岷江干旱河谷造林對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

王衛(wèi)霞, 羅 達(dá), 史作民,*, 李東勝, 唐敬超, 劉世榮, 劉千里, 何建社

(1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所, 國(guó)家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100091;2. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052; 3. 四川省阿壩州科學(xué)技術(shù)研究院林科所，汶川 623000)

岷江干旱河谷造林對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

王衛(wèi)霞1,2, 羅 達(dá)1, 史作民1,*, 李東勝1, 唐敬超1, 劉世榮1, 劉千里3, 何建社3

(1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所, 國(guó)家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100091;2. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052; 3. 四川省阿壩州科學(xué)技術(shù)研究院林科所，汶川 623000)

為了探討不同造林時(shí)間和立地條件對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，采用磷脂脂肪酸(PLFAs)法測(cè)定了岷江干旱河谷地區(qū)不同造林時(shí)間(2002、2006和2011年)及不同立地條件(退耕地和宜林荒山地)營(yíng)建的岷江柏人工林土壤微生物生物量及群落結(jié)構(gòu)的變化情況。結(jié)果表明：由于造林時(shí)間較短，不同造林時(shí)間的人工林間土壤化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有差異，但土壤微生物生物量和各菌群生物量差異顯著，且隨著造林時(shí)間的增加而增加。不同立地條件下則表現(xiàn)為退耕還林地土壤微生物生物量和各菌群生物量較高。說(shuō)明土壤微生物對(duì)外界因素變化的反映更靈敏。相關(guān)性分析結(jié)果顯示土壤全氮含量與土壤微生物生物量及各菌群生物量顯著相關(guān)，是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。

土壤微生物；磷脂脂肪酸；造林；立地條件；干旱河谷

岷江干旱河谷是我國(guó)西南地區(qū)典型的生態(tài)脆弱區(qū)，常年來(lái)由于受自然地理因素和人類(lèi)活動(dòng)的影響，造成該區(qū)水土流失嚴(yán)重[1- 2]。因此，以往對(duì)岷江干旱河谷的研究更多的是關(guān)注該區(qū)的植被恢復(fù)和生態(tài)重建問(wèn)題[3- 4]，對(duì)在植被恢復(fù)和重建中具有重要作用的土壤的研究則相對(duì)較少，特別是從土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的角度探討該區(qū)域不同造林時(shí)間和立地條件對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)影響的研究則更為鮮見(jiàn)。土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞的核心區(qū)域，而土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在有機(jī)質(zhì)的形成和分解、養(yǎng)分循環(huán)與轉(zhuǎn)化、土壤肥力演替等方面起重要作用[5]。圍繞造林與植被恢復(fù)重建對(duì)土壤微生物的影響國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展了一些研究，Cao等[6]采用磷脂脂肪酸法研究了我國(guó)南亞熱帶地區(qū)不同造林時(shí)間的桉樹(shù)人工林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的差異，胡嬋娟等[7]研究了黃土丘陵溝壑區(qū)不同植被類(lèi)型對(duì)土壤微生物的影響。而Wardle 和Blouin等[8- 9]研究認(rèn)為土壤微生物既受地上植被的影響，又通過(guò)其自身性質(zhì)的改變反過(guò)來(lái)作用于植被，與植被形成相互作用的反饋體系。土壤中微生物生物量越高，微生物群落活躍程度越高，一定程度上代表著土壤具有越強(qiáng)的物質(zhì)循環(huán)能力和支持植被生長(zhǎng)發(fā)育的養(yǎng)分供應(yīng)能力。研究植被恢復(fù)不同年限和不同土地利用方式下土壤微生物特征的差異性對(duì)于提高土壤肥力，合理和可持續(xù)地利用土壤資源具有重要意義[10- 11]。

本文通過(guò)對(duì)岷江干旱河谷區(qū)不同造林時(shí)間的岷江柏(Cupressuschengiana)人工林及不同立地條件下的岷江柏人工林土壤微生物生物量和微生物群落結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行研究，旨在揭示不同立地條件及不同造林時(shí)間的人工林對(duì)土壤微生物的影響，進(jìn)而探索植被與土壤系統(tǒng)的關(guān)系，為該區(qū)植被恢復(fù)狀況的評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)自然概況

