陳湘淋，沈 燕，黃 怡，羅彩琳，閆文德，劉洪娜，何功秀，何含杰

（中南林業(yè)科技大學(xué) a.南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室；b.林業(yè)生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410004）

植被是森林陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要成員，同時(shí)也是連接土壤、水和大氣的自然樞紐[1-2]，在物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)中發(fā)揮著重要作用。植被的生長受到溫度和水分等多種因素的影響，而季節(jié)變化可調(diào)控環(huán)境中溫度和水分的變化[3]。溫度和水分變化可調(diào)節(jié)植被生長的載體-土壤生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與含量，進(jìn)而直接或間接影響土壤酶活性水平和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[4-5]。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組分，其在有機(jī)質(zhì)分解、腐殖質(zhì)形成、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[6-7]，進(jìn)而調(diào)控植物的生長發(fā)育進(jìn)程[8]。一方面，土壤微生物可通過自身代謝活動(dòng)增加土壤中養(yǎng)分含量，為植物的生長提供營養(yǎng)物質(zhì)；另一方面，土壤微生物也可通過與根系的共生作用，促進(jìn)植物的生長[9]。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)易受溫度、水分等環(huán)境因素的影響[10-11]。已有的研究結(jié)果表明，溫度和水分可直接影響土壤理化性質(zhì)[12-13]、土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和代謝活力[14]，從而影響土壤酶的分泌、營養(yǎng)元素吸收與利用等。土壤酶作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中重要的組分，主要由土壤微生物分泌并在有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)過程發(fā)揮著重要的催化作用[15-16]。

樟樹和馬尾松分別屬于亞熱帶闊葉和針葉樹種，是我國重要的用材林和生態(tài)林。有關(guān)樟樹和馬尾松人工林的研究主要集中在凋落物分解、凋落物儲(chǔ)量以及養(yǎng)分動(dòng)態(tài)特征等方面[17-18]，而有關(guān)亞熱帶地區(qū)樟樹和馬尾松人工林土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性對(duì)干季和濕季響應(yīng)的研究較少。亞熱帶地區(qū)氣象變化復(fù)雜，森林凋落物、土壤溫度和水分等因素的季節(jié)變化影響，導(dǎo)致不同季節(jié)間土壤微生物群落結(jié)構(gòu)差異更加顯著[19]。因此，本研究以亞熱帶地區(qū)樟樹和馬尾松人工林土壤為研究對(duì)象，利用生理生化技術(shù)測定干季和濕季時(shí)土壤理化性質(zhì)和土壤酶活性；運(yùn)用Illumina 高通量測序技術(shù)，研究土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性變化，探討土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性與土壤微生物之間的相關(guān)性，闡明樟樹林和馬尾松林土壤酶和土壤微生物對(duì)干季和濕季變化的響應(yīng)規(guī)律，以期為人工林的科學(xué)經(jīng)營提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖南省森林植物園（113°02′E，28°06′N），屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均溫度為17.2℃，1月平均溫度4.7℃，7月平均溫度29.4℃，無霜期270～300 d，年平均日照時(shí)數(shù)1 677.1 h，年平均降水量1 422 mm。

研究區(qū)屬于典型紅壤丘陵區(qū)，土壤類型為第四紀(jì)更新世的沖積性網(wǎng)紋紅土和砂礫。林下植被主要有：青桐Cordia dichotoma、油茶Camellia oleifera、喜樹Camptotheca acuminata、小葉女貞Ligustrum quihoui、滿樹星Ilex aculeolata、杜荊Vitex canescens、梔子Gardenia jasminoides、淡竹葉Lophatherum gracile、黃檀Dalbergia hupeana、白櫟Quercus fabri、華山礬Symplocos chinensis、狗脊蕨Woodwardia unigemmata等。表1為本研究區(qū)中樟樹和馬尾松人工林樣地基本情況。

