锡林河流域潜在异养硝化-好...化菌群的陆向分异及影响因素_王红越.pdf

第 43 卷第 3 期2023 年 3 月Vol.43，No.3Mar.，2023环境科学学报Acta Scientiae Circumstantiae锡林河流域潜在异养硝化-好氧反硝化菌群的陆向分异及影响因素王 红 越1，2，3，任 莞 露1，2，3，王 润 博1，2，3，范 敬 阳1，2，3，高 宇 华1，2，3，于 景 丽1，2，3，*，希尼尼根41.蒙古高原生态与资源利用教育部重点实验室，呼和浩特 0100212.内蒙古自治区环境污染控制与废物资源化重点实验室，呼和浩特 0100213.内蒙古大学生态与环境学院，呼和浩特 0100214.内蒙古农业大学兽医学院，呼和浩特 010011摘要：为阐明异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌群的空间分化及其环境影响因素，本研究沿着水生-湿生-旱生的陆向梯度采集沉积物/土壤样品进行细菌16S rRNA基因高通量测序、环境因子检测及生物信息学分析.结果显示，副球菌属主要分布于水生环境，陶厄氏菌属、不动杆菌属、气单胞菌属、假单胞菌属主要分布于湿生环境，芽孢杆菌属、节杆菌属和鞘氨醇单胞菌属主要分布于旱生环境；沿着陆向梯度，Shannon-Weiner和Pielou指数均呈先升后降趋势，Simpson指数呈上升趋势.黏粒、粉粒、硝态氮含量对潜在HN-AD菌群组成陆向分异的总解释度分别为79.51%、8.15%、7.81%，砂粒、粉粒、含水量对潜在HN-AD菌群多样性陆向分异的总解释度分别为89.79%、4.34%、2.75%，这些环境因子均 发挥直接作用.HN-AD菌群组成及多样性指数存在明显的陆向分布特征并与粉黏粒等环境因子密切相关.研究结果可为废水处理和土壤修复领域寻找新型HN-AD微生物资源提供科学依据.关键词：锡林河流域；异养硝化-好氧反硝化；菌群；陆向分异；环境因素文章编号：0253-2468（2023）03-0478-12 中图分类号：X172 文献标识码：ALandward differentiation and influencing factors of heterotrophic nitrification-aerobic denitrification bacterial populations in Xilin River BasinWANG Hongyue1，2，3，REN Wanlu1，2，3，WANG Runbo1，2，3，FAN Jingyang1，2，3，GAO Yuhua1，2，3，YU Jingli1，2，3，*，Xininigen4 1.Ministry of Education Key Laboratory of Ecology and Resource Use of the Mongolia Plateau，Hohhot 0100212.Inner Mongolia Key Laboratory of Environmental Pollution Control&Waste Resource Reuse，Hohhot 0100213.School of Ecology and Environment，Inner Mongolia University，Hohhot 0100214.College of Veterinary Medicine，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010011Abstract：This study aimed to clarify the spatial differentiation of heterotrophic nitrification-aerobic denitrification（HN-AD）bacterial populations and their influencing factors.Along a landward gradient，21 sediment/soil samples were collected from aquatic riverbed，the hygric floodplain to xeric terrace zones.The composition and diversity of HN-AD bacterial populations at genus level were analyzed by 16S rRNA gene high-throughput sequencing.The relationship between potential HN-AD bacterial populations and environmental factors was studied based on redundancy analysis（RDA），multivariate regression tree（MRT）and structural equation modeling（SEM）.The results showed that Paracoccus was