大青山不同樹種根圍土壤酶活性與微生物群落豐度的研究

張星 李敏 姚慶智 鐵英 魏杰2， 陳麗霞

（1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010018；2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，呼和浩特 010018；3. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，呼和浩特 010022；4. 內(nèi)蒙古和盛生態(tài)科技研究院有限公司，呼和浩特 011517）

大青山不同樹種根圍土壤酶活性與微生物群落豐度的研究

張星1，4李敏3，4姚慶智1，4鐵英4魏杰2，4陳麗霞1

（1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010018；2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，呼和浩特 010018；3. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，呼和浩特 010022；4. 內(nèi)蒙古和盛生態(tài)科技研究院有限公司，呼和浩特 011517）

針對大青山山地森林不同樹種的根圍土壤，探討微生物豐度與土壤酶活性之間的聯(lián)系以及受控因子。利用熒光實時定量PCR方法研究不同樹種土壤微生物豐度的變化情況，分析土壤β-葡萄糖苷酶（βG）、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）和過氧化物酶（Pod）活性以及土壤理化性質(zhì)的變化趨勢。采用主成分分析（PCA）和皮爾森相關(guān)性分析方法研究土壤理化因子對土壤微生物群落豐度的影響。結(jié)果顯示，土壤理化性質(zhì)和微生物細菌、真菌群落豐度從春季到秋季均顯著增高，如有機碳、全氮、微生物量碳和氮數(shù)量及細菌、真菌豐度等；大青山森林土壤βG、Pod酶活性夏季較高，而NAG酶活性秋季較高。皮爾森相關(guān)性分析表明大青山不同樹種土壤酶活性與土壤微生物豐度有明顯的相關(guān)性。與NAG酶活性極顯著正相關(guān)（P＜0.05）；與Pod酶活性呈極顯著負相關(guān)（P＜0.05）；而βG只與細菌群落豐度呈極顯著負相關(guān)（P＜0.05）。土壤理化因子（有機碳、全氮、微生物量碳氮）與土壤微生物群落豐度均表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)。主成分分析認為，土壤有機碳、全氮、微生物量碳和氮、細菌和真菌群落豐度、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶等可作為影響不同樹種根圍土壤養(yǎng)分特性的重要因子。在大青山山地森林生態(tài)系統(tǒng)，不同樹種對土壤理化指標、土壤微生物豐度和土壤酶活性影響較大，并且隨著季節(jié)變化響應(yīng)較強。理化指標和土壤微生物群落豐度是調(diào)控大青山森林植被根圍土壤微生物群落的主要生態(tài)因子。

