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user: 3. 结果与分析 3.1. 不同乡土树种根际土壤的理化分析 不同乡土树种根际土壤基本理化特性的测定结果见表1。由此可知，不同乡土树种根际土壤pH为4.93~7.81，风干土含水量为1.61%~6.58%，土壤有机质含量为21.47 g∙kg −1 ~98.9 g∙kg −1 ，总氮含量为0.15 g∙kg −1 ~1.77 g∙kg −1 ，总磷含量为0.33 g∙kg −1 ~2.71 g∙kg −1 ，总钾含量为2.42 g∙kg −1 ~4.00 g∙kg −1 ；不同采样点之间，乡土树种根际土壤的理化特性有显著差异。 Table 1 Comparison of basic physical and chemical characteristics of rhizosphere soil of different native tree specie 树种 pH MC/% SOM/g∙kg −1 TN/g∙kg −1 TP/g∙kg −1 TK/g∙kg −1 备注 LFH1 7.34 ± 0.38 A 3.12 ± 0.36 E 62.52 ± 1.38 C 0.65 ± 0.05 C 0.70 ± 0.01 D 3.51 ± 0.01 E FKQ LFH2 7.37 ± 0.04 A 6.58 ± 0.48 A 62.50 ± 7.30 C 0.15 ± 0.01 D 0.96 ± 0.01 B 2.84 ± 0.00 D KQ LFH3 7.23 ± 0.02 A 4.54 ± 0.01 C 74.78 ± 0.03 A 1.23 ± 0.13 A 0.93 ± 0.00 C 2.84 ± 0.00 E KQ LFH4 6.22 ± 0.04 C 3.23 ± 0.05 DE 62.91 ± 6.90 C 0.56 ± 0.02 C 0.61 ± 0.00 E 3.82 ± 0.03 B KQ LFH5 5.25 ± 0.03 D 3.12 ± 0.01 E 63.89 ± 2.30 B 0.69 ± 0.04 C 0.58 ± 0.01 F 3.74 ± 0.05 C KQ LFH6 5.42 ± 0.02 D 3.72 ± 0.18 D 63.25 ± 2.30 B 1.14 ± 0.03 AB 2.71 ± 0.00 A 3.90 ± 0.01 AB KQ LFH7 6.54 ± 0.03 B 5.69 ± 0.07 B 61.10 ± 1.16 D 0.99 ± 0.06 B 0.42 ± 0.00 G 3.91 ± 0.06 A KQ GBL1 7.31 ± 0.54 B 2.84 ± 0.04 D 60.34 ± 0.01 A 0.57 ± 0.02 B 0.52 ± 0.00 E 3.20 ± 0.01 D FKQ GBL2 7.13 ± 0.02 B 3.03 ± 0.04 C 40.11 ± 2.61 B 0.82 ± 0.06 B 0.82 ± 0.00 C 3.88 ± 0.03 AB KQ GBL 5.48 ± 0.02 D 4.27 ± 0.08 B 61.48 ± 1.33 A 0.76 ± 0.31 B 2.14 ± 0.00 A 3.87 ± 0.00 B KQ GBL4 4.93 ± 0.01 E 4.72 ± 0.03 A 59.29 ± 0.71 A 1.51 ± 0.14 A 1.88 ± 0.00 B 3.91 ± 0.00 A KQ GBL5 6.05 ± 0.02 C 1.61 ± 0.02 F 36.65 ± 3.31 B 0.85 ± 0.03 B 0.62 ± 0.00 D 3.27 ± 0.01 C FKQ GBL6 7.81 ± 0.05 A 1.78 ± 0.03 E 39.06 ± 8.80 B 0.94 ± 0.12 B 0.61 ± 0.01 D 3.11 ± 0.00 E FKQ YL1 7.03 ± 0.03 C 3.49 ± 0.04 A 21.47 ± 1.27 C 0.70 ± 0.45 C 0.57 ± 0.00 E 3.50 ± 0.01 A FKQ YL2 7.28 ± 0.01 BC 3.33 ± 0.14 B 52.69 ± 13.23 B 0.81 ± 0.01 B 2.23 ± 0.00 A 2.42 ± 0.00 C KQ YL3 7.71 ± 0.04 A 2.20 ± 0.03 C 51.03 ± 0.63 B 0.85 ± 0.03 B 0.64 ± 0.00 D 3.20 ± 0.01 B KQ YL4 7.65 ± 0.42 AB 2.25 ± 0.06 C 51.79 ± 1.43 B 0.53 ± 0.01 D 2.20 ± 0.00 B 3.72 ± 0.00 A KQ YL5 7.55 ± 0.03 AB 3.19 ± 0.06 B 80.25 ± 0.91 A 0.98 ± 0.05 A 1.06 ± 0.00 C 2.63 ± 1.05 C KQ SJ1 7.74 ± 0.02 AB 1.62 ± 0.03 C 62.15 ± 7.41 B 0.88 ± 0.00 C 1.10 ± 0.00 C 3.80 ± 0.01 C KQ SJ2 7.54 ± 0.01 C 2.23 ± 0.01 B 64.70 ± 10.76 B 1.05 ± 0.14 B 0.33 ± 0.00 F 3.79 ± 0.00 C KQ SJ3 7.09 ± 0.04 D 4.96 ± 0.53 A 98.00 ± 3.15 A 1.18 ± 0.00 B 1.25 ± 0.00 B 4.00 ± 0.00 A FKQ SJ4 7.80 ± 0.17 A 2.11 ± 0.01 B 42.83 ± 0.81 C 0.83 ± 0.03 C 0.70 ± 0.00 E 3.83 ± 0.00 B FKQ SJ5 7.56 ± 0.06 C 5.03 ± 0.00 A 98.90 ± 4.48 A 1.00 ± 0.79 B 0.80 ± 0.01 D 3.64 ± 0.00 D KQ SJ6 7.64 ± 0.04 BC 5.02 ± 0.04 A 59.95 ± 2.10 B 1.77 ± 0.29 A 1.53 ± 0.00 A 3.80 ± 0.01 C KQ 表1. 不同乡土树种根际土壤基本理化特性的比较 注：① KQ和FKQ分别为在矿区和非矿区采集的样品；② LFH、GBL、YL、SJ分别为枫香、银杏、紫玉兰和国槐，下同；③ 表中MC、SOM、TN、TP、TK分别指土壤含水量、有机质、全氮、全磷和全钾含量；④ 同一列中，不同大写字母表示相同数据的理化特性具有极显著差异，p < 0.01。 3.2. 不同乡土树种根际土壤及叶片样品的重金属含量 不同乡土树种根际土壤及叶片样品重金属含量的测定结果见表2。由此可知，生长在矿区的乡土树种根际土壤中的Mn、Zn、As、Pb含量比较高，其中，LFH-2中Mn含量达5160.00 mg/kg，LFH-7中Zn含量达8020 mg/kg，LFH-6中As含量达5910 mg/kg，Pb含量达2760 mg/kg；GBL-2中Mn含量达2920 mg/kg、Zn含量达4260 mg/kg，GBL-4中As含量达7120 mg/kg，GBL-3中Pb含量达2630 mg/kg；YL-5中Mn含量达4504 mg/kg；Zn含量达13821.23 mg/kg、As含量达9513.90 mg/kg、Pb含量达5066.17 mg/kg；SJ-6中Mn含量达达3284 mg/kg；Zn含量达16453.35 mg/kg、As含量达9184.52 mg/kg、Pb含量达4196.127 mg/kg。 与根际土相比，叶片样品的重金属含量相对较低；根际土重金属含量较高的乡土树种，其叶片中的重金属含量也相对较高；与矿区植物叶片样品相比，非矿区植物叶片样品的重金属含量相对较低。在不同的乡土植物中，LFH及GBL叶片中Mn含量和Zn含量高；YL及SJ叶片中Mn、Zn、As、Pb含量也比其他金属元素含量高。 