表1 各林分樣地基本情況Table 1 Basic situation of forest stands in the sample plot

2 材料與方法

2.1 供試材料

2019年11月在湖南省森林植物園內(nèi)選擇樟樹和馬尾松人工林土壤為研究對(duì)象。

2.2 樣地設(shè)置

分別在樟樹和馬尾松人工林中各設(shè)置3 塊20 m×20 m 標(biāo)準(zhǔn)樣地，共計(jì)6 個(gè)樣地。

2.3 土樣采集與保存

1）樣品采集。分別于干季（2019年12月）和濕季（2020年6月）在每個(gè)樣地中按“S”型隨機(jī)選5 個(gè)點(diǎn)取樣點(diǎn)，具體操作步驟如下：先移除樟樹林和馬尾松林樣地表面未分解和半分解的凋落物，然后利用直徑為5 cm 的土鉆收集0～20 cm根際土壤樣品，混勻后裝入自封袋并立即帶回實(shí)驗(yàn)室。每個(gè)樣地1 個(gè)混合樣品，每種林分3 個(gè)混合樣品，總計(jì)6 個(gè)混合樣品。為避免邊際效應(yīng)造成的取樣誤差，采樣點(diǎn)距離樣地邊緣至少50 cm。

2）樣品保存。將收集的樟樹林和馬尾松林樣地土壤樣品去除植物殘?bào)w、石塊和其他雜物之后，分為三部分備用。第一部分土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后過100 目土壤篩，用于測定土壤理化性質(zhì)；第二部分土壤鮮樣于4 ℃冰箱保存，用于測定土壤酶活性；第三部分土壤鮮樣于-80 ℃冰箱保存，用于分析土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性。

2.4 指標(biāo)測定

1）土壤理化性質(zhì)測定[20]。土壤pH 值采用電位法測定，全氮含量采用凱氏定氮法測定，全磷含量采用鉬銻抗比色法測定，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測定，土壤含水率采用烘干法測定。

2）土壤酶活性測定[21-22]。3,5-二硝基水楊酸法測定土壤蔗糖酶活性，苯酚鈉-次氯酸鈉法測定脲酶活性，對(duì)硝基苯磷酸二鈉法測定酸性磷酸酶，高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性。

3）土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性分析。使用MN NucleoSpin 96 Soil 試劑盒提取土壤總DNA。進(jìn)行基因組DNA 抽提后，用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA 的完整性、純度和濃度。以5～50 ng DNA 為模板，根據(jù)序列中的保守區(qū)域，使用通用引物，細(xì)菌16s rRNA 基因V3+V4 區(qū)引物 為：338F(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)；真菌18s rRNA 基因ITS1 區(qū)引物為：ITS1F(5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′) 和ITS2(5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′)。在引物末端加上測序接頭，進(jìn)行PCR 擴(kuò)增并對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行純化、定量和均一化形成測序文庫，建好的文庫先進(jìn)行文庫質(zhì)檢，質(zhì)檢合格的文庫用Illumina HiSeq 2500（北京百邁客生物科技有限公司）進(jìn)行測序。

2.5 數(shù)據(jù)處理

對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接（FLASH,version 1.2.11），將拼接得到的序列進(jìn)行質(zhì)量過濾（Trimmomatic,version 0.33），并去除嵌合體[23]（UCHIME,version 8.1），得到高質(zhì)量的Tags 序列。在相似性97%的水平上對(duì)序列進(jìn)行聚類，獲得OTU，并基于Silva（細(xì)菌）[24]和UNITE（真菌）[25]分類學(xué)數(shù)據(jù)庫對(duì)OTU 進(jìn)行分類學(xué)注釋，在各水平統(tǒng)計(jì)各樣品群落組成，利用QIIME 軟件生成不同分類水平上的物種豐度表，使用R 語言（V3.5.2）軟件進(jìn)行群落組成分析、物種豐度聚類及熱圖分析。使用QIIME 軟件，對(duì)樣本Alpha 多樣性指數(shù)（Chao1、Shannon、Simpson）和Beta 多樣性（PcoA）分析進(jìn)行評(píng)估[26]。使用Cannoco 5.0軟件進(jìn)行RDA分析。土壤理化性質(zhì)及酶活性用Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS 22.0 軟件進(jìn)行差異顯著性和相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 樟樹和馬尾松林土壤理化性質(zhì)分析

