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Effects of afforestation on soil microbial community structure in the arid valley of Minjiang River

岷江干旱河谷造林对土壤微生物群落结构的影响



全 文 :
          生 态 学 报
              (SHENGTAI XUEBAO)
    第 34卷 第 4期    2014年 2月  (半月刊)
目    次
前沿理论与学科综述
富营养化湖泊溶解性有机碳生物可利用性研究进展 叶琳琳,孔繁翔,史小丽,等 (779)………………………
黄河下游平原农业景观中非农生境植物多样性 卢训令,梁国付,汤  茜,等 (789)……………………………
个体与基础生态
锰胁迫对杠板归细胞超微结构的影响 王  钧,邬  卉,薛生国,等 (798)………………………………………
不同渗氧能力水稻品种对砷的耐性和积累 吴  川,莫竞瑜,薛生国,等 (807)…………………………………
弱光下水分胁迫对不同产地披针叶茴香幼苗生理特性的影响 曹永慧,周本智,陈双林 (814)…………………
不同分枝数对桑树幼苗生长发育的影响 郇慧慧,胥  晓,刘  刚,等 (823)……………………………………
斑膜合垫盲蝽若虫在国槐上的空间分布型及抽样技术 朱惠英,沈  平,吴建华,等 (832)……………………
连作苹果园土壤真菌的 T⁃RFLP 分析 尹承苗,王功帅,李园园,等 (837)………………………………………
棉隆对苹果连作土壤微生物及平邑甜茶幼苗生长的影响 刘恩太,李园园,胡艳丽,等 (847)…………………
两株具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选及其特性 孙  凯,刘  娟,李  欣,等 (853)………………
种群、群落和生态系统
温度对柑橘始叶螨实验种群生长发育繁殖的影响 李迎洁,王梓英,张国豪,等 (862)…………………………
高原鼠兔有效洞穴密度对青藏高原高寒草甸群落植物生态位的影响 贾婷婷,毛  亮,郭正刚 (869)…………
三工河流域琵琶柴群落特征与土壤因子的相关分析 赵学春,来利明,朱林海,等 (878)………………………
岷江干旱河谷造林对土壤微生物群落结构的影响 王卫霞,罗  达,史作民,等 (890)…………………………
滩涂围垦和土地利用对土壤微生物群落的影响 林  黎,崔  军,陈学萍,等 (899)……………………………
福寿螺对稻田水生植物群落结构的影响 赵本良,章家恩,戴晓燕,等 (907)……………………………………
4种木本植物在潜流人工湿地环境下的适应性与去污效果 陈永华,吴晓芙,郝  君,等 (916)………………
基于静态箱式法和生物量评估海北金露梅灌丛草甸碳收支 李红琴,李英年,张法伟,等 (925)………………
初始 pH值对碱性和酸性水稻土微生物铁还原过程的影响 吴  超,曲  东,刘  浩 (933)……………………
景观、区域和全球生态
库姆塔格柽柳沙包年层稳定碳同位素与气候环境变化 张锦春,姚  拓,刘长仲,等 (943)……………………
资源与产业生态
大棚甜瓜蒸腾规律及其影响因子 张大龙,常毅博,李建明,等 (953)……………………………………………
盐胁迫下荒漠共生植物红砂与珍珠的根茎叶中离子吸收与分配特征 赵  昕,杨小菊,石  勇,等 (963)……
普通鹿蹄草品质与根际和非根际土壤的关系 耿增超,孟令军,刘建军 (973)……………………………………
作物种植前后土壤有机质及养分因子的空间变异分析 方  斌,吴金凤 (983)…………………………………
城乡与社会生态
城市河流健康评价指标体系构建及其应用 邓晓军,许有鹏,翟禄新,等 (993)…………………………………
西藏生态足迹与承载力动态分析 安宝晟,程国栋 (1002)…………………………………………………………
研究简报
三峡库区岸坡消落带草地、弃耕地和耕地土壤微生物及酶活性特征 马  朋,李昌晓,雷  明,等 (1010)……
盐胁迫对 2种栎树苗期生长和根系生长发育的影响 王树凤,胡韵雪,孙海菁,等 (1021)………………………
恒温和变温驯化对大蟾蜍蝌蚪热耐受性的影响 王立志 (1030)…………………………………………………
学术信息与动态
国际生物土壤结皮研究发展态势文献计量分析 贺郝钰,侯春梅,迟秀丽,等 (1035)……………………………
期刊基本参数:CN 11⁃2031 / Q∗1981∗m∗16∗264∗zh∗P∗ ¥ 90􀆰 00∗1510∗30∗2014⁃02
􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒
封面图说: 大蟾蜍蝌蚪群———大蟾蜍别名癞蛤蟆,体长达 10cm以上,身体肥胖,四肢短,步态及齐足跳的姿势具特征性。 其背
部皮肤厚而干燥,通常有疣,呈黑绿色,常有褐色花斑,趾间具蹼。 毒腺在背部的疣内,受惊后毒腺分泌或射出毒液。
大蟾蜍早春在水中繁殖,可迁移至 1.5km外或更远的适合繁殖的池塘,产卵量很大,产卵数天后蝌蚪即可孵出,1—3
个月后发育为蟾。 大蟾蜍常作为实验动物或药用动物,其耳后腺和皮肤腺的白色分泌物可制成“蟾酥”,可治疗多种
疾病。 研究表明,大蟾蜍蝌蚪最高逃避温度和最高致死温度比最适温度产生的影响要大。
彩图及图说提供: 陈建伟教授  北京林业大学  E⁃mail: cites.chenjw@ 163.com
第 34 卷第 4 期
2014年 2月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.4
Feb.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家“十二五冶科技支撑计划课题资助项目(2012BAD22B0102); 中国科学院碳专项课题资助项目(XDA05060100)
收稿日期:2013鄄06鄄09; 摇 摇 修订日期:2013鄄09鄄22
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: shizm@ caf.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201306091499
王卫霞, 罗达, 史作民, 李东胜, 唐敬超, 刘世荣, 刘千里, 何建社.岷江干旱河谷造林对土壤微生物群落结构的影响.生态学报,2014,34(4):
890鄄898.
