丁 麗, 冀玉良, 李 懿

(1.包頭鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系， 內(nèi)蒙古 包頭014060； 2.中國(guó)科學(xué)院 成都生物研究所, 成都 610041)

作為地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程中的重要參與者，土壤微生物參與土壤中有機(jī)質(zhì)分解、元素循環(huán)和土壤礦化等化學(xué)活動(dòng)，能夠促進(jìn)土壤物質(zhì)循環(huán)、穩(wěn)定與保持土壤的生產(chǎn)力和健康[1-2]。土壤生態(tài)系統(tǒng)如果想使功能、完整性和可持續(xù)性得到維持，必須要保持土壤微生物的多樣性。多年的研究發(fā)現(xiàn)，微生物的多樣性是增強(qiáng)微生物功能和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素[3-5]。作為直接受植物根系和分泌物影響的土壤區(qū)域，根際土壤為土壤微生物與植物相互作用提供了場(chǎng)所[4]，使微生物與根系之間保持了適應(yīng)性協(xié)同進(jìn)化和互惠的關(guān)系[6-8]。在植物根系活動(dòng)的影響下，根際土壤的養(yǎng)分含量及其他土壤理化性質(zhì)發(fā)生了變化，進(jìn)一步使根際微生物群落的組成發(fā)生改變，非根際與根際土微生物群落組成和多樣性也出現(xiàn)了很大的差異。植物生長(zhǎng)需要根際微生物的參與和作用，土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能夠被促植物生長(zhǎng)細(xì)菌(PGPR)的代謝活動(dòng)進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)化，成為植物可吸收利用的形態(tài)后被吸收，有效地促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)，而一些細(xì)菌分泌的激素能夠提高植物的適應(yīng)性[9-10]。植物的種類、健康狀況、生長(zhǎng)階段等因素會(huì)影響根際土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)。另外，如土壤營(yíng)養(yǎng)狀況、pH值、溫度和水分等土壤理化性質(zhì)會(huì)對(duì)微生物群落產(chǎn)生較大影響[11]。

植被生長(zhǎng)除了需要一定的水分和養(yǎng)分之外，還需要合適的、有酶活性及微生物活動(dòng)的土壤環(huán)境，能夠促進(jìn)土壤活性及肥力。很多學(xué)者從土壤及微生物的關(guān)系角度，探究植被生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，發(fā)現(xiàn)微生物活動(dòng)及其肥力的保持等規(guī)律，明確植被、土壤及微生物之間的關(guān)系[12-13]，為實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。但是，目前的研究中，研究岷江流域的根際土壤較少。因?yàn)樵摰貐^(qū)的土質(zhì)較差，貧瘠沒(méi)有肥力，影響了植被的生長(zhǎng)，造成水土流失較為嚴(yán)重，為保持該區(qū)域的水土[14-15]，一般通過(guò)人工育林的方式進(jìn)行鞏固，就對(duì)樹(shù)種的要求較高，否則人工林的生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)受到影響。油松(Pinustabulaefrmis)是一種松科常綠喬木，大多分布在我國(guó)的亞熱帶區(qū)域，具有良好的生長(zhǎng)特性和環(huán)境適應(yīng)性，作為人工育林樹(shù)種入選，表現(xiàn)優(yōu)異，能夠有效地調(diào)節(jié)森林生態(tài)平衡，促進(jìn)退耕還林工作的發(fā)展。油松的生長(zhǎng)發(fā)育期較長(zhǎng)，中間會(huì)出現(xiàn)林地肥力下降等問(wèn)題[16-17]。這時(shí)，根際是油松與土壤進(jìn)行能量交換與吸收的轉(zhuǎn)換器，生物活性較強(qiáng)，發(fā)揮了巨大的調(diào)節(jié)作用，通過(guò)分泌不同的有機(jī)質(zhì)，平衡土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素，改善土壤結(jié)構(gòu)，根際土壤特性變化比較明顯[18-19]。在此基礎(chǔ)上，本研究采用Illumina-MiSeq高通量測(cè)序技術(shù)，對(duì)不同林齡油松非根際與根際土壤中真菌18SrDNA基因V4區(qū)片段和細(xì)菌的16SrDNA基因V3—V4區(qū)片段做測(cè)序，發(fā)現(xiàn)和挖掘不同林齡油松非根際與根際土壤微生物群落多樣性及其與土壤環(huán)境因子之間的關(guān)系，為做好以油松為代表的人工育林工作提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)選定區(qū)域地處岷山南麓、長(zhǎng)江流域最大的支流——岷江流域，具有非常復(fù)雜的地形地貌，擁有的干流超過(guò)735 km，并因地勢(shì)高低形成3 km左右的落差，上中游分界處為樂(lè)山、都江堰，上游區(qū)域的峽谷很多，地形復(fù)雜多變，并未形成大量成片的耕地，居住的人口非常少；中下游區(qū)域地勢(shì)比較平緩，大多是丘陵平原，利于人類居住，分布有大量的生活區(qū)和農(nóng)業(yè)種植區(qū)。受經(jīng)緯度影響，該區(qū)域?yàn)閬喓疅釒夂颍嫌螀^(qū)域氣溫低于中下游氣溫，據(jù)多年氣象資料記載，該區(qū)域內(nèi)夏季比較炎熱，最高溫接近39℃，冬季氣溫較低，最低溫為-4℃左右，出現(xiàn)在1月份，所以年均氣溫為9℃。該區(qū)域的無(wú)霜期接近半年，全年日照時(shí)長(zhǎng)為2 100 h，雨季分明，土壤為紫色土。

