高黎贡山土壤微生物类群动态特征

张俊忠，张成霞，刘 丽，张东华

(1.西南林业大学林学院 云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南 昆明 650224；2.江苏畜牧兽医职业技术学院园林科技系，江苏 泰州 225300)

在森林生态系统中，土壤微生物是生态系统的重要组成部分。土壤微生物是土壤中最活跃的部分，在物质循环、能量流动和信息传递等方面发挥着重要作用，它们在土壤中的分布特征反映了植物营养与土壤肥力状况之间的关系[1]。高黎贡山是我国国家级自然保护区、世界生物圈保护区和三江并流世界自然遗产的重要组成部分，是具有重要价值的陆地生物多样性关键地区。由于近年来人类活动的加剧，高黎贡山森林被大量的砍伐和放牧，部分林地被开垦为农田或人工林地，尤其是高黎贡山的下半部破坏严重，形成不同权属森林及不同利用类型的土地[2-3]。山的上半部，即1 800 m往上植被保存较好。森林作为陆地生态系统的主体类型之一，受到人类活动和全球变化的广泛影响，这些因素在直接影响林地生态系统地上植被生长和群落动态的同时，还直接或间接地影响着林地生态系统的各种地下生态过程。土壤微生物是指示林地生态系统各地下生态与生物地球化学过程对外部干扰响应的良好指标，其中微生物量是土壤微生物活性和大小度量的重要参数，能够敏感地反映土壤生态系统水平的微小变化，研究土壤微生物数量的变化对研究环境变化具有非常重要的意义。张萍和郭辉军[4]于1999年对高黎贡山不同植被下土壤微生物部分类群进行了研究。目前，有关高黎贡山动植物的多样性随海拔高度变化的研究较多，而关于土壤微生物的研究较少[5]。本研究对高黎贡山海拔960～3 100 m的5个样地微生物进行研究，分析土壤可培养的微生物类群的分布特征，探讨它们彼此之间的相关性，以期为人们进一步了解高黎贡山国家自然保护区林地土壤微生物生理功能群的分布特征、提高林地资源利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1区域概况 研究地点位于高黎贡山国家级自然保护区的保山地区。根据海拔高度、植被类型和土壤类型等综合因素选取5个代表性样地进行取样，样地海拔范围为960～3 100 m，样地大小为20 m×20 m，样地植被类型、位置及海拔等基本情况见表1。

1.2土样的采集 每一样地取3个样点作为3次独立重复，在各样点以土壤剖面法分别取0～20和20～40 cm土壤。将取好的土壤样品迅速装入灭菌封口聚乙烯袋，用后尽快运至实验室4 ℃冰箱中保存，用于土壤微生物数量的测定[6]，取样时间为2011年8月6日。

表1 样地概况Table 1 Basic condition of the sampling sites in this study

1.3土壤微生物类群数量测定

1.3.1供试培养基 氨化细菌和芽孢杆菌采用牛肉蛋白胨培养基，好气性固氮菌采用改良的阿须贝无氮培养基，嫌气性固氮菌采用玉米面碳酸钙培养液，硝酸细菌采用亚硝酸盐培养基，反硝化细菌采用斯蒂芬逊培养基，好气性纤维素降解菌采用赫奇逊氏培养基，嫌气性纤维素降解菌采用奥曼梁斯基培养基，溶磷菌采用PKO培养基[7]。

1.3.2分离方法 首先在无菌条件下将各土壤样品配制成10-1悬液，静置5 min，根据各微生物类群需要稀释成一系列不同稀释浓度的土壤悬浮液[7]。其中，用涂抹法接种氨化细菌、芽孢杆菌、好气性纤维素降解菌、好气性固氮菌和溶磷菌。用稀释法接种嫌气性固氮菌、硝化细菌、反硝化细菌和嫌气性纤维素降解菌。每处理3次重复。接种后根据各微生物类群的生长特性，于28 ℃恒温箱内培养3～15 d观查记录试验结果。试验数据采用SPSS软件进行统计分析。

