桉树人工林土壤微生物多样性研究技术进展

杨福超　曹欧华　阙祖森　覃斌　庞云鹏

摘    要：在植物生长过程中，土壤微生物是衡量土壤肥力的重要指标，对保持整个森林的健康生态系统至关重要。通过介绍桉树人工林土壤微生物多样性的研究技术进展，了解土壤微生物多样性的研究方法，从而为桉树人工林可持续发展与实现自然环境生态保护提供依据和参考。

关键词：桉树人工林;土壤微生物;多样性

文章编号： 1005-2690（2021）03-0063-02       中国图书分类号： S714.3       文献标志码： A

土壤是森林生态系统中重要的组成部分，对于森林中的微生物生长、繁殖具有重要意义，土壤中的微生物既是人工生态系统中的消费者，也是其中的分解者。通过研究桉树人工林土壤微生物多样性研究技术，从而有效地提升桉树人工林的生物多样性与经济效益，促进我国桉树人工林栽植的健康发展。

1   人工林土壤微生物多样性研究现状

土壤微生物多样性指的是对真菌、放线菌、细菌等微生物族群在其遗传、种类及生态系统方面所发生的变化进行研究。土壤微生物多样性可以对土壤胁迫及土壤生态机制对群落的影响有直接反映，也能够从另一方面反映该土壤中生物群落的稳定性[1]。

根据目前我国研究成果来看，如果土壤中的细菌含量高，则该土壤水肥充足;如果土壤中的真菌含量高，则该土壤较贫瘠;如果土壤中的含水量低，则碱性土壤中的放线菌含量高。根据林区的微生物分布情况来看，在一些阔叶林等易分解的环境中多为细菌，在一些针叶等难分解的环境中则多为放线菌和真菌。

目前，我国对土壤微生物多样性的研究主要包括土壤微生物遗传多样性、土壤微生物分类多样性、土壤微生物系统发育多样性及土壤微生物功能多样性几方面。由于土壤微生物多样性本身很难预测，因此还需要持续研究与探索。

2   桉树人工林土壤微生物多样性研究现状

2.1   桉树纯林研究现状

在很长一段时间内，为了扩大我国森林面积，提升人工林的经济效益，在栽培桉树人工林的时候通常是采取纯林栽植的管理方式。在桉树人工纯林栽植管理中通常会长期、大量撒施氮肥，这就导致人工林下的土壤微生物含量逐渐改变，进而导致了桉树人工林的生物群落功能和结构发生变化[2]。通过分析大量的早期研究文献资料不难发现，桉树林下土壤微生物数量与土壤肥力之间存在紧密的联系，桉树土壤微生物主要集中在0～20 cm的林下土层范围内，细菌数量则呈现为第二代、对照林、第三代、第一代逐渐递减趋势;放线菌和真菌数量则呈现为第三代、第二代、第一代、对照林、桉树人工林逐渐递增趋势。在桉树人工林的造林初期，桉树人工林土壤微生物在较短时间之内就可以实现迅速繁殖且微生物种类丰富[3]。在桉树人工林生长轮伐期前后，则可以发现其中的土壤微生物数量显著下降，通过分析，导致土壤微生物数量下降的主要原因是养分输入降低、化感作用增大及林分郁闭度增高等。在桉树人工林栽植年限增加之后，部分树龄为5年以上的桉树人工林，其根际土壤微生物多样性显著提高，这也从另一方面说明，桉树人工林的土壤微生物多样性要想稳定发展，还需要经过长时间的演化。相关研究数据表明，与天然次生林凋落物相比，桉树纯林凋落物为土壤微生物提供生态环境和食物的能力相对较匮乏，天然次生林凋落物可以更好地被土壤微生物利用，从而合成土壤微生物需要的物质。

2.2   桉树混交林研究现状

在桉树人工林大面积种植一段时间后，桉树纯林栽植中所潜藏的问题也逐渐显现出来，引起了人们的关注与研究。因为桉树人工林采取桉树纯林的栽植方式，导致桉树人工林的结构、功能与天然林相比较为单一，缺乏抵御害虫的能力，长期栽植桉树人工林还容易导致林区出现严重的土壤肥力缺失问题，严重影响桉树纯林的生物多样性[4]。为了解决桉树纯林中存在的问题，提升桉树人工林的经济效益，越来越多的专家、学者开始研究桉树纯林问题的解决策略。部分研究人员提出，可以在桉树人工林中栽培一些乡土树种，对人工林的土壤质量与林下土壤群落结构进行改善。

一些学者通过在桉树纯林与桉树、相思混交林的对照试验中发现，混交林中的土壤微生物总量与桉树纯林的土壤微生物相比具有显著优势，在不同林型中土壤微生物三大类群数量呈现为细菌、放线菌、真菌逐渐递增趋势。

还有部分研究人员将桉树混交林、马尾松×5年生马尾松纯林和马尾松×苦竹混交林进行比较，则发现马尾松×桉树混交林的生物多样性远远大于5年生马尾松纯林、马尾松×苦竹混交林。该研究中的5年生马尾松纯林还处于幼林期，因此该研究与人工混交林生物多样性指数大于纯林的研究结果是可以并存的，这也说明5年生马尾松纯林与桉树人工林的土壤多样性规律同样需要经过一段时间的演变。