干季和濕季時(shí)樟樹和馬尾松林土壤理化性質(zhì)如表2所示。由表2可知，樟樹和馬尾松人工林土壤pH 值變化范圍為4.1～4.7，屬于典型的酸性土壤。在濕季時(shí)，樟樹人工林土壤pH 值和全磷含量呈現(xiàn)不同程度的降低，較干季分別降低了3.24%和47.37%，而含水率、有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量則分別提高了43.81%、16.63%和7.91%。與干季相比，濕季時(shí)馬尾松人工林土壤pH 值、全磷含量分別降低了4.05%和25.81%，而含水率、有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量則分別提高了52.38%、3.95%和7.14%。在干季和濕季時(shí)，樟樹人工林土壤含水率、有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量均高于馬尾松人工林，而土壤pH 值低于馬尾松人工林，其中pH 值和含水率達(dá)到顯著性差異（P＜0.05）。以上結(jié)果表明干季和濕季對(duì)土壤理化性質(zhì)具有重要的調(diào)節(jié)作用。

表2 樟樹和馬尾松人工林土壤基本理化性質(zhì)?Table 2 Basic soil physical and chemical properties of C.camphora and P.massoniana plantations

3.2 樟樹和馬尾松人工林土壤酶活性分析

干季和濕季對(duì)樟樹和馬尾松人工林土壤酶活性的影響見表3。濕季時(shí)，樟樹人工林土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性分別為12.58 mg·g-1·d-1、0.52 mg·g-1·d-1、305.57 μg·g-1·h-1和0.94 mL·g-1·20 min-1，較干季時(shí)酶活性水平分別提高了10.16%、100.00%、22.80%和59.32%。與干季相比，濕季時(shí)馬尾松人工林土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性分別提高了8.64%、113.33%、15.29%和42.59%。在干季和濕季時(shí)，樟樹人工林土壤蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均高于馬尾松林土壤酶活性。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明濕季可以有效提高樟樹和馬尾松人工林土壤酶活性水平。

表3 樟樹和馬尾松人工林土壤酶活性Table 3 Soil enzyme activities of C.camphora and P.massoniana plantations

3.3 土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)間相關(guān)性分析

樟樹和馬尾松人工林土壤酶活性和土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析如表4所示。由表4可知，土壤pH 值與含水率、有機(jī)質(zhì)和脲酶呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）；含水率與全磷呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與有機(jī)質(zhì)和全氮呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）；有機(jī)質(zhì)和全氮呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與脲酶呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）；全磷與脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），脲酶與酸性磷酸酶和過氧化氫酶呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）；酸性磷酸酶與過氧化氫酶呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。

表4 土壤酶活與土壤理化性質(zhì)間相關(guān)性分析?Table 4 Correlation analysis between soil enzyme activity and soil physical and chemical properties

3.4 樟樹和馬尾松人工林土壤微生物多樣性分析

干季和濕季對(duì)樟樹和馬尾松人工林土壤微生物多樣性的影響如表5所示。由表5可知，在濕季時(shí)，樟樹人工林土壤細(xì)菌OTU、ACE 和Chao1 指數(shù)較干季時(shí)分別提高了29.08%、33.12%和34.10%，達(dá)到顯著性差異（P＜0.05）；而Shannon 指數(shù)則無顯著性差異（P＞0.05）。與干季相比，濕季時(shí)馬尾松人工林土壤細(xì)菌OTU、ACE 和Chao1 指數(shù)分別提高了34.13%、33.02%和33.06%，達(dá)到顯著性差異（P＜0.05）；Shannon 指數(shù)無顯著性差異（P＞0.05）。

表5 樟樹和馬尾松人工林土壤微生物群落多樣性指數(shù)?Table 5 Diversity indexes of soil microbial community in C.camphora and P.massoniana plantations