大青山；森林；土壤酶活性；微生物群落豐度

大青山自然保護區(qū)雖然具有豐富的物種資源和顯著的生態(tài)功能，但是地處森林向草原的過度地帶，為生態(tài)脆弱帶，各物種之間及物種與環(huán)境之間的依存關(guān)系十分密切而敏感，同時，保護區(qū)植被類型略為單一，其生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性易遭到破壞。近些年，由于保護區(qū)植被遭到人為破壞，亂砍濫伐嚴重，以及保護區(qū)本身的生態(tài)脆弱性，水土流失嚴重。土壤作為植被賴以生存的基礎(chǔ)，其質(zhì)量直接關(guān)系到保護區(qū)生態(tài)功能的穩(wěn)定［1］。而且，大青山的山地森林由于其特殊的地理構(gòu)造和地形的水熱再分配過程，其氣候特征與所處環(huán)境中其他的生態(tài)系統(tǒng)有明顯的不同，明確其土壤微生物豐度及土壤酶的季節(jié)動態(tài)可以更好地了解該生態(tài)系統(tǒng)中生物的活動規(guī)律。土壤微生物作為土壤環(huán)境中重要的生命有機體，能調(diào)控有機質(zhì)和營養(yǎng)元素的分解和轉(zhuǎn)化，是評價土壤質(zhì)量的一個重要指標。不同樹種處理改善了土壤微生物的生存環(huán)境，使得土壤細菌真菌群落結(jié)構(gòu)明顯不同。土壤酶來自于植物根系和微生物的細胞分泌物及動植物殘體分解物，它能夠改變土壤中礦質(zhì)營養(yǎng)的存在狀態(tài)，影響植物可利用營養(yǎng)的數(shù)量，在土壤物質(zhì)循環(huán)中發(fā)揮著不可替代的作用［2］。微生物在其生命活動過程中，向土壤分泌大量的胞外酶。微生物死亡后，由于細胞的自溶作用把胞內(nèi)酶也釋放至土壤中，推動土壤生物化學(xué)反應(yīng)。土壤酶是土壤中的生物活性物質(zhì)及生物化學(xué)過程的積極參與者，是聯(lián)系“植物-土壤酶-土壤養(yǎng)分”的聯(lián)系紐帶，在土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化中具有重要作用，能較客觀地反映土壤質(zhì)量的變化狀況，間接影響到土壤中碳、氮、磷等元素的循環(huán)。龐學(xué)勇等［3］研究表明，人工林下微氣候環(huán)境不同，能促進土壤養(yǎng)分恢復(fù)，酶活性也會增加。通過研究不同樹種或植被下土壤酶活性及養(yǎng)分有效性的關(guān)系將有助于提高樹種對土壤肥力的改善認識，同時也有助于低效人工林的結(jié)構(gòu)調(diào)整和土壤肥力恢復(fù)，對管理和調(diào)控人工林和土壤生態(tài)恢復(fù)有著重要的意義。土壤酶活性在一定程度上反映了微生物的活性及其在土壤養(yǎng)分循環(huán)過程中的作用［4］。因此，土壤酶和土壤微生物是指示土壤理化性質(zhì)微小變化的敏感指標，可以用來及時準確地反映土壤質(zhì)量［5］。相較于土壤微生物量及酶的研究［6-7］，對不同樹種土壤微生物豐度和酶活性的關(guān)系，報道鮮少。本研究擬對大青山不同樹種根圍土壤微生物群落豐度和土壤酶活性與環(huán)境因子進行精確分析和科學(xué)評價，以闡明不同植被間土壤微生物群落豐度及土壤酶活性的關(guān)系，旨為改善大青山土壤生物化學(xué)環(huán)境質(zhì)量尋求科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究區(qū)概況 大青山自然保護區(qū)（40°34’-40°14’ N，109°47’-112°17’ E）位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部包頭市、呼和浩特市至烏蘭察布市卓資縣一線以北的陰山山地，地處內(nèi)陸北緯中溫帶，屬典型的大陸性半干旱季風(fēng)氣候，年平均降水量為424.6mm，降水時間多集中在5-9月，降水量占全年總量的83.0%。年均無霜期山南平均為130-140 d，山北為90-110 d。保護區(qū)內(nèi)的山區(qū)海拔為1030-2838 m。保護區(qū)隨著海拔增高，植被類型依次從灌叢草原、森林灌叢草原、森林草原、向山地草原演變；地帶性土壤由上而下呈帶狀分布，依次為山地草甸土、灰色森林土、灰褐土、栗鈣土［1］。本研究選擇的5個樹種為白樺（Betula platyphylla）、鍛樹（Tilia monolica）、蒙古棟（Quercus mongolica）、虎棒子（Ostryopsis davidiana）、繡線菊（Spiraea sp.）。

1.1.2 樣品采集 土壤樣品采自大青山小井溝森林土壤，按常規(guī)的采樣方法［8］，綜合考慮地形地貌、植被類型、優(yōu)勢種、植物群落結(jié)構(gòu)、人為干擾程度、恢復(fù)年限等因素，于5月中旬（春季）、9月下旬（秋季）采集不同樹種（白樺、鍛樹、蒙古棟、虎棒子、繡線菊）的根圍土樣為研究對象，采用土鉆法，按“S”型取土壤樣品。每個樹種取5顆作為重復(fù)（胸徑為15 cm左右），每顆樹選取3個方位，取樣深度為 0-30cm 的土層，將每個樹種的15個樣品同層均勻混合。土壤采集后除去植物根和石頭，置于無菌塑封袋，新鮮土樣過2 mm篩，分別于4℃、-20℃保存。

