楊立賓 朱道光 崔福星 李金博 宋瑞清 倪紅偉

(東北林業(yè)大學(xué),哈爾濱,150040) (黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所)

寒溫帶興安落葉松林不同林型土壤微生物群落特征1)

楊立賓 朱道光 崔福星 李金博 宋瑞清 倪紅偉

(東北林業(yè)大學(xué),哈爾濱,150040) (黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所)

為了研究不同林型興安落葉松林土壤微生物生物量和群落結(jié)構(gòu)特征，探討土壤微生物生物量、群落結(jié)構(gòu)的分布規(guī)律以及影響因子，選擇了4個(gè)典型興安落葉松林，即蘚類興安落葉松林、杜香興安落葉松林、草類興安落葉松林和杜鵑興安落葉松林，采用磷脂脂肪酸生物標(biāo)記法分析4個(gè)林型的土壤微生物量和群落組成。結(jié)果表明：4個(gè)林型中共檢測(cè)出10種類型51種不完全分布的磷脂脂肪酸(PLFAs)生物標(biāo)記，微生物量由多到少的排序?yàn)榧?xì)菌、真菌、放線菌。4個(gè)林型中微生物總生物量、細(xì)菌生物量是蘚類興安落葉松林最高，草類興安落葉松林最低；真菌生物量為杜香興安落葉松林最高，草類興安落葉松林最低；放線菌生物量為杜鵑興安落葉松林最高，草類興安落葉松林最低。冗余分析顯示，土壤含水率對(duì)細(xì)菌影響最大，全鉀、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)真菌影響最大，土壤有機(jī)碳和堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)放線菌影響最大。從而表明，寒溫帶興安落葉松林不同林型的土壤微生物生物量和群落存在差異，土壤微生物群落與土壤性質(zhì)之間具有相關(guān)性。

磷脂脂肪酸;寒溫帶;興安落葉松林;土壤微生物;群落結(jié)構(gòu)

土壤微生物是森林生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，以分解者的形式存在于森林生態(tài)系統(tǒng)中并參與物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞。土壤環(huán)境因子、土壤理化性質(zhì)以及地上植被與土壤微生物之間存在著復(fù)雜的關(guān)系網(wǎng)[1]。目前，越來(lái)越多的研究涉及微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能之間關(guān)系，有研究認(rèn)為，土壤環(huán)境中有效的養(yǎng)分是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的主要因素[2]；也有研究證明，氣候條件、土壤環(huán)境因子能夠影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的組成變化。同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn)，土壤微生物能夠判斷陸地生態(tài)系統(tǒng)變化和演變，但土壤微生物的變化與土壤主要性質(zhì)和地上植被的變化并不一致[3]。因此，土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)、功能和活性可能受氣候條件、地上植被、土壤環(huán)境、土壤性質(zhì)等多個(gè)生物和非生物因子的作用而共同影響。

大興安嶺地區(qū)是我國(guó)唯一的寒溫帶氣候區(qū)，具有常年凍土，是以寒溫帶針葉林為地帶性植被的北方針葉林生態(tài)系統(tǒng)。大興安嶺興安落葉松(Larixgmelinii)是北方和山地干燥寒冷氣候下最具代表性的植被，是森林群落分布的最北界，也是全球變化的重要敏感區(qū)。近年來(lái)，針對(duì)大興安嶺興安落葉松林土壤微生物的研究主要集中在土壤微生物數(shù)量[4]、微生物分布[5]、酶活性[6]、微生物功能[7]等的變化情況，對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性的研究報(bào)道較少，且已有的對(duì)大興安嶺興安落葉松林土壤微生物的研究多采用傳統(tǒng)的生物學(xué)研究方法，例如，姜海燕等[8]、姜煜鋆等[9]采用平板稀釋分析法分析了興安落葉松的土壤微生物分布特征。受限于培養(yǎng)條件限制，傳統(tǒng)的培養(yǎng)分析法無(wú)法對(duì)土壤微生物進(jìn)行全面的研究。磷脂脂肪酸(PLFAs)是生物活體細(xì)胞膜的重要組成成分，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定，周轉(zhuǎn)速率快而且能夠隨細(xì)胞死亡后迅速降解，不同類群的微生物體內(nèi)其組成和質(zhì)量分?jǐn)?shù)也不相同。利用磷脂脂肪酸生物標(biāo)記法分析土壤微生物能夠獲得土壤微生物量以及多樣性等方面的信息；與傳統(tǒng)的培養(yǎng)法、熏蒸法相比，磷脂脂肪酸法具有快速、可靠、可重現(xiàn)等特點(diǎn)[10]。目前，該方法廣泛應(yīng)用于土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和生物量的研究中[11]。