1.2 試驗(yàn)方法

2018年8月選取岷江上游的不同林齡的油松林(幼齡、中齡、成熟齡、過(guò)熟齡)，每種類型油松林設(shè)置3個(gè)長(zhǎng)、寬均為50 m的樣地，定期在每個(gè)樣地標(biāo)記3株油松采集根際和非根際土壤樣品，其中根際土采用抖落法，即抖落大塊土壤，以根圍5 mm內(nèi)的土壤作為根際土，根圍外5 mm土為非根際土壤，總共采集土壤樣品24份(根際土12份，非根際土12份)；其中每一份根際土和非根際土分為3小份，一份用液氮保存，帶回實(shí)驗(yàn)室后-80℃保存測(cè)定微生物群落結(jié)構(gòu)；另外一部分車載冰箱4℃保存測(cè)定土壤微生物量碳氮和酶活性；第三部分常溫下風(fēng)干處理用以測(cè)定土壤養(yǎng)分。

1.3 土壤養(yǎng)分和酶活性

采用滴定法、平板梯度稀釋法和比色法分別測(cè)定土壤脫氫酶、過(guò)氧化氫酶及脲酶，對(duì)有機(jī)碳、pH值、有效磷和有效氮等土壤養(yǎng)分[20]，借助于《土壤農(nóng)化分析》進(jìn)行測(cè)定。

1.4 土壤總DNA提取

利用Fast DNA spin kit for soil 試劑盒(MP BIO,Inc.,Irvine,CA,USA)進(jìn)行土壤DNA的提取，然后采用1%的瓊脂糖凝膠電泳，NanoDrop ND-1000微光分光光度計(jì)測(cè)定濃度。

1.5 土壤微生物基因組DNA的提取

往2 ml無(wú)菌離心管中滴入1 ml根際土壤溶液，于4℃，10 000 g離心30 s，棄上清，作為根際土壤微生物基因組DNA提取之用；往2 ml無(wú)菌離心管中滴入大約0.2 g非根際土壤(濕重)，用無(wú)菌藥匙量取，作為提取基因組DNA之用。提取基因組DNA時(shí)使用OMEGA試劑盒E.Z.N.ATM Mag-Bind Soil DNA Kit試劑盒(OMEGA)，檢測(cè)DNA的長(zhǎng)度和完整性時(shí)使用1%瓊脂糖凝膠，檢測(cè)DNA的濃度和純度時(shí)使用NanoDrop。

