全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 12 期摇 摇 2011 年 6 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
基于植被遥感的西南喀斯特退耕还林工程效果评价———以贵州省毕节地区为例
李摇 昊,蔡运龙,陈睿山,等 (3255)
………………………………
……………………………………………………………………………
扩散对破碎化景观上宿主鄄寄生种群动态的影响 苏摇 敏 (3265)…………………………………………………
湿地功能评价的尺度效应———以盐城滨海湿地为例 欧维新,叶丽芳,孙小祥,等 (3270)……………………
模拟氮沉降对杉木幼苗养分平衡的影响 樊后保,廖迎春,刘文飞,等 (3277)……………………………………
中国东部森林样带典型森林水源涵养功能 贺淑霞,李叙勇,莫摇 菲,等 (3285)…………………………………
山西太岳山油松群落对采伐干扰的生态响应 郭东罡,上官铁梁,白中科,等 (3296)……………………………
长期施用有机无机肥对潮土微生物群落的影响 张焕军,郁红艳,丁维新 (3308)………………………………
云南元江干热河谷五种优势植物的内生真菌多样性 何彩梅,魏大巧,李海燕,等 (3315)………………………
塔里木河中游洪水漫溢区荒漠河岸林实生苗更新 赵振勇,张摇 科,卢摇 磊,等 (3322)…………………………
基于 8hm样地的天山云杉林蒸腾耗水从单株到林分的转换 张毓涛,梁凤超,常顺利,等 (3330)……………
古尔班通古特沙漠土壤酶活性和微生物量氮对模拟氮沉降的响应 周晓兵,张元明,陶摇 冶,等 (3340)………
Pb污染对马蔺生长、体内重金属元素积累以及叶绿体超微结构的影响 原海燕,郭摇 智,黄苏珍 (3350)……
春、秋季节树干温度和液流速度对东北 3 树种树干表面 CO2释放通量的影响
王秀伟,毛子军,孙摇 涛,等 (3358)
…………………………………
……………………………………………………………………………
云南南部和中部地区公路旁紫茎泽兰土壤种子库分布格局 唐樱殷,沈有信 (3368)……………………………
利用半球图像法提取植被冠层结构特征参数 彭焕华,赵传燕,冯兆东,等 (3376)………………………………
黑河上游蝗虫与植被关系的 CCA分析 赵成章,周摇 伟,王科明,等 (3384)……………………………………
额尔古纳河流域秋季浮游植物群落结构特征 庞摇 科,姚锦仙,王摇 昊,等 (3391)………………………………
九龙江河口浮游植物的时空变动及主要影响因素 王摇 雨,林摇 茂,陈兴群,等 (3399)…………………………
东苕溪中下游河岸类型对鱼类多样性的影响 黄亮亮,李建华,邹丽敏,等 (3415)………………………………
基于 RS / GIS公路路域水土流失动态变化的研究———以榆靖高速公路为例
陈爱侠,李摇 敏,苏智先,等 (3424)
……………………………………
……………………………………………………………………………
流域景观结构的城市化影响与生态风险评价 胡和兵,刘红玉,郝敬锋,等 (3432)………………………………
基于景观格局的锦州湾沿海经济开发区生态风险分析 高摇 宾,李小玉,李志刚,等 (3441)……………………
若尔盖高原土地利用变化对生态系统服务价值的影响 李晋昌,王文丽,胡光印,等 (3451)……………………
施用鸡粪对土壤与小白菜中 Cu和 Zn累积的影响 张摇 妍,罗摇 维,崔骁勇,等 (3460)………………………
基于 GIS的宁夏灌区农田污染源结构特征解析 曹艳春,冯永忠,杨引禄,等 (3468)……………………………
底墒和种植方式对夏大豆光合特性及产量的影响 刘摇 岩,周勋波,陈雨海,等 (3478)…………………………
不同施肥模式调控沿湖农田无机氮流失的原位研究———以南四湖过水区粮田为例
谭德水,江丽华,张摇 骞,等 (3488)
……………………………
……………………………………………………………………………
丛枝菌根真菌对低温下黄瓜幼苗光合生理和抗氧化酶活性的影响 刘爱荣,陈双臣,刘燕英,等 (3497)………
外源半胱氨酸对铜胁迫下小麦幼苗生长、铜积累量及抗氧化系统的影响 彭向永,宋摇 敏 (3504)……………
专论与综述
水平扫描技术及其在生态学中的应用前景 胡自民,李晶晶,李摇 伟,等 (3512)…………………………………
研究简报
昆仑山北坡 4 种优势灌木的气体交换特征 朱军涛,李向义,张希明,等 (3522)…………………………………
不同比例尺 DEM数据对森林生态类型划分精度的影响 唐立娜,黄聚聪,代力民 (3531)………………………
苏南丘陵区毛竹林冠截留降雨分布格局 贾永正,胡海波,张家洋 (3537)………………………………………
外来种湿地松凋落物对土壤微生物群落结构和功能的影响 陈法霖,郑摇 华,阳柏苏,等 (3543)………………
深圳地铁碳排放量 谢鸿宇,王习祥,杨木壮,等 (3551)……………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*304*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄06
封面图说: 自然奇观红海滩·辽宁省盘锦市———在辽河入海口生长着大片的潮间带植物碱蓬草,举目望去,如霞似火,蔚为壮
观,人们习惯地称之为红海滩。 粗壮的根系加快着海滩土壤的脱盐过程,掉下的茎叶腐质后肥化了土壤,它是大海
的生态屏障。
彩图提供: 段文科先生摇 中国鸟网 http: / / www. birdnet. cn摇 E鄄mail:dwk9911@ 126. com
生 态 学 报 2011,31(12):3543—3550
Acta Ecologica Sinica
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(40871130;30600474); 湖南省自然科学基金项目(07jj3082)
收稿日期:2010鄄05鄄15; 摇 摇 修订日期:2010鄄10鄄18
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: zhenghua@ rcees. ac. cn
外来种湿地松凋落物对土壤微生物群落
结构和功能的影响
陈法霖1,郑摇 华1,*,阳柏苏2,欧阳志云1,张摇 凯1,屠乃美3
(1. 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京摇 100085;
2. 湖南第一师范学院,长沙摇 410205;3. 湖南农业大学,长沙摇 410128)
摘要:通过凋落物袋+小盆模拟试验研究,分两个时期(分解 5 个月和 18 个月)比较了外来种湿地松与本地种马尾松的凋落物
对土壤微生物群落结构(磷脂脂肪酸)和功能(碳代谢)的影响,结果表明:(1)外来种湿地松凋落物的C 颐N高于本地种马尾松;
(2)两个时期,湿地松凋落物处理土壤细菌和放线菌的磷脂脂肪酸含量均低于马尾松,18 个月时湿地松凋落物处理土壤真菌含
量和群落真菌 /细菌显著高于马尾松处理;(3)湿地松凋落物影响下土壤微生物群落功能多样性显著低于马尾松;(4)土壤微生
物群落的结构显著影响微生物的活性和功能多样性:土壤微生物群落碳源代谢的强度、多样性及丰富度与细菌磷脂脂肪酸含量
呈极显著正相关,细菌特征脂肪酸 14 颐0、15 颐0、a15 颐0、i16 颐0、16 颐1棕7c、a17 颐0 和 cy19 颐0 的含量显著影响土壤微生物群落碳代谢功
能。 上述结果表明:与本地种马尾松相比,引进种湿地松的凋落物显著改变了土壤微生物群落结构,降低了微生物群落的功能。
关键词:湿地松;凋落物;土壤微生物群落;外来物种
