全 文 ：植物生态学报 2011, 35 (9): 965–972 doi: 10.3724/SP.J.1258.2011.00965
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2011-01-24 接受日期Accepted: 2011-06-28
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: wshuping@gucas.ac.cn)
三种种植方式对土壤微生物群落组成的影响
时 鹏1 王淑平1* 贾书刚2 高 强3 孙晓强4
1中国科学院研究生院资源与环境学院, 北京 100049; 2中国科学院青藏高原研究所, 北京 100085; 3吉林农业大学资源与环境学院, 长春 130118; 4江
苏省无锡市太湖水稻示范园, 无锡 214196
摘 要 土壤微生物是表征土壤质量变化的敏感指标之一。借助长期定位试验, 采用磷脂脂肪酸分析方法研究了3种种植方
式(玉米(Zea mays)连作、玉米非连作和撂荒)对土壤微生物群落组成的影响。结果表明, 在不同的种植方式下, 土壤微生物群
落组成有明显的差异。玉米连作的土壤中总磷脂脂肪酸和细菌磷脂脂肪酸含量最低, 分别为33.12 nmol·g–1和18.09 nmol·g–1。
非连作的土壤真菌磷脂脂肪酸和真菌/细菌分别为0.61 nmol·g–1和3.06%, 显著低于撂荒和连作(p < 0.05), 非连作方式下, 革
兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌增大。撂荒土壤的总磷脂脂肪酸和细菌磷脂脂肪酸分别为42.98和24.68 nmol·g–1, 高于耕作处
理。 同时, 在撂荒方式下, 革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌的含量增加, 革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌降低。主成分分
析结果表明: 耕作处理(玉米连作和非连作)分布第一主成分负方向上, 第一主成分得分系数分别为–2.48和–1.84; 撂荒分布第
一主成分正方向上, 第一主成分得分系数为2.31, 与连作和非连作差异显著(p < 0.05)。冗余分析(RDA)表明: 土壤pH、总氮、
有效磷和土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量与磷脂脂肪酸呈正相关, 并且土壤pH和土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量对土壤微
生物群落的影响最大。
关键词 玉米连作, 微生物群落结构, 磷脂脂肪酸, 种植方式
Effects of three planting patterns on soil microbial community composition
SHI Peng1, WANG Shu-Ping1*, JIA Shu-Gang2, GAO Qiang3, and SUN Xiao-Qiang4
1College of Resources and Environment, Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 2Institute of Tibetan Plateau Research,
Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China; 3Faculty of Resources and Environment, Jilin Agriculture University, Changchun 130118, China; and
4Wuxi Taihu Lake Rice Demonstration Park, Wuxi, Jiangsu 214196, China
Abstract
Aims Planting patterns have direct effects on soil microorganisms. Because of different plants and human activi-
ties, planting patterns change soil fertility. Our objective is to understand the effects of different planting patterns
on soil microbial community structure.
Methods We carried out a long-term field experiment at Jilin Agriculture University that used phospholipid fatty
acid analysis method to study the effects of three planting patterns of corn: continuous cropping, non-continuous
cropping and uncultivated.
Important findings Different planting patterns affected soil microbial community structure. Continuous crop-
ping of corn had the lowest total phospholipid fatty acids and bacterial phospholipid fatty acids (33.12 nmol·g–1
and 18.09 nmol·g–1, respectively). Fungal phospholipid fatty acids and fungi/bacteria with non-continuous crop-
ping were 0.61 nmol.g–1 and 3.06%, respectively, and were significantly lower than with uncultivated and con-
tinuous cropping (p < 0.05). But the ratio of gram positive phospholipid fatty acids/gram negative phospholipid
fatty acids was greater with non-continuous cropping. The uncultivated treatment had greater total and bacterial
phospholipid fatty acids (42.98 nmol·g–1 and 24.68 nmol·g–1, respectively), higher contents of gram positive
phospholipid fatty acids and gram negative phospholipid fatty acids, and a lower ratio of gram positive phosphol-
ipid fatty acids/gram negative phospholipid fatty acids. Principal component analysis showed that soil microbial
community structure with cropping was significant different (p < 0.05) with that of uncultured in first principal
component. Non-continuous cropping and continuous cropping were negatively positioned in first principal com-
ponent with principal component scores of –2.48 and –1.84, respectively. Uncultivated was in a positive position
in first principal component with a principal component score of 2.31. Redundancy analysis of soil microbial
community structure and environmental variables showed that soil pH and soil-water stable aggragates had the
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strongest positive correlation with phospholipid fatty acids and that total nitrogen and available phosphorus were
also positively correlated with phospholipid fatty acids.
