百菌清對(duì)原始紅松林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

于瑛楠，紀(jì)仰慧，郭立峰

(黑龍江省氣象科學(xué)研究所，黑龍江哈爾濱 150030)

摘要[目的]了解農(nóng)藥對(duì)原始紅松林土壤微生物的影響。[方法]以土壤微生物為研究對(duì)象，選取原始紅松林噴施百菌清為試驗(yàn)組，以未噴農(nóng)藥為對(duì)照，通過微生物功能多樣性、多樣性指數(shù)分析研究噴施農(nóng)藥前后土壤微生物特征變化過程。[結(jié)果]在表層和0～10 cm土壤層中，噴施百菌清土壤的每孔顏色平均變化率(AWCD)值只有在夏季高于未噴施百菌清土壤；在10～20 cm土壤層中，噴施百菌清土壤的AWCD值在春、夏季要高于未噴施百菌清土壤，在秋、冬季則低于未噴施過百菌清土壤。在表層土壤中，噴施百菌清土壤的微生物多樣性SW指數(shù)、SP指數(shù)、McIntosh指數(shù)均高于未噴施百菌清土壤；在0～10 cm土壤層中，噴施百菌清土壤的微生物多樣性SW指數(shù)較未噴施百菌清土壤要低，SP指數(shù)、McIntosh指數(shù)較未噴施百菌清土壤要高;在10～20 cm土壤層中，噴施百菌清土壤的微生物多樣性SW指數(shù)值和McIntosh指數(shù)值均較未噴施百菌清土壤要高，而SP指數(shù)值較未噴施百菌清土壤要低。[結(jié)論]試驗(yàn)結(jié)果為林業(yè)工作人員進(jìn)行原始紅松林的保護(hù)及害蟲防治提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞百菌清；原始紅松林；土壤微生物；多樣性指數(shù)

中圖分類號(hào)S718.8

作者簡(jiǎn)介于瑛楠(1982-)，女，黑龍江雞西人，工程師，從事生態(tài)遙感及農(nóng)業(yè)氣象研究。

收稿日期2015-05-31

Effects of Chlorothalonil on Community Structure of Soil Microbes from the Original Korean Pine

YU Ying-nan, JI Yang-hui, GUO Li-feng (Meteorological Science Institute in Heilongjiang Province, Harbin, Heilongjiang 150030)

Abstract[Objective] The aim was to understand effects of pesticides on soil microbes from the original Korean pine.[Method] Based on soil microorganisms as the research object, the original Korean pine spraying chlorothalonil was selected as experimental group, with no spraying as the control group, and the soil microbial characteristics change process before and after the spraying of pesticides were studied through analyzing the microbial functional diversity, diversity index and microorganism amount. [Result] In surface and 0 to 10 cm soil layer, the AWCD value of spraying chlorothalonil soil only in summer was higher than that of not spraying chlorothalonil soil. In 10-20 cm soil layer, the AWCD value of spraying chlorothalonil soil in spring and summer were higher than that of not spraying chlorothalonil soil, while the AWCD value of spraying chlorothalonil soil in autumn and winter was less than that of not spraying chlorothalonil soil. In the surface soil layer, the SW index, SP index and McIntosh index values of spraying chlorothalonil soil were higher than those of not spraying chlorothalonil soil; in 0-10 cm soil layer, the SW index value of spraying chlorothalonil soil was less than that of not spraying chlorothalonil soil, while SP index and McIntosh index values were higher than those of not spraying chlorothalonil soil; in 10-20 cm soil layer, the SW index value and McIntosh index value of spraying chlorothalonil soil were higher than that of not spraying chlorothalonil soil, while SP index value was lower than that of not spraying chlorothalonil soil. [Conclusion] The results provide reference for forestry workers to carry out protection and pest control of the original Korean pine.

