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蒜头果(Malania oleifera)为铁青树科蒜头果属植物,是我国特有的单种属植物,属国家二级濒危保护物种。蒜头果分布范围小,仅分布于中国云南省广南县、富宁县和广西壮族自治区的龙州、靖西、德保、大新等县市的狭窄地带[1]。蒜头果种仁油含量高达65%,油中含有高达45%左右的神经酸(Nervonic acid,NA)[2]。神经酸是一种超长链单不饱和脂肪酸(C24:1,cis-15-tetracosenic acid),是大脑神经纤维细胞膜中鞘磷脂的核心天然成分,具有预防和治疗老年痴呆症等神经退行性疾病的功效[3]。蒜头果生存的自然环境特殊,主要生长在喀斯特石灰岩山地,对干旱的石漠化生境的生态适应性强,是石漠化治理的重要树种。蒜头果分布区海拔落差大,从500米到1400米均有分布。立地条件差异显著,以岩石裸露率70—90%的石山和岩石裸露率小于20%的土山为主,石山为土层薄, 土壤干燥的石灰岩山地,土山为土壤层厚度达30 cm 的沙岩和红壤山地[4-5]。研究表明,不同立地条件蒜头果种子的油含量和神经酸含量存在一定差异,石山生长的蒜头果种子油含量和神经酸含量均高于土山[6-7],其机理尚不清楚。
植物的生长和生理活动受到多种营养元素的调节,植物生长的必需营养元素有16种,包括N、P、K等大量元素,Ca、Mg、S等中量元素和Zn、Fe、Mn等微量元素[8]。元素通过单一含量或者不同元素之间的平衡调节植物的不同发育过程和生理活动。土壤是植物生长发育的物质基础,也是植物营养的主要来源,植物的根系从土壤中获得大量的养分,利于树木体内各种物质的合成和各种营养物质的积累。营养元素在土壤中以不同形式存在,有些元素的形式不经转化无法被植物吸收利用。土壤微生物的分解作用,能将植物的残根、烂根、落叶等分解转化为营养元素供给于植物。同时微生物的代谢产物还可以分解和转化矿物质,将植物和土壤中的矿质元素提供给植物吸收利用,微生物的生命活动在中量和微量矿质营养元素的转化中起着十分重要的作用[9]。
对分布于云南省广南县和富宁县不同居群成年蒜头果植株的土壤理化性质以及土壤微生物进行了检测分析,并对石山和土山的元素和微生物特征进行了比较分析,旨在探究与蒜头果种子油含量及神经酸含量相关的营养元素和土壤微生物类型。
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云南省广南县和富宁县是蒜头果的主要自然分布区,广南县(104º31′—105º39′ E,23º29′—24º28′ N)位于云南省东南部,境内蒜头果分布区为岩石裸露率大于70%的石山生境,土壤以石灰岩土为主[10-11],富宁县(105º14′—106º13′ E,23º31′—24º09′ N)位于云南省东南部,境内蒜头果分布区为岩石裸露率约5%的土山生境,其蒜头果分布区土壤以红壤为主[12]。研究对象为广南县集中分布的三个居群和富宁县集中分布的两个居群,每个居群采集三个成年植株的土壤进行分析(见表1)。
表 1 样地概况
Table 1. Basic status of plots
地点 经度 纬度 海拔/m 生境 (岩石裸露率) 样本数 平均胸径(cm) 平均树高(m) 旧莫乡(JM) 104°90'E 23°92'N 1278.25 石山 (90%) 3 30.6 7.5 八宝镇(BB) 105°43'E 23°86'N 1027.49 石山 (70%) 3 21.8 8.5 曙光乡(SG) 105°16'E 23°72'N 1366.18 石山 (80%) 3 27.8 8.7 者桑乡(ZS) 106°08'E 23°74'N 444.04 土山 (5%) 3 20.7 12.8 板仑乡(BL) 105°73'E 23°65'N 843.00 土山 (5%) 3 24.9 9.5 -
2021年9月,在云南文山州广南县的旧莫乡(JM)、八宝镇(BB)、曙光乡(SG)和富宁县的者桑乡(ZS)、板仑乡(BL)等5个蒜头果的分布点,共选取生长健壮的野生成年植株15株以供研究,其中石山生境居群三个共9株,土山生境居群2个共6株。土壤采样主要采集根际的表土层(0—15 cm),去除土壤表层的凋落物后,以蒜头果植株为中心,在离植株基部25 cm的位置延东、南、西、北四个方位,紧沿着蒜头果的根部采集表层土,再将四个位置的土样混合均匀,并去除石砾、动植物残体及杂质后过2 mm筛,共计15个土壤样品,分成两份分别装入自封袋并标记,一份自然风干后用作土壤理化性质测定,一份保存在−20℃冰盒用于土壤微生物磷脂脂肪酸测定。
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土壤pH值使用pH计(FE-20,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)测定;土壤有效磷(AP)、硝态氮(NO3−-N)、铵态氮(NH4+-N)用盐酸氟化铵浸提后,滤液用连续流动分析仪(Auto Analyzer 3,SEAL Analytical GmbH)测定;土壤全碳(C)、全氮(.N)采用元素分析仪分析仪(Vario MAX CN,Elementar Analys ensysteme GmbH)测定。土壤全磷(P)、全钾(K)、全钙(Ca)、全镁(Mg)、全硫(S)、全铁(Fe)、全锰(Mn)、全铜(Cu)、全锌(Zn)、全硼(B)、全钠(Na)、全铝(Al)、全硅(Si)用HNO3-HClO4消解后过滤,滤液用电感耦合等离子体发射光谱仪(iCAP6300,Thermo Fisher Scientific U.S.A)测定。
