全 文 ：马鹿花5种种植模式土壤微生物多样性比较
王鲜艳1,2， 谷 勇1， 熊 智2， 吴 昊1， 赵 虹1
（1．中国林业科学研究院资源昆虫研究所， 云南 昆明 650224； 2．西南林业大学， 云南 昆明 650224）
摘 要：采用 PCR-DGGE 技术对马鹿花 5种种植模式土壤微生物多样性进行分析，结果表明：（1）5 种种植模式
土壤微生物垂直方向呈现随土层深度的增加其 Simpson 指数逐渐降低的趋势，且马鹿花-墨西哥柏林、马鹿花-蓝桉
林 Simpson 指数高于其对照，马鹿花-三年桐林、马鹿花纯林 Simpson 指数低于其对照；（2）水平方向上马鹿花-蓝桉
林总体丰富度、多样性指数及均匀度指数均最高，马鹿花-墨西哥柏林丰富度最低，马鹿花-三年桐林多样性及均匀
度指数最低，相同条件下马鹿花纯林模式比马鹿花-三年桐林更优，中厚的棕壤较深厚的棕褐壤更适宜种植马鹿花。
关键词：马鹿花； 种植模式； 土壤微生物； 生物多样性
中图分类号：S154.3； S718.52+1.3 文献标识码：A 文章编号：1004-874X（2014）16-0055-04
Soil microbial diversity under five planting modes
of Pueraria wallichii DC.
WANG Xian-yan1,2, GU Yong1, XIONG Zhi2, WU Hao1, ZHAO Hong1
(1.Research Institute of Resources Insects, Chinese Academy of Forestry, Kunming 650224, China;
2.Southwest Forestry University, Kunming 650224, China)
Abstract: By the PCR-DGGE technique, the soil microbial diversities und five planting modes of Pueraria wallichii
DC., The results showed that: （1）With the increase of soil layer depth, the Simpson index of the soil microbial diversity
under different planting modes decreased gradually in the vertical direction, and the Simpson index of P. wallichii DC.-
Cupressus lusitanica forest and P. wallichii DC.-Eucalyptus globulus forest were higher than those under their contrast，the
Simpson index of P. wallichii DC.-Aleuvites fordii Hemsl forest and P. wallichii DC. forest were lower than those under
their contrast; （2）In the horizontal direction, the richness, evenness, diversity index of the soil microbial diversity was
different among the different planting patterns, mainly as follows: the richness, diversity index and evenness of P. wallichii
DC.-E. globulus forest were all the highest, the richness of P. wallichii DC.-C. lusitanica forest and the diversity index,
evenness of P. wallichii DC.-A. fordii Hemsl were both the lowest. Under the same conditions, the mode of P. wallichii DC.
forest was better than the mode of P. wallichii DC.-A. fordii Hemsl forest. The medium thick brown soil was more suitable
for planting P. wallichii DC. than the deep dark-brown soil.