Key words Chlorothalonil; The original Korean pine; Soil microbes; Diversity index

在森林中，土壤微生物作為生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，在森林土壤物質(zhì)循環(huán)分解和轉(zhuǎn)化中有著不可替代的作用[1]。土壤微生物類群的變化勢(shì)必會(huì)影響到土壤中具有生理、生化活性的物質(zhì)種類和數(shù)量的變化，所以在一定程度上土壤微生物的活性可以反映土壤肥力。而農(nóng)藥對(duì)土壤微生物類群的變化有著非常大的影響。因此，研究百菌清對(duì)原始紅松林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，可以了解農(nóng)藥對(duì)土壤肥力的影響，為林業(yè)工作人員進(jìn)行原始紅松林的保護(hù)及害蟲防治提供理論指導(dǎo)[2-3]。

紅松具有樹干通直高大、材質(zhì)優(yōu)良、壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)力高、種子營(yíng)養(yǎng)豐富等獨(dú)特用途與價(jià)值，是目前世界上珍貴而稀有的多用途樹種之一。土壤微生物作為影響紅松生長(zhǎng)的生物因子，在紅松的生長(zhǎng)發(fā)育過程中起著重要作用[4-5]。目前，原始紅松林病蟲害的發(fā)生頻率高、危害程度大、受災(zāi)面積廣，使得人們又大量使用農(nóng)藥進(jìn)行防治。雖然目前關(guān)于土壤微生物研究取得了一定的成果，但國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)工作者對(duì)農(nóng)藥對(duì)土壤微生物影響的研究還主要集中在對(duì)農(nóng)田土壤微生物、蚯蚓、經(jīng)濟(jì)昆蟲、鳥類和水生生物的影響。以原始森林為對(duì)象的農(nóng)藥生態(tài)安全性研究相當(dāng)薄弱，或者說系統(tǒng)研究農(nóng)藥與原始森林生物群落方面的成果極少[6]。因此，探索農(nóng)藥對(duì)原始紅松林土壤微生物的影響機(jī)理對(duì)于保護(hù)原始紅松林有著緊迫的現(xiàn)實(shí)意義。為此，筆者研究了百菌清對(duì)原始紅松林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，旨在為原始紅松林的保護(hù)提供借鑒。

1材料與方法

1.1研究地概況涼水國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于黑龍江省伊春市帶嶺區(qū)內(nèi)(128°53′20″ E，47°10′50″ N)，總面積為12 133.0 hm2，林木總儲(chǔ)量為170萬(wàn)m3，森林覆蓋率為98%。該區(qū)屬典型的低山丘陵地貌，具有明顯的溫帶大陸性季風(fēng)氣候特征，年均氣溫為-0.3 ℃，全年平均降水日數(shù)為120～150 d，年平均降水量為676 mm，年平均蒸發(fā)量為805 mm，年日照時(shí)數(shù)為1 850 h，日照率為43.5%，冬季寒冷漫長(zhǎng)，凍土深度可達(dá)2.0 mm左右。

1.2樣地選設(shè)于2012年4～11月按照春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)進(jìn)行土樣采集。采集方式為：在每個(gè)林型中按5點(diǎn)法采集土壤，取土壤深度分為表層、0～10 cm層、10～20 cm層3種，每種土樣采集1 000 g，裝入無(wú)菌聚乙烯袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，過2 mm篩后于4 ℃冰箱保存待測(cè)。

1.3 土壤微生物多樣性測(cè)定稱取相當(dāng)于10 g烘干土壤的新鮮土樣，將土樣加入到含有100 ml無(wú)菌磷酸緩沖液的三角瓶中，150 r/min振蕩15 min后靜置2 min，再取3 ml上清液加入到27 ml 0.145 mo1/L NaCl溶液中稀釋，重復(fù)操作直至稀釋到1/1 000倍后取150 μl菌液接種到BIOLOG ECO微平板中，在25 ℃培養(yǎng)箱中連續(xù)培養(yǎng)10 d，每24 h用VAMAX自動(dòng)讀盤機(jī)在595 nm波長(zhǎng)下讀數(shù)。并按照以下公式計(jì)算AWCD值[3，7-8]：

