林火干擾油松林間土壤微生物群落變化分析

李藝鋒

（遼寧省國營朝陽縣朝陽林場，遼寧 朝陽 122000）

林火是干擾森林生態(tài)系統(tǒng)的主要因子之一，很大程度上影響土壤的結(jié)構(gòu)及功能[1]。進入21世紀后，我國東北林區(qū)的森林火災發(fā)生頻率增加，導致了土壤碳釋放速度加快、森林逐漸向凈碳源轉(zhuǎn)變。作為土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的動力、地下生態(tài)系統(tǒng)的重要組分，微生物影響著地上生物生長與土壤中養(yǎng)分之間的轉(zhuǎn)換過程，其對林火干擾的響應機制很大程度上對森林的碳平衡狀況產(chǎn)生影響[2]。

林火干擾的強度不同，對微生物產(chǎn)生的影響程度也有所不同。研究表明，短期范圍內(nèi)，高強度的林火干擾導致土壤中大量的微生物直接死亡，輕度較低或者中等程度的林火干擾不會明顯影響到土壤中的微生物情況[3]。研究表明，長期范圍內(nèi)，林火的干擾可以對森林內(nèi)的植被、土壤物理及化學性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，進而長期影響到土壤中微生物群落的組成情況[4]。土壤微生物群落變化范圍包括生物因子、非生物因子[5]。部分土壤中微生物群落的結(jié)構(gòu)、功能與土壤中的有機質(zhì)情況有著一定的關(guān)聯(lián)，一般來說土壤中微生物結(jié)構(gòu)的決定性因素包括土壤中碳氮比等可利用的養(yǎng)分情況[6]。研究表明，目前陸地生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的變化等過程中關(guān)鍵性因子影響土壤微生物群落的多樣性[7]。

油松的抗逆能力強，抗旱抗寒，在遼西等干旱地區(qū)的防護林營建、防風固沙等方面發(fā)揮著積極的作用，是當?shù)啬壳霸炝值南蠕h樹種之一。目前，學者們關(guān)于林火對油松林影響開展的研究較多，主要集中在林火對土壤理化性質(zhì)[8-9]和林下植被特征[10]的影響方面，而有關(guān)林火干擾下油松林間土壤微生物群落方面的變化研究還未見報道。本研究針對不同強度的林火干擾下，遼西地區(qū)油松林內(nèi)土壤微生物群落變化情況進行分析，為當?shù)亓只鸷鬁蚀_評價油松林內(nèi)土壤微生物的恢復情況提供一定的參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地點選擇在遼西地區(qū)朝陽市境內(nèi)，屬于北溫帶大陸性季風氣候，為內(nèi)蒙古高原往沿河平原過渡的階梯分界地帶，是山地丘陵地區(qū)；受到海洋暖濕氣流、北部蒙古高原干燥冷空氣的共同影響，當?shù)氐臍夂蚋稍铩⑺募痉置?，有充足的光照條件（日照時數(shù)年均2 900 h左右），雨熱同季，冬季溫度低且漫長，白天與夜晚存在較大的溫差，降雨量少（年均值在520 mm左右）；年均溫度為在5.8 ℃左右，無霜期年均138 d左右；春秋季節(jié)多風、氣候干旱，夏季溫度高，冬季風力程度大。當?shù)貙儆诎敫珊禍貛淙~闊葉林帶，地貌復雜。地帶性土壤為褐土，地帶性植被資源為油松等針葉林。

1.2 試驗方法

選擇朝陽市境內(nèi)具有當?shù)氐湫吞卣鞯拇竺娣e油松純林（營建于20世紀90年代左右）作為研究對象。2018年在油松純林內(nèi)選擇分別經(jīng)歷過高、中、低不同強度林火干擾的樣地作為調(diào)查對象，以立地條件幾乎一致的未過火區(qū)域作為對照。不同強度樣地數(shù)均選擇2個作為重復，面積為300 m2（15 m×20 m）。2019和2020年繼續(xù)在樣地小區(qū)內(nèi)開展調(diào)查，最后取3年相應指標各重復數(shù)據(jù)的平均值進行分析。

