南方紅壤區西南樺和馬尾松人工林土壤微生物活性及細菌多樣性比較

楊尚東，吳俊，譚宏偉，劉永賢，熊柳梅，周柳強，謝如林，黃國勤，趙其國

1. 廣西大學農學院，廣西 南寧 530004；2. 廣西作物遺傳改良生物技術重點開放實驗室/廣西農業科學院，廣西 南寧 530007；3. 江西農業大學，江西 南昌 330045；4. 中國科學院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008

南方紅壤區西南樺和馬尾松人工林土壤微生物活性及細菌多樣性比較

楊尚東1,2，吳俊1，譚宏偉2*，劉永賢2，熊柳梅2，周柳強2，謝如林2，黃國勤3，趙其國4

1. 廣西大學農學院，廣西 南寧 530004；2. 廣西作物遺傳改良生物技術重點開放實驗室/廣西農業科學院，廣西 南寧 530007；3. 江西農業大學，江西 南昌 330045；4. 中國科學院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008

目前，西南樺（Betula alnoides）和馬尾松（Pinus massoniana）均是廣西紅壤區大規模種植的人工林樹種。為了分析和評價這兩個樹種對土壤肥力和生態質量的影響，本文采用了稀釋平板法和氯仿熏蒸提取法等傳統方法分析了兩種人工林土壤可培養微生物數量、微生物量碳、微生物量氮、涉及土壤碳、氮、磷循環相關酶活性等表征微生物活性的指標。同時，采用聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電泳（PCR-DGGE）技術分析了兩種人工林土壤細菌多樣性。結果表明，西南樺人工林土壤中可培養真菌數量與馬尾松人工林雖無明顯差異，但可培養細菌和放線菌數量均明顯高于相應的馬尾松人工林。土壤中β-葡萄糖苷酶、磷酸酶和蛋白酶活性在兩種人工林之間雖無明顯差異，但西南樺人工林各土層土壤的微生物生物量碳、氮指標均優于對應的馬尾松林，表現出比馬尾松更優的生態效果。此外，西南樺人工林土壤中各土層細菌多樣性指數（Shannon-Wiener index）均高于相應的馬尾松人工林土層。綜上，比馬尾松相比，西南樺是更有利于提高紅壤區土壤肥力和維持林地土壤生態質量的造林樹種。

紅壤；西南樺；馬尾松；土壤肥力；生態質量

紅壤（包括紅壤、赤紅壤和磚紅壤，下同）是廣西主要的土壤類型，面積達1.07×107hm2，占廣西土地總面積的65.55%（廣西土壤肥料工作站，1994）。廣西水熱資源豐富，夏季的高溫多雨不僅加快了土壤中有機質的分解速度，而且容易造成大面積的水土流失。根據我國近年來水利和土壤普查數據發現（分區考察組，2009），目前，南方紅壤區是我國水土流失最嚴重的區域之一。一方面，嚴重的水土流失不僅導致了土壤質量惡化，影響區域糧食安全，而且造成區域河流、水庫的泥沙淤積，加劇了“水質性缺水”以及人居環境惡化等社會問題。另一方面，南方紅壤區的水土流失是一個漸變的過程，其危害性不易被人們發覺或意識，可一旦達到突變狀態，其危害性將十分嚴重。因此，紅壤區的水土流失治理任務迫在眉睫。

西南樺（Betula alnoides）是一種可做為更新刀耕火種、采伐跡地等荒地的先鋒樹種，其生長快、壽命長，樹干通直，尖削度小，是適宜培育大徑材的闊葉樹種。馬尾松（Pinus massoniana）是我國南方主要的用材針葉樹種，占全國造林面積的20%，具有適應性強、用途廣、速生豐產等優點，在我國林業生產中占有重要地位（劉文飛等，2008）。目前，這兩個樹種在南方紅壤區均被大規模栽植，然而，長期栽植單一樹種將對土壤生態環境造成不良影響，而其具體影響尚未明確。

本文通過對廣西田林縣八渡鄉福達鎮西南樺和馬尾松人工林土壤理化性質、土壤微生物活性及細菌多樣性進行分析，試圖從土壤微生物學角度評價不同造林樹種對土壤肥力和生態環境質量的影響，以期為紅壤區生態修復造林樹種的選擇提供理論依據和參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

