牛利敏，苗倞婧，彭定聰，徐秋芳，鄔奇峰，秦 華*

(1.浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300；2.浙江省臨安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 臨安 311300)

長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)毛竹林土壤微生物群落演變特征

牛利敏1，苗倞婧1，彭定聰1，徐秋芳1，鄔奇峰2，秦 華1*

(1.浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300；2.浙江省臨安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 臨安 311300)

[目的]通過分析土壤微生物生物量及群落結(jié)構(gòu)的演變趨勢(shì)，篩選影響土壤微生物群落的關(guān)鍵環(huán)境因子，揭示土壤微生物群落對(duì)毛竹林長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)的響應(yīng)機(jī)理。[方法]選取不同粗放經(jīng)營(yíng)年限(5 a、9 a、15 a、18 a)毛竹林，以天然馬尾松林(Masson pine, MP)作為對(duì)照，采用磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acids, PLFA)分析方法表征土壤微生物量及群落結(jié)構(gòu)。[結(jié)果]結(jié)果表明，毛竹林土壤微生物總PLFA含量以及細(xì)菌、真菌、放線菌等PLFA含量均顯著低于馬尾松林(P<0.05)，但不同經(jīng)營(yíng)年限毛竹林之間沒有顯著差異。土壤堿解氮及有效磷含量對(duì)土壤微生物總PLFA含量以及細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物等PLFA含量影響顯著(P<0.05)，而土壤堿解氮、pH值以及有機(jī)質(zhì)含量對(duì)放線菌PLFA含量影響顯著(P<0.05)。長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)過程中毛竹林土壤微生物豐富度及多樣性均呈逐漸下降趨勢(shì)。非度量多維尺度轉(zhuǎn)換排序(Non-metric multidimensional scaling, NMDS)分析結(jié)果表明，毛竹林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與馬尾松林有明顯區(qū)分(R=0.388 1，P=0.009)。土壤含水量、堿解氮、有效磷以及pH值合計(jì)解釋了90.28%的微生物群落結(jié)構(gòu)變異量，其中土壤含水量、堿解氮、有效磷貢獻(xiàn)顯著(P<0.05)。[結(jié)論]長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)降低了毛竹林土壤微生物量，改變了群落結(jié)構(gòu)，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)還有待于進(jìn)一步評(píng)估。

毛竹；粗放經(jīng)營(yíng)；土壤微生物；磷脂脂肪酸

毛竹(Phyllostachysedulis(Carr.) H. de Lehaie)是我國分布最廣、面積最大和經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的竹種。第八次全國森林資源清查(2009—2013年)數(shù)據(jù)表明，我國竹林面積達(dá)601萬hm2，其中毛竹林面積為443萬hm2，占竹林總面積的73%，并且毛竹林面積還將繼續(xù)增加[1-2]。毛竹具有生長(zhǎng)速度快、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，是山區(qū)農(nóng)民的重要收入來源。為了獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，近年來大面積馬尾松(PinusmassonianaLamb.)林以及杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook.)林等被毛竹林所替代。然而，已有研究表明，天然林受到毛竹入侵或人為改造成毛竹林后，毛竹易形成單優(yōu)群落，導(dǎo)致生物多樣性明顯下降[3-4]。同時(shí)，毛竹葉能釋放化感物質(zhì)抑制林下植被的生長(zhǎng)，引起植物群落結(jié)構(gòu)及物種多樣性的改變[5]。近年來，毛竹林生物多樣性降低、生產(chǎn)力下降等現(xiàn)象開始引起人們的廣泛關(guān)注。

土壤微生物是土壤養(yǎng)分循環(huán)的核心驅(qū)動(dòng)力，在土壤形成和發(fā)育過程以及維護(hù)土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[6]。地上植被對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)形成起著至關(guān)重要的作用[7]，植物種類改變會(huì)引起凋落物種類、根系分泌物以及養(yǎng)分吸收特性等方面的改變，從而導(dǎo)致土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變[8-9]。Chang等[10]研究表明，毛竹入侵日本柳杉(Cryptomeriajaponica(L. f.) D. Don)林后顯著改變了土壤微生物活性及群落結(jié)構(gòu)。徐秋芳等[11]對(duì)比了馬尾松林和毛竹林土壤微生物特性，發(fā)現(xiàn)馬尾松林土壤微生物量較高，多樣性更為豐富；而孫棣棣等[12]發(fā)現(xiàn)天然馬尾松林改種毛竹林后，土壤微生物量和多樣性變化不大，但微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。目前，關(guān)于馬尾松林改造成毛竹林以及長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)后毛竹林土壤微生物量及群落結(jié)構(gòu)的演變趨勢(shì)的研究結(jié)果尚不統(tǒng)一，而導(dǎo)致土壤微生物群落發(fā)生改變的關(guān)鍵控制因子也并不清楚，開展長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)毛竹林土壤微生物群落演變趨勢(shì)及其控制因素的研究，有助于深入了解土壤微生物群落對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)機(jī)理，對(duì)于保護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義。