Table 2 Comparison of heavy metal content in rhizosphere soil and leaf samples of different native tree specie 样品 编号 土样重金属含量(mg/kg) 植物叶片重金属含量(mg/kg) 备注 Mn Cu Zn As Cd Pb Mn Cu Zn As Cd Pb LFH1 169.00 32.88 240.18 20.35 34.82 29.20 173.94 7.39 24.99 0.07 1.47 1.09 FKQ LFH2 5160.00 74.00 311.00 33.40 8.73 8.73 952.48 8.20 33.59 0.00 0.00 5.33 KQ LFH3 4880.00 46.00 164.00 11.80 2.60 2.60 258.86 6.98 33.15 3.22 3.22 2.33 KQ LFH4 1710.00 20.00 171.00 181.00 1.30 122.00 941.34 8.81 49.47 2.85 0.26 3.28 KQ LFH5 1600.00 7.00 89.00 30.20 1.25 61.00 930.73 8.21 35.04 1.95 0.50 4.00 KQ LFH6 2150.00 278.00 6030.00 5910.00 64.60 2760.00 283.96 5.71 140.75 7.03 6.81 28.24 KQ LFH7 1390.00 241.00 8020.00 4080.00 72.90 1270.00 282.53 6.42 138.35 11.60 4.62 14.00 KQ GBL1 485.00 23.00 249.00 129.00 1.64 90.00 16.23 5.13 26.56 1.32 0.05 3.02 FKQ GBL2 2920.00 667.00 4260.00 5390.00 40.40 698.00 15.91 3.65 40.18 4.40 0.31 5.78 KQ GBL3 830.00 579.00 1590.00 1470.00 16.20 2630.00 13.81 3.52 36.74 6.30 0.24 4.37 KQ GBL 995.00 479.00 920.00 7120.00 5.58 1810.00 10.53 3.60 47.59 6.54 0.32 1.45 KQ GBL5 1216.63 52.80 816.03 437.87 5.57 307.67 19.71 2.48 16.91 1.69 0.08 5.12 FKQ GBL6 1174.56 64.08 987.69 319.58 5.16 349.72 20.77 3.44 15.90 2.32 0.10 5.69 FKQ YL1 176.36 7.38 85.74 11.33 0.04 70.70 5.86 4.96 22.18 0.41 0.02 3.04 FKQ YL2 2640.00 243.00 1100.00 8650.00 112.00 3720.00 71.39 6.94 87.05 45.59 0.77 56.21 KQ YL3 1715.85 151.55 4104.02 1333.34 20.69 1196.74 13.65 5.83 115.95 22.73 0.23 13.33 KQ YL4 2588.66 319.59 12914.42 7649.64 91.42 3662.35 16.90 7.01 65.80 18.27 0.30 20.25 KQ YL5 4504.71 276.36 13821.23 9513.90 95.63 5066.17 35.06 6.50 78.19 39.63 0.44 26.24 KQ SJ1 2760.00 173.00 1740.00 196.00 25.00 2340.00 37.10 5.55 34.23 3.23 0.84 14.51 KQ SJ2 3220.00 130.00 1080.00 136.00 17.80 1540.00 51.69 2.64 28.86 0.95 0.26 5.58 KQ SJ3 462.12 23.24 90.96 9.53 1.54 22.23 24.06 3.35 27.82 0.40 0.05 1.63 FKQ SJ4 650.75 39.05 275.70 236.27 1.85 324.55 52.94 3.72 18.21 1.20 0.08 2.94 FKQ SJ5 1265.39 271.73 943.73 181.82 414.15 43.16 77.41 6.37 51.83 14.51 3.91 6.16 KQ SJ6 3284.49 678.37 16453.35 9184.52 142.66 4196.12 91.08 7.44 477.37 25.56 2.54 19.25 KQ 表2. 