杉木人工林土壤微生物對(duì)林分密度的響應(yīng)

李智超， 張勇強(qiáng)， 厚凌宇， 宋立國(guó)， 孫啟武

（中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)研究所 林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家林業(yè)和草原局森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京100091）

杉木Cunninghamia lanceolata是中國(guó)南方最主要的用材樹(shù)種， 主要分布在南方16 個(gè)?。▍^(qū)）。 第8 次全國(guó)森林資源清查結(jié)果表明： 中國(guó)人工林面積達(dá)6 933 萬(wàn)hm2， 占全國(guó)森林面積的33.3%， 其中杉木林面積達(dá)1 096 萬(wàn)hm2， 面積約占中國(guó)人工林總面積的16%［1］。 隨著杉木人工林種植面積擴(kuò)大， 由于營(yíng)林措施不合理（多代連栽、 純林化等）再加上杉木林自毒作用［2］， 使得在杉木林的整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中， 林地養(yǎng)分被大量消耗， 土壤微生物數(shù)量逐年減少， 生化活性和氧化代謝功能下降， 致使杉木人工林出現(xiàn)生產(chǎn)力下降和地力衰退的現(xiàn)象［3-5］， 嚴(yán)重影響其原有的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。 這些問(wèn)題已成為林業(yè)工作者持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)［6-7］。 研究者們針對(duì)不同代、 不同發(fā)育階段杉木林的土壤理化性質(zhì)、 生物特性變化及其影響因素做了大量研究［4,8］， 其中， 許多研究者指出林下土壤中微生物的多樣性能夠顯著提高土壤質(zhì)量進(jìn)而影響杉木的產(chǎn)量與質(zhì)量［9］。 大量對(duì)杉木人工林林分密度的研究也表明， 林分密度通過(guò)對(duì)照入地面光照的控制， 影響林下植物物種多樣性及土壤水分， 進(jìn)而影響微生物多樣性［10-12］。 密度是人工林經(jīng)營(yíng)最重要的可控因子之一， 合理的林分密度對(duì)微生物多樣性尤為重要［13］。 土壤微生物在維持生態(tài)系統(tǒng)整體服務(wù)功能方面具有重要作用， 土壤養(yǎng)分循環(huán)、 凈化環(huán)境以及陸地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定調(diào)節(jié)等都離不開(kāi)土壤微生物［14］。 與土壤理化性質(zhì)相比， 土壤微生物對(duì)外界環(huán)境的變化更為敏感。 因此， 土壤微生物性質(zhì)常被用作表征土壤質(zhì)量的靈敏性指標(biāo)， 而土壤微生物多樣性是土壤微生物學(xué)研究中應(yīng)用最廣泛的指標(biāo)之一［15］。 Biolog-ECO微平板法是被廣大研究者用來(lái)研究土壤微生物群落功能多樣性的一種簡(jiǎn)單、 快速的方法。 該方法通過(guò)酶標(biāo)儀快速檢測(cè)每個(gè)孔的吸光度來(lái)計(jì)算微生物碳代謝情況［16］。 該方法不僅可以區(qū)分不同密度杉木人工林土壤微生物群落的主要碳源類(lèi)型， 明確不同密度杉木人工林土壤微生物對(duì)不同碳源類(lèi)型利用強(qiáng)度， 還可以比較土壤微生物群落對(duì)不同密度的響應(yīng)， 為杉木人工林的密度選擇、 生長(zhǎng)發(fā)育及可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 本研究通過(guò)對(duì)5 種不同密度杉木人工林土壤微生物碳代謝多樣性的研究， 探索杉木人工林土壤微生物對(duì)林分密度及土壤養(yǎng)分的響應(yīng)， 為杉木人工林可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

