華北落葉松根際土壤氮素細(xì)菌類群和氮素代謝研究

楊波 于志會(huì)

摘要：采用經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和相關(guān)性及排序分析，連續(xù)3年（2017—2019年）研究不同林齡華北落葉松（幼林、中林、成熟林和過(guò)熟林）根際土壤氮素細(xì)菌類群和氮素代謝，并探討了土壤氮素細(xì)菌類群和土壤養(yǎng)分含量之間的關(guān)系。結(jié)果表明：（1）華北落葉松根際土壤pH值顯著低于非根際土壤（P<0.05），根際土壤有機(jī)碳、全氮和有效磷的含量均顯著高于非根際土壤（過(guò)熟林除外），根際和非根際土壤有機(jī)碳、全氮和有效磷的含量呈一致的變化趨勢(shì)，隨著華北落葉松林齡的增長(zhǎng)表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，在成熟林階段達(dá)到最大值。（2）華北落葉松根際和非根際物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和碳源利用指數(shù)隨著林齡增加呈先增加后降低趨勢(shì)，在成熟林階段達(dá)到最大值;幼林、中林和成熟林根際豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和碳源利用指數(shù)顯著高于非根際土壤，而過(guò)熟林根際與非根際土壤差異不顯著。不同林齡根際與非根際土壤微生物優(yōu)勢(shì)度指數(shù)差異不顯著。（3）參與氮素循環(huán)的細(xì)菌共4類11屬，其中固氮細(xì)菌有拜葉林克氏菌屬、慢生根瘤菌屬、根瘤菌屬和弗蘭克氏菌屬，硝化細(xì)菌有硝化桿菌屬和亞硝化螺菌屬，反硝化細(xì)菌有假單胞菌屬、羅爾斯通菌屬、伯克氏菌屬、芽孢桿菌屬和鏈霉菌屬，氨化細(xì)菌有芽孢桿菌屬和假單胞菌屬。（4）土壤養(yǎng)分含量和微生物多樣性指數(shù)與固氮細(xì)菌相對(duì)豐度密切相關(guān)，其中土壤pH值對(duì)土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度貢獻(xiàn)為負(fù)，土壤養(yǎng)分含量對(duì)土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度貢獻(xiàn)為正，是土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度的重要影響因素。（5）冗余分析結(jié)果顯示，土壤環(huán)境因子分別解釋了根際和非根際土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度的83.38%和80.93%的總特征值，由此表明，土壤環(huán)境因子對(duì)土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度有顯著影響。其中對(duì)土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度影響較大的有有機(jī)碳含量和全氮含量，而pH值對(duì)土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度影響為負(fù)。

關(guān)鍵詞：華北落葉松;土壤養(yǎng)分;土壤固氮細(xì)菌;土壤微生物;多樣性指數(shù);冗余分析

中圖分類號(hào)： Q157? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）23-0225-07

收稿日期：2021-06-09

基金項(xiàng)目：吉林省教育廳科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目（編號(hào)：JJKH20200388KJ）。

作者簡(jiǎn)介：楊 波（1979—），男，河北保定人，碩士，副教授，從事生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)理論與技術(shù)研究。E-mail：yangboo7904@126.com。

