全 文 ：中国农学通报 2011,27(02):53-56
Chinese Agricultural Science Bulletin
0 引言
土壤是森林生态系统的重要组成部分，是林木及
林下植物生长发育的基地，也是森林生态系统营养元
素转化的重要枢纽，而土壤微生物是土壤中数量巨大、
种类繁多、最活跃的生物群体，它们几乎参与所有土壤
的生理和生物反应[1]。土壤微生物种群数量和生物量
与其生存环境息息相关。植被类型对土壤微生物群落
结构、多样性及生态功能有重要影响[2-3]；同时，微生物
群落也影响生态系统中各组分的功能与结构。合理的
根际微生物区系对森林生态系统功能的发挥具有重要
意义。研究表明，根际微生物多样性研究是评价土壤
质量生物学指标的热点[4]，同时利用根际微生物的监
测也能很好地评价植被恢复的效果[5]。随着研究技术
的不断改进，BIOLOG 微孔板法、磷脂脂肪酸法
（PLFA）及分子生物学法是目前研究微生物多样性的
重要手段[6]。BIOLOG微孔板法由于其简单、快速等优
点，被广泛应用于评价不同植被类型微生物功能的研
究。有研究表明，油松、虎榛子混交林的根际微生物功
基金项目：国家自然基金项目“虎榛子菌根微生态域信号转导及其对油松生长调控机理研究”（30560122）。
第一作者简介：齐雅静，女，1981年出生，河北肃宁人，硕士，研究方向：微生物生态与技术。通信地址：010019内蒙古呼和浩特市赛罕区新建东街275
号内蒙古农业大学东区林学院，Tel：0471-4301330，E-mail：qiyajing1981@163.com。
通讯作者：白淑兰，女，1960年出生，内蒙古通辽人，教授，博士生导师，研究方向：林木生物技术。通信地址：010019内蒙古呼和浩特市赛罕区新建东
街275号内蒙古农业大学东区林学院，E-mail：baishulan2004@163.com。
收稿日期：2010-07-08，修回日期：2010-09-09。
油松、虎榛子不同林型根际土壤微生物多样性研究
齐雅静，白淑兰，韩胜利，邵东华
（内蒙古农业大学林学院，呼和浩特 010019）
摘 要：为了了解油松、虎榛子不同林型中微生物区系的变化及功能多样性变化规律，揭示在自然森林生
态系统中虎榛子的存在对油松促生作用机制，笔者以油松、虎榛子不同林型根际土壤为研究对象，采用
传统分离方法和BIOLOG分析技术对其不同林型根际土壤微生物进行分离、鉴定，以及功能多样性的
测试分析。结果表明：油松、虎榛子混交林根际土壤微生物数量最多、分布较均匀，稳定性最好；油松、虎
榛子混交林根际土壤功能多样性指数显著高于2种纯林。
关键词：油松；虎榛子；根际；BIOLOG技术
中图分类号：S714.3 文献标志码：A 论文编号：2010-2076
Study on the Microbial Diversity of Rhizosphere Soil in Different Forest Types of
Pinus tabulaeformis and Ostryopsis davidaiana
Qi Yajing, Bai Shulan, Han Shengli, Shao Donghua
(Forestry College of Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010019)
Abstract: In order to learn the variation of microflora and the changing rule of its functional diversity in
different forest types of Pinus tabulaeformis and Ostryopsis davidiana, and discover the mechanism of
Ostryopsis davidiana’s promoting effects to the growth of Pinus tabulaeformis, by traditional separation method
and BIOLOG technology, the microbes of different rhizosphere soil were separated and identified and the
functional diversity were tested and analyzed. The results turned out that: in the mixed forests of Pinus
tabulaeformis and Ostryopsis davidiana, the microbes of rhizosphere soil were tested to be in largest number,
uniform distribution and best stability; the functional diversity index in this rhizosphere soil was much higher
than two pure forest types.