研究區(qū)位于江西省新余市分宜縣（27°30′～27°45′N(xiāo)， 114°30′～114°45′E）， 該地區(qū)屬于低山丘陵地貌。屬亞熱帶季風(fēng)氣候， 全年平均氣溫17.2 ℃， 年均降水量1 600.0 mm， 年均無(wú)霜期270.0 d。 雨量充沛，陽(yáng)光充足， 氣候溫和， 無(wú)霜期長(zhǎng)。 母巖以千枚巖為主， 土壤為黃、 紅壤， 地帶性植被為常綠闊葉林。 本研究選擇地形地貌、 海拔、 母巖、 土壤類(lèi)型等相同的1980 年造杉木人工林實(shí)驗(yàn)樣地（表1）進(jìn)行， 研究地造林密度不同且造林后沒(méi)有任何人為干擾， 杉木人工林林分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 喬木以杉木為主。 林下灌木層物種主要以杜莖山Maesa japonica、 草珊瑚Sarcandra glabra、 菝葜Smilax china、 珍珠蓮Ficus sarmentosa、 青岡櫟Cyclobalanopsis glauca、 大青Clerodendrum cyrtophyllum、 細(xì)枝柃Eurya loquaiana、 毛冬青Ilex pubescens、 雞骨柴Elsholtzia fruticosa為主， 林下草本層物種主要以雙蓋蕨Diplazium、 邊緣鱗蓋蕨Microlepia marginata、 黑足鱗毛蕨Dryopteris fuscipes、 團(tuán)葉陵齒蕨Lindsaea orbiculata、 莎草Cyperus rotundus、 淡竹葉Lophatherum gracile、 薹草Carexspp.、 藎草Arthraxon hispidus為主。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集及樣地介紹 2018 年10 月， 選擇1980 年造5 種不同密度（1 667、 3 333、 5 000、 6 667、10 000 株·hm-2）杉木人工林實(shí)驗(yàn)樣地， 樣地海拔高度為190～210 m， 坡向均為南坡， 坡度約15°～20°。每塊樣地造林面積1 000 m2（33 m × 33 m）， 并在相應(yīng)樣地下方按照同樣造林密度設(shè)置2 組重復(fù)樣地，造林前3 a 進(jìn)行撫育， 后基本無(wú)人工干擾， 為長(zhǎng)期自然發(fā)展形成。 在每塊1 000 m2樣地中間位置選取20 m × 20 m 樣方， 在樣方內(nèi)采用S 形取樣法采集5 點(diǎn)0～20 cm 土壤樣品混合， 去除凋落物并分為2 份，一份裝入土袋帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干過(guò)篩， 做土壤理化性質(zhì)， 另一份裝入無(wú)菌密封袋并放入恒溫箱， 及時(shí)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室放入4 ℃冰箱， 24 h 內(nèi)進(jìn)行樣品處理及Biolog 分析。 每塊樣地用鋼制環(huán)刀（直徑5 cm， 容積100 cm3）取3 個(gè)原狀土， 帶回實(shí)驗(yàn)室做土壤物理性質(zhì)分析。

1.2.2 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定 土壤容重采用環(huán)刀法［17］； 土壤pH 值采用電位法， 用水浸提測(cè)定（水土質(zhì)量比2.5∶1.0）； 土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化外加熱法； 全氮用硫酸銅、 硫酸鉀、 硫酸消煮， 凱氏定氮法測(cè)量； 全磷、 全鉀采用硝酸、 鹽酸、 氫氟酸微波消解， 流動(dòng)分析儀法（Spectro Analytical Instruments,Spectro Arcos ICP, Kleve, 德國(guó)）測(cè)量； 有效磷采用氟化銨和鹽酸浸提， 流動(dòng)分析儀測(cè)量； 速效鉀采用乙酸銨浸提， 流動(dòng)分析儀測(cè)量； 堿解氮采用擴(kuò)散法［18］。