陸地生態(tài)的研究視角，不僅具有重要的生態(tài)特性，更為關(guān)鍵的是具有特殊性，主要原因在于它是人類生產(chǎn)生活的直接承載者，此外，更是大量動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育的空間載體[1-2]。毫無(wú)疑問(wèn)其重要性不言而喻，在人類生產(chǎn)生活過(guò)程中扮演著極其關(guān)鍵的角色。而其中具有多種生態(tài)子系統(tǒng)，其土壤生態(tài)等重要性尤為突出，究其原因主要在于大量植被在其生長(zhǎng)過(guò)程中需要必備的養(yǎng)分及水分[3-4]。而土壤成為了其有效的供應(yīng)載體，此外，人類糧食作物及蔬菜種植等過(guò)程中也離不開(kāi)土壤的支持[5]。無(wú)論是水分還是養(yǎng)分，都受制于土壤狀況，尤其是活性和肥力方面，其起著決定性作用[6-8]。正因?yàn)槿绱?，居民生活狀況受此直接影響較為突出，否則作物難以維持生長(zhǎng);從土壤和植被生長(zhǎng)的視角而言，其成為陸地生態(tài)系統(tǒng)中尤為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其突出效應(yīng)難以替代，但是對(duì)于貧瘠土壤來(lái)講，其在植被生長(zhǎng)過(guò)程中難以發(fā)揮其應(yīng)有的作用[8-9]。對(duì)于土壤質(zhì)量而言，其影響因素呈現(xiàn)多樣性、復(fù)雜性并行的特點(diǎn)，其中尤為關(guān)鍵的兩大角色是微生物和酶，在微生物的介入之下，大量的有機(jī)質(zhì)能夠得以有效降解，而在酶這一關(guān)鍵角色的參與作用下，形成高效的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，進(jìn)而維持土壤肥力及活性[9-10]，為植被生長(zhǎng)提供所需能量。大量學(xué)者經(jīng)過(guò)實(shí)證分析得知，微生物多樣性在土壤生態(tài)系統(tǒng)保持過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，如果微生物難以發(fā)揮其多樣性效應(yīng)，難以進(jìn)行高效及時(shí)的有機(jī)質(zhì)降解，這將大大抑制土壤活性的提升，對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。對(duì)于土壤而言，根據(jù)與根系的位置關(guān)系，還可以分為根際土壤與非根際土壤，其中尤為特殊的是根際土壤，主要在于它與植被根系具有更為接近的關(guān)系，因此二者之間的關(guān)系更為緊密，不僅發(fā)揮著土壤的養(yǎng)分及水分供給載體作用，同時(shí)深受根系分泌物的影響，且二者具有相輔相成的效應(yīng)。在根系的作用下，土壤的理化特性發(fā)生了明顯變化，此外，根系對(duì)于水分及養(yǎng)分的吸收狀況直接與土壤息息相關(guān)，根際與非根際土壤的差異性也較為突出。由于根系區(qū)域的特殊性，這不僅是養(yǎng)分聚集區(qū)，同時(shí)也是微生物的聚集區(qū)，在根際微生物的參與之下，養(yǎng)分物質(zhì)能夠高效地轉(zhuǎn)化為植被可吸收利用的養(yǎng)分，加速了植被生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)了其生長(zhǎng)適應(yīng)性;此外，植被狀況也會(huì)對(duì)微生物生長(zhǎng)造成直接的影響效應(yīng)，對(duì)群落分布施加關(guān)鍵作用，溫度、濕度等理化特性對(duì)群落分布也至關(guān)重要。