本研究在浙江安吉選取4個(gè)不同粗放經(jīng)營(yíng)年限的毛竹林，同時(shí)選取附近的馬尾松林作為對(duì)照，通過分析土壤微生物生物量及群落結(jié)構(gòu)的演變趨勢(shì)，篩選影響土壤微生物群落的關(guān)鍵環(huán)境因子，揭示土壤微生物群落對(duì)毛竹林長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)的響應(yīng)機(jī)理，為評(píng)估毛竹林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，促進(jìn)毛竹林可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

2 材料與方法

2.1 樣品采集與處理

2.2 土壤含水量及理化性質(zhì)測(cè)定

土壤含水量及理化性質(zhì)等參照魯如坤等[13]方法進(jìn)行。其中，土壤含水量采用烘干法，新鮮土樣裝入鋁盒后于105℃烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量；土壤pH值測(cè)定采用1∶2.5土水比，用復(fù)合電極測(cè)定；有機(jī)質(zhì)(Organic matter, OM)含量采用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法測(cè)定；堿解氮(Alkalytic nitrogen, AN)采用堿解擴(kuò)散-硼酸吸收法測(cè)定；有效磷(Available phosphorus, AP)采用鹽酸-氟化銨提取，鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀(Available potassium, AK)采用醋酸銨提取，火焰光度計(jì)測(cè)定。

2.3 土壤磷脂脂肪酸分析

土壤磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acids, PLFA)分析參照Frostegard等[14]方法，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)[15]。主要步驟如下：(1)稱取3.00 g冷凍干燥的土樣，加入3.2 mL檸檬酸緩沖液、4 mL氯仿和8 mL甲醇，充分漩渦振蕩。避光條件下?lián)u床振蕩2 h，3 000 rpm條件下離心10 min。轉(zhuǎn)移上清液后重復(fù)提取一次?；旌虾玫纳锨逡赫袷幘鶆?，隔夜靜置后小心轉(zhuǎn)移下層氯仿相，用氮?dú)獯蹈伞?2)準(zhǔn)備好SPE柱(Supelco Inc., Bellefonte, PA, USA)，8 mL氯仿洗柱后用氯仿溶解樣品，并全部轉(zhuǎn)移到SPE柱中，使樣品在柱中停留8 min。依次加入氯仿和丙酮洗中性脂和糖脂。然后用甲醇洗磷脂，小號(hào)試管收集。收集物用氮?dú)獯蹈?，?00 μL內(nèi)標(biāo)，渦旋后再氮?dú)獯蹈伞?3)加1 mL甲醇甲苯混合液(甲醇：甲苯=1：1)，溶解磷脂，再加1 mL 0.2 mol·L-1的氫氧化鉀甲醇溶液，37℃水浴15 min后，加入2 mL正己烷氯仿混合液(正己烷：氯仿=4：1)、0.3 mL 1 mol·L-1的醋酸、2 mL去離子水振蕩分離10 min，在3 000 rpm條件下離心5 min，轉(zhuǎn)移上層有機(jī)相到小號(hào)試管中。重復(fù)提取一次，合并有機(jī)相，氮?dú)獯蹈伞?4)-20℃冷凍保存，在上機(jī)測(cè)定前用150 μL正己烷溶解。采用安捷倫6890N氣相色譜儀(Agilent Technologies Inc., USA)對(duì)提取的磷脂脂肪酸進(jìn)行測(cè)定，MIDI Sherlocks微生物鑒定系統(tǒng)(MIDI, Inc., Newark, DE)進(jìn)行磷脂脂肪酸鑒定。

