張明明，閆文德,2，梁小翠,2，多祎帆，王志勇，劉 亮

不同處理對樟樹林土壤微生物數(shù)量的影響

張明明1，閆文德1,2，梁小翠1,2，多祎帆1，王志勇1，劉 亮1

(1.中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004；2.南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室，湖南 長沙 410004)

研究了亞熱帶樟樹林土壤微生物特征及改變碳輸入方式（對照、添加凋落物、去除凋落物、去根添加凋落物、去根去除掉落物、去根）對其數(shù)量變化的影響。以稀釋平板計數(shù)法對土壤中主要微生物類群數(shù)量變化進行分析。結(jié)果表明：不同處理下微生物總數(shù)量分別為去根去除凋落物(67.47×103CFU/g)<去除凋落物(120.36×103CFU/g)<去根(163.67×103 CFU/g)<對照(175.27×103CFU/g)<去根添加凋落物(182.91×103CFU/g)<添加凋落物(205.60×103CFU/g)；不同處理方式下細菌、真菌、放線菌及其總微生物數(shù)量均呈現(xiàn)出添加凋落物會增加土壤微生物數(shù)量，去除凋落物會減少微生物數(shù)量，根系效應(yīng)顯著。

樟樹；凋落物；根；微生物數(shù)量

穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)是涵養(yǎng)水源、保持水土、人類生存環(huán)境及經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，而土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)分解環(huán)節(jié)中重要成員之一。它們分解土壤中的有機物，使其轉(zhuǎn)化為無機成分，從而改善土壤肥力，凈化土壤環(huán)境，為保持生態(tài)系統(tǒng)的健康、穩(wěn)定提供了良好的基礎(chǔ)條件。土壤微生物是土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、循環(huán)的動力,微生物在土壤中的數(shù)量、分布與活動情況反映了土壤肥力的大小，對林木生長發(fā)育起著重要的作用。森林生態(tài)系統(tǒng)中，植物光合產(chǎn)物中大部分以凋落物形式積于植被下方，凋落物層在土壤生態(tài)系統(tǒng)中獨特的作用，對生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境、土壤和植被都有一定的塑造作用[1]。凋落物的多少、種類直接影響微生物的種類、數(shù)量，去除和添加凋落物能夠影響土壤微生物群落。凋落物的去除或添加，改變了凋落物層的數(shù)量、分解速率和有機物含量以及向土壤中的淋溶輸入。有研究表明，加倍凋落物可以增加凋落物層的真菌和細菌的總生物量，去除凋落物可以減少真菌總生物量[2]。

另外，在植物生長過程中,根系從土壤中攝取水分和養(yǎng)分的同時也向周圍環(huán)境釋放無機鹽離子和碳水化合物、有機酸、生長素等低分子的有機物及脫落物等殘體物質(zhì)[3-6]。這些物質(zhì)不僅為根際微生物提供了豐富的碳源和能源,而且極大地改變了根際微區(qū)的物理和化學環(huán)境,其中微生物的數(shù)量、活性和生態(tài)分布與根外土壤相比,發(fā)生顯著改變,一般情況下植物生長越旺盛,根分泌物也就越多,根際中三大類微生物的數(shù)量比相應(yīng)的根外多,根際效應(yīng)很明顯[7]。但不是所有微生物與根際環(huán)境都呈明顯的正效應(yīng)，有些卻正負皆有[8]。

樟樹Cinnamomum camphora是亞熱帶最常見的森林群落，具有代表性。本研究在湖南省植物園樟樹林內(nèi)，采用6種不同處理方式進行微生物數(shù)量的統(tǒng)計、比較，旨在揭示凋落物和根系對樟樹林土壤微生物數(shù)量的影響，進而為研究人工林土壤肥力變化提供科學根據(jù)，從而為維護森林生態(tài)系統(tǒng)的健康、保持土地資源的可持續(xù)利用提供科學依據(jù)，以及對樟樹人工林持續(xù)經(jīng)營的研究和生產(chǎn)實踐都有一定的意義。