1.6 DNA擴(kuò)增及測(cè)序

對(duì)細(xì)菌16S rDNA V3—V4區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增時(shí)，使用兩輪法。第一輪擴(kuò)增，上游引物341F:CCCTACACGACG-ACGATCTTACAGATAGGGGGCGCAG，下游引物805R:GACTGGAGTTCCTTGGCACCCGAGAATTCCAG-ATACGGGTATCTAATCC，利用融合了barcode序列的通用引物進(jìn)行；真菌18S rDNA擴(kuò)增，第一輪擴(kuò)增，上下游引物序列為NS1:CCTACACGACGATCCTATGCTTAACGTG，F(xiàn)ungi:GAAGTCCCTTATACGGGGATTTACCG-TAAACGT，利用融合了barcode 序列的通用引物進(jìn)行。反應(yīng)體系30 μl，包含各1 μl引物(10 μmol/L)，15 μl 2×Taq master Mix(Thermo)，模板DNA 20 ng。擴(kuò)增條件為:94℃ 30 s，94℃ 3 min，65℃ 30 s，45℃ 20 s，擴(kuò)增5個(gè)循環(huán);94℃ 20 s，72℃ 30 s，55℃ 20 s，擴(kuò)增20個(gè)循環(huán)，72℃延伸5 min。第二輪擴(kuò)增，以第一輪的PCR產(chǎn)物為模板，使用Illumina 橋式PCR兼容引物。反應(yīng)體系同上。擴(kuò)增條件:95℃ 15 s，95℃ 30 s，72℃ 30 s，55℃ 15 s，擴(kuò)增5個(gè)循環(huán)，72℃延伸5 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)磁珠法回收并定量。等量混合每個(gè)重復(fù)個(gè)體的PCR產(chǎn)物，使每份混合樣品中都包含全部重復(fù)個(gè)體，將混合樣品送至生工(上海)生物工程有限公司，使用Illumina-MiSeq平臺(tái)進(jìn)行高通量測(cè)序。

1.7 數(shù)據(jù)分析

去除引物接頭序列和各低質(zhì)量堿基(pH值red Quality Score=20)后，對(duì)測(cè)序原始數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，去除長(zhǎng)度短于200 bp的序列，非特異性擴(kuò)增序列及嵌合體，就會(huì)得到每個(gè)樣本的有效序列數(shù)據(jù)劃定閾值為97%，針對(duì)18S和16S序列進(jìn)行操作分類單元(operational taxonomic unit，OTU)的劃分。進(jìn)行主坐標(biāo)分析(PCoA)時(shí)，以樣本OTUs組成之間的weighted unifrac距離矩陣為依據(jù)，尋找微生物群落之間的相似性；對(duì)土壤養(yǎng)分和微生物群落之間進(jìn)行冗余分析(Reundancy analysis，RDA)時(shí)，采用Canoco 4.5軟件。

用SPSS 18.0和Excel 2007進(jìn)行方差檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，為檢驗(yàn)各指標(biāo)之間的相關(guān)性，可以通過(guò)單因素方差分析(One-way ANOVA)，平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示(Mean±SE)和Pearson相關(guān)系數(shù)法實(shí)現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林齡油松根際與非根際土壤養(yǎng)分

從表1中看出，不同林齡油松樣地，土壤中根際土壤pH值低于非根際土壤，說(shuō)明由于根在土壤中長(zhǎng)期生長(zhǎng)，過(guò)程中不斷向根際分泌出有機(jī)化合物，油松林的土壤pH值處于弱酸性，屬較強(qiáng)酸性土壤，隨著林齡的增大，pH值也逐漸增加。土壤中根際和非根際有機(jī)碳含量隨著油松林齡的增長(zhǎng)表現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，在成熟林階段達(dá)到最大值，其中幼林、中林和成熟林根際有機(jī)碳含量顯著高于非根際(p<0.05)，過(guò)熟林根際有機(jī)碳含量與非根際差異并不顯著(p>0.05)；根際土壤有機(jī)碳含量在幼林、中林、成熟林和過(guò)熟林分別高于非根際15.98%，17.63%，10.81%，15.31%。土壤中根際和非根際全氮含量隨著油松林齡的增長(zhǎng)表現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，在成熟林階段達(dá)到最大值，其中幼林、中林和成熟林根際全氮含量顯著高于非根際(p<0.05)，過(guò)熟林根際全氮含量與非根際差異并不顯著(p>0.05)；根際全氮含量在幼林、中林、成熟林和過(guò)熟林分別高于非根際13.95%，12.39%，11.57%，3.33%。土壤中根際和非根際有效磷含量隨著油松林齡的增長(zhǎng)表現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，在成熟林階段達(dá)到最大值，其中幼林、中林和成熟林根際有效磷含量顯著高于非根際(p<0.05)，過(guò)熟林根際有效磷含量與非根際差異并不顯著(p>0.05)；根際有效磷含量在幼林、中林、成熟林和過(guò)熟林分別高于非根際16.98%，10.90%，24.28%，1.81%。土壤中根際和非根際有效鉀含量隨著油松林齡的增長(zhǎng)表現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，在成熟林階段達(dá)到最大值，其中幼林、中林和成熟林根際有效鉀含量顯著高于非根際(p<0.05)，過(guò)熟林根際有效鉀含量與非根際差異并不顯著(p>0.05)；根際有效鉀含量在幼林、中林、成熟林和過(guò)熟林分別高于非根際20.23%，12.59%，10.14%，6.37%。