Wang W X, Luo D, Shi Z M, Li D S, Tang J C, Liu S R, Liu Q L, He J S.Effects of afforestation on soil microbial community structure in the arid valley
of Minjiang River.Acta Ecologica Sinica,2014,34(4):890鄄898.
岷江干旱河谷造林对土壤微生物群落结构的影响
王卫霞1,2, 罗摇 达1, 史作民1,*, 李东胜1, 唐敬超1, 刘世荣1, 刘千里3, 何建社3
(1. 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所, 国家林业局森林生态环境重点实验室, 北京摇 100091;
2. 新疆农业大学林学与园艺学院,乌鲁木齐摇 830052; 3. 四川省阿坝州科学技术研究院林科所,汶川摇 623000)
摘要:为了探讨不同造林时间和立地条件对土壤微生物群落结构的影响,采用磷脂脂肪酸(PLFAs)法测定了岷江干旱河谷地区
不同造林时间(2002、2006和 2011年)及不同立地条件(退耕地和宜林荒山地)营建的岷江柏人工林土壤微生物生物量及群落
结构的变化情况。 结果表明:由于造林时间较短,不同造林时间的人工林间土壤化学性质没有差异,但土壤微生物生物量和各
菌群生物量差异显著,且随着造林时间的增加而增加。 不同立地条件下则表现为退耕还林地土壤微生物生物量和各菌群生物
量较高。 说明土壤微生物对外界因素变化的反映更灵敏。 相关性分析结果显示土壤全氮含量与土壤微生物生物量及各菌群生
物量显著相关,是影响土壤微生物群落结构的关键因素。
关键词: 土壤微生物;磷脂脂肪酸;造林;立地条件;干旱河谷
Effects of afforestation on soil microbial community structure in the arid valley of
Minjiang River
WANG Weixia1,2, LUO Da1, SHI Zuomin1,*, LI Dongsheng1, TANG Jingchao1, LIU Shirong1, LIU Qianli3,
HE Jianshe3
1 Key Laboratory on Forest Ecology and Environmental Sciences of State Forestry Administration, Institute of Forest Ecology, Environment and Protection,
Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
2 Collage of Forestry and Horticulture, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China
3 Sichuan Aba Autonomous Prefecture Science and Technology Institute, Wenchuan 623000, China
Abstract: In order to explore the effects of afforestation on soil microbial community structures in the arid valley of Minjiang
River, we selected different plantations with different cultivation years and site conditions to investigate soil microbial
biomass and community structures by phospholipid fatty acids ( PLFAs) method. The results showed that soil chemical
properties were different among the types but not significant due to their short plantation time, while the soil microbial
biomass increased significantly with the plantation time. For plantations with different site conditions, soil microbial biomass
was higher in the plantation returned from farmland. The findings of above indicate that the response of microbial to
environmental changes is more sensitive than that of soil chemical properties. Soil microbial biomass had significant
correlation with soil total nitrogen content. It suggests that soil total nitrogen content is the key factor affects the soil
microbial community structures in these plantations.
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Key Words: soil microorganism; phospholipid fatty acids (PLFAs); afforestation; site conditions; arid valley
摇 摇 岷江干旱河谷是我国西南地区典型的生态脆弱
区,常年来由于受自然地理因素和人类活动的影响,
造成该区水土流失严重[1鄄2]。 因此,以往对岷江干旱
河谷的研究更多的是关注该区的植被恢复和生态重
建问题[3鄄4],对在植被恢复和重建中具有重要作用的
土壤的研究则相对较少,特别是从土壤微生物群落
结构的角度探讨该区域不同造林时间和立地条件对
