全 文 ：第 34 卷第 15 期
2014年 8月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.15
Aug.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家林业公益性行业科研专项 ( 201004019); 国家菌草工程技术研究中心组建项目 ( 2011FU125X11);福建省科技重大项目
(2012NZ0002)
收稿日期:2012鄄12鄄07; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄03
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: wittylin@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201212071760
林兴生, 林占熺, 林冬梅, 林辉, 罗海凌, 胡应平, 林春梅, 朱朝枝.荒坡地种植巨菌草对土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响.生态学
报,2014,34(15):4304鄄4312.
Lin X S, Lin Z X, Lin D M, Lin H, Luo H L, Hu Y P, Lin C M, Zhu C Z.Effects of planting Pennisetum sp. (Giant juncao) on soil microbial functional
diversity and fertility in the barren hillside.Acta Ecologica Sinica,2014,34(15):4304鄄4312.
荒坡地种植巨菌草对土壤微生物群落
功能多样性及土壤肥力的影响
林兴生1,2, 林占熺1,2,*, 林冬梅1,2, 林摇 辉1,2, 罗海凌1,2,
胡应平1,2, 林春梅12, 朱朝枝3
(1. 福建农林大学菌草研究所, 福州摇 350002; 2. 国家菌草工程技术研究中心, 福州摇 350002;
3. 福建农林大学金山学院, 福州摇 350002)
摘要:研究种植于荒坡地、不同生长年限(1、2、3、5a)的巨菌草对土壤微生物群落功能多样性及肥力的影响。 结果表明,不同生
长年限巨菌草土壤微生物对不同碳源的利用随培养时间延长而增大,培养 72—96 h 变化最明显,培养 144 h 后各土壤 AWCD
值均达到最大值。 总体上 AWCD 值大小依次为:2年生> 3年生> 1年生>5年生>CK,不同生长年限的巨菌草土壤 AWCD值均
比对照高,且差异显著,2年生 AWCD 值最高,其次为 3年生,1年生、5年生巨菌草土壤 AWCD值差异不显著。 对培养 96 h土
壤微生物利用碳源特性进行主成分分析,31个碳源中提取的与土壤微生物碳源利用相关的主成分 8 个,其中主成分 1 至主成
分 8分别能够解释变量方差的 25.39%、18.89%、11.28%、9.31%、6.84%、5.60%、5.26%、4郾 71%,合计解释变量方差的 87.27%;主
成分 1、主成分 2能够区分不同生长年限巨菌草土壤的微生物群落特征,2年生、3年生巨菌草土壤微生物功能多样性与 CK 相
比,差异显著;与主成分 1显著相关的碳源主要是糖类,氨基酸,羧酸和多聚物,与主成分 2显著相关的碳源主要是氨基酸。 不
同生长年限的巨菌草的 Shannon (H)、均匀度、Brillouin指数均高于 CK,且差异显著,2年生与 3年生差异不显著,1年生与 5年
生差异不显著。 总体上不同生长年限巨菌草的土壤的 pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的含量比对照高,其中 3 年生巨
菌草的土壤有机质含量比对照高 98.20%,5年生巨菌草土壤的碱解氮含量比对照高 93.2%;除 1年生巨菌草外,有机质、碱解氮
含量均与对照差异显著。 在荒坡地种植巨菌草,可增加土壤微生物群落功能多样性,在一定程度上提高土壤肥力,荒坡地种植
巨菌草能产生一定的生态正效应。
关键词:巨菌草;土壤微生物群落;功能多样性;土壤肥力
Effects of planting Pennisetum sp. (Giant juncao) on soil microbial functional
diversity and fertility in the barren hillside
LIN Xingsheng1,2, LIN Zhanxi1,2,*, LIN Dongmei1,2, LIN Hui1,2, LUO Hailing1,2, HU Yingping1,2, LIN
Chunmei1,2, ZHU Chaozhi3
1 Juncao Research Institute, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China
2 National Engineering Research Center of Juncao, Fuzhou 350002, China
3 Jinshan College, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China
Abstract: Introduced from Africa by Fujian Agriculture and Forestry University in 2005, the Giant Juncao ( Pennisetum
sp.) had the features of tall, erect, forested with the high annual output of 200—400 t / hm2 . The crude protein content of
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the Giant Juncao was 10.8% after growth for 4 weeks, indicating the advantage of developed root system, strong stress
resistance and quick growth variety. The Giant Juncao may be used to produce mushroom, fungi forage and forage additives
successfully. Now, the Giant Juncao is used to control soil erosion and improve the soil properties. This paper studied the
effects of the Giant Juncao on the soil microbial community functional diversity and fertility with different growth years (1,
2, 3 and 5 years) planted in the barren hillside. The results indicated that the utilization of carbon sources by soil microbes
increased when culture time prolonged. The most obvious change happened in the culture time of 72—96 h. AWCD
(Average Well Color Development) value reached the maximum in the culture time of 144 h. Generally, the order of AWCD
value was 2 years> 3 years > 1 year > 5 years> CK. The values of AWCD of the Giant Juncao with different growth year was
significantly higher than CK. AWCD was highest when the growth year of the Giant Juncao was 2 years, follow by 3 years.
