杉木人工林土壤微生物群落结构特征_夏志超
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研究地区与研究方法 研究区概况土壤细菌的群落结构发生着显 向草地演变过程中， ［5 ］ 著的变化 ； 而由农田向落叶林演替过程中， 土壤 微生物生物量碳和总磷脂脂肪酸 （ phospholipid fatty acid，PLFA） 增加［6］． 在森林生态系统中， 树种类型 是影响土壤微生物群落的主要因素之一 ． Iovieno ［8 ］ 等 发现， 同一地区石松 （ Pinus pinea ） 人工林和圣 栎（ Quercus ilex ） 天然林的土壤微生物群落结构不 同． 凋落物和根系分泌物是土壤微生物的主要碳源 ， 不同树种的微生物群落组成各异． 树种对土壤微生 物群落组成的影响分为非根际和根际部分 ， 前者主 后者则由根分泌物介 要受凋落物和林下植被调控， ［8 － 9 ］ ． 此外， 森林树种类型还可以间接影响森林土 导 壤的理化性质， 如 pH、 有机质含量、 土壤的结构和微 气 候 等， 进而对土壤微生物群落产生重要的影 响
［11 ］
分别设立 3 个面积为 10 m × 10 m 的样方， 并用土钻 在每个样方内随机采集 10 钻 0 ～ 20 cm 土层土壤， 即林地土样． 同时在杉木人工林随机选择 3 株平均 木（ 树高 18 ～ 20 m， 胸径 16 ～ 22 cm ） ， 挖取杉木细 采用抖落法收集根际土样， 每个土壤样品各 3 个 根， 重复． 采集的林地和根际土壤样品去除植物残根和 石砾后分成两组． 一组立即过 2 mm 筛， 放于 4 ℃ 冰 箱中保存， 并尽快进行微生物群落特征分析 ． 另一组 风干后过 2 mm 筛， 采用常规方法测定土壤理化参 ［15 ］ （ 1 ） ． 数 表 1. 3 土壤微生物分析 土壤 微 生 物 生 物 量 碳 的 测 定 采 用 氯 仿 熏 蒸 ［16 ］ 法 ． 可培养细菌 、 真菌和放线菌数量的测定用牛
夏志超
1， 3
*
孔垂华
1， 2 ＊＊
王
朋
1
陈龙池
1， 2
汪思龙
1， 2
（ 1 中国科学院沈阳应用生态研究所，沈阳 110016 ； 2 中国科学院会同森林生态实验站，湖南会同 418307 ； 3 中国科学院研究生 院，北京 100049 ）
摘 要 采用氯仿熏蒸法、 稀释平板法和磷脂脂肪酸 （ phospholipid fatty acid，PLFA ） 方法， 分 析了常绿阔叶林转变成杉木人工林后土壤微生物种群数量和群落结构的变化特征 ． 结果表 林地土壤的微生物生物量碳、 可培养细菌和放线菌数降 明： 常绿阔叶林转变为杉木人工林后 ， 细 菌 PLFAs、 真 菌 PLFAs 比 常 绿 阔 叶 林 分 别 降 低 了 49． 4% 、 低． 杉木人 工 林 地 总 PLFAs、 52. 4% 和 46． 6% ， 革兰氏阳性和阴性细菌 PLFAs 远低于常绿阔叶林． 杉木人工林根际土壤微 可培养细菌和放线菌数显著高于杉木人工林林地土壤 ， 根际土壤中总 PLFAs、 生物生物量碳、 细菌 PLFAs、 革兰氏阳性和阴性细菌 PLFAs 的含量也高于林地土壤， 但真菌 PLFAs 和细菌 PLFAs之比却低于林地土壤． 对土壤微生物群落结构进行主成分分析发现 ， 第 1 主成分和第 2 主成分共解释了土壤微生物群落结构变异的 78． 2% ． 表明常绿阔叶林与杉木人工林土壤的微 生物群落结构间存在差异． 关键词 杉木人工林 林地土 根际土 磷脂脂肪酸 土壤微生物群落 文章编号 1001 － 9332 （ 2012 ） 08 － 2135 － 06 中图分类号 Q938． 1 + 3 文献标识码 A
DOI:10.13287/j.1001-9332.2012.0292
应 用 生 态 学 报 2012 年 8 月
第 23 卷
第8 期
Chinese Journal of Applied Ecology，Aug． 2012 ， 23 （ 8 ） ： 2135 － 2140
杉木人工林土壤微生物群落结构特征
Characteristics of soil microbial community structure in Cunninghamia lanceolata plantation． 3 2 2 2 XIA Zhichao1， ， KONG Chuihua1， ， WANG Peng1 ， CHEN Longchi1， ， WANG Silong1， 1 2 （ Institute of Applied Ecology，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016 ，China； Huitong Experimental Station of Forest Ecology，Chinese Academy of Sciences，Huitong 418307 ，Hunan， China； 3 Graduate University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049 ， China ） ． Chin． J． Appl． Ecol． ， 2012 ， 23 （ 8 ） ： 2135 － 2140． Abstract： By using dilution plate，fumigation extraction，and phospholipid fatty acid （ PLFA ） methods ， this paper studied the quantities of soil microbial populations and the characteristics of soil microbial community structure in a Chinese fir （ Cunninghamia lanceolata ） plantation converted from an evergreen broadleaved forest． The results showed that，during the vegetation change from evergreen broadleaved forest to Chinese fir plantation，the microbial biomass carbon and the quantities of culturable bacteria and actinomyces were decreased． The total PLFAs，bacterial PLFAs，and fungi PLFAs in the woodland soil from Chinese fir plantation were decreased by 49． 