岩石、石块、泥沙上的固着和附着的藻类多, 主要是直链藻属 (Melosira) 、卵形藻属 (Cocconeis) 、异极藻属 (Gomphonema) 的一些种类。中心纲的黄埔水涟藻 (Hydrosera whampoensis) 过去认为只在长江下游 (江苏) 以及福建、广东、广西、海南、贵州、台湾有分布[7], 而在本次调查中黄埔水涟藻在嘉陵江重庆江段分布广泛, 在有些卵石上形成纯的群落。极常出现在多污带和α-中污带水体的指示的附着藻类在沙坪坝和大溪沟最多 (表3, 图1) 。
3.2 嘉陵江重庆段藻类植物的生态环境及其分布
在正常水体中, 浮游藻类群落结构是相对稳定的。当水体受到污染后, 群落中不耐污染的敏感种类往往会减少或消失, 而耐污种类的个体数量则大大增加。污染程度不同, 减少或消失的种类不同, 耐污染种类的个体数量增加亦不同。因此, 通常可采用多样性指数来反映水体环境和藻类的分布状况。
3.2.1 Shannon-Wiener物种多样性指数分析
该多样性指数[12]的计算, 是根据各采样点中藻类物种数和每一个物种的不同个体数来计算不同采样点的指数值, 这样就可以了解不同采样点中种间个体的差异和群落结构的组成及物种的分布格局, 同时还可反映出各采样点的水质状况。Shannon-Wiener多样性指数值与水体受污染程度的关系为:属重污染;属中度污染;属轻度污染;属清洁水体。
利用进行计算, 式中, S为样点中藻类的种类数;ni为样点i种藻类个体数;N为样点中藻类总个体数。各点Shannon-Wiener物种多样性指数值见表1。
从8个采样点的Shanhon-Wiener多样性指数值可以看出, 由于6月和9月份采样时, 河水较为浑浊, 透明度较小, 多样性指数值除6月份草街和9月份盐井2个点外, 其余各点的多样性指数值均>2, 属中度污染水体。3月和12月份采样时, 河水清澈, 透明度大, 其多样性指数值均在2以上或<3, 属微污或洁清染水体。从藻类分布格局来看, 除沙坪坝和大溪沟两个点外, 其余各点的浮游藻类种类的个体差异小, 藻类群落结构稳定, 物种分布均匀。自然河流中浮游藻类种类的个体差异与所处的环境及河流的丰水期、平水期与枯水期有一定的差异, 它们的多样性指数值也有差异。
3.2.2 Whittaker多样性指数分析
通过Whittaker多样性指数[12]分析可以了解不同采样点间物种组成的差异, Whittaker值越大, 不同采样点的共有种就越少。同时, 计算Whittaker多样性指数还可以指示生物被物种分割的程度, 从而比较其生境的多样性。
利用β=S/ma-1计算, 式中, β为Whittaker多样性指数;S为研究系统中的物种数;ma为各点样品中 (定量) 平均物种数。8个采样点的β值见表2。
从以上8个采样点分析, 4个月份的采样中, 悦来场、沙坪坝和大溪沟3个采样点之间的β值各月分比较差异未达到0.2, 说明其生态环境差异性小, 共有种多。其余5个点之间的β值各月分比较差异参差不齐, 最大的是6月份和12月份泥溪场和北碚2个点, 差异在0.5以上。说明这2个点生态环境差异性较大, 共有种少。前4个点与后4个点的差异与河流在丰水期接纳各沟、渠等汇入江中的藻类下游总会比上游多有很大关系, 也与水流平缓有关。自然河段中的β值不能与库区中的β值进行比较[15], 而且自然河段中江面的宽窄、水流的缓急的不同等, 其β值也有差异。
3.3 嘉陵江重庆段的藻类植物与其水质的生物学评价
水体中浮游藻类以及固着藻类的个体、种群或群落的变化, 都可以客观反映出水体质量的变化规律。水体环境一旦受到某种程度的污染, 一些藻类将产生反应信息, 即或消失或大量繁殖形成水华等。下面分别采用指示藻类、生物指数和物种多样性指数来评价各采样点的水质状况。
3.3.1 利用指示藻类进行评价