調查地位于廣西田林縣八渡鄉福達鎮林場（北緯24°36′，東經105°92′），該林場屬南亞熱帶季風氣候區，年平均氣溫20.0 ℃，平均降雨量1657.2 mm。林地均為丘陵山地，土壤由砂頁巖發育而來。研究區造林樹種以西南樺（8年樹齡）和馬尾松(樹齡8年)人工林為主。

1.2 樣品采集

土壤樣品于2012年4月17日采集，分別取自林齡均為8 a的西南樺林（闊葉林）和馬尾松林（針葉林）人工林地，采集地點海拔均在560～590 m之間。具體采樣方法：兩類型林地隨機選取5個點，去除地表的凋落物層，然后挖取剖面。分表層（0～5 cm）、中層（5～35 cm）、下層（35 cm以下）采集。先取下層，再取中層，最后取表層。每個土壤樣品采集混勻后收集于無菌袋中，運回實驗室過2 mm篩后置于4 ℃冰箱中保存，用于土壤生物學性狀及細菌群落結構的分析。兩林地土壤的理化性質分析如下：西南樺人工林pH值5.02～5.91，有機質質量分數7.7～40.6 g·kg-1，全氮質量分數0.57～1.88 g·kg-1，全磷質量分數0.81～1.20 g·kg-1，全鉀質量分數32.48～33.48 g·kg-1，堿解氮質量分數31.94～156.02 mg·kg-1，速效磷質量分數3.78～9.34 mg·kg-1，速效鉀質量分數40.0～252.0 mg·kg-1；馬尾松人工林pH值5.24～5.35，有機質質量分數7.7～28.1 g·kg-1，全氮質量分數0.43～1.62 g·kg-1，全磷質量分數0.84～1.26 g·kg-1，全鉀質量分數20.62～23.60 g·kg-1，堿解氮質量分數41.77～126.13 mg·kg-1，速效磷質量分數5.20～11.34 mg·kg-1，速效鉀質量分數52.5～140.5 mg·kg-1。

1.3 分析測定方法

土壤微生物活性的測定：微生物土壤數量采用稀釋平板法(李振高等，2008)；微生物生物量碳、氮測定采用氯仿熏蒸提取法測定（Vance等，1987；Joergense和Brookes，1990）；β-葡萄糖苷酶（β-Glucosidase）活性采用Hayano法測定（Hayano，1973）；蛋白酶（protease）活性采用Ladd 法測定（Ladd，1971）；磷酸酶（phosphatase）活性采用Tabatabai and Bremner的方法測定（Tabatabai和Bremner，1969）。

土壤細菌群落結構：土壤基因組總DNA的提取參照Krsek M和Welington的方法（Kresk和Wellington，1999）稍加修改進行。具體操作如下：稱取5 g土壤，采用提取液和回收試劑盒（Biospin gel extraction kit，Bioflux，產品號：bsc02m1）進行基因組總DNA的提取和純化，粗提和純化結果采用1.0%(w/V)瓊脂糖凝膠電泳檢測；純化后樣品置于-20 ℃冰箱保存備用。土壤細菌16SrDNAV3可變區的PCR擴增，采用對大多數細菌的16SrRNA基因V3區具有特異性的引物對F338GC和R518進行擴增（Van等，1999；Li等，2008；劉瑋等，2010），它們的堿基序列分別為：上游引物F338GC（5'-CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGGGCGGG GGCACGGGGGGACTCCTACGGGAGGCAGCAG -3'）；下游引物R518（5'-AT-TACCGCGGCTGCTGG-3'）。PCR產物用1.5%（w/V）瓊脂糖凝膠電泳檢測；變性梯度凝膠電泳(DGGE)分析采用Bio-Rad公司DCodeTM基因突變檢測系統對PCR反應產物進行分離。樣品在濃度為30%到60%的變性劑（100%的變性膠為7 mol·L-1的尿素和40%的去離子甲酰胺的混合物）的8%聚丙烯酰胺凝膠中，在100 V的恒定電壓下，置于60 ℃電泳槽中電泳6 h。電泳完畢后，樣品經凝膠銀染20～30 min后用GelDoc凝膠成像分析系統（北京賽百奧科技有限公司）觀察并拍照。