脂肪酸命名采用Petersen等[16]方法。所有檢測(cè)到的脂肪酸總量為土壤總磷脂脂肪酸含量。根據(jù)以往文獻(xiàn)的分類方法，對(duì)磷脂脂肪酸進(jìn)行分類[17-18]。其中，14:0、15:0、16:0、17:0、i15:0、a15:0、i16:0、i17:0、a17:0、cy17:0、cy19:0、16:1ω7c、17:1ω8c、18:1ω5c、18:1ω7c以及19:0ω8c代表細(xì)菌；i14:0、i15:0、a15:0、i16:0、i17:0以及a17:0代表革蘭氏陽性細(xì)菌；cy17:0、16:1ω7c、18:1ω5c、18:1ω7c、17:1ω8c以及19:0ω8c代表革蘭氏陰性細(xì)菌；10Me16:0、10Me17:0以及10Me18:0代表放線菌；16:1ω5c、18:1ω9c 、18:2ω6,9c代表真菌；20:0代表原生動(dòng)物。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Duncan單因素方差分析比較各處理之間的差異顯著性(P<0.05)；逐步回歸分析找出對(duì)土壤PLFA含量影響最顯著的土壤理化因子(解釋變量集)。采用R語言Vegan包計(jì)算不同處理土壤微生物群落豐富度、Shannon多樣性指數(shù)等；對(duì)不同處理土壤微生物群落進(jìn)行非度量多維尺度轉(zhuǎn)換排序(non-metric multidimensional scaling, NMDS)分析，并通過相似性檢驗(yàn)(Analysis of similarities, ANOSIM)測(cè)試不同群落之間的差異顯著性(P<0.05)。使用CANOCO 4.5軟件(Microcomputer Power, Ithaca, USA)對(duì)PLFA揭示的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境參數(shù)進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析(Canonical correspondence analysis, CCA)，手動(dòng)前向選擇環(huán)境因子，采用999次的蒙特卡羅排列檢驗(yàn)(MonteCarlo permutation test 999 permutations, full model)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤理化性質(zhì)分析

研究結(jié)果表明，毛竹林土壤含水量均顯著低于馬尾松林(P<0.05)，其中18 a毛竹林土壤水分含量最低(表1)。毛竹林在粗放經(jīng)營(yíng)初期，土壤pH值呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，9 a毛竹林土壤pH值顯著高于天然馬尾松林和其它年份毛竹林(P<0.05)，但長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)后土壤pH值又逐漸下降，18 a毛竹林與馬尾松林沒有顯著差異。在改種毛竹的初始幾年，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀等含量迅速增長(zhǎng)，5 a毛竹林土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量均顯著高于馬尾松林(P<0.05)，但隨著粗放經(jīng)營(yíng)年限的延長(zhǎng)土壤有機(jī)質(zhì)及堿解氮及有效磷又呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，其中18 a毛竹林土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著低于馬尾松林(P<0.05)。與其它養(yǎng)分不同的是，隨著粗放經(jīng)營(yíng)年限的延長(zhǎng)，土壤堿解氮含量呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，18 a毛竹林土壤堿解氮含量顯著低于馬尾松林(P<0.05)。

表1 不同粗放經(jīng)營(yíng)年限毛竹林土壤理化性質(zhì)

Table 1 Soil physic-chemical properties under bamboo stands with different culture histories

處理Treatment含水量SoilMoisture/%pH(H2O)有機(jī)質(zhì)Organicmatter/(g·kg-1)堿解氮AlkalyticN/(mg·kg-1)有效磷AvailableP/(mg·kg-11)速效鉀AvailableK/(mg·kg-1)MP23．71±0．60a4．51±0．05c43．28±2．18b115．21±21．88a0．64±0．15b40．0±7．2b5a18．91±1．45b4．61±0．08bc57．84±1．60a102．20±3．9ab1．97±0．41a67．0±8．2a9a20．42±1．00b4．88±0．15a35．75±1．25bc93．12±3．7ab1．95±0．43a41．0±5．0b15a19．08±1．99b4．71±0．12b41．87±2．13bc93．95±20．4ab1．49±0．85ab45．7±3．2b18a15．51±2．13c4．63±0．06bc35．01±4．22c70．15±5．1b1．23±0．25ab44．7±5．9b

注: 數(shù)據(jù)為3個(gè)重復(fù)的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)；同列中不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。MP表示馬尾松林；5 a、9 a、15 a、18 a表示毛竹林粗放經(jīng)營(yíng)年限為5年、9年、15年、18年。下同。

Note: The data in the table are the means of 3 replicates and the standard error (mean±SD). Different letters in the same column indicate significant difference at 5% level. MP indicates masson pine. 5 a、9 a、15 a、18 a indicate moso bamboo stands with 5, 9, 15, 18 years of extensive management age, respectively. The same below.