在濕季時(shí)，樟樹人工林土壤真菌OTU、ACE、Chao1 和Shannon 指數(shù)較干季時(shí)分別降低了10.15%、40.28%、30.38% 和14.94%，其中ACE和Chao1 指數(shù)達(dá)到顯著性差異（P＜0.05）。與干季相比，濕季時(shí)馬尾松人工林土壤真菌OTU、ACE、Chao1 和Shannon 指數(shù)均呈現(xiàn)不同程度的下降，分別降低了26.80%、49.38%、44.01%和6.51%，其中OTU、ACE 和Chao1 指數(shù)達(dá)到顯著性差異（P＜0.05），而Shannon 指數(shù)則無顯著性差異（P＞0.05）。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在濕季時(shí)，樟樹和馬尾松人工林土壤細(xì)菌多樣性增加，真菌多樣性降低。

3.5 樟樹和馬尾松人工林土壤微生物群落組成

在干季和濕季時(shí)樟樹和馬尾松人工林土壤細(xì)菌在門水平上的群落組成如圖1所示。由圖1可知，在干季和濕季，樟樹和馬尾松人工林土壤細(xì)菌類群在門水平上均有較高的豐富度，但無顯著性差異。樟樹人工林土壤細(xì)菌群落在干季和濕季時(shí)，最優(yōu)勢菌群是：酸桿菌門（Acidobacteria,35.19%～36.92%）、變形菌門（Proteobacteria,24.17%～26.79%）、綠彎菌門（Chloroflexi,14.00%～14.03%）和放線菌門（Actinobacteria,10.37%～13.98%），共占細(xì)菌群落總數(shù) 的86.35%～89.10%。在濕季時(shí)，放線菌門的相對(duì)豐度低于干季，而浮霉菌門的相對(duì)豐度高于干季。馬尾松人工林土壤細(xì)菌群落在干季和濕季時(shí)，最優(yōu)勢菌群是：變形菌門（Proteobacteria,29.28%～32.01%）、酸桿菌門（Acidobacteria,24.88%～25.43%）、放線菌門（Actinobacteria,18.81%～23.077%）和綠彎菌門（Chloroflexi,5.92%～13.01%），共占細(xì)菌群落總數(shù)的85.99%～86.41%；在濕季時(shí)，放線菌門和WPS-2的相對(duì)豐度低于干季，而綠彎菌門的相對(duì)豐度高于干季。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，樟樹人工林土壤細(xì)菌中酸桿菌門和綠彎菌門的相對(duì)豐度高于馬尾松人工林，而變形菌門和放線菌門的相對(duì)豐度則低于馬尾松人工林。

圖1 干季和濕季時(shí)樟樹（A）與馬尾松人工林（B）土壤細(xì)菌群落組成Fig.1 Soil bacterial community composition of C.camphora (A) and P.massoniana (B) plantations under dry seasons and wet seasons

干季和濕季時(shí)樟樹和馬尾松人工林土壤真菌在門水平上的群落組成如圖2所示。由圖2可知，樟樹和馬尾松人工林土壤真菌群落在門水平上種類較少，但干季和濕季間存在顯著性變化。樟樹人工林土壤真菌群落在干季和濕季時(shí)，最優(yōu)勢菌群是：子囊菌門（Ascomycota,28.53%～47.74%）、擔(dān)子菌門（Basidiomycota,15.82%～23.56%）和被孢霉門（Mortierellomycota,3.77%～3.93%），共占真菌群落總數(shù) 的48.13%～67.73%。在干季時(shí)，樟樹人工林土壤中子囊菌門相對(duì)豐度高于濕季。馬尾松人工林土壤真菌群落在干季和濕季時(shí)，最優(yōu)勢菌群是：子囊菌門（Ascomycota,40.17%～63.57%）、擔(dān)子菌門（Basidiomycota,24.06%～37.78%）和被孢霉門（Mortierellomycota,1.91%～2.70%），占真菌群落總數(shù)的80.65%～89.54%。在干季時(shí)，馬尾松人工林土壤子囊菌門的相對(duì)豐度高于濕季，而擔(dān)子菌門和被孢霉門的相對(duì)豐度則低于濕季。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，相同生長條件下樟樹人工林土壤真菌中子囊菌門和擔(dān)子菌門的相對(duì)豐度均低于馬尾松人工林。