The difference of AWCD between 1 and 5 years was not significant. The principal component in the utilization of carbon
source by soil microbes in the growth time of 96 h was analyzed. The results showed that the 8 principal components
extracted from 31 carbon source were related to soil microbial carbon source utilization, the 1—8 principal components
account for 25.39%, 18.89%, 11.28%, 9.31%, 6.84%, 5.60%, 5.26%, 5.60% of variables variance respectively, and
account for 87. 27% of the total variables variance. The principal component 1 and 2 could be used to distinguish the
characteristics of soil microbial community with different growth years of Giant Juncao. The diversity of soil microbial
community of the 2 and 3 years忆 Giant Juncao was significantly different with CK. The Shannon (H), Evenness and
Brillouin indexes of soil microbial community with different growth time of Giant Juncao were significantly higher than CK.
The Shannon (H), Evenness and Brillouin indexes of soil microbial community planted with Giant Juncao between 2 and 3
years, 1 and 5 years had no significant differences. Generally, pH value, organic matter, alkali solution nitrogen, effective
phosphorus and rapidly鄄available potassium contents of soil planted with Giant Juncao were higher than CK. The content of
organic matter of soil planted with 3 years old Giant Juncao was higher than CK by 98. 20%. The content of alkaline
hydrolysis nitrogen of soil planted with 5 years old Giant Juncao was higher than CK by 93.2%. The organic matter and
alkali solution content of soil planted with 2, 3 and 5 years old Giant Juncao were significantly different to CK. The Giant
Juncao planted in barren hillside could enhance soil microbial community functional diversity and improve soil fertility to a
certain extent. Planting Giant Juncao in the Barren Hillside had certain positive ecological effect.
Key Words: giant juncao ( Pennisetum sp.); soil microbial community; functional diversity; soil fertility
