金章利，劉高鵬，周明濤，許文年

(1.湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 宜昌 443000；2.湖北金源綠通生態(tài)環(huán)境工程有限公司，湖北 宜昌 443000；3.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

【研究意義】對(duì)于整個(gè)生態(tài)環(huán)境而言，陸地和海洋占據(jù)著主體，其孕育著數(shù)不勝數(shù)的動(dòng)植物資源，尤其是陸地，更是人類(lèi)生產(chǎn)生活的不可缺少的載體[1]，人類(lèi)為了維持基本的生活，會(huì)在陸地種植大量的糧食作物等，長(zhǎng)期對(duì)土地的利用和開(kāi)發(fā)，自然對(duì)土壤產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響[2]。作為絕大多數(shù)陸生植物生長(zhǎng)的載體，其肥力和活性不僅受到土壤養(yǎng)分和水分的影響，同時(shí)也受到微生物的作用，不同的微生物種群具有不同的降解和分解速率，其活動(dòng)規(guī)律和新陳代謝也發(fā)生較大的差異，腐殖質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的分解離不開(kāi)其分解作用，從而將有機(jī)質(zhì)等轉(zhuǎn)化為能夠被土壤植被利用的土壤養(yǎng)分，進(jìn)而維持植株生長(zhǎng)發(fā)育[3-4]。作為土壤生態(tài)的重要一環(huán)，微生物的新陳代謝等活動(dòng)直接決定著土壤物質(zhì)和能量交換及循環(huán)，維持著整個(gè)土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換及循環(huán)，常常被作為土壤肥力的體現(xiàn)指標(biāo)之一[5]。一旦生態(tài)環(huán)境發(fā)生較為明顯的改變，其中的環(huán)境因子則會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，土壤微生物亦是如此，在土壤生態(tài)不斷變化的過(guò)程中微生物活動(dòng)也隨之改變，不僅微生物能夠通過(guò)分解和轉(zhuǎn)換有機(jī)質(zhì)等維持土壤養(yǎng)分循環(huán)，同時(shí)土壤養(yǎng)分也在反哺著微生物[4]。【前人研究進(jìn)展】劉文高[6]通過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)，微生物活動(dòng)能夠明顯地影響著土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，不僅能夠維持土壤肥力，而且能夠通過(guò)分解腐殖質(zhì)等加速土壤生態(tài)循環(huán)，對(duì)生態(tài)起著調(diào)節(jié)作用；越來(lái)越多的研究認(rèn)為，微生物不僅僅是扮演著“分解者”的角色，同時(shí)更是土壤能量及物質(zhì)循環(huán)的“交換者”。王迎春[7]通過(guò)對(duì)植物、土壤和微生物三者進(jìn)行研究得知，三者共同組成了一個(gè)局部的生態(tài)循環(huán)，微生物的分解及降解作用有利于土壤肥力和活性的保持，而土壤活性及肥力顯著影響著植物生長(zhǎng)發(fā)育，反過(guò)來(lái)講，植物生長(zhǎng)過(guò)程中的枯枝落葉等腐殖質(zhì)能夠?yàn)槲⑸锾峁┓纸馕镔|(zhì)來(lái)源，因此三者存在明顯的相互作用。微生物群落特點(diǎn)常用多樣性來(lái)表示，這是其穩(wěn)定性的表現(xiàn)，代表著其生命體征[8]。王新平等[9]對(duì)土壤相關(guān)的水分、生物量及植株特征等方面開(kāi)展了實(shí)地研究，通過(guò)研究得知微生物在灌木林的生長(zhǎng)過(guò)程中起著重要的作用。王曉龍等[10]將鄱陽(yáng)湖濕地土壤作為研究對(duì)象，對(duì)微生物量開(kāi)展了一系列研究，并從地表及土壤兩個(gè)方面開(kāi)展相應(yīng)生物量對(duì)比。由于研究手段和方法有限，多數(shù)研究側(cè)重于微生物量的研究[11-12]，而近年來(lái)其多樣性研究也不斷加深，這主要得益于生物分析技術(shù)的進(jìn)步[13-14]，不僅從物種方面開(kāi)展相應(yīng)研究，更從其功能及遺傳方面的多樣性開(kāi)展一系列探究，從而更加豐富了土壤微生物多樣性研究[15]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】我國(guó)具有較為遼闊的國(guó)土面積，南北跨度較大，因此具有較為復(fù)雜的氣候特點(diǎn)和地形地貌，就喀斯特地貌而言，我國(guó)分布面積最廣，且主要分布于西南地區(qū)[16]；該地區(qū)不僅地形復(fù)雜，且生態(tài)環(huán)境脆弱，僅略強(qiáng)于寒漠地區(qū)生態(tài)[17]；對(duì)于喀斯特地貌而言，其地上及地下的地形景觀存在巨大差異，形成了獨(dú)特的二元地貌特點(diǎn)，地上及地下相互聯(lián)系、關(guān)系緊密，同時(shí)又相互制約，這也造就了典型差異的地上及地下生物群落分布[17-18]。由于其地形復(fù)雜、地勢(shì)連綿，因此不僅存在多樣性明顯的生物資源，同時(shí)體現(xiàn)出較大差異的生境高度，造就了植被分布的多樣性，也形成了微生物分布的多樣性。該地區(qū)分布較多的是峽谷，崎嶇的地表加之陡峭的山坡，在雨水及風(fēng)力等作用下，地表侵蝕較為嚴(yán)重，該區(qū)域的土壤層較薄，難以形成較強(qiáng)的蓄水能力，因此土壤難以為植被生長(zhǎng)提供必須的充足養(yǎng)分，故該地區(qū)植被分布較為稀疏，且生長(zhǎng)緩慢，其植被生態(tài)受到很大的制約，整個(gè)局部生態(tài)缺乏穩(wěn)定性和抗逆性，無(wú)較強(qiáng)的自我修復(fù)能力[19]，此外，近年來(lái)不合理的開(kāi)發(fā)利用更加劇了該區(qū)域生態(tài)水平退化[20]。由于該地區(qū)脆弱的生態(tài)已經(jīng)深深影響到當(dāng)?shù)氐纳?，因此越?lái)越多的學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)的研究，不僅從土壤及植被的角度來(lái)探究該區(qū)域地貌特點(diǎn)，而且從耕種等方面開(kāi)展相應(yīng)研究[21]?！緮M解決科學(xué)問(wèn)題】本研究在以往學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，將喀斯特山地草地作為研究對(duì)象，分析土壤及微生物之間的關(guān)系，以為該地區(qū)生態(tài)保護(hù)提供有益借鑒和參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本實(shí)驗(yàn)將貴州省睛隆縣作為研究對(duì)象，通過(guò)分析所選實(shí)驗(yàn)區(qū)域的喀斯特地形地貌來(lái)探究土壤與微生物之間的關(guān)系，該研究區(qū)域內(nèi)超過(guò)一半面積為喀斯特地形，且分布較多的高原峽谷，因此不僅山高，而且谷深、坡陡，呈現(xiàn)典型的山巒起伏，并形成了較大差距的海拔，其最高、最低海拔相差近1500 m，受所處位置的影響，該區(qū)域呈現(xiàn)明顯的亞熱帶季風(fēng)氣候，且雨熱處于同季節(jié)，此外，因該區(qū)域地勢(shì)起伏較大，因此氣候特點(diǎn)具有明顯的垂直分布性，在山谷之處較為干熱，而高原之處氣溫較低，不僅出現(xiàn)了一山分四季的特點(diǎn)，而且呈現(xiàn)十里不同天的景象。