Effects of exotic species slash pine (Pinus elliottii) litter on the structure
and function of the soil microbial community
CHEN Falin1, ZHENG Hua1,*, YANG Bosu2, OUYANG Zhiyun1, ZHANG Kai1, TU Naimei3
1 State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco鄄Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing
100085, China
2 Hunan First Normal University, Changsha 410205, China
3 Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China
Abstract: Litters are the important component of forest ecosystem and play a key role in plant growth and ecosystem nutrient
cycle. Soil microbial communities, as one of the driving factors of forest litter decomposition, can significantly influenced by
forest litter composition. Understanding the responses of soil microbial communities to litters is of great significance to
evaluate the influence of exotic species. We designed a simulation experiment with flowerpots to determine the impacts of
exotic slash pine (Pinus elliottii) litter on the structure and function of soil microbial communities in comparison with the
native masson pine (Pinus massoniana) litter at the Ecological Benefit Monitoring Station of the Yangtze River Protection
Forest, which is located in Hengyang County of southern Hunan Province. The structure and function of soil microbial
communities were determined by PLFA ( phospholipid fatty acids) and BIOLOG ( single carbon metabolism) methods,
respectively at two stages (decomposition for 5 months and 18 months) . The results showed that: (1) the initial carbon鄄
nitrogen ratio of slash pine litters was significantly higher than that of native species masson pine. (2) Phospholipid fatty
acids concentrations of soil bacteria and actinomyces under the slash pine litter treatment was significantly lower than those
under masson pine litter treatment at the two stages. And at the latter stage ( decomposition for 18 months ), the
phospholipid fatty acids concentration of fungi and the fungi鄄bacteria ratio of soil microbial community under slash pine litter
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treatment were significantly higher in comparison with masson pine litter treatment. (3) Microbial function diversity under
the slash pine litter treatment was significantly lower than that of masson pine litter treatment: the carbon metabolic
intensity, richness and diversity of soil microbial communities under the slash pine litter treatment were significantly lower
than those under masson pine litter treatment at the early stages, and the carbon metabolic intensity and richness of soil
microbial communities under the slash pine litter treatment also were significantly lower than those under masson pine litter
treatment at the latter stages. (4) The structure of soil microbial community significantly affected its activity and functional
diversity: The intensity and diversity of microbial carbon metabolism showed significantly positive correlations with bacterial
phospholipid fatty acids. Characteristic phospholipid fatty acids concentrations of bacteria, 14 颐0, 15 颐0, a15 颐0, i16 颐0,
16 颐1棕7c, a17 颐0 and cy19 颐0 significantly correlated with the intensity and diversity of microbial carbon metabolism. Our
results suggested that slash pine litter significantly changed the structure and decreased the function of soil microbial
communities in comparison with masson pine litter.