1.2.3 Biolog-ECO 技術(shù)及微生物多樣性計(jì)算方法 采用含有31 種碳源的Biolog-ECO 分析土壤微生物群落的代謝特征。 采用CLASSEN 等［19］的方法制備生態(tài)板接種液。 首先稱(chēng)取相當(dāng)于30 g 烘干土的鮮土加入到盛有270 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.85%的氯化鈉溶液的三角瓶中180 轉(zhuǎn)·min-1震蕩30 min， 取3 mL 上清液加入到27 mL 氯化鈉溶液， 混勻后再取3 mL 上清液加入到27 mL 氯化鈉溶液， 土壤溶液最終稀釋至10-3。向ECO 板的各孔中加入150 μL 的稀釋液。 將接種好的微孔板放在28 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中。 分別于24、48、 72、 96、 120、 144、 168、 192 h 在MicroLogTM Version 4.20.05 微孔板讀數(shù)儀（Biolog Inc， 美國(guó)）上進(jìn)行測(cè)定， 讀取波長(zhǎng)分別為590 nm（顏色+濁度）和750 nm（濁度）的數(shù)值。 采用所有測(cè)定數(shù)據(jù)計(jì)算平均顏色變化率（AWCD）， 采用96 h 測(cè)定數(shù)據(jù)計(jì)算土壤微生物群落的功能多樣性， 用豐富度指數(shù)（R）、Shannon-Wiener 指數(shù)（H′）、 Pielou 指數(shù)（J）、 Simpson 指數(shù)（D）、 McIntosh 指數(shù)（U）表示［20-23］。 運(yùn)用R i386

3.3.1 軟件， 對(duì)樣地林分狀況、 土壤理化性質(zhì)、 AWCD 值和微生物碳代謝多樣性指數(shù)進(jìn)行單因素方差分析， 并利用鄧肯氏檢驗(yàn)將相同指標(biāo)在不同密度下的差異性用小寫(xiě)字母進(jìn)行標(biāo)注（P＜0.05）； 對(duì)96 h 各土樣AWCD 值進(jìn)行主成分分析， 確定微生物主要利用的碳源類(lèi)型； 對(duì)土壤理化性質(zhì)與微生物碳代謝多樣性指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。 運(yùn)用Excel 處理相關(guān)數(shù)據(jù)， GraphPad PRISMR軟件繪圖。

表1 樣地概況Table 1 Basic condition of plots

2 結(jié)果與分析

2.1 樣地概況及土壤性質(zhì)差異

通過(guò)資料查詢(xún)及對(duì)樣方內(nèi)林木狀況調(diào)查， 得知隨著種植密度的增加， 林地郁閉度逐漸增加， 杉木存活率、 樹(shù)高、 胸徑逐漸減小， 且這些變化在多數(shù)林分密度間差異顯著（P＜0.05）。 這是由杉木的種間競(jìng)爭(zhēng)決定的， 種植密度越大， 對(duì)水肥氣熱等條件需求越高， 越影響單株生長(zhǎng)狀況。

不同密度杉木人工林土壤的理化性質(zhì)各不相同（表2）。 土壤有機(jī)質(zhì)、 全氮、 全磷在林分密度適中時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高， 而pH、 全鉀、 有效磷、 速效鉀則是在林分密度較低或較高時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高， 堿解氮?jiǎng)t無(wú)明顯規(guī)律。 表明不同的養(yǎng)分指標(biāo)對(duì)林分密度具有不同方向的響應(yīng)。 單因素方差分析顯示： 不同密度的土壤理化性質(zhì)差異顯著（P＜0.05）， 尤其是全磷、 堿解氮、 有效磷， 在各林分密度間均差異顯著（P＜0.05）。