Key words continuous cropping of corn, microbial community structure, phospholipid fatty acid, planting pat-
terns

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,
在养分循环和能量流动中起着重要的作用(Schloter
et al., 2003)。土壤微生物对外界条件的变化反应敏
感 , 微生物群落结构可以指示土壤肥力的变化
(Steenwerth et al., 2002; White & Rice, 2009)。作为
一项土壤质量指标, 土壤微生物在农业可持续发展
的研究中具有重要的意义。种植方式的改变会引起
土壤肥力的变化。在不同的种植方式下, 由于植物
种类和人类活动强弱的差异, 土壤的物理、化学及
生物学性质会发生变化(Calderón et al., 2000)。研究
发现, 黑土由草地向农田进而向裸地的演变过程
中, 土壤微生物群落的功能多样性呈下降趋势, 植
被类型可能是土壤微生物多样性变化的重要推动
力之一(孟庆杰等, 2008)。耕作能使土壤结构发生改
变, 降低底物的丰度和均匀度, 影响土壤微生物的
代谢 , 降低土壤微生物的多样性(Lupwayi et al.,
2001)。土壤微生物是土壤质量变化的早期预警指
标, 可以为预测不同种植方式下土壤肥力的变化趋
势提供可靠的依据(Zelles et al., 1992)。
磷脂脂肪酸是磷脂的构成成分, 它具有结构多
样性和生物特异性。土壤中磷脂脂肪酸的存在及其
丰度可揭示特定生物或生物种群的存在及其丰度。
磷脂脂肪酸在细胞死亡后快速降解, 故可用来表征
微生物群落中“存活”的那部分群体(Zelles, 1999)。
磷脂脂肪酸分析方法是一种快速、可靠的分析土壤
微生物群落结构的方法, 通过对磷脂脂肪酸的定量
测定, 可了解微生物活细胞生物量和土壤微生物群
落结构(Bossio et al., 1998)。用磷脂脂肪酸方法检测
环境样品中微生物群落, 可避免由培养和直接的计
数方法引起的问题, 与传统方法相比, 它能更精确
地测定微生物的生物量(Green & Scow, 2000)。
东北三省拥有我国唯一一条玉米带, 与同纬度
的美国玉米带、乌克兰玉米带并称为世界“三大黄
金玉米带”。数据统计表明, 2009年东北玉米种植
面积占全国玉米种植面积的28%, 玉米产量占全国
玉米总产量的30%左右(中华人民共和国国家统计
局, 2009)。随着东北地区玉米播种面积的逐年增加,
传统的轮作换茬已经被连作所代替。随着玉米连作
年限的增长, 东北玉米带土壤肥力退化的问题日益
突出(赵兰坡等, 2006)。本研究在长期定位试验的基
础上, 采用磷脂脂肪酸方法, 深入研究了3种种植
方式(玉米连作、玉米非连作和撂荒)对土壤微生物
群落组成的影响, 以期为东北地区农业生态系统的
可持续发展及建立合理的农业种植方式提供科学
依据。
1 材料和方法
1.1 供试土壤和试验设计
试验地点选在吉林农业大学长期定位试验田
(43°48′ N, 125°23′ E), 海拔为210.7 m, 年平均气温
为4.8 ℃, 年平均降水量为615 mm。土壤类型为草
甸黑土。1984年在试验地进行匀地播种, 1985–1994
年为玉米(Zea mays)和大豆(Glycine max)等作物轮
作, 1994年至今连种玉米。本研究选取不同种植方
式如下: 玉米连作不施肥(连作)、玉米非连作(当季
作物为豆科, 非连作)和撂荒(作为对照), 重复3次。
其土壤基本理化性质见表1。
1.2 土壤样品采集
2009年8月3日用土钻在每个小区采集10钻表
层土壤(0–20 cm), 混合为1个土样。样品除去动植物
残体等杂质, 用四分法(鲁如坤, 2000)去除多余的土
样, 装入密封袋, 立即置于冰盒中运回实验室, 过2
mm筛, 放于4 ℃冰箱中保存, 并尽快进行微生物群
落特征分析。
1.3 土壤理化性质分析
土壤总碳和总氮测定采用元素分析仪(Vario EL
III, Elementar Analysensysteme GmbH, Hanau, Ger-
many)。土壤pH测定的水土比为2.5 : 1。土壤有效磷