Key Words: Pinus elliottii; forest litter; soil microbial community; exotic species
外来种是指借助于自身力量或外界力量,传播到以往未曾分布过的区域,并且能进行后代繁衍的生
物[1]。 外来种对生物多样性和生态系统功能的影响及其机制是生态学研究的热点之一,而地下生态过程研
究则是揭示其影响机制的难点。 土壤微生物作为地下生态学的主要研究对象之一,在土壤物质转换、能量流
动、营养元素的生物地球化学循环方面发挥着举足轻重的作用。 植物鄄微生物的相互作用调控着土壤生态过
程与土壤养分的可利用性[2],探讨植物外来种对土壤微生物的影响,对于全面评价外来种的生态影响具有重
要意义。
在我国植树造林过程中,为了强调人工林的经济效益,原产于美国的湿地松(Pinus elliottii)以其速生、适
应性强、木材用途广和松脂产量高等特征成为我国亚热带地区大面积造林树种,遍布南方 11 个省区[3]。 国内
已对它的生长发育规律、生物产量和养分循环、化感作用、林地土壤特征进行了研究[3鄄8]。 已有研究表明:湿
地松会导致生物多样性降低和土壤理化性状恶化,对土壤微生物的功能多样性造成一定影响[8鄄10]。 受土壤生
态系统复杂性和实验手段的限制,湿地松对地下微生物群落影响的研究十分缺乏,致使对其影响的预测能力
仍十分有限。
本研究以外来种湿地松为对象,主要目的在于明确其凋落物是否导致土壤微生物群落结构和功能的变
化,对于明确外来种潜在的生态效应、全面科学的评价外来种湿地松的生态影响具有重要的理论与实践意义。
主要回答以下两个问题:(1)引进种湿地松的凋落物对土壤微生物群落是否造成影响? 在土壤微生物群落结
构和功能方面将造成哪些影响? (2)引进种湿地松的凋落物诱导下,土壤微生物群落结构和功能存在怎样的
联系?
