李姝江，朱天輝，2，劉子雄

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，四川 雅安625014；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 長(zhǎng)江上游林業(yè)生態(tài)工程省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 雅安625014；3.四川省森林病蟲(chóng)防治檢疫總站，四川 成都610081）

四川省地處長(zhǎng)江上游，幅員面積占長(zhǎng)江流域的近50%，是長(zhǎng)江上游重要的生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)，也是長(zhǎng)江中下游的重要生態(tài)屏障［1］。長(zhǎng)期以來(lái)，由于自然災(zāi)害和人們對(duì)環(huán)境資源的不合理開(kāi)發(fā)利用，使林草植被遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致四川地區(qū)出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境脆弱，旱澇災(zāi)害頻繁，森林、草地資源減少，水土流失嚴(yán)重［1］等生態(tài)問(wèn)題，嚴(yán)重制約了該區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。近年來(lái)，四川省率先在全國(guó)實(shí)行了退耕還林還草等一系列旨在恢復(fù)和重建長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境的治理措施，并開(kāi)展了大量關(guān)于退耕還林技術(shù)理論方面的研究。迄今為此，已有學(xué)者對(duì)該地區(qū)林草模式牧草特性［2］、土壤微生物特性［3］、細(xì)根和草根的土壤微生物量［4］等方面進(jìn)行了研究，但還缺乏從微生物角度來(lái)研究不同退耕還林模式對(duì)改善生態(tài)環(huán)境方面的報(bào)道。土壤微生物是森林生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，參與森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量循環(huán)，是林地中最活躍的部分，其數(shù)量組成與土壤通氣性、水分狀況、養(yǎng)分狀況以及有機(jī)質(zhì)含量都有密切的聯(lián)系［5－6］，其活性可以在一定程度上反映土壤肥力［7－8］，是土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的一個(gè)重要的生物學(xué)指標(biāo)。為此，從2008—2009年對(duì)四川省洪雅縣兩種主要退耕還林模式下的土壤微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群數(shù)量及其生態(tài)分布進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以期揭示在相同立地條件下，不同退耕還林模式與土壤微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群活性之間、微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群與土壤酶的內(nèi)在關(guān)系，為退耕還林造林樹(shù)種的優(yōu)化配置積累相關(guān)的微生物學(xué)資料以及為生態(tài)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于四川省眉山市洪雅縣，地理坐標(biāo)為102°49′—103°47′E，29°24′—30°01′N(xiāo)，海拔620m。該區(qū)屬中亞熱帶濕潤(rùn)山地季風(fēng)氣候，最高氣溫36.8℃，最低氣溫－3.3℃，年均氣溫16.8℃，春、夏、秋、冬季平均氣溫分別為17.2，25.2，17.3，7.7℃；年日照時(shí)數(shù)1 080h，太陽(yáng)輻射量為338.1kJ／（cm2·a），無(wú)霜期352～360d；年降水量1 493.8mm，降雨多集中在夏、秋兩季。該區(qū)地貌以低山丘陵為主，土壤層平均厚度50cm，土壤類(lèi)型為酸性紫色土，pH值4.9～5.6。采樣地為坡改梯形成的水平臺(tái)狀旱地，退耕前以種植玉米、紅薯、蔬菜為主，主要還林模式包括光皮樺木（Betula luminifera）—扁穗牛鞭草（Hemarthria compressa）、苦竹（Pleioblastus amarus）—扁穗牛鞭草兩種，于2000年1月退耕栽植。

1.1.1 光皮樺木—牛鞭草模式 光皮樺木為亞熱帶山地落葉淺根闊葉樹(shù)，根系發(fā)達(dá)、穿透力強(qiáng)，生長(zhǎng)快；適宜生長(zhǎng)在年均溫6～17℃，年降水量800～2 000mm，且降水集中在夏、秋兩季的溫涼濕潤(rùn)氣候下［9］。在此模式中，土壤有機(jī)質(zhì)含量12.71g／kg，林分密度2 070棵／hm2，林間郁閉度0.6，樺木平均胸徑3.6cm，平均樹(shù)高4.2m。由于光皮樺逐漸長(zhǎng)大，林下的牛鞭草長(zhǎng)勢(shì)較弱。