土壤質(zhì)量的影響因素不僅具有多樣性，更具有復(fù)雜性，多種營(yíng)養(yǎng)元素的組合構(gòu)成了土壤肥力和活性的關(guān)鍵，其中氮循環(huán)能夠顯著制約土壤肥力，成為其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)[11]，且能夠以有機(jī)結(jié)合態(tài)的形式廣泛存在于土壤之中，且能夠在微生物的參與之下進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而以無(wú)機(jī)態(tài)的形式被植被吸收利用，從而增加植被所需養(yǎng)分[9-10]。大量學(xué)者通過(guò)實(shí)證研究分析得知，當(dāng)植被分布區(qū)域不同的情況下，其土壤養(yǎng)分的時(shí)空分布差異也尤為突出，植被和土壤之間的作用機(jī)制呈現(xiàn)出明顯的復(fù)雜性[12-13]。氮循環(huán)的有效發(fā)揮離不開(kāi)微生物的參與，無(wú)論是硝化反應(yīng)，還是反硝化反應(yīng)，均發(fā)揮著關(guān)鍵效應(yīng)，此外氨化作用效果也較為突出[14]。對(duì)于森林來(lái)說(shuō)，其中遍布大量的植被以及一系列的生物資源，其中數(shù)量龐大的微生物作為土壤生態(tài)的關(guān)鍵構(gòu)成，在有機(jī)質(zhì)分解方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，加之酶的參與，對(duì)整個(gè)土壤養(yǎng)分循環(huán)和能量交換發(fā)揮著關(guān)鍵影響效應(yīng)，進(jìn)而對(duì)植被生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生關(guān)鍵影響[10-12]。不同的森林分布使得植被的多樣性分布差異尤為突出。對(duì)于木蘭圍場(chǎng)國(guó)有林場(chǎng)而言，其中不僅分布著大量的針葉、闊葉林，還包括大量的天然次生林，為了森林資源保護(hù)，還進(jìn)行了大量的人工林建設(shè)。為了探究林木資源的植被群落分布，本研究將華北落葉松作為研究對(duì)象，立足于華北落葉松人工林的研究視角，從植被及土壤的角度探究其群落分布，并從時(shí)間、空間的角度加以分析，以期為森林資源的合理開(kāi)發(fā)利用提供有益參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究將木蘭圍場(chǎng)國(guó)有林場(chǎng)作為研究對(duì)象，該林場(chǎng)屬河北省圍場(chǎng)縣所轄，因其處于京津和內(nèi)蒙古接壤處，因此地勢(shì)和氣候更為復(fù)雜多樣，山地氣候特點(diǎn)較為突出，一方面呈現(xiàn)中溫帶向寒溫帶過(guò)渡的特點(diǎn)，另一方面半干旱向半濕潤(rùn)過(guò)渡的特點(diǎn)也較為突出，但是雨熱同期的特點(diǎn)比較明顯，根據(jù)近年來(lái)氣象資料得知，研究區(qū)的年均溫僅為5 ℃左右，最高均溫在7月，最高溫度在39 ℃左右;無(wú)論是降水量還是氣溫，其季節(jié)差異尤為突出，在夏季，具有近600 mm的較高降水量，且主要集中在4—6月，同時(shí)具有較高的溫度，在冬季，氣溫較低，且天氣干燥，最低溫集中在1月，達(dá)到了-40 ℃。對(duì)于該區(qū)域而言，土層一般在50 cm左右，pH值低值一般為6，整體來(lái)說(shuō)具有突出的微堿性或者中性，其肥力并不高，甚至不少區(qū)域出現(xiàn)了明顯的巖石裸露，其主要的土質(zhì)不僅包括棕壤、草甸土，還有褐土、風(fēng)砂土等，整體而言，土層并不厚。該區(qū)域不僅分布著大量的落葉林、云杉等喬木資源，還包括大量的山杏等灌木，以及羊胡子草等草本植被，為了森林資源保護(hù)，還進(jìn)行了大量的人工林建設(shè)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 樣地設(shè)置

本研究開(kāi)始于2017年，為了盡可能地減小試驗(yàn)誤差，進(jìn)行了連續(xù)3年的觀測(cè)研究，從多個(gè)角度探究植被與土壤之間的關(guān)系。首先選取樣地6塊，要求長(zhǎng)、寬均統(tǒng)一為30 m，在開(kāi)始指標(biāo)分析之前對(duì)于林木的株高等長(zhǎng)勢(shì)情況進(jìn)行測(cè)量記錄。對(duì)于土樣的采集本研究利用“S”形取樣法，要求取樣深度達(dá)到20 cm，各樣地設(shè)置樣點(diǎn)5個(gè)，為降低誤差進(jìn)行5次重復(fù)取樣，從而共獲取土樣150個(gè)，將其密封后帶回實(shí)驗(yàn)室，待后續(xù)進(jìn)行指標(biāo)測(cè)量。將土樣去除雜質(zhì)后進(jìn)行風(fēng)干處理，之后過(guò)篩密封保存，后續(xù)開(kāi)展相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