表1 不同林齡油松根際與非根際土壤養(yǎng)分

注：*表示根際與非根際差異顯著(p<0.05)，下表同。

2.2 不同林齡油松根際與非根際土壤酶活性

由表2可知，不同林齡油松表現(xiàn)出各種酶類的活性，其根際土壤高于非根際土壤。土壤中根際和非根際蔗糖酶活性隨著油松林齡的增長(zhǎng)表現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，在成熟林階段達(dá)到最大值，其中幼林、中林和成熟林根際蔗糖酶活性顯著高于非根際(p<0.05)，過(guò)熟林根際蔗糖酶活性與非根際差異并不顯著(p>0.05)；根際蔗糖酶活性在幼林、中林、成熟林和過(guò)熟林分別高于非根際28.00%，33.73%，27.66%，12.48%。土壤中根際和非根際堿性磷酸酶活性隨著油松林齡的增長(zhǎng)表現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，在成熟林階段達(dá)到最大值，其中幼林、中林和成熟林根際堿性磷酸酶活性顯著高于非根際(p<0.05)，過(guò)熟林根際堿性磷酸酶活性與非根際差異并不顯著(p>0.05)；根際堿性磷酸酶活性在幼林、中林、成熟林和過(guò)熟林分別高于非根際23.53%，12.62%，39.44%，4.69%。土壤中根際和非根際脲酶活性隨著油松林齡的增長(zhǎng)表現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，在成熟林階段達(dá)到最大值，其中幼林、中林和成熟林根際脲酶活性顯著高于非根際(p<0.05)，過(guò)熟林根際脲酶活性與非根際差異并不顯著(p>0.05)；根際脲酶活性在幼林、中林、成熟林和過(guò)熟林分別高于非根際20.97%，41.83%，16.43%，8.47%。土壤中根際和非根際過(guò)氧化氫酶活性隨著油松林齡的增長(zhǎng)表現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，在成熟林階段達(dá)到最大值，其中幼林、中林和成熟林根際過(guò)氧化氫酶活性顯著高于非根際(p<0.05)，過(guò)熟林根際過(guò)氧化氫酶活性與非根際差異并不顯著(p>0.05)；根際過(guò)氧化氫酶活性在幼林、中林、成熟林和過(guò)熟林分別高于非根際27.57%，14.73%，9.60%，0.31%。

表2 不同林齡油松根際與非根際土壤酶活性 mg/g

2.3 不同林齡油松土壤微生物群落多樣性

對(duì)于土壤細(xì)菌多樣性，由表3可知，油松根際和非根際土壤細(xì)菌覆蓋度、豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、均勻度指數(shù)、ACE、Chao 1和Simpson指數(shù)隨著油松林齡的增長(zhǎng)表現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，在成熟林階段達(dá)到最大值，過(guò)熟林有所降低。差異性檢驗(yàn)表明，油松根際土壤細(xì)菌豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、ACE、Chao 1指數(shù)均顯著高于非根際(p<0.05)；而根際土壤細(xì)菌覆蓋度、均勻度和Simpson指數(shù)與非根際差異并不顯著(p>0.05)。

對(duì)于土壤真菌多樣性，由表4可知，油松根際和非根際土壤真菌覆蓋度、豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、均勻度指數(shù)、ACE、Chao 1和Simpson指數(shù)隨著油松林齡的增長(zhǎng)表現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，在成熟林階段達(dá)到最大值，過(guò)熟林有所降低。差異性檢驗(yàn)表明，油松根際土壤真菌豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener 指數(shù)、ACE、Chao 1指數(shù)均顯著高于非根際(p<0.05)；而根際土壤細(xì)菌覆蓋度、均勻度和Simpson指數(shù)與非根際差異并不顯著(p>0.05)。