研究地點(diǎn)位于四川省阿壩藏族羌族自治州理縣熊耳山林區(qū)，該區(qū)是典型的岷江干旱河谷區(qū)，屬于典型的高山峽谷區(qū)。該地區(qū)年均氣溫約12℃，全年日照時(shí)數(shù)在1200—2000h，年均降水量為584mm，年均蒸發(fā)量為1399mm，蒸發(fā)量約為降雨量的2.4倍[12]。該區(qū)土壤主要以山地燥褐土為主[13]。天然林保護(hù)工程和退耕還林還草工程實(shí)施以來(lái)，該區(qū)森林全面禁伐封育，部分退耕地也進(jìn)行了人工造林，形成了次生林、不同造林時(shí)間的人工林、退耕還林地和由林地開(kāi)墾而來(lái)的農(nóng)地等多樣的土地利用類(lèi)型。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和野外樣品采集

在較平緩的地段，選擇坡向和土壤類(lèi)型基本相同但造林時(shí)間差異的2002年岷江柏人工林(1)、2006年岷江柏人工林(2)和2011年岷江柏人工林(3)，它們均是在宜林荒山上營(yíng)造的人工林。另外，選取林齡相似或相同但立地條件不同的2003年岷江柏人工林(4)和2005年岷江柏人工林，其中2003年岷江柏人工林為退耕地上營(yíng)造的人工林，2005年岷江柏人工林則是在宜林荒山上營(yíng)造的人工林。由于立地條件及林分長(zhǎng)勢(shì)的差異，將2005年岷江柏人工林又進(jìn)一步分為下坡長(zhǎng)勢(shì)較差(5)和上坡長(zhǎng)勢(shì)較好(6)兩種類(lèi)型。各造林地林下灌草植被差別并不大，2002年人工林下主要灌木以川甘亞菊(Ajaniapotaninii)、鐵桿蒿(Artemisiasacrorum)為優(yōu)勢(shì)種，均高為0.47m，灌木總蓋度約為59%；草本則主要以披針苔草為優(yōu)勢(shì)種，均高為0.20m，草本總蓋度為22%；2006年人工林下灌木主要以鐵桿蒿為優(yōu)勢(shì)種，均高為0.47m，灌木總蓋度約為62%；草本則主要以細(xì)柄草(Capillipediumparviflorum)為優(yōu)勢(shì)種，均高為0.37m，草本總蓋度為40%；2011年人工林下灌木主要以鐵桿蒿為優(yōu)勢(shì)種，均高為0.40m，灌木總蓋度約為64%；草本則主要以披針苔草為優(yōu)勢(shì)種，均高為0.17m，草本總蓋度為20%； 2003年人工林下灌木主要以鐵桿蒿、光果蕕(Caryopteristangutica)為優(yōu)勢(shì)種，均高為0.53m，灌木總蓋度約為30%；草本則主要以細(xì)柄草為優(yōu)勢(shì)種，均高為0.11m，草本總蓋度為28%；2005年人工林下灌木主要以白刺花(Sorphoradavidi)為優(yōu)勢(shì)種，均高為0.47m，灌木總蓋度約為57%；草本則主要以糙野青茅(Deyeuxiascabrescens)為優(yōu)勢(shì)種，均高為0.36m，草本總蓋度為40%。各樣地岷江柏生長(zhǎng)情況和樣地的基本情況見(jiàn)表1。

2012年9月，在每種人工林地中按坡位上、中、下分別隨機(jī)設(shè)置4個(gè)20m × 20m的樣地。每個(gè)樣地內(nèi)，按梅花布點(diǎn)采用5點(diǎn)混合取樣法，取0—20cm土壤立即裝入冷藏箱，于當(dāng)日帶回實(shí)驗(yàn)室。挑出土壤樣品中大的石礫、植物根系等雜物后，過(guò)2mm篩，分兩份裝入袋內(nèi)，一份置于4℃低溫儲(chǔ)存，用于土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)的測(cè)定以及土壤pH、養(yǎng)分含量等的測(cè)定；另一份置于-20℃冷凍儲(chǔ)存，用于PLFAs的測(cè)定。