土壤生态系统影响的研究则更为鲜见。 土壤是陆地
生态系统中物质循环、能量转换和信息传递的核心
区域,而土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部
分,在有机质的形成和分解、养分循环与转化、土壤
肥力演替等方面起重要作用[5]。 围绕造林与植被恢
复重建对土壤微生物的影响国内外已开展了一些研
究,Cao等[6]采用磷脂脂肪酸法研究了我国南亚热
带地区不同造林时间的桉树人工林土壤微生物群落
结构的差异,胡婵娟等[7]研究了黄土丘陵沟壑区不
同植被类型对土壤微生物的影响。 而 Wardle 和
Blouin等[8鄄9]研究认为土壤微生物既受地上植被的
影响,又通过其自身性质的改变反过来作用于植被,
与植被形成相互作用的反馈体系。 土壤中微生物生
物量越高,微生物群落活跃程度越高,一定程度上代
表着土壤具有越强的物质循环能力和支持植被生长
发育的养分供应能力。 研究植被恢复不同年限和不
同土地利用方式下土壤微生物特征的差异性对于提
高土壤肥力,合理和可持续地利用土壤资源具有重
要意义[10鄄11]。
本文通过对岷江干旱河谷区不同造林时间的岷
江柏(Cupressus chengiana)人工林及不同立地条件下
的岷江柏人工林土壤微生物生物量和微生物群落结
构组成进行研究,旨在揭示不同立地条件及不同造
林时间的人工林对土壤微生物的影响,进而探索植
被与土壤系统的关系,为该区植被恢复状况的评价
提供理论依据。
1摇 研究方法
1.1摇 研究区自然概况
研究地点位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县
熊耳山林区,该区是典型的岷江干旱河谷区,属于典
型的高山峡谷区。 该地区年均气温约 12益,全年日
照时数在 1200—2000h,年均降水量为 584mm,年均
蒸发量为 1399mm,蒸发量约为降雨量的 2.4 倍[12]。
该区土壤主要以山地燥褐土为主[13]。 天然林保护
工程和退耕还林还草工程实施以来,该区森林全面
禁伐封育,部分退耕地也进行了人工造林,形成了次
生林、不同造林时间的人工林、退耕还林地和由林地
开垦而来的农地等多样的土地利用类型。
1.2摇 实验设计和野外样品采集
在较平缓的地段,选择坡向和土壤类型基本相
同但造林时间差异的 2002 年岷江柏人工林(1)、
2006年岷江柏人工林(2)和 2011 年岷江柏人工林
(3),它们均是在宜林荒山上营造的人工林。 另外,
选取林龄相似或相同但立地条件不同的 2003 年岷
江柏人工林(4)和 2005 年岷江柏人工林,其中 2003
年岷江柏人工林为退耕地上营造的人工林,2005 年
岷江柏人工林则是在宜林荒山上营造的人工林。 由
于立地条件及林分长势的差异,将 2005 年岷江柏人
工林又进一步分为下坡长势较差(5)和上坡长势较
好(6)两种类型。 各造林地林下灌草植被差别并不
大,2002 年人工林下主要灌木以川甘亚菊( Ajania
potaninii)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum)为优势种,均
高为 0.47m,灌木总盖度约为 59%;草本则主要以披
针苔草为优势种,均高为 0.20m,草本总盖度为 22%;
2006年人工林下灌木主要以铁杆蒿为优势种,均高
为 0.47m,灌木总盖度约为 62%;草本则主要以细柄
草 ( Capillipedium parviflorum ) 为优势种, 均高为
0郾 37m,草本总盖度为 40%;2011 年人工林下灌木主
要以铁杆蒿为优势种,均高为 0.40m,灌木总盖度约
为 64%;草本则主要以披针苔草为优势种,均高为
0郾 17m,草本总盖度为 20%; 2003年人工林下灌木主
要以铁杆蒿、光果莸 (Caryopteris tangutica)为优势
种,均高为 0.53m,灌木总盖度约为 30%;草本则主要
以细柄草为优势种,均高为 0. 11m,草本总盖度为
28%;2005年人工林下灌木主要以白刺花(Sorphora
davidi)为优势种,均高为 0. 47m,灌木总盖度约为
57%;草本则主要以糙野青茅(Deyeuxia scabrescens)
为优势种,均高为 0.36m,草本总盖度为 40%。 各样
地岷江柏生长情况和样地的基本情况见表 1。
2012年 9月,在每种人工林地中按坡位上、中、
198摇 4期 摇 摇 摇 王卫霞摇 等:岷江干旱河谷造林对土壤微生物群落结构的影响 摇
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下分别随机设置 4个 20m 伊 20m的样地。 每个样地
内,按梅花布点采用 5点混合取样法,取 0—20cm土
壤立即装入冷藏箱,于当日带回实验室。 挑出土壤
样品中大的石砾、植物根系等杂物后,过 2mm 筛,分
两份装入袋内,一份置于 4益低温储存,用于土壤微
生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)的
测定以及土壤 pH、养分含量等的测定;另一份置于
-20益冷冻储存,用于 PLFAs的测定。
表 1摇 林分基本情况
Table 1摇 General information of the plantations with different years or site conditions
土地利用类型
Land use types
编号
Number
林龄
Age / a
平均树高
Mean tree height / m
(mean(SE))
平均基径
Mean basal diameter / cm
(mean(SE))
平均冠幅
Average crown / cm
海拔
Altitude / m
2002年人工林 The plantation of 2002 1 10 3.30(0.20) 5.84(0.30) (79.06, 78.30) 2380
2006年人工林 The plantation of 2006 2 6 1.41(0.04) 2.61(0.09) (39.55, 39.91) 2336
2011年人工林 The plantation of 2011 3 1 0.57(0.02) 1.11(0.08) (23.34, 21.61) 2262
2003年人工林 The plantation of 2003 4 9 4.17(0.11) 5.39(0.17) (105.98, 95.71) 2249