1.2.2 土壤樣品的測(cè)定

無(wú)論是根際土壤還是非根際土壤，均采用四分法進(jìn)行采樣，要求采樣深度為40 cm，對(duì)各樣地采集1 kg土樣后均勻混合，置于實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行風(fēng)干處理20 d，之后用元素分析儀開(kāi)展氮、碳等多種養(yǎng)分指標(biāo)測(cè)定。對(duì)速效磷含量、速效鉀含量分別利用比色法、光度計(jì)法測(cè)定;對(duì)有機(jī)碳含量、pH值、有效磷含量和有效氮含量等指標(biāo)的測(cè)定參考《土壤農(nóng)化分析》[15]。

1.2.3 土壤微生物群落功能多樣性測(cè)定

為全面準(zhǔn)確測(cè)定微生物多樣性，首先須要對(duì)所用土樣進(jìn)行溫育處理，要求處理時(shí)間不低于72 h，并借助Biolog-Eco進(jìn)行測(cè)定，然后在NaCl溶液中加入土樣，要求其等同于10 g烘干土樣，且濃度為0.145 mol/L，并進(jìn)行振蕩處理，10 min后進(jìn)行讀數(shù)處理，在恒溫培養(yǎng)過(guò)程中要求讀數(shù)頻率為每12 h進(jìn)行1次。待進(jìn)行稀釋處理后再次進(jìn)行培養(yǎng)，對(duì)其吸光度做好核算及記錄。本研究過(guò)程中借助于平均顏色變化率（AWCD）對(duì)其碳源的利用指數(shù)（S）加以探究，計(jì)算公式[16]如下：

AWCD=∑[（Ci-R）/31];

H=-∑Pi（lnPi）;

Pi=（Ci-Ri）/∑（Ci-Ri）;

Ds=1-∑Pi;

E=Ds-εPi。

式中：Ci為第i孔的吸光度;R為對(duì)照孔的吸光度。對(duì)（Ci-R）<0的孔，計(jì)算中記為0，即（Ci-R）≥0。Pi為第i孔的相對(duì)吸光度與所有微平板的相對(duì)吸光度總和的比值;H表示物種豐富度指數(shù);Ds表示優(yōu)勢(shì)度指數(shù)。

本研究過(guò)程中為進(jìn)一步深入分析微生物，還對(duì)其進(jìn)行了DNA檢測(cè)，借助于MO BIO試劑盒，對(duì)于合格樣品進(jìn)行隨機(jī)破碎處理，本研究借助于超聲波破碎儀，從而形成了一系列的300 bp片段，經(jīng)過(guò)末端修復(fù)等一系列處理后形成文庫(kù)。之后再進(jìn)行雙末端測(cè)序，本研究借助于Illumina HiSeq 2000 測(cè)序平臺(tái)，從而獲取一系列的有效數(shù)據(jù)，這也是生物信息分析的基礎(chǔ)。所有數(shù)據(jù)為2017—2019年的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林齡華北落葉松根際與非根際土壤理化性質(zhì)