由于某些藻类对水质具有指示作用, 并对水体的环境变化能产生各种反应信息, 因此可利用它们来监测和评价水体的污染状况。根据不同水体中有不同的藻类生存的这种现象, 就把水体划分为5个带, 即多污带 (P-Z) 、α-中污带 (α-Z) 、β-中污带 (β-Z) 、寡污带 (O-Z) 和清洁带[12,13]。并指出每一带水体中的指示藻类, 形成污水生物系统, 并运用这一系统来评价水质的污染程度。但也有同一属的种类其耐污程度可能不同, 如裸藻属 (Euglena) 的绿裸藻 (E.viridis) 是最耐污的种类, 而同属的易变裸藻 (E.mutechilis) 就不耐有机污染。另一方面, 污染物的种类和性质差别很大, 水生藻类对它们的反应也各不相同。
嘉陵江重庆段各采样点有指示各水体带的藻类55种, 分布情况见表3。其中, 极常出现在多污带水体的指示藻类2种, 即巨颤藻 (也是α-中污带水体中出现的指示藻类) 和绿裸藻, 占指示藻类总数的3.92%;极常出现于α-中污带水体中的指示藻类12种, 包括5种同时可在β-中污水体出现的种类, 事实上极常出现于α-中污带水体中的指示藻类仅7种, 占指示藻类总数的13.73%;极常出现于β-中污带水体中的指示藻类有26种, 包括5种同时可在α-中污带水体中极常出现的种类, 那么β-中污带极常出现的种类应为21种, 占指示藻类总数的41.18%;在微污带水体中极常出现的种类为20种, 除去7种可同时在β-中污带水体中极常出现的种类, 实为13种, 占指示藻类总数的25.49%。可以看出各采样点为β-中污带和微污带指示藻类最多 (表3) 。表明嘉陵江重庆段目前水质状况较为良好, 藻类群落结构稳定。江河中的优势藻类与水库、池塘中的优势藻类组成成分不同, 其指示藻类的种类有较大的差异[15]。
3.3.2 利用Watamabe硅藻指数评价
河流中硅藻门的种类占绝对优势, 所以利用Watamabe硅藻指数[12]对水质评价, 能更好地反应水体质量变化的规律。硅藻指数 (I) =2A+B~2C/A+B~C×100进行计算, 式中:A为各采样点不耐有机污染的藻类种类数;B为对有机污染无特殊反映的藻类种类数:C为各采样点内耐有机污染的藻类种类数。硅藻指数与水质的关系是:I值在60%以下为良好;在60%~80%之间为污染;80%以上表示水体严重受到有机污染或者工业污水污染。经过检测和计算, 嘉陵江重庆段硅藻指数A、B、C的数量见图1, 硅藻指数值见图2。
从各点的硅藻指数值来看, 草街和北碚BI值最低, 分别为34.78%和37.5%, 泥溪场和盐井的I值次之, 分别为52.63%和50.00%, 水质良好。合川、悦来场、沙坪坝和大溪沟BI值最高, 分别为76.92%、75.56%、71.42%、79.16%, 水质不容乐观。污染状况为草街<北碚<盐井<泥溪场<沙坪坝<悦来场<合川<大溪沟。
注:++++示极常出现;++示常出现;----示出现;--示偶有出现;“*”为在采样点中的分布。NXC (泥溪场) 、HC (合川) 、YJ (盐井) 、CJ (草街) 、BB (北碚) 、YLC (悦来场) 、SPB (沙坪坝) 、DXG (大溪沟)
3.3.3 利用物种多样性指数评价
藻类植物群落中的一些敏感种类, 在水体受到污染时, 会逐渐减少或消失, 而抗污染的种类和数量则会大量增加。在不同的污染区, 藻类种类和数量的比值也不同。清洁水体, 藻类的种类多, 数量少。而污染水体中, 藻类种类减少, 数量增加。利用物种多样性指数可反映水质的污染状况, 以及藻类物种和数量的关系。采用Margalef[12]多样性指数, 即α=s-1/lnN。式中, S为样点中藻类种类数 (或属数) ;N为样点中藻类个体数。当α值大于3为清洁水质;1~3时为轻度污染水质, 0~1为污染水质, 结果见表4。
6月和9月份嘉陵江水体透明度较小, 水质较为浑浊, 其透明度分别为5~12cm之间, 其α值相对较低, 水质环境较差。3月和12月份嘉陵江水体透明度较高, 其α值比6月和9月份都大, 物种多样性指数都在2~3之间, 属轻度污染水质。在这种水体中, 指示微污水带和β-中污带的指示藻类多。
通过Shannon-Wienrer多样性指数、Margalef多样性指数以及不同水体中的指示藻类对嘉陵江重庆段藻类植物与水环境的分析, 其结果基本一致。嘉陵江重庆段目前的水质尚属良好, 在这种水质中, 藻类物种分布均匀, 群落结构稳定。