1.1.2 苦竹—牛鞭草模式 苦竹為中國(guó)亞熱帶復(fù)軸混生竹類(lèi)的代表竹種之一，是一種暖性喜濕，中性偏陰的竹類(lèi)，地下有橫向生長(zhǎng)的竹鞭，鞭上的芽可以長(zhǎng)成新的竹鞭或發(fā)育成筍出土成竹，竹鞭一般多分布在約20cm深的表土層中［10］；適宜生長(zhǎng)在年均氣溫18～29.8℃，年降水量1 184～1 467mm，降水集中在4—9月的氣候下［9］。在此模式中，土壤有機(jī)質(zhì)含量14.32g／kg，林分密度12 000株／hm2，林間郁閉度0.9，平均地徑2.4cm，平均竹高2.9m，苦竹的枯枝落葉覆蓋度約占總面積的60%，平均厚度1.9cm。隨著苦竹郁閉度的增加，林下牛鞭草長(zhǎng)勢(shì)十分弱。

1.1.3 農(nóng)耕地（對(duì)照）土壤有機(jī)質(zhì)含量為17.82 g／kg；春季休閑，上面長(zhǎng)有少量的牛鞭草；夏季載種紅薯并施農(nóng)家肥；秋季時(shí)紅薯生長(zhǎng)良好并已成熟；冬季紅薯收獲完后，休閑。

1.2 土壤樣品采集

在試驗(yàn)區(qū)選取立地條件相近的退耕還林地（光皮樺—牛鞭草、苦竹—牛鞭草）和農(nóng)耕地（對(duì)照）作為研究樣地，在3種樣地中各設(shè)面積為10m×10m的采樣標(biāo)準(zhǔn)地，3次重復(fù)，從2008年10月到2009年7月，按四季變化特點(diǎn)分3層（0—15cm，15—30cm，30—45cm）從下至上采集土壤樣品。

按不同季節(jié)具體的采樣時(shí)間為2008年10月中旬（秋季），2009年1月中旬（冬季），2009年4月中旬（春季），2009年7月中旬（夏季）。在樺木和苦竹林的標(biāo)準(zhǔn)地里，按五點(diǎn)法各選擇生長(zhǎng)中等的光皮樺和苦竹5～6株（篼）作為采樣點(diǎn)，分別在樹(shù)干和竹篼周?chē)刻幭瘸ネ寥辣韺拥目葜β淙~和植被，順其基部開(kāi)挖土壤剖面，用無(wú)菌小鐵鏟在新挖的土壤剖面上，由下往上分3層取帶完整根系的土塊，以0—15cm土樣為測(cè)定對(duì)象，其抖落物作為非根際土，附在根系周?chē)∮?cm粒徑的土壤作為根際土［11－12］。在農(nóng)耕地中也按五點(diǎn)法取樣。取5個(gè)不同點(diǎn)相應(yīng)層次的土壤樣品充分混勻后，用聚乙烯無(wú)菌塑料袋包好，并做好標(biāo)記，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分析測(cè)定。每種樣品充分混勻后分為2份，分別用來(lái)分析土壤微生物和測(cè)定土壤水分含量。

1.3 土壤樣品分析

土壤微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群分析采用稀釋平板表面涂抹法（細(xì)菌分析用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基；真菌采用馬丁氏—孟加拉紅培養(yǎng)基；放線菌用改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基）［13］進(jìn)行分離，并根據(jù)微生物的培養(yǎng)特性、形態(tài)特征和生理生化特性等指標(biāo)［13－14］進(jìn)行鑒定到屬；每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)，最終結(jié)果取其平均值。土壤水分含量采用烘干法測(cè)定，土壤酶活性在待測(cè)定樣品前期處理后，其轉(zhuǎn)化酶（蔗糖酶）、脲酶、纖維素酶、過(guò)氧化氫酶活性采用關(guān)松蔭法［15］分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤優(yōu)勢(shì)微生物類(lèi)群季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化