2005年人工林 The plantation of 2005 5 7 1.15(0.05) 2.03(0.07) (35.08, 35.47) 2331
2005年人工林 The plantation of 2005 6 7 2.51(0.08) 4.52(0.14) (59.51, 62.64) 2260
1.3摇 样品分析
1.3.1摇 土壤化学性质的测定
土壤 pH值的测定采用玻璃电极进行测定;土壤
有机碳(SOC)含量采用重铬酸钾外加热法测定;土
壤全氮(TN)采用凯氏定氮法进行测定;全磷(TP)采
用钼锑抗比色法测定;全钾(TK)含量采用原子吸收
分光光度计法测定[14]。
1.3.2摇 微生物生物量碳、氮测定
土壤微生物生物量碳(MBC)和土壤微生物生物
量氮(MBN)的测定采用氯仿熏蒸浸提法测定[15],其
中熏蒸处理为 25益真空条件下培养 48h,提取过程
浸提液采用 0.5mol L-1K2SO4。 分别采用全有机碳自
动分析仪(TOC鄄VCPH 全有机碳自动分析仪)测定上
述浸提方法得到的滤液中的有机碳和全氮。 MBC
(mg / kg)和 MBN(mg / kg)分别由下式求得[16鄄17]:
MBC=EC伊2.22
MBN=EN伊2.22
式中,EC、EN分别为熏蒸与未熏蒸土样浸提液中有机
碳、全氮的差值;2.22为校正系数。
1.3.3摇 微生物群落结构组成的测定
土壤微生物群落结构组成的测定采用磷脂脂肪
酸法(PLFAs)。 采用的方法是 Bossio 和 Scow[18]在
Bligh 和 Dyer[19]的方法基础上修正而来。 具体步骤
如下:称取相当于 8g干土重的鲜土(土壤过 2mm 筛
后,人工挑出残存的根、凋落物碎屑及小石粒),加入
甲醇鄄氯仿鄄磷酸缓冲液(2颐1颐 0.8),置于 35mL Teflon
瓶中振荡 2h。 然后在 25益 下,离心 10min ( 2500
r / min)。 加入 12mL CHCl3和 12mL磷酸缓冲液到分
离漏斗。 同时将离心上清液倒入分离漏斗。 对于离
心后的样品,加 23mL提取液于离心管中的剩余土壤
中,涡流搅拌并在振荡器上摇动 0.5h,然后在 25益
下,离心 10min(2500r / min)。 将离心上清液倒入对
应的分离漏斗。 摇动分离漏斗 2min,静置过夜。 第
2天打开漏斗活塞,将分离漏斗中的下层溶液放入大
口径的长玻璃试管,在 30—32益的水浴中用 N2吹干
氯仿浓缩磷脂,然后转入硅胶柱(BondElut; Varian,
Palo. Alto, CA)。 分别用氯仿,丙酮和甲醇冲洗硅胶
柱,弃去氯仿和丙酮洗出液(分别是糖脂脂肪酸和中
性脂肪酸)。 甲醇洗出液即含有磷脂脂肪酸的液体。
将甲醇洗出液吹干(N2 32益),依次加入 1mL 甲醇鄄
甲苯(1颐1 mol / L)和 1mL 0.2mol / L KOH 甲醇溶液,
振荡混匀,37益水浴 15min,冷却后加入 0郾 3mL 醋
酸,2mL 正己烷和 2mL 去离子水,在低速下振荡
10min,用移液枪将上层移至一次性螺口小管。 再加
2mL正己烷,摇动 10min 后再用移液枪将上层移至
对应的螺口小管中。 最后用 N2吹干。 然后用加有内
标(C19:0)的正己烷溶解后,用安捷伦 6890 气相色
谱仪 ( Hewlett鄄Packard 6890,安捷伦,美国) 进行
测定。
计算细菌和真菌等 PLFAs 的绝对( nmol / g 干
重)和相对(mol%)浓度。 以每种磷脂脂肪酸的百分
比反映各样品中细菌、真菌和放线菌等的相对含量。
以磷脂脂肪酸的总浓度(nmol / g 干重)表示微生物
的生物量[20鄄22]。
298 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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在本研究中,14:0, i14:0, i15:0, a15:0, 15:0,
i16:0, 16:1棕7c, 10Me16:0, i17:0, a17:0, 17:0,
cy17:0, 10Me17:0, 18:1棕7c, cy19:0 用来指示细
菌[23],i14:0, i15:0, a15:0, i16:0, a17:0 和 i17:0
用来指示革兰氏阳性菌 ( G+ ), 14: 0, 15: 0,
16:1棕7c, 17:0, cy17:0 和 cy19:0 用来指示革兰氏
阴性菌(G-) [24],18:2棕6,9c 和 18:1棕9c 用来指示真
菌[18,23,25鄄26], 16: 1棕5c 用来指示丛枝菌根真菌
(AMF) [27]。 10Me18:0用来指示放线菌,真菌 /细菌
比(F / B)用 18:2棕6,9c、18:1棕9c 的量和各细菌指示
物的总量比来计算[23,25,28]。 其他种类如 16:0, 16:1
2OH, 17:1棕8c 仍然用来计算微生物的总量和群落
组成。 以上所有提到的各菌群 PLFA 总和代表本研
究区域微生物群落总的 PLFAs量。
1.4摇 数据处理
进行单因素方差分析(ANOVA),检验不同造林
时间和不同立地条件间土壤微生物生物量、各种脂
肪酸含量等的差异显著性。 显著性水平设置为 p<
0郾 05,所有统计用 SPSS18. 0 完成。 用主成分分析
(PCA)来检验土壤微生物组成的差异性。 图在
Sigmaplot10.0软件下完成。
2摇 结果与分析
2.1摇 造林对土壤化学性质的影响
表 2是几种不同造林时间和不同立地条件下
0—20cm土层土壤化学性质的情况。 从表 2 可以看
出,不同造林时间的岷江柏人工林随造林时间的增
加,其土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量呈增加的
趋势,但不同造林时间的人工林间无显著差异(P>
0郾 05)。 pH值随造林时间的增加呈降低的趋势,其
中 2002年岷江柏人工林土壤 pH 值显著低于 2011
年岷江柏人工林(P<0.05)。 不同立地条件对土壤
pH、SOC、TN和 TK 的影响则均不显著(P>0.05),但
仍表现为退耕还林地上营建的人工林(样地 4)土壤
SOC和 TN含量高于宜林荒山上营造的人工林(样
地 5和样地 6)。
表 2摇 不同造林时间及不同立地条件人工林土壤化学性质
