不同利用方式對豫西黃土丘陵區土壤微生物生物量及群落結構特征的影響

劉晶，趙燕，張巧明，徐少君

(河南科技大學林學院，河南 洛陽 471003)

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不同利用方式對豫西黃土丘陵區土壤微生物生物量及群落結構特征的影響

劉晶，趙燕，張巧明，徐少君

(河南科技大學林學院，河南 洛陽 471003)

以豫西黃土丘陵區喬木地、灌木地、果園、棄耕地和耕地土壤為對象，應用磷脂脂肪酸(PLFA)方法，研究了不同土地利用方式對土壤微生物生物量及其群落結構特征的影響，結果表明，與耕地相比，喬木地和灌木地土壤微生物量碳(MBC)含量分別提高了225.38%和265.73%(P<0.05)，微生物量氮(MBN)含量分別提高了206.19%和245.03%(P<0.05)，MBC/TOC值顯著提高了2.89和3.00(P<0.05)，MBN/TN值顯著提高了5.05和5.57(P<0.05)；果園土壤微生物量碳、微生物量氮含量和MBN/TN值分別提高了107.80%，84.99%和1.23(P<0.05)；棄耕3年地土壤微生物量碳、氮、磷與耕地無顯著差異(P>0.05)。喬木地和灌木地土壤細菌的PLFA含量增加了17.87%和17.18%(P<0.05)，真菌增加了24.27%和28.45%(P<0.05)；果園土壤細菌PLFA含量增加了9.04%(P<0.05)；棄耕3年地土壤細菌、真菌和放線菌的PLFA含量與耕地之間均無顯著差異(P>0.05)。喬木地和灌木地土壤的Shannon多樣性指數和Pielou均勻度指數顯著提高(P<0.05)，Simpson優勢度指數顯著降低(P<0.05)。不同利用方式地土壤細菌、真菌及放線菌的PLFA及總PLFA與土壤總有機碳、微生物量碳，全氮、速效氮、微生物量氮，容重顯著正相關(P<0.05)。以上結果說明相對于耕地、棄耕地和果園土壤，喬木地和灌木地土壤微生物多樣性均提高，不同微生物物種的個體數量分布均勻，群落結構相對穩定，因此這兩種利用方式對土壤質量以及微生物群落結構多樣性的改良效果更佳。不同土地利用方式引起營養元素的投入和土壤結構的變化是造成微生物群落結構變化的主要原因之一。

微生物量；微生物群落結構；黃土丘陵區

土壤微生物是土壤養分在源和匯之間轉化的重要推動者和調控者，對土壤礦物質分解、養分循環、團粒結構的形成和理化性質的改善起著重要作用[1]，與土壤肥力和土壤健康狀況密切相關，因此被作為評價土壤質量和不同經營措施對土壤特征影響的生態學指標之一[2]。由于土壤微生物能夠靈敏地反映土壤生態環境的變化，它也被公認是土壤生態系統變化的預警及敏感指標之一[3]。土壤微生物種群結構的變化既能夠反映各土壤因素對微生物生化特性、生態分布以及功能的影響和作用，也反映出微生物對土壤肥力維持、物質循環以及能量轉化的影響和作用[4]。近年來將土壤微生物群落結構組成、土壤微生物量、土壤酶活性等作為土壤健康的生態指標來指導生態系統管理等已逐漸成為本領域研究熱點之一[5]。土壤微生物數量和群落結構雖受多種因素的影響，但在自然條件基本相同的情況下，土地利用方式是影響土壤微生物生物量及其群落結構的重要因子[6]。合理的土地利用有利于維持土壤微生物的多樣性及活性，改善土壤結構，增強土壤對外界環境變化的抵抗能力，提高土壤品質[7]。

