降香黃檀土壤微生物數(shù)量的時空動態(tài)特征

陳國德， 鐘圣赟， 茍志輝， 吳海霞， 杜尚嘉

海南省林業(yè)科學(xué)研究所，海南 海口 571100

降香黃檀土壤微生物數(shù)量的時空動態(tài)特征

陳國德， 鐘圣赟， 茍志輝*， 吳海霞， 杜尚嘉

海南省林業(yè)科學(xué)研究所，海南 海口 571100

【目的】研究降香黃檀土壤微生物數(shù)量在時間和空間上的動態(tài)特征，可為降香黃檀栽培技術(shù)的完善提供數(shù)據(jù)支持?！痉椒ā坎捎孟♂屍桨逋坎挤ǎ容^分析降香黃檀根際和非根際土壤微生物三大類群(細(xì)菌、放線菌、真菌)數(shù)量的季節(jié)及垂直分布情況?！窘Y(jié)果】(1)降香黃檀根際和非根際土壤均表現(xiàn)為春季細(xì)菌、真菌數(shù)量較多，冬季細(xì)菌數(shù)量較少，秋季真菌數(shù)量較少；非根際土壤放線菌冬季數(shù)量較多，秋季數(shù)量較少。(2)細(xì)菌的根際效應(yīng)最為明顯，其R/S為0.12～62.96；真菌次之，其R/S為0.22～2.46；放線菌的根際效應(yīng)較小，其R/S為0.32～1.01。(3)降香黃檀上層土(0～20 cm)的微生物數(shù)量普遍高于其他土層；隨著土層加深，微生物數(shù)量表現(xiàn)為逐漸下降或先下降后升高2種變化趨勢。【結(jié)論】降香黃檀土壤微生物數(shù)量的分布受季節(jié)和土層的影響。

降香黃檀； 土壤微生物； 根際； 數(shù)量

降香黃檀DalbergiaodoriferaT. Chen，又稱海南黃花梨，為蝶形花科黃檀屬半落葉喬木，國家Ⅱ級重點(diǎn)保護(hù)野生植物(Wang,2003)；降香黃檀是珍貴紅木用材樹種，心材堅硬,耐濕耐腐，是制作名貴木制品的重要原料，且具有重要的藥用價值(黃星,2012; Chenetal.,2009)。目前，有關(guān)降香黃檀的研究主要集中在其多樣性(楊新全等,2007; 余敏,2012)、栽培技術(shù)(伍慶均,2014)以及活性物質(zhì)提取(黃星,2012; Zhaoetal.,2011)等方面。

土壤微生物是土壤中物質(zhì)循環(huán)的調(diào)節(jié)者，也是有機(jī)物質(zhì)和速效養(yǎng)分的一部分，參與多種反應(yīng)過程，如礦化—同化、氧化—還原等，是植物養(yǎng)料轉(zhuǎn)化、有機(jī)碳代謝及污染物降解的驅(qū)動力(何振立,1997; 張俊忠等,2008)。植物根際是植物和微生物交流比較活躍的土壤微區(qū)。植物根系可以分泌各種對微生物有益的維生素、酶、植物生長調(diào)節(jié)劑及氨基酸等物質(zhì)，促進(jìn)植株正常生長發(fā)育，同時對根際微生物的種類、數(shù)量和分布產(chǎn)生一定影響。植物、土壤、微生物的相互關(guān)系維持著土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能(吳建峰和林先貴,2003; 朱麗霞等,2003; Rumbergeretal.,2004)。由于土壤微生物在不同季節(jié)和土層的分布可能存在差異，進(jìn)而影響作物的生長。因此，本實(shí)驗(yàn)通過研究降香黃檀根際與非根際可培養(yǎng)土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量在時間和空間上的變化，為完善降香黃檀栽培技術(shù)提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究地位于海南省?？谠讫埢?，地處110°28′E、19°52′N，平均海拔30.4 m，屬熱帶季風(fēng)氣候，年平均溫度為23.7 ℃，年平均降雨量1697.8 mm，全年無霜，土壤為磚紅壤。

1.2 土樣采集及處理

采用五點(diǎn)取樣法，分別在2014年1月(冬季)、4月(春季)、7月(夏季)、10月(秋季)進(jìn)行取樣。以抖根法(關(guān)松蔭，1983)收集降香黃檀0～20、20～40、40～60 cm土層的根際土和非根際土，分別將土樣貼好標(biāo)簽后，置于冰盒并帶回實(shí)驗(yàn)室，過2 mm篩后存放于4 ℃冰箱備用。