测定采用Olsen法 (Olsen et al., 1954)。土壤有机质
测定采用水合热重铬酸钾氧化-比色法; 土壤碱解
氮测定采用碱解扩散法; 土壤硝态氮测定采用紫外
分光比色法; 铵态氮测定采用靛蓝比色法(鲁如坤,
2000)。土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量测定采用
湿筛法(GB 7846-87)。
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表1 土壤基本理化性质(平均值±标准误差)
Table 1 Soil basic physical and chemical properties (mean ± SE)
处理
Treatment
连作
Continuous cropping
非连作
Non-continuous cropping
撂荒
Uncultivated
pH (水土比 water : soil 1 : 2.5) 6.84 ± 0.05b 7.01 ± 0.15b 7.56 ± 0.09a
总碳 Total C (g·kg–1) 14.9 ± 0.2b 17.9 ± 0.3a 15.4 ± 0.5b
总氮 Total N (g·kg–1) 1.3 ± 0.0b 1.5 ± 0.0a 1.3 ± 0.0ab
碱解氮 Alkali-hydrolyzable N (mg·kg–1) 96.1 ± 6.7a 94.9 ± 0.5a 96.0 ± 0.7a
硝态氮 NO3–-N (mg·kg–1) 5.78 ± 0.09a 9.29 ± 2.40a 9.91 ± 2.35a
铵态氮 NH4+-N (mg·kg–1) 0.12 ± 0.05b 0.45 ± 0.02a 0.18 ± 0.10b
有效磷 Available P (mg·kg–1) 10.0 ± 0.5c 22.3 ± 0.4b 24.5 ± 1.6a
土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量
Contents of soil-water stable aggragate > 0.25 mm (%)
21.4 ± 1.0a 23.3 ± 1.9a 28.0 ± 2.4a
同一行中不同字母表示差异达到显著水平(p < 0.05)。
Values within same row with different letters are significantly different at p < 0.05 level.


1.4 土壤微生物群落结构测定
土壤微生物群落结构的测定采用磷脂脂肪酸
法。土壤微生物磷脂脂肪酸提取参照修正的
Bligh-Dyer方法(Bligh & Dyer, 1959), 正十九烷脂肪
酸甲酯(nonadecanoic acid methyl ester)为内标, 用
气相色谱-质谱联用仪(6890 GC-5973 MS Agilent,
Agilent Technologies, Santa Clara, USA)测定, 检测
中使用的升温程序如下: 进样后在50 ℃保持1 min,
之后以12 ·min℃ –1的速率升到180 ℃, 保持2 min后,
以6 ·min℃ –1的速率上升到220 ℃, 停留2 min后以
15 ·min℃ –1的速率上升到240 ℃, 保持1 min后以15
·min℃ –1的速率达到最终温度260 ℃, 保持 15 min。
气相色谱与质谱之间温度为280 ℃, 用高纯氦气(1
mL·min–1)做载气。质谱仪采用电子电离(EI)方式,
电子能量为70 eV。各脂肪酸的识别与定量参照细菌
脂肪酸甲酯混标(Bacterial Acid Methyl Esters)和37
种脂肪酸甲酯混标(Supelcoe 37 Component FAME
Mix)。磷脂脂肪酸分子式格式一般为(i/a)X:YωZ
(c/t), 其中X代表碳原子的数目, Y代表分子中双键
的数目, Z指第一个双键距磷脂脂肪酸分子甲基(ω)
的位置。前缀“i”或“a”代表距第二、第三碳原子上
的支链, 后缀“c”或“t”指分子的顺反结构。“cy”代表
分子中具有环丙基结构。磷脂脂肪酸18:2ω6,9指示