1 實驗地概況

試驗地位于湖南省森林植物園(113°02′～113°03′E,28°06′～ 28°07′N)。當?shù)貙俚湫偷膩啛釒駶櫦撅L氣候,極端最低溫度-11.3℃,極端最高氣溫40.6 ℃；全年無霜期270～300 d，年均日照時數(shù)1 677.1 h；雨量充沛,年均降水量1 422 mm。地層主要是第四紀更新世的沖積性網(wǎng)紋紅土和砂礫，屬典型紅壤丘陵區(qū)，土壤呈酸性。研究樣地海拔50～100 m,坡度為12°～21°，核心區(qū)面積約4 356 hm2。樟樹為31年生的人工林，群落基本情況見表1。林下植被有喜樹Camptotheca acuminate、青桐Firmianasimplex、油茶Camellia oleifera、紫金牛Ardisia japonica、毛葉木姜子Litsea mollis、鹽膚木Rhus chinensis、山蒼子Litsea cubeba、滿樹星Ilex aculcolata、杜荊Vitex agnus-castus、 大 青 Clerodendron cyrtophyllum、黃檀Dalbergia balansae、枸骨Ilex cornuta、烏桕Sapium sebiferum、 野 柿 Diospyros lotus、 華山 礬 Symplocos chinensis、 白 櫟 Quercus fabri、梔子Gardenia jasminoides、小葉女貞Ligustrum quihoui、 淡 竹 葉 Lophatherum gracile、 芒 萁Dicranopteris ampla、雞矢藤 Paederia scandens、鱗毛蕨Dryopteris chinensis、狗脊蕨Woodwardia prolifera、鐵線蕨Adiantum capillus-veneris、井欄邊草Pteris multifida、山麥冬Radix liriopes、苔草Carex tristachya、蛇葡萄Ampelopsis sinica等。

表1 樟樹群落的基本情況Table 1 Basic situation of C.camphora communities

2 研究方法

2.1 試驗設(shè)計

2010年7月初，在森林植物園內(nèi)選取樟樹林群落，分別設(shè)置對照（CR）、添加凋落物（LAR）、去除凋落物（LRR）、去根添加凋落物（LANR）、去根去除掉落物（LRNR）、去根（CNR）6種處理，每種處理設(shè)置3個小區(qū)，共18個小區(qū)，每個小區(qū)大小為3 m×4 m，小區(qū)間距1～5 m。去除凋落物處理是取12 m2的樣方，清除樣方內(nèi)的凋落物，并在上方設(shè)置3 m×4 m的網(wǎng)用來收集凋落物，為了防止凋落物進入該處理的范圍內(nèi)，網(wǎng)距離地面的高度設(shè)為0.5 m。添加凋落物的處理是收集去除凋落物處理的網(wǎng)中的枯落物均勻撒在12 m2的范圍內(nèi)，以后每月將周圍凋落物收集網(wǎng)收集的凋落物等面積均勻撒在添加處理的范圍內(nèi)。無根處理是在12 m2的樣方挖取0.5 m深的土壤，然后鋪上一層塑料膜，將挖出的土壤中的植物根揀出后再次填入土坑，掩埋塑料膜。有根處理即為對照，不做處理。

2.2 取樣方法

2011年7月在各小區(qū)內(nèi)分別采集0～15 cm土壤，裝入封口袋，迅速帶回實驗室，貯存于4℃的冰箱中。

2.3 微生物數(shù)量測定方法

微生物數(shù)量采用稀釋涂布平板法計數(shù)，細菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基；放線菌培養(yǎng)采用高氏1號培養(yǎng)基；真菌培養(yǎng)采用馬丁氏孟加拉紅培養(yǎng)基[9-11]。

2.3.1 細菌數(shù)的測定

稱取10 g土樣，放入裝有90 mL無菌水的滅菌三角瓶中，放到震蕩器上震蕩30 min后靜止2～3 min，然后用無菌吸管吸取1 mL，按每級稀釋10倍的順序制備一系列土壤稀釋液。以稀釋梯度為10-4、10-5、10-6土壤稀釋液接種培養(yǎng)基，每一處理3個重復，接種后的平板倒置于25～28℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)1～2 d。然后用平板計數(shù)法計數(shù)。

2.3.2 真菌數(shù)的測定

稱取10 g土樣，放入裝有90 mL無菌水的滅菌三角瓶中，放到震蕩器上震蕩30 min后靜止2～3 min，然后用無菌吸管吸取1 mL，按每級稀釋10倍的順序制備一系列土壤稀釋液。以稀釋梯度為10-2、10-3、10-4土壤稀釋液接種培養(yǎng)基，每一處理3個重復，接種后的平板倒置于28～30℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2～3 d。然后用平板計數(shù)法計數(shù)。

2.3.3 放線菌的測定

稱取10 g土樣，放入裝有90 mL無菌水的滅菌三角瓶中，放到震蕩器上震蕩巧靜止2～3 min，然后用無菌吸管吸取1 mL，按每級稀釋10倍的順序制備一系列土壤稀釋液。以稀釋梯度為10-2、10-3、10-4土壤稀釋液接種培養(yǎng)基，每一處理3個重復，接種后的平板倒置于25～28℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4～5 d。然后用平板計數(shù)法計數(shù)。