1.3 土壤微生物數(shù)量的測定

采用平板涂布法(林先貴,2010)測定土壤微生物數(shù)量。稱取5 g鮮土于45 mL無菌水中，振蕩10 min后，取1 mL加入裝有9 mL無菌水的試管中依次稀釋，分別得梯度10-2、10-3、10-4、10-5、10-6的稀釋液，將所需梯度的稀釋菌懸液接入相應(yīng)的培養(yǎng)基平板上涂干，于28 ℃下倒置培養(yǎng)，觀察計數(shù)，計算每克干土中的微生物數(shù)量。細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，真菌用PDA培養(yǎng)基(臨用時每1000 mL培養(yǎng)基中加1%孟加拉紅水溶液3.3 mL、1%鏈霉素3 mL)，放線菌用高氏1號培養(yǎng)基(臨用時每300 mL培養(yǎng)基中加入青霉素1 mL，以抑制細(xì)菌和霉菌生長)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SPSS 16.0對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，用Duncan′s多重比較法測驗(yàn)各參數(shù)不同處理間的差異顯著性，顯著性水平設(shè)為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 根際和非根際土壤微生物數(shù)量的季節(jié)變化

降香黃檀土壤微生物數(shù)量受季節(jié)變化影響顯著。由表1可知，1月份根際土壤細(xì)菌數(shù)量顯著小于其他月份，僅為5.23×107CFU·g-1，4月份、7月份和10月份根際土壤的細(xì)菌數(shù)量無顯著差異；4月份的非根際土壤細(xì)菌數(shù)量與1月份存在顯著差異，前者為后者的9.2倍。根際土壤放線菌數(shù)量隨季節(jié)變化無顯著差異；1月份的非根際土壤放線菌數(shù)量是10月份的3.6倍，差異顯著，1月份和10月份的非根際土壤放線菌數(shù)量均與4月份、7月份無顯著差異。4月份、7月份和1月份的根際土壤真菌數(shù)量無顯著差異，7月份和10月份的根際土壤真菌數(shù)量較小，兩者無顯著差異，而4月份和1月份的根際土壤真菌數(shù)量均與10月份存在顯著差異，分別是后者的26.6和12.1倍；4月份的非根際土壤真菌數(shù)量分別是10月份和1月份的10.7和7.0倍，4月份的非根際土壤真菌數(shù)量與7月份無顯著差異，7月份、10月份、1月份的非根際土壤真菌數(shù)量無顯著差異。

2.2 降香黃檀土壤微生物數(shù)量的根際效應(yīng)

根際效應(yīng)是植物根際微生態(tài)環(huán)境對土壤微生物的影響，可以用根際微生物數(shù)量(R)與非根際微生物數(shù)量(S)的比值(R/S)來反映(向偉，2005)。由表2可知，不同微生物類群的根際效應(yīng)不同，且同一種微生物類群，隨著時間的變化，根際效應(yīng)也會發(fā)生變化。4月份和10月份的細(xì)菌根際效應(yīng)較強(qiáng)，分別為53.71和62.96，兩者無顯著差異；7月份和1月份的細(xì)菌根際效應(yīng)較弱，分別為3.17和0.12。放線菌根際效應(yīng)隨季節(jié)變化無顯著差異。1月份與10月份的真菌根際效應(yīng)存在顯著差異；10月份和1月份的真菌根際效應(yīng)分別與4月份、7月份無顯著差異。從微生物類群來看，細(xì)菌的根際效應(yīng)較為明顯，其R/S為0.12～62.96；真菌次之，其R/S為0.22～2.46；放線菌的根際效應(yīng)較小，其R/S僅為0.32～1.01。

2.3 根際和非根際土壤微生物數(shù)量的垂直分布特征

由表3可知，4月份降香黃檀根際和非根際土壤微生物三大類群數(shù)量的垂直分布有相同的規(guī)律，即上層(0～20 cm)土壤微生物數(shù)量均顯著高于其他土層，20～40與40～60 cm土層的微生物數(shù)量無顯著差異。

表1 降香黃檀土壤微生物數(shù)量的季節(jié)變化Table 1 The seasonal distribution in the composition of the soil microbial community associated with D. odorifera

表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。同列中不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

Data are mean±SE. Different letters in the same column represent significant differences (P<0.05).

表2 降香黃檀土壤微生物數(shù)量根際效應(yīng)(R/S)Table 2 Rhizosphere effect (R/S) of the soil microbial community of D. odorifera

表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。同列中括號外不同字母表示同種微生物類群隨季節(jié)變化根際效應(yīng)差異顯著(P<0.05)；同行中括號內(nèi)不同字母表示同一時間不同微生物類群根際效應(yīng)差異顯著(P<0.05)。

Data are mean±SE. Different letters outside brackets in the same column represent significant differences among different seasons with the same kind of microbial community (P<0.05); different letters in brackets in the same row represent significant differences among different components of the microbial communities at the same time (P<0.05).