1.3 取樣及測定方法

8月在每個小區(qū)樣地內(nèi)隨機布設(shè)3個點，將表面的枯枝落葉層、泥炭層清理干凈后，環(huán)刀法取100 g左右的土樣（0～5 cm土層），冰袋保存迅速帶回試驗室分析。選擇磷脂脂肪酸法（PLFAs）測定土壤微生物群落結(jié)構(gòu)并進行分析。以土壤微生物PLFAs質(zhì)量摩爾濃度[11]、相對豐度作為指標開展分析[12]。土壤微生物各類群PLFAs值在所有微生物群落PLFAs值中的占比為對應類群的相對豐度指標。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)的分析處理用Excel完成，5%水平的差異性分析軟件選擇DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同強度的林火干擾處理下油松林間土壤微生物PLFAs質(zhì)量摩爾濃度分析

根據(jù)表1可知，隨著林火干擾強度的增大，土壤中微生物各種群PLFAs質(zhì)量摩爾濃度表現(xiàn)出降低趨勢；與對照相比，高強度的林火處理下細菌PLFAs質(zhì)量摩爾濃度有少量增加，增幅未達到顯著水平，中、低強度林火處理下細菌PLFAs質(zhì)量摩爾濃度均有顯著的降低；各強度的林火處理放線菌 PLFAs質(zhì)量摩爾濃度均顯著降低；叢枝菌根真菌以低強度的PLFAs質(zhì)量摩爾濃度林火處理為最低，顯著高于中等強度的林火處理以及對照、高強度和中等強度的林火處理與對照之間差異不顯著；與對照相比，真菌的PLFAs質(zhì)量摩爾濃度以低強度的林火處理為最高，其次依次為中等強度、低等強度的林火處理，均顯著高于對照；土壤微生物PLFAs質(zhì)量摩爾濃度總量的變化與細菌變化趨勢一致，均為低強度的林火處理為最大，與對照差異不顯著，2個處理均顯著高于其他強度的林火處理（表1）。

表1 林火干擾下油松林間土壤微生物PLFAs質(zhì)量摩爾濃度變化情況 （nmol·g-1）

2.2 不同強度的林火干擾處理下油松林間土壤微生物相對豐度分析

根據(jù)表2可知，隨著林火強度的逐漸增加，相對豐度增加的微生物群落有放線菌和真菌，相對豐度降低的微生物群落有細菌和叢枝菌根真菌；林火強度相同的情況下，相對豐度最大的類型為細菌，其次為真菌，以叢枝菌根真菌的相對豐度為最低；與對照相比，細菌類群除了高強度林火處理的相對豐度顯著降低以外，其余強度處理與對照差異不顯著，低強度的林火處理相對豐度稍高于對照，中等強度的低于對照，未達到顯著差異；放線菌的相對豐度以對照為最高，不同強度林火的處理均顯著低于對照；叢枝菌根真菌不同強度的林火處理相對豐度值均顯著高于對照；真菌不同強度林火處理相對豐度值均顯著高于對照；土壤微生物群落相對豐度總值以低強度的林火處理為最高，其次為林火處理，以高強度的林火處理為最低。由此可知，不同強度的林火對油松林內(nèi)土壤微生物不同類群的生物量有不同程度的影響，進而改變了類群間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

3 結(jié) 論

在遼西地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)中，影響其穩(wěn)定性的重要因子之一，即為林火的干擾。林火不僅對樹木的生長產(chǎn)生直接的影響，還會對林間土壤環(huán)境產(chǎn)生一定的影響進而間接影響到樹木的生長[11-13]。作為循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中的重要組分，土壤微生物在林火的干擾作用下可對有機質(zhì)的分解情況等產(chǎn)生影響，進而影響到生態(tài)系統(tǒng)中的碳平衡[14-15]。研究野外條件下林火干擾強度不同影響油松林間土壤微生物群落的變化情況，有利于更好地了解林火干擾下油松林土壤微生物群落的恢復情況，可對火災后林間恢復提供一定的指導[16-17]。

本試驗結(jié)果表明，不同強度的林火干擾下油松林內(nèi)土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)有不同程度的變化。隨著林火程度的加重，土壤微生物各類群PLFAs質(zhì)量摩爾濃度、土壤微生物總PLFAs 質(zhì)量摩爾濃度、細菌相對豐度、叢枝菌根真菌相對豐度、微生物類群總相對豐度均有所降低，放線菌相對豐度、真菌相對豐度逐漸增大；與未發(fā)生火災的對照進行比較，強度低林火的油松內(nèi)林微生物各類群數(shù)量有所增加，強度較高林火的處理下，土壤中微生物的生長受到了抑制作用。至于火燒時間的長短、火后恢復時間等因子對土壤微生物群落變化的影響以及土壤微生物群落變化是否由于火燒后土壤環(huán)境中養(yǎng)分條件的變化導致還需要相關(guān)探討研究。