2.2 不同密度杉木人工林土壤微生物利用總碳源動(dòng)力學(xué)特征

Biolog 生態(tài)板板孔平均顏色變化率（AWCD）反映了土壤微生物利用單一碳源的能力， 是土壤微生物活性及群落功能多樣性的重要指標(biāo)［24］， 計(jì)算不同植被類(lèi)型土壤AWCD 值的3 次重復(fù)平均值， 繪制AWCD 值隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化曲線(xiàn)（圖1）。 結(jié)果顯示： 隨著時(shí)間的增加， AWCD 值不斷增加， 表明土壤微生物對(duì)31 種碳源的綜合利用隨時(shí)間逐漸增加。從圖1 可以看出： AWCD 值變化曲線(xiàn)在144 h 時(shí)有明顯的變化， 培養(yǎng)24～144 h 時(shí)間內(nèi)， AWCD 值上升較快， 表明微生物對(duì)碳源的利用速率較快。 144 h 后， AWCD 值上升速率明顯降低且趨于平緩， 微生物對(duì)碳源的利用逐漸達(dá)到平衡甚至減弱。培養(yǎng)24～144 h 時(shí)間內(nèi)， 5 個(gè)樣地杉木人工林土壤微生物對(duì)31種碳源的綜合利用程度從大到小依次為樣地D、 樣地C、 樣地B、 樣地A、 樣地E。 從土壤微生物對(duì)碳源的綜合利用情況可以看出： 林分密度適中時(shí)， 微生物利用碳源的能力較強(qiáng)， 且利用程度顯著（P＜0.05）大于高密度和低密度林分。

表2 土壤理化性質(zhì)Table 2 Physical and chemical properties of soil

2.3 不同密度杉木人工林土壤微生物群落對(duì)各類(lèi)碳源的利用

ECO 板上的31 種碳源可以根據(jù)其化學(xué)基團(tuán)的性質(zhì)， 分為6 大類(lèi)， 即碳水化合物類(lèi)、 羧酸類(lèi)、 氨基酸類(lèi)、 多聚物類(lèi)、 酚酸類(lèi)和胺類(lèi)。 選取培養(yǎng)時(shí)間為96 h 的數(shù)據(jù)分析不同群落土壤微生物對(duì)這6 類(lèi)碳源的利用情況。 結(jié)果如圖2： 各密度不同類(lèi)碳源間差異多達(dá)到顯著水平（P＜0.05）； 在樣地B、 樣地C、 樣地D 的3 種密度下， 微生物對(duì)糖類(lèi)利用最多， 羧酸類(lèi)其次；在樣地A 和樣地E 這2 種密度下， 微生物對(duì)羧酸類(lèi)利用最多，糖類(lèi)其次； 除糖類(lèi)和羧酸類(lèi)外， 在杉木人工林中其他碳源被微生物群落利用程度從大到小依次為氨基酸類(lèi)、 多聚物類(lèi)、 酚類(lèi)（胺類(lèi)）； 5 種不同密度杉木人工林下土壤微生物對(duì)6 類(lèi)不同碳源的綜合利用程度程度從大到小依次為樣地D、 樣地C、樣地B、 樣地A 和樣地E， 與圖1 各孔平均顏色變化率相同；5 種不同密度下微生物對(duì)不同碳源的利用程度從大到小依次為碳水化合物類(lèi)、 羧酸類(lèi)、 氨基酸類(lèi)、 多聚物類(lèi)、 酚類(lèi)、 胺類(lèi)。

圖2 不同密度杉木人工林土壤微生物對(duì)不同碳源的利用Figure 2 Carbon sources utilization in C. lanceolata plantation with different densities

2.4 不同密度杉木人工林土壤微生物多樣性指數(shù)