真菌群落生物量; 磷脂脂肪酸14:0、15:0、i15:0、
a15:0、16:0、i17:0、a17:0、17:0、cy17:0、16:1ω7t、
i19:0、cy19:0指示细菌脂肪酸(Frostegård & Bååth,
1996; Zelles, 1999); 同时用饱和脂肪酸 (normal
saturated fatty acids, NSAT)14:0、15:0、16:0、17:0、
18:0之和辅助指示细菌生物量; 革兰氏阳性菌用支
链脂肪酸(terminally branched saturated fatty acids,
TBSAT) i15:0、a15:0、i16:0、i17:0表示; 革兰氏阴
性菌用单烯不饱和脂肪酸 (monounsaturated fatty
acids, MONO) 16:1ω7t、18:1ω8c、18:1ω9c或环化脂
肪酸(cyclop ropyl fatty acids, CYCLO) cy17:0、
cy19:0表示; 微生物群落总量以各磷脂脂肪酸加和
表示(Zelles et al., 1992; Böehme et al., 2005)。
1.5 数据处理和分析
应用SPSS 16.0处理数据, 采用单因素方差分
析检验不同处理之间的差异, 同时应用此软件对微
生物群落结构做主成分分析(principle component
analysis, PCA)。应用CANOCO 4.5进行冗余分析
(redundancy analysis, RDA)。作图在SigmaPlot 10.0
软件中进行。
2 结果和分析
在不同的种植方式下, 总磷脂脂肪酸、细菌磷
脂脂肪酸、真菌磷脂脂肪酸和真菌/细菌发生变化。
其中, 总磷脂脂肪酸和细菌磷脂脂肪酸变化趋势相
似(表2): 撂荒土壤总磷脂脂肪酸和细菌磷脂脂肪
酸分别为42.98和24.68 nmol·g–1, 分别高于连作和
非连作; 连作土壤微生物总磷脂脂肪酸和细菌磷脂
脂肪酸最低, 分别为33.12和18.09 nmol·g–1。非连作
土壤真菌磷脂脂肪酸和真菌 /细菌分别为 0.61
nmol·g–1和3.06%, 显著低于撂荒和连作(p < 0.05)。
饱和脂肪酸(NSAT)可代表总细菌生物量; 支
链脂肪酸(TBSAT)在革兰氏阳性细菌中所占比例较
高, 可指示革兰氏阳性细菌的生物量; 单烯不饱和
脂肪酸(MONO)和环化脂肪酸(CYCLO)常见于革兰
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表2 土壤微生物总磷脂脂肪酸、细菌磷脂脂肪酸、真菌磷脂脂肪酸和真菌/细菌(平均值±标准误差)
Table 2 Soil microbial total phospholipid fatty acids, bacterial phospholipid fatty acids, fungal phospholipid fatty acids and fungi/
bacteria (mean ± SE)
处理
Treatment
总磷脂脂肪酸
Total phospholipid fatty acids
(nmol·g–1)
细菌磷脂脂肪酸
Bacterial phospholipid fatty
acids (nmol·g–1)
真菌磷脂脂肪酸
Fungal phospholipid fatty
acids (nmol·g–1)
真菌/细菌
Fungi/Bacteria
(%)
连作 Continuous cropping 33.12 ± 2.90a 18.09 ± 1.55a 2.91 ± 0.41a 15.95 ± 1.14a
非连作 Non-continuous cropping 33.81 ± 5.28a 19.26 ± 2.73a 0.61 ± 0.17b 3.06 ± 0.44b
撂荒 Uncultivated 42.98 ± 8.81a 24.68 ± 4.86a 2.62 ± 0.67a 11.01 ± 2.22a
同一列中不同字母表示差异达到显著水平(p < 0.05)。
Values within same row with different letters are significantly different at p < 0.05 level.





