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象，采用稀釋平板法、BIOLOG微平板法及土壤理化性質常規測定方法對3種林型內土壤微生物特性進行了研究。[結果]土壤微生物數量以胡桃楸林最多，且顯著高于其他2種林型；微生物多樣性指數則以混交林顯著較高；微生物數量與多樣性指數彼此間呈現出極顯著的正相關性，并與土壤有機質、水解氮、速效鉀也呈顯著的正相關，而與其他土壤理化性質的相關性卻并不明顯。[結論]營建混交林不僅具有相對較高的物種多樣性，而且較為穩定，因此混交林營造具有一定的現實意義和發展前景。

關鍵詞 BIOLOG；土壤微生物；微生物數量；多樣性指數；土壤理化性質

中圖分類號 S718.8 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）19-138-03

人工林在防風固沙、涵養水源、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，長期造林必然會導致林內土壤環境惡化、生態系統失衡、病蟲發生嚴重等問題的出現[1-2]。因此，對人工林進行環境修復與合理保護已經成為現階段的工作重點。土壤微生物是維持森林土壤質量的關鍵因子，也是反映林內土壤環境與生態環境的敏感性指標[3-4]。其不僅種類繁多，而且龐大的類群是植被凋落物和動物殘體的主要分解者，在自然界物質循環、土壤有機物和無機物轉化、保持物種多樣性及穩定性等過程中起著重要作用。目前關于人工純林土壤微生物的研究已經在多樣性、生態系統穩定性、生物特性等方面取得了一定的成就，但關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關系的報道還比較少[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象，通過對其特性進行微生物數量、多樣性、與土壤理化性質關系等的分析，旨在為保護不同樹種的純林與混交林生態系統穩定性、物種多樣性以及評價林地土壤肥力，人工林栽植管理提供理論依據。

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大學實驗林場內（45°43′46″ N，126°37′45″ E），氣候類型為溫帶季風氣候，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。該試驗共設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月份采用五點法在3種林型中取土，取土深度為：表層、0～10 cm、10～20 cm。每個土樣采集500 g，過2 mm篩后裝入聚乙烯塑料袋內，置于4 ℃冰箱保存，用于土壤理化性質的測定及土壤微生物特性的測定。

1.3 土壤理化性質測定 采用常規方法進行土壤理化性質測定。含水量使用便攜式土壤水分測定儀測定； pH采用電位法測定；有機質采用重鉻酸鉀外加熱法測定；水解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用氟化銨-鹽酸法測定；土壤速效鉀采用醋酸銨-火焰光度法測定[8]。

1.4 土壤微生物類群數量測定 土壤微生物類群的數量分析采用稀釋平板法，細菌、放線菌、真菌分別采用牛肉膏蛋白胨培養基、高氏Ⅰ號培養基、馬丁氏培養基培養。稱取土壤樣品5 g，放入盛有45 ml無菌水的三角瓶中，得到10-2倍土壤稀釋液，再用無菌吸管從10-2倍土壤稀釋液中吸取1 ml放入裝有9 ml無菌水的試管中，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。根據公式計算數量：

CFU=同一稀釋度菌落平均數×稀釋度×5

1.5 土壤微生物多樣性測定 采用BIOLOG ECO平板法進行微生物多樣性測定，稱取相當于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，重復稀釋至10-3倍后，吸取150 μl溶液接種至BIOLOG板中，在25 ℃培養箱中培養10 d，每24 h在595 nm處用VAMAX自動讀盤機讀數。按公式計算微生物多樣性SW指數、SP指數和McIntosh指數[8-10]。

物種豐富度SW指數H=-∑Pi（lnPi）

物種優勢度SP指數D=∑Ni=1[ni（ni-1）/N（N-1）]

物種均勻度McIntosh指數U=∑（n2i）

式中：Pi為第i孔的相對吸光值與所有反應孔相對吸光值總和的比值；ni為第i孔的相對吸光值；N為全部孔內相對吸光值之和。

1.6 數據處理 原始數據使用Excel 2003軟件進行處理；統計分析采用SPSS14.0軟件處理。

2 結果與分析

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

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

數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。綜合比較后發現，混交林內土壤微生物多樣性指數高于人工純林。