微生物多樣性指數(shù)可用來(lái)表征微生物對(duì)31 種碳源綜合利用程度。 根據(jù)96 h 的AWCD 值計(jì)算得到不同密度杉木人工林土壤微生物群落的豐富度指數(shù)、 Shannon-Wiener 指數(shù)、 McIntosh 指數(shù)、 Simpson 指數(shù)和Pielou 指數(shù)（表3）。 豐富度指數(shù)代表微生物群落對(duì)碳源利用數(shù)目的多少， 樣地C 的豐富度指數(shù)最高， 對(duì)碳源利用的數(shù)目最多， 其次為樣地B， 樣地E 對(duì)碳源利用的數(shù)目最少。 Shannon-Wiener 指數(shù)反映微生物群落物種變化度和差異度， 樣地D 的微生物群落變化度和差異度最大， 密度在樣地D 以下的杉木人工林微生物群落變化度隨密度減小而減小， 樣地E 的微生物群落變化度和差異度最小。 McIntosh 指數(shù)反映對(duì)碳源利用種類(lèi)數(shù)的不同， 并能區(qū)分不同利用程度， 其規(guī)律與Shannon-Wiener 指數(shù)基本一致。 Simpson 指數(shù)反映土壤微生物種最常見(jiàn)物種， 數(shù)據(jù)表明密度為樣地A 和樣地E 中的微生物物種最常見(jiàn)。 Pielou 指數(shù)反映了全部微生物種群個(gè)體數(shù)目的分配狀況， 數(shù)據(jù)表明其規(guī)律與Shannon-Wiener 指數(shù)、 McIntosh 指數(shù)基本一致。 綜合微生物多樣性指數(shù)， 在培養(yǎng)時(shí)間為96 h 時(shí)， 微生物對(duì)31 種碳源綜合利用程度從大到小依次為樣地D、 樣地C、 樣地B、 樣地A、 樣地E， 即林分密度在1 667～6 667 株·hm-2以?xún)?nèi)時(shí)， 微生物對(duì)31 種碳源綜合利用隨林分密度的增大而增大， 在6 667～10 000 株·hm-2以?xún)?nèi)時(shí)， 可能隨林分密度的增大而減小， 至10 000株·hm-2時(shí)， 微生物對(duì)31 種碳源的利用已小于林分密度為1 667 株·hm-2。

表3 不同密度杉木人工林土壤微生物群落多樣性指數(shù)Table 3 Diversity indices for soil microbial communities of different C. lanceolata plantations

2.5 土壤微生物利用碳源的主成分分析

對(duì)不同密度杉木人工林生態(tài)板培養(yǎng)96 h 的AWCD 值表征的微生物利用單一碳源特性進(jìn)行主成分分。 根據(jù)主成分提取原則［25］， 提取與土壤微生物碳源利用功能多樣性相關(guān)的2 個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到87.90%。 其中第1 主成分的方差貢獻(xiàn)率為71.53%， 第2 主成分的方差貢獻(xiàn)率為16.37%， 因其他主成分的方差貢獻(xiàn)率較小， 故只分析第1 主成分和第2 主成分（圖3）。 由各孔AWCD 值貢獻(xiàn)率得分， 第1 主成分得分為正的共有17 種， 得分最高的為α-D-乳糖（α-D-lactose）， 其中碳水化合物類(lèi)6 種， 氨基酸類(lèi)4種， 羧酸類(lèi)2 種， 多聚物2 種， 胺類(lèi)2 種， 酚類(lèi)1 種。 第2 主成分得分為正的共有21 種， 其中碳水化合物類(lèi)3 種， 氨基酸類(lèi)4 種， 羧酸類(lèi)7 種， 多聚物4 種， 胺類(lèi)2 種， 酚類(lèi)1 種。 由此說(shuō)明： 對(duì)杉木人工林土壤微生物利用的碳源貢獻(xiàn)率種類(lèi)最多的是碳水化合物類(lèi)， 其次是氨基酸類(lèi)。

圖3 杉木人工林土壤微生物對(duì)31 種碳源主成分分析Figure 3 Principal component analysis for carbon utilization of soil microbial communities

2.6 不同密度杉木人工林土壤理化性質(zhì)與微生物多樣性相關(guān)性分析

不同密度下杉木人工林理化性質(zhì)與微生物多樣性相關(guān)性（表4）顯示： 土壤容重、 有機(jī)質(zhì)、 全磷和全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)與表示微生物多樣性的各指數(shù)均無(wú)相關(guān)性； 土壤全氮僅與微生物豐富度指數(shù)顯著正相關(guān)（P＜0.05）； 土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)與表示微生物多樣性的所有指數(shù)都有顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）相關(guān)性； 土壤有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)與Shannon-Wiener 指數(shù)、 McIntosh 指數(shù)、 Simpson 指數(shù)、 Pielou指數(shù)顯著（P＜0.05）或極顯著相關(guān)（P＜0.01）， 但其相關(guān)性與堿解氮相關(guān)性相反。 綜上所述， 在本研究的杉木林中， 土壤碳與微生物多樣性相關(guān)性弱， 而土壤氮磷鉀與微生物多樣性存在相關(guān)性， 特別是速效養(yǎng)分與微生物多樣性相關(guān)性顯著（P＜0.01）。

