貓兒山不同海拔植被帶土壤微生物群落功能多樣性

宋賢沖, 郭麗梅,田紅燈, 鄧小軍, 趙連生, 曹繼釗,*

1 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院,南寧 530002 2 中國林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲研究所,昆明 650224 3 廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所,南寧 530001 4 貓兒山國家級自然保護區(qū)管理局, 桂林 541001

貓兒山不同海拔植被帶土壤微生物群落功能多樣性

宋賢沖1,2, 郭麗梅3,田紅燈1, 鄧小軍1, 趙連生4, 曹繼釗1,*

1 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院,南寧 530002 2 中國林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲研究所,昆明 650224 3 廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所,南寧 530001 4 貓兒山國家級自然保護區(qū)管理局, 桂林 541001

為研究中亞熱帶森林土壤微生物群落功能多樣性特征及其隨海拔梯度的變化,應(yīng)用Biolog微平板技術(shù),對貓兒山不同海拔植被帶(常綠闊葉林(EBF)、落葉闊葉混交林(DBF)、針闊混交林(CBF))土壤微生物群落功能多樣性差異進行了比較。結(jié)果表明,不同海拔植被帶土壤微生物群落功能多樣性差異顯著。土壤平均顏色變化率(AWCD)隨培養(yǎng)時間延長而逐漸增加,隨著海拔升高,土壤AWCD值逐漸降低,大小順序為EBF>DBF>CBF。土壤微生物群落Shannon指數(shù)和豐富度指數(shù)的總體趨勢為EBF最高,DBF次之,CBF最低。不同海拔植被帶土壤微生物群落均勻度指數(shù)之間差異不顯著。不同海拔植被帶土壤微生物對不同碳源的利用能力存在差異,其中EBF利用率最高,CBF利用率最低,氨基酸類、胺類和酯類碳源為各海拔植被帶土壤微生物利用的主要碳源。主成分分析結(jié)果表明,主成分1和主成分2分別能解釋變量方差的40.42%和15.97%,在主成分分離中起主要貢獻作用的是酯類、胺類和氨基酸類碳源。土壤理化性質(zhì)與土壤微生物群落功能多樣性之間的相關(guān)性分析結(jié)果表明,微生物群落多樣性的Shannon指數(shù)與全鉀(TK)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與含水量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與總有機碳(TOC)、全氮(TN)、速效氮(AN)、有效P(AP)之間的相關(guān)性顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01),且為負(fù)相關(guān)。土壤TK含量和含水量可能是造成不同海拔土壤微生物群落功能多樣性差異的主要原因。

Biolog微平板技術(shù)；群落多樣性；海拔；土壤微生物

Abstract： In order to study the characteristics of soil microbial functional diversity in mid-subtropical forest and their changes along an altitudinal gradient, Biolog microplate analysis was used to investigate into the functional diversity of microbial communities under three vegetation zones in the National Natural Reserve of Maoer Mountain. The vegetation zones were evergreen broad-leaved forest (EBF), deciduous broad-leaved forest (DBF) and coniferous and broad-leaved forest (CBF). The results showed that the functional diversities of soil microbial communities were significantly different in different altitudes. The average well color development (AWCD) of soil microbial community which reflects the utilization of sole carbon source is taken as an important indicator of soil microbial activity and functional diversity. The AWCDs in different vegetation belts increased with culturing time and decreased gradually with the altitude in an order of EBF>DBF>CBF. Soil physical-chemical properties in different vegetation belts along an elevation gradient were significantly different. Soil pH and total K were monotonic decreasing while soil water content was monotonic increasing. Shannon diversity and richness indexes of microbial communities in EBF were the highest, followed by DBF and CBF. No significant differences in evenness index of microbial communities were found in different altitudes. Carbon source utilization was significantly different in different altitudes, where EBF and CBF were the highest and lowest, respectively. Amino acids, amines, and esters were the main carbon sources. Two factors of carbon sources were identified using the principal component analysis, explaining 40.42% and 15.97% of the total variances, respectively. The two factors were separated mainly due to carbon sources of esters, amines, and amino acids. Correlation analysis was used to evaluate the correlation of soil physical-chemical properties and microbial community functional diversity. The results showed that the Shannon diversity indexes of the three vegetation zones were positively correlated with TK at the most statistically significant level of 0.01, negatively correlated with soil water content at the most statistically significant level of 0.01, and negatively correlated with TOC, TN, AN, and AP at significant levels of 0.01 or 0.05. The correlation between soil physical-chemical properties and microbial community functional Shannon index was significant. We conclude that soil physical-chemical properties and microbial community functional diversity along an altitudinal gradient showed some regularity. Different TK and water contents in soil could be the main reasons for the variation of microbial community diversity in the soils under the vegetation zones.