mainly distributed in the aquatic environment.While Thauera，Acinetobacter，Aeromonas and Pseudomonas were mainly distributed in hygric environment，and Bacillus，Arthrobacter and Sphingomonas were mainly distributed in xeric environment.Along the landward gradient，the Shannon Weiner and Pielou indexes first increased and then decreased，while Simpson index increased gradually.MRT analysis showed that the content of clay particles，silt particles and nitrate accounted for 79.51%，8.15%and 7.81%of the landward differentiation of potential HN-AD bacterial compositions，respectively.Meanwhile，the content of sand particles，silt particles and moisture accounted for 89.79%，4.34%and 2.75%of the landward differentiation of potential HN-AD DOI：10.13671/j.hjkxxb.2022.0237王红越，任莞露，王润博，等.2023.锡林河流域潜在异养硝化-好氧反硝化菌群的陆向分异及影响因素 J.环境科学学报，43（3）：478-489WANG Hongyue，REN Wanlu，WANG Runbo，et al.2023.Landward differentiation and influencing factors of heterotrophic nitrification-aerobic denitrification bacterial populations in Xilin River Basin J.Acta Scientiae Circumstantiae，43（3）：478-489收稿日期：2022-06-02 修回日期：2022-06-29 录用日期：2022-06-30基金项目：国家自然科学基金（No.41361053，31160129，31660724）；内蒙古自然科学基金（No.2011MS0603，2016MS0331，2021MS03005）作者简介：王红越（2001），女，E-mail：；*责任作者，E-mail：hot-3 期王红越等：锡林河流域潜在异养硝化-好氧反硝化菌群的陆向分异及影响因素bacterial-diversity，respectively.The results of SEM showed that the content of clay particles，silt particles，nitrate nitrogen and moisture had positively direct effects on the landward differentiation of HN-AD bacterial populations.The HN-AD bacterial populations had obvious landward distribution characteristics，closely related to sediment/soil physicochemical factors such as clay and silt particles.The results can provide scientific basis for searching novel HN-AD bacteria for wastewater treatment and soil remediation.Keywords：Xilin River Basin；heterotrophic nitrification-aerobic denitrification；bacterial populations；landward differentiation；environmental factors1引言（Introduction）异养硝化-好氧反硝化（Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification，HN-AD）微生物广泛分布于土壤（He et al.，2016）、海洋沉积物（Duan et al.，2015）、河流（Huang et al.，2013）、湖泊（Wang et al.，2016）、废水（Pal et al.，2015）和污泥（Chen et al.