表4 理化性質(zhì)與微生物多樣性相關(guān)性Table 4 Correlation between physicochemical properties and microbial diversity

3 討論

3.1 土壤微生物碳代謝對(duì)林分密度的響應(yīng)

土壤微生物碳代謝水平一定程度上反映森林整體生長(zhǎng)情況。 微生物代謝活性越高， 能力越強(qiáng)， 反映地上植物生長(zhǎng)狀況越好。 土壤微生物對(duì)于土壤養(yǎng)分的分解和轉(zhuǎn)化意義重大， 一方面對(duì)土壤有機(jī)物質(zhì)起分解作用， 使有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成有效養(yǎng)分， 另一方面， 對(duì)土壤中的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素起固持和保蓄作用。 微生物量越大， 土壤保肥作用越強(qiáng)， 并使土壤養(yǎng)分趨于積累［26-27］。 土壤理化性質(zhì)及生物學(xué)特性直接受到林內(nèi)水、 熱、 光及林木根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用的影響， 而這些因素和林分密度密切相關(guān)， 因此， 尋找合適的林分密度， 對(duì)森林生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展十分重要。 對(duì)不同密度杉木人工林土壤微生物碳代謝進(jìn)行比較的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)， 38 年生杉木林現(xiàn)存密度為3 333、 5 000 和6 667 株·hm-2時(shí)， 微生物碳代謝能力較強(qiáng)，土壤水熱條件好， 適合杉木林土壤微生物發(fā)揮作用。 杉木林密度為1 667 株·hm-2時(shí)， 林地郁閉度低，透光性較高， 影響林下土壤水分的保存， 從而使微生物的代謝功能降低。 種植密度為10 000 株·hm-2時(shí)， 由于郁閉度的增高， 林地的透光量的減少， 會(huì)導(dǎo)致林下植被多樣性及林下溫度降低， 從而降低了林下凋落物種類(lèi)和數(shù)量及微生物的代謝速率， 同樣導(dǎo)致微生物的代謝作用降低。 對(duì)比各密度林下土壤養(yǎng)分含量， 得知杉木密度為5 000 和6 667 株·hm-2時(shí)， 對(duì)土壤養(yǎng)分的消耗增大， 表現(xiàn)為土壤養(yǎng)分含量的降低及微生物碳代謝的后勁不足， 不利于杉木人工林的可持續(xù)發(fā)展。 因此， 本研究中該地區(qū)38 年生杉木人工林在種植密度為3 333 株·hm-2時(shí)最好， 此時(shí)林地杉木的存活數(shù)量約為2 600 株·hm-2， 這一結(jié)果可以為杉木公益林的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展提供建議。