土壤微生物磷脂脂肪酸测定使用气相色谱仪(Hewlett-Packard 6890 series GC, FID)上采用MIDI软件系统(MIDI, Inc., Newark, DE)进行分析,测定磷脂脂肪酸(PLFA)各组分的含量。以所报道的磷脂脂肪酸标记(Table S1)为参照统计分析土壤革兰氏阳性菌(GP)、革兰氏阴性菌(GN)、放线菌(ACT)、丛枝菌根真菌(AMF)、腐生真菌(SF)、真菌总量(Fungi)、细菌总量(Bacteria)。F: B代表Fungi: Bacteria,A: B代表AMF: Bacteria[13-14]。
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用 Microsoft Excel 2010 软件进行数据的初步整理和对数转换后,采用Origin Pro(10.0)软件对不同居群土壤理化性质和土壤微生物组成进行方差分析,运用SPSS(25.0)软件中的独立样本t检验分析不同生境的土壤理化性质和土壤微生物;采用R(4.3.1)软件的主成分分析(PCA)探究土壤理化性质和土壤微生物的差异;运用Spearman相关分析法探究土壤理化性质和土壤微生物群落之间的相关关系,利用Origin Pro(10.0)作图。
Characterization of soil elements and microorganisms in Malania oleifera under different site conditions
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摘要: 不同居群蒜头果种子油及神经酸含量存在显著差异,为了探究土壤营养元素和微生物类型与蒜头果种子油含量及神经酸含量的关系,对蒜头果主要分布区不同居群的土壤理化性质和微生物组成进行了检测分析。结果表明,居群间土壤pH值、大量元素、中量元素、微量元素均存在显著差异,且与生境中岩石裸露率有一定的相关性,岩石裸露率高的石山的pH值显著高于岩石裸露率低的土山;除大量元素的P、S、Cu元素和NH4+-N、NO3−-N、AP的含量外,其他元素含量均为石山生境显著高于土山生境;石山生境的AMF、SF、Fungi生物量显著高于土山生境,而土山生境的Si含量显著高于石山生境;蒜头果土壤理化性质与土壤微生物之间存在一定的相关性,土壤Si含量与GP: GN显著正相关,但与pH值及其他元素含量呈显著负相关(P < 0.05);石山土壤pH值、K、Ca、Mg、Fe、Zn元素以及AMF、SF、Fungi含量高可能与石山生境中蒜头果种子油含量和神经酸含量高于土山生境有关,导致石山与土山的头果油含量和神经酸含量有差异。Abstract: There were significant differences in the seed oil and neuronic acid (NA) contents of Malania oleifera in different habitats. In order to investigate the relationship between soil nutrient elements and microbial types and the seed oil content and NA content of M. oleifera, soil physicochemical properties and microbial compositions of different habitats of M. oleifera in the main distribution areas were tested and analyzed. The results showed that there were significant differences in soil pH, massive elements, intermediate elements and trace elements among the habitats, and there was a certain correlation with the rate of rock exposure in the habitats, and the pH of the rocky mountains with a high rate of rock exposure was significantly higher than that of the dirt mountains with a low rate of rock exposure; except for the contents of P, S, Cu elements of massive elements, and the contents of NH4+-N, NO3−-N and AP, the contents of all other elements of the rocky mountains habitats were were significantly higher than those of the dirt mountains habitat; the biomass of AMF, SF, and Fungi was significantly