表3 油松根際與非根際土壤細(xì)菌多樣性

注：同列不同小寫字母表示不同林齡差異顯著(p<0.05)，下表同。

表4 油松根際與非根際土壤真菌多樣性

2.4 不同林齡油松土壤微生物群落組成

由圖1可知，不同林齡油松根際土壤細(xì)菌群落中，優(yōu)勢(shì)類群主要是變形菌門(36.29%)、酸桿菌門(28.92%)和芽單胞菌門(7.63%)，還包括浮霉菌門(5.19%)、放線菌門(4.36%)、擬桿菌門(0.57%)、后壁菌門(4.19%)、綠彎菌門(5.23%)、疣微菌門(4.07%)。非根際土壤細(xì)菌群落中，優(yōu)勢(shì)類群主要是變形菌門(46.23%)、酸桿菌門(21.47%)和芽單胞菌門(11.53%)。其中根際土壤細(xì)菌酸桿菌門相對(duì)豐度高于非根際，變形菌門相對(duì)豐度低于非根際。

油松根際土壤真菌群落中，優(yōu)勢(shì)類群主要是子囊菌門(56.39%)和擔(dān)子菌門(24.13%)，還包括結(jié)合菌門(5.02%)、壺菌門(0.24%)、新麗鞭毛菌門(6.57%)、球囊菌門(2.01%)、芽枝菌門(2.19%)。非根際土壤真菌群落中，優(yōu)勢(shì)類群主要是子囊菌門(48.23%)和擔(dān)子菌門(29.56%)，其中根際土壤細(xì)菌酸桿菌門相對(duì)豐度高于非根際，變形菌門相對(duì)豐度低于非根際。

主坐標(biāo)分析(PCoA)分析表明：油松土壤根際和非根際細(xì)菌群落具有很好的相似性，并且根際和非根際細(xì)菌群落產(chǎn)生明顯的分離效應(yīng)；油松土壤根際和非根際真菌群落具有很好的相似性，并且根際和非根際真菌群落產(chǎn)生明顯的分離效應(yīng)(圖2)。

2.5 土壤養(yǎng)分、酶活性與微生物群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)性

相關(guān)性分析表明(表5)：油松土壤細(xì)菌Coverage，ACE與土壤養(yǎng)分均沒(méi)有顯著的相關(guān)性(p>0.05)；土壤pH值與土壤細(xì)菌多樣性呈負(fù)相關(guān)，土壤有效磷、有效鉀和蔗糖酶活性均沒(méi)有顯著的相關(guān)性(p>0.05)。土壤有機(jī)碳與細(xì)菌Richness，Shannon呈極顯著的正相關(guān)(p<0.01)，與細(xì)菌Evenness，Chao 1和Simpson呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)；土壤全氮與細(xì)菌Richness，Shannon呈極顯著的正相關(guān)(p<0.01)，與細(xì)菌Chao 1和Simpson呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)；堿性磷酸酶活性與Shannon，Chao 1和Simpson呈極顯著的正相關(guān)(p<0.01)，與Evenness呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)；脲酶活性與Shannon，Evenness和Chao 1呈極顯著的正相關(guān)(p<0.01)，與Simpson呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)；過(guò)氧化氫酶活性與Shannon，Evenness，Chao 1 Simpson呈極顯著的正相關(guān)(p<0.01)。

油松土壤真菌Coverage，ACE與土壤養(yǎng)分均沒(méi)有顯著的相關(guān)性(p>0.05)；土壤pH值與土壤真菌多樣性呈負(fù)相關(guān)，土壤有效磷、有效鉀和蔗糖酶活性均沒(méi)有顯著的相關(guān)性(p>0.05)。土壤有機(jī)碳與真菌Shannon，Evenness，Chao 1呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)；土壤全氮與Shannon呈極顯著的正相關(guān)(p<0.01)，與Richness，Chao 1和Simpson呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)；堿性磷酸酶活性與Shannon，Evenness，Chao 1和Simpson呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)；脲酶活性與Shannon，Evenness，Chao 1和Simpson呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)；過(guò)氧化氫酶活性與Shannon，Evenness，Chao 1和Simpson呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)。