AWCD=∑(C-R)/n

式中，C為各培養(yǎng)基孔吸光值；R為對(duì)照孔吸光值；n為孔數(shù)。

多樣性指數(shù)包括評(píng)估物種豐富度的Shannon-Winner指數(shù)(H)、評(píng)估常見種優(yōu)勢(shì)度的Simpson指數(shù)(D)及評(píng)估群落物種均勻度的McIntosh指數(shù)(U)。

H=-∑Pi(lnPi)

式中，Pi為第i孔相對(duì)吸光值與所有反應(yīng)孔相對(duì)吸光值總和之比；ni為第i孔的相對(duì)吸光值；N為各反應(yīng)孔相對(duì)吸光值之和[9]。

2結(jié)果與分析

2.1 土壤微生物AWCD值的變化規(guī)律由圖1可知，在表層土壤中，除了夏季噴施百菌清的原始紅松林土壤AWCD值大于未噴施百菌清的土壤外，其他3個(gè)季節(jié)都是噴施百菌清的原始紅松林土壤AWCD值均小于未噴施百菌清的土壤。另外，不論是噴施還是未噴施百菌清土壤的AWCD值季節(jié)變化都是：由春季到冬季表現(xiàn)為升高、降低、再降低。

由圖2可知，在0～10 cm土壤層中，也是除了夏季噴施百菌清的原始紅松林土壤AWCD值大于未噴施百菌清的土壤外，其他3個(gè)季節(jié)都是噴施百菌清的原始紅松林土壤AWCD值均小于未噴施百菌清的土壤。

由圖3可知，在10～20 cm土壤層中，春、夏季噴施百菌清的原始紅松林的土壤AWCD值要高于未噴施百菌清的土壤；秋季，噴施百菌清的原始紅松林的土壤AWCD值與未噴施百菌清的土壤相近；冬季，噴施百菌清的原始紅松林的土壤AWCD值要低于未噴施百菌清的土壤。

2.2土壤微生物多樣性指數(shù)分析由圖4可知，在表層土壤中，噴施百菌清的原始紅松林土壤微生物多樣性SW指數(shù)值比未噴施百菌清的土壤要高；在0～10 cm土壤層中，噴施百菌清的原始紅松林土壤微生物多樣性SW指數(shù)值與未噴施百菌清的土壤相近；在10～20 cm土壤層中，噴施百菌清的原始紅松林土壤微生物多樣性SW指數(shù)值比未噴施百菌清的土壤稍高?？偟膩碚f，土壤層中噴施百菌清的原始紅松林土壤微生物多樣性SW指數(shù)值比未噴施百菌清的土壤要高。另外，不論是噴施還是未噴施百菌清的原始紅松林，都是表層土壤中微生物多樣性SW指數(shù)值最高，0～10 cm土壤層最低，10～20 cm土壤層居中。

由圖5可知，在表層土壤中，噴施百菌清的原始紅松林土壤微生物多樣性SP指數(shù)值比未噴施百菌清的土壤要高；在0～10 cm土壤層中，噴施百菌清的原始紅松林土壤微生物多樣性SP指數(shù)值比未噴施百菌清的土壤要高；在10～20 cm土壤層中，噴施百菌清的原始紅松林土壤微生物多樣性SP指數(shù)值比未噴施百菌清的土壤稍低?？偟膩碚f，土壤層中噴施百菌清的原始紅松林土壤微生物多樣性SP指數(shù)值比未噴施百菌清的土壤要高。另外，未噴施百菌清的原始紅松林土壤微生物多樣性SP指數(shù)值表層土壤中最高，0～10 cm土壤層最低，10～20 cm土壤層居中。噴施百菌清的原始紅松林土壤微生物多樣性SP指數(shù)值表層土壤中最高，0～10 cm土壤層居中，10～20 cm土壤層最低。