本研究采用PLFAs分析法，在大興安嶺呼中國(guó)家自然保護(hù)區(qū)內(nèi)2014年建成的興安落葉松林國(guó)際監(jiān)測(cè)樣地中，以天然形成的蘚類興安落葉松林、杜香(Ledumpalustre)興安落葉松林、草類興安落葉松林和杜鵑(Rhododendronsimsii)興安落葉松林為研究對(duì)象，分析不同林型興安落葉松林土壤微生物量和群落結(jié)構(gòu)差異，探討不同林型土壤微生物生物量和微生物群落結(jié)構(gòu)變化的影響因子，以期為揭示興安落葉松林群落構(gòu)建與土壤微生物群落環(huán)境相互作用機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于我國(guó)最北部大興安嶺黑龍江呼中國(guó)家自然保護(hù)區(qū)(122°42′14″～123°18′5″E，51°17′42″～51°56′31″N)，位于大興安嶺北部伊勒呼里山北坡，地形平緩，海拔為847～974 m，最大高差16.6 m，年均氣溫-4 ℃，年均降水量497.7 mm，年相對(duì)濕度平均為71%。主要植被類型是以興安落葉松為優(yōu)勢(shì)種的寒溫帶針葉落葉松林。4種群落類型分別為蘚類興安落葉松林(A)、杜香興安落葉松林(B)、草類興安落葉松林(C)和杜鵑興安落葉松林(D)。4種林型從樣地坡底隨海拔升高到坡頂呈自然分布，樣地基本概況見(jiàn)表1。

表1 樣地基本概況

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；數(shù)字后同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

2 材料與方法

2.1 土壤樣品采集

2016年7月份在4個(gè)林型中各選定3塊20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地，做森林群落結(jié)構(gòu)調(diào)查。每塊樣地隨機(jī)選取3個(gè)取樣點(diǎn)，將凋落物和腐殖質(zhì)層移除，用直徑為10 cm的土鉆采集土層0～10 cm土壤，等量混合以減少異質(zhì)性帶來(lái)的影響，挑出凋落物、細(xì)根和小石塊等雜物后過(guò)2 mm尼龍篩并分成2份，一份用于土壤微生物磷脂脂肪酸測(cè)定；另一份用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)。

2.2 土壤理化性質(zhì)分析

土壤含水率采用烘干法測(cè)定；pH值采用電位法測(cè)定；土壤總氮、堿解氮、有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用CN元素分析儀測(cè)定；土壤全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用NaHCO3浸提比色法測(cè)定；土壤全鉀、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用火焰光度計(jì)法測(cè)定。

2.3 土壤微生物磷脂脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

土壤磷脂脂肪酸分析法的提取過(guò)程和分析方法主要參考Bossio et al.[12]和劉波等[13]。稱取相當(dāng)于8 g干土的新鮮土樣，加入緩沖液經(jīng)震蕩、抽提、濃縮等環(huán)節(jié)，再經(jīng)有機(jī)溶劑抽提，以19∶0甲酯為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。土壤磷脂脂肪酸的檢測(cè)采用美國(guó)MIDI公司生產(chǎn)的微生物自動(dòng)鑒定系統(tǒng)(Sherlock Microbial Identification System Sherlock MIS4.5)進(jìn)行，電子轟擊電離源(EI)到質(zhì)譜檢測(cè)、峰面積通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)積分。