1.2 方法

1.2.1 土壤理化指標和酶活性 本研究集中測定理化指標：重鉻酸鉀-外加熱法測土壤有機碳含量；凱氏定氮法測定全氮；氯仿熏蒸浸提法測生物量碳氮含量［9］。

β-葡萄糖苷酶（βG）、N-乙?；被擒彰福∟AG）和過氧化物酶（Pod）3種酶活性，采用96微孔板法［10］。

1.2.2 土壤總DNA提取與熒光定量PCR分析 土壤微生物總DNA提取使用（MOBIO Power Soil DNA Isolation Kit）試劑盒。以細菌的16s rRNA 基因和真菌的ITS基因為目標基因，細菌引物為1369 F/1492R，真菌引物為ITS1F/ITS4，土壤樣品DNA為模板進行PCR 擴增，反應(yīng)體系為25 μL，其中含有12.5 μL的SYBR Green，上、下游引物（20 pmol/μL）各1 μL，模板DNA 1 μL，用滅菌的去離子水補足至25 μL。反應(yīng)具體信息如表1。

表1 熒光實時定量PCR擴增引物及反應(yīng)條件

1.2.3 數(shù)據(jù)分析方法 所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計均在SPSS 19.0軟件中進行。采用單因素方差分析法（one-way ANOVA）對數(shù)據(jù)進行方差分析和差異顯著性檢驗（P=0.05）。采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析指標間的相互關(guān)系。應(yīng)用主成分分析法提取累計方差貢獻率≥85%的公因子，所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果

2.1 不同樹種土壤理化性質(zhì)的變化

不同季節(jié)5個樹種土壤的基本的理化性質(zhì)如表2所示。同一季節(jié)（春季或秋季）土壤有機碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮含量和碳氮比值在不同樹種間均有顯著性的變化。在春季白樺樹種的理化因子值均顯著高于其他樹種。春季和秋季繡線菊的有機碳值均為最小，分別為21.9 g/kg和35.9 g/kg。

2.2 不同樹種土壤酶活性的變化

本研究的3種土壤酶活性的變化，它們在5個不同樹種均有顯著性的變化趨勢（圖1）。在春季，β-葡萄糖苷酶這種酶活性蒙古櫟最高，是183.23 nmol/（g·h），與其他樹種差異顯著，且在春季表現(xiàn)為 QM＞BP＞OD＞SS＞TM。但是在秋季不同樹種間差異較小，β-葡萄糖苷酶的含量在66.33-83.25 nmol/（g·h）之間。在不同季節(jié)（氣溫回升樹木萌動期的五月與雨水充沛樹木生長期的九月相較），大部分表現(xiàn)為春季大于秋季。而蒙古櫟βG酶活性春季與秋季表現(xiàn)出較大的差異，春季βG酶活性是秋季的2.39倍；其余樹種差異不大，在1.08-1.38倍之間。

過氧化物酶活性在同一季節(jié)不同樹種間均有顯著性的變化趨勢。春季和秋季的過氧化物酶活性中繡線菊都是最高的，在742-820 nmol/（g·h）之間；蒙古櫟的酶活性均為最低，在456-504 nmol/（g·h）間。但是從春季到秋季，5個樹種全都表現(xiàn)為春季的酶活大于秋季，與β-葡萄糖苷酶一樣。

N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶酶活在同一季節(jié)（春季或秋季）不同樹種之間有顯著性變化，在春季白樺的酶活性最高，是88.46 nmol/（g·h）；在秋季蒙古櫟的酶活性最高，是212.40 nmol/（g·h）；在季節(jié)動態(tài)上，從春季到秋季相同樹種呈現(xiàn)升高的趨勢，尤其蒙古櫟差異最大，春季NAG酶活為86.57 nmol/（g·h），而秋季之后增幅高達145%。

表3所示，這兩種酶不僅在樹種和季節(jié)上有明顯的變化，而且β-葡萄糖苷酶活性和過氧化物酶活性與全氮、土壤微生物量碳、氮含量呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），與土壤全氮有最大的相關(guān)系數(shù)（R=-0.553）。過氧化物酶活性與有機碳也呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），表現(xiàn)出最大相關(guān)系數(shù)（R=-0.642）。影響NAG酶活與土壤氮循環(huán)的的理化指標較多，均與有機碳、全碳、微生物量碳、氮呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。