图1 不同种植方式细菌的磷脂脂肪酸含量和比值(平均值±标准误差)。同一指标下不同字母表示差异显著(p < 0.05)。
Fig. 1 Contents of bacterial phospholipid fatty acids and their ratios in different planting patterns (mean ± SE). Values within same
index with different letters are significantly different at p < 0.05 level. CC, continuous cropping; CYCLO, cyclopropyl fatty acids;
MONO, monounsaturated fatty acids; NCC, non-continuous cropping. NSAT, normal saturated fatty acids; TBSAT, terminally
branched saturated fatty acids; UC, uncultivated.


氏阴性细菌; TBSAT/MONO和TBSAT/CYCLO比值
可指示革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌, MONO/
NSAT可以指示土壤环境条件的变化。如图1所示,
撂荒处理的细菌群落的指标都达到最大, 连作处理
的细菌生物量指标的NSAT和指示革兰氏阳性细菌
的TBSAT含量最低, 非连作处理的指示革兰氏阴性
细菌的MONO和CYCLO含量最低。TBSAT/MONO
和TBSAT/CYCLO变化规律相似: 非连作>连作>撂
荒。MONO/NSAT在撂荒处理中最高, 而在非连作
处理中最低。
主成分分析是处理数学降维的一种方法, 将多
个变量通过线性变换以选出较少个数重要变量。主
成分个数的提取原则是主成分对应的特征值大于1
的前m个主成分。根据此原则, 共提取出了6个主
成分, 累计贡献率达98.25%。其中, 第一主成分
(PC1)贡献率是31.16%, 第二主成分(PC2)贡献率是
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图2 土壤微生物群落结构主成分分析(A)和磷脂脂肪酸初
始载荷因子主成分分析(B)。
Fig. 2 Principal component analysis of soil microbial com-
munity structure (A) and eigenvector of phospholipid fatty
acids contributing to soil microbial communities ordination
pattern (B). CC, continuous cropping; NCC, non-continuous
cropping; PC1, first principal component; PC2, second princi-
pal component; UC, uncultivated.


22.80%。第三至第六主成分贡献率分别是16.48%、
13.08%、10.21%、5.65%, 因贡献率太小, 所以本文
只解释第一主成分和第二主成分(图2A)。对26种磷
脂脂肪酸进行主成分分析发现, 不同种植方式土壤
微生物群落结构在第一主成分上出现明显的分布
差异: 连作和非连作土壤微生物群落结构相似, 分
布于第一主成分负方向上, 而撂荒分布于第一主成
分正方向上。进一步对主成分得分系数进行方差分
析发现, 撂荒处理的第一主成分得分系数与连作和
非连作差异显著(p < 0.05), 而各处理的第二主成分
得分系数差异不显著(表3)。单个磷脂脂肪酸初始载
荷因子主成分分析结果表明, 对第一主成分起主要
作用的磷脂脂肪酸是15:0、16:1ω7t、cy17:0、
表3 不同处理主成分得分系数(平均值±标准误差)
Table 3 Principal component scores for different treatments
(mean ± SE)
处理
Treatment
第一主成分
First principal
component
第二主成分
Second principal
component
连作 Continuous cropping –2.48 ± 0.82b 0.66 ± 1.01a
非连作 Non-continuous
cropping
–1.84 ± 0.73b 1.23 ± 1.82a
撂荒 Uncultivated 2.31 ± 1.47a –1.89 ± 0.90a
同一列中不同字母表示差异显著(p < 0.05)。
Values within the same row with different letters are significantly dif-
ferent at p < 0.05 level.