因研究區域和方法的不同，目前研究土地利用方式對土壤微生物種群數量及多樣性影響的結論存在很大差異。太行山區林地土壤的微生物數量和微生物生物量低于灌叢地[8]；典型黃土丘陵溝壑區，坡面直接撂荒不利于提高土壤微生物菌群的生物量，而種植人工林及林草搭配的恢復模式可以顯著改善土壤微生物群落結構[9]；吳忠地區種植玉米(Zeamays)和谷子(Setariaitalica)后土壤真菌在微生物群落中所占比例較原始典型植被地分別提高了16.87%和32.51%，耕種提高了土壤微生物中真菌所占比例，加速土壤向“真菌型”轉化的速度[10]。能夠提高地表植物多樣性的土地利用方式引起土壤中真菌數量增加，細菌和放線菌的數量降低[11]；而Mal等[12]在分析棄耕地初期地上植物與土壤微生物的關系時發現，地上植物生物量、物種組成及其多樣性對土壤微生物的生態過程(氮礦化、硝化作用、呼吸作用)、微生物碳氮含量和主要微生物類群無顯著作用[13]。與傳統的平板培養法相比，磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acids, PLFAs)法可以通過特定菌群的PLFA數量變化反映出原位土壤真菌、細菌活體生物量與菌群結構，能夠提供更多的微生物類群生物量信息，分析速度快、結果穩定可靠，近年來在微生物生態學研究中得到廣泛應用[14]。

豫西黃土山地丘陵是河南省西部主要的地貌景觀類型，位于黃土高原東部延伸帶，是黃土高原的典型區域之一，總面積約35373 hm2，土地利用方式的多樣化是人類干擾下該區域最為典型的特點[15]。該區域的濟源市、新安縣、靈寶市和陜縣在2000年即被國家確定為退耕還林試點縣(市)，隨著退耕還林工程的深入推進及其他生態建設措施的實施，該區域的土地利用方式發生了巨大變化[16]。土地利用方式改變必然會影響到土壤微生物生物量、群落結構和功能等方面，但針對該區域在此方面的研究還未見報道。因此，本研究采用磷脂脂肪酸法，對不同土地利用方式地土壤微生物量及群落結構的差異進行研究，探尋其對土壤環境變化的響應機制，為促進研究區及類似區域的土地利用結構優化，制定科學的土壤管理措施提供依據。

1　材料與方法

1.1研究區概況

豫西黃土丘陵區(33°33′-35°05′ N，110°22′-113°50′ E)總面積約35373 hm2，包括新安等21個縣(市),屬暖溫帶季風型氣候，海拔115～2192 m，年降水量550～650 mm，年均氣溫14.2 ℃，≥10 ℃年積溫3600～4300 ℃，年均無霜期190～210 d，土壤類型以棕壤為主。植被屬暖溫帶落葉闊葉林，森林植被為殘存少量的遼東櫟(Quercuswutaishanica)、山楊(Populusdavidiana)等天然次生林；人工林以刺槐(Robiniapseucdoacaia)、側柏(Platycladusorientalis)等為主；灌木有荊條(Vitexnegundovar.heterophylla)、酸棗(Ziziphusjujubavar.spinosa)、杜梨(Pyrusbetulifolia)等；草本植物有蒿類(Artemisiaspp.)、狗牙根(Cynodondactylon)、白茅(Imperatacylindric)等。區內主要種植作物為小麥(Triticumaestivum)和玉米。本研究樣地位于新安縣境內，為豫西黃土丘陵區典型地貌區。

1.2土樣采集與處理

選擇喬木地、灌木地、果園、撂荒地、耕地共5種不同利用方式地(表1)，每種利用方式各選擇3塊樣地，2014年10月，在每一樣地內隨機設置3個20 m×20 m的樣區，采樣深度為0～20 cm，在每個樣區內按“S”形采集8個點混合后組成一個混合土樣，將混合土樣分成兩份，一份運回實驗室風干過 2 mm篩后用于理化性質測定；一份裝入塑料自封袋放入便攜式冰箱運回實驗室后，挑出土壤樣品中大的石礫、植物根系等雜物，過 2 mm 篩后分成兩個亞樣本，其中一個亞樣本置于4 ℃低溫儲存，用于土壤 MBC、MBN的測定、另一個亞樣本置于-20 ℃冷凍儲存，用于PLFA的測定。

表1　不同利用方式樣地概況

W：喬木地Woodland；S：灌木地Shrub land； O：果園Orchard；A：棄耕地Abandoned farmland；F：耕地Farmland.下同 The same below.