摇 摇 1986年,福建农林大学发明了“以草代木冶栽培
食、药用菌技术,经过 20多年的研究和拓展,该技术
已发展形成菌草优良品种选育,菌草栽培与加工,菌
草生物转化(菌草栽培食、药用菌)及菌草综合利用
(包括菌草菌物饲料、菌草生物质材料、生物质能开
发,菌草生态治理等)的系列技术与工艺,称为菌草
技术。 菌草是指可作为食用菌、药用菌培养基并有
综合开发利用价值的草本植物。 菌草技术具有太阳
能利用率高、资源利用率高、投资少、周期短、见效快
等优点,利用菌草技术发展菌草业,既能增加农民收
入,脱贫致富,又能改善生态环境,把社会、经济、生
态三大效益有机结合起来。 菌草技术已传播到 87
个国家,已在我国 31 个省、市的 386 个县 (市)
应用[1鄄3]。
福建农林大学已筛选出 45 种菌草,其中巨菌草
(Pennisetum sp.)是在 2005—2007 年,福建农林大学
菌草研究所与南非夸祖鲁奈塔尔省开展菌草技术合
作期间,从南非引进的一种草,因当地生长时植株特
别高大,故暂定名巨菌草,隶属禾本科狼尾草属,多
年生,适宜在热带、亚热带、温带生长和人工栽培。
经初步试验,它与国内其他狼尾草存在一定区别,目
前正在申报新品种认定。 巨菌草属典型的 C4植物,
太阳能转化率是阔叶树的 4—7.46 倍,年产鲜草达
200—400 t / hm2, 粗蛋白含量高 (种植 4 周达
10郾 8%),其植株高大直立、丛生,一般为 3—5 m,测
得最高 7.08 m,根系发达,抗逆性强。 巨菌草具有适
应性强、利用期长、生物量高、营养价值和适口性好
等特点,其用途广泛,既可作为优质的食、药用菌生
5034摇 15期 摇 摇 摇 林兴生摇 等:荒坡地种植巨菌草对土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响 摇
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产原料(代替木屑栽培,不仅生物学效率高,而且品
质好),又可作为饲料(发展养殖,如养牛、羊、鹿、鹅、
鱼),还可利用其代煤发电,生产沼气及治理水土流
失等,是一种具有较大种植潜力和社会经济生态效
益的草种[4]。
土壤微生物的生理功能多样性和群落功能多样
性与地上植物生长有密切关系,一方面植物通过改
变土壤微生物群落特征影响土壤环境[5],另一方面
土壤微生物在土壤有机质分解和生态系统养分循环
的过程中发挥着关键作用,影响植被的发育与演
替[6]。 不同的植物对土壤微生物群落的影响不
同[7],土壤微生物群落功能多样性反映了土壤微生
物群落的生态特征,相关研究集中于施肥、农药、耕
作方式及不同群落对土壤生物群落功能多样性的影
响[8鄄10],也有关于转基因棉、化感水稻对土壤生物群
落功能多样性的报道[11],有研究表明稻草还田[12]、
不同腐熟程度有机物料[13]、玉米免耕秸秆覆盖[14]、
毛竹凋落物都会对土壤微生物群落功能多样性产生
影响。 此外,汪仲琼等[15]比较了人工和天然湿地芦
苇根际土壤细菌群落结构多样性;韩玉竹等[16]研究
了象草根际微生物的种类、数量和时空分布动态;曾
艳等[17]综述了互花米草对土壤生态系统的影响。
关于草与土壤肥力方面,前人研究了紫花苜蓿、百喜
草、红豆草、生草、稗草、多年生禾草对土壤肥力的影
响,认为果园生草具有保持水土,优化果园生态环
境,提高土壤肥力等优点[18鄄21]。 目前尚未见关于巨
菌草对土壤微生物群落功能多样性及肥力影响的报
道,本文研究了在荒坡地种植巨菌草对土壤微生物
群落功能多样性及土壤肥力的影响,旨在为荒坡地
发展巨菌草提供科学依据,以期在开发利用巨菌草
时,能形成社会、经济、生态三大效益共赢。
1摇 材料与方法
1.1摇 试验地概况
试验地点在福建省闽清县丰达生态农业大观园
菌草示范基地,地理坐标为 25毅55忆—26毅33忆N, 118毅
30忆—119毅01忆E,年降水量 1400—1900 mm,年均气温
19.7 益,境内年平均地面温度为 21—23 益,最高值
平均为 37.3 益,最低值平均为 15.3 益,极端高温曾
达 40 益,极端低温-7 益。 福建闽清丰达生态农业
大观园原为荒山荒坡地,后逐步开发为生态农业园,
2006年该基地通过福建太阳草生物技术有限公司从
福建农林大学引进巨菌草并在荒坡地种植,采用扦
插法,将巨菌草茎秆截成段,每段 2 节,株行距为 60