Table 2摇 Soil chemical properties of the plantations with different years or site conditions (mean(SE))
土地利用类型
Land use types pH
有机碳 SOC
(g / kg)
全氮 TN
(g / kg)
碳氮比
C / N
全磷 TP
(g / kg)
全钾 TK
(g / kg)
1 7.69(0.04)a 33.20(1.78)a 3.49(0.13)a 9.51(0.43)a 0.50(0.008)a 3.54(0.11)a
2 7.80(0.08)ab 31.59(2.30)a 3.48(0.21)a 9.06(0.11)a 0.53(0.05)a 3.74(0.26)a
3 7.90(0.003)b 28.99(1.77)a 2.99(0.13)a 9.66(0.17)a 0.39(0.02)b 3.53(0.25)a
4 7.81(0.005)A 30.41(0.56)A 3.43(0.19)A 8.90(0.45)A 0.52(0.01)A 3.09(0.06)A
5 7.83(0.04)A 28.26(3.31)A 2.97(0.19)A 9.46(0.55)A 0.52(0.02)A 2.85(0.27)A
6 7.00(0.07)B 30.37(0.44)A 3.30(0.16)A 9.25(0.58)A 0.38(0.02)B 3.31(0.17)A
摇 摇 同列不同小写字母代表不同造林时间的人工林间的差异显著(P < 0.05), 不同大写字母代表不同立地条件人工林间的差异显著(P<0郾 05)
2.2摇 造林对土壤微生物生物量和微生物群落结构
的影响
2.2.1摇 造林对土壤微生物生物量的影响
不同造林时间和不同立地条件下土壤中微生物
生物量碳和微生物生物量氮如表 3 所示,土壤中微
生物生物量碳、氮含量均随着造林时间的增加而增
加,其中 2002年岷江柏人工林土壤中微生物生物量
碳、氮含量显著高于 2006 年和 2011 年岷江柏人工
林。 而不同立地条件对土壤微生物生物量碳的影响
均不显著,但土壤微生物生物量碳、氮含量均表现为
退耕地上营造的人工林土壤中的含量较高(表 3)。
2.2.2摇 造林对土壤微生物群落结构的影响
由表 3可以看出,土壤中各类磷脂脂肪酸含量
(总 PLFAs、 总 G+ PLFAs、 总 G- PLFAs、 总细菌
PLFAs、总真菌 PLFAs、丛枝菌根真菌 PLFAs 和放线
菌 PLFAs)总体上随着造林时间的增加而增加,其中
2002年岷江柏人工林土壤中各类磷脂脂肪酸含量要
显著高于 2011年岷江柏人工林下的土壤(P<0.05)。
不同立地条件下则表现为退耕还林地土壤中的总
PLFAs、总 G+PLFAs、总细菌 PLFAs 和总真菌 PLFAs
显著高于宜林荒山上营造的岷江柏人工林土壤(P<
0.05),而总 G- PLFAs、丛枝菌根真菌 PLFAs 和放线
菌 PLFAs均无显著差异。 无论是不同造林时间还是
不同立地条件下,土壤中微生物总磷脂脂肪酸含量
和微生物生物量碳分布均较一致。
不同造林时间及不同立地条件下,土壤中具体
398摇 4期 摇 摇 摇 王卫霞摇 等:岷江干旱河谷造林对土壤微生物群落结构的影响 摇
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的各种磷脂脂肪酸含量也存在着差异(图 1 和图
2),G+菌的单种 PLFA(i15:0、i17:0 和 a17:0)含量,
G-菌的单种 PLFA(14:0、15:0、17:0 和 cy19:0)含
量,真菌 PLFA(18:1棕9c和 18:2棕6,9c)含量以及丛
枝菌根真菌 PLFA(16:1棕5c)的含量在不同造林时
间的人工林土壤中均存在显著的差异。 在不同立地
表 3摇 各样地土壤微生物生物量及各类群磷脂脂肪酸含量
Table 3摇 Soil PLFAs and microbial biomass of the plantations with different years or site conditions (mean(SE))
土地利用类型
Land use types 1 2 3 4 5 6
微生物生物量碳 / (mg / kg)
microbial biomass carbon 585.07(11.19)a 483.74(12.65)b 425.97(32.44)b 604.58(18.66)A 520.11(46.00)A 535.02(29.42)A
微生物生物量氮 / (mg / kg)
microbial biomass nitrogen 108.93(3.12)a 91.42(3.94)b 70.39(7.84)b 103.65(5.70)A 81.99(3.48)B 89.34(6.24)AB
微生物生物量碳氮比
microbial biomass carbon /
microbial biomass nitrogen
5.38(0.13)a 5.33(0.31)a 6.17(0.49)a 5.86(0.18)A 6.32(0.38)B 6.02(0.20)A
总磷脂脂肪酸
Total PLFAs / (nmol / g) 15.38(0.69)a 13.39(1.31)ab 11.33(0.46)b 16.23(0.60)A 13.39(0.22)B 14.39(1.36)AB
总革兰氏阳性菌
Total Gram+ / (nmol / g)
3.33(0.21)a 2.89(0.29)ab 2.46(0.13)b 3.69(0.15)A 2.97(0.06)B 3.24(0.31)AB
总革兰氏阴性菌
Total Gram- / (nmol / g)
2.68(0.18)a 2.50(0.26)ab 2.11(0.03)b 2.89(0.10)A 2.51(0.11)A 2.82(0.24)A
革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌
Gram+ / Gram-
1.24(0.03)a 1.16(0.01)a 1.16(0.05)a 1.28(0.02)A 1.19(0.06)A 1.15(0.04)A
总细菌 Total bacteria / (nmol / g) 9.41(0.52)a 8.45(0.81)ab 6.92(0.19)b 10.23(0.36)A 8.57(0.16)B 9.06(0.83)AB