圖1 油松根際和非根際土壤微生物群落組成

圖2 基于Weighted unifrac 距離的土壤微生物群落的主坐標(biāo)分析(PCoA)

表5 土壤養(yǎng)分、酶活性與土壤微生物群落多樣性相關(guān)性

注：*，**分別表示在0.05，0.01水平上差異顯著。

2.6 土壤微生物群落的RDA分析

蒙特卡羅置換檢驗(yàn)結(jié)果顯示，第一典范軸p<0.05(F=36.59)，所有典范軸的p值為0.913，表明該排序模型的解釋變量(即土壤環(huán)境因子)與響應(yīng)變量(即土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu))的變化關(guān)系較為顯著。油松根際土壤細(xì)菌和真菌群落與土壤環(huán)境因子的冗余分析結(jié)果見(jiàn)表6。對(duì)于土壤細(xì)菌群落，RDA前兩個(gè)排序軸的特征值分別為0.652 4，0.211 7，分別解釋了65.24%,21.17%的細(xì)菌多樣性變化。本文所選的9個(gè)土壤環(huán)境因子共解釋了86%的總特征值，對(duì)油松根際土壤細(xì)菌群落有顯著影響。其中對(duì)土壤細(xì)菌多樣性影響較大的有SOC和STN，而pH值對(duì)土壤細(xì)菌多樣性影響為負(fù)。對(duì)于土壤真菌群落，RDA前兩個(gè)排序軸的特征值分別為0.606 8，0.235 6，分別解釋了60.68%,23.56%的真菌多樣性變化。本文所選的9個(gè)土壤環(huán)境因子共解釋了86%的總特征值，對(duì)油松根際土壤真菌多樣性有顯著影響。其中對(duì)土壤真菌多樣性影響較大的有SOC和STN，而pH值對(duì)土壤真菌多樣性影響為負(fù)(圖3)。

表6 冗余分析結(jié)果

3 討論與結(jié)論

水分及養(yǎng)分是大多數(shù)植被所賴以生存的生長(zhǎng)發(fā)育物質(zhì)，能夠保證其獲得能量和轉(zhuǎn)換，并影響最終的存活。在這個(gè)階段中，微生物的活動(dòng)至關(guān)重要，承擔(dān)了陸地有機(jī)質(zhì)分解者的角色，凋落物等腐殖質(zhì)通過(guò)微生物作用得到分解或降解，轉(zhuǎn)化成植被可以吸收的能量和養(yǎng)分，從而促進(jìn)養(yǎng)分的礦化及分解活動(dòng)。微生物是土壤生態(tài)的重要組成部分，其數(shù)量及新陳代謝的變化能夠直接作用于土壤，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并在一定程度上體現(xiàn)了土壤的肥力及活性。眾所周知，林木生長(zhǎng)階段存在不同現(xiàn)象，同樣的，微生物多樣性也會(huì)變化[21-22]。一般而言，油松非根際(p<0.05)土壤pH值明顯高于根際，非根際(p<0.05)土壤的全氮、有機(jī)碳、有效磷和有效氮均低于根際，非根際和根際土壤中的全氮、有機(jī)碳、有效磷和有效氮含量的變化區(qū)間一直，即伴隨著油松林的增長(zhǎng)，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，生長(zhǎng)至成熟林時(shí)，處于最高值。非根際土壤中微生物多樣性和酶活性(堿性磷酸酶活性、脲酶活性、蔗糖酶活性、過(guò)氧化氫酶活性)明顯低于根際，兩者的土壤酶活性變化曲線一致，隨著油松林齡的增長(zhǎng)，呈現(xiàn)先增加后降低狀況，并在成熟林階段處于最大值，過(guò)熟林時(shí)開(kāi)始降低，這反映了根際聚集效應(yīng)，表明土壤中的有效鉀、有效磷含量較高。但是對(duì)于幼齡油松來(lái)說(shuō)，其根系并未發(fā)育完善，根產(chǎn)物較少，所以主要通過(guò)腐殖質(zhì)分解獲得有機(jī)質(zhì)；對(duì)于中齡林和成熟林來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)根產(chǎn)物收獲大量的有機(jī)質(zhì)。隨著油松林齡的增加，土壤酶活性會(huì)呈現(xiàn)“低—高—低”的狀態(tài)，先降后升，于中齡時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)后再開(kāi)始下降。研究顯示，根際酶活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非根際酶活性[23-24]，油松根系分泌的酶進(jìn)入土壤會(huì)形成極強(qiáng)的酶活性。在微生物作用下，根際的作用范圍縮小，微生物分布數(shù)量及養(yǎng)分在外界環(huán)境變化的情況下，會(huì)改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，直接影響酶的分泌，導(dǎo)致不同土壤區(qū)域的酶活性出現(xiàn)較大差異。對(duì)于根際或非根際土壤來(lái)說(shuō)，在林齡不斷增加的前提下，過(guò)氧化氫酶、脫氫酶、脲酶的活性的變化特點(diǎn)為先降后升，并在一定情景下呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，即“低—高—低”的狀態(tài)。這說(shuō)明，隨著樹(shù)齡的變化，油松對(duì)土壤的作用會(huì)發(fā)生變化和差異，中齡的油松根系活力更強(qiáng)，能夠通過(guò)產(chǎn)生更多的分泌物，加速有機(jī)質(zhì)降解，提高微生物活動(dòng)效率，提高能量轉(zhuǎn)化速度。