cm伊80 cm。 此后该基地每年均种植巨菌草,用于园
内的水土保持、食用菌种植、牛羊鱼饲养和旅游观
光等。
1.2摇 样地设置与样品采集
在福建闽清丰达生态农业大观园菌草示范基
地,土壤分别取自种植于荒坡生长年限不同(1、2、3、
5a)的巨菌草草地和未种植巨菌草的对照地,分别选
择 3块具有代表性的草地,每块草地面积为 1 m 伊 1
m,先除去地表的凋落物层,然后采用 5 点梅花法取
样,垂直钻取 0—20 cm 的土壤,充分混匀,除去植物
残体、根系、石块等杂物,用无菌自封袋封装。 将土
样分为 2组: 一组土样置于 4 益的冰箱,用于测定土
壤微生物群落功能多样性,另一组土样风干后用于
测定土壤养分。
1.3摇 研究方法
1.3.1摇 Biolog鄄Eco分析
采用 31 种碳源的生态板(Biolog鄄Eco)分析微生
物群落的代谢特征,生态板有 96 个孔,3 份重复,每
份重复有 32孔(包括 31 个单一碳源孔和 1 个对照
孔)。 称取 10 g鲜土(称量前测量含水量),加入 90
ml无菌生理盐水中稀释,用摇床振荡 30 min, 静止
沉淀 3—5 min,然后进行 100 倍稀释,以每孔 150 滋L
稀释液加入微孔板中,将制备好的菌悬液倒入无菌
移液槽中,使用八孔移液器将其接种于微平板的 96
孔中。 接种好的微平板放到铺有 6 层纱布的塑料盒
中,为防止微平板鉴定孔中的菌悬液挥发,纱布保持
一定的湿度,塑料盒用保鲜膜包裹,保鲜膜上用注射
针头扎若干个小眼,以保证微生物的培养所需要的
氧气,Eco 生态板置于 30 益恒温箱避光培养,分别
于培养 24、48、72、96、120、144 h 时用 ELISA 反应微
平板读数器在 590 nm 处读取吸光值。
1.3.2摇 颜色平均变化率测定
土壤微生物群落 ELSIA反应采用 Biolog鄄Eco 平
板每 孔 平 均 颜 色 变 化 率 ( Average Well Color
Development, AWCD)表示
AWCD = 移(C - R) / n
式中,C为所测定的碳源孔的吸光值,R 为对照孔的
吸光值,n为培养基碳源种类数(本研究中为 31)。
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1.3.3摇 土壤微生物群落功能多样性指数计算
以培养 96 h土壤微生物利用单一碳源的 AWCD
情况,参照植物生态学中的方法[8]计算:
Shannon指数摇 H忆= -移
s
i = 1
ni lnni
Simpson指数摇 J= 1-移
s
i = 1
[ni(ni - 1) / N(N - 1)]
Brillouin指数
H=(1 / N) ln [N! / (n1! n2! n3! …)]
McIntosh指数摇 DMC =(N- 移
s
i = 1
ni ) / (N- N )
Shannon均匀度摇 E=H忆 / lnS
McIntosh均匀度指数摇 E =(N-DMC) / N - N / S
式中,S为颜色变化孔的数目;ni为第 i 孔的相对吸
光值,N为吸光值总和。
1.3.4摇 土壤理化性质分析
有机质采用 K2 CrO7容量法测定,速效钾采用
NH4OAc 浸提鄄火焰光度法测定,有效磷采用钼锑抗
比色法测定,碱解氮采用碱解扩散法测定。
1.4摇 数据统计分析
数据统计、主成分分析采用 SPSS16.0 软件,主
成分作图用 Canodraw软件。
2摇 结果与分析
2.1摇 不同生长年限的巨菌草土壤微生物功能多样
性的 Biolog分析
2.1.1摇 碳源平均颜色变化率(AWCD)随时间变化
随培养时间延长,土壤微生物对不同碳源的利
用程度增大,培养 72—96 h 变化最明显,培养 144 h
后各土壤 AWCD值均达到最大值。 不同生长年限巨
菌草土壤微生物对多聚物、氨基酸代谢的 AWCD 值
大小依次为:2年生> 3 年生> 1 年生> 5 年生>CK,
最高的是 2年生,培养 144 h 多聚物、氨基酸代谢的
AWCD分别是 CK 的 1.98 倍、1.75 倍;对羧酸、酚酸
代谢的 AWCD 值大小依次为:2 年生> 1 年生> 5 年
生>3年生> CK,最高的是 2 年生,培养 144 h 羧酸、
酚酸代谢的 AWCD分别是 CK的 1.68倍、2.00倍;对
糖类代谢的 AWCD 值大小依次为:3 年生> 2 年生>
5年生>1年生>CK,最高的是 3 年生,培养 144 h 的
AWCD是 CK的 2.18 倍;对胺类代谢的 AWCD 值大
小依次为:3年生> 2 年生> 1 年生> 5 年生>CK,最