根據(jù)微生物的培養(yǎng)性狀、形態(tài)特征、生理生化特性等指標(biāo)可把細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)類(lèi)群鑒定為微球菌屬和芽孢桿菌屬兩大類(lèi)，放線菌優(yōu)勢(shì)類(lèi)群鑒定為鏈霉菌屬和游動(dòng)放線菌屬兩大類(lèi)，真菌優(yōu)勢(shì)類(lèi)群鑒定為酵母菌和木霉菌屬兩大類(lèi)。

結(jié)果顯示（表1），兩種退耕還林模式下優(yōu)勢(shì)微生物類(lèi)群數(shù)量存在差異，春、夏、秋三季均為苦竹林所占比例最大，冬季為樺木林最大。另外，優(yōu)勢(shì)微生物類(lèi)群的季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化存在一定的差異，有的隨季節(jié)變化明顯，而有的較穩(wěn)定。在夏季，微球菌所占比例處于優(yōu)勢(shì)，其數(shù)量在樺木林、苦竹林、農(nóng)耕地中分別占細(xì)菌總數(shù)的94.88%，88.15%，85.29%；在春季和冬季，其數(shù)量比夏季雖然有所下降，但微球菌數(shù)量占細(xì)菌總數(shù)的比例依然超過(guò)50%；而在3樣地中的秋季所占比例最低。芽孢桿菌在3樣地中則是在秋季最多，在夏季最少。鏈霉菌在苦竹林、農(nóng)耕地中的季節(jié)變化趨勢(shì)都是在夏季占放線菌的比例最大，分別為94.45%和84.29%，冬季最少，分別為32.54%和37.02%；而在樺木林中，鏈霉菌屬在夏季僅占放線菌總數(shù)的30.55%，春季達(dá)到最大為65.65%，說(shuō)明鏈霉菌屬容易受外界氣候條件及土地的不同利用的影響。游動(dòng)放線菌在3樣地中因季節(jié)變化的影響較小，其比例占放線菌總數(shù)的15%～25%。酵母菌在3樣地中的夏季和冬季所占比例處于優(yōu)勢(shì)，而在春、秋季稍有下降；木霉菌在3樣地中的季節(jié)變化趨勢(shì)也基本一致，但與酵母菌的變化趨勢(shì)相反。說(shuō)明不同的微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群對(duì)外界氣候的敏感性不同。從各優(yōu)勢(shì)微生物類(lèi)群數(shù)量總的來(lái)看，微球菌、鏈霉菌和酵母菌的數(shù)量較多，芽孢桿菌、游動(dòng)放線菌和木霉菌的數(shù)量相對(duì)較少。

2.2 土壤各優(yōu)勢(shì)微生物類(lèi)群的垂直生態(tài)分布特征

在3樣地土壤剖面中，各優(yōu)勢(shì)微生物類(lèi)群垂直生態(tài)分布特征有的非常明顯，有的不明顯（表1）。微球菌、鏈霉菌、木霉菌和游動(dòng)放線菌隨土壤層的加深其所占比例逐漸降低；說(shuō)明這3類(lèi)菌大多集中在土壤表層活動(dòng)，這可能與樣地中栽培的植物根系主要分布在土壤上層刺激其生長(zhǎng)繁殖有關(guān)。芽孢桿菌隨土壤層的加深其所占比例逐漸增加，這也許與芽孢桿菌的抗逆性較強(qiáng)有關(guān)；酵母菌在3樣地中的土壤層之間的增減變化趨勢(shì)不明顯。

2.3 林木根際和非根際土壤微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群數(shù)量的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化