如表2所示，用土壤微生物磷脂脂肪酸總質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示土壤微生物總生物量，細(xì)菌的生物量可以通過(guò)i15∶0、a15∶0、15∶0、i16∶0、16∶1ω9、16∶1ω7t、i17∶0、a17∶0、17∶0、18∶1ω7和cy19∶0的土壤微生物的磷脂脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行估算；真菌的生物量通過(guò)18∶2ω6土壤微生物的磷脂脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)估算；放線菌的生物量通過(guò)10Me16∶0、10Me17∶0、10Me18∶0土壤微生物的磷脂脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)估算；可通過(guò)10Me16∶0、10Me17∶0、10Me18∶0、i15∶0、a15∶0、i16∶0、i17∶0、a17∶0土壤微生物的磷脂脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)估算革蘭氏陽(yáng)性菌的微生物量，可通過(guò)16∶1ω5、16∶1ω7t、16∶1ω9、cy17∶0、18∶1ω5、18∶1ω7和cy19∶0土壤微生物的磷脂脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)估算革蘭氏陰性菌的微生物量[14]。利用Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分別計(jì)算不同林型土壤微生物群落的多樣性。其公式如下。

H=-∑PilnPi。

其中：C為Simpson指數(shù)；H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)；ni為i類脂肪酸個(gè)數(shù)；N為脂肪酸個(gè)數(shù)；Pi=ni/N。

表2 估算微生物生物量的脂肪酸

2.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2007、SPSS 17.0、R語(yǔ)言等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖。不同林型土壤理化性質(zhì)、土壤磷脂脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、生態(tài)學(xué)指數(shù)的顯著性分析采用單因子方差分析(ANOVA)和最小顯著差數(shù)法(LSD)，不同林型土壤特征對(duì)土壤微生物群落的影響采用R語(yǔ)言中的線性冗余分析(RDA)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤理化性質(zhì)

4個(gè)林型的土壤含水率隨海拔升高而降低并存在顯著性差異，其中蘚類興安落葉松林含水率最大，接近90%，趨向飽和狀態(tài)，該林型與其他3個(gè)林型含水率存在較大差異(表3)。從pH值可以看出，各林型土壤均為酸性，其中杜香興安落葉松林土壤pH值酸性最強(qiáng)并與其他3個(gè)林型存在顯著性差異。4個(gè)林型土壤各營(yíng)養(yǎng)元素之間存在不同程度的顯著性差異。蘚類興安落葉松林土壤全氮、堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，并明顯高于其他各林型，土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨海拔升高而降低。全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)各林型差距不大，隨海拔升高而降低并存在顯著性差異。有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)蘚類興安落葉松林明顯高于其他各林型并存在顯著性差異。土壤全鉀和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)杜香興安落葉松林較低，4個(gè)林型無(wú)明顯分布規(guī)律。土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)蘚類興安落葉松林最高，杜香興安落葉松林最低，4個(gè)林型無(wú)明顯分布規(guī)律。

表3 不同林型土壤理化性質(zhì)

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同小寫(xiě)字母表示不同林型間差異顯著(P<0.05)。

3.2 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征

通過(guò)磷脂脂肪酸生物標(biāo)記分析(表4)可以看出，大興安嶺呼中自然保護(hù)區(qū)興安落葉松4種林型土壤微生物群落PLFAs種類豐富，含有多種飽和、不飽和、分支和環(huán)狀的磷脂脂肪酸的生物標(biāo)記。試驗(yàn)共檢測(cè)出51種PLFAs生物標(biāo)記(表4)，其中包括Ac、Ae、Ba、Fl、Fu、Gn、Gp、Hy、Pr、Ps(名稱見(jiàn)表2)10種類型。磷脂脂肪酸生物標(biāo)記在4個(gè)林型土壤中分布為不完全分布類型，即磷脂脂肪酸生物標(biāo)記只存在某些供試林型土壤中。磷脂脂肪酸種類、各微生物的磷脂脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)(表4)以及所有微生物的磷脂脂肪酸總質(zhì)量分?jǐn)?shù)(表5)均存在差異。杜鵑興安落葉松林含有48種PLFAs，蘚類和杜香興安落葉松林同為47種，草類興安落葉松林含有43種。磷脂脂肪酸總質(zhì)量分?jǐn)?shù)蘚類興安落葉松林最高，為1 930 μg·g-1，草類興安落葉松林最低，為980 μg·g-1，各林型之間存在顯著性差異。