1摇 材料与方法
1. 1摇 试验点概况
本研究的研究场所选在湘南红壤丘陵区国家长江防护林生态效应监测站,位于湖南省衡阳县栏栊乡长冲
村小流域,地处 27毅05忆N,112毅18忆E,属亚热带季风湿润性气候,海拔 86—147m,属典型的红壤低丘岗地,母岩
为砂页岩,土壤为红壤,pH 值 4—5。 该区域植被类型属亚热带常绿阔叶林和针叶林,目前主要是马尾松
(Pinus massoniana)、湿地松(Pinus elliottii)等人工林及马尾松和壳斗科(Fagaceae)阔叶树种混交的天然次
生林[10]。
1. 2摇 试验设计
本研究采用小盆模拟+凋落物袋的方法。 选取林边小气象观测站边上 10 m 伊 10 m大小空地模拟林内环
境搭建大棚,大棚用遮光率 85 %的遮阳网覆盖,大棚内置直径 30 cm、深度 20 cm塑料小盆若干,小盆埋于土
中,挖取林边空地 0—40cm土层的土壤,去除土壤中原有的植物碎屑、死根等其他杂质,弄碎混匀移至小盆
4453 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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中,各小盆内的供试土壤性质基本一致,供试土壤性质如表 1(实验方法参考土壤农化分析[11])。
本研究所选凋落物为当地典型针叶树种湿地松(引进种,Pinus elliotti,Slash pine,SP)和马尾松(本地种,
Pinus massoniana,Masson pine,MP)的叶凋落物,为 2006 年底收集的新近凋落叶。 凋落物袋所选尼龙网袋大
小为 25 cm伊30 cm,网孔为 1 mm2。 称取各凋落叶 20 g(风干重)分别装入网袋,每种 45 袋,共 90 袋,所有凋落
物袋完全随机放置于各小盆内土壤表面,另设表面不添加凋落物小盆 45 盆为对照(CK)。
表 1摇 供试土壤性质(平均值依标准差,n=7)
Table 1摇 Properties of experimental soils (means依SD. n=7)
土壤有机碳
Soil organic C
/ (g / kg)
总氮 Total N
/ (g / kg)
总磷
Total P
/ (mg / kg)
总钾
Total K
/ (g / kg)
碱解氮
Available N
/ (mg / kg)
速效磷
Available P
/ (mg / kg)
速效钾
Available K
/ (mg / kg)
酸碱度
pH
(H2O)
8. 9依1. 1 0. 6依0. 1 73. 2依11. 6 16. 1依0. 9 28. 7依6. 5 0. 4依0. 1 21. 7依4. 3 4. 3依0. 1
凋落叶网袋于 2007 年 4 月中旬投放到样地大棚内,分别于凋落物放置 5 个月和 18 个月后取凋落袋下面
土壤装入聚乙烯自封袋中于 4益条件下运回实验室。 随机取各凋落物袋 3 袋,同时取凋落物袋下面表层土
壤,另取 3 盆不添加凋落物对照的表层土壤适量,土壤装入聚乙烯自封袋中于 4益条件下运回实验室。
1. 3摇 凋落物初始 C、N
凋落物初始 C、N的含量用德国 Elementar公司生产的 Vario 芋分析仪测定。
1. 4摇 微生物生物量 C
微生物生物量 C采用氯仿熏蒸鄄 K2SO4浸提鄄仪器分析法进行测定[12],所用仪器为德国 Elementar 公司生
产的 Liqui TOC域分析仪。 实验在取样后 24h内进行。
1. 5摇 BIOLOG微平板培养
微生物群落功能应用 BIOLOG 微生物自动分析系统进行测定[10]。 BIOLOG 实验在取样后 48h 内进行。
相当于 10 g干重的鲜土外加 90 mL无菌的 0. 85% NaCl(质量比)溶液在摇床上振荡 30min,然后将土壤样品
稀释至 10-3,再用移液器从中取 125滋L 悬浮液接种至生态板(BIOLOG鄄ECO PLATE)的每一个孔中,将接种好
的板放置于 25益 恒温培养 10 d,每 12 h 于波长为 595nm 处的 BIOLOG仪上读 1 次数。
孔的平均颜色变化率(Average well colour development,AWCD) 计算方法[13]如下:
AWCD =移(C - R) / n (1)
式中,C 为每个有培养基孔的光密度值,R 为对照孔(A1)的光密度值,n 为培养基碳源种类,Eco 板 n 值
为 31。
采用曲线整合方法[14]估计碳源代谢强度:
梯形面积 S =移[(vi + vi -1) / 2 伊 ( ti + ti -1)] (2)
式中,vi为 i 时刻的 AWCD值。
本研究用培养 120h后的数据来表征 BIOLOG板中的微生物代谢功能多样性特征:包括利用碳源的丰富
度、香农多样性指数(Shannon index,H忆 )。
香农多样性指数的计算公式为:
H忆 = - 移P i lnP i (3)
式中,P i =ni / N,ni是第 i 种培养基的光密度值,N为样品中所有培养基光密度值的总和;利用碳源的丰富
度以 C鄄R > 0. 25 的数据为准。
用单因子方差分析(ANOVA)确定不同处理间土壤微生物群落碳代谢特征是否有显著差异。 统计分析通
过 SPSS 16. 0 统计软件实现。
5453摇 12 期 摇 摇 摇 陈法霖摇 等:外来种湿地松凋落物对土壤微生物群落结构和功能的影响 摇
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1. 6摇 PLFA图谱分析