表1 林分基本情況

1.3 樣品分析

1.3.1 土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定

土壤pH值的測(cè)定采用玻璃電極進(jìn)行測(cè)定；土壤有機(jī)碳(SOC)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；土壤全氮(TN)采用凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定；全磷(TP)采用鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀(TK)含量采用原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)定[14]。

1.3.2 微生物生物量碳、氮測(cè)定

土壤微生物生物量碳(MBC)和土壤微生物生物量氮(MBN)的測(cè)定采用氯仿熏蒸浸提法測(cè)定[15]，其中熏蒸處理為25℃真空條件下培養(yǎng)48h，提取過(guò)程浸提液采用0.5mol L-1K2SO4。分別采用全有機(jī)碳自動(dòng)分析儀(TOC-VCPH 全有機(jī)碳自動(dòng)分析儀)測(cè)定上述浸提方法得到的濾液中的有機(jī)碳和全氮。MBC(mg/kg)和MBN(mg/kg)分別由下式求得[16- 17]：

MBC=EC×2.22

MBN=EN×2.22

式中，EC、EN分別為熏蒸與未熏蒸土樣浸提液中有機(jī)碳、全氮的差值；2.22為校正系數(shù)。

1.3.3 微生物群落結(jié)構(gòu)組成的測(cè)定

土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成的測(cè)定采用磷脂脂肪酸法(PLFAs)。采用的方法是Bossio和Scow[18]在Bligh和Dyer[19]的方法基礎(chǔ)上修正而來(lái)。具體步驟如下：稱(chēng)取相當(dāng)于8g干土重的鮮土(土壤過(guò)2mm篩后，人工挑出殘存的根、凋落物碎屑及小石粒)，加入甲醇-氯仿-磷酸緩沖液(2∶1∶0.8)，置于35mL Teflon瓶中振蕩2h。然后在25℃下，離心10min(2500r/min)。加入12mL CHCl3和12mL磷酸緩沖液到分離漏斗。同時(shí)將離心上清液倒入分離漏斗。對(duì)于離心后的樣品，加23mL提取液于離心管中的剩余土壤中，渦流攪拌并在振蕩器上搖動(dòng)0.5h，然后在25℃下，離心10min(2500r/min)。將離心上清液倒入對(duì)應(yīng)的分離漏斗。搖動(dòng)分離漏斗2min，靜置過(guò)夜。第2天打開(kāi)漏斗活塞，將分離漏斗中的下層溶液放入大口徑的長(zhǎng)玻璃試管，在30—32℃的水浴中用N2吹干氯仿濃縮磷脂，然后轉(zhuǎn)入硅膠柱(BondElut; Varian, Palo. Alto, CA)。分別用氯仿，丙酮和甲醇沖洗硅膠柱，棄去氯仿和丙酮洗出液(分別是糖脂脂肪酸和中性脂肪酸)。甲醇洗出液即含有磷脂脂肪酸的液體。將甲醇洗出液吹干(N232℃)，依次加入1mL甲醇-甲苯(1∶1 mol/L)和1mL 0.2mol/L KOH甲醇溶液，振蕩混勻，37℃水浴15min，冷卻后加入0.3mL醋酸，2mL正己烷和2mL去離子水，在低速下振蕩10min，用移液槍將上層移至一次性螺口小管。再加2mL正己烷，搖動(dòng)10min后再用移液槍將上層移至對(duì)應(yīng)的螺口小管中。最后用N2吹干。然后用加有內(nèi)標(biāo)(C19:0)的正己烷溶解后，用安捷倫6890氣相色譜儀(Hewlett-Packard 6890，安捷倫，美國(guó))進(jìn)行測(cè)定。

計(jì)算細(xì)菌和真菌等PLFAs的絕對(duì)(nmol/g干重)和相對(duì)(mol%)濃度。以每種磷脂脂肪酸的百分比反映各樣品中細(xì)菌、真菌和放線菌等的相對(duì)含量。以磷脂脂肪酸的總濃度(nmol/g干重)表示微生物的生物量[20- 22]。