KeyWords: Biolog Microplate; community diversity; altitude; soil microbe

土壤微生物是評價土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,其參與生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動,在調(diào)控生物地球化學(xué)循環(huán)過程和維持生態(tài)系統(tǒng)功能方面起著關(guān)鍵作用[1- 3]。近年來,土壤微生物群落多樣性已成為生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點,目前的研究主要集中在環(huán)境變化和人為干擾對土壤微生物多樣性的影響,如環(huán)境脅迫[4]、施肥方式[5]、植被類型改變[6]、作物連栽[7- 8]。對微生物群落多樣性進行描述的方法有很多,但以群落水平碳源利用類型為基礎(chǔ)的Biolog氧化還原技術(shù),因其較為簡單、快速、靈敏度高、分辨率強,而廣泛用于土壤微生物群落的功能多樣性研究[9]。

貓兒山國家級自然保護區(qū)位于我國廣西壯族自治區(qū)桂林市北部,在行政區(qū)劃上地跨桂林市興安、資源、龍勝3縣。貓兒山國家級自然保護區(qū)位于中亞熱帶區(qū)域,在中國植被區(qū)劃上,屬于亞熱帶常綠闊葉林區(qū)、東部濕潤闊葉林亞區(qū)、中亞熱帶常綠闊葉林南部亞地帶的三江流域山地栲類木荷林,石灰?guī)r植被區(qū)和南嶺山地栲類蕈樹林區(qū)的過渡帶,擁有豐富的物種資源和典型的森林植被類型——亞熱帶常綠闊葉林[10]。該區(qū)域植被垂直帶譜分布完整,依次為常綠闊葉林、落葉闊葉混交林、針闊混交林、高山矮林和山頂灌草叢等[11]。近年來,國內(nèi)一些學(xué)者對該區(qū)域動植物[12- 13]和大型蕈菌[14]多樣性方面做了大量研究,而對土壤微生物多樣性的研究較少,不同海拔梯度土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)和分布特性尚不明確。

海拔是一種重要的山地地形因子。隨著海拔梯度的上升,植被類型、氣候等環(huán)境因子也發(fā)生改變,進而引起土壤微生物群落多樣性的變化[15]。不同區(qū)域土壤微生物群落多樣性沿海拔梯度的變化規(guī)律有所不同。劉秉儒等[16]對處于干旱風(fēng)沙區(qū)的賀蘭山不同海拔的6個典型植被帶土壤微生物多樣性進行研究,發(fā)現(xiàn)隨著海拔的升高,土壤微生物群落多樣性指數(shù)呈增大的趨勢。吳則焰等[17]研究了中亞熱帶武夷山不同海拔植被帶的土壤微生物群落多樣性差異,結(jié)果表明隨著海拔上升土壤微生物群落多樣性逐漸下降。Shen等[18]研究了長白山細(xì)菌群落多樣性的海拔梯度變化,發(fā)現(xiàn)細(xì)菌群落多樣性隨著海拔升高并沒有明顯的變化規(guī)律。本研究采用Biolog微平板技術(shù),對貓兒山國家級自然保護區(qū)不同海拔植被帶的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和代謝功能多樣性的變化規(guī)律進行研究,旨在探討不同海拔植被帶土壤微生物群落功能的差異和變化規(guī)律。研究結(jié)果不僅可以為揭示中亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物群落變化規(guī)律提供理論依據(jù),也為進一步探討微生物群落功能與環(huán)境因子的相關(guān)性奠定基礎(chǔ)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點位于廣西壯族自治區(qū)桂林市興安縣的貓兒山國家級自然保護區(qū)(25°48′—25°58′N, 110°20′—110°35′E),主峰海拔2142 m。該地區(qū)屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候；年平均氣溫12.8℃,平均月最低和最高氣溫分別為2.0℃和21.8℃；年均相對濕度92%,多年年均降水量為2509.1 mm,降水主要發(fā)生在5—6月[10]。貓兒山海拔相對高差大,植被垂直植被帶變化明顯,沿海拔植被帶依次為常綠闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、針葉闊葉混交林、高山矮林和山頂灌草叢等[11]。主要地貌類型為中山,地帶性土壤以山地紅壤為主,由花崗巖風(fēng)化形成。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤樣品采集與處理