土壤微生物磷脂脂肪酸的测定方法在 Frosteg覽d [15]的方法上加以改进。 PLFA 的命名采用以下原则[15]:
以总碳数:双键数和双键距离分子甲基末端位置命名,c 表示顺式(双键两侧氢键在同侧),t 表示反式(双键
两侧氢键在异侧),a(甲基在甲基末端第 3 位碳原子上)和 i(甲基在甲基末端第 2 位碳原子上)分别表示支链
的反异构和异构,10Me表示一个甲基团在距分子羧基端第 10 位碳原子上,环丙烷脂肪酸用 cy表示。
脂肪酸定量用峰面积和内标(19 颐0)曲线法。 PLFA含量用 nmol / g 表示。 主要微生物类群的生物量通过
以下 PLFA的总量来估算:细菌(14 颐0、15 颐0、a15 颐0、 i16 颐0、16 颐1棕7c、a17 颐0、17 颐0、18 颐1棕7t、 i18 颐0、cy19 颐0、
i19 颐0) [16];用 18 颐2棕6,9 与 18 颐1棕9c的和来估算真菌的生物量[16鄄17];用 10Me18 颐0 与 10Me19 颐0 的和来估算放
线菌的生物量[18]。
用单因子方差分析(ANOVA)确定不同处理间土壤微生物群落结构是否有显著差异。 统计分析通过
SPSS 16. 0 统计软件实现。
2摇 结果
2. 1摇 凋落物初始碳氮比
外来种湿地松的凋落物,其含碳量和木质素含量显著高于本地种马尾松的凋落物;含氮量则显著低于马
尾松;湿地松凋落物的 C / N和木质素 / N显著高于马尾松,分别高达 109 和 95(表 2)。
表 2摇 供试凋落物性质(平均值依标准差,n=3)
Table 2摇 Properties of experimental litters (means依SD,n=3)
凋落物 Litter C / % N / % 木质素 Lignin / % C / N 木质素 /氮 Lignin / N
马尾松(MP) 52. 84依0. 09 0. 67依0. 01* 40. 36依0. 44 78. 64依0. 80 60. 06依0. 66
湿地松(SP) 53. 78依0. 13* 0. 49依0. 02 46. 92依0. 31* 109. 07依3. 15* 95. 16依2. 68*
摇 摇 * P< 0. 05
2. 2摇 磷脂脂肪酸组成
根据表 3,凋落物分解 5 个月时,与不添加凋落物土壤相比,添加马尾松和湿地松凋落物的土壤微生物群
落磷脂脂肪酸总量增加(P< 0. 05),增幅分别为 31. 9%和 11. 5% 。 土壤细菌脂肪酸含量从大到小依次为马
尾松> 湿地松> CL(P< 0. 05),马尾松和湿地松分别使细菌脂肪酸含量增加 54. 6%和 26. 8% 。 两种凋落物处
理土壤真菌、放线菌的磷脂脂肪酸含量以及群落真菌 /细菌比例差异不大,群落真菌含量和真菌 /细菌比例都
显著低于对照,放线菌含量则显著高于对照(P< 0. 05)。
表 3摇 不同处理土壤细菌、真菌、放线菌磷脂脂肪酸含量及总量(平均值依标准差,n=3)
Table 3摇 Bacteria、fungi、actinomycetes and Total PLFAs in control and amended soils(means依SD. n=3)
时期
Phase
处理 / (nmol / g)
Treatment
总量 / (nmol / g)
Total
细菌 / (nmol / g)
Bacteria
真菌 / (nmol / g)
Fungi
放线菌 / (nmol / g)
Actinomycetes
真菌 /细菌
fungi / bacteria
5 个月 CK 19. 65依3. 60 b 12. 24依1. 97 c 3. 69依0. 74 a 3. 71依0. 90 b 0. 30依0. 02 a
5 months 马尾松(MP) 26. 91依1. 22 a 18. 91依0. 91 a 2. 66依0. 12 b 5. 33依0. 19 a 0. 14依0. 001 b
湿地松(SP) 23. 21依2. 33 ab 15. 52依1. 51 b 2. 52依0. 28 b 5. 17依0. 59 a 0. 16依0. 01 b
18 个月 CK 29. 42依0. 73 a 14. 45依0. 15 b 11. 17依0. 75 a 3. 80依0. 13 ab 0. 77依0. 06 a
18 months 马尾松(MP) 25. 21依0. 75 b 15. 05依0. 33 a 6. 02依0. 32 b 4. 14 依0. 23 a 0. 40依0. 01 b
湿地松(SP) 30. 29依0. 19 a 14. 51依0. 19 b 12. 06 依0. 13 a 3. 71依0. 13 b 0. 83依0. 002 a
摇 摇 同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0. 05)
凋落物分解 18 个月时,添加湿地松凋落物的土壤和对照(CK)土壤微生物群落的磷脂脂肪酸总量显著高
于添加马尾松凋落物的土壤,产生这种状况的原因主要是随着凋落物的分解进程,土壤微生物群落真菌数量
增加,群落真菌 /细菌比例上升,根据表 3 可以看出:分解 18 个月时,湿地松处理和对照的土壤中真菌磷脂脂
肪酸的含量和群落真菌 /细菌比例显著高于马尾松处理,虽然相对于 5 个月时,马尾松处理土壤细菌和放线菌
6453 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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的脂肪酸含量仍然显著高于湿地松和对照,但是湿地松处理和对照的土壤微生物群落真菌的磷脂脂肪酸含量
