黃土高原溝壑區(qū)不同杏樹嵌套種植模式對土壤微生物組成的影響

王金成， 井明博， 周天林， 劉建新， 王 鑫

(甘肅省高校隴東生物資源保護與利用省級重點實驗室 隴東學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 甘肅 慶陽 745000)

黃土高原溝壑區(qū)不同杏樹嵌套種植模式對土壤微生物組成的影響

王金成， 井明博， 周天林， 劉建新， 王 鑫

(甘肅省高校隴東生物資源保護與利用省級重點實驗室 隴東學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 甘肅 慶陽 745000)

摘要：[目的] 研究黃土高原地區(qū)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其主要生理類群在杏樹不同嵌套種植模式中的地位和作用。[方法] 用“平板培養(yǎng)法”和常規(guī)方法，研究了不同嵌套模式下土壤微生物三大類群、主要功能群組成、土壤全氮及有機質(zhì)含量的變化，并以系統(tǒng)聚類及主成分分析(PCA)等方法進行數(shù)據(jù)分析。[結(jié)果] (1) 土壤微生物總數(shù)量及三大類群數(shù)量以杏樹與紫花苜蓿的嵌套模式最高(p<0.05)，杏樹嵌套黃花菜和紫花苜蓿次之(p<0.05)，其余嵌套模式間無顯著性變化(p>0.05)； (2) 在杏樹和紫花苜蓿的模式中土壤固氮菌數(shù)量、氨化細菌和纖維素分解菌數(shù)量最高(p<0.05)，杏樹和黃花菜和紫花苜蓿嵌套模式次之(p<0.05)； (3) 土壤微生物三大類群中，土壤放線菌數(shù)量對Shannon—Wiener指數(shù)的大小變化起著較大作用； (4) 依據(jù)可培養(yǎng)微生物組成，5種嵌套模式可劃分為3個類群，嵌套植被對土壤微生物組成的影響不同，紫花苜蓿對土壤微生物學(xué)性質(zhì)的作用更強。[結(jié)論] 杏樹在不同嵌套種植模式下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成與嵌套植被類型關(guān)系密切且具有其獨特的規(guī)律及變化原因。

關(guān)鍵詞：溝壑區(qū); 嵌套種植模式; 土壤微生物; 黃土高原

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在有機質(zhì)分解、養(yǎng)分循環(huán)和植物營養(yǎng)等過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用；作為土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分循環(huán)的“驅(qū)動力”，土壤微生物是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，直接參與諸多生態(tài)過程，常被用來評價退化生態(tài)系統(tǒng)中生物群系與功能恢復(fù)之間的關(guān)系。其數(shù)量變化與土壤的通氣性、水分狀況、養(yǎng)分狀況及有機含量等土壤理化指標(biāo)密切相關(guān)[1]，其活性可在一定程度上反映土壤肥力。土壤微生物群落調(diào)控營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)，促進營養(yǎng)元素固定、加速營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和產(chǎn)生植物激素，為植物提供可利用的礦物質(zhì)庫[2-5]。