4% ，52． 4% ， 46. 6% ，simultaneously． And G + and G － bacterial PLFAs in Chinese fir plantation were lower than in evergreen broadleaved forest． As compared with those in rhizosphere soil from Chinese fir plantation ，the microbial biomass carbon and the quantities of culturable bacteria and actinomyces in bulk soil were decreased． The total PLFAs， bacterial PLFAs， and G + and G － bacterial PLFAs in the rhizosphere soil were increased，while the ratio of fungal to bacterial PLFAs was lowered． The principal component analysis of the soil microbial community structure indicated that the first principal component （ PC1） and the second principal component （ PC2） together accounted for 78． 2% of total variation of soil microbial community structure． This study showed there were some differences in the soil microbial community structure between evergreen broadleaved forest and Chinese fir plantation． Key words： Cunninghamia lanceolata plantation； woodland soil； rhizosphere soil； phospholipid fatty acid； soil microbial community．
［10 ］ ［7 ］
本研究在位于湖南省会同县境内的中国科学院 110°08' E ） 进行， 会同森林生态实验站 （ 27°09' N， 海拔 200 ～ 500 m， 为低山丘陵地貌类型． 该地区属 典型的亚热带湿润气候， 年平均气温 16． 5 ℃ ， 林地 土壤为山地红黄壤． 自然植被主要是以槠 （ Castanopsis） 、 栲 （ Castanopsis ） 和石栎 （ Lithocarpus ） 属为主 的亚热带常绿阔叶林， 由于人为干扰活动的影响， 原 始自然植被破坏殆尽， 代之以杉木 （ Cunninghamia lanceolata） 为主的人工林和以马尾松 （ Pinus massoniana） 为主的针阔混交林或以红栲 （ Castanopsis hysrix） 、 青冈（ Cyclobalanopsis glauca） 和刨花楠（ Machilus pauhoi） 为主的次生常绿阔叶林． 本试验采样的常绿阔叶林为 1954 年砍伐后自 然更新形成， 主要建群种为红栲、 青冈和刨花楠等树 种， 而杉木人工林为 1983 年砍伐常绿阔叶林后实生 苗造林． 1. 2 土样采集 2011 年 4 月在天然常绿阔叶林、 杉木人工林中
* 国家自然科学基金项目（ 41030533 ， 30671663 ） 资助． mail： kongch@ cau． edu． cn ＊＊通讯作者． E20111214 收稿， 20120515 接受．
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23 卷
土壤微生物是森林生态系统的重要组成部分 ， 影响着凋落物分解、 土壤肥力形成与维持、 物质循环 ． 植被类型是影响土壤 在地上植被由森林 微生物群落的主要因素之一 ，
．
湖南省会同县地处我国中亚热带地区， 其地带 性植被 主 要 是 以 红 栲 （ Castanopsis fargesii ） 和 青 冈 （ Cyclobalanopsis glauca） 为主的天然常绿阔叶林． 随 着对木材需求量的逐渐增加， 这些天然常绿阔叶林 — —杉 木 （ Cunninghamia 被大 面 积 的 生 产 用 材 林— lanceolata） 人工林所替代． 然而， 长期以来， 杉木连 栽往往导致生产力下降和地力衰退等问题 ． 目前 对杉木人工林土壤养分、 水文特征、 凋落物分解、 化 学物质释放的变化以及土壤可培养微生物进行了大 ［12 － 13 ］ ， 量的研究 但有关杉木人工林土壤微生物群落 的组成和结构尚不清楚， 土壤微生物活性变化的研 ［14 ］ ． 究仍然相对薄弱 因此， 本研究探讨天然常绿阔 叶林转变杉木人工林后， 其林地和根际土壤微生物 群落的变化， 以期为杉木人工林的合理经营提供科 学依据．