將土壤微生物中主要類群(Ba、Gp、Gn、Fu、Ac)的磷脂脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析(表5)可以看出，4個(gè)林型土壤中細(xì)菌(Gn、Gp、Ba)生物量最大，其次是真菌(Fu))，放線菌(Ac)最少。細(xì)菌中革蘭氏陰性菌的生物量最大，其他細(xì)菌次之，革蘭氏陽(yáng)性菌最少。每種菌群數(shù)量在4個(gè)林型中分布也有所不同，其他細(xì)菌生物量是蘚類興安落葉松林最高，草類興安落葉松林最低。革蘭氏陽(yáng)性菌生物量是杜鵑興安落葉松林最高，草類興安落葉松林最低。革蘭氏陰性菌生物量是蘚類興安落葉松林最高，草類興安落葉松林最低。真菌生物量是杜香興安落葉松林最高，興安落葉松林最低。放線菌生物量是杜鵑興安落葉松林最高，蘚類興安落葉松林和杜香興安落葉松林次之，草類興安落葉松林最低。

表4 土壤微生物群落磷脂脂肪酸生物標(biāo)記分析

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；i、a、cy和me分別表示異丙基、反異丙基、環(huán)丙基和甲基分支脂肪酸，w后的數(shù)字表示出現(xiàn)雙鍵的碳原子位序，c和t分別表示該雙鍵為順式構(gòu)型和反式構(gòu)型；A、B、C、D列，同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

表5 土壤細(xì)菌、真菌、放線菌生物量 μg·g-1

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

采用Sat/Mon(飽和直鏈脂肪酸與單烯飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比)、F/B(真菌與細(xì)菌磷脂脂肪酸總質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比)、Gp/Gn(革蘭氏陽(yáng)性菌與革蘭氏陰性菌磷脂脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比)分析不同微生物類型的相對(duì)生物量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表6)，Sat/Mon各林型中蘚類興安落葉松林最高并隨海拔升高依次降低，且具有顯著性差異。F/B各林型均小于0.500 0，表明各林型土壤中細(xì)菌均相對(duì)占優(yōu)勢(shì)；其中杜香興安落葉松林的F/B最高，為0.452 4，草類興安落葉松林最低，為0.146 1，4個(gè)林型F/B存在顯著不同。Gp/Gn各林型土壤的比較發(fā)現(xiàn)，除草類興安落葉松林之外比值均小于1，說(shuō)明除了林型之外各林型中Gp的生物量少于Gn，革蘭氏陰性菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；其中草類興安落葉松林最高，為1.123 8，杜香興安落葉松林最低，為0.669 4，各林型間Gp/Gn存在顯著性差異。

4個(gè)林型多樣性指數(shù)比較發(fā)現(xiàn)，Simpson指數(shù)，杜香興安落葉松林最低，為0.924 5，杜鵑興安落葉松林最高，為0.938 4，說(shuō)明杜香興安落葉松林土壤微生物均勻度最高，各林型間存在顯著性差異。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，杜鵑興安落葉松林最高，為3.093 4，杜香興安落葉松林最低，為2.964 2，說(shuō)明杜鵑興安落葉松林土壤微生物豐富度最高。

表6 微生物脂肪酸生物標(biāo)記生態(tài)學(xué)指數(shù)

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

3.3 土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

采用冗余分析對(duì)不同林型土壤理化性質(zhì)與土壤微生物生物量的影響進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1所示。

Fu、Ba、Ac、Gp、Gn分別表示為真菌、細(xì)菌、放線菌、革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌的磷脂脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Moisture、OC、TN、EN、TP、EP、TK、EK分別表示土壤含水率，土壤有機(jī)碳、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

圖1不同林型土壤理化性質(zhì)與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的RDA排序結(jié)果

第一軸能夠解釋全部方差的80.14%，第二軸能夠解釋18.14%。與第一軸相關(guān)性較高的物種是細(xì)菌，其次為革蘭氏陰性菌，與第二軸相關(guān)性最高的物種是真菌。細(xì)菌和革蘭氏陰性菌生物量分別與土壤含水率、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)，與全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。革蘭氏陽(yáng)性菌生物量分別與全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)、pH值呈正相關(guān)，與土壤含水率呈負(fù)相關(guān)。真菌微生物量與土壤含水率質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)，與土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、pH值、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。放線菌微生物量與土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)且相關(guān)性最高。不同林型土壤微生物生物量和群落結(jié)構(gòu)差異較大，蘚類興安落葉松林位于第四象限，杜香興安落葉松林位于第二象限，草類興安落葉松林和杜鵑興安落葉松林位于第三象限，說(shuō)明草類和杜鵑興安落葉松林之間差異較小。