從表1可以看出，華北落葉松根際和非根際土壤pH值隨著林齡的增加而先降低后升高，成熟林階段達(dá)到最小值;不同林齡華北落葉松根際土壤pH值顯著低于非根際土壤（P<0.05），是因?yàn)楦谕寥乐虚L(zhǎng)期生長(zhǎng)，過(guò)程中不斷向根際分泌出有機(jī)化合物，華北落葉松林的土壤pH值處于弱酸性，屬較強(qiáng)酸性土壤。華北落葉松根際和非根際土壤有機(jī)碳含量隨著林齡增加而先增加后降低，在成熟林階段達(dá)到最大值;幼林、中林和成熟林根際土壤有機(jī)碳含量顯著高于非根際土壤，而過(guò)熟林根際土壤有機(jī)碳含量與非根際土壤差異不顯著。華北落葉松根際和非根際土壤全氮含量隨著林齡增加而先增加后降低，在成熟林階段達(dá)到最大值;幼林、中林和成熟林根際土壤全氮含量顯著高于非根際土壤，而過(guò)熟林根際土壤全氮含量與非根際土壤差異不顯著。華北落葉松根際和非根際土壤全磷含量隨著林齡增加而先增加后降低，在成熟林階段達(dá)到最大值;不同林齡華北落葉松根際土壤全磷與非根際差異均不顯著。華北落葉松根際和非根際土壤有效磷含量隨著林齡增加而先增加后降低，在成熟林階段達(dá)到最大值;幼林、中林和成熟林根際土壤有效磷含量顯著高于非根際土壤，而過(guò)熟林根際土壤有效磷含量與非根際土壤差異不顯著。

2.2 華北落葉松人工林土壤微生物群落多樣性

由表2可知，華北落葉松根際和非根際物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和碳源利用指數(shù)隨著林齡的增加而先增加后降低，在成熟林階段達(dá)到最大值;幼林、中林和成熟林根際土壤的豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和碳源利用指數(shù)顯著高于非根際土壤，而過(guò)熟林根際土壤與非根際土壤差異不顯著。不同林齡根際與非根際土壤的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)差異不顯著。

2.3 華北落葉松人工林土壤氮素微生物類群變化

從表3可以看出，不同林齡華北落葉松人工林土壤中共得到4 類11屬氮素循環(huán)功能細(xì)菌。其中固氮細(xì)菌包括拜葉林克氏菌屬（Beijerinckia）、慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）、根瘤菌屬（Rhizobium）、弗蘭克氏菌屬（Frankia）共4個(gè)屬;硝化細(xì)菌包括硝化桿菌屬（Nitrobacter）、亞硝化螺菌屬（Nitrosospira）共2個(gè)屬;反硝化細(xì)菌包括假單胞菌屬（Pseudomonas）、羅爾斯通菌屬（Ralstonia）、伯克氏菌屬（Burkholderia）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、鏈霉菌屬（Streptomyces）共5個(gè)屬;氨化細(xì)菌包括芽孢桿菌屬、假單胞菌屬共2個(gè)屬。4種功能細(xì)菌的相對(duì)豐度總體表現(xiàn)為反硝化細(xì)菌>氨化細(xì)菌>固氮細(xì)菌>硝化細(xì)菌，其中芽孢桿菌屬是優(yōu)勢(shì)菌群，占氮素代謝細(xì)菌總數(shù)的76%以上，亞硝化螺菌屬和羅爾斯通菌屬所占比例較小，均不到0.1%。固氮細(xì)菌和硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌和氨化細(xì)菌相對(duì)豐度隨著林齡的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，在成熟林達(dá)到最大值，過(guò)熟林階段有所降低。

2.4 土壤養(yǎng)分與微生物多樣性之間相關(guān)性

相關(guān)性分析結(jié)果（表4）表明，土壤pH值與固氮細(xì)菌（慢生根瘤菌屬除外）、硝化細(xì)菌（亞硝化螺菌屬除外）、反硝化細(xì)菌（鏈霉菌屬除外）和氨化細(xì)菌豐度呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;土壤有機(jī)碳含量、全氮含量與固氮細(xì)菌（慢生根瘤菌屬除外）、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌（鏈霉菌屬除外）和氨化細(xì)菌豐度呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系;物種豐富度指數(shù)（H）、碳源利用指數(shù)（S）與固氮細(xì)菌（慢生根瘤菌屬除外）、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌（鏈霉菌屬除外）和氨化細(xì)菌豐度呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系;均勻度指數(shù)（E）與固氮細(xì)菌（慢生根瘤菌屬除外）、硝化細(xì)菌（亞硝化螺菌屬除外）、反硝化細(xì)菌（鏈霉菌屬除外）和氨化細(xì)菌豐度呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān);全磷、有效磷含量和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（Ds）與固氮細(xì)菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌和氨化細(xì)菌豐度沒(méi)有顯著相關(guān)性。由此可知，土壤養(yǎng)分含量和微生物多樣性指數(shù)與固氮細(xì)菌相對(duì)豐度密切相關(guān)，其中土壤pH值對(duì)土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度貢獻(xiàn)為負(fù)，土壤養(yǎng)分對(duì)土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度貢獻(xiàn)為正，是土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度的重要影響因素。