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研究地区与研究方法 研究区概况土壤细菌的群落结构发生着显 向草地演变过程中， ［5 ］ 著的变化 ； 而由农田向落叶林演替过程中， 土壤 微生物生物量碳和总磷脂脂肪酸 （ phospholipid fatty acid，PLFA） 增加［6］． 在森林生态系统中， 树种类型 是影响土壤微生物群落的主要因素之一 ． Iovieno ［8 ］ 等 发现， 同一地区石松 （ Pinus pinea ） 人工林和圣 栎（ Quercus ilex ） 天然林的土壤微生物群落结构不 同． 凋落物和根系分泌物是土壤微生物的主要碳源 ， 不同树种的微生物群落组成各异． 树种对土壤微生 物群落组成的影响分为非根际和根际部分 ， 前者主 后者则由根分泌物介 要受凋落物和林下植被调控， ［8 － 9 ］ ． 此外， 森林树种类型还可以间接影响森林土 导 壤的理化性质， 如 pH、 有机质含量、 土壤的结构和微 气 候 等， 进而对土壤微生物群落产生重要的影 响
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分别设立 3 个面积为 10 m × 10 m 的样方， 并用土钻 在每个样方内随机采集 10 钻 0 ～ 20 cm 土层土壤， 即林地土样． 同时在杉木人工林随机选择 3 株平均 木（ 树高 18 ～ 20 m， 胸径 16 ～ 22 cm ） ， 挖取杉木细 采用抖落法收集根际土样， 每个土壤样品各 3 个 根， 重复． 采集的林地和根际土壤样品去除植物残根和 石砾后分成两组． 一组立即过 2 mm 筛， 放于 4 ℃ 冰 箱中保存， 并尽快进行微生物群落特征分析 ． 另一组 风干后过 2 mm 筛， 采用常规方法测定土壤理化参 ［15 ］ （ 1 ） ． 数 表 1. 3 土壤微生物分析 土壤 微 生 物 生 物 量 碳 的 测 定 采 用 氯 仿 熏 蒸 ［16 ］ 法 ． 可培养细菌 、 真菌和放线菌数量的测定用牛
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孔垂华
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（ 1 中国科学院沈阳应用生态研究所，沈阳 110016 ； 2 中国科学院会同森林生态实验站，湖南会同 418307 ； 3 中国科学院研究生 院，北京 100049 ）
摘 要 采用氯仿熏蒸法、 稀释平板法和磷脂脂肪酸 （ phospholipid fatty acid，PLFA ） 方法， 分 析了常绿阔叶林转变成杉木人工林后土壤微生物种群数量和群落结构的变化特征 ． 结果表 林地土壤的微生物生物量碳、 可培养细菌和放线菌数降 明： 常绿阔叶林转变为杉木人工林后 ， 细 菌 PLFAs、 真 菌 PLFAs 比 常 绿 阔 叶 林 分 别 降 低 了 49． 4% 、 低． 杉木人 工 林 地 总 PLFAs、 52. 4% 和 46． 6% ， 革兰氏阳性和阴性细菌 PLFAs 远低于常绿阔叶林． 杉木人工林根际土壤微 可培养细菌和放线菌数显著高于杉木人工林林地土壤 ， 根际土壤中总 PLFAs、 生物生物量碳、 细菌 PLFAs、 革兰氏阳性和阴性细菌 PLFAs 的含量也高于林地土壤， 但真菌 PLFAs 和细菌 PLFAs之比却低于林地土壤． 对土壤微生物群落结构进行主成分分析发现 ， 第 1 主成分和第 2 主成分共解释了土壤微生物群落结构变异的 78． 2% ． 表明常绿阔叶林与杉木人工林土壤的微 生物群落结构间存在差异． 关键词 杉木人工林 林地土 根际土 磷脂脂肪酸 土壤微生物群落 文章编号 1001 － 9332 （ 2012 ） 08 － 2135 － 06 中图分类号 Q938． 1 + 3 文献标识码 A
DOI:10.13287/j.1001-9332.2012.0292
应 用 生 态 学 报 2012 年 8 月
第 23 卷
第8 期
Chinese Journal of Applied Ecology，Aug． 2012 ， 23 （ 8 ） ： 2135 － 2140
杉木人工林土壤微生物群落结构特征
Characteristics of soil microbial community structure in Cunninghamia lanceolata plantation． 3 2 2 2 XIA Zhichao1， ， KONG Chuihua1， ， WANG Peng1 ， CHEN Longchi1， ， WANG Silong1， 1 2 （ Institute of Applied Ecology，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016 ，China； Huitong Experimental Station of Forest Ecology，Chinese Academy of Sciences，Huitong 418307 ，Hunan， China； 3 Graduate University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049 ， China ） ． Chin． J． Appl． Ecol． ， 2012 ， 23 （ 8 ） ： 2135 － 2140． Abstract： By using dilution plate，fumigation extraction，and phospholipid fatty acid （ PLFA ） methods ， this paper studied the quantities of soil microbial populations and the characteristics of soil microbial community structure in a Chinese fir （ Cunninghamia lanceolata ） plantation converted from an evergreen broadleaved forest． The results showed that，during the vegetation change from evergreen broadleaved forest to Chinese fir plantation，the microbial biomass carbon and the quantities of culturable bacteria and actinomyces were decreased． The total PLFAs，bacterial PLFAs，and fungi PLFAs in the woodland soil from Chinese fir plantation were decreased by 49． 