3.2 土壤PLFA含量

利用PLFA分析方法表征不同樣地土壤微生物生物量及其群落，結(jié)果表明，馬尾松林土壤微生物總PLFA含量以及細(xì)菌、真菌、放線菌等PLFA含量均顯著高于毛竹林(P<0.05)，而不同粗放經(jīng)營(yíng)年限毛竹林土壤總PLFA含量之間沒有顯著差異(表2)。對(duì)于細(xì)菌，革蘭氏陽性細(xì)菌PLFA含量變化趨勢(shì)與總細(xì)菌相同，而15 a毛竹林土壤革蘭氏陰性細(xì)菌PLFA含量與馬尾松林沒有顯著差異。

表2 不同粗放經(jīng)營(yíng)年限毛竹林土壤PLFA含量

將土壤微生物總PLFA含量作為因變量，土壤理化性質(zhì)作為自變量，進(jìn)行逐步回歸分析，以揭示對(duì)不同種類微生物PLFA含量影響最顯著的一組變量(表3)。結(jié)果表明，引入的變量中，堿解氮和有效磷對(duì)土壤總PLFA含量以及細(xì)菌(包括革蘭氏陽性和陰性細(xì)菌)、真菌、原生動(dòng)物PLFA含量等影響顯著，均達(dá)到1%極顯著水平(P<0.01)。對(duì)于真菌PLFA含量的影響，有效磷的貢獻(xiàn)大于堿解氮。與土壤微生物總PLFA含量以及其它類群微生物相比，土壤放線菌PLFA含量主要受堿解氮、土壤pH以及有機(jī)質(zhì)含量這組變量影響，同樣達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

表3 逐步回歸分析

注：AN、AP、OM分別為堿解氮、有效磷和土壤有機(jī)質(zhì)。

Note: AN, AP, and OM indicate alkalytic N, available P and soil organic matter, respectively.

3.3 土壤微生物群落多樣性

馬尾松改種毛竹后，在短期內(nèi)土壤微生物物種豐富度沒有發(fā)生明顯變化，但是在長(zhǎng)期尺度上有下降的趨勢(shì)，15 a和18 a毛竹林土壤微生物物種豐富度顯著低于馬尾松林以及5 a和9 a毛竹林(P<0.05)，Shannon多樣性指數(shù)也有相似的變化趨勢(shì)(表4)。所有毛竹林土壤微生物群落Simpson多樣性指數(shù)均顯著低于馬尾松林(P<0.05)。與Shannon多樣性指數(shù)及Simpson多樣性指數(shù)相反，長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)毛竹林土壤微生物群落Shannon均勻度及Simpson均勻度呈現(xiàn)出先下降再逐漸升高的趨勢(shì)，15 a和18 a毛竹林均顯著高于5 a及9 a毛竹林(P<0.05)，其中18 a毛竹林Shannon均勻度和Simpson均勻度顯著高于對(duì)照馬尾松林(P<0.05)。

表4 土壤微生物多樣性指數(shù)

注：MP表示馬尾松林；5 a、9 a、15 a、18 a表示毛竹林粗放經(jīng)營(yíng)年限為5年、9年、15年、18年。下同Note: MP indicates masson pine. 5 a、9 a、15 a、18 a indicate moso bamboo stands with 5, 9, 15, 18 years of culture age, respectively. The same below.圖1 不同粗放經(jīng)營(yíng)年限毛竹林土壤微生物群落非度量多維尺度分析Fig.1 Non-metric multidimensional scaling (NMDS) analysis of soil microbial community under bamboo stands with different culture histories