Key words: Pueraria wallichii DC.; planting mode; soil microbial; biodiversity
瓦氏葛藤（Pueraria wallichii DC.），又名马鹿花，属
蝶形花科（Papilionaceae）葛藤属（Pueraria DC.）多年生
半灌木 [1]，是水土保持林、土壤改良的优良树种 [2]，具有
很好的植被恢复、水土保持和经济效果 [3]。 土壤微生物
作为土壤生态系统的重要组成部分[4]，参与土壤有机物
降解、养分循环等[5]，同时又反作用于地上植物的生长[6]，
近年来微生物群落多样性较多地应用于土壤环境质量
评价工作中[7-8]。 影响土壤微生物群落结构多样性的因
素有很多种，大体可分为自然因素和人为因素两大类，
自然因素主要包括植物群落、土壤条件等；人为因素主
要包括施肥、土壤耕作方式等[9-11]。 迄今为止，马鹿花林
地土壤微生物的研究鲜有报道， 对林地土壤微生态环
境的认识还较为模糊。 因此，本研究探讨了 5 种种植模
式马鹿花林地土壤微生物多样性的垂直及水平方向上
的差异，从而筛选出最优种植模式，进一步为退化生态
系统的生态恢复提供参考。
1 材料与方法
调查地位于云南省红河州建水县及怒江州泸水县
（98°51′~102°49′E，23°38′~26°24′N），海拔 1 011.0~
1 577.9 m。 属南亚热带季风气候， 年平均气温 16.7~
20.1℃， 最冷月平均气温 9.1~11℃， 最热月平均气温
20.8~24.8℃，年平均降水量 800~1 001.6 mm。
1.1 样地设置与土样采集
收稿日期：2014-03-03
基金项目：国家林业科学技术推广项目（[2011]05 号）
作者简介：王鲜艳（1988-），女，在读硕士生，E-mail：wangxian
yan518@163.com
通讯作者：谷勇（1964-），男，副研究员，E-mail：cafguyong@
163.com
广东农业科学 2014 年第 16期 55
C M Y K
DOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2014.16.004
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80
0.75
0 5 10 15 20 25 30
土层深度（cm）
图 1 土壤微生物 Simpson 指数垂直变化
Si
m
ps
on
指
数
样地
建-1
建-1（CK）
建-2
建-2（CK）
泸-1
泸-2
泸-1、-2（CK）
泸-3
泸-3（CK）
表 1 调查地土壤、植被概况
样地
建-1
建-1（CK）
建-2
建-2（CK）
泸-1
泸-1（CK）
泸-2
泸-2（CK）
泸-3
泸-3（CK）
群落
马鹿花-墨柏林
扭黄茅-白茅
马鹿花-桉树林
车桑子-桉树林
马鹿花-油桐林
灰苞蒿-紫茎泽兰
马鹿花林
灰苞蒿-紫茎泽兰
马鹿花林
地石榴-紫茎泽兰
土壤类型
山地红壤
山地红壤
砂壤
砂壤
棕褐壤
棕褐壤
棕褐壤
棕褐壤
棕壤
棕壤
土壤母质
石灰岩
石灰岩
砂岩
砂岩
砂岩
砂岩
砂岩
砂岩
石灰岩
石灰岩
土层厚度
深厚
深厚
深厚
深厚
深厚
深厚
深厚
深厚
中厚
中厚
质地
中壤
中壤
砂壤
砂壤
轻壤
轻壤
轻壤
轻壤
轻壤
中壤
紧实度
较松
较松
疏松
疏松
较松
较松
较松
较松
较松
较松
石砾（%）
<1
<1
15
15
35
5
35
5
5
10
根系（%）
15
20
16
15
18~20
10
40
10
35
10
盖度（%）
90
95
92
80
93
93
95
93
95
90
郁闭度
0.5~0.6
0.5~0.6
0.8
0.9
0.9
2012年 8月在建水县、 泸水县选择 5 种人工种植
模式的马鹿花人工林地实地勘查设定样地并设对照。
对各样地挖土壤剖面， 在 0~30cm土壤深度范围内，选
择 5 cm 为一个土层，共 7 个土层，自下而上取土样 [12]，
装入密封袋用于土壤微生物 DNA的提取。
1.2 土壤样品 DNA的提取
采用 Omega Biotek 公司的 E.Z.N.A. Soil DNA Kit，
按试剂盒说明操作。
1.3 土壤微生物 16SrDNA全长序列的扩增
使用通用引物 27F-1492R 对 DNA 进行 16SrDNA
全长扩增，通用引物序列如下：27F：5′-AGAGTTTGATC
CTGGCTCAGAACGAAGGC-T-3′和 1492R：5′-TACGG
CTACCTTGTTACGACTTCA CCCC-3′， 反应条件为 ：
95℃预变性 5 min；95℃变性 30 s、55℃退火 30 s、
72℃延伸 3 min，30 个循环 ；72℃终延伸 10 min；4℃
保存 [13]。
1.4 16SrDNA V3区扩增
使用引物 341F-518R 对 16SrDNA 全长扩增后产