2.4 數(shù)據(jù)處理及分析方法

原始數(shù)據(jù)的整理用 Excel2003 軟件完成，方差分析、相關(guān)性分析用 SPSS軟件完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 未作處理土壤微生物的數(shù)量

從圖1可看出，不作任何處理時，土壤中不同類型微生物的數(shù)量為：細菌（135.33×103CFU/g）>放線菌（20.64×103CFU/g）>真菌（19.29×103CFU/g）。這與鼎湖山南亞熱帶季雨林土壤中以細菌為多的研究結(jié)果相符[12]。本樣地中真菌數(shù)量小于放線菌，但差異不大?？赡苁怯捎谕寥罏樗嵝?，而真菌喜適酸性環(huán)境，不易受環(huán)境干擾。同時，放線菌對環(huán)境有較高要求，由于競爭使放線菌所需營養(yǎng)不足，致使生長繁殖受到真菌抑制而減少，故使真菌比例顯著增大[13]。

圖1 未作處理時土壤中微生物的數(shù)量Fig.1 Quantitative in microorganism population under CR

3.2 不同處理方式下微生物的數(shù)量

3.2.1 不同處理方式下細菌的數(shù)量

土壤細菌占土壤微生物總數(shù)的70%～90%，個體小，繁殖快，代謝強，主要作用是分解有機質(zhì)、合成腐殖質(zhì)和氧化無機質(zhì)。

從圖2可看出，細菌在數(shù)量呈現(xiàn)為：去根去除凋落物(46.44×103CFU/g)<去除凋落物(99.56×103CFU/g)<對照(135.33×103CFU/g)<去根(136.67×103CFU/g)<去根添加凋落物(153.78×103CFU/g)<添加凋落物(161.56×103CFU/g)。有機質(zhì)的多少直接影響細菌的數(shù)量，由于凋落物的處理改變了土壤中有機質(zhì)的來源，所以添加凋落物后細菌數(shù)量增多，去除凋落物后細菌明顯減少；同時，去根處理后細菌數(shù)量明顯減少，這主要是因為去除根系極大地改變了根際微區(qū)的物理和化學環(huán)境，根系的去除使細菌無法得到生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，從而使細菌數(shù)量顯著減少。和對照比較，去根后細菌菌落數(shù)明顯減少，說明細菌數(shù)量的增減并不是由單一原因所決定的，細菌微生物數(shù)量可能同時受到凋落物、根系效應(yīng)等多種因素的影響。

圖2 不同處理方式下的細菌數(shù)量Fig.2 Bacteria number under different treatments

3.2.2 不同處理方式下的真菌數(shù)量

土壤真菌數(shù)量少，但生物量大，在森林土壤中真菌是分解土壤有機質(zhì)的主要微生物類群，在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中占有重要地位。土壤真菌的多少與土壤有機質(zhì)含量密切相關(guān)[14]。

從圖3可看出，不同處理方式下，真菌的數(shù)量為：去除凋落物(10.49×103CFU/g)<去根去除凋落物(12.24×103CFU/g)<去根(16.20×103CFU/g)<去根添加凋落物(16.44×103CFU/g)<對照(19.29×103CFU/g)<添加凋落物(22.00×103CFU/g)，添加凋落物增加真菌數(shù)量，減少凋落物時真菌數(shù)量減少，真菌數(shù)量直接受凋落物多少影響，這與不同處理下細菌的數(shù)量趨勢一致；添加凋落物大于去根添加凋落物，這說明在對凋落物不做處理和對凋落物做加倍處理的同時去根可明顯減少真菌數(shù)量，真菌數(shù)量明顯受根系有無的影響。然而，去除凋落物小于去根去除凋落物，在去除調(diào)落物后根系對真菌數(shù)量呈負效應(yīng)。

圖3 不同處理方式下的真菌數(shù)量Fig.3 Fungi number under different treatments

3.2.3 不同處理方式下的放線菌數(shù)量

放線菌極易受土壤中其他微生物的影響，對環(huán)境適應(yīng)性強,在偏堿性的土壤中生長較好。數(shù)量受土壤有機質(zhì)含量的影響。在有機質(zhì)和腐殖質(zhì)豐富的土壤中,放線菌的數(shù)量一般大于有機質(zhì)貧乏的土壤。土壤中細菌和真菌增殖后,放線菌才能明顯增殖,在有機物被分解利用的后期,殘留物主要為難分解的木質(zhì)素和腐殖質(zhì)時,放線菌能緩慢而穩(wěn)定的發(fā)展。放線菌不僅在物質(zhì)轉(zhuǎn)化方面起著很大的作用,而且放線菌是土壤中的重要的抗生素產(chǎn)生菌[15]。