表2 不同樹種土壤理化指標的變化

圖1 不同樹種土壤酶活性的變化

2.3 不同樹種土壤微生物群落豐度的變化

不同季節(jié)5個樹種土壤微生物群落豐度如表4所示。不同季節(jié)，內(nèi)蒙古大青山森林植物根圍土壤細菌、真菌群落豐度均為秋季高于春季。其中，土壤中細菌16s rRNA基因數(shù)量最高可達14.1×106copies /mL，真菌ITS基因數(shù)量最高可達8.91×106copies /mL。

同一季節(jié)（春季或秋季）不同樹種可顯著改變土壤微生物群落豐度。在春季細菌、真菌群落豐度均有顯著性的變化。其中細菌16S rRNA基因 數(shù) 量 OD＞BP＞TM＞SS＞QM， 真 菌 ITS 基 因 數(shù) 量OD＞BP＞SS＞TM＞QM ；在秋季細菌 16S rRNA 基因數(shù)量和真菌ITS基因數(shù)量均為QM＞BP＞TM＞OD＞SS。

對于同一樹種土壤微生物群落豐度均有顯著的變化趨勢。其中蒙古櫟根圍土壤細菌、真菌群落豐度在春季與秋季的差異最大，秋季細菌16S rRNA基因拷貝數(shù)是春季的4.78倍；秋季真菌ITS基因拷貝數(shù)是春季的45.42倍。繡線菊根圍土壤中細菌、真菌群落豐度在春季與秋季表現(xiàn)出較小的差異，分別為0.87、2.16倍。但虎榛子細菌基因拷貝數(shù)春季大于秋季，差異相對較小。

這兩種微生物（細菌、真菌）群落豐度不僅在樹種和季節(jié)上有明顯的變化（表5），而且與有機碳、全氮、土壤微生物量碳、氮含量呈極顯著正相關(guān)（r在0-0.001之間，P＜0.01），并且細菌群落豐度和真菌群落豐度極顯著正相關(guān)。

表3 土壤酶活性與土壤理化因子之間的相關(guān)關(guān)系

表4 不同樹種對土壤微生物群落豐度的影響

表5 土壤微生物群落豐度與土壤理化因子之間的相關(guān)關(guān)系

2.4 土壤微生物活性因子的主成分分析

為進一步探討影響該地區(qū)不同樹種根圍土壤因素變化的主控因素，對土壤酶活性、微生物群落豐度和理化因子進行主成分分析（圖2），以便能篩選出產(chǎn)生影響的主要因子群。前3個主成分的累計方差貢獻率為87.99%（大于85%）。根據(jù)主成分分析原理，當(dāng)累積方差貢獻率大于85%時，即可用于近似反映系統(tǒng)全部的變異信息。因此前3個主成分能完全反映不同樹種土壤微生物群落系統(tǒng)的變異信息。3個主成分中第一主成分的方差貢獻率達到58.79%。第二主成分貢獻率為17.99%，主要是由β-葡萄糖苷酶土壤酶活性和碳氮比決定的。第三主成分貢獻率為11.20%，由過氧化物酶酶活性決定。通過上述主成分分析表明，土壤酶活性、土壤微生物群落豐度和土壤理化性質(zhì)三者可以反映不同樹種土壤養(yǎng)分的組成情況，其中有機碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮、細菌群落豐度、真菌群落豐度、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶等在各自的主成分中都是主導(dǎo)因素，可作為影響大青山不同樹種根圍土壤養(yǎng)分組成的重要因子。