物进行 V3 区 PCR 扩增筛选， 引物序列为：341F：-GC
(5 -CGC CCG CCG CGC GCG GCG GGC GGG GCG
GGG GCA CGG GGG GCC TAC GGG AGG CAG CAG-
3 和 518R：5- ATT ACC GCG GCT GCT GG-3)，反应
条件为：95℃预变性 5 min；95℃变性 40 s、56℃退火 30
s、72℃延伸 3 min，30 个循环；72℃终延伸 10 min；4℃
保存[14-15]。
1.5 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
采用变性梯度为 40%～60%聚丙烯凝胶溶液，上样
量为 25 μL 的 PCR 产物加 5 μL 溴酚蓝二甲苯氰溶
液，电泳条件：1×TAE，60 V，60℃，16 h，待电泳结束后
于水平摇床振荡染色后拍照保存。
1.6 数据分析
利用 QuantityOne4.5.0 分析软件分析 DGGE 的指
纹图谱， 通过分析样品电泳条带的数目和亮度来计算
各样地土壤微生物总体多样性（Simpson指数、Shannon-
Wiener 指数及 Pielou 指数）[16]和种群相对数量 [17]，各土
层微生物 simpson 指数及其类群的聚类在 MVSP 软
件 [18]上进行，数据的综合分析比较采用 Spss17.0处理。
2 结果与分析
2.1 马鹿花 5种种植模式与对照土壤微生物垂直变化
从图 1 可以看出， 土壤微生物呈现随土层深度的
增加 Simpson 指数逐渐降低的趋势， 0 cm 土层土壤微
生物 Simpson 指数最高 ，30 cm 土层 Simpson 指数最
低，主要是由于 0 cm 土层枯枝落叶较为聚集，透气性
好，微生物活动较为活跃，种类也相对较多，其 Simpson
指数也较高，随土层深度的增加，土壤孔隙度、有机物
含量等的降低，不利于好气性微生物的生存，使得随土
层深度的增加微生物多样性有所降低。 而扭黄茅-白茅
与地石榴-紫茎泽兰群落则呈现 5 cm 土层 Simpson 指
数最高，0 cm 土层高，而后，又呈现随土层深度的增加
56
C M Y K
表 3 Simpson 指数与各环境参数相关系数
项目
土层深度
土壤类型
母质
土层厚度
质地
石砾
根系
盖度
郁闭度
群落结构
相关系数
-0.381**
0.488**
0.058
0.392**
0.057
0.043
-0.043
0.002
0.064
0.339**
P 值
0.002
0
0.652
0.001
0.657
0.736
0.738
0.989
0.620
0.007
注：“**”表示极显著相关（2-tailed）。
表 2 5 种马鹿花种植模式土壤微生物差异
种植模式
马鹿花-墨西哥柏
马鹿花-蓝桉
马鹿花-三年桐
马鹿花林（泸-2）
马鹿花林（泸-3）
丰富度
19
32
22
27
30
Simpson
指数
0.834
0.848
0.734
0.784
0.826
Shannon-
Wiener 指数
1.867
1.916
1.537
1.688
1.824
Pielou 均匀
度指数
0.959
0.985
0.790
0.867
0.937
多样性指数又依次降低的趋势， 二者土壤皆为石灰岩
发育而成，无乔木层，地表裸露，无腐殖质层，其中扭黄
茅-白茅林下为石灰岩发育而成的块状山地红壤，土层
深厚，0~24 cm土层紧实度较松，石砾含量较少，该群落
主要为草本植物，根系深度较浅，在 0~5 cm 土层土壤
微生物多样性有所增加， 可能与草本根系周围土壤有
机物含量、透气性增加有关；地石榴-紫茎泽兰林下 0~
8 cm 土层质地为中壤，紧实度较松，透气性好，适宜微
生物生存，8 cm以下为重壤，紧实度较紧，透气性不好，
不利于好气性微生物生存， 使得土壤微生物多样性在
0~5 cm土层有所增多，随后又随土层深度的增加，微生
物多样性呈现递减的趋势。
马鹿花-墨西哥柏林与马鹿花-蓝桉林土壤微生物
Simpson 指数均高于其对照，马鹿花-三年桐林、马鹿花
林（泸-2、泸-3）土壤微生物 Simpson 指数却均低于其
对照。 马鹿花与墨西哥柏、蓝桉混交，植被密度比对照
小，通风透光好，根际凋落物分解者种类、数量也较多，
土壤微生物多样性也较高； 马鹿花纯林由于其林分单
一，密度比对照大，通风透光差，根际凋落物分解者种
类及数量少，土壤微生物多样性也较低；马鹿花-三年
桐林密度比对照大，通风透气差，林内岩石裸露、石砾
含量较高，水分状况、有机质含量等较差不利于微生物
的生存，而其对照土壤中则无岩石裸露现象，石砾含量
较低，水分状况好、有机质含量稍高，植被密度、土壤状
况直接影响土壤微生物多样性高低。
2.2 马鹿花 5种种植模式间土壤微生物多样性比较