总真菌 Total fungi / (nmol / g) 2.31(0.06)a 1.73(0.19)b 1.54(0.08)b 2.27(0.10)A 1.59(0.04)B 1.83(0.20)B
真菌比细菌 fungi / bacteria 0.25(0.01)a 0.20(0.006)a 0.22(0.005)a 0.22(0.003)A 0.18(0.004)B 0.20(0.01)AB
丛枝菌根真菌 / (nmol / g)
Arbuscular Mycorrhizae fungic 0.66(0.04)a 0.51(0.05)b 0.40(0.02)b 0.55(0.03)A 0.45(0.01)A 0.51(0.06)A
放线菌 / (nmol / g)
Actinomycetes 0.52(0.03)a 0.49(0.05)ab 0.40(0.03)b 0.55(0.02)A 0.50(0.02)A 0.45(0.05)A
摇 摇 不同小写字母代表不同造林时间的人工林间的差异显著(P < 0.05), 不同大写字母代表不同立地条件人工林间的差异显著(P < 0.05)
图 1摇 不同造林时间的人工林土壤中各种磷脂脂肪酸的相对含量
Fig.1摇 Relative abundances of individual PLFAs in soil of the plantations with different years
498 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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图 2摇 不同立地条件下的人工林土壤中各种磷脂脂肪酸的相对含量
Fig.2摇 Relative abundances of individual PLFAs in soil of the plantations with different site conditions
条件下,则表现为 G+菌的单种 PLFA( i14:0、a15:0)
含量,G-菌的单种 PLFA(15:0、16:1棕7c、cy17:0 和
cy19:0)含量,细菌 PLFA ( 10Me16: 0、 10Me17: 0、
18:1棕7c),真菌 PLFA(18:1棕9c)含量以及放线菌
PLFA( 10Me18: 0) 的含量存在显著的差异 ( P <
0郾 05)。 G+ / G-无论在不同造林时间还是在不同立
地条件的人工林土壤中均表现为差异不显著(表
3)。 真菌 /细菌(F / B)比值在不同立地条件下的土
壤中表现为差异显著(P<0郾 05)。
对不同造林时间和不同立地条件的几种人工林
土壤中所提取的 22种磷脂脂肪酸进行主成分分析,
结果表明不同造林时间和不同立地条件对土壤微生
物群落结构具有不同程度的影响(图 3),第一主成
分对微生物群落结构差异的贡献值是 69.8%,第二
主成分的贡献值是 9.9%。 不同造林时间的 3 种岷
江柏人工林(1,2 和 3 号样地)中 1 号样地(2002 年
人工林)和 3号样地(2011 年人工林)沿第一主成分
轴明显的分离开,1 号样地(2002 年人工林)和 2 号
样地(2006年人工林)则沿第二主成分轴明显的分
离开,而不同立地条件下的 3 种岷江柏人工林(4,5
和 6号样地)中则是 4 号样地(退耕还林地)和 5 号
样地(宜林荒山上营造的人工林)沿第一主成分轴明
显的分离开,而 5 号样地(宜林荒山上营造的人工
林,下坡长势较差)和 6 号样地(宜林荒山上营造的
人工林,上坡长势较好)沿第一、第二主成分值轴的
分离程度均不明显。 因此,也可以看出在本研究区
不同造林时间对土壤微生物群落结构的影响可能
更大。
图 3摇 不同造林时间和立地条件磷脂脂肪酸结构的主成分分析
Fig.3 摇 Principal Component Analysis of PLFAs structures in
the plantations with different years or site conditions
2.3摇 土壤各菌群 PLFAs与土壤化学性质的关系
由表 4可以看出,PLFA 标识的 G+、总细菌、总
真菌以及总 PLFAs均与土壤 MBC极显著相关,说明
PLFA分析方法和氯仿熏蒸浸提法之间有很好的一
致性。
598摇 4期 摇 摇 摇 王卫霞摇 等:岷江干旱河谷造林对土壤微生物群落结构的影响 摇
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各菌群 PLFA与土壤化学性质相关性分析表明
(表 4),土壤 G-与土壤 pH 值呈显著负相关。 土壤
总真菌及丛枝菌根真菌(AMF)与土壤有机碳达到了
显著正相关的水平,而土壤全氮对土壤微生物群落
结构的影响则更显著,土壤总 PLFAs、G+、G-、总细
菌、总真菌、AMF、放线菌、MBC 和 MBN 均与土壤全
氮呈显著正相关,尤其是土壤总 PLFAs、总真菌和
AMF与土壤全氮相关水平更是达到了极显著相关,
说明在这一地区,土壤全氮含量是影响土壤微生物
群落结构的关键因素。 此外,土壤总 PLFAs、总细菌
和放线菌与土壤全磷也达到了显著正相关水平,说
明在这一地区土壤全磷含量对土壤微生物生物量的
影响也较大。
表 4摇 土壤性质与各种微生物脂肪酸间的 Pearson相关分析
Table 4摇 Pearson忆s correlation analyses among soil microbial PLFAs and soil properties
pH 有机碳SOC
全氮
TN
碳氮比
C / N
全磷
TP
全钾
TK MBC MBN
总磷脂脂肪酸 Total PLFAs -0.250 0.347 0.536** -0.235 0.409* 0.014 0.5896** 0.5366**
革兰氏阳性菌 Gram+ -0.264 0.244 0.479* -0.307 0.348 -0.034 0.5836** 0.5336**
革兰氏阴性菌 Gram- -0.406* 0.309 0.461* -0.175 0.31 -0.041 0.509* 0.394
革兰氏阳性菌比革兰氏
阴性菌 Gram+ / Gram-