18:2ω6,9; 对第二主成分起主要作用的磷脂脂肪酸
是cy19:0、18:1ω7t、10Me19:0、10Me18:0 (图2B)。
主成分分析揭示了不同处理土壤微生物群落
结构的区别, 冗余分析(redundancy analysis, RDA)
则可进一步确定样地中环境因子对土壤微生物群
落结构的影响(McKinley et al., 2005)。选取有机质
(SOM)、总碳(TC)、总氮(TN)、硝态氮(NO3–-N)、
铵态氮(NH4+-N)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、pH和
土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量(SWSA)作为环境
因子。箭头越长表示该环境因子对微生物群落结构
的影响越大; 箭头所成的夹角越小表示相关性越
大。由图3可以看出, pH、TN、有效磷和土壤>0.25
mm水稳性团聚体的含量与大部分磷脂脂肪酸箭头
指向一致, 说明它们之间呈正相关。根据箭头的长
度得出, pH和土壤>0.25 mm水稳性团聚体对土壤微
生物群落的影响最大。
3 讨论
目前磷脂脂肪酸分析方法被广泛地应用于土
壤微生物群落结构多样性的研究。磷脂脂肪酸存在
于活体微生物的细胞膜上, 作为生物标记物可以揭
示微生物的种群 , 具有较高的准确性和敏感性
(Kaur et al., 2005)。大量的研究表明, 土壤耕作和植
物种类等是影响土壤微生物群落结构的主要因素
(Nusslein & Tiedje, 1999; Calderón et al., 2000)。不同
种植方式对土壤微生物产生较大影响, 土壤微生物
群落变化明显(Cooksona et al., 2008)。耕作土壤的总
磷脂脂肪酸和细菌磷脂脂肪酸小于撂荒处理, 较少
的农业措施干预, 可以保持土壤微生物群落结构的
丰富度和均匀度, 而长期高强度的农业耕作措施可
能会抑制黑土细菌群落的生长(白震等, 2008)。土壤
团聚体是微生物生存的重要场所, 现已发现大团聚
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图3 土壤微生物群落结构与环境因子的冗余分析。△, 连
作 ; □ , 非连作 ; ○ , 撂荒。AN, 碱解氮 ; AP, 有效磷 ;
NO3–-N, 硝态氮; NH4+-N, 铵态氮; pH, 酸碱度; SOM, 有机
质; SWSA, 土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量; TC, 总碳;
TN, 总氮。
Fig. 3 Redundancy analysis of soil microbial community
structure and environmental variables. △, continuous crop-
ping; □, non-continuous cropping; ○, uncultivated. AN, alkali-
hydrolyzable nitrogen; AP, available phosphorus; NO3–-N, ni-
trate nitrogen; NH4+-N, ammonium nitrogen; SOM, soil or-
ganic matter; SWSA, contents of soil-waterstable aggragate >
0.25 mm (%); TC, total carbon; TN, total nitrogen.


体中的微生物生物量比微团聚体中的高(Franzlue-
bbers & Arshad, 1997), 耕作改变了土壤团聚体的特
征, 长期的传统耕作破坏了表层土壤团聚体, 耕作
后土壤团聚体的数量和直径小于未耕作的土壤
(Bünemann et al., 2004), 而休闲耕作可以显著地增
加土壤团聚体的数量和大小 (Franzluebbers &
Arshad, 1996)。本研究中, 撂荒增加了土壤>0.25
mm水稳性团聚体的含量, 改善了土壤结构, 有利
于微生物生长。不同种植方式改变了覆盖土壤的植
物种类, 植物通过影响土壤环境, 进而影响土壤微
生物的群落结构(Nusslein & Tiedje, 1999)。非连作
种植豆科作物有利于固氮菌等细菌群落的生长, 土
壤真菌/细菌下降。个别磷脂脂肪酸载荷因子的结果
表明, 真菌和部分细菌受种植方式影响明显。