杏樹系薔薇科(Rosaceae)杏屬(Armeniaca)植物，是我國原生經(jīng)濟樹種，也是世界性水果樹種之一[6]；杏樹以其抗逆性強，生長迅速、根系發(fā)達等優(yōu)點，成為黃土高原溝壑區(qū)的主要造林樹種，也是近年來該地區(qū)的主要經(jīng)濟林種之一[7]。目前，對于杏樹的研究大多集中在農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面，研究內(nèi)容主要集中在農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)中土壤理化性質(zhì)、水分效應(yīng)和養(yǎng)分循環(huán)等方面[6-7]，但有關(guān)杏樹與不同經(jīng)濟作物嵌套種植模式中，尤其是其土壤微生物組成及其對土壤微生物群落的影響鮮有報道。本研究以隴東黃土高原南部溝壑區(qū)不同嵌套模式杏樹林為研究對象，利用“平板培養(yǎng)法”研究土壤微生物3大類群及主要功能群組成，測定分析土壤全氮以及有機質(zhì)含量在不同嵌套模式下的變化情況，研究結(jié)果將有助于認識土壤微生物在杏樹不同嵌套模式中的作用，為黃土高原經(jīng)濟植被新型種植模式的發(fā)展及水土流失的防治等提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于隴東黃土高原南部溝壑區(qū)慶陽市鎮(zhèn)原縣太平鄉(xiāng)慕坪村西坡組，土壤類型為黃綿土，質(zhì)地為沙土。地理坐標(biāo)地處東經(jīng)107°38′—108°40′，北緯35°69′—35°71′，海拔1 380~1 400 m。該區(qū)屬黃土高原溝壑地貌，是全國典型水土流失區(qū)之一，侵蝕面積25 050.5 km2，占全區(qū)總面積的92.4%，侵蝕模數(shù)6 383～9 000 t/(hm2·a)。屬暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，光、熱、水氣候資源豐富，可一年兩熟。由于季風(fēng)的強烈影響，冬季寒冷干燥，春季多風(fēng)且干旱少雨，夏季溫暖多雨，水熱同期，年降水量400~600 mm，雨量分布不均，且主要集中在7—9月份，多年平均蒸發(fā)量1 000 mm以上，地面蒸發(fā)量為350~560 mm，地下水位深，屬雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，在黃綿土類區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要限制因素是干旱，土壤瘠薄，水土流失嚴(yán)重[8]。2002年為了落實國家退耕還林還草和生態(tài)環(huán)境重建政策，該地區(qū)在當(dāng)?shù)卣y(tǒng)一部署下，全面實施了人工杏樹林的營造工作，對保持水土，提高土壤質(zhì)量，改善生態(tài)環(huán)境有著重要意義。為此，通過實地調(diào)查，選擇了不同杏樹嵌套模式作為研究樣地(表1)。

表1　供試土壤樣地基本情況

1.2　土壤樣品采集

于2010年6月中旬在區(qū)內(nèi)選擇立地條件基本一致的具有代表性的樣點(表1)。先撥去土壤表層的浮土(約5 cm)及石塊、落葉等雜質(zhì)后利用取土鉆，按對角線五點取樣法，在每一樣地中采集0—20 cm深度的土壤，將5個點采集的土壤混勻成1個土樣，每個樣地取3個重復(fù)。用于土壤微生物數(shù)量分析的土樣放在冷藏箱無菌自封袋內(nèi)4 ℃保存，48 h內(nèi)挑除草根，過2 mm滅菌土壤篩后測定微生物類群和數(shù)量。測定土壤養(yǎng)分所需的樣品采用“四分法”取樣，全部通過1 mm孔徑篩，再從過1 mm孔徑篩的土樣中均勻取出1/4，通過0.149 mm孔徑篩[9]。

1.3　土樣測定與數(shù)據(jù)處理

土壤微生物數(shù)量測定采用稀釋平板法。細菌用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，放線菌用高氏Ⅰ號培養(yǎng)基，真菌用孟加拉紅培養(yǎng)基(成品，北京銀橋生物有限公司)，氨化細菌用蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，固氮菌用改良阿須貝無氮瓊脂培養(yǎng)基，纖維素分解菌用赫奇遜氏培養(yǎng)基[9-10]。

土壤含水量采用烘干法，土壤pH值采用pH計法測定，全氮含量采用凱氏定氮法測定，土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀—外加熱法[11]。

利用SPSS 16.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析，用Origin 6.0軟件作圖。以Shannon—Wiener指數(shù)[12]作為土壤可培養(yǎng)微生物的綜合性指標(biāo)，計算公式為:

H′=-∑PilnPi

式中：H′——Shannon—Wiener指數(shù)；Pi——樣品中第i種類群個體所占比例。

2結(jié)果與分析

2.1　不同嵌套模式下土壤微生物3大類群組成及土壤養(yǎng)分的變化

表2為不同嵌套模式杏樹林土壤微生物三大類群及土壤養(yǎng)分狀況。F檢驗結(jié)果顯示，不同嵌套模式間土壤微生物總數(shù)量及細菌數(shù)量差異極顯著(F總數(shù)量=66.855>F0.01；F細菌=69.369>F0.01，p<0.01)；多重比較(α=0.05)結(jié)果顯示不同嵌套模式間土壤微生物總數(shù)量及細菌數(shù)量相互之間皆差異顯著(p<0.05)，其中嵌套模式A土壤微生物總數(shù)以及細菌數(shù)量皆為最高，嵌套模式D土壤微生物總數(shù)以及細菌數(shù)量次之，其余嵌套模式土壤微生物總數(shù)量和細菌數(shù)量之間均無顯著性差異(p>0.05)。不同嵌套模式間土壤放線菌數(shù)量差異極顯著(F放線菌=53.483>F0.01，p<0.01)；多重比較(Duncan，α=0.05)結(jié)果表明，不同嵌套模式相互之間放線菌數(shù)量差異顯著(p<0.05)，不同嵌套模式之間表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。嵌套模式A的土壤放線菌數(shù)量最高，模式C和D次之且相互之間無顯著性差異(p>0.05)，對照組E土壤放線菌數(shù)量最低。此外，土壤真菌數(shù)量在不同嵌套模式間無顯著性差異(F真菌=0.7210.05)。不同嵌套模式之間，土壤有機質(zhì)及全氮含量之間呈相似的變化趨勢。土壤有機質(zhì)和全氮含量在不同嵌套模式間差異極顯著(F有機質(zhì)=19.581>F0.01；F全氮=32.885>F0.01，p<0.01)；多重比較(Duncan，α=0.05)結(jié)果顯示，不同嵌套模式相互之間土壤有機質(zhì)及全氮含量差異顯著(p<0.05)，其中嵌套模式A和D有機質(zhì)及全氮含量最高且相互之間均無顯著性差異(p>0.05)，模式C和對照組E有機質(zhì)及全氮含量次之且相互之間亦無顯著性差異(p>0.05)，嵌套模式B有機質(zhì)和全氮含量最低，而嵌套模式B與C之間全氮含量無顯著性差異(p>0.05)。土壤含水量在不同嵌套模式下差異極顯著(F含水量=40.027>F0.01，p<0.01)；多重比較(Duncan，α=0.05)結(jié)果表明，不同嵌套模式相互之間土壤含水量差異顯著(p<0.05)，不同嵌套模式之間亦表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。嵌套模式A和D的土壤放線菌數(shù)量最高，模式C次之，模式B與對照組E土壤含水量最低且相互之間無顯著性差異(p>0.05)。

表2　不同嵌套模式杏樹林土壤微生物三大類群及土壤養(yǎng)分狀況

注：數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。

圖1為不同嵌套模式下土壤可培養(yǎng)微生物Shannon—Wiener指數(shù)。F檢驗結(jié)果顯示，不同模式下土壤微生物Shannon—Wiener指數(shù)差異極為顯著(F=9.066>F0.01，p<0.01)。多重比較(Duncan，α=0.05)結(jié)果顯示，不同嵌套模式間Shannon—Wiener指數(shù)總體上呈增加趨勢，模式D(0.463 6±0.014 4)和對照組E(0.462 2±0.002 9)Shannon—Wiener指數(shù)最高，且相互之間無顯著性差異(p>0.05)；模式B(0.427 8±0.011 6)和C(0.427 8±0.008 5)次之，兩者之間亦無顯著性差異(p>0.05)；模式A(0.395 5±0.004 7)最低。

圖1　不同嵌套模式下土壤可培養(yǎng)