，2014）等环境中.HN-AD微生物可实现同步硝化反硝化，由于其生长速度快，耐盐及重金属和抗生素等环境胁迫（Sun et al.，2016），具有同时脱除碳、氮、磷的潜在功能（Yang et al.，2019），在废水处理和土壤污染修复领域具有极高的应用价值.HN-AD微生物中细菌主要隶属于变形菌门、厚壁菌门和放线菌门（Chen et al.，2019）.变形菌门成员中副球菌属、鞘氨醇单胞菌属、陶厄氏菌属、假单胞菌属、不动杆菌属、气单胞菌属已被证实可富集重金属（Ibrahim et al.，2020；Wu et al.，2021）和降解苯并芘等 多种有机污染物（Xia et al.，2014；Bacosa et al.，2015；Gan et al.，2018；El-Sayed et al.，2019）；厚壁菌门成员中芽孢杆菌属可降低重金属Cu对小麦的毒性作用（Yue et al.，2021）；放线菌门成员中节杆菌属具有还原六价Cr的功能（Field et al.，2018）.简言之，HN-AD微生物在污染修复工程中具有良好的应用前景.土壤颗粒、水分、氮源、碳氮比、盐度和pH等因素均能影响HN-AD微生物的分布、丰度和代谢.例如，黏粒对HN-AD微生物成员中芽孢杆菌属的吸附能力比粉粒强（Muchaonyerwa et al.，2006）；当有机碳作为 碳源时，HN-AD微生物成员陶厄氏菌属是人工湿地中主要的细菌类群（Sun et al.，2012）；富含硝酸盐的混合凋落物提高了鞘氨醇单胞菌属的丰度和氮代谢功能（Wang et al.，2020）.迄今，关于HN-AD微生物的研究多集中于废水处理领域.HN-AD微生物在水生、湿生和旱生自然生境下的研究较少，限制了人们对自然环境中HN-AD微生物的认知及其新型资源的挖掘.因此，研究自然生境下HN-AD微生物空间分布特征及影响因素对后续开展HN-AD微生物的相关研究尤为重要.锡林河流域集水生、湿生和旱生环境于一体，是研究HN-AD微生物空间分布和环境影响因素的“天然 实验室”.据此，本研究基于16S rRNA基因高通量测序技术和生物信息学方法探究锡林河流域潜在HN-AD细菌属的空间分布特征及环境影响因素，旨在为土壤修复和废水处理领域寻找新型HN-AD微生物资源提供科学依据.2材料与方法（Materials and methods）2.1研究区域概况锡林河发源于赤峰市克什克腾旗宝尔图山，以库尼苏曼为上下游分界线，在贝力克牧场转向西北流经锡林浩特市，河道异常曲折，最终注入查干诺尔沼泽地（周亚军等，2020）.锡林河全长198 km，河谷宽15 km，河道比降为1/1501/400，地势从东到西逐渐下降，东南部的嘎顺山最高海拔为1609 m，西北部的锡林河下游最低处900 m（张璐等，2020）.锡林河流域（4339 4436 N、11533 11728 E）面积约为 10542 km2，属于温带半干旱大陆性草原气候，具有降水少、蒸发量大、日温差大等气候特征（Chen et al.，2005）.19682015年，年平均降水量为278.9 mm，年平均蒸发量为1862.9 mm，年平均气温为2.8，年平均风速为3.4 m s-1（Hao et al.，2021）.流域内有小型湿地、滩地、沼泽地、河渠等水域（周亚军等，2020）.流域地貌具有明显的地带性和分层性，南部为三级玄武岩台地，间或有众多小型火山锥，其余地区低山丘陵和草原交错 分布（段利民等，2019）.流域内代表性水生植被为水莎草（Juncellus serotinus），湿生植被包括灯心草（Juncus effusus）和鹅绒委陵菜（Potentilla anserina），旱生植被包括羊草（Leymus chinensis）和大针茅（Stipa grandis）（Yu et al.，2021）.上述植被既是植物群落中的建群种同时也是优势种.水莎草群落的伴生种有狼把草（Bidens tripartite）、水蓼479环境科学学报43 卷（Polygonum hydropiper）、苔草等（上官铁梁等，2000）；灯心草群落的伴生种有洽草（Koeloria cristata）、大籽豪（Artemisia sieversiana）、羊草（Leymus chinensis）等（罗琰，2019）；鹅绒委陵菜群落的伴生种为水甜茅（Glyceria triflora）、扁杆薦草（Scirpus planiculmis）、车前（Plantago asiatica）等（王立新，2012）；羊草群落伴生种有克氏针茅（Stipa krylovii）等（赵献英，1982）；大针茅群落伴生种有糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）、黄囊苔草（Carex korshinskyi）、细叶葱（Allium tenuissimum）等（任瑾涛等，2021）.流域内土壤类型从东南向西北依次 分布有过渡性红砂土、黑钙土、栗钙土、石灰性红砂土、石灰性黑土、潜育土和石灰性黑钙土（王慧敏等，2019），栗钙土是全流域最具代表性的土壤类型（Yu et al.，2021）.