由圖6可知，在表層土壤、0～10 cm土壤層、10～20 cm土壤層中，噴施百菌清的原始紅松林土壤微生物多樣性McIntosh指數(shù)值均比未噴施百菌清的土壤要高。

3結(jié)論

表層和0～10 cm土壤中的AWCD值噴施百菌清前后變化趨勢(shì)一致，都是除了夏季噴施百菌清的土壤AWCD值高于未噴施百菌清的土壤外，其他3個(gè)季節(jié)均為噴施百菌清土壤的AWCD值低于未噴施百菌清的土壤。10～20 cm土壤層中的AWCD值噴施百菌清前后變化趨勢(shì)為：春、夏季噴施百菌清的土壤AWCD值高于未噴施百菌清的土壤，秋、冬季為噴施百菌清的土壤AWCD值低于未噴施百菌清的土壤。另外，無(wú)論是噴施還是未噴施百菌清的土壤AWCD值季節(jié)變化趨勢(shì)為：由春到冬表層表現(xiàn)為升高、降低、再降低；0～10和10～20 cm土壤層表現(xiàn)為升高、降低、升高。

對(duì)噴施百菌清前后原始紅松林土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在表層土壤中，噴施百菌清的土壤微生物多樣性SW指數(shù)值、SP指數(shù)值和McIntosh指數(shù)值均較未噴施百菌清的土壤要高。在0～10 cm土壤層中，噴施百菌清的土壤微生物多樣性SW指數(shù)值較未噴施百菌清的土壤要低，而SP指數(shù)值和McIntosh指數(shù)值均較未噴施百菌清的土壤要高。在10～20 cm土壤層中，噴施百菌清的土壤微生物多樣性SW指數(shù)值和McIntosh指數(shù)值均較未噴施百菌清的土壤要高，SP指數(shù)值較未噴施百菌清的土壤要低。另外，不論是噴施還是未噴施百菌清的土壤微生物多樣性SW指數(shù)值和McIntosh指數(shù)值變化規(guī)律為：隨著土層深度由表層、0～10 cm、10～20 cm的增加表現(xiàn)為先降低再升高，且10～20 cm土壤的指數(shù)值要小于表層土壤。噴施百菌清的土壤微生物多樣性SP指數(shù)值與SW指數(shù)值和McIntosh指數(shù)值變化規(guī)律相同，未噴施百菌清的土壤微生物多樣性SP指數(shù)值變化規(guī)律為：隨著土層深度由表層、0～10 cm、10～20 cm的增加表現(xiàn)為持續(xù)降低。

參考文獻(xiàn)

[2] 范瑞英,楊小燕,王恩姮,等.黑土區(qū)不同林齡落葉松人工林土壤微生物群落功能多樣性的對(duì)比研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013,35(2)：63-68.

[3] BENIZRI E，AMIAUD B．Relationship between plants and soil microbial communities in fertilized grasslands[J]．Soil Biology & Biochemistry,2005,37:2055-2064.

[4] 徐華勤，肖潤(rùn)林，鄒冬生.長(zhǎng)期施肥對(duì)茶園土壤微生物群落功能多樣性的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27(8)：3355-3361．

[5] 吳才武，趙蘭坡.土壤微生物多樣性的研究方法[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27(11)：231-235.

[6] 羅希茜，郝曉暉，陳濤，等.長(zhǎng)期不同施肥對(duì)稻田土壤微生物群落功能多樣性的影響[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29(2)：740-748．

[7] 黃志宏，田大倫，梁瑞友，等.南嶺不同林型土壤微生物數(shù)量特征分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27(3)：1-4.

[8] RITZ K,GRIFFITHS B S.Potential application of a community hybridization technique for assessing changes in the population structure of soil microbial communities[J].Soil Biol Biochem,1994,26:963-971.

[9] HARRIS J A，BIRCH P．Soil microbial activity in opencast coal mine restorations[J]．Soil Use and Management，1989，5(4):155-160．