土壤微生物數(shù)量組成是土壤、植被、氣候及人為干擾等多方面因素對微生物綜合作用的結(jié)果[13]。黃土高原果樹經(jīng)濟林土壤微生物組成研究主要集中在蘋果樹方面，且研究主要集中在林齡對土壤微生物組成的影響，土壤養(yǎng)分的分布以及雜草對蘋果樹土壤根際微生物影響等方面[14-16]，就杏樹嵌套模式下土壤微生物組成研究未見報道。本研究中，以土壤微生物總數(shù)量、細菌以及放線菌數(shù)量來看，模式A(杏樹+紫花苜蓿)明顯高于其他嵌套模式，究其原因可能是由于：首先，嵌套豆科植物(紫花苜蓿)可增加土壤養(yǎng)分含量[17-19]，土壤養(yǎng)分的增加也有利于土壤微生物的生長繁殖；第二，豆科植物能夠通過自身的生物固氮滿足土壤微生物對氮素需求[20-22]；第三，本研究樣地土壤為典型的黃土高原沙土，土壤堿性化程度較高(表2)，細菌、放線菌及真菌有著不同的生長環(huán)境條件要求，細菌和放線菌通常比較適合在中性至偏堿性的土壤環(huán)境生長，而真菌生長更適合偏酸性的土壤環(huán)境[9]。綜上所述，相對于其他嵌套模式，模式A土壤微生物數(shù)量最高。土壤真菌在不同嵌套模式下無顯著性變化可能是由于土壤堿性化程度較高，抑制了土壤真菌的生長[23]，因此不同嵌套模式之間土壤真菌未呈現(xiàn)出顯著變化規(guī)律。魏衛(wèi)東[24]研究了高寒地區(qū)種植紫花苜蓿對土壤養(yǎng)分的影響，表明隨著種植年限增加，土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮含量顯著增加；高峻等[7]研究了黃土丘陵溝壑區(qū)杏樹—黃芪復(fù)合系統(tǒng)對土壤理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明杏樹—黃芪復(fù)合系統(tǒng)和清耕杏園中土壤理化性質(zhì)均存在明顯差異，全氮、全鉀以及速效氮、速效鉀、土壤有機質(zhì)含量較清耕杏園土壤顯著增加；劉恩斌[25]進行了種植紫花苜蓿提高黃土坡地土壤肥力試驗研究，結(jié)果表明，種植紫花苜蓿能提高土壤肥力，提高土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮含量，并隨著種植年限的延長，提高肥力的幅度增大。上述研究與本研究結(jié)果相似，究其原因：首先，不同嵌套模式下，模式A和D土壤全氮含量最高，不難看出此兩種模式中均有紫花苜蓿的參與，可能是由于豆科植物生物固氮作用。第二，模式A和D土壤有機質(zhì)含量亦為最高，已有研究[26]表明，干旱區(qū)初級生產(chǎn)力越高，土壤就有可能固定更多的有機質(zhì)，本研究中模式A和D土壤養(yǎng)分明顯高于其他模式，加之土壤微生物數(shù)量亦為最高，土壤綜合肥力以及物質(zhì)循環(huán)趨于良好，因此，土壤有機質(zhì)含量明顯高于其他模式；第三，本研究中，土壤含水量總體相對較低，但相比之下模式A和D土壤含水量均為最高且相互之間無顯著性差異，原因可能是由于模式A中，雖然以粗放式管理為主，但此模式中樹高達200~350 cm，徑粗4~6 cm，成活率>90%，相對于其他模式，其根基相對發(fā)達，持水能力相對較高，而模式D為粗放精細式管理，加之此模式中植被相對豐富(杏樹+紫花苜蓿+黃花菜)，因此有助于土壤持水能力提高。模式A和D土壤含水量相對較高，模式B和C次之，對照組E最低，原因可能是由于：第一，粗放式管理的模式A以及粗放精細式管理的模式D，有助于林間凋落物還田可以減少土壤侵蝕，減少土壤水分蒸發(fā)，增加土壤有機質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，為土壤微生物創(chuàng)造較為有利的生長繁殖環(huán)境[27]，同時促進了整個果園土壤生態(tài)系統(tǒng)中碳、氮等土壤養(yǎng)分的循環(huán)，進而有助于杏樹林植被的生長，因此上述兩種嵌套模式的土壤含水量較高；第二，模式A和D，杏樹樹體均達300 cm左右，其發(fā)達的根系能夠起到良好的保水能力。本研究中，依據(jù)3大類群微生物數(shù)量對Shannon—Wiener指數(shù)建立的最優(yōu)回歸方程中，只有細菌和放線菌參與到該方程的構(gòu)建中，表明真菌對Shannon—Wiener指數(shù)的變化影響不大。細菌和放線菌的偏回歸系數(shù)均達到極顯著水平(p<0.01)，放線菌數(shù)量的偏回歸系數(shù)為0.220，細菌數(shù)量的偏回歸系數(shù)為-0.027。細菌的偏回歸系數(shù)皆為負值，說明不同嵌套模式下，模式A最高的細菌數(shù)量導(dǎo)致不同模式中模式A土壤可培養(yǎng)微生物Shannon—Wiener指數(shù)低于其他模式。從偏回歸系數(shù)絕對值大小來看，前者是后者的8.15倍，說明放線菌數(shù)量的變化要比細菌數(shù)量的變化對多樣性變化的影響大。

2.2　不同嵌套模式下土壤微生物主要功能群組成的變化

圖2為不同嵌套模式下土壤微生物主要功能群的組成。F檢驗結(jié)果顯示，土壤微生物各功能群在不同嵌套模式間均具有極顯著差異(F固氮菌=33.138>F0.01；F氨化細菌=19.564>F0.01；F纖維素分解菌=55.103>F0.01，p<0.01)。

