林火干扰油松林间土壤微生物群落变化分析

李艺锋

（辽宁省国营朝阳县朝阳林场，辽宁 朝阳 122000）

林火是干扰森林生态系统的主要因子之一，很大程度上影响土壤的结构及功能[1]。进入21世纪后，我国东北林区的森林火灾发生频率增加，导致了土壤碳释放速度加快、森林逐渐向净碳源转变。作为土壤中物质转化的动力、地下生态系统的重要组分，微生物影响着地上生物生长与土壤中养分之间的转换过程，其对林火干扰的响应机制很大程度上对森林的碳平衡状况产生影响[2]。

林火干扰的强度不同，对微生物产生的影响程度也有所不同。研究表明，短期范围内，高强度的林火干扰导致土壤中大量的微生物直接死亡，轻度较低或者中等程度的林火干扰不会明显影响到土壤中的微生物情况[3]。研究表明，长期范围内，林火的干扰可以对森林内的植被、土壤物理及化学性质产生一定的影响，进而长期影响到土壤中微生物群落的组成情况[4]。土壤微生物群落变化范围包括生物因子、非生物因子[5]。部分土壤中微生物群落的结构、功能与土壤中的有机质情况有着一定的关联，一般来说土壤中微生物结构的决定性因素包括土壤中碳氮比等可利用的养分情况[6]。研究表明，目前陆地生态系统环境的变化等过程中关键性因子影响土壤微生物群落的多样性[7]。

油松的抗逆能力强，抗旱抗寒，在辽西等干旱地区的防护林营建、防风固沙等方面发挥着积极的作用，是当地目前造林的先锋树种之一。目前，学者们关于林火对油松林影响开展的研究较多，主要集中在林火对土壤理化性质[8-9]和林下植被特征[10]的影响方面，而有关林火干扰下油松林间土壤微生物群落方面的变化研究还未见报道。本研究针对不同强度的林火干扰下，辽西地区油松林内土壤微生物群落变化情况进行分析，为当地林火后准确评价油松林内土壤微生物的恢复情况提供一定的参考。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

试验地点选择在辽西地区朝阳市境内，属于北温带大陆性季风气候，为内蒙古高原往沿河平原过渡的阶梯分界地带，是山地丘陵地区；受到海洋暖湿气流、北部蒙古高原干燥冷空气的共同影响，当地的气候干燥、四季分明，有充足的光照条件（日照时数年均2 900 h左右），雨热同季，冬季温度低且漫长，白天与夜晚存在较大的温差，降雨量少（年均值在520 mm左右）；年均温度为在5.8 ℃左右，无霜期年均138 d左右；春秋季节多风、气候干旱，夏季温度高，冬季风力程度大。当地属于半干旱温带落叶阔叶林带，地貌复杂。地带性土壤为褐土，地带性植被资源为油松等针叶林。

1.2 试验方法

选择朝阳市境内具有当地典型特征的大面积油松纯林（营建于20世纪90年代左右）作为研究对象。2018年在油松纯林内选择分别经历过高、中、低不同强度林火干扰的样地作为调查对象，以立地条件几乎一致的未过火区域作为对照。不同强度样地数均选择2个作为重复，面积为300 m2（15 m×20 m）。2019和2020年继续在样地小区内开展调查，最后取3年相应指标各重复数据的平均值进行分析。

1.3 取样及测定方法

8月在每个小区样地内随机布设3个点，将表面的枯枝落叶层、泥炭层清理干净后，环刀法取100 g左右的土样（0～5 cm土层），冰袋保存迅速带回试验室分析。选择磷脂脂肪酸法（PLFAs）测定土壤微生物群落结构并进行分析。以土壤微生物PLFAs质量摩尔浓度[11]、相对丰度作为指标开展分析[12]。土壤微生物各类群PLFAs值在所有微生物群落PLFAs值中的占比为对应类群的相对丰度指标。