0.200 -0.043 0.171 -0.322 0.213 0.034 0.319 0.447*
总细菌 Total bacteria -0.252 0.293 0.503* -0.268 0.440* -0.042 0.5706** 0.506*
总真菌 Total fungi -0.138 0.434* 0.5736** -0.163 0.378 0.177 0.5996** 0.6146**
真菌比细菌 fungi / bacteria 0.098 0.368 0.307 0.109 0.037 0.411* 0.249 0.359
丛枝菌根真菌
Arbuscular Mycorrhizae fungic
-0.197 0.410* 0.5626** -0.189 0.311 0.267 0.503* 0.6066**
放线菌 Actinomycetes 0.043 0.197 0.409* -0.299 0.506* -0.112 0.445* 0.5226**
微生物生物量碳
microbial biomass carbon
-0.171 0.385 0.470* -0.098 0.255 -0.337 — 0.792*
微生物生物量氮
microbial biomass nitrogen
-0.085 0.284 0.449* -0.232 0.300 -0.003 0.792* —
3摇 讨论与结论
土地利用变化后,可以改变地表覆被状况并影
响许多生态过程,例如土壤有机碳的输入、输出及土
壤的化学性质和过程等。 造林作为土地利用方式的
一种,它可以影响土壤的物理、化学以及生物学性
质,因此,了解不同土地利用方式导致土壤理化性质
的差异,是合理利用土地资源改进土地利用方式发
展持续林业的前提[29]。 黄懿梅[30]对黄土丘陵区植
被恢复过程中土壤化学性质的演变的研究发现,在
植被恢复过程中,土壤有机碳和全氮含量呈逐渐增
加的趋势。 彭文英等[31]和 Garcia 等[32]也认为随着
植被恢复时间的增加,土壤结构不断得到改善,土壤
有机质、全碳、全氮以及主要离子含量呈明显增加趋
势。 本研究中随着造林时间的增加,土壤有机碳和
全氮含量呈逐渐增加的趋势,但没有达到显著水平,
这可能和造林时间较短有关。
土壤化学性质需要经历很长时间才能发生显著
变化,因此土壤化学性质作为土壤质量指标有时并
不能评价土壤管理和土地利用的短期影响[30]。
Fitter等[33]认为,土壤中的生物是维持土壤质量的重
要组成部分,土壤生物学性质能快速和准确地反映
土壤系统微小的改变[34]。 而且很多研究者研究表
明,土壤微生物生物量周转周期短,能够快速地反映
环境因子、土地利用方式和生态功能等的变化过程,
而土壤微生物生物量碳是土壤有机质中最为活跃的
部分,可以敏感地反映出土壤有机碳的变化[35鄄36];微
生物生物量氮是土壤活性氮素的重要储备库,是植
物氮营养的重要来源[37]。 因此,土壤微生物生物量
是反映土壤系统健康和土壤质量的重要生物学指
标,可以敏感地反映管理措施和人为干扰等对土壤
生态系统的影响程度[38鄄39]。 本研究选择的岷江柏是
研究区典型的人工造林植被恢复树种,由于造林时
间较短,不同造林时间和不同立地条件的人工林土
壤化学性质存在差异,但均未达到显著水平,而土壤
微生物生物量则存在显著差异,这说明微生物对外
698 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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界因素变化的反映更灵敏。 这和前人的研究结果
一致[40鄄44]。
土壤微生物群落组成在不同造林时间和不同立
地条件下的人工林中显著不同,随着造林时间的增
加,G+、G-、总 B、总 F 和放线菌均呈显著地增加;而
不同立地条件下则表现为退耕还林地土壤具有较高
的 G+、总 B、总 F和 F / B。 造成这种差异的原因可能
是:随着造林时间的增加(植被逐渐恢复的过程),养
分流失逐渐降低和有机物质的大量输入为微生物生
长提供了更多的营养物质,从而促进了微生物生物
量及各菌群生物量的提高[40];而退耕还林地土壤具
有较高的 G+、总 B、总 F 和 F / B,原因可能是退耕还
林地在退耕之前残留有大量的作物根系和施肥等人
为活动,使之表层土壤较宜林荒山土壤具有丰富的
养分含量,加之耕地营造岷江柏人工林后,由原来开
放或半开放的农田生态系统物质循环结构转变为封
闭或半封闭的人工林生态系统物质循环结构后,土
壤的营养成分、水分和植物残体等物质重新返回到
生态系统中,为退耕后的养分补给和改善提供了充
足的物质来源,尤其是微生物生物量的增加,加速了
土壤物质代谢能力和促进了养分的积累[43]。 植被
恢复过程中,土壤养分与土壤微生物生物量的关系
密切[45],本研究中土壤微生物生物量及各菌群生物
量与土壤 TN 含量达到显著相关水平,由此可以看
出,氮是该区微生物生长的主要限制因子。
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898 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol.34,No.4 Feb.,2014(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
The bioavailability of dissolved organic carbon in the eutrophic lakes YE Linlin, KONG Fanxiang, SHI Xiaoli,et al (779)…………
Plant species of the non⁃agricultural habitats in the lower reaches of the Yellow River plain agro⁃landscape
LU Xunling, LIANG Guofu, TANG Qian, et al (789)
…………………………
………………………………………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Manganese stress on the ultrastructures of a manganese tolerant plant,Polygonum perfoliatum L.