Key words: Pinus tabulaeformis; Ostryopsis davidiana; rhizosphere; BIOLOG technology
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能多样性明显高于纯林，且在大青山环境中油松、虎榛
子不同林型土壤酶活性也存在显著差异[7]。因此，在
内蒙古大青山立地条件极端恶劣的环境中，虎榛子、油
松混交林能够良好生长与微生物群落的变化一定有重
要联系。笔者试图通过对油松、虎榛子不同林型微生
物群落变化规律及微生物功能多样性的研究，从微生
物区系角度探讨油松、虎榛子在内蒙古大青山恶劣生
境中互惠共存机制，为中国困难立地的植被恢复提供
理论依据和参考。
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点
试验于2008年7月－2009年7月进行。微生物分
离与鉴定在内蒙古农业大学林学院微生物实验室进
行，微生物功能多样性检测在中国农科院农业资源与
农业区划研究所进行。
1.2 研究地概况
采样地位于内蒙古大青山乌素图国家森林公园未
被人为破坏的自然森林，海拔 1550 m，年降水量
350 mm，属于干旱、半干旱气候，土层薄，土壤为粗骨
质栗钙土。
1.3 试验方法
1.3.1 根际土壤的采集 分别在 20年生油松纯林、
1.5 m高虎榛子灌丛纯林、20年生油松与1.5 m高虎榛
子灌丛混交林内取样。纯林中分别随机选择 3株（或
丛）树木进行取样；混交林中随机选取油松、虎榛子根
系交织的3个样点进行取样。取样时，除去表层土壤，
在 0~20 cm深的土壤范围内采集树木根系，收集附着
在林木根系表面的土壤作为根际土；在混交林油松和
虎榛子根系交织处，取2个树种等量根系，收集附着在
根系上的土壤作为根际土。采集的土壤置于3~5℃冰
箱内保存，并尽快分离培养。
1.3.2 土壤微生物的分离培养 采用稀释平板涂布法分
离土壤微生物，其中细菌选用的是“牛肉蛋白”胨培养
基，真菌选用的是“马丁氏”培养基，放线菌选用的是
“高氏一号”培养基。无菌条件下对土壤 10倍梯度稀
释，稀释倍数为 10-2~10-6；真菌分别选用 10-2~10-4稀释
梯度的土壤悬浊液；细菌分别选用 10-4~10-6稀释梯度
的土壤悬浊液；放线菌分别选用 10-3~10-5稀释梯度的
土壤悬浊液。用无菌移液枪吸取 0.1 mL土壤悬浊液
到相应的培养基上涂布分离。每个梯度设 3个重复，
并将培养基放入培养箱中培养。其中，细菌培养温度
为 37℃，真菌和放线菌的培养温度为 28℃。将分别培
养分离的不同微生物通过进一步纯化，直至获得纯培
养物。
1.3.3 土壤微生物的鉴定 细菌在革兰氏染色后，进行
接触酶、运动性、N源利用以及葡萄糖发酵等试验。同
时，观察幼龄菌体形态、细胞排列等，以上试验可将大
多数细菌鉴定到属[8]。依据放线菌和真菌培养特征和
形态观察能将大部分放线菌和真菌鉴定到属[9-12]。
1.3.4 土壤微生物群落功能多样性的检测 称取相当于
10.0 g干土重量的鲜土，放入 100 mL三角瓶内，加入
90 mL灭菌的 0.85%生理盐水，25℃ 300 r/min震荡
30 min，吸取2.5 mL上清液于25 mL的玻璃试管中，用
0.85%的生理盐水定容至 25 mL，重复振荡 1次，然后
加上清液于ECO BIOLOG板中。25℃恒温暗培养，每
隔 24 h 在 BIOLOG Emax TM 自动读盘机上利用
MicroLog ReL4.2软件读取 590 nm波长下的吸光值，
连续读数7天。以上操作均在无菌状态下进行。
1.4 数据处理
1.4.1 丰富度指数S 物种丰富度即物种的数目，可直接
用群落物种数表示，即S=Ni，式中Ni为每个样点所分离