研究区为围封禁牧样地.2.2样品采集与分析采样时间为2020年7月，沿着垂直河道方向依次采集长期淹水的河床湍流带Np（水生砂质沉积物）、缓流带Js（水生粉砂质沉积物）、滞流带Pb（水生粉砂质沉积物），季节性淹水的河滨灯心草样带Je（水偏湿生沼泽化草甸土）和鹅绒委陵菜样带Pa（湿偏旱生草甸土），以及长期不淹水的阶地羊草样带Lc（旱生栗钙土）和大针茅样带Sg（旱生栗钙土）沉积物/土壤样品.每个样带沿河流走向依次设置3个样点（样点间距5002000 m），7个样带共21个样点（采样点设置详见图1a）.样带NpPa的中心间距为10100 m，样带LcSg的 图1锡林河流域样带（a）及沉积物/土壤理化因子（b）的陆向分布Fig.1Landward distribution of sampling zones（a）and sediment/soil physicochemical factors（b）in the Xilin River Basin4803 期王红越等：锡林河流域潜在异养硝化-好氧反硝化菌群的陆向分异及影响因素中心间距为1001000 m，样带PaLc的中心间距大于 1 km.本研究采集010 cm表层土壤，每个采样点均 按照S型进行5点取样，混合后制备成1个样品（约1 kg）置于无菌塑料袋中，24 h内用冰盒送往实验室.按照四分法分取样品，部分样品-80 保存供分子生物学分析，其余土样经风干、研磨、过筛后进行理化因子检测.沉积物/土壤理化因子的检测方法参照 土壤农化分析（鲍士旦，2002）进行，黏粒（Clay）含量、粉粒（Silt）含量、砂粒（Sand）含量利用激光粒度分析仪（Mastersizer 2000，Malvern Panalytical，Almelo，OV，Netherlands）进行测定.水分含量（Moisture）采用105 烘干称重法测定；pH值采用电极电位法（水土比2.5 1）测定；盐度（Salinity）利用DDS-11A型电导率仪测定；氨态氮（Ammonia）和硝态氮（Nitrate）含量测定时先将 样品与2 mol L-1的KCl溶液按1 2.5浸提1 h，用0.45 m微孔滤膜过滤后利用连续流动分析仪进行测定；总有机碳（TOC）含量采用重铬酸钾外加热法测定；全氮（TN）含量采用凯式定氮法测定；全磷（TP）含量采用碱熔-钼锑抗分光光度法测定.所有理化指标测定3次重复.土壤理化因子分析结果见图1b.2.3沉积物/土壤总DNA提取、PCR扩增及高通量测序按照 FastDNA Spin Kit for Soil（MP Biomedicals，Southern California，CA，America）说明书提取沉积物/土 壤 样 品 中 微 生 物 总 DNA.细 菌 16S rRNA 基 因 PCR 扩 增 引 物 为 细 菌 V3V4 区 的 338F（5-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3）和 806R（5-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3）（Yang et al.，2020）.具体 扩增反应体系和工作条件见Yang等研究（2020）.依托北京百迈客生物科技有限公司Illumina MiSeq PE300测序平台进行高通量测序.使用 Trimmomatic软件删除测序接头、非特异性扩增片段、模糊碱基、单碱基高重复区及长度过短的 序列以获得高质量序列；使用Flash软件将双端测序的基因序列进行拼接.运用UPARSE软件在97%相似度的水平上对可操作分类单元（Operational taxonomic unit，OTU）进行聚类分析，同时剔除嵌合体.使用RDP classifier对每个OTU中的序列进行分类学注释，总共获得625个细菌属.运用SILVA数据库将全部样品获取的625个细菌属在每份样品中分配的菌属及其对应的序列数进行组成的划分和相对丰度的计算.所有测序数据已上传至NCBI数据库，登录号为SUB11349630（ON791566-ON791583）.2.4统计分析使用Origin 2021进行折线图和柱状图的绘制.使用MEGA 7.0构建系统发育树.使用SPSS 26.0进行单因素方差分析（Analysis of variance，ANOVA）、LSD多重比较及HN-AD细菌群落与理化因子的Spearman相关性分析.使用CANOCO 5.0对不同样品HN-AD细菌与理化因子进行多重相关的冗余分析（Redundancy analysis，RDA）.利用R语言mvpart程序包构建多元回归树（Multivariate regression tree，MRT），lavaan程序包构建结构方程模型（Structural equation modeling，SEM）.