2.5 土壤微生物群落的冗余分析（RDA）

蒙特卡羅置換檢驗(yàn)結(jié)果顯示，第一典范軸P<0.05，表明該排序模型的解釋變量（土壤環(huán)境因子）與響應(yīng)變量（土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度）的變化關(guān)系較為顯著。華北落葉松根際土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度與土壤環(huán)境因子的冗余分析結(jié)果見(jiàn)表5。由圖1可知，對(duì)于根際，RDA前2個(gè)排序軸的特征值分別為0.652 3和0.181 5，分別解釋了65.23%和18.15%的固氮細(xì)菌相對(duì)豐度變化。本研究所選的土壤環(huán)境因子共解釋了83.38%的總特征值，對(duì)華北落葉松根際土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度有顯著影響。其中對(duì)土壤細(xì)菌多樣性影響較大的有SOC含量和TN含量，而pH值對(duì)土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度影響為負(fù)。對(duì)于非根際土壤，RDA前2個(gè)排序軸的特征值分別為0.585 6和0.223 7，分別解釋了58.56%和22.37%的固氮細(xì)菌相對(duì)豐度變化。本研究所選的土壤環(huán)境因子共解釋了80.93%的總特征值，對(duì)華北落葉松固氮細(xì)菌相對(duì)豐度有顯著影響。其中對(duì)土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度影響較大的有SOC含量和TN含量，而pH值對(duì)土壤固氮細(xì)菌相對(duì)豐度影響為負(fù)。