對(duì)馬尾松林以及不同粗放經(jīng)營(yíng)年限毛竹林土壤微生物群落進(jìn)行NMDS分析(圖1)，馬尾松林與毛竹林土壤微生物群落在NMDS第1排序軸上有明顯的區(qū)分，而不同粗放經(jīng)營(yíng)年限毛竹林土壤微生物群落之間也存在差異，5 a、9 a毛竹林與15 a和18 a毛竹林在第2排序軸上區(qū)分明顯。相似性檢驗(yàn)結(jié)果表明，各處理土壤微生物群落之間存在顯著差異(R=0.388 1,P=0.009)。典范對(duì)應(yīng)分析結(jié)果表明，土壤含水量(F=5.401,P=0.001)、有效磷(F=2.494,P=0.022)、堿解氮(F=3.150,P=0.036)以及pH值(F=2.046,P=0.062)對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變異具有重要影響，合計(jì)解釋了90.28%的變異量(圖2)，其中土壤含水量、有效磷及堿解氮含量對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變異影響顯著(P<0.05)。

注：Soil moisture、AK、AP、AN、OM分別表示土壤含水量、速效鉀、有效磷、堿解氮、有機(jī)質(zhì)。Note: Soil moisture, AK, AP, AN, OM indicate soil moisture content, available K, available P, alkalytic N, organic matter, respectively圖2 不同粗放經(jīng)營(yíng)年限毛竹林土壤微生物群落典范對(duì)應(yīng)分析Fig.2 Canonical correspondence analysis of soil microbial community under bamboo stands with different culture histories

4 討論

逐步回歸分析結(jié)果表明，除放線菌外，土壤微生物總PLFA含量以及各微生物種群PLFA含量受土壤堿解氮和有效磷影響顯著。王衛(wèi)霞等[23]發(fā)現(xiàn)，在岷江干旱河谷造林過程中，隨著土壤氮含量的增加，土壤總PLFA含量、細(xì)菌、真菌、放線菌等PLFA含量均隨著增加，且與土壤全氮呈顯著正相關(guān)，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。施瑤等[24]研究了氮磷添加對(duì)內(nèi)蒙古典型溫帶草原土壤微生物群落的影響，發(fā)現(xiàn)隨著氮添加量的增加，土壤總PLFA含量以及細(xì)菌、放線菌等PLFA含量均顯著增加。盡管本研究中并沒有任何施肥措施，但之前大量研究表明，在一些氮含量缺乏的森林土壤中，氮素有效性是控制土壤微生物量的重要因子[25]。在磷限制條件下，如果土壤有效磷含量增加，能顯著提高土壤微生物生物量[26]。盡管馬尾松林改造成毛竹林后土壤有效磷含量均顯著增加，但總體處于較低水平，考慮到在毛竹生長(zhǎng)過程中大量吸收氮素養(yǎng)分，土壤堿解氮含量下降幅度較磷素養(yǎng)分更為劇烈，因此作者推測(cè)在該土壤母質(zhì)條件下，土壤有效氮素含量應(yīng)該是控制微生物量的一個(gè)關(guān)鍵因子。與其它微生物種群不同，土壤放線菌PLFA含量不僅受土壤堿解氮影響，其還受到土壤pH值及有機(jī)碳含量影響，這可能是由于毛竹林下凋落物較馬尾松林少，從而導(dǎo)致依賴于分解土壤中植物凋落物中某些難分解組分的放線菌數(shù)量降低[27]。

植被群落的改變會(huì)導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)改變，從而直接影響土壤理化性質(zhì)以及微生物群落[8-10]。與馬尾松林相比，毛竹林土壤微生物群落Shannon多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)逐漸下降，而長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)毛竹后土壤微生物群落Shannon多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)均顯著低于馬尾松林，說明地上植被群落多樣性減少影響了土壤微生物群落。植被群落改變后，由于不同的植物種類其凋落物性質(zhì)、根系分泌物以及養(yǎng)分吸收特性不同[7-9]，如本研究區(qū)域中馬尾松林地上植被群落多樣性較豐富，而演變成毛竹林后，凋落物及根系分泌物主要來自于單一的毛竹，加之毛竹的養(yǎng)分吸收特性與普通喬灌木品種迥異，從而造成在長(zhǎng)期時(shí)間尺度上土壤微生物群落多樣性指數(shù)顯著下降。與短期粗放經(jīng)營(yíng)毛竹林(5 a、9 a)相比，長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)毛竹林(15 a、18 a)土壤微生物豐富度以及基于Shannon多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)計(jì)算的均勻度指數(shù)均顯著降低(P<0.05)。有研究表明，當(dāng)群落中物種發(fā)生變化時(shí)，Simpson多樣性指數(shù)對(duì)于富集種更加敏感，而Shannon多樣性指數(shù)對(duì)于稀疏種更加敏感[27]。作者推測(cè)在毛竹林經(jīng)營(yíng)過程中，由于地上植被逐漸發(fā)生改變，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)來源發(fā)生變化，一些稀疏種和富集種隨之發(fā)生改變，最終演變形成了適應(yīng)毛竹純林有機(jī)質(zhì)輸入特點(diǎn)(豐富的毛竹根系分泌物以及竹葉凋落物)的穩(wěn)定的土壤微生物群落。