群落物种多样性指数计算采用Shannnon-Wiener多样性指数（式（1）、Simpson优势度指数（式（2）和Pielou均匀度指数（式（3）3种指数.H=-Si=1（PilnPi）（1）D=Si=1 Pi2（2）E=H/lnS（3）式中，Pi为物种i的相对重要值，即Pi=ni/N，ni为物种i的个体数，N为观察到的个体总数，S为物种i所在样地的物种总数，多样性指数以重要值计算.3结果（Results）3.1基于16S rRNA基因高通量测序的HN-AD细菌系统发育分析本研究检测到的潜在 HN-AD 功能细菌有 8 个属，包括副球菌属（Paracoccus）、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、陶厄氏菌属（Thauera）、假单胞菌属（Pseudomonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）、气单胞菌属（Aeromonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、节杆菌属（Arthrobacter）.其隶属于变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放 线 菌 门（Actinobacteria）3 个 门，-变 形 菌 纲（Alphaproteobacteria）、-变 形 菌 纲（Betaproteobacteria）、芽 孢 杆 菌 纲（Bacilli）等 5 个 纲，红 杆 菌 目（Rhodobacterales）、鞘 脂 单 胞 菌 目（Sphingomonadales）、红环菌目（Rhodocyclales）等 7 个目，红杆菌科（Rhodobacteraceae）、鞘脂单胞菌科（Sphingomonadaceae）等8个科，具体见图2.481环境科学学报43 卷3.2锡林河流域沉积物/土壤潜在HN-AD菌群的陆向分异特征由图3可知，沿着长期淹水的水生生境、季节性淹水的湿生生境、长期不淹水的旱生生境梯度，锡林河流域潜在HN-AD菌群中陶厄氏菌属（Thauera）、假单胞菌属（Pseudomonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）、气单胞菌属（Aeromonas）的相对丰度呈先升高后降低的分布趋势；鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）和芽孢杆菌属（Bacillus）的相对丰度呈逐渐升高的分布趋势；副球菌属（Paracoccus）的相对丰度呈逐渐降低的分布趋势；节杆菌属（Arthrobacter）的相对丰度呈先降低后升高的分布趋势.菌群总相对丰度呈逐渐升高的分布趋势，鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）是季节性淹水鹅绒委陵菜样带Pa、长期不淹水的阶地羊草样带Lc和大针茅样带Sg的优势HN-AD细菌属.副球菌属（Paracoccus）的相对丰度在长期淹水鹅绒委陵菜样带Pb湿地土壤中达到峰值（0.07%0），且显著（p0.05）高于其他样带；陶厄氏菌属（Thauera）、不动杆菌属（Acinetobacter）和 气单胞菌属（Aeromonas）的相对丰度在季节性淹水的河滨灯心草样带Je湿地土壤中达到峰值（0.28%0.01%、0.60%0.04%和1.42%0.03%），显著高于其他样带（p0.05）；假单胞菌属（Pseudomonas）的相对丰度在季节性淹水鹅绒委陵菜样带Pa湿地土壤中达到峰值（1.28%0.06%），显著高于其他样带（p0.05）；芽孢杆菌属（Bacillus）的相对丰度在长期不淹水的阶地羊草样带Lc旱地土壤中达到峰值（0.24%0.01%），显著高于其他样带（p0.05）；节杆菌属（Arthrobacter）的相对丰度在长期不淹水的大针茅样带 Sg 旱地土壤中达到峰值（0.27%0），显著高于其他样带（p0.05）；鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）的相对丰度在长期不淹水的大针茅样带Sg旱地土壤中达到峰值（7.97%0.28%），显著高于除Lc外的其他5个样带（p0.05）.图2锡林河流域潜在HN-AD细菌类群16S rRNA基因系统发育树Fig.2Phylogenetic tree of potential HN-AD bacterial taxa based on 16S rRNA gene sequences in Xilin River Basin4823 期王红越等：锡林河流域潜在异养硝化-好氧反硝化菌群的陆向分异及影响因素3.3锡林河流域沉积物/土壤HN-AD菌群多样性指数的陆向分异特征由表1可知，锡林河流域潜在HN-AD菌群的-多样性指数存在明显的陆向分布特征.