該區(qū)域近年來(lái)的降雨量近1650 mm，擁有近15 ℃的年均氣溫，日照達(dá)到近1500 h，全年的無(wú)霜期達(dá)到320 d，呈現(xiàn)典型的降雨充足且光熱充分，但是由于土壤養(yǎng)分較弱，土層較薄，土壤的養(yǎng)分及含水量難以充分滿足植被生長(zhǎng)，因此植被以山地草地及喬木等為主；該區(qū)域自然災(zāi)害多發(fā)，巖溶等現(xiàn)象明顯，因此喀斯特地貌特征顯著[16-17]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 樣地設(shè)置 本研究將山地草地作為研究植被，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采取典型樣地法，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始于2015年，并進(jìn)行連續(xù)3年的實(shí)地研究，最終將平均采樣數(shù)據(jù)作為最終的研究數(shù)據(jù)加以分析。首先在實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選擇3個(gè)長(zhǎng)寬均為100 m的樣地，要求間隔達(dá)到100 m；之后在各樣地內(nèi)設(shè)置長(zhǎng)寬均為100 cm的小樣方20個(gè)，要求樣方具有典型的喀斯特地貌特點(diǎn)；然后對(duì)草地物種進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并做好記錄。本研究要求取樣土壤坡度在5°以?xún)?nèi)，且海拔較為接近，這樣能夠減少實(shí)驗(yàn)誤差。