4 結(jié)論與討論

土壤微生物特定磷脂脂肪酸生物標(biāo)記指示著特定的微生物種群，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低代表了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的豐富程度。土壤微生物的群落組成與功能主要受環(huán)境因子所影響，其中包括植被類型、土壤理化性質(zhì)、土壤管理制度等[15]。

寒溫帶不同興安落葉松林型中土壤微生物生物量差異顯著，蘚類興安落葉松林和杜鵑興安落葉松林土壤微生物生物量相接近，均高于杜鵑興安落葉松林和草類興安落葉松林，而草類興安落葉松林微生物生物量最低。有研究表明，土壤水分是調(diào)節(jié)土壤微生物代謝的關(guān)鍵因子，增加土壤含水量能夠提高土壤微生物活性并有利于土壤微生物量的增長(zhǎng)[16]。本研究中不同林型的土壤含水率從位于山頂部的杜鵑興安落葉松林到處于山底部的蘚類興安落葉松林，因海拔、坡度、地形等因素依次升高，所測(cè)試的土壤微生物生物量、細(xì)菌生物量、革蘭氏陽(yáng)性菌生物量、革蘭氏陰性菌生物量均呈升高趨勢(shì)，RDA分析中也說(shuō)明了細(xì)菌、真菌的生物量與土壤含水率的正相關(guān)關(guān)系。這說(shuō)明了濕潤(rùn)的土壤能夠提高微生物的活性，從而增加微生物量，并影響微生物的群落結(jié)構(gòu)[17]。

土壤pH值也是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征的重要因素之一[16]，通常條件下，細(xì)菌、放線菌適宜生長(zhǎng)在弱堿性的環(huán)境中，而真菌則喜好酸性的土壤環(huán)境[18]。本研究中在土壤pH值最高的蘚類興安落葉松林中，細(xì)菌、革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌生物量均最高；而在pH值相對(duì)較低的杜香興安落葉松林中真菌生物量最高，這與真菌喜好酸性環(huán)境，細(xì)菌喜好較高pH值環(huán)境的相關(guān)研究相類似[19]。細(xì)菌和真菌對(duì)土壤酸堿的偏好可能是由于分解土壤有機(jī)質(zhì)的途徑不同[20]，真菌的分解途徑為慢周轉(zhuǎn)方式，偏好難分解、低營(yíng)養(yǎng)的高碳氮有機(jī)物，多存在于酸性土壤中[21]。養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤微生物量有密切關(guān)系，土壤碳[22]、土壤氮高低影響著土壤微生物的活性[16]。本研究中土壤有機(jī)碳、全氮、堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的蘚類興安落葉松林中土壤微生物總生物量、細(xì)菌生物量、革蘭氏陽(yáng)性菌生物量和革蘭氏陰性菌生物量均最高，而有機(jī)碳、氮、鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的杜香興安落葉松林真菌生物量最高，這可能是由于細(xì)菌分解主要發(fā)生在含易分解的高有機(jī)質(zhì)土壤中，真菌多存在于酸性、低營(yíng)養(yǎng)、難分解的纖維素和木質(zhì)素較高的土壤環(huán)境中[23]。本研究典型判別分析中，4個(gè)林型中細(xì)菌與堿解氮相關(guān)性較高，這與刑肖毅[24]研究發(fā)現(xiàn)的土壤細(xì)菌與土壤有機(jī)質(zhì)、土壤氮素有較強(qiáng)的相應(yīng)關(guān)系相類似。真菌生物量分別與速效磷、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)，這與賈倩民等[25]的研究相一致；分別與pH值，全氮、堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，含水率呈負(fù)相關(guān)，這與劉海燕[26]的研究結(jié)果相一致。

一般Sat/Mon(飽和直鏈脂肪酸與單烯飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比)、F/B(真菌與細(xì)菌磷脂脂肪酸總質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比)、Gp/Gn(革蘭氏陽(yáng)性菌與革蘭氏陰性菌磷脂脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比)是描述環(huán)境脅迫下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)狀況的主要指標(biāo)[27]。本研究中4個(gè)林型土壤微生物Sat/Mon隨全氮、全磷、土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高而增大且比值均大于1，這與Carrasco et al.[28]認(rèn)為的Sat/Mon小于1，而有較高的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的結(jié)果相反。F/B除草類興安落葉松林以外，其他各林型F/B為0.3～0.5[29]。杜鵑興安落葉松林土壤有機(jī)碳、速效鉀、全鉀、堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，而F/B最大，除此之外，本研究中F/B與土壤主要養(yǎng)分沒(méi)有明顯相關(guān)性，這與一些研究結(jié)果不一致[29-30]。Gp/Gn隨土壤全鉀和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高而增大，產(chǎn)生該結(jié)果的原因有待進(jìn)一步研究。

