淺談杉木人工林土壤微生物群落結構特征

袁愛蘭

（福建省龍巖市武平縣萬安林業工作站，福建 武平364300）

1 引言

杉木人工林是我國南方地區林區的重要森林類型之一，其中杉木作為南方地區亞熱帶氣候下特有的優良樹種，對于緩解我國木材需求增長的壓力和保護生態環境等方面均有著重要意義。而土壤微生物則是有機物分解過程中的重要承擔者，整個微生物群落所表現出的一系列結構特征以及相關的活性組成都對整個人工林生態圈的物質循環以及養分供應有著直接影響。同時，群落特征的變化也反映著整個人工林生態環境下土壤肥力、土壤質量、溫度、濕度等一系列因素。在這樣的背景下，研究杉木人工林土壤環境與土壤微生物群落結構特征的因果關系，無論是對進一步促進杉木人工林生態環境循環，還是降低不恰當操作導致的土壤負面生態效應均有著積極意義。

2 杉木人工林與土壤微生物群落結構特征的相關理論分析

2.1 土壤微生物群落的作用分析

在生物學的研究中，土壤微生物群落往往作為一個極其特別的生物學總體來看待。宏觀上而言，土壤微生物群落指的是由同種生物中的不同個體在一定環境下（如土壤）組成的具有相互作用的群體。一般情況下，陸地生態系統中的生物化學過程均需要土壤中的生物參與，例如礦化同化過程、氧化還原過程、有機碳代謝過程等等。因此，土壤微生物群落在生態系統的研究過程中也被稱為修復土壤生態環境和降解污染物質的先鋒者。此外，土壤微生物還推動者生態系統中的土壤物質轉化過程和能量流動過程，例如雖然土壤微生物的含碳量僅僅只占有生態環境中土壤總有機碳的2%，但這部分的有機含碳量卻在有機質和無機物的降解轉化、植物營養及土壤肥力的保持等方面起到重要作用。因此，研究杉木人工林中壤微生物群落結構特征具有深層次的現實意義。

2.2 杉木人工林面臨的問題分析

杉木在我國南方亞熱帶地區已有了近千年的栽培歷史，相關的栽培制度也隨著建國以來我國經濟的發展不斷趨于完善。根據我國森林資源統計局在2013年公布的數據，我國的杉木林面積已超過18000hm2，蓄積量更是達到了0.47億 m2，超出了我國人工林蓄積量50%。但現階段，我國杉木人工林的建設還存在著一些生態問題，主要表現在以下幾個方面。其一是我國杉木人工林大多由天然闊葉林砍伐后形成，故與天然闊葉林相比在樹種、群落結構、生態多樣性方面還不夠完善，自身缺乏有效的生態抵抗性。其二是杉木人工林作為人工栽植的群落，較易受到人類活動的干擾，導致林地土壤在物理性質、化學性質、生物性質等多個方面容易發生突變，從而給生態環境帶來難以預知的影響。其三是我國近幾年來對土壤微生物群落結構特征的相關研究尚處于起步階段，對于人工林集約經營是否引起土壤衰退、林地的物質代謝和肥力的發展存在何種聯系等重要課題還缺乏完善的研究體系，造成實踐工作缺乏行之有效的指導體系。

3 杉木人工林土壤微生物群落結構特征的研究方法

本文選用最常用的平板涂布培養法作為杉木人工林土壤微生物群落結構特征的研究方法，具體步驟如下。

3.1 樣品采集

在杉木人工林地的山脊、山坡、山洼3處設定采樣點，采樣時每個樣品取3份1kg左右共3kg，然后用保鮮袋和透明膠帶做好密封與保存工作，在當天帶回實驗室進行研究。

3.2 土壤溶液的配制

將10g待測土壤與90mL經無菌處理的蒸餾水放入250mL三角瓶中，經恒溫振蕩儀中振蕩1h后取出并靜置，從而配成最大濃度的稀釋液，然后取上層清液與9mL經無菌處理的蒸餾水分別放入不同的試管中，混合均勻后制成濃度按梯次降低的稀釋液。

3.3 培養基制備

細菌、真菌和放線菌的培養基分別選用牛肉膏蛋白脈瓊脂培養基、PDA培養基和高氏1號培養基，具體材料參考常用的材料制備表，完成基本的材料配備工作后，將初步完成的培養基放入37攝氏度溫箱中培養一天，確保滅菌工作的徹底進行。

3.4 微生物接種與計數

將按梯度配置的土壤溶液用移液器打入滅菌過的培養皿中，按照溶液提出分別倒入培養基中，待到培養基初步凝固后放入不同溫度的生化培養箱中進行培養，24h后進行細菌的計數工作，48h后進行真菌的計數工作，6d后進行放線菌的計數工作。