2014年8月,參照國家林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1952—2011[19]分別選取常綠落葉林(evergreen broad-leaved forest, EBF)、落葉闊葉混交林(deciduous broad-leaved forest, DBF)和針闊混交林(coniferous and broad-leaved forest, CBF) 3種有代表性的典型植被帶,在每個植被帶設(shè)置3個20 m×20 m樣地,樣地基本情況見表1。在每個樣地內(nèi)采用梅花5點法采集枯枝落葉層下0—10 cm土壤,混合為1個土樣,裝入封口袋并放入裝有冰塊的保溫箱。新鮮土樣帶回實驗室后分為2份,1份過2 mm篩后放在4℃冰箱保存,用于土壤微生物群落特征測定；另1份自然風(fēng)干后過2 mm篩,用于測定土壤理化性質(zhì)。

表1 樣地基本情況

EBF: 常綠闊葉林 evergreen broad-leaved forest; DBF: 落葉闊葉混交林 deciduous broad-leaved forest; CBF: 針闊混交林 coniferous and broad-leaved forest

1.2.2 土壤理化性質(zhì)測定

土壤理化性質(zhì)測定參照魯如坤主編的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[20]和《中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1210- 1275—1999》[21]。土壤pH值用水浸提電位法(水土比為2.5∶1)；土壤質(zhì)量含水量測定采用烘干法；土壤總有機碳(TOC)測定采用重鉻酸鉀外加熱法；全氮(TN)采用半微量凱式法；速效氮(AN)采用堿解擴散法；全磷(TP)和有效磷(AP)采用鉬銻抗比色法；全鉀(TK)和速效鉀(AK)采用火焰光度法。

1.2.3 土壤微生物群落功能多樣性的測定

稱取10 g新鮮土樣加入含100 mL 0.85%無菌NaCl溶液的三角瓶中,封口,180 r/min,28℃振蕩30 min。靜置2 min,取上清液2 mL加入18 mL 0.85%無菌NaCl溶液中,如此重復(fù)稀釋1次,制得1∶1000的提取液。取150 μL該提取液接種到生態(tài)板的每一個孔中,最后將接種好的板置于28℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),每隔24 h在Biolog讀數(shù)儀讀取590 nm的光密度值,培養(yǎng)時間共為168 h。

1.3 數(shù)據(jù)處理

土壤微生物群落利用碳源的能力,用平均顏色變化率(Average well color development, AWCD)來表示,其計算方法如下[22]：

AWCD=∑(C-R)/n

式中,C為每個有培養(yǎng)基孔的光密度值；R為對照孔的光密度值；n為碳源底物種類,n=31；C-R≤0的孔在計算中記為0[23]。土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)分析采用豐富度指數(shù)、Shannon指數(shù)和均勻度指數(shù)[24]。豐富度指數(shù)指被利用的碳源的總數(shù)目,微孔的光密度值≥0.2,則認(rèn)為是陽性值并計入微生物群落的豐富度S[25]。

為了消除接種密度帶來的差異,本研究采用培養(yǎng)96 h的光密度值來進行主成分分析、相關(guān)分析和多樣性指數(shù)分析。統(tǒng)計分析采用Excel和SPSS 17.0進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔植被帶土壤特征

隨著海拔梯度的上升,3種植被帶土壤理化性質(zhì)表現(xiàn)出不同的變化趨勢(表2)。土壤pH隨海拔梯度的上升表現(xiàn)出遞減的趨勢,而土壤含水量表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。不同海拔植被帶土壤化學(xué)性質(zhì)差異顯著,其中TOC、TN、AN、TP、AP和AK隨海拔梯度上升均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢；TK表現(xiàn)出遞減的趨勢。TOC、TN、AN、AP、AK的變化規(guī)律相同,即CBF>EBF>DBF。

表2 不同海拔梯度植被帶土壤部分理化性質(zhì)

同一列數(shù)據(jù)中不同字母表示差異顯著(P<0.05)