4% ，52． 4% ， 46. 6% ，simultaneously． And G + and G － bacterial PLFAs in Chinese fir plantation were lower than in evergreen broadleaved forest． As compared with those in rhizosphere soil from Chinese fir plantation ，the microbial biomass carbon and the quantities of culturable bacteria and actinomyces in bulk soil were decreased． The total PLFAs， bacterial PLFAs， and G + and G － bacterial PLFAs in the rhizosphere soil were increased，while the ratio of fungal to bacterial PLFAs was lowered． The principal component analysis of the soil microbial community structure indicated that the first principal component （ PC1） and the second principal component （ PC2） together accounted for 78． 2% of total variation of soil microbial community structure． This study showed there were some differences in the soil microbial community structure between evergreen broadleaved forest and Chinese fir plantation． Key words： Cunninghamia lanceolata plantation； woodland soil； rhizosphere soil； phospholipid fatty acid； soil microbial community．
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本研究在位于湖南省会同县境内的中国科学院 110°08' E ） 进行， 会同森林生态实验站 （ 27°09' N， 海拔 200 ～ 500 m， 为低山丘陵地貌类型． 该地区属 典型的亚热带湿润气候， 年平均气温 16． 5 ℃ ， 林地 土壤为山地红黄壤． 自然植被主要是以槠 （ Castanopsis） 、 栲 （ Castanopsis ） 和石栎 （ Lithocarpus ） 属为主 的亚热带常绿阔叶林， 由于人为干扰活动的影响， 原 始自然植被破坏殆尽， 代之以杉木 （ Cunninghamia lanceolata） 为主的人工林和以马尾松 （ Pinus massoniana） 为主的针阔混交林或以红栲 （ Castanopsis hysrix） 、 青冈（ Cyclobalanopsis glauca） 和刨花楠（ Machilus pauhoi） 为主的次生常绿阔叶林． 本试验采样的常绿阔叶林为 1954 年砍伐后自 然更新形成， 主要建群种为红栲、 青冈和刨花楠等树 种， 而杉木人工林为 1983 年砍伐常绿阔叶林后实生 苗造林． 1. 2 土样采集 2011 年 4 月在天然常绿阔叶林、 杉木人工林中
* 国家自然科学基金项目（ 41030533 ， 30671663 ） 资助． mail： kongch@ cau． edu． cn ＊＊通讯作者． E20111214 收稿， 20120515 接受．
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用
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态
学
报
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土壤微生物是森林生态系统的重要组成部分 ， 影响着凋落物分解、 土壤肥力形成与维持、 物质循环 ． 植被类型是影响土壤 在地上植被由森林 微生物群落的主要因素之一 ，
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湖南省会同县地处我国中亚热带地区， 其地带 性植被 主 要 是 以 红 栲 （ Castanopsis fargesii ） 和 青 冈 （ Cyclobalanopsis glauca） 为主的天然常绿阔叶林． 随 着对木材需求量的逐渐增加， 这些天然常绿阔叶林 — —杉 木 （ Cunninghamia 被大 面 积 的 生 产 用 材 林— lanceolata） 人工林所替代． 然而， 长期以来， 杉木连 栽往往导致生产力下降和地力衰退等问题 ． 目前 对杉木人工林土壤养分、 水文特征、 凋落物分解、 化 学物质释放的变化以及土壤可培养微生物进行了大 ［12 － 13 ］ ， 量的研究 但有关杉木人工林土壤微生物群落 的组成和结构尚不清楚， 土壤微生物活性变化的研 ［14 ］ ． 究仍然相对薄弱 因此， 本研究探讨天然常绿阔 叶林转变杉木人工林后， 其林地和根际土壤微生物 群落的变化， 以期为杉木人工林的合理经营提供科 学依据．