1.4 數據分析方法

采用Quantity one分析軟件（Bio-Rad）對各土壤樣品的電泳條帶數量及密度進行定量分析。多樣性指數（H）、豐度（S）和均勻度（EH）的計算方法參照羅海峰等（2004）的方法進行。數據處理采用Excel2003。

2 結果

2.1 西南樺和馬尾松人工林土壤可培養微生物數量特征

由表1可知，無論是西南樺還是馬尾松人工林土壤可培養微生物數量大小的順序均呈：細菌＞放線菌＞真菌，并且可培養微生物數量都隨著土層深度的增加而顯著減少。這一分布趨勢與馮建和張健（2005）對桉樹人工林土壤微生物的研究結果相似。土壤微生物數量受土壤溫度、濕度、有機質含量、耕作制度及作物種類等因素共同影響（劉久俊等，2008）。西南樺人工林各土層中可培養細菌和放線菌數量均極顯著高于馬尾松人工林相應土層的細菌和放線菌，但兩種人工林土壤中可培養真菌數量差異不顯著。這一現象可能與兩種人工林土壤中有機質、全氮、全磷和全鉀等養分含量的差異性有關。而有關兩種人工林土壤中可培養真菌數量近似的原因，除了與土壤養分含量差異有關外，其具體原因還有待進一步的探究。

表1 西南樺和馬尾松人工林土壤微生物數量Table 1 Number of Soil Microorganisms in Betula alnoides and Pinus massoniana Plantations

2.2 西南樺和馬尾松人工林土壤酶活性特征

β-葡萄糖苷酶是表征土壤碳素循環速度的重要指標之一。由圖1（a）可知，西南樺和馬尾松人工林土壤中β-葡萄糖苷酶活性均隨著土層深度的增加而減弱；在西南樺人工林表層土壤的β-葡萄糖苷酶活性高于馬尾松林的，而其它土層中該酶活性在不同林分間無顯著差異。此結果表明，不同造林樹種對土壤（尤其是表層土壤）的碳素循環速度具有顯著影響。其原因之一可能是西南樺是落葉樹種，而馬尾松是常綠樹種，落葉腐爛提高了西南樺人工林表層土壤中的有機質含量。同時，西南樺人工林土壤中微生物數量顯著高于馬尾松人工林這一事實可能也是導致其表層土壤β-葡糖苷酶活性顯著高于馬尾松林的原因之一。

土壤磷酸酶是一類催化土壤有機磷化合物礦化的酶，其活性高低直接影響著土壤的有機磷分解轉化及其生物有效性。土壤磷酸酶包括酸性磷酸酶、中性磷酸酶和堿性磷酸酶（和文祥等，2003）。本試驗供試土壤pH均在6以下，所以僅測定其中的酸性磷酸酶。由圖1（b）可知，西南樺和馬尾松人工林土壤中的酸性磷酸酶活性均隨著土層深度的增加而減弱；馬尾松人工林表層土壤（0～5 cm）和中層土壤（5～35 cm）的磷酸酶活性顯著高于西南樺的，而下層土壤（＞35 cm）兩者剛好相反。

蛋白酶參與土壤中蛋白質以及其它含氮有機化合物的轉化，其水解產物是高等植物吸收的氮源之一（關松蔭，1986），其活性受植物根系分泌物、微生物種類和群落結構以及土壤特性等因素的影響（楊萬勤和王開運，2002）。由圖1（c）可知，西南樺和馬尾松人工林土壤中的蛋白酶活性均隨著土層深度的增加而減弱，并且除中層土壤兩者蛋白酶活性差異較明顯之外，其余各土層中兩者該酶活性差異不明顯。此結果表明，這兩種造林樹種對土壤中涉及氮素循環的生物活動影響效果相近。