硅藻指数反映了4个点的水质有一定程度的污染, 这可能是采用浮游藻类用硅藻指数对河流水质的评价出现的缺陷 (如在各点的固体基质上采集的硅藻用硅藻指数对河流水质评价就能客观反映该点的水质状况) 。但从这4个点的藻类组成成分来看, 分布格局和群落结构是还是合理的。其次极常出现于嘉陵江重庆江段α-中污带水体中的指示藻类有12种, 还有2种在多污带水体出现的指示藻类, 其中细颤藻在水土以下各点中分布较广, 应该引起高度重视。
4 结语
多样性组成 篇5
稻草还田对土壤微生物的影响受到众多学者的关注。如陈安磊等[6]研究表明,长期稻草还田可显著增加土壤微生物生物量,提高土壤微生物对N、P的固持量。张苗苗等[7]研究表明,稻草还田可显著增加水稻土含nif H基因固氮微生物群落的数量,并明显改变nif H基因群落结构,进而可增加土壤的固氮能力。周文新等[8]利用BIOLOG检测法研究不同稻草还田量对微生物群落功能多样性的影响,稻草还田可显著影响土壤细菌的总量和微生物功能多样性。
有研究指出,农田土壤有机修复可通过改善微生物的活性或通过促进在土壤中某些微生物之间的拮抗作用来降低植物病原微生物的活性,从而抑制植物病害的发生[9,10],但关于稻草还田对土壤抗病原微生物荧光假单胞菌组成结构的研究鲜有报道。荧光假单胞菌作为一种高效的根际促生菌,通过产生次级代谢产物如氰化氢(HCN)、铁载体、分解酶、抗生性物质(吩嗪、2,4-DAPG、藤黄绿脓菌素、吡咯菌素)等对土传病害的致病菌产生拮抗活性从而促进植物生长,在植物病害的生物防治中有较大的潜力[11,12,13,14]。随着其抗生性次级代谢产物的合成机制的深入研究,与之相关的功能基因也被鉴定,其中吩嗪-1- 羧酸(PCA)作为抗生性物质具有广谱性抑制农作物病原菌并且促进农作物生长的双重功能,phz F荧光假单胞菌内合成PCA的关键基因[15，16]。
本研究以桃源农业生态试验站的红壤旱地长期稻草覆盖定位试验为基础,运用分子生物学手段探讨稻草覆盖对土壤中含phz F基因的荧光假单胞菌群落组成和多样性的影响,以期为合理利用稻草资源提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 土壤样品采集
土壤样品采自中国科学院桃源农业生态试验站红壤旱地稻草覆盖长期定位试验,母质为第四纪红壤,种植制度为玉米-油菜轮作。试验始于2006年,共设6个处理,随机排列,重复三次,小区面积48.2 m2。稻草施用方法为在玉米齐苗之后将原状稻草一次性覆盖于地表。各处理玉米和油菜采用平地面收割,地上部分秸秆全部移出试验小区,地下部分根茬保留在小区之内。本研究选择其中4个处理,分别为施化肥处理(CK):240.0 kg N/hm2、52.4 kg P/hm2、286.4 kg K/hm2;低量稻草覆盖(LRS):5000 kg稻草/hm2、196.8 kg N/hm2、49.6kg P/hm2、191.0 kg K/hm2;中量稻草覆盖(MRS):10000 kg稻草/hm2、153.5 kg N/hm2、46.7 kg P/hm2、95.5 kg K/hm2;高量稻草覆盖(HRS):15000 kg稻草/hm2、110.3 kg N/hm2、43.9 kg P/hm2、0.0 kg K/hm2。各处理的氮磷钾肥投入量相同,稻草覆盖中扣除稻草的氮磷钾含量后不足部分由化学肥料补齐。供试化肥为尿素、过磷酸钙和氯化钾。在2013年5月(玉米成熟期)按S形取样法采集各小区0-15 cm土壤样品,每小区选取10点并混匀,一部分土样(约200 g)用液氮速冻后-80℃保存,供分子生物学研究,另一部分土样用于常规理化性质分析。土壤样品的理化性质见表1。
注:同列不同小写字母表示处理间差异显著( P<0.05)。
1.2 DNA提取
土壤DNA的提取参照杨建等[17]的SDS- GITC-PEG方法并做适当修改。 从0.3 g冷冻干燥土样提取DNA,用Nano Drop核酸蛋白测定仪(ND-1000)测定DNA的浓度及质量。
1.3 目的片段的PCR扩增