此外，有研究指出土壤細(xì)菌群落與地表苔蘚類[31]、泥炭層的厚度密切相關(guān)。本研究中蘚類興安落葉松林的地表植被為苔蘚層、泥炭層所覆蓋，該區(qū)域中的特征磷脂脂肪酸，如一般性、非特異性細(xì)菌16∶00的生物量最高，這與林英華等[27]的研究結(jié)果相一致。一般飽和脂肪酸14∶00和單烯不飽和脂肪酸16∶1w9c屬于常見(jiàn)細(xì)菌的特征脂肪酸，在4個(gè)林型中均顯示出隨有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化而變化，可能與可利用的碳狀態(tài)有關(guān)[32]。

土壤微生物的復(fù)雜性一直是該領(lǐng)域的“黑盒子”，采用單一技術(shù)不能夠全面揭示其現(xiàn)象和機(jī)理。本研究中利用磷脂脂肪酸技術(shù)進(jìn)行了土壤微生物量和群落組成的測(cè)定，但該種方法也存在一些局限：第一，還不能確定所有特征脂肪酸和特定微生物或微生物群落的對(duì)應(yīng)關(guān)系；第二，磷脂脂肪酸只能將微生物進(jìn)行種類分類，而不能進(jìn)行分類學(xué)上的鑒定研究；因此，為了克服這些缺點(diǎn)，能夠更準(zhǔn)確地獲取微生物結(jié)構(gòu)功能方面的信息，還需要采用多種技術(shù)相結(jié)合的方法，如利用PLFAs標(biāo)記法結(jié)合高通量測(cè)序技術(shù)從微生物量、微生物分類學(xué)等多角度進(jìn)行研究和分析，才能比較清晰和完整地了解土壤微生物與生態(tài)系統(tǒng)之間關(guān)系和作用。

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SoilMicrobialCommunityCharacteristicsoftheDifferentForestTypesofLarixgmeliniForestinColdTemperateZone//

Yang Libin, Zhu Daoguang, Cui Fuxing, Li Jinbo, Song Ruiqing
(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China);
Ni Hongwei
(Heilongjiang Academy of Sciences, Institute of Natural Resources)//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(9)：66-72.

PLFAs; Cold temperate zone;Larixgmeliniforest; Soil micro-organisms; Community structures

S791.222;X172

1)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31600396/31570486)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)(2016YFC0500405)。

楊立賓，男，1981年11月生，東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，博士研究生；現(xiàn)工作于黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所，副研究員。E-mail:ylb1128@qq.com。

倪紅偉，黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所，研究員。E-mail:nihongwei2000@163.com。

2017年5月5日。

責(zé)任編輯：任 俐。

To clarify the characteristics of soil microbial biomass and community structure characteristics and their distribution patterns and influencing factors of differentLarixgmeliniiforest types, we analyzed the soil microbial biomass and community structures under four typical plots (mosses-,Ledumpalustre-, grass-andRhododendronsimsii-larch forest) by using the phospholipid fatty acids (PLFA) method. Ten types, 51 species of incomplete distribution of PLFAs biomarkers were found in four plots, in which the total number of soil microbes was in descending order of bacteria, fungi and actinomycetes. The total amount of PLFAs and bacteria in themosses-larch forest was the highest, and lowest in the grass-larch forest. The total amount of the fungi was the highest in theLedumpalustre-larch forest and lowest in the grass-larch forest. The amount of rhododendron was highest in theRhododendronsimsii-larch forest and the lowest in the grass-larch forest. The redundancy analysis showed that soil moisture content had the greatest impact on bacteria, total potassium and available potassium had the greatest impact on fungi, and soil organic carbon and alkali hydrolyzable nitrogen had the greatest impact on actinomycetes. There were differences in soil microbial biomass and community among differentL.gmeliniiforests in the cold temperate zone, and there was a correlation between soil microbial community and soil properties.