圖2 干季和濕季時(shí)樟樹（A）與馬尾松人工林（B）土壤真菌群落組成Fig.2 Soil fungi community composition of C.camphora (A) and P.massoniana (B) plantation under dry seasons and wet seasons

通過PCoA 分析評(píng)估了不同林型和季節(jié)對(duì)微生物群落組成的影響（圖3）。結(jié)果顯示，在干季和濕季時(shí)，樟樹和馬尾松人工林土壤細(xì)菌無顯著性分離效應(yīng)；對(duì)于土壤真菌群落，相同林型的真菌群落聚集在一起，表明林型對(duì)真菌群落的影響比較大。

圖3 土壤微生物群落的主坐標(biāo)分析(PCoA)Fig.3 Principal coordinate analysis (PCoA) of soil microbial community

3.6 土壤微生物群落與土壤理化性質(zhì)和酶活性的相關(guān)性

樟樹和馬尾松人工林土壤微生物與環(huán)境因素之間RDA 分析如圖4所示。由圖4A 可知，樟樹和馬尾松人工林土壤細(xì)菌群落在兩個(gè)排序軸上的解釋率分別為28.62%和24.02%，土壤含水率和全磷值是調(diào)控該地區(qū)樟樹人工林和馬尾松人工林土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的重要因素（P＜0.05）。樟樹和馬尾松人工林土壤真菌群落在兩個(gè)排序軸上的解釋率分別為52.26%和13.72%（圖4B），土壤全磷是調(diào)控該地區(qū)樟樹人工林和馬尾松人工林土壤真菌群落結(jié)構(gòu)變化的重要因素（P＜0.05）。

圖4 細(xì)菌（A）和真菌（B）群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的RDA 分析Fig.4 RDA analysis of bacterial (A) and fungal (B) community structure and environmental factors

樟樹和馬尾松人工林與環(huán)境因子及酶活性間相關(guān)性熱圖分析結(jié)果表明（圖5），細(xì)菌群落中，疣微菌綱（Verrucomicrobiae）與含水率、脲酶和酸性磷酸酶呈顯著正相關(guān)關(guān)系；嗜熱油菌綱（Thermoleophilia）與含水率、脲酶和酸性磷酸酶呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；纖線桿菌綱（Ktedonobacteria）與含水率呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與全磷呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；放線菌綱(Actinobacteria)與含水率和脲酶呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；Acidobacteriia與pH 值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖5 主要細(xì)菌（A）和真菌（B）與環(huán)境因子和酶活性的Spearman 相關(guān)熱圖Fig.5 Spearman correlation heat map of main bacteria (A) and fungi (B) with environmental factors and enzyme activities

在真菌群落中，酵母綱（Saccharomycetes）與含水率和酸性磷酸酶呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與全磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系；被孢霉綱（Mortierellomycetes）與pH 值呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系； 盤菌綱（Pezizomycetes）與pH 值呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；銀耳綱（Tremellomycetes）與全磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系；散囊菌綱（Eurotiomycetes）與有機(jī)質(zhì)、全氮和酸性磷酸酶呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；糞殼菌綱（Sordariomycetes）與全磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

3.7 功能預(yù)測

PICRUSt 和FUNGuild 功能預(yù)測可以更好地了解細(xì)菌和真菌在樟樹和馬尾松人工林土壤微生態(tài)環(huán)境中的重要功能（圖6）。在干季和濕季時(shí)，樟樹和馬尾松人工林土壤細(xì)菌功能表現(xiàn)出較高的相似性，主要參與碳水化合物代謝、氨基酸代謝、能量代謝、輔因子和維生素代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等生理過程。在相同環(huán)境條件下，樟樹和馬尾松人工林土壤真菌的功能具有顯著差異，其中樟樹人工林土壤植物病原體和木材腐生菌相對(duì)豐度顯著高于馬尾松人工林，而馬尾松人工林土壤外生菌根菌相對(duì)豐度顯著高于樟樹人工林。