土壤和植被具有密不可分的關(guān)系，前者為后者生存提供載體和場(chǎng)所，后者能反過(guò)來(lái)影響和制約前者，土壤中的養(yǎng)分能夠促進(jìn)植被的生長(zhǎng)發(fā)育，微生物則通過(guò)降解凋落物等腐殖質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為能夠得到利用吸收的養(yǎng)分[16-18]，能夠幫助土壤保持有效的肥力。另外，在這個(gè)階段中，酶所起的作用也不容忽視，能夠促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解，加速土壤的生化反應(yīng)，提高土壤活性。經(jīng)研究可知，油松土壤非根際和根際真菌群落和細(xì)菌的相似性很高，這兩種細(xì)菌群落會(huì)產(chǎn)生較顯著的分離效應(yīng)。據(jù)分析相關(guān)資料可知，油松土壤的細(xì)菌和真菌多樣性與有效鉀、有效磷和蔗糖酶活性不存在明顯的相關(guān)性(p>0.05)，油松土壤真菌Coverage，ACE和細(xì)菌與土壤養(yǎng)分不存在明顯的相關(guān)性(p>0.05)，微生物的生長(zhǎng)特點(diǎn)，決定了過(guò)高的土壤pH值對(duì)微生物生長(zhǎng)和新陳代謝不利，養(yǎng)分及酶活性則對(duì)微生物分布多樣性具有有利影響，這導(dǎo)致了微生物分布在不同的土壤中會(huì)出現(xiàn)較大的差別。在不同的發(fā)育階段，油松對(duì)土壤的養(yǎng)分需求會(huì)發(fā)生變化，也反映在微生物的變化和根際土壤變化方面，凸顯了根際的作用。整體來(lái)看，根際土壤中分布的微生物數(shù)量明顯多于非根際土壤。但是油松的生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)受到很多因素的影響，根際及非根際土壤還會(huì)受到季節(jié)更迭的影響，所以這些也需要學(xué)界在今后加強(qiáng)具有針對(duì)性的研究[25-27]。

土壤微生物群落多樣性和組成，受到土壤理化性質(zhì)和不同生境之間的差異影響，在不同的生境中，根際微生物群落存在很大差別。另外，油松土壤的非根際和根際真菌群落及細(xì)菌具有較強(qiáng)的一致性，非根際和根際細(xì)菌群落存在顯著的分離效應(yīng)。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)：油松土壤細(xì)菌和真菌多樣性與土壤pH值存在負(fù)比例關(guān)系(p>0.05)，油松土壤真菌Coverage，ACE和細(xì)菌與土壤養(yǎng)分不存在顯著的相關(guān)性(p>0.05)；土壤細(xì)菌和真菌多樣性與土壤電導(dǎo)率和全磷均不存在顯著的相關(guān)性(p>0.05)。冗余分析顯示：真菌82%和細(xì)菌86%的總特征值由9個(gè)土壤環(huán)境因子分別進(jìn)行解釋，可知油松土壤細(xì)菌和真菌多樣性收到了土壤環(huán)境因子的影響。其中SOC和STN對(duì)土壤細(xì)菌和真菌多樣性影響較大，而土壤細(xì)菌和真菌多樣性受到pH值的影響為負(fù)。