的微生物不同属的数量或碳源代谢孔的数目（AWCD>
0.2，代表该孔碳源被利用，该孔即为反应孔）[13]。这是
衡量物种功能多样性最直接、最重要的尺度[14-15]。
1.4.2 多样性指数 土壤微生物群落多样性指数和群落
功能多样性指数分析采用 Shannon-Wiener 指数、
Shannon-Wiener 指数相应的均匀度、优势度及
McIntosh均匀指数。多样性指数的计算参照杨永华、
Devi等 [16-17]的方法。数据采用 ExceL2003和 SAS10.0
软件进行统计分析和处理。
Shannon-Wiener：H = -∑( )Pi ln Pi
Shannon均匀度：E = H
ln S
McIntosh指数：U =[∑(Ni2)]12
优势度指数：D = 1 -∑(Pi2)
上式中，计算微生物群落多样性指数时，Ni为每个
样点所分离的微生物不同属的数量；Pi为第 i属的多度
比例，即，N=∑Ni，S分别为鉴定出的细菌、真菌和放线
菌的总属数。计算微生物群落功能多样性指数时，Ni
为第 i孔的相对吸光值，即Ni=C-R；Pi为 i孔相对吸光
值与整个平板相对吸光值总和的比率，即Pi = Ni /N，S
为颜色变化孔的数目，N为相对吸光值总和。
2 结果与分析
2.1 不同林型根际土壤微生物数量的比较
从表1可以看出，3类微生物在不同林型中存在数
量规律一致，即：混交林>虎榛子纯林>油松纯林。经
分析，由于虎榛子是一种阔叶灌木，拥有大量的枯枝落
叶及大量根系的新陈代谢产物，为环境中增加了数目
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齐雅静等：油松、虎榛子不同林型根际土壤微生物多样性研究
较多的有机物，同时虎榛子枯枝落叶含有较高数量的
灰分元素，使油松针叶中的单宁、树脂分解所产生的酸
性物质得到很好的中和，有利于微生物的生存与繁殖，
并形成一个良好的微生物群落结构。
从 3类微生物数量比较总体上看，细菌>放线菌>
真菌，这一规律与前人的研究基本一致，在混交林中尤
其是根际细菌数量达到油松纯林的 3倍，而虎榛子纯
林和混交林中细菌的数量无显著差异。这将对林分中
粗糙死地被物向柔软死地被物转化具有显著的促进作
用，进而对林分中物质循环产生重要影响，促进油松的
生长。
2.2 不同林型根际土壤微生物多样性比较
物种多样性指数（H′）是应用数学方法来度量组
成群落种类数、个体总数，以及各种群均匀程度等3个
方面的数量指标，从而表明群落的组成结构水平及其
生态学特征。生态优势度是反映群落中各种群优势状
况的指标。一般优势度指数值高，其物种多样性指数
较低，说明该群落结构尚未达到相对稳定状态。
从表 2可以看出，混交林中优势度指数明显低于
纯林，说明在混交林中明显占优势的菌并不如纯林，微
生物区系达到了较为合理的范围。由于混交林根系改
变了土壤微生物的生存环境，根际微生物产生了相互
制约、相互依赖的平衡关系。同时，从表 2还可知，在
不同林型中微生物均匀度指数无明显变化，说明在鉴
定出来的微生物中各属微生物分布较均匀，均达0.6以
上。从不同微生物的多样性来看，混交林中多样性明
显降低，除放线菌外，纯林中多样性指数均在1.1以上，
而混交林中均低于1.0。
2.3 微生物群落功能多样性指数
由表3可以看出，油松纯林功能多样性指数最低，
与另外2种林型存在显著差异。而混交林功能多样性
的均匀度指数显著高于 2种纯林，说明混交林中对微
生物功能多样性的发挥十分有利，也可以理解为混交
林中微生物区系处于最佳状态。从功能多样性的均匀
度指数分析，混交林也明显优于纯林。因此，油松、虎
榛子混交后微生物的活动利于油松生长，从而使得油
松在混交林中生长优于油松纯林。
3 结论
（1）不同林型 3类微生物存在数量规律一致，即：