分别增加了 3. 79 倍和 2. 03 倍,而马尾松的只增加了 1. 26 倍;湿地松处理和对照的土壤微生物群落真菌与细
菌的比例分别上升到了 0. 83 和 0. 77,而马尾松处理土壤微生物群落仍然以细菌占绝对优势,其真菌与细菌
的比例只有 0. 44。
2. 3摇 碳代谢功能
用 BIOLOG微平板培养法比较研究不同处理下土壤微生物群落碳代谢特征可以发现(表 4),凋落物分解
5 个月时,不管是培养 120h后,微生物群落利用碳源的丰富度和多样性指数,还是整个培养时期内,微生物群
落对 31 种碳源整体的代谢强度,在不同处理间表现出相同的规律,从高到低依次为:马尾松> 湿地松> CL
(P<0. 05)。
表 4摇 土壤微生物利用碳源的强度、多样性及丰富度(平均值依标准差,n=3)
Table 4摇 Carbon metabolic intensity、diversity and richness of soil microbial communities for different litters(means依SD. n=3)
时期 Phase 处理 Treatment 代谢强度 Metabolic intensity 丰富度 Richness Shannon多样性指数 Shannon index
5 个月 CK 154. 93依9. 38 c 20. 33依1. 15 b 2. 95依0. 06 b
5 months 马尾松(MP) 237. 76依7. 78 a 27. 00依1. 73 a 3. 20依0. 03 a
湿地松(SP) 196. 34依4. 27 b 21. 67依1. 15 b 2. 99依0. 04 b
18 个月 CK 84. 32依4. 26 b 8. 67依0. 58 b 2. 64依0. 04 ab
18 months 马尾松(MP) 131. 69依22. 91 a 16. 67依1. 53 a 2. 86依0. 15 a
湿地松(SP) 111. 19依6. 44 ab 10. 00依5. 29 b 2. 51依0. 24 b
摇 摇 同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0. 05)
分解至 18 个月时,湿地松凋落物处理的土壤微生物群落的丰富度和多样性指数依然都显著低于马尾松
凋落物处理的土壤,碳代谢强度也略低于马尾松处理,此时湿地松凋落物处理的土壤微生物群落在代谢碳源
的能力上(代谢强度、丰富度和多样性)与不添加凋落物的土壤微生物群落差异不显著。
2. 4摇 土壤微生物细菌群落结构与碳代谢功能的关系
把碳源代谢强度、多样性及丰富度与反映土壤细菌群落结构的参数做相关分析发现:碳源代谢强度、多样
性及丰富度与细菌磷脂脂肪酸含量极显著正相关(P< 0. 01);凋落物分解 5 个月时,细菌特征磷脂脂肪酸
14 颐0、15 颐0、a15 颐0、i16 颐0、16 颐1棕7c、a17 颐0 和 cy19 颐0 的含量显著影响土壤微生物群落碳源利用的强度、丰富度
以及多样性;分解 18 个月时,影响土壤微生物群落碳源利用的强度、丰富度以及多样性的磷脂脂肪酸主要有
15 颐0、i16 颐0、a17 颐0 和 cy19 颐0 (表 5)。
表 5摇 土壤微生物群落碳代谢强度、多样性和丰富度与细菌群落结构参数的关系
Table 5 摇 Correlation between carbon metabolic intensity、 diversity and richness of soil microbial community and different bacterial
structural parameters
结构参数
Structural parameters
碳代谢强度
Carbon metabolic intensity
5 个月
5 months
18 个月
18 months
多样性
Diversity
5 个月
5 months
18 个月
18 months
丰富度
Richness
5 个月
5 months
18 个月
18 months
14 颐0 0. 856** 0. 733* 0. 863**
15 颐0 0. 975** 0. 672* 0. 888** 0. 788* 0. 950**
a15 颐0 0. 990** 0. 874** 0. 917**
i16 颐0 0. 836** 0. 795* 0. 960** 0. 687*
16 颐1棕7c 0. 947** 0. 853** 0. 901**
a17 颐0 0. 926** 0. 902** 0. 846** 0. 906** 0. 991**
cy19 颐0 0. 921** 0. 838** 0. 693* 0. 987**
细菌 PLFA 0. 928** 0. 870** 0. 845** 0. 879** 0. 951** 0. 824**
摇 摇 表格里的数字为相关系数; *P< 0. 05;**P< 0. 01
7453摇 12 期 摇 摇 摇 陈法霖摇 等:外来种湿地松凋落物对土壤微生物群落结构和功能的影响 摇
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3摇 结论与讨论
3. 1摇 凋落物碳氮比
作为森林生态系统养分循环的重要环节,凋落物分解显著影响土壤养分的有效性、土壤理化性状、有机物