圖1 不同植被帶土壤微生物群落的平均顏色變化率Fig.1 Average well color development of soil microbe community in different vegetation belts不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)；EBF：常綠闊葉林evergreen broad-leaved forest；DBF：落葉闊葉混交林deciduous broad-leaved forest；CBF：針闊混交林coniferous and broad-leaved forest

2.2 土壤微生物利用碳源的動力學(xué)特征

2.2.1 土壤微生物利用全部碳源的變化特征

平均顏色變化率(AWCD)反映土壤微生物群落對單一碳源的利用能力,是土壤微生物活性及群落功能多樣性的重要指標(biāo)[17]。由圖1可知,不同植被帶AWCD隨培養(yǎng)時間的延長而增大,微生物利用碳源底物的能力即活性隨培養(yǎng)時間的延長而提高。前48 h內(nèi)土壤微生物活性增加比較緩慢,48 h后開始急劇增加,在96—120 h內(nèi)增長速率最高,144 h后逐漸趨于緩慢變化。不同海拔植被帶的土壤微生物利用單一碳源能力的順序為：EBF>DBF>CBF。

2.2.2 土壤微生物對不同碳源利用強度分析

按化學(xué)基團的性質(zhì)將Eco板上的31 種碳源分成6類: 碳水化合物類、氨基酸類、酯類、 醇類、胺類、羧酸類。 6類碳源均呈現(xiàn)出隨著培養(yǎng)時間的延長, 微生物利用碳源的量逐漸增加的趨勢。由表3可知,隨著海拔上升,除了氨基酸類和醇類外,不同植被帶土壤微生物對其他4類碳源利用率差異顯著。不同植被帶土壤微生物對不同碳源利用率呈現(xiàn)一致的規(guī)律,即EBF>DBF>CBF。總體來說,氨基酸類、胺類和酯類為各植被帶土壤微生物的主要碳源,其次為碳水化合物類和羧酸類,醇類的利用率最小。

表3 不同植被帶土壤微生物群落對碳源的利用

同一列數(shù)據(jù)中不同字母表示差異顯著(P<0.05)

2.3 土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)分析

碳源利用的豐富度、均勻度和多樣性等指數(shù)用來描述在顏色變化率一致的情況下,土壤微生物群落利用碳源的程度,也反應(yīng)了微生物群落的功能多樣性。根據(jù)培養(yǎng)96 h的AWCD值計算得到不同植被帶土壤微生物群落的Shannon指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)(表4)。結(jié)果表明,隨著海拔上升,各植被帶Shannon指數(shù)和豐富度指數(shù)差異顯著,而均勻度指數(shù)差異不顯著。

表4 不同植被帶土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)

同一列數(shù)據(jù)中不同字母表示差異顯著(P<0.05)

圖2 不同海拔梯度植被帶土壤微生物群落的碳代謝主成分分析 Fig.2 Principle component analysis for carbon metabolism of soil microbial communities in different vegetation belts along an elevation gradient

2.4 土壤微生物群落代謝功能主成分分析

根據(jù)培養(yǎng)96 h的AWCD值,對不同海拔植被帶土壤微生物對單一碳源的利用特性進行主成分分析。從圖2可以看出,第1主成分的貢獻率為40.42%,第2主成分的貢獻率為15.97%,前兩個主成分累計解釋了變量方差的56.39%。在PC1方向,不同海拔植被帶具有明顯的分異,EBF位于正端,得分系數(shù)在0.75—1.81之間；而DBF和CBF均位于負(fù)端,得分系數(shù)在0.01—-0.92之間。在PC2方向,EBF在正端和負(fù)端均有分布,DBF全部位于負(fù)端,而CBF全部位于正端。將主成分得分系數(shù)與單一碳源AWCD值做相關(guān)分析,在31種碳源中與PC1顯著相關(guān)的有17個,其中16個呈正相關(guān),主要是酯類、羧酸類、醇類和碳水化合物類碳源。與PC2顯著相關(guān)的碳源有5個,均呈正相關(guān),主要為氨基酸類?？梢?在主成分分離中起主要貢獻作用的是酯類、胺類和氨基酸類碳源。