2.3 西南樺和馬尾松人工林土壤微生物生物量特征

土壤微生物生物量作為植物礦質養分的源和匯，是穩定態養分轉變為有效態養分的催化劑（Carter和Rennie，1984）。微生物量越大，土壤保肥作用越強，土壤養分越趨于積累。由圖2可知，西南樺和馬尾松人工林土壤微生物生物量碳和氮均隨著土層深度的增加而遞減。但微生物量碳或氮在兩種人工林的表層土壤（0～5 cm）中均無明顯差異，而在中層土壤（5～35 cm）中，西南樺人工林土壤微生物生物量碳和氮均明顯高于馬尾松人工林土壤，至下層（35 cm以下）時，兩種林地土壤的微生物生物量碳、氮呈現出與表層土壤相一致的變化趨勢。

何友軍等（2006）對杉木人工林土壤微生物生物量碳氮特征的研究表明，土壤微生物生物量碳與土壤全氮、全鉀和速效鉀呈極顯著的正相關關系；土壤微生物生物量氮也與土壤養分具有極顯著的正相關關系。本試驗的結果同樣顯示，兩種人工林地土壤中，土壤微生物生物量碳和氮的空間變化趨勢與土壤養分的空間分布特征基本一致。其中，各土層土壤的有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀含量等土壤養分雖然都隨著土層深度的增加呈現遞減的趨勢，但在中層和下層中的分布極不規律。總體而言，作為表征土壤肥力的微生物生物量碳、氮指標在兩種林型的表層土壤之間并無明顯的差異，但對表層以下土壤的肥力的保持能力而言，西南樺樹種優于相應的馬尾松樹種。

圖1 西南樺和馬尾松人工林土壤酶活性變化Fig.1 Spatial variations in Soil Enzyme Activities at Betula alnoides and Pinus massoniana Plantations

圖2 西南樺和馬尾松人工林土壤微生物量特征Fig.2 Spatial Variations in Soil Biomass at Betula alnoides and Pinus massoniana Plantations

2.4 西南樺和馬尾松人工林土壤細菌群落結構特征

2.4.1 基因組DNA提取和PCR擴增

分別于西南樺和馬尾松人工林土樣中提取微生物總DNA，取4 μL DNA樣用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測。從圖3可知，試驗提取的總DNA亮度較好，無明顯拖帶現象，大小均約為23 kb左右。另外，在核酸蛋白測定儀上測定OD260和OD280值，OD260/OD280值介于1.8和2.0之間，說明所得到的總DNA質量符合實驗要求（徐曉宇等，2005）。

以提取的土壤微生物總DNA為模板，F338-GC和R518為擴增引物，對16SrDNAV3可變區進行PCR擴增。如圖4所示，16SrDNA擴增后的DNA片段長度是250 bp左右，特異性好、無雜帶，與理論值相符。說明該PCR程序適用于16SrDNA的擴增，并且能夠得到較好的產物。

2.4.2 土壤細菌群落DGGE圖譜分析

圖3 西南樺與馬尾松人工林土壤總DNA的瓊脂糖電泳圖譜Fig.3 Agarose Gel Electrophoresis of Total DNA Extracted from Betula alnoides and Pinus massonian Plantation Soils

應用DGGE技術分離16SrDNAV3片段PCR產物，可分離到數目不等、位置各異的電泳條帶（圖5）。利用DGGE能分離長度相同而序列不同DNA的原理來反映土壤中的微生物種類和數量（kresk和Wellington，1999）。每一個條帶大致與群落中的一個優勢菌群或操作分類單元（Operational taxonomic unit，OUT）相對應，條帶數越多，說明生物多樣性越豐富；條帶染色后的熒光強度越亮，表示該種屬的數目越多。采用凝膠成像分析系統對DGGE圖譜進行分析，結果表明：兩種人工林各土層土壤細菌DGGE圖譜的條帶數量均表現為西南樺人工林多于馬尾松人工林。西南樺人工林由上而下各土層細菌DGGE圖譜的條帶數量分別為16、11、11，馬尾松的則為10、8、10。這一結果表明西南樺對林地土壤細菌豐度的影響優于馬尾松，原因可能與西南樺屬落葉深根樹種有關。深根和落葉腐爛均能增加西南樺人工林土壤中有機質、全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀等土壤養分含量，并使表層土壤微生物數量增加（表1）、酶活性及微生物生物量碳、氮提高（圖1、2），從而提高了西南樺人工林土壤的細菌豐度。