3 討論

3.1 樹種對土壤理化因子的影響

本次研究不同季節(jié)5個樹種間理化因子差異性顯著，可能其根系分泌物和枯落物的質(zhì)和量就不同，會使得土壤物理化學(xué)性質(zhì)有差異，此外，森林生態(tài)系統(tǒng)的季節(jié)氣候變化，土壤溫度、濕度的季節(jié)性變化是調(diào)控土壤微生物生物量季節(jié)波動的主要因子，致使土壤中C、N循環(huán)受到影響，而表現(xiàn)出上述的差異和結(jié)果。土壤氮含量的增加有助于促進植物生長，提高植物凋落物的數(shù)量和質(zhì)量。而植物凋落物是土壤有機碳輸入的主要來源。因此，白樺或蒙古櫟有助于增加土壤有機碳的含量，促進碳的庫存［11］。林下植被清除所引起的光照、土壤溫度和濕度等林內(nèi)條件的改變［12-13］，在一定程度上間接地影響了土壤碳儲量。值得注意的是，土壤碳氮比（C/N）通常被認為是土壤質(zhì)量的敏感指標，可衡量土壤 C、N 營養(yǎng)平衡狀況，低的 C/N 比可以加快微生物的分解和氮的礦化速率，在森林土壤中，高的碳氮比則使真菌比例相對較高，體現(xiàn)了真菌的競爭優(yōu)勢［14］。本次實驗這5個樹種土壤碳氮比均小于15，說明可使土壤中的微生物加速分解。不同季節(jié)，5種樹種土壤有機碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮均表現(xiàn)為秋季高于春季，這與漆良華等［15］研究的毛竹林土壤微生物量碳動態(tài)結(jié)論一致。表明不同植被類型與環(huán)境因子共同作用使得土壤碳氮含量產(chǎn)生差異，成為影響不同植被土壤微生物生物量差異的因素之一。隨著森林植物生長和土壤環(huán)境條件的改變，土壤中可利用碳和養(yǎng)分資源對土壤微生物生長限制程度也在改變，進而影響土壤微生物生物量的季節(jié)變化。土壤有機質(zhì)作為一種穩(wěn)定而長效的碳源物質(zhì)，對土壤肥力保持起著重要作用，其含量在很大程度上影響著土壤結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定性、植物營養(yǎng)的生物有效性以及土壤的緩沖性能和土壤生物多樣性［16］。前人的研究報道表明，森林管理措施，如撫育、間伐等對土壤碳循環(huán)及碳的固存影響較大［17-18］。

圖2 基于土壤活化因子的主成分分析圖

3.2 樹種對土壤酶活性的影響

本實驗研究了3種土壤酶活性隨季節(jié)的變化，它們分別與土壤碳循環(huán)和氮循環(huán)密切相關(guān)。5個不同樹種的土壤酶活性均有顯著性的變化趨勢。β-葡萄糖苷酶和過氧化物酶是與碳循環(huán)密切相關(guān)的土壤酶。β-葡萄糖苷酶是一種重要的水解酶，它們能夠水解 1-4糖苷鍵，釋放出β-葡萄糖［14］；并且裂解的二聚糖和多聚糖及β-葡萄糖苷中的β-葡萄糖苷鍵［19］也參與C循環(huán)［9］。過氧化物酶能氧化土壤中的有機質(zhì)，能反映土壤腐殖質(zhì)的強度大小。N-乙?；被咸烟擒彰甘桥c氮循環(huán)密切相關(guān)的土壤酶。N-乙?；被咸烟擒彰竻⑴c氮循環(huán)中幾丁質(zhì)和肽聚糖的降解［20］。在森林土壤微生物環(huán)境中，土壤酶活性含量的差異主要受土壤生態(tài)條件、植被恢復(fù)階段、土壤微生物等多因素影響。本研究秋季蒙古櫟NAG酶的活性遠遠高于春季，但是白樺的NAG酶活性則相反，導(dǎo)致不同樹種根圍土壤這種差異的原因可能與土壤具體的理化性質(zhì)以及植物分泌物對微生物的影響有關(guān)。

本研究的土壤理化因子與酶活性有很顯著相關(guān)性，說明不同樹種間季節(jié)相對于土壤物理化學(xué)性質(zhì)或者樹種對于碳循環(huán)相關(guān)土壤酶活性有更強的影響。土壤全氮、微生物量碳、氮含量越高，土壤中與碳循環(huán)相關(guān)的土壤酶活性越低。因為這兩種酶從春季到秋季樹種的酶活性呈下降趨勢，可能由于氣候、水分等條件的影響。土壤酶的時間動態(tài)變化主要由于季節(jié)性的環(huán)境因子變化導(dǎo)致的，并且與植物生長周期變化密切相關(guān)。季節(jié)的變化引起土壤生態(tài)系統(tǒng)中水熱等條件的改變，這些變化影響土壤酶的分解、土壤酶的周轉(zhuǎn)以及植物對土壤酶的利用。土壤中各種酶之間存在著相互促進而又相互競爭的關(guān)系，各種土壤酶的不同步分解是溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分保留和生產(chǎn)力保留的一種重要機制。不同季節(jié)，酶作用方式不同，群落結(jié)構(gòu)和功能也存在差異，從而表現(xiàn)出了酶的季節(jié)動態(tài)格局［21］。土壤物理化學(xué)性質(zhì)相對于季節(jié)或不同樹種對與氮循環(huán)相關(guān)土壤酶活性有更強的影響。土壤有機碳、全氮、微生物量碳、氮含量越高，土壤中與氮循環(huán)相關(guān)的土壤酶活性越高，這與斯貴才等［14］研究發(fā)現(xiàn)藏東南森林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤酶活性的結(jié)果一致。