对荧光假单胞菌phz F基因片段的扩增采用荧光假单胞菌特异性引物对Ps_up1 和Ps_low1[14],片段约427 bp。反应体系为2×Power Taq PCR Master Mix (天根,中国) 25 μL;上下游引物(10 μmol/L)各1 μL;DNA模板约50 ng;加灭菌双蒸水至50 μL。PCR反应条件为:95 ℃ 预变性5 min;40 个循环为92 ℃ 15 s,57 ℃ 30 s,72 ℃ 45 s;72 ℃终延伸5 min。
1.4 末端限制性酶切片段多态性(T-RFLP)
按1.3 所述同样条件对DNA样品中的phz F基因片段进行扩增,切胶后用琼脂糖凝胶电泳柱式回收纯化试剂盒(天根,中国) 进行纯化回收。回收产物采用内切酶Hhal(TAKARA,日本)酶切,反应体系和条件按内切酶说明书进行,酶切产物送至Sangni公司(上海,中国)进行T-RFLP分析,所用测序仪为ABI Prism 3100 Genetic Analyzer。
1.5 多样性指数计算
phz F基因Shannon多样性指数按下列公式计算:
Pielou均匀度指数:
式中:H为实际观察的物种多样性指数,Pi是第i种在总体中的个体比例,E为均匀度指数,Hmax为最大的物种多样性指数,S为物种数目。
1.6 数据统计分析
用SPSS 17.0 对数据进行相关分析,并用Canoco 4.5 软件对phz F基因的T-RFLP结果进行PCA、RDA分析。
2 结果与分析
2.1 稻草覆盖对phz F基因组成的影响
荧光假单胞菌phz F基因的T-RFs (Hhal) 相对丰度分布特征如图1 所示。稻草覆盖明显影响含phz F基因的荧光假单胞菌群落结构。与CK相比,稻草覆盖显著降低了T-RF 58bp的相对丰度,且降低程度随稻草覆盖量的增加而增加,同时也明显增加了T-RF 85 bp的相对丰度。LRS处理对优势片段T-RF 60 bp和245 bp的相对丰度影响不大,但中量和高量稻草覆盖处理(MRS和HRS) 均使T-RF 60 bp和245 bp的比例显著增加。稻草覆盖不仅明显改变了phz F基因的T-RFs组成比例,还使phz F基因的优势种群组成结构发生显著变化。其中,CK处理的优势片段T-RF 68 bp和71 bp的相对丰度分别为12.0% 和13.4%,随着稻草覆盖量的增加,上述片段在MRS和HRS处理中未检测出,相反,T-RF 33bp和285 bp片段的相对丰度随稻草量的增加而显著提高,HRS处理中达12.7%,而在CK中没有出现。
PCA统计分析结果显示,各处理的三次重复分别聚集(图2),表明phz F基因组成在重复间的差异较小。CK和LRS处理均分布于PC1 轴的副轴,且处理间距离较近,而MRS和HRS处理分别位于PC1 轴的上下两方,且处理之间存在一定的距离,表明低量稻草覆盖对含phz F基因的荧光假单胞菌的群落组成影响较小,与CK处理的差异不明显,但中量和高量稻草覆盖对phz F基因群落组成影响较大,这也说明稻草覆盖量不同,其phz F基因群落组成的影响程度不同。
2.2 稻草覆盖对phz F基因多样性的影响
应用PCORD程序对T-RFLP数据的多样性指数(Shannon)和均匀度指数进行分析,结果表明,与CK处理相比,稻草覆盖处理没有显著增加phz F基因的多样性和均匀度(表2)。
2.3 含phz F基因荧光假单胞菌种群结构与土壤性质的相关关系
通过RAD分析(Canoco软件) 土壤理化性质与含phz F基因荧光假单胞菌的群落组成结构的相关关系,结果显示,稻草覆盖影响含phz F基因组成结构的主要因子为速效钾含量,其与phz F基因组成间显著相关(P <0.05)(图2)。土壤有机质、DOC、全磷、全氮、全钾和p H等均与phz F基因组成间没有显著相关性。结果进一步表明,T-RF 68 bp和71 bp的相对丰度与速效钾含量呈极显著正相关(P < 0.01),而T-RF 33bp和285 bp与速效钾含量呈极显著负相关(P < 0.01)。
3 讨论和结论
3.1 讨论