1.4 数据分析方法

数据的分析处理用Excel完成，5%水平的差异性分析软件选择DPS 数据处理系统。

2 结果与分析

2.1 不同强度的林火干扰处理下油松林间土壤微生物PLFAs质量摩尔浓度分析

根据表1可知，随着林火干扰强度的增大，土壤中微生物各种群PLFAs质量摩尔浓度表现出降低趋势；与对照相比，高强度的林火处理下细菌PLFAs质量摩尔浓度有少量增加，增幅未达到显著水平，中、低强度林火处理下细菌PLFAs质量摩尔浓度均有显著的降低；各强度的林火处理放线菌 PLFAs质量摩尔浓度均显著降低；丛枝菌根真菌以低强度的PLFAs质量摩尔浓度林火处理为最低，显著高于中等强度的林火处理以及对照、高强度和中等强度的林火处理与对照之间差异不显著；与对照相比，真菌的PLFAs质量摩尔浓度以低强度的林火处理为最高，其次依次为中等强度、低等强度的林火处理，均显著高于对照；土壤微生物PLFAs质量摩尔浓度总量的变化与细菌变化趋势一致，均为低强度的林火处理为最大，与对照差异不显著，2个处理均显著高于其他强度的林火处理（表1）。

表1 林火干扰下油松林间土壤微生物PLFAs质量摩尔浓度变化情况 （nmol·g-1）

2.2 不同强度的林火干扰处理下油松林间土壤微生物相对丰度分析

根据表2可知，随着林火强度的逐渐增加，相对丰度增加的微生物群落有放线菌和真菌，相对丰度降低的微生物群落有细菌和丛枝菌根真菌；林火强度相同的情况下，相对丰度最大的类型为细菌，其次为真菌，以丛枝菌根真菌的相对丰度为最低；与对照相比，细菌类群除了高强度林火处理的相对丰度显著降低以外，其余强度处理与对照差异不显著，低强度的林火处理相对丰度稍高于对照，中等强度的低于对照，未达到显著差异；放线菌的相对丰度以对照为最高，不同强度林火的处理均显著低于对照；丛枝菌根真菌不同强度的林火处理相对丰度值均显著高于对照；真菌不同强度林火处理相对丰度值均显著高于对照；土壤微生物群落相对丰度总值以低强度的林火处理为最高，其次为林火处理，以高强度的林火处理为最低。由此可知，不同强度的林火对油松林内土壤微生物不同类群的生物量有不同程度的影响，进而改变了类群间的结构关系。

3 结 论

在辽西地区森林生态系统中，影响其稳定性的重要因子之一，即为林火的干扰。林火不仅对树木的生长产生直接的影响，还会对林间土壤环境产生一定的影响进而间接影响到树木的生长[11-13]。作为循环生态系统中的重要组分，土壤微生物在林火的干扰作用下可对有机质的分解情况等产生影响，进而影响到生态系统中的碳平衡[14-15]。研究野外条件下林火干扰强度不同影响油松林间土壤微生物群落的变化情况，有利于更好地了解林火干扰下油松林土壤微生物群落的恢复情况，可对火灾后林间恢复提供一定的指导[16-17]。

本试验结果表明，不同强度的林火干扰下油松林内土壤微生物群落的结构有不同程度的变化。随着林火程度的加重，土壤微生物各类群PLFAs质量摩尔浓度、土壤微生物总PLFAs 质量摩尔浓度、细菌相对丰度、丛枝菌根真菌相对丰度、微生物类群总相对丰度均有所降低，放线菌相对丰度、真菌相对丰度逐渐增大；与未发生火灾的对照进行比较，强度低林火的油松内林微生物各类群数量有所增加，强度较高林火的处理下，土壤中微生物的生长受到了抑制作用。至于火烧时间的长短、火后恢复时间等因子对土壤微生物群落变化的影响以及土壤微生物群落变化是否由于火烧后土壤环境中养分条件的变化导致还需要相关探讨研究。