2.5 土壤理化性質(zhì)與微生物群落功能多樣性的相關(guān)性分析

土壤理化性質(zhì)與土壤微生物生存的環(huán)境條件之間有緊密的聯(lián)系。為了探討土壤理化性質(zhì)與微生物群落多樣性之間的關(guān)系,進行了土壤理化性質(zhì)與微生物群落多樣性的相關(guān)性分析(表5)。由表5可知,土壤微生物群落功能多樣性Shannon指數(shù)與土壤pH、TP和TK之間呈正相關(guān)關(guān)系,與含水量、TOC、TN、AN、AP和AK等呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中,Shannon指數(shù)與TP和AK以外的其他土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)性均達到顯著或極顯著水平。豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)與土壤理化性質(zhì)之間相關(guān)性均不顯著。由此可見,土壤理化性質(zhì)與土壤微生物群落Shannon指數(shù)密切相關(guān),是造成不同海拔植被帶土壤微生物群落多樣性差異的重要原因。

表5 土壤理化性質(zhì)與微生物群落功能多樣性的相關(guān)性分析

*P<0.05；**P<0.01

3 討論

3.1 海拔變化對土壤理化性質(zhì)的影響

隨著海拔梯度的上升,植被類型、氣候等環(huán)境因子也發(fā)生改變,進而造成土壤養(yǎng)分特征的差異并呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。本研究中,不同海拔土壤理化性質(zhì)的測定結(jié)果表明,隨著海拔的上升,pH和TK表現(xiàn)出遞減的趨勢,而土壤含水量表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。土壤含水量與降雨量、溫度和坡度等因子相關(guān),隨著海拔上升,降雨量逐漸增大而氣溫逐漸下降[10],故土壤含水量表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。TOC、TN、AN、TP、AP和AK隨海拔梯度上升均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢,其在不同海拔植被帶的變化規(guī)律相同,即CBF>EBF>DBF。TOC、TN、AN、AP、AK等土壤養(yǎng)分含量在最高海拔處最高,可能與地上植被的凋落物輸入有關(guān)[26],且受溫度的影響[27]。隨著溫度的降低,土壤微生物生命活動變?nèi)?凋落物的分解變慢,從而增加了土壤中養(yǎng)分的積累。

3.2 海拔變化對土壤微生物群落功能多樣性的影響

森林生態(tài)系統(tǒng)中影響土壤微生物群落多樣性的因素有很多,海拔是其中一個重要因素。海拔梯度發(fā)生變化,植被類型、氣候等環(huán)境因子也發(fā)生改變,進而引起土壤微生物群落多樣性的變化[15]。斯貴才等[28]針對念青唐古拉山不同海拔的高寒沼澤土壤微生物群落和酶活性進行研究,發(fā)現(xiàn)土壤微生物生物量隨海拔增加而明顯減小,應(yīng)用相關(guān)性分析與典范對應(yīng)分析,結(jié)果表明隨海拔上升而遞減的年平均氣溫是影響念青唐古拉山區(qū)域土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的重要因子。叢靜等[29]對神農(nóng)架自然保護區(qū)土壤微生物生物量沿海拔梯度的變化進行研究,發(fā)現(xiàn)土壤微生物生物量隨海拔的升高而顯著增加,隨海拔梯度升高而變化的土壤溫濕度、pH、有機碳和全氮是重要的影響因子。本研究結(jié)果表明,隨著海拔的上升,土壤微生物群落的AWCD值逐漸減小,與吳則焰等[17]的研究結(jié)果一致。土壤微生物的Shannon指數(shù)、豐富度指數(shù)的總體趨勢是EBF最高,DBF次之,CBF最低。氨基酸類、胺類和酯類為各植被帶土壤微生物的主要碳源,其次為碳水化合物類和羧酸類,醇類的利用率最小。與碳源利用相關(guān)的兩個主成分分別能解釋變量方差的40.42%和15.97%,在主成分分離中起主要貢獻的是酯類、氨基酸類和胺類碳源。酯類碳源主要是糖類和氨基酸的代謝中間物,而糖類是自然界礦化的主要物質(zhì),氨基酸是土壤有機氮的重要組成部分,是植物根系向土壤介質(zhì)中分泌的低分子有機化合物之一[30]。胺類在自然界中分布很廣,大多數(shù)是由氨基酸脫羧生成的。朱彪等[31]研究了貓兒山植物群落物種組成、群落結(jié)構(gòu)及樹種多樣性的垂直分布格局,結(jié)果發(fā)現(xiàn)海拔1350 m以上物種豐富度和多樣性表現(xiàn)出明顯的隨海拔梯度的上升而下降的趨勢,其中海拔較坡度和坡向?qū)θ郝涞呢S富度和多樣性影響更大?？梢?海拔梯度的變化引起植被類型的改變,影響植物根系的分泌物,導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變,進而對土壤微生物群落功能多樣性產(chǎn)生影響。