高的是 3年生,培养 144 h 的 AWCD 是 CK 的 2.96
倍。 综合看不同生长年限的巨菌草土壤 AWCD 值大
小依次为:2年生> 3 年生> 1 年生> 5 年生>CK,不
同生长年限的巨菌草土壤 AWCD 值均比对照高,且
差异显著,2年生 AWCD 值最高,其次为 3年生,1年
生、5年生巨菌草土壤 AWCD值差异不显著(图 1)。
2.1.2摇 不同生长年限巨菌草土壤微生物利用碳源主
成分分析
根据培养 96 h 土壤微生物利用单一碳源的
AWCD值,对不同土壤微生物利用单一碳源特性进
行主成分分析,结果表明,从 31 个碳源中提取的与
土壤微生物碳源利用相关的主成分 8 个,其中主成
分 1至主成分 8 分别能够解释变量方差的 25.39%、
18. 89%、 11. 28%、 9. 31%、 6. 84%、 5. 60%、 5. 26%、
4郾 71%,合计解释变量方差的 87.27%。 CK全部分布
于主成分 1、2的负端,除了 5年生巨菌草外,1 年生、
2年生巨菌草主要分别于主成分 1 的负端和主成分
2的正端,3年生巨菌草主要分布于主成分 1 的正端
和主成分 3的负端,均与 CK差异显著(p<0. 05),主
成分 1、主成分 2能够区分不同生长年限巨菌草土壤
的微生物群落特征,2 年生、3 年生巨菌草土壤微生
物功能多样性与 CK 相比,发生了显著的变化(图
2)。 对主成分的得分系数与单一碳源 AWCD 进行
相关分析表明,与主成分 1 显著相关的碳源主要是
糖类(D鄄木糖 D鄄xylose、茁鄄甲基鄄D鄄葡萄糖 茁鄄Methyl鄄
D鄄glucose、葡萄糖鄄1鄄磷酸 Glucose鄄1鄄Phosphate),氨基
酸(L鄄精氨酸 L鄄Arginine、谷氨酰鄄L鄄谷氨酸 Glycyl鄄L鄄
Glutamic acid),羧酸(D鄄苹果酸 D鄄Malic acid)和多聚
物(D鄄甘露醇 D鄄Mannitol),与主成分 2 显著相关的
碳源主要是氨基酸(L鄄丝氨酸 L鄄serine)。
2.1.3摇 不同生长年限巨菌草土壤微生物利用培养基
的多样性指数[13]
土壤微生物群落利用碳源类型的多与少可以用
各种的多样性指数表示。 从表 1 可看出,McIntosh
指数不能区分不同生长年限巨菌草土壤微生物群落
利用碳源类型的多与少差异,Simpson 指数不能区分
不同生长年限巨菌草土壤微生物群落利用碳源类型
的差异,Shannon (H)、均匀度、Brillouin 均能在一定
程度上反映不同生长年限巨菌草土壤的利用碳源类
型差异,不同生长年限的巨菌草在 Shannon (H)、均
匀度、 Brillouin 指数均高于 CK,且差异显著 ( P <
0郾 05),2年生与 3 年生差异不显著,1 年生与 5 年生
7034摇 15期 摇 摇 摇 林兴生摇 等:荒坡地种植巨菌草对土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响 摇
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差异不显著。
图 1摇 不同生长年限巨菌草土壤微生物碳源平均颜色变化率(AWCD)
Fig.1摇 AWCD of carbon sources of soil microbes of Giant Juncao with different growth years
图 2摇 不同生长年限巨菌草土壤微生物利用碳源主成分
Fig.2摇 The principal component of carbon source utilization of soil microbes of Giant Juncao with different growth years
8034 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 1摇 不同生长年限的巨菌草土壤微生物利用培养基多样性指数
Table 1摇 Diversity index of the culture medium utilization of soil microbes of Giant Juncao with different growth years
生长年限
Growth years
辛普森
Simpson(J)
香农
Shannon(H)
均匀度
Evenness
布里渊
Brillouin
麦金塔
McIntosh(DMC)