圖4 西南樺與馬尾松人工林土壤細菌16SrDNA基因V3區擴增片段圖譜Fig.4 PCR Amplified Fragment 16SrDNA (V3) Gene of Betula alnoides and Pinus massonian Plantation Soils

2.4.3 土壤細菌多樣性分析

本文根據細菌16SrDNA的PCR-DGGE圖譜中條帶的位置和亮度的數值化結果計算了細菌群落結構指標Shannon-Wiener指數，Shannon指數值越大，表明細菌群落多樣性越高（薛冬等，2007）。

兩種人工林地土壤細菌Shannon指數和均勻度指數如表2所示。結果表明：西南樺人工林各土層層土壤細菌多樣性指數均大于馬尾松人工林（2.264）。西南樺人工林由上而下各土層土壤細菌多樣性指數分別為2.727、2.358、2.373，馬尾松的則為2.264、2.025、2.259。此結果說明西南樺樹種比馬尾松更有利于提高南方紅壤區林地土壤細菌的多樣性。

均勻度是表征物種在環境中的分布狀況的指標，各物種個體數目越接近，均勻度數值越高（吳展才等，2005）。由表2可知，西南樺和馬尾松人工林土壤中細菌均勻度指數無明顯差異，表明兩樹種雖然導致土壤細菌多樣性形成較大差異，但對細菌均勻度指數并無明顯影響。

2.4.4 土壤細菌群落結構相似性分析

如表3所示為西南樺和馬尾松人工林土壤細菌多樣性的相似性分析。結果表明，西南樺與馬尾松人工林表層土壤細菌多樣性的相似性系數僅為41.8%，中層土和下層土則分別為63.3%和54.5%。一般認為，相似性系數高于60%的兩個群體具有較好的相似性（陳法霖等，2011）。本研究結果說明雖然西南樺和馬尾松人工林所處位置相鄰，位于同一紅壤區內，溫度、降雨等外界環境條件相似，但造林樹種的差異仍可導致土壤細菌多樣性發生明顯變化。

圖5 西南樺與馬尾松人工林土壤細菌的DGGE圖譜(a)和DGGE條帶強度示意圖（b）Fig.5 DGGE Profile of Betula alnoides and Pinus massonian Plantation Soils and Sketch Map of Bands Distribution and Its Relative Luminance (b)

表2 西南樺和馬尾松人工林土壤細菌種群多樣性和均勻度指數Table 2 Shannon-Wiener(H) and Evenness( EH) of Each Soil Samples Estimated by the DGGE Bands Patterns of Betula alnoides and Pinus massonian Plantation Soils

表3 西南樺和馬尾松人工林土壤細菌相似性系數Table 3 Similarity Coefficient of Soil Bacterial Communities in Betula alnoides and Pinus massonian Plantation Soils

3 討論

3.1 不同造林樹種的林分土壤理化性質

廣西人工林面積約占全國的1/9，是我國人工林面積最大的省區。“十二五”期間，廣西已成為我國最大的商品材生產基地，年森林采伐限額超過全國的1/3，居全國之首，為滿足國家木材需求做出了巨大的貢獻。其中，馬尾松是我國特有的鄉土樹種，也是目前我國南方的主要造林樹種。然而，由于長期大面積經營針葉純林，南方已出現了林地生產力降低、生物多樣性下降、病蟲害增多等生態問題（何友均等，2013）。導致該現象發生的原因可能是由于不同類型人工林的枯枝落葉中化學成分各異，從而使其林下土壤化學性質各異，導致不同樹種人工林土壤肥力形成差異。國內外學者針對不同森林類型土壤養分狀況展開了調查研究，發現闊葉林和針闊混交林林地土壤的生產力大于針葉林（Fahlvik等，2005；Kelty，2006）。本研究針對西南樺闊葉人工林和馬尾松針葉人工林的土壤理化性質分析發現，除全磷和速效磷外，兩種林地表層土壤的理化性質指標均表現為西南樺人工林高于馬尾松人工林。