在本研究中，14:0, i14:0, i15:0, a15:0, 15:0, i16:0, 16:1ω7c, 10Me16:0, i17:0, a17:0, 17:0, cy17:0, 10Me17:0, 18:1ω7c, cy19:0用來(lái)指示細(xì)菌[23]，i14:0, i15:0, a15:0, i16:0, a17:0 和 i17:0 用來(lái)指示革蘭氏陽(yáng)性菌(G+)，14:0, 15:0, 16:1ω7c, 17:0, cy17:0 和 cy19:0 用來(lái)指示革蘭氏陰性菌(G-)[24]，18:2ω6,9c 和 18:1ω9c 用來(lái)指示真菌[18，23，25- 26]，16:1ω5c用來(lái)指示叢枝菌根真菌(AMF)[27]。10Me18:0用來(lái)指示放線菌，真菌/細(xì)菌比(F/B)用18:2ω6,9c、18:1ω9c的量和各細(xì)菌指示物的總量比來(lái)計(jì)算[23，25，28]。其他種類(lèi)如16:0, 16:1 2OH, 17:1ω8c 仍然用來(lái)計(jì)算微生物的總量和群落組成。以上所有提到的各菌群PLFA總和代表本研究區(qū)域微生物群落總的PLFAs量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，檢驗(yàn)不同造林時(shí)間和不同立地條件間土壤微生物生物量、各種脂肪酸含量等的差異顯著性。顯著性水平設(shè)置為p<0.05，所有統(tǒng)計(jì)用SPSS18.0完成。用主成分分析(PCA)來(lái)檢驗(yàn)土壤微生物組成的差異性。圖在Sigmaplot10.0軟件下完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 造林對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

表2是幾種不同造林時(shí)間和不同立地條件下0—20cm土層土壤化學(xué)性質(zhì)的情況。從表2可以看出，不同造林時(shí)間的岷江柏人工林隨造林時(shí)間的增加，其土壤有機(jī)碳(SOC)和全氮(TN)含量呈增加的趨勢(shì)，但不同造林時(shí)間的人工林間無(wú)顯著差異(P>0.05)。pH值隨造林時(shí)間的增加呈降低的趨勢(shì)，其中2002年岷江柏人工林土壤pH值顯著低于2011年岷江柏人工林(P<0.05)。不同立地條件對(duì)土壤pH、SOC、TN和TK的影響則均不顯著(P>0.05)，但仍表現(xiàn)為退耕還林地上營(yíng)建的人工林(樣地4)土壤SOC和TN含量高于宜林荒山上營(yíng)造的人工林(樣地5和樣地6)。

表2 不同造林時(shí)間及不同立地條件人工林土壤化學(xué)性質(zhì)

同列不同小寫(xiě)字母代表不同造林時(shí)間的人工林間的差異顯著(P< 0.05), 不同大寫(xiě)字母代表不同立地條件人工林間的差異顯著(P<0.05)

2.2 造林對(duì)土壤微生物生物量和微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

2.2.1 造林對(duì)土壤微生物生物量的影響

不同造林時(shí)間和不同立地條件下土壤中微生物生物量碳和微生物生物量氮如表3所示，土壤中微生物生物量碳、氮含量均隨著造林時(shí)間的增加而增加，其中2002年岷江柏人工林土壤中微生物生物量碳、氮含量顯著高于2006年和2011年岷江柏人工林。而不同立地條件對(duì)土壤微生物生物量碳的影響均不顯著，但土壤微生物生物量碳、氮含量均表現(xiàn)為退耕地上營(yíng)造的人工林土壤中的含量較高(表3)。

2.2.2 造林對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

由表3可以看出，土壤中各類(lèi)磷脂脂肪酸含量(總PLFAs、總G+PLFAs、總G-PLFAs、總細(xì)菌PLFAs、總真菌PLFAs、叢枝菌根真菌PLFAs和放線菌PLFAs)總體上隨著造林時(shí)間的增加而增加，其中2002年岷江柏人工林土壤中各類(lèi)磷脂脂肪酸含量要顯著高于2011年岷江柏人工林下的土壤(P<0.05)。不同立地條件下則表現(xiàn)為退耕還林地土壤中的總PLFAs、總G+PLFAs、總細(xì)菌PLFAs和總真菌PLFAs顯著高于宜林荒山上營(yíng)造的岷江柏人工林土壤(P<0.05)，而總G-PLFAs、叢枝菌根真菌PLFAs和放線菌PLFAs均無(wú)顯著差異。無(wú)論是不同造林時(shí)間還是不同立地條件下，土壤中微生物總磷脂脂肪酸含量和微生物生物量碳分布均較一致。