对照 CK 0.9781依0.0103 a 4.2733依0.0615 c 0.8626依0.0124 c 2.6708依0.0916 c 0.9819依0.0022 a
1年生 1鄄year 0.9992依0.0015 a 4.3699依0.0597 b 0.8942依0.0121 b 3.061依0.1726 b 0.9979依0.0048 a
2年生 2鄄year 0.9937依0.001 a 4.5701依0.104 a 0.9225依0.021 a 3.2807依0.0836 a 1.0434依0.024 a
3年生 3鄄year 0.9941依0.0028 a 4.4589依0.0065 ab 0.9 依0.0013 ab 3.168依0.0428 ab 0.9842依0.0074 a
5年生 5鄄year 1.0061依0.0008 a 4.3445依0.0439 b 0.8969依0.0089 b 2.8668依0.034 b 1.0153依0.0021 a
摇 摇 同列不同小写字母表示差异显著(P<0. 05)
2.2摇 巨菌草不同生长年限对土壤肥力的影响
除 3年生巨菌草的速效钾含量外,不同生长年
限巨菌草的土壤的 pH值及有机质、碱解氮、有效磷、
速效钾的含量总体上均比未种植菌草的土壤(CK)
高,其中 3年生巨菌草的土壤有机质最高,比对照高
98.20%除 1年生巨菌草外,与对照比均差异显著;5
年生巨菌草土壤的碱解氮为 160.40 mg / kg,比对照
高 93.2%,除 1 年生巨菌草外,与对照比均差异显
著;1 年生、5 年生巨菌草土壤的有效磷含量与对照
差异显著,2 年生、3 年生巨菌草土壤的有效磷含量
与对照差异不显著;不同生长年限巨菌草土壤的速
效钾与对照差异不显著。 结果表明,种植巨菌草能
在一定程度上提高土壤肥力(表 2)。
表 2摇 不同生长年限巨菌草的土壤肥力测定
Table 2摇 Soil fertility determination of Giant Juncao with different growth years
生长年限
Growth years
土壤 pH
Soil pH
有机质 / %
Organic matter
碱解氮 / (mg / kg)
Alkali solution
nitrogen
有效磷 / (mg / kg)
Effective phosphorus
速效钾 / (mg / kg)
Rapidly鄄available
potassium
对照 CK 4.46依0.08 b 1.69依0.64 b 83.00依18.23 c 7.00依4.50 b 115.27依97.57 a
1年生 1鄄year 4.61依0.32 b 2.14依0.13 b 91.30依8.30 bc 19.80依2.00 a 123.30依16.10 a
2年生 2鄄year 4.86依0.47 b 3.14依0.17 a 158.50依11.10 a 11.30依1.20 b 145.60依45.83 a
3年生 3鄄year 6.82依0.18 a 3.35依0.15 a 108.70依8.10 b 8.19依0.16 b 104.20依5.50 a
5年生 5鄄year 4.61依0.28 b 3.12依0.22 a 160.40依7.50 a 18.10依2.10 a 128.00依12.50 a
3摇 讨论与结论
3.1摇 不同生长年限巨菌草对土壤微生物群落多功
能性的影响
互花米草、大米草是外来入侵物种,福建农林大
学通过菌草生物转化技术,已可将其用于栽培食、药
用菌,可化害为利,互花米草、大米草和巨菌草均是
可利用的菌草。 左平等认为互花米草和大米草在保
滩护岸、促淤造陆、改良土壤等方面产生生态正效
应,从此种意义上讲,大米草和互花米草是优秀的植
物种质资源[22]。 目前关于巨菌草的相关研究鲜有
报道,为此,笔者以互花米草等草类的相关研究作
比较。
清华等[23]、周虹霞等[24]研究认为,互花米草的
高生物量和高生产力为土壤微生物提供丰富的碳
源,与光滩相比,互花米草所在的土壤中有更多微生
物赖以生长的碳源种类,其生长的土壤中的微生物
量也相应较高。 Batten 等[25]报道互花米草地上部分
群落密度大,极大影响地下微生物群落;王蒙[26]报
道互花米草的生长会使裸滩土壤微生物增加;Ravit
等[27]研究表明互花米草发达的根系对土壤微生物
群落结构有显著影响。 巨菌草同样具有高的生物量
和发达的根系,本研究也表明与未种植巨菌草的荒
坡比,在荒坡上种植巨菌草后会显著改变土壤微生