沿着由水及陆方向，Shannon-Weiner丰富度指数呈先升高后降低的趋势，最大值和最小值分别出现在长期不淹水的阶地羊草样带Lc和长期淹水的河床湍流带Np样带.Simpson优势度指数呈逐渐上升趋势，最大值和最小值分别出现在长期不淹水的大针茅样带 Sg和长期淹水的河床湍流带 Np样带.Pielou均匀度指数呈先升高后降低的 趋势，最大值和最小值分别出现在长期不淹水的阶地羊草样带Lc和长期淹水的河床湍流带Np样带.3.4锡林河流域沉积物/土壤HN-AD菌群对不同环境因子的响应Spearman相关性分析结果表明（表2），鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、节杆菌属（Arthrobacter）的相对丰度与黏粒、粉粒、盐度、总有机碳、硝态氮、全氮、全磷含量呈显著正相关（p0.01），与砂粒和水分含量呈负相关；陶厄氏菌属（Thauera）和气单胞菌属（Aeromonas）的相对丰度与砂粒含量、水分含量、pH均呈显著正相关（p0.05），与黏粒、粉粒、盐度、硝态氮含量呈显著负相关（p0.05）；假单胞菌属（Pseudomonas）和副球菌属（Paracoccus）的相对丰度与pH呈显著正相关（p0.05）和 显著（p0.05）Fig.3Landward differentiation of HN-AD bacterial community in Xilin River Basin483环境科学学报43 卷RDA结果（图4a）显示，第1排序轴与第2排序轴的解释度分别为50.21%和34.35%.鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）和节杆菌属（Arthrobacter）与黏粒、粉粒、硝态氮、TN、TP和盐度关联度较 高；陶 厄 氏 菌 属（Thauera）、假 单 胞 菌 属（Pseudomonas）、不 动 杆 菌 属（Acinetobacter）、气 单 胞 菌 属（Aeromonas）和副球菌属（Paracoccus）与水分含量、pH和TOC关联度较高.由图4b可知，第1排序轴与第2 排序轴的解释度分别为93.58%和3.73%.-多样性指数与土壤粉粒、砂粒、TP含量关联度较高.由图5a可知，土壤黏粒作为第1次分割的条件变量是影响锡林河流域潜在HN-AD群落陆向分异的第1因素.土壤黏粒、粉粒、硝态氮和含水量重要值分别为 79.51%、8.15%、7.81%和 2.47%.由图 5b可知，土壤 砂粒、粉粒和含水量分别是影响锡林河流域潜在HN-AD群落多样性的第1、第2和第3因素，其重要值分别为81.98%、4.34%和2.75%.基于MRT结果（图5），从11个环境因子中筛选出最重要的5个环境因子，从8个HN-AD细菌属中筛选出4个优势菌属，结合3种多样性指数进行结构方程模型拟合分析（图6）.结果表明，黏粒对4个细菌属的陆向分异均发挥负向的直接作用；粉粒对4个细菌属的陆向分异均发挥正向的直接作用；硝态氮对不动杆菌属（Acinetobacter）、假单胞菌属（Pseudomonas）、气单胞菌属（Aeromonas）的陆向分异发挥负向的直接作用，对鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）的陆向分异发挥正向的直接作用；砂粒和粉粒对3种多样性指数均发挥正向的直接作用；土壤含水量对Shannon-Weiner和 Pielou指数发挥正向的直接作用，对Simpson指数发挥 负向的直接作用.表1锡林河流域潜在HN-AD菌群的-多样性指数Table 1Alpha-diversity index of potential HN-AD bacterial community in Xilin River Basin.采样带Np1Np2Np3Js1Js2Js3Pb1Pb2Pb3Je1Je2Shannon-Weiner0.0070.01220.01680.00670.01320.03460.09750.36460.58390.86550.9037Simpson0.00020.00530.00030.00040.00120.00060.00750.00970.01820.01880.1075Pielou0.0030.00560.00810.00840.01540.01670.09840.17580.28080.68480.7854采样带Je3Pa1Pa2Pa3Lc1Lc2Lc3Sg1Sg2Sg3Shannon-Weiner1.97951.88542.68552.9432.86582.68542.53691.24241.00420.7408Simpson0.11390.26480.30060.36630.37650.40680.4330.56340.78650.8876Pielou0.95191.22311.36871.41531.37991.35781.30370.36970.33240.3807表2锡林河流域潜在HN-AD菌群与沉积物/土壤理化因子的斯皮尔曼相关性Table 2Spearman correlations between potential HN-AD bacterial community and sediment/soil physicochemical factors in Xilin River BasinParacoccusSphingomonasThaueraPseudomonasAcinetobacterAeromonasBacillusArthrobacter黏粒（20 