1.3實驗方法

有機碳測定采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法，全氮測定采用半微量凱氏法，pH測定采用pHS-3酸度計測定(1∶2.5土水比)[17]，微生物量碳、氮的測定采用氯仿熏蒸0.5 mol/L K2SO4提取，提取液分別采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法和半微量凱氏法，換算系數分別取0.38和0.45[18]。

PLFA測定采用修正的Bligh-Dyer方法[19]。簡言之，稱取相當于5.0 g新鮮土樣,使用單相提取劑檸檬酸緩沖溶液[氯仿∶甲醇∶檸檬酸比為1∶2∶0.8(體積比)]提取；用SPE柱(5 mL氯仿活化)分離，分別加入10 mL氯仿、丙酮，最后用10 mL甲醇淋洗純化，收集后用氮氣吹干；收集的磷脂通過溫和堿性甲酯化為磷脂脂肪酸甲酯，保存在-20 ℃暗處。上機時樣品用200 μL正己烷溶解，以19∶0甲酯作為內標物，進行GC-FID(Agilent 6850N)檢測。脂肪酸種類通過脂肪酸 Sherlock 微生物鑒定系統 (MIDIInc.，Newark，DE，USA)進行鑒定，采用Frostegard方法命名。為減小誤差，確保結果的可靠性，分析中僅包括碳鏈數低于20、含量高于0.1%且在多數樣品中都有出現的脂肪酸。

1.4數據處理與分析

微生物多樣性指數采用李新等[20]和張秋芳等[21]的計算公式。采用Excel 2007，SPSS 18.0軟件及CANOCO軟件進行數據處理和統計分析，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和最小顯著差異法(Least significant differences，LSD)比較不同數據組間的差異。

2　結果與分析

2.1不同利用方式地土壤理化性質

不同樣地土壤理化性質表現出一定差異(表2)。與耕地相比，喬木地和灌木地土壤的容重、pH值、C/N顯著降低，有機碳、全氮、速效氮和速效磷含量顯著增加(P<0.05)；果園土壤有機碳、全氮、速效氮和速效磷含量顯著增加(P<0.05)，容重、pH值和碳氮比無顯著變化(P>0.05)；棄耕地土壤各理化性質與耕地之間均無顯著差異(P>0.05)。

表2　不同利用方式地土壤理化性質

BD：容重Bulk density；TOC：總有機碳Total organic carbon；TN：全氮Total nitrogen；AN：速效氮Available nitrogen；AP：速效磷Available phosphorus.同行不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。Different letters in a same line indicate significant differences (P<0.05), the same below.

2.2不同利用方式地土壤微生物量碳、氮、磷含量

不同樣地土壤微生物量碳、氮、磷含量及差異情況見表3。灌木地土壤的微生物量碳含量最高，喬木地次之，耕地最低，灌木地、喬木地和果園土壤的微生物量碳含量分別為耕地的3.66，3.25和2.08倍，較耕地均顯著提高(P<0.05，棄耕地土壤微生物量碳含量無顯著變化(P>0.05)。各利用方式地微生物量氮含量與微生物量碳含量變化規律一致，除棄耕地土壤微生物量氮無顯著變化外(P>0.05)，灌木地、喬木地和果園土壤的微生物量氮均顯著提高(P<0.05)，分別為耕地的3.46，3.07和1.85倍。幾類利用方式地土壤微生物量磷含量差異較小，喬木地和灌木地土壤微生物量磷含量分別為耕地的1.16和1.12倍，但由于組內方差小，二者較耕地仍有顯著提高(P<0.05)。

表3　不同利用方式地土壤微生物量值

MBC：微生物量碳Microbial biomass carbon；MBN：微生物量氮Microbial biomass nitrogen；MBP：微生物量磷Microbial biomass phosphorus；MBC/MBN：微生物量碳氮比Microbial biomass carbon and nitrogen ratio；MBC/TOC：微生物量碳與總有機碳比Microbial biomass carbon and total organic carbon ratio；MBN/TN：微生物量氮與全氮比Microbial biomass nitrogen and total nitrogen ratio. 下同 The same below.

2.3不同利用方式地土壤微生物特征

2.3.1磷脂脂肪酸含量及其類型5種不同利用方式地土壤共檢測出27種磷脂脂肪酸，不同土地利用方式下土壤中各種磷脂脂肪酸差異情況見圖1。喬木地和灌木地17:1ω8c、18:1ω9c、16:1ω9c和cy17:0四種脂肪酸含量顯著高于果園、棄耕地和耕地(P<0.05)；不同利用方式地18:3ω6c、15:0、16:0 2OH和18:0四種脂肪酸單體含量均無顯著差異(P>0.05)。總體而言，不同利用方式地含量較高的磷脂脂肪酸種類基本相同，i15:0、16:1ω7c、18:1ω9c、17:1ω8c、18:1ω9t、cy17:0、16:1ω9c、10Me17:0和br19:0九種脂肪酸單體相對含量均較高，分別占喬木地、灌木地、果園、棄耕地和耕地土壤磷脂脂肪酸總含量的53.24%，50.67%，47.89%，49.33%，48.80%。