1.2.2 土壤樣品的測(cè)定 對(duì)樣方土壤取樣采用四分法進(jìn)行，首先在各樣方取出1 kg土壤，取樣深度最大為40 cm，將土樣混合均勻后帶回實(shí)驗(yàn)室；之后進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)20 d的風(fēng)干，以備后續(xù)進(jìn)行養(yǎng)分測(cè)定。

借助于元素分析儀來(lái)對(duì)全碳及氮含量分析，對(duì)速效磷、鉀含量分析分別利用比色法、光度計(jì)法進(jìn)行[22]。

1.2.3 土壤微生物群落功能多樣性 多樣性分析所用數(shù)據(jù)需要在Biolog-Eco下進(jìn)行72 h的溫育處理，之后將等同于10 g烘干土壤的土樣加入NaCl溶液，濃度為0.145 mol·L-1，振蕩30 min，然后將其中的100 μl接種于Eco板后讀數(shù)，25 ℃培養(yǎng)216 h，并每隔12 h讀一次數(shù)；之后，在NaCl溶液中進(jìn)行稀釋后進(jìn)行恒溫培養(yǎng)，并做好吸光值記錄。

通過(guò)分析其對(duì)碳源的反應(yīng)情況來(lái)探究微生物對(duì)碳源的利用水平，在研究中常用平均每孔顏色變化率AWCD來(lái)表示，該值越大說(shuō)明其具有較高的微生物豐度[18-19]。

AWCD=Σ[(Ci-R)/31]

公式中，Ci、R分別表示第i孔、對(duì)照孔的吸光值。

H=-∑Pi(lnPi)

式中，Pi為第i孔的相對(duì)吸光值比值。

Pi=(Ci-Ri)/∑(Ci-Ri)

S=被利用碳源的總數(shù)

Ds=1-∑Pi

Excel 2007.0和SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差檢驗(yàn)，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示(Mean±SE)，單因素方差分析(One-way ANOVA)，Pearson相關(guān)系數(shù)法檢驗(yàn)各指標(biāo)之間的相關(guān)性，所有原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換；變量的顯著性經(jīng)過(guò)的蒙特卡洛(Monte Carlo)檢驗(yàn)(499次)，CANOCO 4.5分析土壤養(yǎng)分對(duì)微生物多樣性與環(huán)境因子的響應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 喀斯特山地草地土壤養(yǎng)分季節(jié)動(dòng)態(tài)特征

由表1可知，喀斯特山地草地土壤養(yǎng)分具有明顯的“表聚性”，從垂直方向來(lái)看，土壤pH變化范圍為7.01～7.87，pH隨著土層深度的增加逐漸增加，其中30～40 cm土層pH顯著高于其他土層(P<0.05)，表層土層pH最低(P<0.05)；土壤全碳變化范圍為10.14～15.23 g·kg-1，土壤隨著土層深度的增加逐漸降低，其中0～10 cm土層土壤全碳顯著高于其他土層(P<0.05)，20～30和30～40 cm土層土壤全碳差異不顯著(P>0.05)；土壤全氮變化范圍為1.07～1.54 g·kg-1，土壤隨著土層深度的增加逐漸降低，其中0～10 cm土層土壤全氮顯著高于其他土層(P<0.05)，20～30和30～40 cm土層土壤全氮差異不顯著(P>0.05)；土壤全磷變化范圍為1.01～1.12 g·kg-1，土壤隨著土層深度的增加逐漸降低，其中不同土層土壤全磷差異均不顯著(P>0.05)；土壤全鉀變化范圍為35.79～46.32 g·kg-1，土壤隨著土層深度的增加逐漸降低，其中0～10 cm土層土壤全鉀顯著高于其他土層(P<0.05)，10～20和20～30 cm土層土壤全鉀差異不顯著(P>0.05)；土壤堿解氮和速效磷變化范圍為42.19～53.06和26.54～35.13 mg·kg-1，土壤隨著土層深度的增加逐漸降低，其中0～10 cm土層土壤堿解氮和速效磷顯著高于其他土層(P<0.05)，20～30和30～40 cm土層土壤堿解氮和速效磷差異不顯著(P>0.05)。

