胡桃楸、白樺純林及其混交林土壤微生物特性研究

于瑛楠　李宇光　吳雙

摘要 [目的] 研究胡桃楸、白樺純林及其混交林土壤微生物特性。[方法]以3種人工林土壤微生物為研究對(duì)象，采用稀釋平板法、BIOLOG微平板法及土壤理化性質(zhì)常規(guī)測(cè)定方法對(duì)3種林型內(nèi)土壤微生物特性進(jìn)行了研究。[結(jié)果]土壤微生物數(shù)量以胡桃楸林最多，且顯著高于其他2種林型；微生物多樣性指數(shù)則以混交林顯著較高；微生物數(shù)量與多樣性指數(shù)彼此間呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)性，并與土壤有機(jī)質(zhì)、水解氮、速效鉀也呈顯著的正相關(guān)，而與其他土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性卻并不明顯。[結(jié)論]營(yíng)建混交林不僅具有相對(duì)較高的物種多樣性，而且較為穩(wěn)定，因此混交林營(yíng)造具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 BIOLOG；土壤微生物；微生物數(shù)量；多樣性指數(shù)；土壤理化性質(zhì)

中圖分類號(hào) S718.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）19-138-03

人工林在防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、提高城市綠地面積等方面扮演著重要的角色，但由于其樹種單一、生物多樣性較少，長(zhǎng)期造林必然會(huì)導(dǎo)致林內(nèi)土壤環(huán)境惡化、生態(tài)系統(tǒng)失衡、病蟲發(fā)生嚴(yán)重等問(wèn)題的出現(xiàn)[1-2]。因此，對(duì)人工林進(jìn)行環(huán)境修復(fù)與合理保護(hù)已經(jīng)成為現(xiàn)階段的工作重點(diǎn)。土壤微生物是維持森林土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因子，也是反映林內(nèi)土壤環(huán)境與生態(tài)環(huán)境的敏感性指標(biāo)[3-4]。其不僅種類繁多，而且龐大的類群是植被凋落物和動(dòng)物殘?bào)w的主要分解者，在自然界物質(zhì)循環(huán)、土壤有機(jī)物和無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化、保持物種多樣性及穩(wěn)定性等過(guò)程中起著重要作用。目前關(guān)于人工純林土壤微生物的研究已經(jīng)在多樣性、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、生物特性等方面取得了一定的成就，但關(guān)于純林與混交林之間土壤微生物特性差異及其與土壤理化性質(zhì)關(guān)系的報(bào)道還比較少[5-7]。該文以白樺、胡桃楸純林及二者混交林土壤微生物為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)其特性進(jìn)行微生物數(shù)量、多樣性、與土壤理化性質(zhì)關(guān)系等的分析，旨在為保護(hù)不同樹種的純林與混交林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、物種多樣性以及評(píng)價(jià)林地土壤肥力，人工林栽植管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況及林型選擇 研究地位于東北林業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)內(nèi)（45°43′46″ N，126°37′45″ E），氣候類型為溫帶季風(fēng)氣候，海拔136～140 m，年均氣溫3.5 ℃，年均積溫2 757 ℃，年均降水量534 mm，土壤類型為地帶性黑鈣土。該試驗(yàn)共設(shè)3種林型：白樺純林、胡桃楸純林、混交林。

1.2 土壤采集 于2011年4月份采用五點(diǎn)法在3種林型中取土，取土深度為：表層、0～10 cm、10～20 cm。每個(gè)土樣采集500 g，過(guò)2 mm篩后裝入聚乙烯塑料袋內(nèi)，置于4 ℃冰箱保存，用于土壤理化性質(zhì)的測(cè)定及土壤微生物特性的測(cè)定。

1.3 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 采用常規(guī)方法進(jìn)行土壤理化性質(zhì)測(cè)定。含水量使用便攜式土壤水分測(cè)定儀測(cè)定； pH采用電位法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；水解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用氟化銨-鹽酸法測(cè)定；土壤速效鉀采用醋酸銨-火焰光度法測(cè)定[8]。

1.4 土壤微生物類群數(shù)量測(cè)定 土壤微生物類群的數(shù)量分析采用稀釋平板法，細(xì)菌、放線菌、真菌分別采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、高氏Ⅰ號(hào)培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基培養(yǎng)。稱取土壤樣品5 g，放入盛有45 ml無(wú)菌水的三角瓶中，得到10-2倍土壤稀釋液，再用無(wú)菌吸管從10-2倍土壤稀釋液中吸取1 ml放入裝有9 ml無(wú)菌水的試管中，得到10-3倍土壤稀釋液，直至稀釋到10-6倍。接種濃度為：細(xì)菌10-5、10-6倍；放線菌10-3、10-4倍；真菌10-3、10-4倍，接種量為0.2 ml。根據(jù)公式計(jì)算數(shù)量：