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

3 結論與討論

土壤微生物可以在一定程度上反映土壤肥力，是土壤質量評價的一個重要的生物學指標[11-12]。通過對土壤微生物中的細菌、真菌和放線菌三大類群生物特性和理化性質的研究，探尋土壤微生物對林地生態系統穩定與平衡的作用，為改善林地土壤環境提供理論依據[12-14]。3種林型中土壤微生物數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致的。從多樣性指數的研究結果來看混交林有更高的顯著效果，因此可在今后的營林工作中多種植混交林來增加林分物種多樣性[14-16]。Emile Benizri等[13]通過研究發現：微生物功能多樣性與林內物種多樣性存在著明顯的相關關系，并且生物多樣性在維持林內生態系統平衡過程中扮演著重要的角色。改善土壤環境可以使林分中的生態系統更加穩定[17-20]。

綜上所述，可以初步確定，與人工林相比，營建混交林在具有相對較高的物種多樣性的同時也較為穩定，因此混交林的營造具有一定的現實意義和發展前景。在營林過程中人工林也占有相當大的資源比例，為土壤微生物學研究提供了理論依據和技術支持。然而由于人工林品種過于單一，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林措施。今后將對土壤微生物量和土壤性質進行進一步研究。

安徽農業科學 2015年

參考文獻

[1] 周麗霞，丁明懋.土壤微生物學特性對土壤健康的指示作用[J].生物多樣性，2007，15（2）：162-171.

[2] 華建峰，林先貴，蔣倩，等.砷礦區農田土壤微生物群落碳源代謝多樣性[J].應用生態學報，2013，24（2）：473-479.

[3] RODR1GUEZ-LOINAZ G，ONAINDIA M，AMEZAGA I，et al.Relationship between vegetation diversity and soil functional diversity in native mixed-oak forests[J].Soil Biology & Biochemistry， 2008，40：49-60.

[4] 范瑞英，楊小燕，王恩姮，等.黑土區不同林齡落葉松人工林土壤微生物群落功能多樣性的對比研究[J].北京林業大學學報，2013，35（2）：63-68.

[5] 郭新春，曹裕松，劉苑秋，等.3種人工林土壤微生物群落結構與可溶性有機氮的相關性[J].江西農業大學學報 2013，35（1）：131-137.

[6] 夏志超，孔垂華，王朋，等.杉木人工林土壤微生物群落結構特征[J].應用生態學報，2012，23（8）：2135-2140.

[7] 鄭詩樟，肖青亮，吳蔚東，等.丘陵紅壤不同人工林型土壤微生物類群、酶活性與土壤理化性狀關系的研究[J].中國生態農業學報，2008，16（1）：57-61.

[8] 邸雪穎，耿瑩瑩，孫龍，等.興安落葉松林土壤微生物生物量季節動態及影響因素[J].東北林業大學學報，2012，40（5）：1-4.

[9] 陳立新.土壤實驗實習教程[M].哈爾濱：東北林業大學出版社，2005.

[10] 侯曉杰，汪景寬，李世朋.不同施肥處理與地膜覆蓋對土壤微生物群落功能多樣性的影響[J].生態學報，2007，2（2）：655-661.

[11] 林先貴.土壤微生物研究原理與方法[M].北京： 高等教育出版社，2010： 170-172.

[12] HARRIS J A，BIRCH P.Soil microbial activity in opencast coal mine restorations[J].Soil Use and Management，1989，5（4）：155-160.

[13] BENIZRI E，AMIAUD B.Relationship between plants and soil microbial communities in fertilized grasslands[J].Soil Biology & Biochemistry， 2005，37：2055-2064.

[14] 王樹力，孫悅，沈海燕，等.不同密度雜種落葉松人工林的土壤微生物變化特征[J].中國水土保持科學，2009，7（3）：59-66.

[15] 趙萌，方晰，田大倫.第2代杉木人工林地土壤微生物數量與土壤因子的關系[J].林業科學，2007，43（6）：7-12.

[16] 李永進，湯玉喜，吳敏，等.洞庭湖灘地楊樹人工林土壤微生物的研究[J].中南林業科技大學學報，2010，30（2）：79-82.

[17] 梁理勇.雷州林業局桉樹人工林地土壤微生物的分布規律[J].中南林業科技大學學報，2004，24（4）：59-61.

[18] 丁新華，黃金萍，顧偉，等.扎龍濕地土壤養分與土壤微生物特性[J].東北林業大學學報，2011，39（4）：75-77.

[19] 邵元元， 鄒莉，王志英，等.落葉松人工林土壤養分與微生物群落的變化動態[J].東北林業大學學報，2011，39（1）：82-84.

[20] 魏天鳳，任艷林，曾輝，等.降水改變對樟子松人工林土壤微生物量碳及微生物商動態變化的影響[J].北京大學學報：自然科學版，2008，4（4）：52-59.