土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的改變也部分驗(yàn)證了作者以上推測(cè)，馬尾松林與短期粗放經(jīng)營(yíng)(5 a、9 a)和長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)(15 a、18 a)毛竹林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)差異顯著。Chang等[10]利用PLFA方法研究了毛竹入侵日本柳杉林對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)毛竹入侵后土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的改變；Lin等[28]發(fā)現(xiàn)毛竹純林以及毛竹入侵杉木林后的混交林其土壤微生物群落比較類似，但顯著區(qū)別于杉木純林。研究表明毛竹具有強(qiáng)烈的化感作用，其本身也有抗菌活性[29]，可以降低土壤微生物生物量并改變土壤微生物群落。這些已有的研究很好地解釋了本研究結(jié)果，說明毛竹林替代馬尾松林以及長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水量、堿解氮及有效磷含量對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)改變具有顯著的貢獻(xiàn)。土壤水分含量是微生物群落活性的重要控制因素[30]。Brockett等[31]同樣利用PLFA方法研究了加拿大西部七個(gè)不同生物地理氣候區(qū)土壤微生物群落，發(fā)現(xiàn)土壤含水量是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)以及酶活性的主要驅(qū)動(dòng)因子；Morris等[32]發(fā)現(xiàn)土壤細(xì)菌和真菌生物量隨土壤含水量梯度變化顯著。由此作者推測(cè)，馬尾松林改造為毛竹林后，由于地表植被和凋落物層明顯減少，導(dǎo)致土壤水分含量隨之減少，從而對(duì)土壤微生物群落，特別是細(xì)菌和真菌群落產(chǎn)生重要影響。由于毛竹的生長(zhǎng)特性，導(dǎo)致林下灌木雜草等難以生長(zhǎng)，降低了地上植物群落多樣性，從而影響土壤微生物群落和養(yǎng)分循環(huán)過程?；诒狙芯拷Y(jié)果，作者建議適當(dāng)加大粗放經(jīng)營(yíng)毛竹林砍伐強(qiáng)度，創(chuàng)造有利于下層灌木和雜草生長(zhǎng)的環(huán)境，從而提高植物多樣性和增加土壤有機(jī)質(zhì)輸入，提高土壤微生物多樣性和養(yǎng)分有效性，保障竹林可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

(1)長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)毛竹林土壤微生物總PLFA含量以及細(xì)菌、真菌、放線菌、原生動(dòng)物等PLFA含量均顯著低于馬尾松林，土壤微生物量變化主要受堿解氮和有效磷含量變化影響。

(2)與馬尾松林相比，長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)毛竹林土壤微生物群落多樣性指數(shù)均顯著下降，群落結(jié)構(gòu)變化顯著。

(3)毛竹林長(zhǎng)期粗放經(jīng)營(yíng)后導(dǎo)致的土壤含水量、堿解氮、有效磷含量變化是土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變異的主要貢獻(xiàn)因子。

[1] 何冬華，陳俊輝，徐秋芳，等．集約經(jīng)營(yíng)對(duì)毛竹林土壤固氮細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和豐度的影響[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，26(10)：2961-2968.

[2] 季海寶，莊舜堯，張厚喜，等．我國毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的地帶性差異[J]．生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2013，22(1)：1-5.

[3] 白尚斌，周國模，王懿祥，等．天目山保護(hù)區(qū)森林群落植物多樣性對(duì)毛竹入侵的響應(yīng)及動(dòng)態(tài)變化[J]．生物多樣性，2013，21(3)：288-295.

[4] Okutomi K, Shinoda S, Fukuda H. Causal analysis of the invasion of broad-leaved forest by bamboo in Japan[J]. Journal of Vegetation Science, 1996, 7(5): 723-728.