TBSAT被认为是革兰氏阳性细菌的重要生物
标记物, MONO和CYCLO是革兰氏阴性细菌的有
效标识物(Frostegård, et al., 1993)。TBSAT/MONO
和TBSAT/CYCLO的变化规律相似, 都可表示革兰
氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌。撂荒处理的革兰氏阳
性细菌/革兰氏阴性细菌低于连作和非连作处理,
研究表明节杆菌(Arthrobacter)等革兰氏阳性细菌对
环境胁迫如饥饿的适应能力强于假单胞菌(Pseudo-
monas)等革兰氏阴性细菌(Kieft et al., 1994), 撂荒
改善土壤条件, 有利于革兰氏阴性细菌的积累。
MONO/NSAT可评估微生物群落与环境条件。
Böhme等(2005)研究德国两个长期施肥试验点砂壤
土和壤土土壤微生物特征的变化, 试验土壤轮作甜
菜(Beta vulgaris)、春大麦(Hordeum vulgare)、土豆
(Solanum tuberosum)和冬小麦(Triticum aestivum), 3
月份采样, 研究表明农田土壤施肥及对照MONO/
NSAT的比值一般大于1, 而本研究中各处理的
MONO/NSAT小于1, 可能与土壤类型、采样时间及
种植作物类型等因素有关。冗余分析(RDA)可以合
理地解释环境因子对土壤微生物群落结构的影响
(Kennedy et al., 2004)。本研究得出, pH、TN、有
效磷、土壤> 0.25 mm水稳性团聚体含量与大部分磷
脂脂肪酸之间呈正相关关系。土壤pH、TN、有效
磷是影响土壤微生物群落结构的重要环境因素, 因
为土壤微生物的生长状况取决于土壤肥力和营养
元素供给(Zelles, 1999)。
磷脂脂肪酸法是目前测定微生物群落结构的
常用方法。该方法可直接检测微生物群落, 避免培
养和计数方法引起的问题, 实验条件要求低, 相对
容易快速处理大量样品, 可以全面精确地反映土壤
微生物的群落信息。当然, 磷脂脂肪酸方法也存在
一些问题: 磷脂脂肪酸方法不能在种属和株系水平
鉴定微生物的种类; 尚未确立土壤中所有微生物特
征脂肪酸; 不能鉴定古菌。因此, 可以结合其他研
究微生物多样性的方法更加全面地认识土壤微生
物群落结构。本研究中得到的磷脂脂肪酸的结果与
采用Biolog方法测定的结果一致(时鹏等, 2010)。
土壤有机质提供土壤微生物所需能量, 土壤有
机质的活性组分是影响微生物生物量的关键因素
(Boehm et al., 1997)。张蕾等(2008)对沈阳市郊102
个玉米连作样点的黑土有机质组成研究发现, 玉米
连作土壤中的非活性腐殖质远高于活性腐殖质, 而
决定土壤肥力的重要因素是活性腐殖质尤其是胡
敏酸, 它是促进土壤团聚体形成的重要物质, 玉米
连作土壤结构的破坏率高, 稳定性差。免耕表层土
时鹏等: 三种种植方式对土壤微生物群落组成的影响 971

doi: 10.3724/SP.J.1258.2011.00965
壤微生物量碳明显升高, 约是常规耕作处理的2倍
(Staley et al., 1988)。Waid (1999)认为植被可能是影
响土壤微生物的重要因素, 这种影响的差异主要基
于根系分泌物、植被凋落物的类型和数量, 尤其是
化学组成特性的不同。不同的植物凋落物和根系分
泌物物理化学性质不同, 对土壤微生物生长具有选
择性刺激作用, 进而影响微生物群落特征。研究证
实, 根系分泌物在塑造土壤微生物群落中起着重要
的作用, 由于根系分泌物的成分和含量不同, 改变
了土壤微生物的生长和代谢(Nayyar et al., 2009)。因
此, 不同的植物及植物不同的生育时期可能对土壤
微生物产生不同的影响。
4 结论
在本试验中, 3种种植方式下土壤微生物的群
落特征有明显的差异。玉米连作降低了总磷脂脂肪
酸和细菌磷脂脂肪酸; 非连作降低了土壤真菌磷脂
脂肪酸和真菌/细菌; 撂荒增加了土壤总磷脂脂肪
酸、细菌磷脂脂肪酸、革兰氏阳性细菌和革兰氏阴
性细菌的含量。撂荒土壤微生物群落结构与耕作处
理在第一主成分上分布差异显著。
然而, 在我国目前的条件下, 撂荒不是适合我
国国情的农业措施。适当的耕作与施肥措施可以维
持土壤生态系统的稳定发展。
致谢 国家自然科学基金项目(40771215)、中国科
学院重要方向项目(KZCX2-EW-QN606)和科技部
中德政府间合作项目(S2010GR0977)共同资助。
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