張俊忠，張成霞，劉 麗，張東華

(1.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224；2.江蘇畜牧獸醫(yī)職業(yè)技術(shù)學(xué)院園林科技系，江蘇 泰州 225300)

在森林生態(tài)系統(tǒng)中，土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。土壤微生物是土壤中最活躍的部分，在物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞等方面發(fā)揮著重要作用，它們?cè)谕寥乐械姆植继卣鞣从沉酥参餇I(yíng)養(yǎng)與土壤肥力狀況之間的關(guān)系[1]。高黎貢山是我國(guó)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、世界生物圈保護(hù)區(qū)和三江并流世界自然遺產(chǎn)的重要組成部分，是具有重要價(jià)值的陸地生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)。由于近年來(lái)人類活動(dòng)的加劇，高黎貢山森林被大量的砍伐和放牧，部分林地被開(kāi)墾為農(nóng)田或人工林地，尤其是高黎貢山的下半部破壞嚴(yán)重，形成不同權(quán)屬森林及不同利用類型的土地[2-3]。山的上半部，即1 800 m往上植被保存較好。森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體類型之一，受到人類活動(dòng)和全球變化的廣泛影響，這些因素在直接影響林地生態(tài)系統(tǒng)地上植被生長(zhǎng)和群落動(dòng)態(tài)的同時(shí)，還直接或間接地影響著林地生態(tài)系統(tǒng)的各種地下生態(tài)過(guò)程。土壤微生物是指示林地生態(tài)系統(tǒng)各地下生態(tài)與生物地球化學(xué)過(guò)程對(duì)外部干擾響應(yīng)的良好指標(biāo)，其中微生物量是土壤微生物活性和大小度量的重要參數(shù)，能夠敏感地反映土壤生態(tài)系統(tǒng)水平的微小變化，研究土壤微生物數(shù)量的變化對(duì)研究環(huán)境變化具有非常重要的意義。張萍和郭輝軍[4]于1999年對(duì)高黎貢山不同植被下土壤微生物部分類群進(jìn)行了研究。目前，有關(guān)高黎貢山動(dòng)植物的多樣性隨海拔高度變化的研究較多，而關(guān)于土壤微生物的研究較少[5]。本研究對(duì)高黎貢山海拔960～3 100 m的5個(gè)樣地微生物進(jìn)行研究，分析土壤可培養(yǎng)的微生物類群的分布特征，探討它們彼此之間的相關(guān)性，以期為人們進(jìn)一步了解高黎貢山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)林地土壤微生物生理功能群的分布特征、提高林地資源利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1區(qū)域概況 研究地點(diǎn)位于高黎貢山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的保山地區(qū)。根據(jù)海拔高度、植被類型和土壤類型等綜合因素選取5個(gè)代表性樣地進(jìn)行取樣，樣地海拔范圍為960～3 100 m，樣地大小為20 m×20 m，樣地植被類型、位置及海拔等基本情況見(jiàn)表1。

1.2土樣的采集 每一樣地取3個(gè)樣點(diǎn)作為3次獨(dú)立重復(fù)，在各樣點(diǎn)以土壤剖面法分別取0～20和20～40 cm土壤。將取好的土壤樣品迅速裝入滅菌封口聚乙烯袋，用后盡快運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室4 ℃冰箱中保存，用于土壤微生物數(shù)量的測(cè)定[6]，取樣時(shí)間為2011年8月6日。

表1 樣地概況Table 1 Basic condition of the sampling sites in this study

1.3土壤微生物類群數(shù)量測(cè)定

1.3.1供試培養(yǎng)基 氨化細(xì)菌和芽孢桿菌采用牛肉蛋白胨培養(yǎng)基，好氣性固氮菌采用改良的阿須貝無(wú)氮培養(yǎng)基，嫌氣性固氮菌采用玉米面碳酸鈣培養(yǎng)液，硝酸細(xì)菌采用亞硝酸鹽培養(yǎng)基，反硝化細(xì)菌采用斯蒂芬遜培養(yǎng)基，好氣性纖維素降解菌采用赫奇遜氏培養(yǎng)基，嫌氣性纖維素降解菌采用奧曼梁斯基培養(yǎng)基，溶磷菌采用PKO培養(yǎng)基[7]。

1.3.2分離方法 首先在無(wú)菌條件下將各土壤樣品配制成10-1懸液，靜置5 min，根據(jù)各微生物類群需要稀釋成一系列不同稀釋濃度的土壤懸浮液[7]。其中，用涂抹法接種氨化細(xì)菌、芽孢桿菌、好氣性纖維素降解菌、好氣性固氮菌和溶磷菌。用稀釋法接種嫌氣性固氮菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌和嫌氣性纖維素降解菌。每處理3次重復(fù)。接種后根據(jù)各微生物類群的生長(zhǎng)特性，于28 ℃恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)3～15 d觀查記錄試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