不同造林時(shí)間及不同立地條件下，土壤中具體的各種磷脂脂肪酸含量也存在著差異(圖1和圖2)，G+菌的單種PLFA(i15:0、i17:0和a17:0)含量，G-菌的單種PLFA(14:0、15:0、17:0和cy19:0)含量，真菌PLFA(18:1ω9c和18:2ω6,9c)含量以及叢枝菌根真菌PLFA(16:1ω5c)的含量在不同造林時(shí)間的人工林土壤中均存在顯著的差異。在不同立地條件下，則表現(xiàn)為G+菌的單種PLFA(i14:0、a15:0)含量，G-菌的單種PLFA(15:0、16:1ω7c、cy17:0和cy19:0)含量，細(xì)菌PLFA(10Me16:0、10Me17:0、18:1ω7c)，真菌PLFA(18:1ω9c)含量以及放線菌PLFA(10Me18:0)的含量存在顯著的差異(P<0.05)。G+/G-無(wú)論在不同造林時(shí)間還是在不同立地條件的人工林土壤中均表現(xiàn)為差異不顯著(表3)。真菌/細(xì)菌(F/B)比值在不同立地條件下的土壤中表現(xiàn)為差異顯著(P<0.05)。

表3 各樣地土壤微生物生物量及各類(lèi)群磷脂脂肪酸含量

不同小寫(xiě)字母代表不同造林時(shí)間的人工林間的差異顯著(P< 0.05), 不同大寫(xiě)字母代表不同立地條件人工林間的差異顯著(P< 0.05)

圖1 不同造林時(shí)間的人工林土壤中各種磷脂脂肪酸的相對(duì)含量Fig.1 Relative abundances of individual PLFAs in soil of the plantations with different years

圖2 不同立地條件下的人工林土壤中各種磷脂脂肪酸的相對(duì)含量Fig.2 Relative abundances of individual PLFAs in soil of the plantations with different site conditions

對(duì)不同造林時(shí)間和不同立地條件的幾種人工林土壤中所提取的22種磷脂脂肪酸進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明不同造林時(shí)間和不同立地條件對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)具有不同程度的影響(圖3)，第一主成分對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)差異的貢獻(xiàn)值是69.8%，第二主成分的貢獻(xiàn)值是9.9%。不同造林時(shí)間的3種岷江柏人工林(1，2和3號(hào)樣地)中1號(hào)樣地(2002年人工林)和3號(hào)樣地(2011年人工林)沿第一主成分軸明顯的分離開(kāi)，1號(hào)樣地(2002年人工林)和2號(hào)樣地(2006年人工林)則沿第二主成分軸明顯的分離開(kāi)，而不同立地條件下的3種岷江柏人工林(4，5和6號(hào)樣地)中則是4號(hào)樣地(退耕還林地)和5號(hào)樣地(宜林荒山上營(yíng)造的人工林)沿第一主成分軸明顯的分離開(kāi)，而5號(hào)樣地(宜林荒山上營(yíng)造的人工林，下坡長(zhǎng)勢(shì)較差)和6號(hào)樣地(宜林荒山上營(yíng)造的人工林，上坡長(zhǎng)勢(shì)較好)沿第一、第二主成分值軸的分離程度均不明顯。因此，也可以看出在本研究區(qū)不同造林時(shí)間對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響可能更大。

圖3 不同造林時(shí)間和立地條件磷脂脂肪酸結(jié)構(gòu)的主成分分析Fig.3 Principal Component Analysis of PLFAs structures in the plantations with different years or site conditions

2.3 土壤各菌群PLFAs與土壤化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系

由表4可以看出，PLFA標(biāo)識(shí)的G+、總細(xì)菌、總真菌以及總PLFAs均與土壤MBC極顯著相關(guān)，說(shuō)明PLFA分析方法和氯仿熏蒸浸提法之間有很好的一致性。