根据 5 种种植模式 0~30 cm 土层土壤微生物
DGGE 指纹图谱，通过 QuantityOne4.5.0 分析软件分析
样品电泳条带的数目和亮度， 从而得出各个模式总体
多样性指数，如表 2 所示。 由表 2 可知，由于其群落结
构和组成的不同，5 种种植模式土壤微生物丰富度、均
匀度、多样性也有所不同，主要表现为：马鹿花-蓝桉林
丰富度、多样性指数及均匀度指数均最高，马鹿花-墨
西哥柏林丰富度最低，马鹿花-三年桐林多样性及均匀
度指数最低， 可见马鹿花种植模式不同其土壤微生物
多样性也有明显不同。 马鹿花-蓝桉林中，土壤状况良
好，植被丰富，枯枝落叶、腐殖质层厚，根系分泌物多，
土壤微生物多样性也较高；泸-2 与泸-3 均为马鹿花纯
林，泸-2 丰富度、均匀度及多样性均比泸-3 低，泸-2
为砂岩发育而成的棕褐壤，土层深厚，泸-3为石灰岩发
育而成的棕壤，土层中厚，二者土壤类型、土层厚度不
同， 可见土壤环境条件不同马鹿花林土壤微生物多样
性也有所不同；马鹿花-三年桐林与马鹿花林（泸-2）为
相同环境条件下的不同种植模式，马鹿花-三年桐林的
丰富度、多样性、均匀度指数均低于马鹿花林（泸-2）。
可见，同一自然条件下，地上群落结构的不同其地下土
壤微生物多样性也有不同，马鹿花纯林比马鹿花-三年
桐林更能改善土壤微生物多样性。
2.3 马鹿花 5 种种植模式土壤微生物 Simpson 指数
与各环境参数的相关性
从表 3可以看出，土壤微生物 Simpson指数与土层
深度呈极显著负相关线性关系， 与土壤类型、 土层厚
度、 群落结构均呈现极显著正相关线性关系， 而与母
质、质地、石砾含量、根系含量、盖度、郁闭度无明显线
性关系。
2.4 马鹿花 5种种植模式与对照土壤微生物群落间相
似性
首先把 DGGE[19]电泳图谱的条带转换成 0、1 数据，
用 MVSP软件进行聚类分析[18]。 通过聚类分析（图 2）表
明，马鹿花不同模式土壤微生物群落结构相似性较高，
对照组土壤微生物群落结构相似性较低， 在 65%的相
似水平上聚为 6 个类群，除马鹿花-蓝桉林外的马鹿花
不同模式土壤微生物群落和地石榴-紫茎泽兰土壤微
生物群落聚为一类，其余对照组和马鹿花-桉树林各聚
为一类。 说明植物群落对微生物群落结构具有一定的
影响。在 82%相似水平上 9个群落结构聚为 9个类群，
说明马鹿花不同种植模式土壤微生物多样性较为丰
富。
3 结论与讨论
马鹿花 5 种种植模式下， 土壤微生物垂直方向表
57
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UPGMA
车桑子-蓝桉
地石榴-紫茎泽兰
马鹿花-蓝桉
扭黄茅-白茅
灰苞蒿-紫茎泽兰
马鹿花林（泸-2）
马鹿花-三年桐
马鹿花林（泸-3）
马鹿花-墨西哥柏
40 50 60 70 80 90 100
相似度（%）
图 2 UPGMA 群落结构相似性的聚类分析
现为：随土层深度的增加，微生物多样性呈递减趋势。
这与乔海莉对新疆天然胡杨林土壤微生物多样性的研
究相同[20]。土壤微生物在 0 cm土层较为丰富，这与此处
枯落物分布较多，腐殖质层微生物活动较活跃，孔隙度
较高，透气性好，为微生物提供相对适宜的生存条件密
切相关，而随土层深度的增加，土壤微生物多样性的减
少可能与土壤密度逐渐增大，孔隙度较小，好气性微生
物减少等有关。
马鹿花 5 种种植模式下，马鹿花-墨西哥柏林与马
鹿花-蓝桉林植被密度较对照小，通风透气性好，土壤
微生物 Simpson 指数均高于其对照； 马鹿花-三年桐
林、马鹿花林（泸-2、泸-3）植被密度较对照大，通风透
气性差，土壤微生物 Simpson指数均低于其对照。可见，
植被密度对土壤微生物多样性高低有直接影响。
土壤微生物多样性受当地气候条件、水分状况、土
壤质地、植被组成[21]、土壤类型、人为干扰等综合影响。5
种种植模式下马鹿花林下土壤微生物多样性有着明显
差异，这可能与地上群落的植被组成、土壤类型、人为
干扰等都有着密切关系：同一环境条件下，马鹿花纯林
比马鹿花-三年桐林土壤微生物群落多样性高，而多样
性与土壤类型、土层厚度、群落结构均呈现极显著正相
关线性关系，与母质、质地、石砾含量、根系含量、盖度、
郁闭度无明显线性关系，二者土壤类型、土层厚度均相
同，而群落结构不同，说明相同条件下马鹿花纯林模式
比马鹿花-三年桐林更优； 泸-2 与泸-3 均为马鹿花纯
林，但泸-2 丰富度、均匀度及多样性均比泸-3 低，泸-2
为砂岩发育而成的棕褐壤，土层深厚，泸-3为石灰岩发
育而成的棕壤，土层中厚，说明中厚的棕壤较深厚的棕
褐壤更适宜种植马鹿花。
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（责任编辑 杨贤智）
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