的构成以及森林生态系统的生产力,凋落物养分组成的差异影响凋落物的分解速率[19]。 本研究发现虽然外
来种湿地松和本地种马尾松同属松科松属,但是湿地松针叶中碳素和木质素的含量显著高于马尾松;含氮量
则显著低于马尾松,湿地松针叶的 C / N和木质素 / N 显著高于马尾松(表 2)。 凋落物 C / N 和木质素 / N 是常
见的凋落物质量指标,最能反映凋落物分解速率,通常 C / N 和木质素 / N 低的凋落物分解较快[20鄄21]。 已有研
究表明湿地松林地土壤养分的积累量低于马尾松林[3],以上结果可以为此提供一部分解释。
3. 2摇 微生物群落结构和功能
土壤微生物是凋落物的主要分解者,凋落物分解与土壤微生物群落结构和功能变化是相互影响、相互制
约的过程,土壤微生物群落调控凋落物分解过程,凋落物则通过养分组成影响土壤微生物群落的丰度、组成和
活性[20]。
微生物生物量的 C颐N约为 10 颐1,当微生物分解有机物时,只有约 40%的碳转化成微生物生物量,有 60%
的碳通过呼吸作用以 CO2的形式返回到大气中[2]。 在 40%生长效率的情况下,微生物需要C颐N约约为 25 颐1
的底物来满足他们的需氮量[2],但是湿地松凋落物的C颐N约却高达 109(表 2)。 实际上,在微生物生长过程
中,C 颐N约总是变化的,细菌C颐N约为 5—10,真菌为 8—15[2],这也意味着相对于真菌,细菌每合成自身 1 个
单位的碳需要更多的氮来产生生物量,而利用相同数量的底物,真菌能比细菌形成更多的生物量[2]。 所以本
研究中外来种湿地松凋落物处理的土壤细菌显著低于马尾松。 本研究中湿地松的凋落物中木质素的含量显
著高于马尾松的凋落物,随着凋落物分解的进程,凋落物分解至 18 个月时,微生物可利用碳源的数量和质量
都下降,而真菌具有一套丰富的酶系统,既能分解像碳水化合物和蛋白质这样简单易分解的化合物、也能分解
像纤维素和木质素这样难分解的复杂化合物[21],湿地松凋落物处理的土壤微生物群落真菌含量显著高于马
尾松凋落物处理,虽然相对于分解 5 个月时两种凋落物处理的土壤微生物群落真菌的磷脂脂肪酸含量都有所
上升,但是湿地松处理的土壤微生物群落真菌与细菌的比例上升到了 0. 83,而马尾松处理土壤微生物群落仍
然以细菌占绝对优势,其真菌与细菌的比例只有 0. 44(表 3)。
生态系统结构和功能的关系,一直是研究的重点:结构决定功能,功能反作用于结构。 组成结构不同的群
落对生态系统进程的影响不一样,因为不同的微生物对土壤进程的影响不一样,由于功能的差异,每一种微生
物都有特殊的方式影响凋落物的碎裂或硝化作用,再者,不同的微生物对某些特定进程的影响有强度的差异,
而这些不同又会导致物种间的相互影响,相互促进或者相互抑制[22]。 本研究用 PLFA和 BIOLOG方法分别研
究了土壤微生物的群落结构和功能,两种方法得到一致的结果:在立地条件基本一致的前提下,本地种马尾松
凋落物影响下土壤微生物群落的细菌含量显著高于外来种湿地松,群落碳代谢的强度、丰富度和多样性也显
著高于湿地松凋落物影响下的土壤微生物群落。 相关分析也表明,土壤微生物群落碳代谢的强度、多样性及
丰富度与细菌磷脂脂肪酸含量呈极显著正相关关系,特别是细菌特征脂肪酸 14 颐 0、15 颐 0、a15 颐 0、 i16 颐 0、
16 颐1棕7c、a17 颐0 和 cy19 颐0 的含量显著影响土壤微生物群落碳源利用的强度、丰富度以及多样性 (表 4)。 以
上也说明物种间功能的差异程度控制生态进程,群落中特殊物种对功能差异度的贡献也许是生物多样性提高
生态进程速率的一个重要原因[22]。
养分有效性(例如凋落物 C、N、木质素含量)的差异决定了微生物的需求、活力并最终决定由微生物决定
的进程(例如 C、N循环) [23]。 本研究中,不同的底物(本研究中为不同 C / N、木质素 / N的凋落物)导致土壤微
生物群落结构发生变化(反映在磷脂脂肪酸组成的变化上),微生物群落结构的变化,致使代谢强度相应发生
变化(表 4),进而将影响生态系统的 C循环速率。 可见,优化凋落物 C / N 比,不仅对于通过提高凋落物分解
速率改善土壤肥力具有重要意义[19,24鄄26],而且能改变土壤微生物群落的结构,改善土壤微生物群落的功能
(表 3 和表 4)。 然而,凋落物具体如何影响土壤微生物群落的结构和功能,凋落物诱导下土壤微生物群落结
8453 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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构与功能又存在怎样的反馈机制,这还有待进一步研究,如:除了 C / N、木质素 / N 以外,土壤微生物群落结构
如何响应凋落物的其他指标,土壤微生物哪些关键类群及其多样性决定了土壤微生物群落的功能,等等。
研究表明:与本地种马尾松相比,引进种湿地松的凋落物显著改变了土壤微生物群落结构,降低了微生物
群落的功能,且二者显著相关。 植物外来种在生态系统内和生态系统间的生态功能价值是复杂的、不同的。
在复杂的森林生态系统内,影响土壤微生物的因素很多,凋落物仅仅是其中的一个重要方面。 本研究采取模
拟试验的方法,初步探讨外来种湿地松凋落物分解与地下土壤微生物的相互作用关系,结果只在特定条件下
具有统计学意义。 对于外来种与土壤微生物群落在更大尺度上的相互影响机制,还需要通过大量的试验来进
一步证明。