圖6 PICRUSt 和FunGuild 預(yù)測細(xì)菌（A）和真菌（B）的功能Fig.6 The functional prediction of bacteria (A) and fungi (B) by PICRUSt and FunGuild

4 討 論

4.1 干季和濕季對(duì)土壤理化性質(zhì)和土壤酶活性的影響

在森林生態(tài)系統(tǒng)中，樹種組成、凋落物、根活性、微氣象等因素直接或間接影響土壤的理化性質(zhì)[27]。本研究結(jié)果表明，在濕季時(shí)，樟樹和馬尾松人工林土壤pH 值和全磷含量降低，這與多祎帆[28]和薛銀婷[18]的研究結(jié)果相一致。在濕季時(shí)，樟樹和馬尾松人工林土壤含水率增大，對(duì)土壤可溶性物質(zhì)具有稀釋作用[29]，可能調(diào)控變形菌門、浮霉菌門、綠彎菌門、子囊菌門和擔(dān)子菌門的相對(duì)豐度（圖1～2）及土壤酶活性水平（表3），進(jìn)而可能導(dǎo)致了pH 值和全磷含量較干季時(shí)呈現(xiàn)不同程度的降低。樟樹和馬尾松人工林有機(jī)質(zhì)和全氮含量在濕季時(shí)提高，有可能是在濕季（夏季）時(shí)溫度升高，降水量增加，調(diào)節(jié)了樟樹和馬尾松人工林土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和相對(duì)豐度，增加微生物的活性并提高土壤酶的活性水平[30]，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)等組分的降解與轉(zhuǎn)化[31]以供給植物快速生長。樟樹人工林土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量均高于馬尾松人工林含量，可能是植物類型和凋落物導(dǎo)致土壤微生物群落組成和相對(duì)豐度產(chǎn)生差異，從而影響土壤養(yǎng)分代謝的效率及營養(yǎng)元素的循環(huán)利用[32]。

土壤酶活性的高低可以作為土壤肥力評(píng)定的一個(gè)重要指標(biāo)[33]。蔗糖酶和過氧化氫酶主要驅(qū)動(dòng)土壤有機(jī)質(zhì)的分解，磷酸酶對(duì)促進(jìn)土壤碳、氮、磷元素轉(zhuǎn)化有顯著作用，脲酶是促進(jìn)土壤氮素轉(zhuǎn)化的專一酶[34]。本文研究結(jié)果表明，在濕季時(shí)，蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶的活性水平均高于干季酶活性水平?？赡苁且?yàn)樵跐窦緯r(shí)，林分地被植物生長茂盛，土壤根系發(fā)達(dá)，土壤含水率高，有利于土壤微生物的遷移[35]，進(jìn)而促進(jìn)土壤酶的形成。土壤磷酸酶活性活性可判斷土壤的有機(jī)磷轉(zhuǎn)化的能力[36]。在濕季時(shí)，樟樹人工林的酸性磷酸酶活性水平高于馬尾松人工林，表明樟樹人工林土壤有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化速率較快；磷酸酶活性變高可降低土壤pH 值，進(jìn)而通過調(diào)節(jié)土壤抑制劑或活化劑的有效濃度影響土壤酶的反應(yīng)速率[37-38]。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，土壤脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶之間呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），說明這3 種酶在進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，不僅具有特定的專一性，還存在一定的共性[37]。土壤酶活性水平是土壤生態(tài)功能評(píng)價(jià)中重要的生物學(xué)指標(biāo)，與土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)[39-40]。樟樹和馬尾松人工林土壤含水率與脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶呈極顯著正相關(guān)，土壤全磷與脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶呈極顯著負(fù)相關(guān)，與前人的研究結(jié)果基本一致[41]；這些結(jié)果表明土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤酶活性水平具有重要的調(diào)控作用。