樺木和苦竹對(duì)6大微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群的根際效應(yīng)有差異（表2）。微球菌和游動(dòng)放線菌在樺木林的R／S＞1，而在苦竹林的R／S＜1；芽孢桿菌則與微球菌和游動(dòng)放線菌的變化規(guī)律相反，說(shuō)明不同林木根系活動(dòng)對(duì)同一微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群的影響不同。鏈霉菌和木霉菌在兩林地的R／S＞1且兩林地間R／S差異不大，可能是兩林木根系分泌物對(duì)這兩種優(yōu)勢(shì)微生物的生長(zhǎng)繁殖具有促進(jìn)作用。酵母菌在兩林地的R／S＜1且兩林地間R／S差異不大，說(shuō)明這兩種林木的根系分泌物可能對(duì)酵母菌有一定的抑制作用。

2.4 土壤微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群數(shù)量與酶活性之間的相關(guān)性分析

土壤微生物總數(shù)與土壤酶活性之間存在一定的相關(guān)性，而優(yōu)勢(shì)微生物類(lèi)群是土壤微生物最重要的組成部分，所以?xún)?yōu)勢(shì)微生物與土壤酶活性之間也應(yīng)該有一定的相關(guān)性（表3）。在優(yōu)勢(shì)微生物類(lèi)群和土壤酶之間，微球菌屬與轉(zhuǎn)化酶、芽孢桿菌屬與纖維素酶、木霉和游動(dòng)放線菌屬與過(guò)氧化氫酶、酵母與脲酶成顯著正相關(guān)。說(shuō)明這些優(yōu)勢(shì)微生物類(lèi)群對(duì)這4種土壤酶的活性貢獻(xiàn)較大。

表1 土壤微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群數(shù)量百分率組成狀況

表2 兩種模式下林木根際和非根際土壤微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群數(shù)量百分率的季節(jié)變化

表3 土壤微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群數(shù)量與土壤酶活性間的相關(guān)系數(shù)（樣本數(shù)＝44）

3 結(jié)論

6大微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群的季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化特性有的隨季節(jié)變化明顯，有的則變化不大；在3樣地土壤剖面垂直生態(tài)分布中，各微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群層次性變化特征差異較大。兩種退耕還林模式下優(yōu)勢(shì)微生物類(lèi)群數(shù)量有差異，春、夏、秋三季均為苦竹林所占比例最大，冬季為樺木林最大。另外，在兩種模式下的林木根際中，鏈霉菌、木霉菌、酵母菌在兩林木根際的分布狀況趨勢(shì)相同；微球菌和游動(dòng)放線菌在樺木林的根際效應(yīng)較大，而在苦竹林的根際效應(yīng)較小，芽孢桿菌則相反。說(shuō)明微球菌和游動(dòng)放線菌對(duì)樺木林有較強(qiáng)的根際正效應(yīng)，而芽孢桿菌則對(duì)苦竹林有較強(qiáng)的根際正效應(yīng)，該結(jié)果對(duì)土壤改良和生物學(xué)肥力的提高有積極意義。另外，酵母菌的R／S值都小于1，可能這兩種林木的根系分泌物或脫落物對(duì)酵母菌有抑制作用，這與前人［16－18］的研究結(jié)論（根系分泌物和脫落物對(duì)微生物具有正、負(fù)兩方面的影響）相似。從6大微生物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群數(shù)量組成來(lái)看，微球菌屬、鏈霉菌屬、酵母的數(shù)量分別在細(xì)菌、放線菌和真菌的組成中處于重要地位，但因?yàn)槠鋫€(gè)體的生物量均較小，所以其對(duì)土壤生物學(xué)肥力質(zhì)量的評(píng)價(jià)影響不大，而那些數(shù)量相對(duì)較少但個(gè)體生物量較大的優(yōu)勢(shì)微生物類(lèi)群，對(duì)土壤生物學(xué)肥力質(zhì)量的評(píng)價(jià)具有十分重要的作用。

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