對不同嵌套模式間各主要類群分別進行多重比較(Duncan,α=0.05)，就土壤固氮菌來看，不同嵌套模式之間差異顯著(p<0.05)，模式A(3.60×108cfu/g)和D (3.47×108cfu/g)土壤固氮菌數(shù)量最高且相互之間無顯著性差異(p>0.05)，模式B(2.47×108cfu/g)和C(2.63×108cfu/g)次之且兩者之間亦無顯著性差異(p>0.05)，對照組E(1.90×108cfu/g)土壤固氮菌數(shù)量最低。土壤氨化細菌數(shù)量在不同嵌套模式下差異顯著(p<0.05)，模式A(3.70×108cfu/g)，C(3.53×108cfu/g)和D(3.50×108cfu/g)土壤氨化細菌數(shù)量最高且相互之間無顯著性差異(p>0.05)，模式B(3.64×108cfu/g)和對照組E(2.80×108cfu/g)氨化細菌數(shù)量相對較低且二者之間亦無顯著性差異(p>0.05)。不同嵌套模式之間，土壤纖維素分解菌數(shù)量之間差異顯著(p<0.05)，模式A(5.43×108cfu/g)和D(4.13×108cfu/g)土壤纖維素分解菌數(shù)量最高且相互之間無顯著性差異(p>0.05)，其余嵌套模式B(2.93×108cfu/g)，C(3.07×108cfu/g)，E(2.56×108cfu/g)土壤纖維素分解數(shù)量相對較低且三者相互之間亦無顯著性差異(p>0.05)。

圖2　不同嵌套模式下土壤微生物主要功能群的組成

本研究所涉及的土壤微生物主要功能群可分為兩大類：一類與氮素轉(zhuǎn)化有關(guān)，包括固氮菌和氨化細菌；另一類是與纖維素的分解有關(guān)的纖維素分解菌。氮是植被營養(yǎng)循環(huán)中最重要的元素之一。氮素在土壤中的轉(zhuǎn)化包括固氮作用和氨化作用等過程，土壤微生物氮素生理群數(shù)量的變化一定程度上反映了土壤氮素營養(yǎng)的水平和轉(zhuǎn)化效率。本研究中，模式A為杏樹+紫花苜蓿的嵌套模式，由于豆科植物能夠通過自身的生物固氮滿足土壤微生物對氮素需求[20-22]，且有助于增加土壤養(yǎng)分含量[17-19]，因此，模式A下土壤固氮菌數(shù)量為5種嵌套模式中最高；模式D為杏樹+紫花苜蓿+黃花菜的嵌套模式，說明豆科植物的引入同時增加嵌套植被種類亦能有助于土壤固氮作用的提高，進而促進土壤微生物數(shù)量的增加，從而有助于土壤綜合肥力的提高。而模式B和C的嵌套模式分別是杏樹+撂荒地和杏樹+黃花菜，土壤固氮菌數(shù)量相對于模式A和D為低，說明單獨引入黃花菜或撂荒地中直接種植杏樹，土壤固氮程度相對較低。土壤氨化細菌方面，研究表明，氨化細菌與土壤透氣性成正相關(guān)關(guān)系[28]，本研究中模式B和D氨化細菌數(shù)量最低且兩者之間無顯著性差異，且不難看出這兩種模式均有撂荒地參與，這可能是由于撂荒地的土壤透氣性低于其他嵌套模式而引起的。模式A纖維素分解菌數(shù)量最高，模式D次之，且兩者之間無顯著性差異，而模式B，C，E土壤纖維素分解菌數(shù)量較低，3者之間亦無相關(guān)性差異。土壤纖維素分解在土壤纖維素的轉(zhuǎn)化中起著極為重要的作用，與土壤氮素供給水平密切相關(guān)[4]，說明模式A和D的氮素循環(huán)較好，此外，雖然模式B的嵌套植被為黃花菜且為精細式管理，但由于黃花菜在每年采收完畢后均被農(nóng)民拔除，因此模式B的植被歸還量的減少，可能是此模式土壤纖維素分解菌數(shù)量較低的又一原因。