2.2 喀斯特山地草地土壤微生物數(shù)量

由表2可知，桂西北喀斯特山地草地土壤微生物數(shù)量及組成不同，其中以細(xì)菌數(shù)目最多，占到90 %以上。土壤細(xì)菌數(shù)目變化范圍為7.56×105～13.02×105，隨著土層深度的增加逐漸降低，其中0～10 cm土層土壤細(xì)菌數(shù)目顯著高于其他土層(P<0.05)，20～30和30～40 cm土層土壤細(xì)菌數(shù)目差異不顯著(P>0.05)；土壤真菌數(shù)目變化范圍為3.21×104～7.23×104，隨著土層深度的增加逐漸降低，其中0～10 cm土層土壤真菌數(shù)目顯著高于其他土層(P<0.05)，20～30和30～40 cm土層土壤真菌數(shù)目差異不顯著(P>0.05)；土壤放線菌數(shù)目變化范圍為5.18×104～9.56×104，隨著土層深度的增加逐漸降低，其中0～10 cm土層土壤放線菌數(shù)目顯著高于其他土層(P<0.05)，10～20和20～30 cm土層土壤放線菌數(shù)目差異不顯著(P>0.05)；土壤微生物總數(shù)目變化范圍為6.58×106～9.12×106，隨著土層深度的增加逐漸降低，其中0～10 cm土層土壤微生物總數(shù)目顯著高于其他土層(P<0.05)，10～20和20～30 cm土層土壤微生物總數(shù)目差異不顯著(P>0.05)。

表1 喀斯特山地草地土壤養(yǎng)分垂直分布

注：不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note： Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).

2.3 喀斯特山地草地土壤微生物群落多樣性

微生物群落多樣性指數(shù)可用來(lái)指示土壤微生物群落利用碳源的程度，根據(jù)培養(yǎng)第100 小時(shí)的AWCD值計(jì)算土壤微生物群落的物種豐富度指數(shù)(H)、均勻度指數(shù)(E)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Ds)和碳源利用豐富度指數(shù)(S)。結(jié)果表明，不同土層深度土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)存在一定差異，其中物種豐富度指數(shù)(H)變化范圍為1.58～3.25，隨著土層深度的增加逐漸降低，其中0～10 cm土層物種豐富度指數(shù)顯著高于其他土層(P<0.05)，10～20和20～30 cm土層物種豐富度指數(shù)差異不顯著(P>0.05)；均勻度指數(shù)(E)變化范圍為0.62～0.98，隨著土層深度的增加逐漸降低，其中0～10 cm土層均勻度指數(shù)顯著高于其他土層(P<0.05)，20～30和30～40 cm土層均勻度指數(shù)差異不顯著(P>0.05)；優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Ds)變化范圍為0.58～0.67，隨著土層深度的增加逐漸增加，不同土層優(yōu)勢(shì)度指數(shù)差異均不顯著(P>0.05)；碳源利用指數(shù)(S)變化范圍為8.74～20.36，隨著土層深度的增加逐漸降低，不同土層優(yōu)勢(shì)度指數(shù)差異均顯著(P<0.05)。

表2 土壤微生物種群數(shù)量垂直分布

表3 土壤微生物群落多樣性垂直分布

表4 土壤養(yǎng)分與微生物多樣性之間相關(guān)性

注：*，**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著。

Note： *, ** mean significant difference at the level of 0.05 and 0.01, respectively.