各菌群PLFA與土壤化學(xué)性質(zhì)相關(guān)性分析表明(表4)，土壤G-與土壤pH值呈顯著負(fù)相關(guān)。土壤總真菌及叢枝菌根真菌(AMF)與土壤有機(jī)碳達(dá)到了顯著正相關(guān)的水平，而土壤全氮對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響則更顯著，土壤總PLFAs、G+、G-、總細(xì)菌、總真菌、AMF、放線菌、MBC和MBN均與土壤全氮呈顯著正相關(guān)，尤其是土壤總PLFAs、總真菌和AMF與土壤全氮相關(guān)水平更是達(dá)到了極顯著相關(guān)，說(shuō)明在這一地區(qū)，土壤全氮含量是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。此外，土壤總PLFAs、總細(xì)菌和放線菌與土壤全磷也達(dá)到了顯著正相關(guān)水平，說(shuō)明在這一地區(qū)土壤全磷含量對(duì)土壤微生物生物量的影響也較大。

表4 土壤性質(zhì)與各種微生物脂肪酸間的Pearson相關(guān)分析

3 討論與結(jié)論

土地利用變化后，可以改變地表覆被狀況并影響許多生態(tài)過(guò)程，例如土壤有機(jī)碳的輸入、輸出及土壤的化學(xué)性質(zhì)和過(guò)程等。造林作為土地利用方式的一種，它可以影響土壤的物理、化學(xué)以及生物學(xué)性質(zhì)，因此，了解不同土地利用方式導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)的差異，是合理利用土地資源改進(jìn)土地利用方式發(fā)展持續(xù)林業(yè)的前提[29]。黃懿梅[30]對(duì)黃土丘陵區(qū)植被恢復(fù)過(guò)程中土壤化學(xué)性質(zhì)的演變的研究發(fā)現(xiàn)，在植被恢復(fù)過(guò)程中，土壤有機(jī)碳和全氮含量呈逐漸增加的趨勢(shì)。彭文英等[31]和Garcia等[32]也認(rèn)為隨著植被恢復(fù)時(shí)間的增加，土壤結(jié)構(gòu)不斷得到改善，土壤有機(jī)質(zhì)、全碳、全氮以及主要離子含量呈明顯增加趨勢(shì)。本研究中隨著造林時(shí)間的增加，土壤有機(jī)碳和全氮含量呈逐漸增加的趨勢(shì)，但沒(méi)有達(dá)到顯著水平，這可能和造林時(shí)間較短有關(guān)。

土壤化學(xué)性質(zhì)需要經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間才能發(fā)生顯著變化，因此土壤化學(xué)性質(zhì)作為土壤質(zhì)量指標(biāo)有時(shí)并不能評(píng)價(jià)土壤管理和土地利用的短期影響[30]。Fitter等[33]認(rèn)為，土壤中的生物是維持土壤質(zhì)量的重要組成部分，土壤生物學(xué)性質(zhì)能快速和準(zhǔn)確地反映土壤系統(tǒng)微小的改變[34]。而且很多研究者研究表明，土壤微生物生物量周轉(zhuǎn)周期短，能夠快速地反映環(huán)境因子、土地利用方式和生態(tài)功能等的變化過(guò)程，而土壤微生物生物量碳是土壤有機(jī)質(zhì)中最為活躍的部分，可以敏感地反映出土壤有機(jī)碳的變化[35- 36]；微生物生物量氮是土壤活性氮素的重要儲(chǔ)備庫(kù)，是植物氮營(yíng)養(yǎng)的重要來(lái)源[37]。因此，土壤微生物生物量是反映土壤系統(tǒng)健康和土壤質(zhì)量的重要生物學(xué)指標(biāo)，可以敏感地反映管理措施和人為干擾等對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響程度[38- 39]。本研究選擇的岷江柏是研究區(qū)典型的人工造林植被恢復(fù)樹(shù)種，由于造林時(shí)間較短，不同造林時(shí)間和不同立地條件的人工林土壤化學(xué)性質(zhì)存在差異，但均未達(dá)到顯著水平，而土壤微生物生物量則存在顯著差異，這說(shuō)明微生物對(duì)外界因素變化的反映更靈敏。這和前人的研究結(jié)果一致[40- 44]。