CFU=同一稀釋度菌落平均數(shù)×稀釋度×5

1.5 土壤微生物多樣性測(cè)定 采用BIOLOG ECO平板法進(jìn)行微生物多樣性測(cè)定，稱取相當(dāng)于10 g烘干土壤的新鮮土壤，加入含100 ml磷酸緩沖液的三角瓶中。于150 r/min 轉(zhuǎn)速條件下振蕩20 min，靜置3 min后取3 ml上清液加至27 ml 0.145 mo1/L的NaCl溶液中稀釋，重復(fù)稀釋至10-3倍后，吸取150 μl溶液接種至BIOLOG板中，在25 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)10 d，每24 h在595 nm處用VAMAX自動(dòng)讀盤機(jī)讀數(shù)。按公式計(jì)算微生物多樣性SW指數(shù)、SP指數(shù)和McIntosh指數(shù)[8-10]。

物種豐富度SW指數(shù)H=-∑Pi（lnPi）

物種優(yōu)勢(shì)度SP指數(shù)D=∑Ni=1[ni（ni-1）/N（N-1）]

物種均勻度McIntosh指數(shù)U=∑（n2i）

式中：Pi為第i孔的相對(duì)吸光值與所有反應(yīng)孔相對(duì)吸光值總和的比值；ni為第i孔的相對(duì)吸光值；N為全部孔內(nèi)相對(duì)吸光值之和。

1.6 數(shù)據(jù)處理 原始數(shù)據(jù)使用Excel 2003軟件進(jìn)行處理；統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS14.0軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤微生物三大類群數(shù)量分析 由表1可知：3種林型以表層土中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)目最多，隨著土層深度的增加，各林型總菌數(shù)也呈現(xiàn)出遞減的趨勢(shì)。其中胡桃楸表層土壤的細(xì)菌數(shù)顯著高于其他林型各土深細(xì)菌數(shù)目；放線菌數(shù)目以白樺林和胡桃楸林中表層土顯著最多；真菌數(shù)以白樺林表層土顯著最多。由此可知，研究地內(nèi)土壤微生物三大類群的數(shù)量與土壤深度及林型間的差異有關(guān)。

2.2 土壤微生物多樣性分析 由圖1～3的結(jié)果可知：土壤微生物SW指數(shù)均以混交林各土層內(nèi)顯著最高，以白樺林各土層最低，胡桃楸林介于二者之間。SP指數(shù)在表層土與0～20 cm層土中表現(xiàn)為混交林顯著最高，白樺林顯著最低，而在3種林型0～10 cm土壤中SP指數(shù)無(wú)顯著差異。McIntosh指

數(shù)仍以混交林各土層中最高，而其他2種林型各土層間差異

不顯著。綜合比較后發(fā)現(xiàn)，混交林內(nèi)土壤微生物多樣性指數(shù)高于人工純林。

2.3 土壤理化性質(zhì)與土壤微生物特性的關(guān)系分析 由表2可知：土壤微生物數(shù)量與多樣性指數(shù)之間表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)（P<0.01）。其中微生物數(shù)量與土壤有機(jī)質(zhì)、水解氮、速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與其他土壤理化指標(biāo)也表現(xiàn)為正相關(guān)，但無(wú)顯著性差異；多樣性指數(shù)則與有機(jī)質(zhì)和水解氮呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與速效鉀呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與pH呈不顯著的負(fù)相關(guān)，與含水量和有效磷呈不顯著的正相關(guān)。由此可知：土壤理化性質(zhì)是影響微生物特性的重要因子。

3 結(jié)論與討論

土壤微生物可以在一定程度上反映土壤肥力，是土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的一個(gè)重要的生物學(xué)指標(biāo)[11-12]。通過(guò)對(duì)土壤微生物中的細(xì)菌、真菌和放線菌三大類群生物特性和理化性質(zhì)的研究，探尋土壤微生物對(duì)林地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與平衡的作用，為改善林地土壤環(huán)境提供理論依據(jù)[12-14]。3種林型中土壤微生物數(shù)量以胡桃楸純林顯著最多，可能是其林下更為豐富的植被類型所導(dǎo)致的。從多樣性指數(shù)的研究結(jié)果來(lái)看混交林有更高的顯著效果，因此可在今后的營(yíng)林工作中多種植混交林來(lái)增加林分物種多樣性[14-16]。Emile Benizri等[13]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：微生物功能多樣性與林內(nèi)物種多樣性存在著明顯的相關(guān)關(guān)系，并且生物多樣性在維持林內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)平衡過(guò)程中扮演著重要的角色。改善土壤環(huán)境可以使林分中的生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定[17-20]。

綜上所述，可以初步確定，與人工林相比，營(yíng)建混交林在具有相對(duì)較高的物種多樣性的同時(shí)也較為穩(wěn)定，因此混交林的營(yíng)造具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和發(fā)展前景。在營(yíng)林過(guò)程中人工林也占有相當(dāng)大的資源比例，為土壤微生物學(xué)研究提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。然而由于人工林品種過(guò)于單一，微生物組成也不夠豐富，因此提高人工林生物多樣性成為必要的營(yíng)林措施。今后將對(duì)土壤微生物量和土壤性質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年

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