0～20 cm土壤中細(xì)菌數(shù)量是20～40 cm土壤的0.27～9.56倍；除部分樣地的芽孢桿菌、反硝化細(xì)菌和嫌氣性纖維素降解菌、亞硝酸細(xì)菌、嫌氣性固氮菌之外，高黎貢山土壤微生物類群的數(shù)量隨著土層的加深而減少。纖維素降解菌、硝化細(xì)菌和芽孢桿菌均表現(xiàn)為在低海拔的林地中數(shù)量豐富，而高海拔森林樣地中數(shù)量相對(duì)較低。土壤微生物各類群數(shù)量總體表現(xiàn)為氨化細(xì)菌>芽孢桿菌>反硝化細(xì)菌>好氣性固氮菌>硝化細(xì)菌>嫌氣性固氮菌>溶磷菌>纖維素降解菌>好氣性固氮菌>嫌氣性固氮菌>亞硝酸細(xì)菌的分布特點(diǎn)，在不同植被的土壤中微生物類群總數(shù)的大小表現(xiàn)為闊葉林>針闊混交林>稀疏灌叢>咖啡地>雪地。

在不同植被類型的樣地中，氨化細(xì)菌的數(shù)量最多(45.02%～75.51%)，其次是芽孢桿菌(11.07%～34.11%)，它們?cè)谖⑸镱惾褐姓紦?jù)主導(dǎo)地位(表2)。氨化細(xì)菌和好氣性固氮菌在針闊混交林中的數(shù)量最高，與其它樣地?cái)?shù)量差異顯著(P<0.05)。嫌氣性纖維素降解菌在各個(gè)樣地中所占比例均表現(xiàn)為最少。

3 討論

研究高黎貢山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)土壤微生物類群的最終目的是為了使微生物能夠在林地生態(tài)系統(tǒng)中更好地發(fā)揮作用，從而促進(jìn)森林的可持續(xù)發(fā)展。導(dǎo)致不同植被類型下土壤微生物差異的因素主要包括植物種類組成、海拔高度等土壤生態(tài)條件[8]，本研究發(fā)現(xiàn)，隨著海拔的升高，土壤微生物各類群基本呈現(xiàn)低-高-低的變化趨勢(shì)，這可能主要與植被的物種豐富度密切相關(guān)，植被物種越豐富，根系生物量及分泌物越豐富，區(qū)系微生物種類和數(shù)量豐富。原始的林地土壤在遭受人為的干擾后，土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生顯著變化，人為干擾會(huì)引起表土層細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量減少[9]。另外，微生物類群數(shù)量變化是指示其環(huán)境質(zhì)量變化的靈敏、有效生物學(xué)指標(biāo)，在一定程度上也反映土壤環(huán)境生態(tài)功能的演變規(guī)律[10]，但要闡明其作用機(jī)制，尚待深入研究。

表2 不同植被類型土壤微生物類群數(shù)量的分布Table 2 Quantity of the soil microbial groups in different vegetation types

續(xù)表2

生物物種隨著海拔梯度的降低而增加[11-12]，而微生物多樣性的變化受緯度梯度的影響很小，主要受其它因素的影響[13]。其中，土壤含水量的變化是引起土壤微生物數(shù)量變化的關(guān)鍵因素[14]，植被類型也是影響土壤微生物數(shù)量的因素[15]。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤和植物屬性[16-17]、農(nóng)業(yè)管理措施[18]密切相關(guān)。張地等[19]研究了海拔對(duì)遼東櫟林地土壤微生物群落的影響，結(jié)果表明，隨著海拔升高，土壤微生物群落數(shù)量差異顯著，認(rèn)為土壤溫度和土壤含水量是影響微生物變化的主控因子。本研究表明，高黎貢山土壤微生物類群的多樣性在不同植被及海拔梯度下數(shù)量差異較大，各種土壤微生物類群總數(shù)量變化隨海拔梯度的變化而表現(xiàn)出低-高-低的變化趨勢(shì)。這種變化趨勢(shì)與高黎貢山植被的物種豐富度變化趨勢(shì)相一致，一方面是由于植被物種越豐富，根系生物量及分泌物越豐富，另一方面是因?yàn)橥寥辣韺臃e累了較多的有機(jī)物質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相對(duì)豐富，并且通氣狀況和水熱條件好[20]，從而導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)旺盛。因此，其區(qū)系微生物種類和數(shù)量也越豐富。在高海拔的雪地中微生物數(shù)量最少，這主要跟雪山的特殊氣候有關(guān)，由于長(zhǎng)年積雪，氣候條件惡劣且沒(méi)有植被，微生物數(shù)量很少。此外，土壤微生物類群的數(shù)量大小在一定程度上也反映了各植被類型林地的土壤肥力狀況及其生產(chǎn)力水平。

綜上所述，本研究認(rèn)為，土壤微生物的數(shù)量往往受植被、海拔、土壤理化性質(zhì)及氣候條件等因素的影響，在不同尺度上的結(jié)果可能存在較大差異。土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)非常復(fù)雜，而且時(shí)刻處于動(dòng)態(tài)平衡的變化過(guò)程中，要弄清哪種因素是影響土壤微生物數(shù)量變化的主控因子，要同時(shí)注重植被、海拔和土壤理化性質(zhì)，同時(shí)更應(yīng)關(guān)注大氣因素等才能從整體上得出可靠的結(jié)論。

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