從脂肪酸的組成來看，5種利用方式地單烯脂肪酸含量最高,其中灌草地單烯脂肪酸占脂肪酸總量的38.43%，耕地最低也達到27.86%；直鏈和支鏈飽和脂肪酸含量相當，介于16.66%～21.38%之間；多烯脂肪酸、環丙烷脂肪酸和羥基脂肪酸含量較低，相對含量均不到總量的5%(圖1、2)。與耕地相比，喬木地支鏈飽和脂肪酸和羥基脂肪酸含量無顯著變化(P>0.05)，其他4類脂肪酸含量顯著提高(P<0.05)；灌木地環丙烷脂肪酸無顯著變化(P>0.05)，羥基脂肪酸含量較耕地顯著降低(P<0.05)，其他種類脂肪酸含量較耕地顯著提高(P>0.05)。

由于土壤微生物種類繁多，而其細胞脂肪酸的結構又非常復雜，現有研究對脂肪酸所指示的意義仍處于探索階段，一些學者認為,細菌細胞膜中含有飽和、不飽和、支鏈或直鏈脂肪酸,其中革蘭氏陰性細菌(G-)主要含有羥基、單烯和環丙烷脂肪酸,而革蘭氏陽性細菌(G+)主要含有支鏈脂肪酸,多烯脂肪酸是大部分真菌細胞膜的成分[19]；也有研究表明，特征峰名16:0，18:3ω6c(6，9，12)，10Me16:0分別是細菌、真菌和放線菌PLFA的主要生物標記之一[22]。綜合前人的研究結果，對本研究中檢測出的PLFA對應的微生物類群進行歸類，分別計算革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、真菌和放線菌的PLFA含量(表4)。總體來看，在不同利用方式地土壤中，細菌分布量最大，其次是真菌，放線菌分布量最小。不同利用方式地之間各微生物類群存在一定差異，與耕地相比，林地革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、真菌對應的脂肪酸含量分別提高了10.47%，26.93%和24.27%(P<0.05)，灌木地分別顯著提高了8.66%，27.59%和28.45%(P<0.05)，果園土壤革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌對應脂肪酸含量較耕地提高了4.87%和14.13%(P<0.05)，幾種利用方式地放線菌脂肪酸含量無顯著差異(P>0.05)。

2.3.2微生物群落結構組成及其相關指數土壤微生物多樣性是保持土壤生態系統穩定性和土地生產力的基礎。Shannon多樣性指數、Pielou 均勻度指數和Simpson優勢度指數常被用來表征微生物群落多樣性[21]。土壤微生物的群落結構和組成因地表植被類型或植物群落的演替階段不同而存在差異。由表5可知，與耕地相比，喬木地和灌木地土壤的Shannon多樣性指數和Pielou均勻度指數顯著提高(P<0.05)，Simpson優勢度指數顯著降低(P<0.05)；果園土壤的Shannon多樣性指數顯著提高(P<0.05)；棄耕地3個指數與耕地均無顯著差異(P>0.05)。此結果說明與果園、棄耕地和耕地相比，林地和灌木地土壤微生物多樣性豐富，個體分布更均勻，群落結構也更穩定。

圖1　不同利用方式地各磷脂脂肪酸的分布Fig.1　Distribution of different PLFA in different land use patterns　不同小寫字母表示不同利用方式地之間差異顯著(P<0.05)。Different small letters indicate significant differences in different land use (P<0.05).下同 The same below.

2.4各菌群磷脂脂肪酸與土壤養分相關性分析

土壤細菌、真菌和放線菌的 PLFA與土壤理化性質之間的相關系數見表6。細菌和真菌磷脂脂肪酸量與土壤容重、總有機碳、全氮、碳氮比、速效氮、速效磷、微生物量碳、微生物量氮和微生物量磷之間均呈顯著正相關(P<0.05)。除土壤容重外，其他各指數與放線菌脂肪酸含量亦呈顯著正相關(P<0.05)。

圖2　脂肪酸的化學組成Fig.2　The chemical composition of PLFAs

表4　不同利用方式地土壤微生物群落結構特征

表5　不同土地利用方式地土壤微生物群落多樣性

表6　土壤性質與各種微生物脂肪酸間的Pearson相關分析

*:P<0.05，**:P<0.01.