7月份降香黃檀根際0～20 cm土層細(xì)菌數(shù)量顯著高于其他2個土層，20～40與40～60 cm土層的細(xì)菌數(shù)量無顯著差異；而非根際40～60 cm土層細(xì)菌數(shù)量顯著高于其他2個土層。根際0～20 cm土層放線菌數(shù)量顯著高于其他2個土層，分別為20～40和40～60 cm土層放線菌數(shù)量的6.9和3.5倍，20～40與40～60 cm土層放線菌數(shù)量無顯著差異；非根際土壤放線菌數(shù)量垂直分布表現(xiàn)為40～60 cm>0～20 cm>20～40 cm，且在非根際20～40 cm土層未檢測到可培養(yǎng)的放線菌。根際土壤真菌數(shù)量垂直分布顯示，0～20 cm與40～60 cm土層間無顯著差異，20～40 cm土層真菌數(shù)量顯著較少；非根際0～20 cm土層真菌數(shù)量較多，分別為20～40和40～60 cm土層真菌數(shù)量的30.4和5.6倍(表3)。

表3 降香黃檀土壤微生物數(shù)量垂直分布Table 3 The vertical distribution in number of soil microbial community of D. odorifera

表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。同列中不同字母表示同一季節(jié)不同土層間差異顯著(P<0.05)。

Data are mean±SE. Different letters in the same column represent significant differences among different soil layers at the same time (P<0.05).

10月份降香黃檀根際土壤細(xì)菌數(shù)量的垂直分布表現(xiàn)為逐漸下降，即0～20 cm>20～40 cm>40～60 cm；非根際土壤細(xì)菌數(shù)量的垂直分布表現(xiàn)為先上升后下降，即20～40 cm>40～60 cm>0～20 cm。根際0～20與20～40 cm土層放線菌數(shù)量無顯著差異，在40～60 cm土層未檢測到可培養(yǎng)的放線菌；非根際土壤0～20與40～60 cm土層放線菌數(shù)量無顯著差異，在20～40 cm土層未檢測到可培養(yǎng)的放線菌。根際3個土層真菌數(shù)量均無顯著差異；非根際0～20 cm土層真菌數(shù)量顯著高于其他2個土層，20～40與40～60 cm土層真菌數(shù)量無顯著差異(表3)。

1月份降香黃檀根際土壤細(xì)菌數(shù)量的垂直分布表現(xiàn)為逐漸升高，即40～60 cm>20～40 cm>0～20 cm；非根際土壤細(xì)菌數(shù)量的垂直分布特征與10月份相似，即先上升后下降：20～40 cm>40～60 cm>0～20 cm。根際3個土層的放線菌數(shù)量均無顯著差異；非根際40～60 cm土層放線菌數(shù)量顯著高于其他2個土層。根際0～20 cm土層的真菌數(shù)量顯著高于其他2個土層，20～40與40～60 cm土層真菌數(shù)量無顯著差異；非根際20～40與40～60 cm土層的真菌數(shù)量存在顯著差異，后者為前者的4.2倍，0～20 cm土層真菌數(shù)量與其他2個土層無顯著差異(表3)。

3 討論

3.1 降香黃檀土壤微生物數(shù)量的季節(jié)變化

細(xì)菌作為土壤微生物中的重要組成部分，具有含氮量高、含碳量低的特點(diǎn)，對土壤養(yǎng)分的形成與分解有促進(jìn)作用,土壤細(xì)菌多樣性越高，越有利于土壤的可持續(xù)利用和抗壓力提升(Kaschuketal.,2011; Zhouetal.,2002)。放線菌和真菌是參與土壤中有機(jī)質(zhì)分解過程的主要成員：放線菌不僅在物質(zhì)轉(zhuǎn)化方面起著很大的作用,而且是土壤中重要的抗生素產(chǎn)生菌(馮健,2005)；真菌具有復(fù)雜的酶系統(tǒng),分解植物保存性物質(zhì) (如木質(zhì)素)的能力特別強(qiáng),因此,真菌在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中占有重要地位(劉芷宇和施衛(wèi)明,1997)。本研究表明，降香黃檀土壤微生物三大類群數(shù)量隨季節(jié)變化差異顯著，說明降香黃檀土壤微生物數(shù)量分布受季節(jié)變化的影響，這與馬曉梅和尹林克(2009)的研究結(jié)果(季節(jié)變化是導(dǎo)致土壤微生物類群數(shù)量分布特征存在差異的原因之一)相一致。降香黃檀根際和非根際土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量的季節(jié)變化規(guī)律相近，春季數(shù)量最多，冬季和秋季數(shù)量較少;而根際土壤放線菌數(shù)量隨季節(jié)變化無顯著差異，非根際土壤放線菌數(shù)量最多的是冬季，數(shù)量最少的是秋季。這一結(jié)果與陳珊等(1995)、崔炳華等(2012)和趙先麗等(2006)的研究結(jié)果不同(崔炳華等,2012)；但與馬曉梅和尹林克(2009)對檉柳TamarixchinensisLour.根際和非根際微生物季節(jié)變化特征的分析結(jié)果存在部分相似。降香黃檀土壤微生物數(shù)量的季節(jié)變化特征與其他樹種不同，可能是由于不同樹種對營養(yǎng)物質(zhì)的利用能力存在差異。有研究指出，降香黃檀導(dǎo)管分子比越南香枝木導(dǎo)管分子長，且管徑較越南香枝木小(李桂蘭等,2008)；同時，土壤微生物數(shù)量的季節(jié)性變化與有機(jī)物的供應(yīng)和植物生長狀況及溫、濕等環(huán)境因素有關(guān)。具體原因有待進(jìn)一步研究。