m）0.306-0.778*0.631*-0.2520.0770.452*-0.688*-0.891*含水量0.368-0.556*0.834*0.377-0.1620.738*-0.272-0.419pH0.486*-0.0530.727*0.682*0.0810.739*0.0970.010盐度-0.4220.753*-0.695*0.149-0.106-0.526*0.658*0.856*总有机碳0.2740.566*-0.0830.529*-0.104-0.0150.550*0.811*全氮0.0010.821*-0.3970.3840.031-0.290.742*0.919*全磷0.0050.847*-0.473*0.3170.029-0.2990.657*0.917*氨态氮0.206-0.2380.3000.132-0.2920.289-0.1790.036硝态氮-0.468*0.545*-0.867*-0.174-0.369-0.734*0.4010.776*注：*表示在0.05水平（双侧）上显著相关，*表示在0.01水平（双侧）上显著相关.4843 期王红越等：锡林河流域潜在异养硝化-好氧反硝化菌群的陆向分异及影响因素4讨论（Discussion）4.1锡林河流域沉积物/土壤潜在HN-AD菌群的陆向分布特征本研究经16S rRNA基因高通量测序发现，相比于厚壁菌门和放线菌门，变形菌门是锡林河流域组成丰度最丰富、分布最广泛的潜在HN-AD菌群，变形菌门成员中鞘氨醇单胞菌属是锡林河流域季节性淹水鹅绒委陵菜样带Pa、长期不淹水的阶地羊草样带Lc和大针茅样带Sg旱地土壤中的优势HN-AD菌群.这与先前研究 鞘氨醇单胞菌属分布于湿地（Secker et al.，2016）、生物土壤结皮（Reddy et al.，2016）、沙漠（Wbbeler et al.，2020）的研究结果一致，推测革兰氏阴性需氧型鞘氨醇单胞菌属的生物土壤结皮功能与其分泌胞外多糖（Chang et al.，2021）有关.Luo等（2019）研究表明，鞘氨醇单胞菌属在干旱胁迫下可通过驱动根的可塑性来促进拟南芥的生长，从而刺激侧根和根毛的生长.Puthiyottil等（2021）研究表明，经芽孢杆菌属处理后黄秋葵叶片渗透势、渗透调节物质产量及非酶和酶抗氧化物的活性显著提高，同时减轻了植物因干旱胁迫引起的光氧化损伤.Pereira等（2019）研究表明，甘蔗根际微生物群落受到干旱的强烈影响时，节杆菌属等重要细菌属在整个实验期间仍然存在.这些为本研究中芽孢杆菌属和节杆菌属的相对丰度在长期不淹水的Lc和Sg旱地土壤中达到峰值（0.24%0.01%和0.27%0）的研究结果提供了科学依据，说明鞘氨醇单胞菌属、芽孢杆菌和节杆菌属适合生长于长期缺水的干旱环境.图4锡林河流域潜在HN-AD细菌群落（a）和多样性指数（b）与理化因子的冗余分析Fig.4Redundancy analysis（RDA）between the composition（a）and alpha-diversity（b）of potential HN-AD bacterial communities and physicochemical factors in Xilin River Basin图5锡林河流域潜在HN-AD群落组成（a）和多样性指数（b）与理化因子的多元回归树分析Fig.5Multivariate regression tree（MRT）analysis between the composition（a）and alpha-diversity indices（b）of potential HN-AD bacterial communities and physicochemical factors in Xilin River Basin485环境科学学报43 卷不动杆菌属部分成员因生物聚磷功能（Polyphosphate-accumulating organisms，PAOs）被广泛应用于废水生物除磷领域（Zhang et al.，2019），Zhang等于2019年在红树林湿地分离出具有聚磷酸盐能力的不动杆菌，这为本研究中不动杆菌属的相对丰度在季节性淹水的河滨灯心草样带 Je 湿地土壤中达到峰值（0.60%0.04%）的研究结果提供了证据，说明不动杆菌属偏好湿生生境.Sun等研究了不同生态位微生物群落对湿地植物径向氧损失（ROL）的响应，发现兼性厌氧反硝化菌在根面的丰度最高，在水中（510 cm）次之，在沉积物中最少，不动杆菌在水中反硝化菌群中占绝对优势，根际反硝化菌主要由假单胞菌、气单胞菌和不动杆菌组成（Sun et al.，2019）.这与本研究中不动杆菌、气单胞菌和假单胞菌的相对丰度在季节性淹水的湿地土壤中最高的研究结果具有相似性，可能因为锡林河湿地的弱碱性环境有利于反硝化微生物生长（丁浩等，2019），由此推测锡林河流域季节性淹水的河滨灯心草样带Je和鹅绒委陵菜样带Pa中假单胞菌、气单胞菌和不动杆菌存在生态位分化现象.群体感应（Quorum sensing，QS）有助于HN-AD细菌群体利用信号分子调节基因表达（Wang et al.，2018），本研究中假单胞菌属在湿地土壤中基因相对丰度最高的结果可能与群体感应促进湿地土壤中假单胞菌属基因丰度显著上调有关.Zhu等（2020）研究表明，Pseudomonas aeruginosa分泌的喹诺酮 信号（PQS）和N-酰基-L-高丝氨酸内酯（AHL）虽抑制NOR和NAR表达，但会表现出更高