以上研究成果表明，与纯林相比，混交林可以更加充分地利用有限的资源，在一定程度上改善林地生态环境，提升林区抵御病虫害的能力。

3   多种研究技术比较

从目前研究成果来看，只有0.1%～10%的环境微生物是通过纯培养技术分离和培养出来的。比较常见的土壤微生物多样性研究技术主要为磷脂脂肪酸分析技术、基于PCR的核酸分析技术与基于群落水平的生理学谱图分析。

3.1   磷脂脂肪酸分析技术

对于磷脂脂肪酸技术的应用，通常在分析复杂的微生物群落中微生物多样性应用较为广泛。应用磷脂脂肪酸技术的基本原理就是要分析该细胞发生凋亡后破裂降解微生物的细胞膜，重点对微生物的生物量与磷脂含量相对固定的比例关系进行观察。应用磷脂脂肪酸技术，需要研究人员直接将土壤微生物群落的磷酸脂肪酸提取后对其进行测定，该测量方式可以有效避免培养过程中各微生物之间的相互作用，对不同生长状况下土壤微生物的多样性有一定了解[5]。但是应用磷脂脂肪酸技术对于仪器的要求较高，且操作复杂。有研究人员通过该方法对二代桉树混交林和纯林对其在旱季、雨季的土壤微生物情况进行分析发现，其细菌含量相對较高，真菌含量相对较低。

3.2   基于PCR的核酸分析技术

基于PCR的核酸技术通常是研究技术人员对土壤微生物中的DNA或者RNA用技术提取出来，对其进行纯化处理，然后先后应用PCR扩增、克隆等技术，用分子指纹技术对已获取的分子进行微生物群落结构分析。PCR核酸分析技术与其他两种技术相比，更加客观、全面，可以更精确地揭示土壤微生物类型及遗传多样性。但是应用该技术对含量较小的微生物群落进行研究时，很难提取到含量少的DNA，而且提取过程中还会产生一定损耗，且操纵子数目可变性和基因组大小会对PCR扩增效果产生影响，进而影响研究成果。

在研究桉树人工林土壤肥力、桉树林与天然阔叶林和马尾松林等的土壤微生物时，可以应用基于PCR的核酸分析技术，从土壤微生物数量来看，人工林、桉树林、天然阔叶林和马尾松林的土壤微生物差异不明显。在应用基于PCR的核酸分析技术的基础上，对宏基因组学以及宏基因组文库的建立分析技术持续地进行研究与完善，可以促进土壤微生物在森林生态系统中的动态研究，且具有一定的预测作用。

3.3   基于群落水平的生理学谱图分析

基于群落水平的生理学图谱分析技术通常是应用BiologGN技术，该技术的应用原理就是在分析板上设有96个孔，其中1个孔设置为对照，剩余的95个孔则分别接种四氮唑蓝、碳源和营养物，在分析板中接种微生物溶液，根据试验条件下的分析板上孔洞颜色变化、颜色变化速率来判断该微生物底物的被利用速率与被利用程度，则可以了解该生物群落的代谢变化状况。

与以上两种微生物多样性研究技术相比，基于群落水平的生理学图谱分析技术的成本较低，且检测速度较快，但只能大致、粗略地揭示该土壤代谢底物的多样性，分析结果还不够全面。有学者通过该研究技术对海南岛桉树林土壤多样性进行分析，发现在土层越深处其多样性指标也就越优越，伴随着培养时间增长，其土壤微生物的代谢活性随之增加。也有研究人员应用该技术将广西5个地区的桉树林作为分析土壤微生物的对照试验林，桉树林区的林下土壤微生物功能多样性与活性最高的区域为梧州地区。

4   结束语

从目前桉树人工林土壤微生物多样性研究相关文献来看，植物群落的变化会对土壤微生物多样性与功能产生一定影响。通过应用多种研究技术来研究桉树人工林土壤微生物多样性，明确桉树人工林对整个森林生态系统的持续发展有重要作用，也可以为更加深入地了解人工桉树林土壤肥力状况及土壤微生物与森林生态系统互相作用研究提供一定的数据支持与理论依据。

参考文献：

[ 1 ] 宋贤冲，项东云，杨中宁，等.广西桉树人工林根际土壤微生物群落功能多样性[J].中南林业科技大学学报，2017，

37（1）：58-61.

[ 2 ] 陈超凡，吴水荣，覃林，等.南亚热带典型乡土阔叶人工林土壤微生物碳源利用及功能多样性[J].生态学杂志，2016，35（5）：1132-1139.

[ 3 ] 罗启仁，梁立华，覃恒，等.我国桉树人工林土壤微生物多样性研究进展[J].桉树科技，2019，36（2）：45-51.

[ 4 ] 李超，吳志华，尚秀华.桉树人工林土壤微生物多样性研究技术进展[J].桉树科技，2017，34（3）：51-54.

[ 5 ] 陈法霖，张凯，王芸，等.引进种桉树人工林取代天然次生林对土壤微生物群落结构和功能的影响[J].生态学报，2018，38（22）：8070-8079.