4.2 土壤微生物多樣性

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，其在養(yǎng)分循環(huán)和植物生產(chǎn)力等方面發(fā)揮著重要的作用[7,42]。土壤微生物群落多樣性受季節(jié)變化影響，季節(jié)變化則主要通過溫度和水分對(duì)微生物過程產(chǎn)生影響[10-12]。本研究中，濕季時(shí)樟樹和馬尾松人工林土壤細(xì)菌OTU、ACE、Chao1 指數(shù)均顯著高于干季，達(dá)到顯著性差異（P＜0.05），表明濕季可以增加土壤細(xì)菌多樣性(表5)。這是因?yàn)闈窦居欣谥参锏墓夂献饔?，促使更多的光合作用產(chǎn)物進(jìn)入土壤，為土壤細(xì)菌提供營養(yǎng)源，從而促進(jìn)土壤細(xì)菌的生長和繁殖[5]。但是，濕季時(shí)樟樹和馬尾松人工林土壤真菌OTU、ACE、Chao1 指數(shù)均低于干季，這與前人的研究結(jié)果不一致[27,43]。推測原因可能是在濕季時(shí)，土壤含水量高，通氣性差，抑制了好氧真菌的活性，導(dǎo)致真菌多樣性降低[44]；也有可能是在濕季時(shí)，植物生長迅速，根系分泌物增多，抑制真菌的繁殖，從而降低土壤真菌的多樣性[45]。

4.3 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)

土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與植物類型、土壤理化性質(zhì)等因素密切相關(guān)[11]。在干季和濕季時(shí)，樟樹和馬尾松人工林土壤細(xì)菌類群在門水平上種類較豐富，其中優(yōu)勢菌群主要是變形菌門、酸桿菌門、放線菌門和綠彎菌門（圖1），與之前在亞熱帶酸性森林土壤中的研究結(jié)果一致[46]。酸桿菌門屬于寡營養(yǎng)細(xì)菌門，可降解結(jié)構(gòu)復(fù)雜的木質(zhì)素與纖維素[47]，為土壤提供養(yǎng)分；變形菌門包含多種代謝固氮細(xì)菌種類[48]，參與多種生物化學(xué)循環(huán)過程。綠彎菌門中的微生物主要為厭氧類細(xì)菌，可將糖和多糖發(fā)酵成有機(jī)酸和氫[49]，從而加快土壤中有機(jī)物料的分解與吸收。在濕季時(shí)土壤含水率高，通氣性差，氧氣含量低，更有利于綠彎菌門的生長。在土壤細(xì)菌優(yōu)勢菌落中，樟樹人工林土壤酸桿菌門和綠彎菌門的相對(duì)豐度高于馬尾松人工林，而變形菌門和放線菌門的相對(duì)豐度則低于馬尾松人工林，表明林分類型對(duì)土壤細(xì)菌優(yōu)勢菌群的相對(duì)豐度具有顯著的影響。土壤真菌是土壤微生物的重要組成成分，主要參與土壤養(yǎng)分循環(huán)、有機(jī)質(zhì)形成與分解、土壤酶活性產(chǎn)生等代謝過程[50]。在干季和濕季時(shí)，樟樹和馬尾松人工林土壤真菌群落優(yōu)勢菌群主要是子囊菌門、擔(dān)子菌門和被孢霉門，其中濕季時(shí)子囊菌門的相對(duì)豐度均低于干季，而樟樹人工林土壤子囊菌門和擔(dān)子菌門的相對(duì)豐度均低于馬尾松人工林，可能是由于馬尾松是針葉林樹種，其凋落物中有難以分解的木質(zhì)素，而擔(dān)子菌群則可分解木質(zhì)素以滿足生長需求[51]。