3.3 土壤理化性質(zhì)與土壤微生物群落功能多樣性的相關(guān)性

土壤微生物群落多樣性與土壤理化性質(zhì)和植被狀況有關(guān)[32]。吳則焰等[17]對武夷山不同海拔植被帶的土壤微生物群落多樣性進行研究,發(fā)現(xiàn)土壤養(yǎng)分含量隨海拔梯度上升而遞減,是造成不同海拔土壤微生物群落多樣性差異的重要原因。本研究結(jié)果表明,隨著海拔上升pH和TK呈下降趨勢,而微生物群落多樣性的Shannon指數(shù)與TK呈極顯著正相關(guān),與含水量、TOC、TN、AN、AP之間的相關(guān)性為顯著或極顯著,且為負(fù)相關(guān)。豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)與各土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)性均不顯著。土壤含水量影響土壤顆粒中的氧氣條件,進而影響了相關(guān)土壤中微生物的活性[33]。隨著海拔升高,貓兒山不同海拔植被帶土壤的含水量呈上升趨勢,尤其針闊混交林林地土壤為山地沼澤泥炭土,長時間的潮濕引起了微生物呼吸和生物量的降低,進而引起土壤微生物功能多樣性的降低。土壤TK主要由成土母質(zhì)決定的。Deng等[34]對我國亞熱帶地區(qū)紅壤的微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性進行研究,發(fā)現(xiàn)成土母質(zhì)較土地利用方式對亞熱帶地區(qū)土壤微生物群落的影響更大。魏佳寧等[35]研究了三江源區(qū)土壤微生物和土壤養(yǎng)分的空間分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)土壤微生物群落數(shù)量表現(xiàn)為細(xì)菌>放線菌>真菌,而土壤全鉀是影響細(xì)菌數(shù)量的主要因子。由于本研究所采集的土壤樣品屬于表層土,其受凋落物組成、環(huán)境因子等的影響較大。土壤TK含量和含水量與微生物群落多樣性Shannon指數(shù)呈極顯著相關(guān)關(guān)系,可見,土壤TK含量和含水量可能是造成不同海拔土壤微生物群落功能多樣性差異的主要原因。

綜上所述,隨著海拔梯度上升,土壤理化性質(zhì)和土壤微生物群落功能多樣性的變化呈現(xiàn)了一定的規(guī)律性。土壤微生物群落AWCD值隨海拔梯度逐漸減小,多樣性指數(shù)總體趨勢是EBF>DBF>CBF,在主成分分離中起主要貢獻的是羧酸類和酯類碳源。土壤TK隨海拔上升呈下降趨勢,其與微生物群落多樣性的Shannon指數(shù)之間呈極顯著的正相關(guān)。土壤TK隨海拔梯度上升而遞減,可能是造成不同海拔微生物群落功能多樣性差異的主要原因。土壤微生物是一個龐大且復(fù)雜的群體,是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。研究土壤微生物群落多樣性對海拔梯度變化的響應(yīng),對于揭示微生物、環(huán)境、植物之間的關(guān)系意義重大。本研究僅利用Biolog微平板技術(shù)分析了夏季的土壤微生物群落功能多樣性隨著海拔梯度變化的規(guī)律,后續(xù)可以綜合分子生物學(xué)和土壤酶學(xué)的研究方法,將有助于進一步揭示中亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物群落變化規(guī)律和微生物多樣性與環(huán)境因子之間的相關(guān)性。

致謝：感謝中山大學(xué)孫孝林副教授和南京師范大學(xué)鄧歡副教授對寫作的幫助,感謝廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院馮家勛教授課題組在Biolog分析上給予的幫助。

[1] Bell T, Newman J A, Silverman B W, Turner S L, Lilley A K. The contribution of species richness and composition to bacterial services. Nature, 2005, 436(7054):1157- 1160.

[2] Fierer N, Jackson R B. The diversity and biogeography of soil bacterial communities. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2006, 103(3):626- 631.

[3] Zhang X, Zhao X, Zhang M. Functional diversity changes of microbial communities along a soil aquifer for reclaimed water recharge. FEMS Microbiology Ecology, 2012, 80(1): 9- 18.