3 討論與結(jié)論

微生物分布受制于土壤、氣候等一系列影響因素的制約，因此其群落分布也具有突出的差異性，也就形成了不同的多樣性分布，無(wú)論是均勻度還是豐度等方面均呈現(xiàn)出較大差異。不同的微生物分布狀況[17-18]對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解速率等具有突出差異，形成了突出差異的碳源利用水平，為探究其與土壤等方面的關(guān)系，常對(duì)其進(jìn)行多樣性分布分析[9，19]。從Shannon指數(shù)的角度來(lái)說(shuō)，其側(cè)重于微生物的碳源利用狀況，也就是其豐富性方面，該指數(shù)越高的情況下，說(shuō)明其能夠越充分地利用不同碳源;對(duì)于Mc-Intosh指數(shù)而言，更多是側(cè)重于分布均衡性方面，主要受2個(gè)方面效應(yīng)制約，一是微生物種類，二是分布的均勻程度[20]。對(duì)于土壤質(zhì)量而言，影響因素呈現(xiàn)多樣性、復(fù)雜性并行的特點(diǎn)，其中尤為關(guān)鍵的兩大角色是微生物和酶，在微生物的介入之下，大量有機(jī)質(zhì)得以有效降解，而在酶這一關(guān)鍵角色的參與作用下，形成高效的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，進(jìn)而維持土壤肥力及活性[9-10]，為植被生長(zhǎng)提供所需能量。通過(guò)對(duì)華北落葉松連續(xù)3年的觀測(cè)得知，對(duì)根際土壤物種而言，無(wú)論是豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)，還是優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、碳源利用指數(shù)方面，雖然林木分布具有一定的差異，但是整體而言，其具有較為接近的變化特點(diǎn)，即在林木不斷生長(zhǎng)的過(guò)程中，其多樣性指數(shù)呈現(xiàn)突出的先升后降變化態(tài)勢(shì)，峰值出現(xiàn)在成熟林;對(duì)于非根際土壤來(lái)說(shuō)亦是如此，但是無(wú)論是幼林，還是中林甚至是成熟林，非根際土壤的指數(shù)均低于根際土壤，且多數(shù)差異達(dá)到了顯著水平。而從過(guò)熟林的角度來(lái)看，二者差異并不突出，未達(dá)到顯著水平，主要原因在于該時(shí)期林木具有旺盛的根系，能夠產(chǎn)生大量的分泌物，在生物量提升方面具有突出效果，而養(yǎng)分又具有明顯的富集現(xiàn)象，因此根系區(qū)域呈現(xiàn)更高的養(yǎng)分水平[21]。由于林木生長(zhǎng)過(guò)程中難免產(chǎn)生枯枝落葉，從而形成大量的腐殖質(zhì)，并在表層土壤形成較為明顯的沉積，在微生物的作用下，大量的有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化為養(yǎng)分，在林木生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中具有突出的作用[22]。從pH值的角度來(lái)講，無(wú)論是根際土壤還是非根際土壤，雖然林木分布具有一定的差異，但是整體而言，其呈現(xiàn)較為接近的變化規(guī)律，即隨著林木的生長(zhǎng)，pH值呈現(xiàn)出突出的先降后升變化態(tài)勢(shì)，低值出現(xiàn)在成熟林;就同一林齡而言，非根際土壤具有更高的pH值，且二者之間的差異尤為突出，達(dá)到了0.05水平的顯著性差異;主要原因在于根系生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生了大量的有機(jī)化合物，整體來(lái)說(shuō)，該區(qū)域土壤呈現(xiàn)突出的弱酸性。

對(duì)于微生物而言，在氮循環(huán)過(guò)程中涉及的細(xì)菌共有4類11屬，其中不僅有拜葉林克氏菌屬等固氮類菌群，還有硝化類菌群，此外，還分布著羅爾斯通菌屬等反硝化菌群。從相對(duì)豐度來(lái)講，指數(shù)最高的是反硝化細(xì)菌，其次是氨化細(xì)菌，而硝化細(xì)菌最低;芽孢桿菌屬是其中的優(yōu)勢(shì)菌群。雖然菌群分布有突出的差異，但是在林木不斷生長(zhǎng)的過(guò)程中，其豐度呈現(xiàn)出較為突出的先升后降的發(fā)展態(tài)勢(shì)，峰值出現(xiàn)在成熟林。

微生物多樣性在土壤生態(tài)系統(tǒng)保持過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，如果微生物難以發(fā)揮其多樣性效應(yīng)，就難以進(jìn)行高效及時(shí)的有機(jī)質(zhì)降解，這將大大抑制土壤活性的提升，對(duì)于其土壤質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。對(duì)于土壤而言，根據(jù)其與根系的位置關(guān)系，還可以分為根際土壤與非根際土壤，其中尤為特殊的是根際土壤，主要在于其與植被根系具有更為接近的關(guān)系[22-23]。通過(guò)連續(xù)3年的觀測(cè)分析得知，無(wú)論是土壤養(yǎng)分、微生物，還是酶活性，其與微生物群落分布的關(guān)系較為密切，尤其是土壤養(yǎng)分。為探究多因素交互效應(yīng)，本研究進(jìn)行了冗余分析，通過(guò)分析得知，除了pH值外，土壤養(yǎng)分含量對(duì)微生物分布具有突出的正向影響效果，促進(jìn)微生物生長(zhǎng)發(fā)育，尤其是全碳含量及全氮含量成為最主要的影響因子，且相關(guān)性最強(qiáng);綜合來(lái)看，微生物分布受到一系列因子制約，無(wú)論是環(huán)境因子還是林木作用，均具有突出影響。

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