3　討論

植被恢復或退耕可使土壤有機碳含量顯著提高，一方面植被恢復或退耕導致地上地下生物量增加，返還到土壤中的植物凋落物、死根及根系分泌物增加，增加了土壤有機碳的輸入；另一方面植被恢復或退耕后對土壤的人為擾動減少，降低了有機碳流失輸出，因此土壤有機碳含量得到提高[23-24]。土壤全氮含量與有機質含量之間顯著正相關，因此隨著有機質含量的提高，全氮含量必然提高。鞏杰等[25]對類似地區的研究結果表明， 林地和灌木地土壤有機質含量最高，農地最低，撂荒可在一定程度上恢復土壤肥力，但本研究中撂荒地土壤有機碳和全氮含量并未出現顯著提高，這可能是因為撂荒對土壤肥力改善需要較長時間，而本研究中棄耕3年，時間較短，對土壤質量的改善作用尚不明顯。林地土壤表層聚集大量的凋落物，這些凋落物在微生物的作用下分解，在此過程中向表層土壤釋放各種有機酸，從而顯著降低了表層土壤的pH值；林地土壤腐殖質含量很高，腐殖酸等也能使土壤pH值有較大程度的降低。土壤中可被土壤微生物利用營養物的C/N影響到土壤微生物的生長和群落結構，是表征土壤微生物生長是否受到碳或氮限制的重要指標[26-27]。當C/N在25∶1時，最利于土壤微生物的生長，維持其正常功能；當C/N≤30∶1時，土壤微生物生長受到氮源限制；C/N≤20∶1時，碳源則成為土壤微生物生長的限制因子[28]。本研究中不同利用方式地土壤的C/N均低于20∶1，因此碳源供給數量不足可能是該區域土壤微生物生長的限制因子之一，但灌木地和林地土壤C/N顯著高于耕地和撂荒地，說明灌木地和林地土壤微生物生長環境較好。

土壤微生物量的變化可充分反映土地利用方式和生態功能的變化，常被作為土壤生態系統修復的一個重要指標[29]。土壤微生物量碳能夠從總體上反映環境因子與微生物活動間的相互效應，可以有效表征土壤總有機碳的存在狀態與積累情況。微生物量氮具有易礦化、周期短等特點，在土壤氮素循環中具有重要意義。土壤微生物MBC/MBN可反映微生物群落結構信息，其顯著變化預示著微生物群落結構變化。MBC/SOC，MBN/TN可以靈敏地指示土壤微生物生物量，也能夠表征土壤退化及恢復狀況的土壤過程，預測土壤有機質的長期變化，比養分和微生物量的變化更加穩定，表現出更平滑的變化趨勢[30]。土壤微生物量碳占總有機碳的0.27%～7.0%，微生物量氮占全氮的2.0%～6.0%[31]。在本研究中，土壤微生物量碳、氮占土壤有機碳、全氮的比值均在報道范圍內。灌木與喬木林地中微生物量碳、氮含量無顯著差異(P>0.05)，但均顯著高于果園和耕地(P<0.05)，說明灌木地和喬木林地更有利于土壤微生物量碳、氮的積累。而耕地由于長期受到耕作等人為干擾，表土侵蝕嚴重，秸稈移出農田后返還到土壤中的有機物減少，導致微生物能源缺乏，致使土壤中微生物量碳、氮含量降低。不同利用方式地土壤微生物量磷的變化差異較小，灌木地、喬木地和果園土壤微生物量磷含量與耕地之間無顯著差異(P>0.05)，但顯著高于棄耕地(P<0.05)。不同土地利用方式使土壤微生物量產生差異，隨著植被恢復,土壤微生物量提高，微生物量碳和氮占有機碳和全氮的比例也提高，這一方面表明土壤微生物量碳、氮變化比總有機碳和全氮對土地利用方式(植被覆蓋)的變化更敏感；同時也表明良好的土地利用方式(植被覆蓋)能夠促使土壤成為更活潑的生命體，新陳代謝能力加強，土壤肥力必然相應提高。