3.3 樹種對土壤微生物群落豐度的影響

土壤微生物類群之間含量上的變化是土壤微生物群落結(jié)構(gòu)演替的重要內(nèi)容，尤其是土壤細菌和真菌生物量的變化［14］，這對土壤微生物豐度有很大的影響。本實驗用熒光定量PCR技術(shù)研究了大青山不同樹種土壤微生物豐度的變化規(guī)律。內(nèi)蒙古大青山森林植物根圍土壤細菌、真菌群落豐度均為秋季高于春季。這可能是季節(jié)變化的過程中，土壤中腐殖質(zhì)的含量得到相應(yīng)的增加，土壤中微生物的生長得到促進的原因。其中，土壤中細菌16S rRNA基因數(shù)量最高可達14.1×106copies /mL，高于韓文炎［7］等研究的茶園土壤中16S rRNA基因數(shù)量，低于王軼等［14］研究的大田土壤中細菌16S rRNA基因數(shù)量。真菌ITS基因數(shù)量最高可達8.91×106copies /mL，高于王軼等［14］研究的大田土壤中真菌ITS基因數(shù)量，導(dǎo)致這種差異的原因可能與土壤具體的理化性質(zhì)以及植物分泌物對微生物的影響有關(guān)。同一季節(jié)（春季或秋季）不同樹種可顯著改變土壤微生物群落豐度。在春季細菌、真菌群落豐度均有顯著性的變化。說明樹種可顯著影響土壤微生物群落豐度，尤其在大青山森林植被中，相較于其他樹種種植白樺可顯著提高微生物群落豐度。也說明不同的樹種隨著季節(jié)不同，氣候水熱因子的改變，呈現(xiàn)不同的變化趨勢。這也與樹種的特性，根系的分泌物等有很大的關(guān)系。

這兩種微生物（細菌、真菌）群落豐度與土壤理化因子呈極顯著正相關(guān)，說明整個土壤微生物群落環(huán)境C、N循環(huán)具有非常重要的作用。細菌群落豐度和真菌群落豐度極顯著正相關(guān)。真菌和細菌是土壤微生物的主要組成部分，真菌對枯枝落葉的分解能力極強，是進行腐解作用的主要微生物，并在土壤的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中起相當(dāng)重要的作用。土壤中的細菌幾乎參與了土壤中的所有生物化學(xué)過程，并具有快速生長的能力，能旺盛地分解各種自然物質(zhì)，故在土壤的物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中具有重要的作用。因而土壤中的真菌在參與枯枝落葉的分解過程中能有效促進土壤細菌的生長，使二者呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r為0，P＜0.01）。該研究結(jié)果與李強等［4］的研究一致。因此，森林生態(tài)系統(tǒng)中不同樹種是影響土壤微生物群落豐度（細菌、真菌）的重要因素。

3.4 不同樹種土壤理化指標、酶活性及微生物豐度的季節(jié)變化動態(tài)關(guān)系

季節(jié)變化動態(tài)對不同樹種根圍土壤理化指標、酶活性及土壤微生物豐度均有顯著影響。季節(jié)更替能顯著影響土壤溫度與濕度，進而對參與碳氮循環(huán)的微生物、植被組成等產(chǎn)生顯著影響。本研究得出了不同樹種秋季的土壤理化指標、微生物群落豐度均高于春季的結(jié)論。這與李勝藍等［22］研究的森林類型土壤微生物生物量碳氮含量中“秋高春低”型結(jié)論一致。從春季到秋季，由于氣溫的升高，雨水的增加更利于植物凋落物的分解，也利于微生物的生長。而酶活性在季節(jié)動態(tài)上分布有差異。大量研究表明，不同試驗區(qū)酶活性最高值出現(xiàn)的季節(jié)不同［23］，而真菌生物量表現(xiàn)為在水熱條件相對緩和的秋季較佳，這也進一步說明三者之間的協(xié)同響應(yīng)關(guān)系。