表5 土壤微生物數(shù)量與微生物多樣性之間相關(guān)性

2.4 土壤養(yǎng)分與微生物多樣性之間相關(guān)性

土壤養(yǎng)分為土壤微生物的重要碳源和氮源，為探討土壤養(yǎng)分與土壤微生物群落多樣性之間的關(guān)系，進(jìn)行了土壤養(yǎng)分與微生物群落多樣性相關(guān)性分析(表4)。土壤微生物群落功能多樣性各指標(biāo)與土壤pH之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與土壤養(yǎng)分等均呈正相關(guān)關(guān)系，其中土壤微生物群落功能多樣性各指標(biāo)均與土壤有效養(yǎng)分呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；物種豐富度指數(shù)(H)和碳源利用豐富度指數(shù)(S)與土壤養(yǎng)分各指標(biāo)和微生物數(shù)量的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均高于優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Ds)和均勻度指數(shù)(E)，說(shuō)明土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量對(duì)土壤微生物群落優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和均勻度指數(shù)的影響作用較小。由此可知，土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量與微生物群落功能多樣性密切相關(guān)，其中土壤pH對(duì)土壤微生物群落功能多樣性貢獻(xiàn)為負(fù)，土壤養(yǎng)分對(duì)土壤微生物群落功能多樣性貢獻(xiàn)為正，這是造成不同土層土壤微生物群落多樣性差異的重要原因，其中全碳和全氮是土壤微生物的主要養(yǎng)分來(lái)源。

2.5 土壤微生物群落多樣性與土壤養(yǎng)分和微生物量的典范相關(guān)分析

將喀斯特山地草地土壤微生物指標(biāo)分成3組變量，其中，土壤養(yǎng)分(全碳、全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效氮、速效鉀)構(gòu)成第1組變量，土壤微生物數(shù)量(細(xì)菌、真菌和放線菌)和土壤微生物多樣性分別構(gòu)成第2、3組變量。用典范相關(guān)分析來(lái)研究土壤微生物群落多樣性與土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量之間的關(guān)系(表6)，土壤養(yǎng)分、土壤微生物數(shù)量均與土壤微生物群落多樣性具有顯著的相關(guān)性，其中，土壤微生物數(shù)量對(duì)微生物群落多樣性的貢獻(xiàn)最大(其相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大)。

環(huán)境因子在微生物群落分布中起著重要的作用，水熱及地形地貌等都會(huì)對(duì)微生物分布及其活動(dòng)產(chǎn)生直接作用，在微生物群落分布對(duì)比研究中常用冗余分析RDA來(lái)探究二者之間的關(guān)系，環(huán)境因子會(huì)影響土壤的分布和特性，而土壤作為微生物活動(dòng)的基本載體之一，受到土層厚度及養(yǎng)分的制約，此外，環(huán)境的不同會(huì)產(chǎn)生不同的植被分布，不同的植被產(chǎn)生的枯枝落葉等凋落物不同，這將直接影響著土壤有機(jī)質(zhì)的含量，進(jìn)而影響微生物的分解作用；可以說(shuō)環(huán)境因子的復(fù)雜性導(dǎo)致了微生物群落分布的復(fù)雜性，為了從多個(gè)方面分析環(huán)境因子對(duì)微生物活動(dòng)的綜合作用，本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)RDA方法來(lái)探究環(huán)境與微生物之間的關(guān)系，其中的響應(yīng)變量是微生物多樣性，其中的解釋變量有2個(gè)：一是土壤養(yǎng)分，二是微生物數(shù)量；通過(guò)這種研究分析方法，微生物及環(huán)境因子排序能夠直觀地顯示在一個(gè)圖上(圖1)，這樣更直觀地展現(xiàn)不同的環(huán)境因子所產(chǎn)生的不同影響，箭頭象限代表著相關(guān)性，箭頭長(zhǎng)度代表相關(guān)程度，其夾角越大則說(shuō)明其相關(guān)性越弱；通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，就RDA排序圖而言，前2個(gè)排序軸的累積解釋率達(dá)到了56 %，而第1個(gè)因子解釋率達(dá)到37 %，且通過(guò)了顯著性統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，因此可以說(shuō)該部分環(huán)境因子對(duì)微生物產(chǎn)生顯著的制約作用。除了土壤pH值之外，微生物多樣性越豐富，土壤養(yǎng)分含量越充足，二者之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系；在土壤養(yǎng)分指標(biāo)不斷增加的情況下，微生物豐富度呈現(xiàn)明顯的上升，其中相關(guān)性最大的是全碳及全氮，這是微生物分布的最主要影響因子；另外，pH值越大，土壤越容易出現(xiàn)板結(jié)等問(wèn)題，其肥力和活性明顯下降，因此不利于微生物活動(dòng)，也就是二者呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)。