土壤微生物群落組成在不同造林時(shí)間和不同立地條件下的人工林中顯著不同，隨著造林時(shí)間的增加，G+、G-、總B、總F和放線菌均呈顯著地增加；而不同立地條件下則表現(xiàn)為退耕還林地土壤具有較高的G+、總B、總F和F/B。造成這種差異的原因可能是：隨著造林時(shí)間的增加(植被逐漸恢復(fù)的過(guò)程)，養(yǎng)分流失逐漸降低和有機(jī)物質(zhì)的大量輸入為微生物生長(zhǎng)提供了更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而促進(jìn)了微生物生物量及各菌群生物量的提高[40]；而退耕還林地土壤具有較高的G+、總B、總F和F/B，原因可能是退耕還林地在退耕之前殘留有大量的作物根系和施肥等人為活動(dòng)，使之表層土壤較宜林荒山土壤具有豐富的養(yǎng)分含量，加之耕地營(yíng)造岷江柏人工林后，由原來(lái)開(kāi)放或半開(kāi)放的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉忾]或半封閉的人工林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)結(jié)構(gòu)后，土壤的營(yíng)養(yǎng)成分、水分和植物殘?bào)w等物質(zhì)重新返回到生態(tài)系統(tǒng)中，為退耕后的養(yǎng)分補(bǔ)給和改善提供了充足的物質(zhì)來(lái)源，尤其是微生物生物量的增加，加速了土壤物質(zhì)代謝能力和促進(jìn)了養(yǎng)分的積累[43]。植被恢復(fù)過(guò)程中，土壤養(yǎng)分與土壤微生物生物量的關(guān)系密切[45]，本研究中土壤微生物生物量及各菌群生物量與土壤TN含量達(dá)到顯著相關(guān)水平，由此可以看出，氮是該區(qū)微生物生長(zhǎng)的主要限制因子。

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Effects of afforestation on soil microbial community structure in the arid valley of Minjiang River

WANG Weixia1,2, LUO Da1, SHI Zuomin1，*, LI Dongsheng1, TANG Jingchao1, LIU Shirong1, LIU Qianli3, HE Jianshe3

1KeyLaboratoryonForestEcologyandEnvironmentalSciencesofStateForestryAdministration,InstituteofForestEcology,EnvironmentandProtection,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China2CollageofForestryandHorticulture,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China3SichuanAbaAutonomousPrefectureScienceandTechnologyInstitute,Wenchuan623000,China

In order to explore the effects of afforestation on soil microbial community structures in the arid valley of Minjiang River, we selected different plantations with different cultivation years and site conditions to investigate soil microbial biomass and community structures by phospholipid fatty acids (PLFAs) method. The results showed that soil chemical properties were different among the types but not significant due to their short plantation time, while the soil microbial biomass increased significantly with the plantation time. For plantations with different site conditions, soil microbial biomass was higher in the plantation returned from farmland. The findings of above indicate that the response of microbial to environmental changes is more sensitive than that of soil chemical properties. Soil microbial biomass had significant correlation with soil total nitrogen content. It suggests that soil total nitrogen content is the key factor affects the soil microbial community structures in these plantations.

soil microorganism; phospholipid fatty acids (PLFAs); afforestation; site conditions; arid valley

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃課題資助項(xiàng)目(2012BAD22B0102); 中國(guó)科學(xué)院碳專(zhuān)項(xiàng)課題資助項(xiàng)目(XDA05060100)

2013- 06- 09;

2013- 09- 22

10.5846/stxb201306091499

*通訊作者Corresponding author.E-mail: shizm@caf.ac.cn

王衛(wèi)霞, 羅達(dá), 史作民, 李東勝, 唐敬超, 劉世榮, 劉千里, 何建社.岷江干旱河谷造林對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(4):890- 898.

Wang W X, Luo D, Shi Z M, Li D S, Tang J C, Liu S R, Liu Q L, He J S.Effects of afforestation on soil microbial community structure in the arid valley of Minjiang River.Acta Ecologica Sinica,2014,34(4):890- 898.