4 結(jié)論

本文研究了大青山不同樹種土壤微生物豐度和土壤酶活性的變化，研究結(jié)果表明，影響大青山不同樹種根圍土壤的因素不均一，主要表現(xiàn)為氣候中的水熱因子和樹種的特性。并且，土壤理化因子與土壤微生物豐度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，由此可推斷，樹種可能是通過影響土壤理化特性間接影響土壤微生物群落豐度。

［1］ 齊云龍. 大青山古路板不同林型土壤AM真菌多樣性及其分布特征的研究［D］. 呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué), 2012.

［2］ 楊成德, 龍瑞軍, 薛莉, 等. 東祁連山高寒草本草地土壤微生物量及酶的季節(jié)動態(tài)［J］. 中國草地學(xué)報, 2014, 36（2）：78-84.

［3］ Pang X, Bao W. Effect of substituting plantation species for native shrubs on the water-holding characteristics of the forest floor on the Eastern Tibetan Plateau［J］. Journal of Resources & Ecology,2011, 2（3）：217-224.

［4］ 李強, 靳振江, 李忠義, 等. 巖溶地貌部位對土壤微生物豐度與酶活性的影響［J］. 水土保持通報, 2014, 34（3）：50-54.

［5］ Baddam R, Reddy GB, Raczkowski C, et al. Activity of soil enzymes in constructed wetlands treated with swine wastewater［J］.Ecological Engineering, 2016, 91：24-30.

［6］ 李世卿, 王先之, 郭正剛, 等. 短期放牧對青藏高原東北邊緣高寒草甸土壤及微生物碳氮含量的影響［J］. 中國草地學(xué)報,2013, 35（1）：55-60.

［7］ 牛得草, 江世高, 秦燕, 等. 圍封與放牧對土壤微生物和酶活性的影響［J］. 草業(yè)科學(xué), 2013, 30（4）：528-534.

［8］ 覃勇榮, 蘇盛, 黃小梅, 等. 不同植被對石漠化地區(qū)土壤微生物數(shù)量的影響［J］. 河池學(xué)院學(xué)報, 2016, 36（5）：1-8.

［9］ 何建州, 楊金燕, 田麗燕, 等. 用紫外-熒光微孔板酶檢測技術(shù)測定兩種土壤的酶活性［J］. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2012, 30（2）：181-185.

［10］ 陳麗霞. 內(nèi)蒙古大青山森林土壤微生物量碳氮及微生物特征研究［D］. 呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué), 2015.

［11］ 楊丹, 余旋, 劉旭, 等. 栽培模式對沙棘人工林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和參與氮循環(huán)功能基因的影響［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2015, 26（12）：3634-3640.

［12］ 馬芳芳, 賈翔, 趙衛(wèi), 等. 間伐強度對遼東落葉松人工林土壤理化性質(zhì)的影響［J］. 生態(tài)學(xué)雜志, 2017, 36（4）：971-977.

［13］ Chen XL, Wang D, Chen X, et al. Soil microbial functional diversity and biomass as affected by different thinning intensities in a Chinese fir plantation［J］. Applied Soil Ecology, 2015, 92：35-44.

［14］ 斯貴才, 袁艷麗, 王建, 等. 藏東南森林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤酶活性隨海拔梯度的變化［J］. 微生物學(xué)通報, 2014,41（10）：2001-2011.

［15］ 漆良華, 艾文勝, 范少輝, 等. 湘中丘陵區(qū)不同經(jīng)營類型毛竹林土壤微生物量碳動態(tài)［J］. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2013, 37（5）：45-48.

［16］ 劉苑秋, 王芳, 柯國慶, 等. 江西瑞昌石灰?guī)r山區(qū)退耕還林對土壤有機碳的影響［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22（4）：885-890.

［17］ 吳亞叢, 李正才, 程彩芳, 等. 林下植被撫育對樟樹人工林土壤活性有機碳庫的影響［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2013, 24（12）：3341-3346.

［18］ 劉迎春, 王秋鳳, 于貴瑞, 等. 黃土丘陵區(qū)兩種主要退耕還林樹種生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳潛力［J］. 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31（15）：4277-4286.