不同乡土树种根际土壤及叶片样品重金属含量的比较 3.3. 土壤细菌测序数据分析 3.3.1. 乡土树种根际土壤细菌Alpha多样性指数统计分析 本项目研究的样本共24个，将其分为两组对细菌群落结构进行分析，其中对照组(FKQ)共7个样本，实验组(KQ)共17个样本。高通量焦磷酸测序共产生619，835条有效序列，其中实验组共17个样本，获得445，538条有效序列；对照组7个样本，共获得174，297条有效序列。利用独立样本t检验(双侧)对所有样本有效序列的物种丰富度指数(species richness)和物种多样性指数(species diversity)进行比较分析，不同组别样本对于shannon，chao1均不会表现出显著性(p > 0.05)，但明显可看出细菌多样性指数FKQ > KQ。结果见图1和图2。 图1. Chao1指数的箱型图 图2. Shannon指数的箱型图 3.3.2. 乡土树种根际土壤细菌群落结构分析 β多样性分析(β diversity)是用来比较物种多样性方面存在的差异大小，本文采用Unweighted Unifrac指数衡量β多样性，结果见图3 (p < 0.05)。由此可推断KQ与FKQ组间菌群结构存在显著差异。利用该指数得到的分析图中两点之间的距离越远，表示两个样本之间的微生物群落结构相似度越低，差异越大。除个别样本存在偏差外，矿区乡土树种实验组(KQ)和非矿区乡土树种对照组(FKQ)的菌群差异基本呈现在相同区域。 图3. 土壤微生物β多样性分析 3.3.3. 土壤细菌群落在门水平上的相对丰度 采用16SrRNA测序技术对矿区与非矿区乡土树种根际土壤样品细菌门水平多样性分析，结果见图4，由此可知，FKQ组中的优势菌门为变形菌门(26.95%)、放线菌门(29.21%)、酸杆菌门(18.17%)、绿弯菌门(9.93%)等，KQ组中的优势菌门为变形菌门(30.37%)、放线菌门(20.23%)、酸杆菌门(17.32%)、绿弯菌门(14.38%)、硝化螺旋菌门(4.51%)、芽单胞菌门(3.86%)，其中，KQ组变形菌门、绿弯菌门、硝化螺旋菌门、芽单胞菌门的丰度明显高于FKQ组。 图4. 土壤细菌群落在门水平上的相对分布情况柱形图 3.3.4. 土壤细菌群落在属水平的相对丰度 采用16SrRNA测序技术对矿区与非矿区乡土树种根际土壤样品细菌属水平多样性分析，结果见图5。从属的相对丰度来看，KQ组种的优势菌为红游动菌属(4.66%)、芽孢杆菌属(1.5%)、节细菌属(1.85%)、分枝杆菌属(1.01%)；FKQ组种的优势菌为红游动菌属(3.99%)及一些未指明的菌属等。从属水平来看，KQ乡土树种根际特征微生物为根瘤菌属、硝化螺菌属，其相对丰度在对应分组中较高；FKQ乡土树种根际特征微生物为褐螺菌属、芽孢杆菌属、小月菌属，其相对丰度在对应分组中较高。具体情况见图6。 图5. 土壤细菌群落在属水平上的相对分布情况柱形图 图6. LEfSe分析LDA柱形图 3.3.5. 微生物种群与环境因素相关性分析 基于RDA分析的结果表明，在所有被测化学性质中，pH和TP与细菌群落分布和种群分布间的相关性最大(P值分别为0.0005和0.0035)；从重金属含量分析，As、Cu、Pb与细菌群落分布和种群分布间也有明显的相关性，其P值分别为0.0425、0.0035、0.0440。具体情况见图7。 图7. 不同环境因子与土壤细菌属水平的相关性 其中，生丝微菌属与Zn、Cu、Pb具有极显著的正相关，与Mn和As具有显著正相关性；硝化螺菌属和芽胞梭菌属与Zn、Pb具有极显著正相关性，具体情况见图8。