物群落功能的多样性。
Biolog技术,是以微孔板碳源利用为基础的定量
分析方法,为研究微生物群落功能多样性提供了一
种更简单、更快速的方法, 已广泛应用于评价土壤
微生物群落的功能多样性。 土壤微生物利用碳源的
能力和代谢活性的大小可通过 AWCD 反映出来,其
值越高,土壤中微生物群落代谢活性也就越高[28]。
孟庆杰等[29]研究了草地、农田和裸地等 3 个的生态
9034摇 15期 摇 摇 摇 林兴生摇 等:荒坡地种植巨菌草对土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响 摇
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系统土壤微生物功能多样性的动态变化,结果表明,
土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)和 Shannon 多
样性指数均表现为草地最高,农田次之,裸地最低。
本研究结果得出在荒坡上种植巨菌草比相同土壤条
件未种植巨菌草的荒坡土壤微生物 AWCD 高。 但时
鹏等[9]研究显示长期耕作加大了对土壤的扰动,破
坏土壤结构,未干扰的撂荒土壤微生物碳源利用活
性高土壤微生物多样性指数显著高于其他耕作
处理。
利用主成分分析,可以比较不同处理间土壤微
生物碳源利用的差异[9]。 本研究发现,主成分 1、主
成分 2解释了大部分的变异,CK全部分布于主成分
1、2的负端,除了 5 年生巨菌草外,1 年生、2 年生巨
菌草主要分别于主成分 1 的负端和主成分 2 的正
端,3年生巨菌草主要分布于主成分 1的正端和主成
分 3的负端,均与 CK差异显著(P<0. 05), 2年生、3
年生巨菌草土壤微生物功能多样性与 CK相比,发生
了明显的变化,不同生长年限的巨菌草草地土壤微
生物的碳源利用能力均与对照差异显著,种植巨菌
草对土壤微生物产生较大影响。
3.2摇 不同生长年限巨菌草对土壤肥力的影响
本研究结果显示,在荒坡地种植巨菌草,随生长
年限增加,土壤有机质含量呈先升后降趋势,但均比
同一土壤条件未种植巨菌草的荒坡高,这与生草、花
互米草的相关研究结果基本一致。 孙霞等[19]报道
生草能提高 0—60 cm 土层有机质含量,种植禾本科
牧草有机质年积累 0.11%,豆科牧草年积累 0.15%,
随着生草年限的增加较深土层土壤有机质也趋于增
加。 在崇明滩的调查研究发现,互花米草群落的氮
库比本地群落海三棱藨草和芦苇高[30];江苏沿海互
花米草入侵碱蓬带的研究显示,互花米草入侵 8—14
a,其土壤有机碳比本地植物碱蓬生长的土壤升高
27.0%—69.6%[31]。 荒坡上种植巨菌草能提高土壤
有机质,可能是由于巨菌草根系发达,能改善土壤颗
粒结构,此外巨菌草落叶等植物残体,增加了土壤腐
殖质,在微生物作用下形成矿质营养逐渐向土壤淋
析,补充了土壤营养,这类似于作物残体还田的作
用,作物残体可培肥土壤、保持及提高土壤有机质含
量。 研究表明,作物残体施入土壤后,显著影响土壤
有机质组成[7],可提高土壤孔隙度,降低容重,改善
土壤通透性和保水保肥性能,增强土壤缓冲性。
Hooker 等[32]研究发现,玉米秸秆还田,显著增加了
常规耕作土壤中有机碳的含量。 现有研究表明,互
花米草入侵光滩和草本植物滩涂,使得土壤全磷含
量升高。 王红丽等[33]报道互花米草入侵崇明东滩
潮滩芦苇湿地,芦苇、米草共生区土壤全磷含量(0.7
g / kg)大于芦苇湿地(0.3 g / kg),互花米草入侵红树
林湿地,土壤全磷含量升高。 孙霞等[19]报道生草对
N、P、K 营养的影响主要表现在 0—40 cm 土层,生草
能提高 0—40 cm 土层水解 N、速效 P 及速效 K 含
量。 本研究也得出了相似的结果,在荒坡地种植巨
菌草在一定程度上能提高土壤碱解氮、有效磷、速效
钾的含量。
3.3摇 结论
生长年限为 2、3a 的巨菌草土壤微生物群落功
能多样性及土壤有机质含量最高,表明在荒坡上种
植巨菌草 2—3a,可以显著增加荒坡地土壤微生物群
落功能多样性,同时有利于提高土壤肥力。 笔者对
巨菌草的相关研究显示,种植巨菌草可明显影响群
落的植物多样性,提高昆虫多样性[34],本研究则表
明巨菌草与互花米草、大米草等菌草一样具有一定
的改良土壤的功能,同时对土壤微生物及其功能多
样性产生影响,总的来说,巨菌草可产生一定的生态
正效应。
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