表6 土壤微生物群落多樣性與土壤養(yǎng)分和微生物量的典范相關(guān)分析

圖1 土壤微生物與與土壤養(yǎng)分的RDA排序Fig.1 RDA sequence diagram of soil microorganisms and soil nutrients

3 討 論

不同的微生物群落，其對(duì)碳源的利用能力也會(huì)出現(xiàn)較大差異，這主要是其群落分布數(shù)量及功能等方面存在較大差異，在微生物研究過(guò)程中常常使用豐度及多樣性指數(shù)開(kāi)展相應(yīng)的研究。Shannon指數(shù)基于顏色變化率的基礎(chǔ)上開(kāi)展微生物對(duì)碳源的利用能力，主要側(cè)重于功能方面，該指數(shù)越大的情況下則說(shuō)明微生物能夠利用更多種類(lèi)的碳源、且利用效率更高，該指標(biāo)是一種正向的表示[23]；Mc-Intosh指數(shù)主要是對(duì)物種均一分布特性方面的研究，當(dāng)微生物對(duì)碳源利用量更大、利用種類(lèi)更多的情況下，該指數(shù)也越大，這也是一種正向的表示[24]。Simpson指數(shù)更多地反映的是碳源嗜好。均勻度指數(shù)能夠在多樣性指數(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)計(jì)算而得，這主要受到兩個(gè)方面的影響：第一，微生物分布的種類(lèi)，也就是豐度，第二，該微生物分布是否呈現(xiàn)均勻分布；微生物的種類(lèi)越多，也就意味著其具有更明顯的多樣性，其分布更均勻的情況下能夠增加其分布數(shù)量，也就是提升了多樣性。通過(guò)對(duì)第96小時(shí)的AWCD值進(jìn)行計(jì)算可知微生物主要分布在表層土壤，且分布較為均勻，種類(lèi)最多。

微生物能夠?qū)⒏迟|(zhì)等有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分解及降解，從而使之能夠轉(zhuǎn)化為土壤養(yǎng)分以供植物吸收利用，這樣形成了土壤肥力和養(yǎng)分；另一方面，微生物活動(dòng)也需要必要的養(yǎng)分以維持其新陳代謝等活動(dòng)，該部分養(yǎng)分主要來(lái)源于土壤，因此來(lái)說(shuō)二者關(guān)系密切，為分析二者之間的相關(guān)程度，本研究開(kāi)展了相關(guān)性分析，通過(guò)分析得知，土壤pH不斷升高的情況下，微生物分布反而減少，說(shuō)明二者存在顯著負(fù)相關(guān)，這表明微生物不適宜在過(guò)高pH狀態(tài)下生長(zhǎng)發(fā)育；而碳、氮等土壤養(yǎng)分不斷增加的情況下，微生物分布種類(lèi)更多且更均勻，說(shuō)明二者存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，其中有效養(yǎng)分與微生物功能多樣性之間在0.01檢驗(yàn)水平下達(dá)到顯著正相關(guān)；與優(yōu)勢(shì)度指數(shù)相比而言，豐度、均勻度指數(shù)與土壤養(yǎng)分的相關(guān)系數(shù)更高，說(shuō)明土壤養(yǎng)分對(duì)豐富度及均勻度產(chǎn)生更大的作用。綜合來(lái)看，除了pH之外，土壤養(yǎng)分對(duì)微生物分布產(chǎn)生多方面的制約作用，且是正向的影響作用，其中全碳及全氮的影響最大，這也是不同的土壤類(lèi)型其微生物分布也存在顯著差異的原因之一。土壤環(huán)境因子能夠顯著影響微生物分布，不同的植被分布也對(duì)微生物活動(dòng)產(chǎn)生明顯的制約作用，從中不難看出，環(huán)境因子的復(fù)雜性使得微生物分布也具有很大的復(fù)雜性。