[4] 周玲莉, 姚斌, 向仰州, 尚鶴, 韋秀文, 劉方. 五氯酚脅迫對楊樹生長及根際微生物群落的響應(yīng)特征. 林業(yè)科學(xué), 2010, 46(10):62- 68.

[5] 劉晶鑫, 遲鳳琴, 許修宏, 匡恩俊, 張久明, 宿慶瑞, 周寶庫. 長期施肥對農(nóng)田黑土微生物群落功能多樣性的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2015, 26(10):3066- 3072.

[6] 朱平, 陳仁升, 宋耀選, 劉光琇, 陳拓, 張威. 祁連山不同植被類型土壤微生物群落多樣性差異. 草業(yè)學(xué)報, 2015, 24(6):75- 84.

[7] 宋賢沖, 楊中寧, 曹繼釗, 張照遠, 項東云. 萌芽更新對桉樹根際土壤微生物群落功能多樣性的影響. 桉樹科技, 2014, 31 (3):36- 40.

[8] 吳林坤, 黃偉民, 王娟英, 吳紅淼, 陳軍, 秦賢金, 張重義, 林文雄. 不同連作年限野生地黃根際土壤微生物群落多樣性分析.作物學(xué)報, 2015, 41(2):308- 317.

[9] 鄭華, 歐陽志云, 方治國, 趙同謙. BIOLOG在土壤微生物群落功能多樣性研究中的應(yīng)用. 土壤學(xué)報, 2004, 41(3): 456- 461.

[10] 黃金玲, 蔣得斌. 廣西貓兒山自然保護區(qū)綜合科學(xué)考察. 長沙: 湖南科技出版社, 2010:1- 9.

[11] 李光照. 苗兒山植物區(qū)系的初步研究. 廣西植物, 1985, 5(3): 211- 226.

[12] 粟通萍, 王紹能, 蔣愛伍. 廣西貓兒山地區(qū)鳥類組成及垂直分布格局. 動物學(xué)雜志, 2012, 47(6): 54- 65.

[13] 段文軍, 王金葉. 貓兒山自然保護區(qū)森林群落垂直格局與主導(dǎo)因素分析. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2013, 22(4): 563- 566.

[14] 蔣得斌, 吳興亮, 李光平, 王紹能, 李泰輝, 宋斌, 鄧春英, 鄒方倫, 黃浩, 鄧大軍. 廣西貓兒山國家級自然保護區(qū)大型真菌資源研究. 貴州科學(xué), 2010, 28(1):1- 11.

[15] 何容, 汪家社, 施政, 方燕鴻, 徐自坤, 權(quán)偉, 張增信, 阮宏華. 武夷山植被帶土壤微生物量沿海拔梯度的變化. 生態(tài)學(xué)報, 2009, 29(9):5138- 5144.

[16] 劉秉儒, 張秀珍, 胡天華, 李文金. 賀蘭山不同海拔典型植被帶土壤微生物多樣性. 生態(tài)學(xué)報, 2013, 33(22):7211- 7220.

[17] 吳則焰, 林文雄, 陳志芳, 方長旬, 張志興, 吳林坤, 周明明, 陳婷. 中亞熱帶森林土壤微生物群落多樣性隨海拔梯度的變化. 植物生態(tài)學(xué)報, 2013, 37(5):397- 406.

[18] Shen C C, Xiong J B, Zhang H Y, Feng Y Z, Lin X G, Li X Y, Liang W J, Chu H Y..Soil pH drives the spatial distribution of bacterial communities along elevation on Changbai Mountain. Soil Biology & Biochemistry, 2013, 57(3):204- 211.

[19] 國家林業(yè)局. LY/T1952—2011 森林生態(tài)系統(tǒng)長期定位觀測方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[20] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000.

[21] 國家林業(yè)局. LY/T1210- 1275- 1999 森林土壤分析方法. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1999.

[22] Garland J L, Mills A L. Classification and characterization of heterotrophic microbial communities on the basis of patterns of community-level sole-carbon-source utilization. Applied and Environmental Microbiology, 1991, 57(8): 2351- 2359.

[23] Garland J L. Analytical approaches to the characterization of samples of microbial communities using patterns of potential C source utilization. Soil Biology & Biochemistry, 1996, 28(2): 213- 221.

[24] 馬克平, 劉玉明. 生物群落多樣性的測度方法 Ⅰα多樣性的測度方法(上). 生物多樣性, 1994, 2(3):162- 168.