WANG Jun, WU Hui, XUE Shengguo, et al (798)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Characteristics of arsenic (As) tolerance and accumulation in rice (Oryza sativa L.) genotypes with different radial oxygen loss
WU Chuan, MO Jingyu, XUE Shengguo, et al (807)
……
………………………………………………………………………………
Effects of water stress on physiological characteristics of different Illicium lanceolatum ecotypes under low light intensity
CAO Yonghui, ZHOU Benzhi, CHEN Shuanglin (814)
……………
……………………………………………………………………………
Effect of branch number on the growth and development of Morus alba saplings HUAN Huihui, XU Xiao, LIU Gang, et al (823)…
Spatial distribution pattern and sampling technique for Orthotylus (O.) sophorae nymphs on Sophora japonica
ZHU Huiying, SHEN Ping,WU Jianhua, et al (832)
…………………………
………………………………………………………………………………
Assessment of fungal diversity in apple replanted orchard soils by T⁃RFLP analysis
YIN Chengmiao, WANG Gongshuai, LI Yuanyuan, et al (837)
……………………………………………………
……………………………………………………………………
Effects of dazomet on edaphon and growth of Malus hupehensis rehd. under continuous apple cropping
LIU Entai, LI Yuanyuan, HU Yanli, et al (847)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Isolation, identification, and performance of two pyrene⁃degrading endophytic bacteria SUN Kai, LIU Juan, LI Xin, et al (853)……
Population, Community and Ecosystem
Effects of different temperatures on the growth and development of Eotetranychus Kankitus (Ehara)
LI Yingjie,WANG Ziying,ZHANG Guohao,et al (862)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of available burrow densities of plateau pika (Ochotona curzoniae) on plant niche of alpine meadow communities in the
Qinghai⁃Tibet Plateau JIA Tingting, MAO Liang, GUO Zhenggang (869)…………………………………………………………
Correlation between characteristics of Reaumuria soongarica communities and soil factors in the Sangong River basin
ZHAO Xuechun, LAI Liming, ZHU Linhai, et al (878)
…………………
……………………………………………………………………………
Effects of afforestation on soil microbial community structure in the arid valley of Minjiang River
WANG Weixia, LUO Da, SHI Zuomin, et al (890)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of reclamation on tidal flat and land use on soil microbial community
LIN Li, CUI Jun, CHEN Xueping, FANG Changming (899)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………
Effects of Pomacea canaliculata on aquatic macrophyte community structure in paddy fields
ZHAO Benliang, ZHANG Jiaen, DAI Xiaoyan, et al (907)
…………………………………………
………………………………………………………………………
The adaptability and decontamination effect of four kinds of woody plants in constructed wetland environment
CHEN Yonghua, WU Xiaofu, HAO Jun, et al (916)
………………………
………………………………………………………………………………
Carbon budget of alpine Potentilla fruticosa shrubland based on comprehensive techniques of static chamber and biomass harvesting
LI Hongqin, LI Yingnian, ZHANG Fawei, et al (925)

……………………………………………………………………………
Effect of initial pH value on microbial Fe (Ⅲ) reduction in alkaline and acidic paddy soils WU Chao,QU Dong,LIU Hao (933)…
Landscape, Regional and Global Ecology
Climate environmental change and stable carbon isotopes in age layers of Tamarix sand⁃hillocks in Kumtag desert
ZHANG Jinchun,YAO Tuo, LIU Changzhong, et al (943)
……………………
…………………………………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
The critical factors of transpiration on muskmelon in plastic greenhouse ZHANG Dalong,CHANG Yibo, LI Jianming,et al (953)……
Ion absorption and distribution of symbiotic Reaumuria soongorica and Salsola passerina seedlings under NaCl stress
ZHAO Xin, YANG Xiaoju, SHI Yong, et al (963)
…………………
…………………………………………………………………………………
The relationship between selected rhizosphere and non⁃rhizosphere soil properties and the quality of Pyrola decorata
GENG Zengchao,MENG Lingjun,LIU Jianjun (973)
…………………
………………………………………………………………………………
Spatial variation analysis of soil organic matter and nutrient factor for before and after planting crops
FANG Bin, WU Jinfeng (983)
…………………………………
………………………………………………………………………………………………………
Urban, Rural and Social Ecology
Establishment and application of the index system for urban river health assessment
DENG Xiaojun,XU Youpeng,ZHAI Luxin,et al (993)
……………………………………………………
………………………………………………………………………………
Dynamic analysis of the ecological footprint and carrying capacity of tibet AN Baosheng, CHENG Guodong (1002)…………………
Research Notes
Responses of soil microorganisms and soil enzyme activities to different land use patterns in the water⁃level⁃fluctuating zone of
the Three Gorges Reservoir region MA Peng, LI Changxiao, LEI Ming, et al (1010)……………………………………………
Effects of salt stress on growth and root development of two oak seedlings
WANG Shufeng, HU Yunxue, SUN Haijing, et al (1021)
………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
The effects of constant and variable thermal acclimation on thermal tolerance of the common giant toad tadpoles (Bufo gargarizans)
WANG Lizhi (1030)

…………………………………………………………………………………………………………………
2401   生  态  学  报      34卷 
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
国内邮发代号院愿圆鄄苑袁国外邮发代号院酝远苑园
标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
全国各地邮局均可订阅袁也可直接与编辑部联系购买遥 欢迎广大科技工作者尧科研单位尧高等院校尧图书
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本期责任副主编摇 董摇 鸣摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
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第 猿源卷摇 第 源期摇 渊圆园员源年 圆月冤
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
主摇 摇 办摇 中国生态学学会
中国科学院生态环境研究中心
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