土壤中革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌的比值可以反映出細菌群落結構的變化，其比值與土壤類型及土壤中有機質含量密切相關；與革蘭氏陰性菌相比，革蘭氏陽性菌對環境脅迫的適應能力更強，高比例的革蘭氏陽性菌被認為是土壤環境從“富營養”到“寡營養”的轉變[32]。本研究中喬木地和灌木地革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌的比值顯著低于果園、棄耕地和耕地(P<0.05)，說明喬木地和灌木地土壤有機質含量較高、土壤環境改善，更有利于“富養型”細菌的積累。研究表明，不同類型土壤真菌與細菌比值存在很大差異，典型草原土壤可高達0.93，北方農牧交錯帶可低至0.05，其值越大，土壤中內源碳底物的礦化度越高，土壤生態系統的穩定性越強[33]。本研究中真菌與細菌比值介于0.67～0.78之間，這一結果稍低于草原土壤[33]，但遠高于農牧交錯帶土壤[19]。喬木地和灌木地真菌與細菌的比率顯著高于果園、棄耕地和耕地(P<0.05)，反映喬木地和灌木地土壤生態環境相對穩定。真菌分解和細菌分解是有機質最主要的兩個分解途徑，在易分解有機物料含量高、營養豐富的土壤中，碳周轉和養分循環速度較快，細菌分解途徑起主導作用；而在有機質含量低，難分解纖維素、木質素以及高碳氮比的有機物含量較高的土壤中，真菌分解起主要作用[34]。中亞熱帶高溫濕熱的環境更有利于細菌生長，因此該區域林地土壤中細菌途徑是分解有機質的主要途徑。本研究中幾類利用地細菌的磷脂脂肪酸占脂肪酸總量的52.24%～55.45%，真菌的磷脂脂肪酸占脂肪酸總量的37.12%～40.77%(遠高于中亞熱帶林地的9%)，說明真菌在該區域幾種利用方式地土壤的有機質分解中具有十分重要的作用。

不同土壤管理措施對土壤理化性質的改變作用因土壤類型和作用強度的不同存在很大差別，對土壤微生物群落結構的影響也表現出不同結果，甚至得出截然相反的結果[35-36]。土壤pH值通過影響土壤基質的組成、化學性質和養分利用效率從而使微生物群落的組成和多樣性受到干擾，因此被認為是影響土壤微生物群落結構的重要因素，在pH值較高的堿性土壤中細菌占據優勢地位，反之則真菌占據優勢地位[37]。但本研究中土壤微生物與pH值之間并未達到顯著相關水平(P>0.05)。這可能是因為研究區土壤為偏堿性土壤，當耕地變更為喬木地和灌木地后，土壤pH值有小幅降低，但對土壤微生物多樣性的影響尚未達到顯著水平。C/N是影響土壤微生物群落結構變化的又一重要因子[19,38]。本研究結果表明，土壤真菌磷脂脂肪酸含量與C/N呈顯著正相關，林地和灌木地真菌磷脂脂肪酸含量顯著高于棄耕地和耕地。這可能是因為林地和灌木地地上凋落物中含有更多的木質素和多酚類物質，這些物質能夠誘導某些真菌生長，亦可能是林地土壤較高的C/N更適合某些真菌類群的生長，其菌絲能夠轉化更多的土壤有機碳。吳則焰等[32]研究結果表明，真菌類群與土壤養分因子都呈負相關，且與總有機碳、全氮之間呈顯著負相關，因此真菌比其他微生物類型更能適應養分貧瘠的條件。本研究結果與以上研究結果不同，可見不同研究區域土壤微生物群落結構的變化具有特殊性。

4　結論

與耕地相比，喬木地和灌木地土壤微生物量碳含量分別提高了225.38%和265.73%(P<0.05)、微生物量氮含量分別提高了206.19%和245.03%(P<0.05)，MBC/TOC值提高了2.89和3.00(P<0.05)，MBN/TN值提高5.05和5.57(P<0.05)，MBC/MBN值降低了2.89和3.00(P>0.05)，微生物量磷無顯著變化(P>0.05)；果園土壤微生物量碳、微生物量氮含量和MBN/TN值提高了107.80%，84.99%和1.23(P<0.05)；棄耕3 年地土壤微生物量碳、氮、磷與耕地無顯著差異(P>0.05)。喬木地和灌木地土壤細菌的PLFA含量顯著增加了17.87%和17.18%(P<0.05)，真菌顯著增加了24.27%和28.45%(P<0.05)，放線菌PLFA含量無顯著變化(P>0.05)；果園土壤細菌PLFA含量顯著增加了9.04%(P<0.05)，真菌和放線菌PLFA含量無顯著變化(P>0.05)，棄耕3年地土壤細菌、真菌和放線菌的PLFA含量與耕地之間均無顯著差異(P>0.05)。喬木地和灌木地土壤的Shannon多樣性指數和Pielou均勻度指數顯著提高(P<0.05)，Simpson優勢度指數顯著降低(P<0.05)。以上結果說明相對于耕地、棄耕地和果園土壤，喬木地和灌木地土壤微生物含量多樣性豐富，不同微生物物種的個體數量分布均勻，微生物群落結構相對穩定，因此這兩種利用方式對土壤質量以及微生物群落結構多樣性的改良效果更佳。