增加稻草覆盖量显著改变了含phz F基因荧光假单胞菌种群组成,表明连续多年稻草覆盖导致红壤旱地荧光假单胞菌的群落结构发生了明显变化,这些变化可能与稻草覆盖后改变了土壤养分状况和土壤物理性状相关。长期稻草覆盖处理的土壤有机碳和全氮含量等养分含量大幅度增加,较丰富的有机质和有效养分不仅可以促进植物生长和产量的提高,同时也有利于土壤微生物繁衍,形成健康的微生物群落体系[18]。研究发现,高量稻草覆盖处理的phz F基因T-RFs 33 bp、60bp、85 bp、245 bp和285 bp的丰度增加,与此同时,T-RFs 58bp、68 bp和71 bp的相对丰度明显减少。尽管我们还不清楚这些组成结构的改变对植物病原微生物的影响有多大,但根据油菜和玉米的生物量和产量显著高于对照的结果[19]推断,适量稻草覆盖对phz F基因的组成结构改变可能对抑制病原微生物生长和促进植物生长起到了良好的作用。
RAD分析结果显示,稻草覆盖影响了土壤理化性质,从而影响含phz F基因荧光假单胞菌群落组成,其中,土壤速效钾含量是影响红壤旱地含phz F基因荧光假单胞菌种群结构的主导因子。虽然土壤有机质含量等养分含量没有达到统计显著标准,但它们对含phz F基因荧光假单胞菌组成可能也有相当重要的影响。稻草所含养分中钾最容易通过雨水淋溶进入土壤,所以稻草还田后所含钾对土壤的快速补充是促进植物和微生物生长的重要因素之一[20]。含phz F基因荧光假单胞菌可能对钾的有效性比较敏感,因而出现有效钾含量与phz F基因组成呈显著相关性。虽然土壤有机碳含量被认为是影响土壤微生物群落结构的主要因素[21],本研究结果表明,随稻草覆盖量的增加,土壤有机质含量明显增加,但有机质含量变化与phz F基因组成的相关性没有达到显著水平。可以推断,当土壤有机质含量达一定水平后phz F基因的组成达到稳定,继续增加有机质投入并不显著改变其组成结构,而对phz F基因丰度的影响还有待进一步研究。通过PCA分析发现,在化肥处理中高丰度的T-RF 68 bp和71 bp代表的phz F基因群随稻草覆盖量增加而消失,而这些微生物种群与土壤速效钾、速效磷呈正相关。与之相反,T-RF 33 bp和285bp代表的phz F基因群的相对丰度在化肥处理中几乎为零,但随稻草覆盖量增加而增加成为优势群体,而且与土壤有机质和含水量等呈正相关,与土壤速效钾、速效磷呈负相关。由于稻草覆盖量的增加显著改善了植物生长[22，23],说明植物生长的地下环境,尤其是根际环境得到了明显改善,微生物种群结构呈良好状态[24],因而,抗病原微生物的组成结构应为有利于抑制病原菌生长和促进植物生长。由此可见,在稻草覆盖量提高后T-RF 33 bp和285 bp代表的phz F基因群取代T-RF 68 bp和71 bp成为优势种群,前者可能具有更重要的生态学意义,对上述微生物的分离鉴定有待进一步进行。
比较三个稻草覆盖量对含phz F荧光假单胞菌组成的影响,LRS的影响较小,说明该稻草用量还不足以显著改善抗病原微生物的组成结构;MRS和HRS都可以显著影响phz F基因组成,如果综合phz F基因组成和多样性、土壤性质、作物生长和资源利用等多因子效应,稻草覆盖量为10000kg/hm2为较合理的稻草用量。
3.2 结论
多年连续稻草覆盖没有显著改变典型红壤旱地土壤phz F基因的多样性,但显著改变了该功能基因的组成结构,随稻草用量的增加导致phz F基因的优势种群发生明显变化,其中T-RF 33 bp和285 bp代表的荧光假单胞菌可能对抑制病原微生物生长和促进植物生长起重要作用。稻草覆盖10000 kg/hm2是有利于构建抗病原微生物种群的适当稻草量。
摘要：供试土壤采自桃源站红壤旱地稻草覆盖定位试验,利用末端限制性片段多态性(T-RFLP)分子技术研究不同稻草覆盖量对土壤中含phzF基因的荧光假单胞菌种群组成和多样性的影响。结果表明,与化肥处理相比,低量稻草覆盖(LRS)对phzF基因组成的影响较小,而中量和高量稻草覆盖(MRS和HRS)显著改变了phzF基因T-RFs的相对丰度,使含phzF基因的优势荧光假单胞菌种群结构发生明显变化。RDA分析表明,在稻草覆盖条件下土壤速效钾含量是影响phzF基因组成结构的主导因子。每公顷覆盖10000 kg稻草是有利于土壤荧光假单胞菌形成良好结构的稻草用量。研究结果为进一步揭示稻草覆盖对土壤抗病原微生物的影响机理提供了重要的依据。