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城市化过程中不同用地类型对土壤真核生物多样性的影响
生物多样性
2025, 33 (3):
24540-.
DOI: 10.17520/biods.2024540
随着城市化进程的不断加快, 大量森林和农田土地被城市建筑物、道路和其他基础设施所占用, 这些由城市化引起的土地利用变化会导致生物多样性丧失, 但当前对于地下生物多样性对城市化和土地利用变化的响应研究仍然不足。土壤真核生物作为地下生物多样性的重要组成部分, 在维持土壤健康和土壤生态功能方面发挥着关键作用。为探究城市土壤真核生物的多样性特征及其环境驱动因素, 本研究在宁波市选择了2种非城市用地(森林与农田)和5种城市用地(公园、绿化带、工业区、居民区和医院), 解析了5种关键土壤真核生物类群(真菌、原生生物、线虫、节肢动物和环节动物)的多样性对城市化和不同城市绿地类型的响应规律。研究结果显示, 总体真核生物在城市绿地中的丰富度显著低于农田, 其中城市绿地土壤中节肢动物的丰富度显著低于森林用地, 城市绿化带土壤中原生生物的丰富度下降最为明显。土壤真核生物的β多样性在森林、城市绿地以及农田3种生境中存在显著差异, 其中节肢动物与原生生物在城市绿地中的异质性最高, 而5种城市绿地间除了环节动物外的其余土壤真核生物β多样性无显著差异。所有土壤真核生物类群在不同用地之间的差异主要由β周转组分来驱动。土壤pH和总磷含量可能是影响土壤真核生物群落多样性变化的主要驱动因子。其中, 真菌和环节动物的丰富度与土壤pH呈负相关, 土壤pH、质地以及含水率也会降低原生生物丰富度, 而总磷含量升高则与原生生物丰富度呈正相关。总体上, 城市绿地可能导致真核生物类群均质化, 通过土壤改良等手段提升土壤理化属性的空间异质性, 从而为城市土壤真核生物多样性的提升创造可能。  View image in article
图2
基于18S rRNA的土壤真核生物类群序列的占比(去除未分类的真核生物序列)
正文中引用本图/表的段落
所有后续分析都在扩增子序列变体(amplicon sequence variants, ASVs)水平上进行, 使用R 4.4.1绘图。采用sp包读取与处理地图信息, 绘图采用ggplot2包。使用默认选项(最小重叠10 bp)的FLASH 1.2.10 (Mago? & Salzberg, 2011)组装对端reads, 使用QIIME 2 (Caporaso et al, 2010)软件包处理测序数据。首先, 利用DADA2流程对原始序列进行高质量的过滤、去噪和嵌合体检测, 从而获得精确的ASVs。这些代表性序列及其对应的去噪特征表被用于后续分析。在处理特征表时, 移除了出现频率小于10的ASVs, 最终从真核生物群落中共得到了2,254,631个高质量序列。随后确定了所有样本中的最小序列数, 并将其设定为后续抽平分析的目标序列数。通过使用R语言中的phyloseq包, 对每个样本中的ASVs丰度进行了标准化处理, 结果共得到10,109条独特的ASVs。此外, 应用eDNA元条形码技术对真核生物进行分类, 去除在界水平上未分类的真核生物的序列, 剩余序列作为总体真核生物。使用物种丰富度指数代表α多样性指数, 并采用Shapiro-Wilk检验法检查数据的正态性, 发现并非所有类群的数据都遵循正态分布。因此, 本研究采用非参数的Kruskal-Wallis检验(Ostertagová et al, 2014)分析不同用地类型之间真核生物的α多样性差异。如果差异显著, 则使用Dunn检验进行多重比较。主坐标分析是基于Bray-Curtis距离评估不同绿地之间真核生物的群落结构差异, 进一步使用函数adnois2进行PERMANOVA分析并提取F值。使用函数betadisper计算β多样性离散度, 以此分析判断城市绿地之间不同真核生物的群落空间异质性的差异(Vannette & Fukami, 2017)。采用广义线性拟合模型(Araromi et al, 2018)预测影响真核生物α多样性的最大土壤理化因子, α多样性用物种丰富度代表, 具体公式:
共得到10,109条真核生物ASVs序列, 去除未分类的真核生物序列4,835条, 在剩余5,274条序列中, 2,059条被识别为真菌(39%)、2,124条被识别为原生生物(40.3%)、213条为线虫(4%)、283条为节肢动物(5.4%)、42条为环节动物(0.8%) (图2)。
本文的其它图/表
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