不同利用方式地土壤細菌、真菌及放線菌的PLFA及總PLFA與土壤總有機碳、微生物量碳、全氮、速效氮、微生物量氮、容重等理化指標顯著正相關(P<0.05或P<0.01)，揭示了土地利用變化過程中土壤肥力的變化與微生物含量及群落結構的變化密切相關，說明不同土地利用方式下土壤結構及微生物可利用營養元素輸入的變化是引起微生物群落結構變化的可能原因之一。

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Effects of land use on soil microbial biomass and community structure in the loess hill region of west Henan

LIU Jing, ZHAO Yan, ZHANG Qiao-Ming, XU Shao-Jun

ForestCollege,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471003,China

In order to uncover the effects of different land use systems on soil microbial biomass and community structure characteristics, we selected five land use types; woodland, shrub land, orchard, abandoned farmland and farmland. We analyzed soil phospholipid fatty acids (PLFAs). Compared with the farmland, woodland increased soil microbial biomass carbon (MBC) and microbial biomass nitrogen (MBN) content by 225.38% and 206.19% respectively (P<0.05) while the MBC/total organic carbon (TOC) and MBN/TN value increased by 2.89 and 5.05 respectively (P<0.05). Shrub land increased soil MBC and MBN content by 265.73% and 245.03% respectively (P<0.05), the MBC/TOC and MBN/TN value increased by 3.00 and 5.57 respectively (P<0.05). Orchard management increased soil MBC and MBN content and MBN/TN value by 107.80%, 84.99% and 1.23 respectively (P<0.05). There was no difference in MBC and MBN and microbial biomass phosphorus (MBP) between the abandoned farmland and farmland soil (P>0.05). Bacterial and fungal PLFA in woodland soil increased by 17.87% and 24.27% respectively compared to farmland (P<0.05) while in shrub land these traits increased by 17.18% and 28.45% respectively (P<0.05). Orchard soil bacterial PLFA content was increased by 9.0% (P<0.05). Soil bacteria, fungi and actinomycetes PLFA in abandoned farmland and farmland were similar (P>0.05). The Shannon diversity index and Pielou evenness index of woodland and shrub land were significantly higher than other systems (P<0.05) while the Simpson dominance index was significantly decreased (P<0.05). The PLFA content of soil bacteria, fungi, and actinomycetes was significantly, positively correlated with TOC, MBC, total nitrogen (TN), available nitrogen (AN), MBN and bulk density (BD) (P<0.05 orP<0.01). The results showed that compared with farmland, abandoned farmland and orchard soil, soil microbial diversity of woodland and shrub land is enhanced; microbial species are uniformly distributed and community structure is relatively stable. This indicates that woodland and shrub land are superior for improving soil quality and microbial community structure diversity. The input of nutrients and the change of soil structure caused by different land use patterns is one of the reasons for the change of microbial community structure.

microbial biomass; microbial community structure; loess hilly area

10.11686/cyxb2016057http://cyxb.lzu.edu.cn

劉晶, 趙燕, 張巧明, 徐少君. 不同利用方式對豫西黃土丘陵區土壤微生物生物量及群落結構特征的影響. 草業學報, 2016, 25(8): 36-47.

LIU Jing, ZHAO Yan, ZHANG Qiao-Ming, XU Shao-Jun. Effects of land use on soil microbial biomass and community structure in the loess hill region of west Henan. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(8): 36-47.

2016-02-01；改回日期：2016-04-07

國家自然科學基金項目(U1404322)和河南科技大學博士科研基金(09100687)資助。

劉晶(1977-)，女，吉林松原人，博士。 E-mail: ccliujing@163.com