[5] Larpkern P, Moe S R, Totland O. Bamboo dominance reduces tree regeneration in a disturbed tropical forest[J]. Oecologia, 2011, 165(1): 161-168.

[6] 殷士學(xué)．土壤微生物生物量及其與養(yǎng)分循環(huán)關(guān)系的研究進(jìn)展[J]．土壤學(xué)進(jìn)展，1993，21(4)：1-8.

[7] Grayston S, Campbell C, Bardgett R,etal. Assessing shifts in microbial community structure across a range of grasslands of differing management intensity using CLPP, PLFA and community DNA techniques[J]. Applied Soil Ecology, 2004, 25(1): 63-84.

[8] Chen G S, Yang Y S, Xie J S,etal. Soil biological changes for a natural forest and two plantations in subtropical China[J]. Pedosphere, 2004, 14(3): 297-304.

[9] Lucas-Borja M E, Candel D, Jindo K,etal. Soil microbial community structure and activity in monospecific and mixed forest stands, under Mediterranean humid conditions[J]. Plant and Soil, 2012, 354(1-2): 359-370.

[10] Chang E H, Chiu C Y. Changes in soil microbial community structure and activity in a cedar plantation invaded by moso bamboo[J]. Applied Soil Ecology, 2015, 91: 1-7.

[11] 徐秋芳，張?jiān)S昌，王緒南，等．毛竹林與馬尾松林土壤生物學(xué)性質(zhì)及微生物功能多樣性比較[J]．浙江林業(yè)科技，2008，28(3)：8-12.

[12] 孫棣棣，徐秋芳，田 甜，等．不同栽培歷史毛竹林土壤微生物生物量及群落組成變化[J]．林業(yè)科學(xué)，2011，47(7)：181-186.

[13] 魯如坤. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000.

[14] Frosteg?rd A, B??th E. The use of phospholipid fatty acid analysis to estimate bacterial and fungal biomass in soil[J]. Biology and Fertility of Soils, 1996, 22(1-2): 59-65.

[15] Wu Y P, Ma B, Zhou L,etal. Changes in the soil microbial community structure with latitude in eastern China, based on phospholipid fatty acid analysis[J]. Applied Soil Ecology, 2009, 43(2-3): 234-240.

[16] Petersen S O, Klug M J. Effects of sieving, storage, and incubation temperature on the phospholipid fatty acid profile of a soil microbial community[J]. Applied and Environmental Microbiology, 1994, 60(7): 2421-2430.

[17] Frosteg?rd ?, B??th E, Tunlio A. Shifts in the structure of soil microbial communities in limed forests as revealed by phospholipid fatty acid analysis[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1993, 25(6): 723-730.

[18] Moore-Kucera J, Dick R. PLFA profiling of microbial community structure and seasonal shifts in soils of a douglas-fir chronosequence[J]. Microbial Ecology, 2008, 55(3): 500-511.

[19] 陳曉娟，吳小紅，劉守龍，等．不同耕地利用方式下土壤微生物活性及群落結(jié)構(gòu)特性分析：基于 PLFA 和 MicroRespTM方法[J]．環(huán)境科學(xué)，2013，34(6)：2375-2382.

[20] 李 嬌，蔣先敏，尹華軍，等．不同林齡云杉人工林的根系分泌物與土壤微生物[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，25(2)：325-332.

[21] McDaniel M, Tiemann L, Grandy A. Does agricultural crop diversity enhance soil microbial biomass and organic matter dynamics? A meta-analysis[J]. Ecological Applications, 2014, 24(3): 560-570.

[22] Sul W J, Asuming-Brempong S, Wang Q,etal. Tropical agricultural land management influences on soil microbial communities through its effect on soil organic carbon[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2013, 65:33-38.

[23] 王衛(wèi)霞，羅 達(dá)，史作民，等．岷江干旱河谷造林對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，34(4)：890-898.

[24] 施 瑤，王忠強(qiáng)，張心昱，等．氮磷添加對(duì)內(nèi)蒙古溫帶典型草原土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，34(17)：4943-4949.

[25] Turner B L, Wright S J. The response of microbial biomass and hydrolytic enzymes to a decade of nitrogen, phosphorus, and potassium addition in a lowland tropical rain forest[J]. Biogeochemistry, 2014, 117(1):115-130.

[26] 馬 朋，李昌曉，雷 明，等．三峽庫區(qū)岸坡消落帶草地, 棄耕地和耕地土壤微生物及酶活性特征[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，34(4)：1010-1020.