3.2 不同造林樹種的林分土壤微生物

土壤微生物數量的分布受林型、植被、林分組成和土壤有機質含量等生態因素影響，尤其受林型的影響最為嚴重（胡承彪等，1990）。本文的分析結果表明，馬尾松人工林各土層土壤中可培養細菌數量均顯著低于相應的西南樺人工林土壤。導致該現象的原因一方面可能是針葉中含有大量諸如單寧、樹脂、纖維素和木質素等細菌難以分解利用的成分，細菌得不到充足的養分，無法進行大量繁殖；而闊葉林的落葉殘體中含有較高的氮素和水分，容易被細菌分解利用，充足的養分條件使得細菌大量繁殖；另一方面，作為土壤有機質分解的主要參與者之一，真菌擁有較復雜的酶系統，能分解纖維素、半纖維素和木質素等很多難分解物質，但真菌數量少，分解緩慢；放線菌同樣參與土壤中難分解物質的分解過程，也在土壤物質轉化過程中扮演著重要角色。本研究針對兩種林地土壤可培養真菌和放線菌數量的分析結果表明，可培養真菌數量在西南樺和馬尾松人工林地土壤之間雖無明顯差異，但其數量級分別比放線菌和細菌數量少了1個和2個；而可培養放線菌數量則表現為西南樺人工林土壤明顯高于馬尾松人工林。由此說明，西南樺人工林土壤物質轉化的能力優于馬尾松人工林。

土壤酶主要來源于土壤微生物。土壤中有機質的分解轉化，依賴于微生物所產生的酶具備的催化活性來推動。由圖1可知，西南樺人工林表層土壤中β-葡萄糖苷酶活性顯著高于馬尾松人工林土壤，說明西南樺人工林土壤中涉及碳素循環的生物活動作用強度高于馬尾松人工林。蛋白酶活性雖然也表現為西南樺人工林表層土壤高于對應的馬尾松人工林，但兩者間未形成明顯差異，說明兩種人工林型土壤之間涉及氮素循環的生物活動作用強度相近。然而，磷酸酶活性卻呈現與β-葡糖苷酶和蛋白酶活性相反的狀態，該結果表明酶活性指標不適宜作為評價造林樹種對林地土壤肥力或生態質量的影響指標。

土壤微生物生物量是衡量土壤質量、維持土壤肥力和作物生產力的一個重要指標（Powlson等，1987）。雖然土壤微生物生物量碳、氮指標在西南樺和馬尾松人工林的表層土壤和下層土壤中均無明顯差異，但中層（5～35 cm）土壤中兩個指標均表現為西南樺人工林高于相應的馬尾松人工林。究其原因，可能是西南樺為深根性樹種，且屬落葉喬木，長期落葉腐爛后直接增加了表層土壤的有機質和部分礦質元素的含量，從而間接地提高了土壤微生物的數量、酶活性以及微生物生物量等表征土壤肥力的生物學指標。部分針對西南樺的研究報道亦表明，西南樺人工林具有維持生物多樣性、涵養水源、保持地力以及固定碳素等優良生態特性（孟夢和陳宏偉，2002；蔣云東和周鳳林，1999；李江等，2003）。

此外，土壤微生物指標已被公認為是土壤生態系統變化的預警及敏感指標（任天志和Grego，2000）。土壤細菌占土壤微生物總數的70%～90%，是土壤中最活躍的生物（曹志平，2007）。研究不同造林樹種對林地土壤細菌多樣性的影響，不僅能評價造林樹種對林地土壤肥力的影響，同時也能評價不同樹種對人工林土壤生態系統的影響。本文研究結果表明，西南樺人工林土壤細菌豐度和多樣性指數（Shannon-Wiener index）均高于相應的馬尾松人工林。

綜上所述，西南樺不僅在提升林地土壤肥力和生物學性狀方面優于馬尾松，而且對維持林地土壤細菌多樣性方面亦優于馬尾松。

4 結論

目前，雖然西南樺和馬尾松林都是我國南方用于防止水土流失，改良生態環境的造林先鋒樹種，但西南樺在改良林地土壤養分，尤其是提高表層土壤肥力方面優于馬尾松。

（1）西南樺和馬尾松人工林土壤中可培養微生物數量均表現為：細菌＞放線菌＞真菌。除真菌外，西南樺人工林土壤中可培養細菌和放線菌數量均明顯高于相應的馬尾松人工林，而可培養真菌數量在這兩種人工林土壤中無明顯差異。