2.3　不同嵌套模式對土壤微生物組成的影響

2.3.1不同嵌套模式微生物組成的聚類分析采用平方歐氏距離作為樣本之間的相異性指標(biāo)，類間距運算方法采用組間平均聯(lián)接法(between-groups linkage)，根據(jù)不同嵌套模式間土壤微生物數(shù)據(jù)變化規(guī)律進行系統(tǒng)聚類。圖3為不同嵌套模式間系統(tǒng)聚類樹狀圖。如圖3所示，根據(jù)不同嵌套模式間土壤微生物數(shù)值變化規(guī)律，進行系統(tǒng)聚類。結(jié)果顯示，嵌套模式A—E若在8.33～11.67相異性水平間進行截取，可劃分為2類：第1類為模式A、模式D、模式C和模式B組成；第2類為對照組E。很明顯第一類為杏樹林，而模式E為撂荒地。若在3.33～8.33相異性水平間進行截取，可劃分為3類：第1類由模式A、模式D和模式C組成，顯然模式A和D中均有豆科植物紫花苜蓿參與，而模式C為杏樹與黃花菜嵌套模式；第2類為模式B，此為杏樹+荒草地，土壤微生物數(shù)量明顯少于前者；第3類為對照組E撂荒地，土壤微生物數(shù)量最低。

2.3.2不同嵌套模式微生物組成的PCA分析經(jīng)KMO檢驗，KMO取值為0.721，適合做PCA分析。因此對5種嵌套模式進行PCA分析后結(jié)果顯示：共提取出2個主成分，第一主成分的特征值為2.530；第二主成分的特征值為2.469，二者累計方差貢獻率達到99.976%，說明可以反映事物的原來面貌[29]，其結(jié)果如圖4。PCA分析表明(圖4)，第一主成分上來看，包括嵌套模式A，B，C和D，另一類是是對照組E，體現(xiàn)了嵌套種植模式對土壤微生物群落的影響。第二主成分，5種嵌套模式微生物群落被分成了3個不同的組，第一組為模式A和D，這兩種嵌套模式中均有固氮植物紫花苜蓿的參與，體現(xiàn)嵌套種植固氮植物對杏樹林土壤微生物群落的影響；第二組為模式C和B，這兩種模式中均搭配了嵌套植物黃花菜和雜草，體現(xiàn)出植物對土壤微生物群落的影響的同時也說明所選嵌套植被之間亦存在差異；第三組為本研究設(shè)置的對照組E。

圖3　不同嵌套模式間系統(tǒng)聚類樹狀圖

從圖4可以看出，距離較近的模式A和D土壤微生物群落聚合為一個組，組成點集Ⅰ，即它們的相似性最大，說明固氮植物在杏樹嵌套模式中的作用顯著，而它們與組成點集Ⅱ(模式C和B)之間距離則相對稍遠，尤其與組成點集Ⅲ(對照組E)距離最遠，說明它們之間的相似性極小。此外，點集Ⅱ與點集Ⅰ距離相對于點集Ⅲ更為接近，說明杏樹林嵌套植被后，土壤微生物群落發(fā)生變化，體現(xiàn)出了嵌套植被對杏樹林土壤微生物群落的影響。PCA排序?qū)?種嵌套模式劃分為3個類群，與系統(tǒng)聚類的結(jié)果也相互印證。

圖4　不同嵌套模式PCA排序圖

3結(jié) 論

(1) 黃土高原溝壑區(qū)杏樹林在不同嵌套種植模式下，土壤微生物3大類群數(shù)量呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。就土壤微生物3大類群數(shù)量來看，杏樹+紫花苜蓿的嵌套種植模式最高，杏樹+紫花苜蓿+黃花菜的嵌套模式次之。不同嵌套模式下，模式A最高的細菌數(shù)量導(dǎo)致不同模式中模式A土壤可培養(yǎng)微生物Shannon—Wiener指數(shù)低于其他模式。真菌對土壤微生物Shannon—Wiener指數(shù)的變化影響不大。從偏回歸系數(shù)絕對值大小來看，放線菌數(shù)量的變化要比細菌數(shù)量的變化對多樣性變化的影響大。

(2) 土壤中氮素生理群及纖維素分解菌的數(shù)量組成與嵌套模式密切相關(guān)。豆科植物紫花苜蓿對土壤環(huán)境變化起著極為重要的作用。固氮菌、氨化細菌和纖維素分解菌數(shù)量不同嵌套模式表現(xiàn)出了獨特的變化規(guī)律，模式A下土壤固氮菌數(shù)量、氨化細菌和纖維素分解菌數(shù)量為5種嵌套模式中最高，模式D次之，說明豆科植物的引入同時增加嵌套植被種類亦能有助于土壤固氮作用的提高，進而促進土壤微生物數(shù)量的增加，從而有助于土壤綜合肥力的提高，亦能說明模式A和D的氮素循環(huán)較好。而模式B和C的嵌套模式分別是杏樹+撂荒地和杏樹+黃花菜，土壤固氮菌數(shù)量相對于模式A和D為低，說明單獨引入黃花菜或撂荒地中直接種植杏樹，土壤固氮程度相對較低。