[27] 許 晴，張 放，許中旗，等．Simpson 指數(shù)和 Shannon-Wiener 指數(shù)若干特征的分析及 “稀釋效應(yīng)” [J]．草業(yè)科學(xué)，2011，28(4)：527-531.

[28] Lin Y T, Tang S L,Pai C W,etal. Changes in the soil bacterial communities in a cedar plantation invaded by moso bamboo[J]. Microbial Ecology, 2013, 67(2): 421-429.

[29] Tanaka A, Shimizu K, Kondo R. Antibacterial compounds from shoot skins of moso bamboo (Phyllostachyspubescens)[J]. Journal of Wood Science, 2013, 59(2): 155-159.

[30] Hackl E, Pfeffer M, Donat C,etal. Composition of the microbial communities in the mineral soil under different types of natural forest[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2005, 37(4): 661-671.

[31] Brockett B F T, Prescott C E, Grayston S J. Soil moisture is the major factor influencing microbial community structure and enzyme activities across seven biogeoclimatic zones in western Canada[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2012, 44(1): 9-20.

[32] Morris S J, Boerner R E J. Spatial distribution of fungal and bacterial biomass in southern Ohio hardwood forest soils: scale dependency and landscape patterns[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1999, 31(6): 887-902.

(責(zé)任編輯：金立新)

Variation Patterns of Soil Microbial Community ofPhyllostachysedulisStands under Long-term Extensive Management

NIULi-min1,MIAOJing-jing1,PENGDing-cong1,XUQiu-fang1,WUQi-feng2,QINHua1

(1.School of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang Agriculture and Forestry University, Zhejiang Provincial Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration, Lin’an 311300, Zhejiang, China; 2.Agricultural Technology Extension Centre of
Lin’an City, Zhejiang Province, Lin’an 311300, Zhejiang, China)

[Objective]To investigate the effect of long-term extensive management on soil microbial communities and the related mechanisms.[Method]Moso bamboo (Phyllostachysedulis) stands with different extensive management time (5, 9, 15, and 18 years) were selected and compared with natural masson pine forest (PinusmassonianaLamb.) as control. The phospholipid fatty acids (PLFA) were analyzed to indicate the soil microbial biomass and community composition.[Result]Results showed that the total soil microbial PLFA contents as well as bacterial, fungal, actinomycic and protozoal PLFA contents under moso bamboo stands were all significant lower than that of masson pine forest (P<0.05), while no significant difference was found among bamboo stands. The total PLFA contents of soil microbial community as well as bacterial, fungal and protozoal PLFA contents were all significantly correlated with soil alkalytic nitrogen (AN) and available phosphorus (AP) contents (P<0.05), while the actinomycic PLFA content correlated with AN, organic matter contents and pH significantly (P<0.05). Soil microbial diversity, i.e. richness, Shannon diversity and Simpson diversity indexes, decreased progressively with the extensive management time of moso bamboo. According to the results of non-metric multidimensional scaling (NMDS), the soil microbial communities under moso bamboo and masson pine forest were significantly different (R=0.388 1,P=0.009). Furthermore, the soil microbial communities were different between the moso bamboo stands with short-term (5a, 9a) and long-term (15a, 18a) extensive management. The soil moisture, AN, AP and pH explained 90.28% of the total microbial community variation, among which the soil moisture, AN and AP contributed significantly to the microbial community variation (P<0.05). [Conclusion]The results indicate that long-term extensive management has a negative effect on soil microbial biomass and result in shifting of microbial community structure. However, the ecological risks of the forest substitution and long-term extensive management still need to be further assessed.

Phyllostachysedulis; extensive management; soil microbial community; phospholipid fatty acids

2016-05-27 基金項(xiàng)目： 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271274、31570602)；浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)林碳匯與生態(tài)環(huán)境修復(fù)研究中心預(yù)研基金項(xiàng)目(2013CB03)；浙江農(nóng)林大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃(20150107)。 作者簡(jiǎn)介： 牛利敏(1991-)，女，內(nèi)蒙古清水河人，碩士研究生，主要從事土壤微生物生態(tài)研究. * 通訊作者：秦 華，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師. E-mail: qinhua@zafu.edu.cn

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.02.014

S795.7

A

1001-1498(2017)02-0285-08