（2）西南樺和馬尾松人工林土壤中β-葡萄糖苷酶、磷酸酶和蛋白酶活性變化均隨著土層深度的增加而減弱，但不同的造林樹種對β-葡萄糖苷酶、磷酸酶和蛋白酶活性的影響無明顯規律，此結果說明酶活性指標不適宜作為評價不同造林樹種對土壤肥力和生態質量影響的指標。

（3）西南樺和馬尾松人工林土壤微生物生物量碳、氮指標雖然都隨著土層深度的增加而遞減，但西南樺對提高整個土層的微生物生物量碳、氮指標優于馬尾松。

（4）西南樺人工林土壤細菌豐度和多樣性指數（Shannon-Wiener index）亦高于相應的馬尾松人工林土層，此結果表明西南樺是一種比馬尾松更有利于提升紅壤區土壤肥力和維持林地土壤生態質量的造林樹種。

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Comparison on soil microbial activities and bacterial diversity between Betula alnoides and Pinus massoniana plantations in red soil region, China

YANG Shangdong1,2, WU Jun1, XIONG Liumei2, LIU Yongxian2, ZHOU Liuqiang2, XIE Rulin2, TAN Hongwei2, HUANG Guoqin3, ZHAN Qiguo4

1. Agricultural College/State Key Laboratory for Consevation and Utilization Subtropical Agro-bioresource, Guangxi University, Nanning 530004, China;
2. Guangxi Crop Genetic Improvement and Biotechnology Lab/Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement/ Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China;
3. Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China;
4. Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China

In recent years, Betula alnoides and Pinus massoniana has been planted on large scale in red soil region of Guangxi Province. To clarify their influences on soil fertility and ecological quality in plantations, a comparative study was conducted to analyze the spatial variability of soil fertility and biological properties using the methods of dilution-plates and chloroform fumigation extraction. Meanwhile, the soil bacterial diversity in plantations was also analyzed by the method of polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE). The results showed that the numbers of culturable bacteria and antinomycetes in the Betula alnoides plantation were significantly higher than those in the Pinus massoniana plantation, excepting the fungi number without any significant difference. However, there are no significant difference of β–Glucosidase, phosphatase and protease activities in soils between Betula alnoides and Pinus massoniana. It indicated that the activities of these three enzymes were not suitable as bio-indictors for evaluating the soil fertility and ecological qualities in this case. In contrast, biomass C and N-was significantly increased in whole soil layers of Betula alnoides plantation than those of Pinus massoniana plantation. In addition, the bacterial diversity index（Shannon-Wiener index）in Betula alnoides plantation soils layers were all higher than those in Pinus massoniana plantation. Therefore, it has been concluded that the tree species of Betula alnoides is better than Pinus massoniana in improving the soil fertility and maintaining soil ecological quality of forestland in degraded red soil region.

red soil; Betula alnoides; Pinus massoniana; soil fertility; ecological quality

S718.5

A

1674-5906（2014）03-0415-08

楊尚東，吳俊，譚宏偉，劉永賢，熊柳梅，周柳強，謝如林，黃國勤，趙其國. 南方紅壤區西南樺和馬尾松人工林土壤微生物活性及細菌多樣性比較[J]. 生態環境學報, 2014, 23(3): 415-422.

YANG Shangdong, WU Jun, TAN Hongwei, LIU Yongxian, XIONG Liumei, ZHOU Liuqiang, XIE Rulin, HUANG Guoqin, ZHAO Qiguo. Comparison on soil microbial activities and bacterial diversity between Betula alnoides and Pinus massoniana plantations in red soil region, China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(3): 415-422.

國家自然科學基金重點項目（U1033004）；自治區重大項目（桂科大1347001）；IPNI項目；廣西農業科學院科技發展基金重點項目（2007001Z）；（桂財〔2011〕314號），國家農業部專項（201003014）

楊尚東（1970年生），男，副教授，博士，主要從事土壤生態學和園藝植物營養與調控方向的研究。

*通訊作者：譚宏偉。E-mail: hongwei_tan@163.com

2013-10-25