基于高通量测序技术的海南典型热带森林土壤细菌群落构建机制

Soil microbes play important functional roles in tropical forests. Tropical rain forest and rubber plantation are the two most important terrestrial ecosystems in Hainan. Therefore, it is necessary to study the soil microbial community composition and assembly mechanisms of these two forests. Our previous research showed soil nutrients and seasonal changes are main factors affecting soil bacterial community composition and diversity distribution pattern in Hainan rubber plantation, but the mechanism on soil bacterial community assembly, especially undisturbed tropical rain forest, still need further study. In this study, by using a high-throughput sequencing, we will select tropical rain forest and rubber plantation in Hainan (1) to analyze the similarity and difference of soil bacterial community composition and diversity of the two forest types; (2) to analyze the environmental factors influencing bacterial community composition and diversity distribution pattern; (3) to clarify the community assembly mechanism of soil bacterial community of the two typical forests. Our study is expected to reveal the effects of recent disturbances and historical contingencies on soil bacterial communities in Hainan, so that to provide scientific basis for the sustainable management of the rubber plantations.

土壤微生物在热带森林生态系统中起着非常重要的作用。热带雨林和橡胶林是海南最为重要的陆地生态系统，因此很有必要对这两种森林土壤微生物的种类组成和群落构建机制进行研究。项目申请人前期研究结果表明土壤养分和季节变化是影响海南橡胶林土壤细菌群落组成与多样性分布格局的主要因素，但群落的构建机制特别是未受人为干扰的热带雨林，仍需进一步研究。本项目以海南热带雨林和橡胶人工林为研究对象，应用高通量测序技术开展以下研究（1）分析海南热带雨林与橡胶林土壤细菌群落的种类组成的异同点；（2）探讨影响细菌群落种类组成与多样性分布格局的环境因子；（3）尝试阐明海南这两种典型植被土壤细菌群落的构建机制。研究结果将揭示历史偶然和当代环境干扰对海南热带森林土壤细菌群落构建的影响，从而为橡胶林可持续管理提供科学依据。

土壤微生物在热带森林生态系统中起着非常重要的作用。热带雨林和橡胶林是海南最为重要的陆地生态系统，因此很有必要对这两种森林土壤微生物的种类组成和群落构建机制进行研究。本研究以海南尖峰岭、鹦哥岭、吊罗山、五指山和霸王岭五个热带雨林以及海南儋州、乐东、海口、琼中、万宁等五个橡胶林的土壤微生物为研究对象，比较分析了热带雨林和橡胶林土壤微生物组成与基因功能、多样性特征、群落构建机制及网络结构。结果表明：（1）热带雨林和橡胶林土壤微生物种类组成差异显著；表明当热带雨林转化为橡胶林后改变了微生物的组成，具体表现为细菌群落组成从变形菌门为优势到氯曲菌门为优势，真菌组成从担子菌门为优势到子囊菌门为优势转化。（2）在群落多样性方面，热带雨林转化为橡胶林后细菌的α多样性、β多样性以及γ多样性都没有减少；但真菌群落的β多样性降低，导致整个群落的多样性（γ多样性）降低。（3）橡胶林和热带雨林的土壤功能组成和多样性没有差异，但与代谢相关的基因丰度在热带雨林显著高于橡胶林。（4）大多数（约60%）观察到的OTU符合中性模型预期，表明中性过程对于土壤微生物群落的组装非常重要；热带雨林转化为橡胶林后土壤微生物细菌群落的随机过程降低，而森林类型对真菌群落的构建的影响小于季节变化对其的影响；进一步研究表明森林类型并不直接影响土壤细菌群落和真菌群落的构建，土壤pH和土壤养分等是群落组成与构建的主要驱动因子。（5）在土壤细菌和真菌群落中仅观察到约5-10%的共享网络边缘，橡胶林和雨林群落中的关键OTU也完全不同，这表明森林转换改变了土壤微生物网络结构；相比热带雨林，橡胶林土壤微生物群落的网络结构更为复杂，更为稳定。其研究结果可为橡胶林的经营管理与可持续发展提供科学依据。