細(xì)菌群落的功能特征在季節(jié)和森林類型都沒有明顯的差異，而真菌群落功能在季節(jié)和森林類型都出現(xiàn)了明顯的差異。土壤細(xì)菌和真菌功能對(duì)季節(jié)和森林類型的響應(yīng)差異有可能是真菌對(duì)各種環(huán)境變化更敏感[52]。腐生真菌在有機(jī)質(zhì)分解中的作用尤為重要；外生菌根真菌可以產(chǎn)生胞外酶來分解土壤中復(fù)雜的有機(jī)氮（N），并為植物提供氨基酸作為氮源[53]。樟樹和馬尾松人工林功能性真菌群落差異表明不同植物類型可以通過招募不同的土壤微生物群落[54]，產(chǎn)生不同的功能差異以適應(yīng)多變的環(huán)境。

4.4 土壤微生物群落與環(huán)境因子的關(guān)系

土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分代謝、營養(yǎng)元素循環(huán)、土壤理化性質(zhì)等生理過程密切相關(guān)[6-7]。有研究表明含水率對(duì)土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和代謝活力有重要影響[14,55]。磷是植物生長所必須的大量元素，前人有研究表明森林生態(tài)系統(tǒng)易受到磷的限制[56]。本研究結(jié)果表明酵母綱（Saccharomycetes）、銀耳綱（Tremellomycetes）和糞殼菌綱（Sordariomycetes）與全磷呈顯著正相關(guān)，微菌綱（Verrucomicrobiae）和纖線桿菌綱（Ktedonobacteria）與含水率呈顯著正相關(guān)。此外，RDA 分析結(jié)果也表明土壤全磷和含水率是調(diào)控該地區(qū)樟樹人工林和馬尾松人工林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化的主要因素。相關(guān)性分析結(jié)果表明，樟樹和馬尾松人工林脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶與土壤含水率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（表4）。因此，季節(jié)引起的樟樹和馬尾松人工林土壤含水率升高，可以提高土壤脲酶、酸性磷酸酶酶和過氧化氫酶活性，進(jìn)而調(diào)控土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和相對(duì)豐度，改善土壤生態(tài)環(huán)境，提高土壤質(zhì)量。也有研究結(jié)果表明，土壤pH 值對(duì)微生物的影響較大[57-58]，大多數(shù)微生物細(xì)胞內(nèi)pH 值通常在中性1 個(gè)pH 值單位以內(nèi)，而土壤pH 值微小的變化均會(huì)對(duì)單細(xì)胞生物體施加壓力，進(jìn)而影響微生物的繁殖與代謝速率[59]。在干季和濕季，樟樹和馬尾松人工林土壤中的Acidobacteriia與pH 值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，盤菌綱（Pezizomycetes）與pH 值呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；被孢霉綱（Mortierellomycetes）與pH 值呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖5）。影響土壤酶活性、細(xì)菌和真菌的因素不只有土壤養(yǎng)分、不同植被類型、土壤水氣熱條件等環(huán)境因素，還有諸多環(huán)境因子與酶活性、細(xì)菌和真菌之間存在復(fù)雜的機(jī)制，有待進(jìn)一步研究。

5 結(jié) 論

本研究基于樟樹和馬尾松人工林土壤理化性質(zhì)、土壤酶活和微生物群落結(jié)構(gòu)對(duì)干季和濕季響應(yīng)規(guī)律的分析，闡明了在干季和濕季時(shí)樟樹和馬尾松林土壤理化性質(zhì)、土壤酶活與微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的耦合關(guān)系，結(jié)論如下：

1）與干季相比，濕季時(shí)樟樹和馬尾松林土壤pH 值和全磷含量降低，含水率、有機(jī)質(zhì)和全氮含量提高，樟樹和馬尾松林具有相同的變化趨勢，表明在一定時(shí)間內(nèi)該地區(qū)的養(yǎng)分變化情況相近。

2）在干季和濕季時(shí)，樟樹和馬尾松林土壤細(xì)菌群落中優(yōu)勢類群主要是酸桿菌門、變形菌門、放線菌門和綠彎菌門，真菌群落中主要優(yōu)勢類群是子囊菌門、擔(dān)子菌門和被孢霉門。

3）樟樹和馬尾松人工林土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)與多樣性受到土壤理化性質(zhì)和土壤酶活的重要調(diào)控。