4 杉木人工林土壤微生物群落結構特征分析

土壤微生物是土壤的重要組成部分，因此土壤中微生物的種類、數量的分布特征可視為是對土壤肥力和物質循環過程的最直接反映。在杉木人工林生態系統中，占據主要地位的微生物為細菌、真菌、放線菌三大類，其對于有機物的分解，硫、氮化合物的轉化起到了最主要的作用。

4.1 土壤微生物群落的數量分布

表1為利用顯微鏡對平板涂布培養法所得的微生物進行數量統計的相關數據，不難發現，無論是哪種土壤層次和立地類型，細菌數量皆在所有的微生物中占據了主要地位，其平均數值分別為山脊的91.69%、山坡的92.83%和山洼的92.71%，在其余兩類微生物中，放線菌數量略高于真菌數量。因此，在杉木人工林地土壤微生物中，細菌是有機物質分解轉化過程中的最主要的參與者。而即使是在相同土層的不同立地類型中，微生物的數量分布特征也不盡相同。

表1 杉木人工林地土壤微生物數量的分布特征 萬個/g干土

由表1不難得出，山坡的微生物的數量總數大于山脊的微生物的數量，約為山脊的微生物的數量的1.18倍，但低于山洼處的微生物的數量，僅為山洼處微生物的數量的87%。其原因在于山脊處的地形較為陡峭，容易在雨雪天氣因雨水大量沖刷造成養分流失，形成較薄的土壤層次也不利于杉木人工林中凋落物的聚集，造成后期微生物群落參與分解活動時，腐生微生物數量嚴重下降。而山洼處則由于地形呈現出盆地狀，在整個杉木林面臨相同環境時，山洼處也不易水土流失，這就造成山洼地區的土壤層次較厚、水分含量較多，所帶來的較多的林中凋落物的聚集進一步使得土壤中微生物的活動頻繁。這也恰恰與杉木人工林中山洼林木生產力遠高于山坡和山脊地區的林木生產力的現狀相吻合，驗證了結果的有效性和正確性。

4.2 土壤微生物群落的垂直分布

根據表1中的既得數據，對同種類型的不同土層深度同一種類的微生物數量取加權平均值，建立起相關的線性回歸方程如表2所示，計算得出，0～20m土層中微生物總數為52.143萬個/g干土、20～40m土層中微生物總數為34.734萬個/g干土、但40～60m土層中的微生物總數僅為16.916萬個/g干土，且三種微生物的數量分布均符合這種隨土層深度數量逐漸降低的垂直分布特征，其中放線菌和真菌更是因為總數量稀少而表現的更為明顯。而根據所建立的回歸方程，不同微生物的數量和土壤的垂直深度的相關系數均為負，并呈現出顯著負相關的態勢，其中真菌數量與土壤垂直深度的相關系數最大，為－0.688，細菌和放線菌與土壤垂直深度的相關系數則較低，分別為－0.426和－0.413，不難得出，土壤微生物群落的垂直分布與土壤深度有著密切的聯系。這其中的原因體現在三個方面。第一，有機物質會因時間推移逐漸在土壤表層所積累，這這種有機物質作為微生物能量和營養的最主要來源，對微生物的分布起到了至關重要的主導作用。第二，土壤的含水量會隨著土壤深度的增加而迅速降低，現階段生物研究的微生物大多需要在充足水分的情況下生存，因此，表層土壤富裕的含水量吸引著更多微生物的聚集。第三，好氣性土壤微生物占據了人工林中土壤微生物群落的60%以上，相較于透氣狀況較差的深層次土壤，這類好氣性土壤微生物更多地在具有豐富密集的植物根系以及優秀通氣情況的表層土壤進行繁殖。

表2 杉木人工林地土壤微生物的垂直分布線性回歸

4.3 土壤微生物群落的季節性變化

根據所采集的培養皿的微生物群落數量，得出的其季節性變化特征為春秋高、夏冬低，這與部分學者采用其它人工林進行所得出的春季高、夏秋回歸、冬季最低的季節性變化特征存在一定的出入。本文認為這可能與杉木人工林中土壤微生物群落中細菌數量超出90%有關，根據大數定律，在龐大細菌數量的影響下，整個微生物群落的季節性變化特征無限趨向于細菌數量的季節性變化特征，相關的不同季節土壤含水量的不同、不同季節溫度的不同成為了土壤微生物群落的次要制約因素。

5 結語

隨著我國科學技術的不斷發展，有關人工林中土壤微生物群落結構特征的相關研究也會越來越趨于完善。本研究采用顯微鏡技術和線性相關系數建立等研究方法對杉木人工林中的微生物群落結構特征進行了簡要分析，希望能對相關的研究人員帶來一定的幫助。

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