2 结果与分析

0～20 cm土壤中细菌数量是20～40 cm土壤的0.27～9.56倍；除部分样地的芽孢杆菌、反硝化细菌和嫌气性纤维素降解菌、亚硝酸细菌、嫌气性固氮菌之外，高黎贡山土壤微生物类群的数量随着土层的加深而减少。纤维素降解菌、硝化细菌和芽孢杆菌均表现为在低海拔的林地中数量丰富，而高海拔森林样地中数量相对较低。土壤微生物各类群数量总体表现为氨化细菌>芽孢杆菌>反硝化细菌>好气性固氮菌>硝化细菌>嫌气性固氮菌>溶磷菌>纤维素降解菌>好气性固氮菌>嫌气性固氮菌>亚硝酸细菌的分布特点，在不同植被的土壤中微生物类群总数的大小表现为阔叶林>针阔混交林>稀疏灌丛>咖啡地>雪地。

在不同植被类型的样地中，氨化细菌的数量最多(45.02%～75.51%)，其次是芽孢杆菌(11.07%～34.11%)，它们在微生物类群中占据主导地位(表2)。氨化细菌和好气性固氮菌在针阔混交林中的数量最高，与其它样地数量差异显著(P<0.05)。嫌气性纤维素降解菌在各个样地中所占比例均表现为最少。

3 讨论

研究高黎贡山国家自然保护区土壤微生物类群的最终目的是为了使微生物能够在林地生态系统中更好地发挥作用，从而促进森林的可持续发展。导致不同植被类型下土壤微生物差异的因素主要包括植物种类组成、海拔高度等土壤生态条件[8]，本研究发现，随着海拔的升高，土壤微生物各类群基本呈现低-高-低的变化趋势，这可能主要与植被的物种丰富度密切相关，植被物种越丰富，根系生物量及分泌物越丰富，区系微生物种类和数量丰富。原始的林地土壤在遭受人为的干扰后，土壤中微生物群落结构会发生显著变化，人为干扰会引起表土层细菌、放线菌和真菌数量减少[9]。另外，微生物类群数量变化是指示其环境质量变化的灵敏、有效生物学指标，在一定程度上也反映土壤环境生态功能的演变规律[10]，但要阐明其作用机制，尚待深入研究。

表2 不同植被类型土壤微生物类群数量的分布Table 2 Quantity of the soil microbial groups in different vegetation types

续表2

生物物种随着海拔梯度的降低而增加[11-12]，而微生物多样性的变化受纬度梯度的影响很小，主要受其它因素的影响[13]。其中，土壤含水量的变化是引起土壤微生物数量变化的关键因素[14]，植被类型也是影响土壤微生物数量的因素[15]。土壤微生物群落结构与土壤和植物属性[16-17]、农业管理措施[18]密切相关。张地等[19]研究了海拔对辽东栎林地土壤微生物群落的影响，结果表明，随着海拔升高，土壤微生物群落数量差异显著，认为土壤温度和土壤含水量是影响微生物变化的主控因子。本研究表明，高黎贡山土壤微生物类群的多样性在不同植被及海拔梯度下数量差异较大，各种土壤微生物类群总数量变化随海拔梯度的变化而表现出低-高-低的变化趋势。这种变化趋势与高黎贡山植被的物种丰富度变化趋势相一致，一方面是由于植被物种越丰富，根系生物量及分泌物越丰富，另一方面是因为土壤表层积累了较多的有机物质，营养物质相对丰富，并且通气状况和水热条件好[20]，从而导致微生物生长旺盛。因此，其区系微生物种类和数量也越丰富。在高海拔的雪地中微生物数量最少，这主要跟雪山的特殊气候有关，由于长年积雪，气候条件恶劣且没有植被，微生物数量很少。此外，土壤微生物类群的数量大小在一定程度上也反映了各植被类型林地的土壤肥力状况及其生产力水平。

综上所述，本研究认为，土壤微生物的数量往往受植被、海拔、土壤理化性质及气候条件等因素的影响，在不同尺度上的结果可能存在较大差异。土壤微生物生态系统非常复杂，而且时刻处于动态平衡的变化过程中，要弄清哪种因素是影响土壤微生物数量变化的主控因子，要同时注重植被、海拔和土壤理化性质，同时更应关注大气因素等才能从整体上得出可靠的结论。

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