[25] Ratcliff A W, Busse M D, Shestak C J. Changes in microbial community structure following herbicide (glyphosate) additions to forest soils. Applied Soil Ecology, 2006, 34(2/3):114- 124.

[26] 陳法霖, 鄭華, 歐陽志云, 張凱, 屠乃美. 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)對凋落物組成變化的響應(yīng). 土壤學(xué)報, 2011, 48(3): 603- 611.

[27] Salinas N, Malhi Y, Meir P, Silman M R, Román-Cuesta R M, Huaman J, Salinas D, Huaman V, Gibaja A, Mamani M, Farfan F. The sensitivity of tropical leaf litter decomposition to temperature: results from a large-scale leaf translocation experiment along an elevation gradient in Peruvian forests. New Phytologist, 2011, 189(4): 967- 977.

[28] 斯貴才, 王建, 夏燕青, 袁艷麗, 張更新, 雷天柱. 念青唐古拉山沼澤土壤微生物群落和酶活性隨海拔變化特征. 濕地科學(xué), 2014, 12(3): 340- 348.

[29] 叢靜, 劉曉, 盧慧, 薛亞東, 劉學(xué)端, 尹華群, 李迪強, 張于光. 神農(nóng)架自然保護區(qū)土壤微生物生物量碳、氮沿海拔梯度的變化及其影響因素. 生態(tài)學(xué)雜志, 2014, 33(12): 3381- 3387.

[30] 孔濱, 楊秀娟. Biolog生態(tài)板的應(yīng)用原理及碳源構(gòu)成. 綠色科技, 2011, (7): 231- 234.

[31] 朱彪, 陳安平, 劉增力, 李光照, 方精云. 廣西貓兒山植物群落物種組成、群落結(jié)構(gòu)及樹種多樣性的垂直分布格局. 生物多樣性, 2004, 12(1): 44- 52.

[32] 王光華, 金劍, 徐美娜, 劉曉冰. 植物、土壤及土壤管理對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響. 生態(tài)學(xué)雜志, 2006, 25(5): 550- 556.

[33] 胡亞林, 汪思龍, 顏紹馗. 影響土壤微生物活性與群落結(jié)構(gòu)因素研究進展. 土壤通報, 2006, 37(1): 170- 176.

[34] Deng H, Yu Y J, Sun J E, Zhang J B, Cai Z C, Guo G X, Zhong W H. Parent materials have stronger effects than land use types on microbial biomass, activity and diversity in red soil in subtropical China. Pedobiologia, 2015, 58(2/3): 73- 79.

[35] 魏佳寧,馬紅梅,邵新慶,張建全,余群,柴琦,鐘夢瑩. 三江源區(qū)土壤微生物和土壤養(yǎng)分空間分布特性研究. 中國土壤與肥料,2016, (2):27- 31.

VariationofsoilmicrobialcommunitydiversityalonganelevationalgradientintheMao′erMountainforest

SONG Xianchong1,2, GUO Limei3, TIAN Hongdeng1, DENG Xiaojun1, ZHAO Liansheng4, CAO Jizhao1,*

1GuangxiZhuangAutonomousRegionForestryResearchInstitute,Nanning530002,China2TheResearchInstituteofResourcesInsect,ChineseAcademyofForestry,Kunming650224,China3GuangxiZhuangAutonomousRegionSubtropicalCropsResearchInstitute,Nanning530001,China4Mao′erMountainNationalNatureReserveAdministration,Guilin541001,China

國家林業(yè)局公益性行業(yè)科研專項項目(201204101- 11); 廣西自然科學(xué)基金(2016GXNSFBA380051); 廣西林科院基金(林科201614號); 廣西林科院基金(林科201616號)共同資助

2016- 05- 31; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 03- 25

*通訊作者Corresponding author.E-mail: jizhaocao@163.com

10.5846/stxb201605311042

宋賢沖, 郭麗梅, 田紅燈, 鄧小軍,趙連生, 曹繼釗.貓兒山不同海拔植被帶土壤微生物群落功能多樣性.生態(tài)學(xué)報,2017,37(16):5428- 5435.

Song X C, Guo L M, Tian H D, Deng X J, Zhao L S, Cao J Z.Variation of soil microbial community diversity along an elevational gradient in the Mao′er Mountain forest.Acta Ecologica Sinica,2017,37(16):5428- 5435.