從圖4可看出，放線菌在數(shù)量上呈去根去除凋落物(8.78×103CFU/g)<去除凋落物(10.31×103CFU/g)<去根(10.80×103CFU/g)<去根添加凋落物(12.69×103CFU/g)<對照(20.64×103CFU/g)<添加凋落物(22.04×103CFU/g)，添加凋落物增加放線菌數(shù)量，減少凋落物時放線菌數(shù)量減少，放線菌數(shù)量受凋落物多少的影響而增減；添加凋落物后，放線菌數(shù)量明顯大于去根添加凋落物和去根去除凋落物2種處理方式，說明在減少凋落物、對凋落物不做處理和對凋落物做加倍處理時去根可明顯減少放線菌數(shù)量，去根后放線菌數(shù)量減少，根系對放線菌數(shù)量為明顯的正效應(yīng)。

圖4 不同處理方式下的放線菌數(shù)量Fig.4 Actinomycetes number under different treatments

3.2.4 不同處理方式下微生物總數(shù)量

從圖5可看出，不同處理對土壤中微生物總數(shù)量的影響，在數(shù)量上呈去根去除凋落物(67.47×103CFU/g)<去除凋落物(120.36×103CFU/g)<去根(163.67×103CFU/g)< 對照(175.27×103CFU/g) <去根添加凋落物(182.91×103CFU/g) <添加凋落物(205.60×103CFU/g)，差異顯著（P<0.05）。這說明在樟樹林中，凋落物增多能提高微生物總數(shù)量，凋落物減少能減少微生物總數(shù)量，有機質(zhì)含量的增減直接影響微生物數(shù)量的多少，凋落葉有利于土壤異養(yǎng)微生物的生長、繁殖，使其數(shù)量明顯增多[12]。由于根系可從土壤中攝取水分和養(yǎng)分的同時也向周圍環(huán)境釋放無機鹽離子和碳水化合物、有機酸、生長素等低分子的有機物及脫落物等殘體物質(zhì)，為土壤微生物的生長提高營養(yǎng)物質(zhì)，從而在去除根系后，微生物數(shù)量會明顯減少。

4 結(jié) 論

圖5 不同處理下微生物總數(shù)量與對照的比較Fig.5 Microorganism population under different treatments

在樟樹林中對照土壤中微生物在數(shù)量上是細菌（135.33×103CFU/g）>放 線 菌（20.64×103CFU/g）>真菌（19.29×103CFU/g），通過對比不同處理下微生物數(shù)量，添加凋落物能夠增加細菌、真菌、放線菌及其總微生物數(shù)量，而去除凋落物能夠減少各菌及總微生物數(shù)量；不同微生物種群對去除根系有不同的反應(yīng)，但總體趨勢還是表現(xiàn)為去除根系減少其數(shù)量。這表明增加有機質(zhì)可增加樟樹林中微生物數(shù)量，根系對總的微生物數(shù)量有明顯的正效應(yīng)。根系和凋落物對土壤微生物數(shù)量的同時作用比凋落物、根系的單獨作用影響更顯著。

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Effects of different treatments on soil microbe quantity in Cinnamomum camphora plantation

ZHANG Ming-ming1, YAN Wen-de1,2, LIANG Xiao-cui1,2, DOU Yi-fan1, WANG Zhi-yong1, LIU Liang1
(1.Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2.National Engineering Laboratory for Applied Technology of Forestry & Ecology in South China, Changsha 410004, Hunan, China)

Quantitative changes of microorganism population was determined with standard dilution plate count method in Cinnamomum camphora forest plantation treated with six treatments，including control with root (CR), extra litter addition with root (LAR), litter removal with root (LRR), extra litter addition without root (LANR), litter removal without root (LRNR), control without root (CNR).The results show that the soil microbe quantity in the plantation sequenced by magnitude：LRNR (67.47×103CFU/g) < LRR(120.36×103CFU/g)

Cinnamomum camphora plantation；litter；root；soil microbe quantity

S718.52+1.3；S792.23

A

1673-923X(2012)03-0114-05

2011-12-15

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項（200804030）；國家林業(yè)局“948”項目（2007-4-19，2008-4-36）；國家自然科學基金項目（31070410）；教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃項目（NCET-10-0151）；湖南省科技廳項目（2010TP4011-3）；湖南省教育廳項目（湘財教字[2010]70號）；長沙市科技局項目（K1003009-61）；中南林業(yè)科技大學青年科學研究基金重點項目（QJ2010008A）

張明明（1984—），女，河南漯河人，碩士研究生，主要從事城市生態(tài)學研究

閆文德（1969—），男，甘肅武威人，教授，博士，主要從事森林生態(tài)、城市生態(tài)學研究；E-mail： csfuywd@hotmail.com

[本文編校：謝榮秀]