higher in the rocky mountains habitat than in the dirt mountains habitat, whereas the content of Si was significantly higher in the dirt mountains habitat than in the rocky mountains habitat; there was a correlation between the physical and chemical properties of the soil and soil microorganisms, and the content of Si in the soil was significantly positively correlated with GP: GN but significantly negatively correlated with pH and the content of the other elements (P < 0.05); the rocky mountains High soil pH, K, Ca, Mg, Fe, Zn elements, and AMF, SF, Fungi contents may be related to the fact that the oil content of M. Oleifera and NA content were higher in the rocky mountains habitat than in the dirt mountains habitat, which led to the difference in the head fruit oil content and NA content between rocky mountains and dirt mountains.
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Key words:
- habitats;
- elements;
- soil microorganism;
- PLFA;
- Malania oleifera
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图 1 不同居群的蒜头果土壤理化性质(A)以及土壤微生物生物量(B)的差异(均值 ± SE)。不同小写字母表示蒜头果居群间的差异(P < 0.05)。
Fig. 1 Physical and chemical properties of the soil (A) and soil microbial biomass (B) of Malania oleifera in different populations (Mean ± SE). Different lowercase letters indicate significant Malania oleifera difference populations (P < 0.05).
图 2 不同居群间蒜头果土壤理化性质和土壤微生物生物量的 Spearman 相关性分析。注:*P < 0.05;**P < 0.01;***P < 0.001。
Fig. 2 Results on bivariate relationships on physical and chemical properties and soil microbial biomass of Malania oleifera in idifferent populations using Spearman correlation. Note: *P < 0.05; **P < 0.01; ***P < 0.001.
图 4 不同生境的蒜头果土壤理化性质(A)以及土壤微生物生物量(B)的差异(均值 ± SE)。不同小写字母表示蒜头果生境间的差异(P < 0.05)。
Fig. 4 Physical and chemical properties of the soil (A) and soil microbial biomass (B) of Malania oleifera in different habitats (Mean ± SE). Different lowercase letters indicate significant Malania oleifera difference habitats (P < 0.05).
表 1 样地概况
Tab. 1 Basic status of plots
地点 经度 纬度 海拔/m 生境 (岩石裸露率) 样本数 平均胸径(cm) 平均树高(m) 旧莫乡(JM) 104°90'E 23°92'N 1278.25 石山 (90%) 3 30.6 7.5 八宝镇(BB) 105°43'E 23°86'N 1027.49 石山 (70%) 3 21.8 8.5 曙光乡(SG) 105°16'E 23°72'N 1366.18 石山 (80%) 3 27.8 8.7 者桑乡(ZS) 106°08'E 23°74'N 444.04 土山 (5%) 3 20.7 12.8 板仑乡(BL) 105°73'E 23°65'N 843.00 土山 (5%) 3 24.9 9.5 -
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