(3) 系統(tǒng)聚類結(jié)果顯示，紫花苜蓿參與的模式A和D之間相似性最高。PCA分析表明，在第一主成分上，嵌套模式A，B，C和D較為集中，體現(xiàn)了嵌套種植模式對土壤微生物群落的影響。第二主成分可分為3個組，除第3組為對照組外，在第1組(模式A和D)中均有固氮植物紫花苜蓿的參與，體現(xiàn)嵌套種植固氮植物對杏樹林土壤微生物群落的影響；第2組由模式C和B組成，均搭配了嵌套植物黃花菜和雜草，說明植物對土壤微生物群落的影響的同時也說明所選嵌套植被之間亦存在差異。此外，相對于點集Ⅲ，點集Ⅱ與點集Ⅰ的距離更為接近，說明杏樹林嵌套其他植被科引起土壤微生物群落的變化，說明嵌套植被對杏樹林土壤微生物群落的影響。

(4) 黃土高原溝壑區(qū)杏樹林的最優(yōu)嵌套種植模式為杏樹+紫花苜蓿和杏樹+紫花苜蓿+黃花菜，且倡導(dǎo)增加土地歸還量，這將有助于杏樹林土壤微生物群落的分布均勻性和穩(wěn)定性以及碳、氮循環(huán)的完整性。

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Effects of Different Nested Planting Modes ofPrunusArmeniacaon Soil Microbial Composition in Gully Areas of Loess Plateau

WANG Jincheng, JING Mingbo, ZHOU Tianlin, LIU Jianxin, WANG Xin

(UniversityProvincialKeyLaboratoryforProtectionandUtilizationofLongdongBio-resourcesinGansuProvince,CollegeofLifeScienceandTechnology,LongdongUniversity,Qingyang,Gansu745000,China)

Abstract：[Objective] Studying the status and function of soil microbial-community structure and major functional microbial-groups on different Prunus armeniaca inter-plantation in the Loess Plateau region. [Methods] Three groups of soil microorganisms and major functional microbial-groups of soil were investigated based on the method of plate cultivation, and soil total nitrogen and organic matter were measured by conventional method; meanwhile, the dates were analyzed using hierarchical cluster as well as principal component analysis(PCA).[Results] (1) As for the total number of soil microorganisms and three major microbial groups, the highest values of them were found in the inter-plantation of P. armeniaca with alfalfa(p<0.05), the values in the inter-plantation of P. armeniaca with daylily and alfalfa times followed(p<0.05), and there was no significant difference among the rest inter-plantation patterns(p>0.05); (2) Soil azotobacter, ammonifier and cellulose decomposing bacteria were all found with the highest numbers in the inter-plantation of P. armeniaca with alfalfa(p<0.05), the second place was taken by numbers of these soil bacterial groups in the inter-plantation of P. armeniaca with lily and alfalfa(p<0.05); (3) The actinomycetes group played a more important role in the changes of Shannon—Wiener index; (4) The five inter-plantations were classified into three patterns according to the composition of cultivable soil microbes using the methods of hierarchical cluster as well as principal component analysis; inter-plantation with alfalfa was found with the greatest effect on the composition of soil microbial community, as compared with other patterns. [Conclusion] There were some distinctive and intrinsic interlinks between the variation of soil microbial composition and inter-plantation patterns.

Keywords:gully region; inter-plantation; soil microorganism; the Loess Plateau

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1000-288X(2015)02-0182-07

中圖分類號：Q938.1+3

通信作者：王鑫(1956—),男(漢族),甘肅省鎮(zhèn)原縣人,教授,主要從事土壤學(xué)領(lǐng)域的研究工作。E-mail:wensent20002002@163.com。

收稿日期：2014-03-04修回日期：2014-04-01
資助項目：甘肅省慶陽市科技支撐計劃項目“多功能微生物發(fā)酵有機肥料的研制及其開發(fā)應(yīng)用”(KN201317)
第一作者：王金成(1985—),男(漢族),甘肅省兩當(dāng)縣人,碩士,講師,主要從事于環(huán)境微生物學(xué)及分子微生物生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的研究工作。E-mail: wensent20002002@163.com。