3.2 降香黃檀土壤微生物數(shù)量垂直分布特征

降香黃檀根際和非根際土壤微生物數(shù)量的垂直分布顯示，0～20 cm土層微生物數(shù)量普遍高于其他土層，這一結(jié)果與大多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果(高婷，2006； 尉海東和董彬，2014)相一致；隨著土層的加深，降香黃檀土壤微生物數(shù)量表現(xiàn)出逐漸下降或先下降后升高2種變化趨勢。戴雅婷等(2012)的研究表明，隨著土層的加深，土壤微生物數(shù)量逐漸下降。這可能是由于植被枯落物和土壤有機(jī)質(zhì)主要分布在土壤表層，且土壤表層通氣狀況良好，溫度較高，有利于土壤微生物的活動與繁殖(陳華癸,1979)，隨著土層加深，供給微生物營養(yǎng)的植物殘體及其根分泌物發(fā)生變化，因此，表層微生物數(shù)量及生理活性均明顯高于下層。土壤微生物數(shù)量先下降后升高的變化可能與降香黃檀落葉量大、根系發(fā)達(dá)(梁建平,2001)的生長特性有關(guān)。表層凋落物多，需要更多微生物進(jìn)行降解，則上層土的微生物數(shù)量較多；而隨著土層的加深，微生物生存所需的物質(zhì)等材料逐漸減少，微生物數(shù)量也出現(xiàn)下降；但因降香黃檀具有發(fā)達(dá)的根系，深層土的微生物數(shù)量又增多。

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(責(zé)任編輯:楊郁霞)

Spatiotemporal characteristics of soil microbial communities associated with rosewood,Dalbergiaodorifera

CHEN Guode， ZHONG Shengyun， GOU Zhihui， WU Haixia， DU Shangjia

HainanProvincialForestryScienceInstitute,Haikou,Hainan571100,China

【Aim】 We studied the spatiotemporal characteristics for number of soil microorganism ofDalbergiaodoriferaso as to provide basis for improvement of cultivation technology ofD.odorifera. 【Method】 Using the dilution plate coating method, seasonal and vertical distribution of the soil microbial community (bacteria, actinomycetes and fungi) in the rhizosphere and non-rhizosphere soil aroundD.odoriferaindividuals were compared. 【Results】 (1) The number of bacteria and fungi in the soil were the highest in spring. The lowest number of bacteria was found during winter, while the number of fungi was the lowest during autumn. The number of non-rhizosphere actinomycetes was the highest in winter and the lowest in autumn. (2) Rhizosphere effect of bacteria was more obvious, theirR/Sbeing 0.12-62.96, followed by the fungi with anR/Sof 0.22-2.46, and of actinomycetes, with anR/Sof 0.32-1.01. (3) The numbers of soil microorganisms were higher in the top soil layer (0-20 cm) than in deeper soil layers. The numbers of soil microorganism gradually decreased with depth; in some cases, however, the first decrease was followed by an increase. 【Conclusion】 The number distribution of soil microbial community ofD.odoriferais influenced by season and soil layer.

Dalbergiaodorifera； soil microorganism； rhizosphere； number

2016-12-08 接受日期(Accepted)： 2017-02-27

海南省科研院所技術(shù)開發(fā)專項(xiàng)(KYYS-2014-09)

陳國德， 男， 助理工程師。 研究方向： 珍稀瀕危樹種保育

*通信作者(Author for correspondence), E-mail: 465157335@qq.com

10.3969/j.issn.2095-1787.2017.03.009