混交林>虎榛子纯林>油松纯林。
（2）根际微生物物种多样性指数研究表明，混交林
根际3类微生物优势度指数和多样性指数均低于2种
纯林，而 3种林型生物多样性指数的均匀度指数无显
著差异。
（3）根际微生物功能多样性指数研究表明，混交
林和虎榛子纯林的功能多样性显著高于油松纯林，混
交林功能多样性的均匀度指数也显著高于2种纯林。
4 讨论
从分离出的微生物数量来看，混交林微生物数量
较丰富，那么油松与虎榛子不同林型形成的小生境也
一定存在差异，进而有机质组成的变化势必导致土壤
微生物繁殖和生长能力的变化。因此，认为油松与虎
榛子混交后根际土壤微环境发生改变，使得更多数量
和种类的微生物生长繁殖条件得以保证，且它们能够
形成一个相互制约、相互促进的合理微生物区系。故
可以从微生物生态的角度解释在内蒙古大青山极度恶
劣的环境中虎榛子的存在促进油松成活和生长。
Waid[18]认为，植被类型可能是根际生物多样性变
化的主要推进力。众所周知，植被是土壤生物赖以生
表1 不同林型根际土壤微生物数量 cfu/g
微生物类别
细菌
真菌
放线菌
林分类型
油松纯林
2.27×106b
2.00×104b
1.07×105b
虎榛子纯林
6.27×106a
2.07×104b
1.13×105b
油、虎混交林
7.70×106a
2.80×104a
1.23×105a
注：同一行中字母相同,表示多重比较差异不显著(P<0.05)。
林型
油松纯林
虎榛子纯林
混交林
微生物
类别
细菌
真菌
放线菌
细菌
真菌
放线菌
细菌
真菌
放线菌
优势度指
数D
0.6939
0.5625
0.5000
0.7756
0.7438
0.5000
0.4861
0.4775
0.4444
均匀度指
数E
0.9212
0.7005
1.0000
0.9621
0.9122
1.0000
0.9799
0.6199
0.9183
多样性指数
H＇
1.2770
1.1275
0.6931
1.5485
1.4681
0.6931
0.6792
0.9976
0.6365
表2 不同林型根际土壤微生物物种多样性指数
林型
油松纯林
虎榛子纯林
混交林
多样性指数H＇
2.136±0.179b
2.606±0.060a
2.626±0.089a
均匀度指数E
1.119±0.111b
1.038±0.035b
2.047±0.375a
McIntosh均匀指数
1.005±0.064b
0.959±0.015b
1.195±0.105a
表3 功能多样性指数分析
注：同一列中字母相同，表示多重比较差异不显著(P＜0.05)。
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存的有机营养物和能源的重要来源。根际微生物群落
多样性反映了群落总体的动态变化，而研究不同林型
根际微生物功能多样性是探讨微生物对不同碳源利用
的能力，即对有机质的分解转化能力。以BIOLOG微
孔板碳源利用为基础的定量分析，为描述微生物群落
功能多样性提供了更为简单、快速的方法[19]。AWCD
值可以反映微生物的总体代谢活性，由 3种林型中根
际微生物对不同碳源的总体利用程度结果看出，混交
林能显著提高根际微生物功能多样性。微生物群落结
构和功能的差异与不同优势树种的枯枝落叶量和生物
化学组成有关，同时也与根系分泌物的关系十分密切。
根际微生物生物多样性与功能多样性往往相互联
系，但不一定存在必然联系。但一个不争的事实是微
生物功能多样性越高，根际有机物的转化速率越高，显
然对林分的生长越有利。从微生物功能多样性的角度
考虑，人们除了注重微生物对碳源的利用外，今后还应
关注微生物在其他养分元素释放方面的作用。
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