农田土壤节肢动物eDNA在固-液-气三相中的分布特征

　　摘要： 环境DNA宏条形码技术为土壤节肢动物多样性评估提供了新手段。土壤节肢动物eDNA可存在于土壤固相、液相和气相中, 但不同相态中的eDNA是否对应不同生态位或行为类型的物种类群, 尚不清楚。本研究以8种作物田土壤为对象, 分别采用土壤直接提取法(direct soil extraction, SOL, 代表固相)、空气滤膜法(air filtration, AIR, 代表气相)和土壤水过滤法(water filtration, WAT, 代表液相)提取3种相态的eDNA, 结合高通量测序技术分析节肢动物群落组成, 旨在揭示土壤节肢动物eDNA在固、液、气三相中的分布特征。结果表明, WAT的物种丰富度显著高于SOL和AIR (P < 0.05), 而SOL与AIR间无显著差异; 3种方法的β多样性存在极显著差异。置换多元方差分析(permutational multivariate analysis of variance, PERMANOVA)表明, 3种采样方法下土壤节肢动物群落结构具有极显著差异(R² = 0.2816, P = 0.001), 采样方法可解释群落组成28.16%的变异。主坐标分析(principal coordinates analysis, PCoA)进一步显示, 3种方法的样本在空间上明显分离, 各自聚集为不同的类群。SOL捕获的操作分类单元(operational taxonomic unit, OTU)数量最为丰富(3,314个), 高于AIR (1,023个)和WAT (871个)。在科水平上, SOL检出的等节跳虫科等土壤底栖类群的相对丰度较高, 但各处理间差异不显著(P > 0.05); WAT中摇蚊科相对丰度最高; AIR对金龟科等类群的检出效率更有优势。天敌类群中, 隐翅虫科和舞虻科在3种方法中均有检出。网络分析显示, SOL与AIR、SOL与WAT的比较呈相似模式, SOL节点周围聚集大量OTU簇; 而AIR与WAT的比较中, 高丰度OTU多为方法特异性。等级发生曲线分析表明, SOL检测到的OTU数量最多(169个), 分布最均匀; WAT居中(113个); AIR最少(83个), 以少数优势OTU为主。本研究明确了eDNA在土壤固相、液相、气相中的分布与节肢动物生态位和行为类型密切相关, 呈现明显的分布异质性。SOL对土壤底栖类群及多种天敌类群的检出效果稳定且覆盖广泛; AIR在双翅目、金龟科等类群的检出上更具优势; WAT则对摇蚊科等湿生类群的富集特征尤为明显。针对农田土壤生物多样性评估, 建议以SOL为基础。若研究重点为双翅目或鞘翅目等特定类群, 可在SOL基础上补充AIR; 若研究涉及摇蚊科等偏好湿生环境的类群, 则需加入WAT。本研究为理解eDNA在土壤生态系统中的空间分布特征及农田土壤动物多样性监测方法筛选与组合优化提供了科学依据。