3.2 杉木人工林土壤微生物主要利用碳源類(lèi)型

由不同密度杉木人工林土壤微生物群落對(duì)各類(lèi)碳源的利用得出： 不同密度杉木人工林土壤微生物對(duì)不同種類(lèi)碳源的利用程度不同。 在林分密度適中時(shí)， 土壤微生物對(duì)糖類(lèi)的利用最高， 而林分密度過(guò)大或過(guò)小時(shí)， 土壤微生物對(duì)羧酸類(lèi)的利用大于糖類(lèi)。 杉木人工林對(duì)6 種碳源的利用量從大到小依次為糖類(lèi)、羧酸類(lèi)、 氨基酸類(lèi)、 多聚物類(lèi)、 酚類(lèi)（胺類(lèi)）， 而主成分分析則顯示糖類(lèi)對(duì)第1 主成分貢獻(xiàn)最大， 其次為氨基酸類(lèi)。 結(jié)果表明： 糖類(lèi)、 氨基酸類(lèi)、 羧酸類(lèi)為杉木林下微生物主要利用的碳源， 且杉木人工林土壤微生物利用最大的碳源為α-D-乳糖， 表明α-D-乳糖在杉木人工林物質(zhì)組成和能量轉(zhuǎn)換中不可或缺。 這一結(jié)果可為不同密度杉木林施肥方法提供思路， 在種植不同密度杉木林時(shí)， 應(yīng)根據(jù)其需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)施用合適的肥料， 以保障林木快速生長(zhǎng)。

3.3 土壤理化性質(zhì)與微生物多樣性的關(guān)系

土壤微生物量庫(kù)的微小變化都會(huì)影響到養(yǎng)分的循環(huán)和有效性， 而土壤理化性質(zhì)與土壤微生物多存在密切的正相關(guān)關(guān)系［28］， 但不同生態(tài)系統(tǒng)土壤理化性質(zhì)與微生物多樣性的關(guān)系缺乏可比性［29-31］， 在這方面的研究應(yīng)更加廣泛和深入。 本研究中的土壤理化性質(zhì)與代表微生物多樣性的各指數(shù)和AWCD 值均為種植密度3 333 株·hm-2的最大， 6 666 株·hm-2次之， 5 000 株·hm-2最小， 表明杉木人工林土壤理化性質(zhì)與微生物存在正相關(guān)關(guān)系， 但由于本研究所選擇的樣地為近自然狀態(tài)不同密度杉木林， 受密度等影響， 樣地環(huán)境因子比較復(fù)雜， 因此土壤某些理化性質(zhì)與微生物多樣性的相關(guān)性并不明顯。 由不同密度杉木人工林土壤理化性質(zhì)與微生物多樣性指數(shù)的相關(guān)性看出， 速效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 特別是堿解氮， 與微生物多樣性相關(guān)性顯著（P＜0.05）， 是影響微生物發(fā)揮作用的重要因素［32-33］。 有研究表明： 堿解氮是影響土壤微生物量碳積累的最重要養(yǎng)分因子， 全氮和堿解氮是影響微生物量氮、 微生物呼吸強(qiáng)度和微生物熵的重要養(yǎng)分因子［34-35］。 靳正忠等［36］也認(rèn)為： 全氮和堿解氮是影響微生物量的主導(dǎo)因子。 這些結(jié)論與本研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

不同密度杉木人工林土壤微生物存在差異， 林分密度在2 600～4 600 株·hm-2時(shí)， 反映土壤微生物代謝功能多樣性的平均顏色變化率（AWCD）差異并不顯著。 該密度范圍下土壤微生物碳代謝活性最高，最適合有機(jī)質(zhì)的分解及養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與積累。 不同密度杉木人工林土壤微生物對(duì)6 種碳源的利用量不同，密度在2 600～4 600 株·hm-2時(shí)， 土壤微生物利用的主要碳源為糖類(lèi)， 其次為羧酸類(lèi)和氨基酸類(lèi)， 但密度小于或超出這一范圍時(shí)， 土壤微生物對(duì)羧酸類(lèi)的利用將大于對(duì)對(duì)糖類(lèi)的利用。 主成分分析結(jié)果顯示：α-D-乳糖對(duì)土壤微生物的利用貢獻(xiàn)最大， 是杉木人工林中利用最多的物質(zhì)。 相關(guān)性分析結(jié)果顯示： 全氮和堿解氮與微生物多樣性相關(guān)性顯著（P＜0.05）， 且速效養(yǎng)分與微生物多樣性的相關(guān)性比全量更加顯著（P＜0.05）。 綜合考慮微生物碳代謝多樣性與土壤理化性質(zhì)， 認(rèn)為符合杉木人工林可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理想林分密度為2 600 株·hm-2。