［19］ 劉強, 彭少麟. 植物凋落物生態(tài)學(xué)［M］. 北京：科學(xué)出版社,2010.

［20］ 趙杏, 鐘一銘, 楊京平, 等. 不同植茶年限土壤碳氮養(yǎng)分及胞外酶對干旱脅迫的響應(yīng)［J］. 生態(tài)學(xué)報, 2017, 37（2）：387-394.

［21］ 黃黎英, 曹建華, 周莉, 等. 不同地質(zhì)背景下土壤溶解有機碳含量的季節(jié)動態(tài)及其影響因子［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2007, 16（4）：1282-1288.

［22］ 李勝藍, 方晰, 項文化, 等. 湘中丘陵區(qū)4種森林類型土壤微生物生物量碳氮含量［J］. 林業(yè)科學(xué), 2014, 50（5）：8-16.

［23］ 牛小云, 孫曉梅, 陳東升, 等. 遼東山區(qū)不同林齡日本落葉松人工林土壤微生物、養(yǎng)分及酶活性［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2015, 26（9）：2663-2672.

Enzyme Activities and Microbial Abundance of Rhizosphere Surrounding Different Tree Species in Daqing Mountain

ZHANG Xing1，4LI Min3，4YAO Qing-zhi1，4TIE Ying4WEI Jie2，4CHEN Li-xia1
（1. Life College of Inner Mongolia Agriculture University，Huhhot 010018；2. Forestry College of Inner Mongolia Agriculture University，Huhhot 010018；3. Life Science and Technology College of Inner Mongolia Normal University，Huhhot 010022；4. Inner Mongolia and Ecological Science and Technology Research Institute Co.，Ltd.，Huhhot 011517）

This study aims to find the correlation between soil microbial abundance and enzyme activities of rhizosphere around different tree species in forest of the Daqing Mountain and its key factors. Real-time qPCR was used to study the variations of soil microbial abundance（bacteria and fungi）around the rhizosphere of different species，and analyzed the changing trend of three soil enzyme activities（β-glucosidase（βG），N-acetyl glucosidase（NAG）and peroxidase（Pod）and soil physicochemical properties. Principal component analysis（PCA）and Pearson correlation analysis were applied to investigate the impacts of soil physicochemical factors on the soil microbial abundance. As results，soil physicochemical properties and microbial bacteria and fungi community abundances had significant increases from spring to autumn，such as organic carbon（TOC），total nitrogen（TN），microbial biomass carbon（WC）and nitrogen（WD）as well as bacteria and fungi abundances，etc. The forest soil βG enzymes and Pod activity in Daqing Mountain was higher in summer，while NAG enzyme activity washigher in the fall. Pearson correlation analysis showed that soil microbial abundance and soil enzyme activities of different tree species in forest in the Daqing Mountain had obvious correlation，significantly positive correlation with βG enzymes activity（P ＜ 0.05），very significantly negative correlation with Pod activity（P ＜ 0.05），and very significantly negative correlation with βG enzyme activity（P ＜ 0.05）. Soil physicochemical factors（TOC，TN and WC and WD）and soil microbial abundance had significantly positive correlation. It was inferred from principal component analysis，that TOC，TN，WC and WD，bacterial and fungal community abundance，and NAG can be used as the important influencing factors of the rhizosphere soil nutrient characteristics surrounding different tree species. The different tree species in Daqing Mountain forest ecosystem had profound influences on soil physicochemical index，soil microbial abundance and soil enzyme activities，and presented the strong responses with the season changing. Physicochemical index and soil microbial community abundance are the main ecological factors regulating the microbial community of rhizosphere soil in the forest and vegetation of Daqing Mountain.

Daqing Mountain；forest；soil enzyme activities；microbial community abundance

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017-0296

2017-04-11

內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項目（NJZY14097），呼和浩特市科技計劃項目（重大科技專項）（2015-重-社-1）

張星，女，碩士，研究方向：應(yīng)用與環(huán)境微生物；E-mail：874958074@qq.com

姚慶智，男，博士，副教授，研究方向：應(yīng)用與環(huán)境微生物；E-mail：yaoqingzhi@imau.edu.cn

（責(zé)任編輯 狄艷紅）