由于西南地區(qū)廣布喀斯特地貌，脆弱的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)深深影響到當(dāng)?shù)鼐用竦纳睿找鎼夯纳鷳B(tài)已經(jīng)引起人們的充分重視，治理石漠化工作一直在不斷推進(jìn)，退耕還草還林面接不斷增多，該區(qū)域脆弱的生態(tài)在慢慢恢復(fù)[25]。隨之而變的是土壤養(yǎng)分及微生物，該地貌常常會(huì)發(fā)生巖化作用，這巖石風(fēng)化等過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的次生礦物，大量的養(yǎng)分會(huì)從這些礦物中釋放，在微生物的分解作用下形成土壤養(yǎng)分，從而明顯改善土壤肥力，同時(shí)對(duì)土壤理化特性起著改善作用，進(jìn)而為植被生長(zhǎng)提供更加良好的土壤條件，促進(jìn)植被生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)利于微生物活動(dòng)，增強(qiáng)微生物的群落分布豐度和均勻度[26]；植物在生長(zhǎng)過(guò)程中難免發(fā)生枯枝落葉，這些凋落物經(jīng)過(guò)微生物的分解及降解，能夠被轉(zhuǎn)化為被植株利用的土壤養(yǎng)分，從而維持著土壤的物質(zhì)交換和能量循環(huán)，在提升土壤肥力和活性方面作用顯著，從另一方面來(lái)講，凋落物也會(huì)微生物活動(dòng)提供了必需的養(yǎng)分[16-18]。土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化離不開(kāi)微生物的分解作用，而分解速率等受到其群落分布的制約，因此微生物分布與土壤特性存在密不可分的關(guān)系，二者相互影響、相互作用，共同維持土壤生態(tài)環(huán)境[21]。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在土壤深度不斷加深的情況下，微生物分布數(shù)量及土壤養(yǎng)分明顯減少，下層土壤的養(yǎng)分明顯低于表層土壤，且二者存在顯著差異，在0.05檢驗(yàn)水平下顯著；但就全磷而言，土層深度對(duì)其并無(wú)顯著影響，主要原因在于磷具有很強(qiáng)的沉積性，具有穩(wěn)定的存在形式[5-6]。地表枯枝落葉等凋落物能夠在微生物分解下轉(zhuǎn)化為土壤養(yǎng)分，這些腐殖質(zhì)等有機(jī)質(zhì)主要在地表進(jìn)行分解，但是在淋溶等作用下部分有機(jī)質(zhì)進(jìn)入下層土壤，但是微生物主要分布在表層土壤區(qū)域，且有機(jī)質(zhì)主要集中在表層土壤，因此表層土壤更具有充足的養(yǎng)分；深層土壤不僅缺乏充足的腐殖質(zhì)等有機(jī)質(zhì)，同時(shí)無(wú)充足的微生物分布，因此深層土壤有機(jī)質(zhì)分解速度較慢[26-27]。

4 結(jié) 論

桂西北喀斯特山地草地土壤養(yǎng)分隨著土層深度的增加逐漸降低，具有明顯的“表聚性”，不同土層土壤全磷差異均不顯著(P>0.05)，土壤微生物以細(xì)菌數(shù)目最多；土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)目隨著土層深度的增加逐漸降低。物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、碳源利用豐富度指數(shù)均隨著土層深度的增加而降低，不同土層碳源利用豐富度指數(shù)差異均顯著(P<0.05)。相關(guān)性分析表明土壤養(yǎng)分、土壤微生物數(shù)量均與土壤微生物群落多樣性具有顯著的相關(guān)性，其中，土壤微生物數(shù)量對(duì)微生物群落多樣性的貢獻(xiàn)最大(其相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大)。不僅土壤養(yǎng)分受到微生物多樣性影響，而且微生物數(shù)量也與其多樣性之間存在密切關(guān)系，且具有顯著相關(guān)性。通過(guò)RDA分析可知，微生物多樣性分布的最主要環(huán)境因子不僅有全碳，還有全氮，這些環(huán)境因子同時(shí)也是土壤養(yǎng)分的主要成分，這說(shuō)明不僅微生物分解作用關(guān)乎土壤養(yǎng)分的積累，同時(shí)土壤養(yǎng)分也能夠?yàn)槲⑸锘顒?dòng)提供必需的養(yǎng)分支撐，二者密切影響，如何探究多種環(huán)境因子對(duì)微生物群落分布的影響，也是下一步研究的方向之一。