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0553 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 12 June,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Effect assessment of the project of grain for green in the karst region in Southwestern China: a case study of Bijie Prefecture
LI Hao, CAI Yunlong,CHEN Ruishan, et al (3255)
………
………………………………………………………………………………
The effect of dispersal on the population dynamics of a host鄄parasite system in fragmented landscape SU Min (3265)………………
The effect of spatial scales on wetland functions evaluation: a case study for coastal wetlands in Yancheng, Jiangshu Province
OU Weixin, YE Lifang, SUN Xiaoxiang,et al (3270)
………
………………………………………………………………………………
Effects of simulated nitrogen deposition on nutrient balance of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) seedlings
FAN Houbao, LIAO Yingchun, LIU Wenfei, et al (3277)
……………………
…………………………………………………………………………
The water conservation study of typical forest ecosystems in the forest transect of eastern China
HE Shuxia, LI Xuyong, MO Fei, et al (3285)
………………………………………
……………………………………………………………………………………
The ecological responses of Pinus tabulaeformis forests in Taiyue Mountains of Shanxi to artificial Harvesting
GUO Donggang,SHANGGUAN Tieliang,BAI Zhongke, et al (3296)
…………………………
………………………………………………………………
The influence of the long鄄term application of organic manure and mineral fertilizer on microbial community in calcareous fluvo鄄
aquic soil ZHANG Huanjun, YU Hongyan, DING Weixin (3308)…………………………………………………………………
Endophytic fungal diversity of five dominant plant species in the dry鄄hot valley of Yuanjiang, Yunnan Province, China
HE Caimei, WEI Daqiao, LI Haiyan, et al (3315)
………………
…………………………………………………………………………………
Seedling recruitment in desert riparian forest following river flooding in the middle reaches of the Tarim River
ZHAO Zhenyong, ZHANG Ke, LU Lei, et al (3322)
………………………
………………………………………………………………………………
Scaling up for transpiration of Pinaceae schrenkiana stands based on 8hm permanent plots in Tianshan Mountains
ZHANG Yutao, LIANG Fengchao, CHANG Shunli, et al (3330)
……………………
…………………………………………………………………
Responses of soil enzyme activities and microbial biomass N to simulated N deposition in Gurbantunggut Desert
ZHOU Xiaobing, ZHANG Yuanming, TAO Ye, et al (3340)
……………………
………………………………………………………………………
Effects of Pb on growth, heavy metals accumulation and chloroplast ultrastructure of Iris lactea var. Chinensis
YUAN Haiyan, GUO Zhi, HUANG Suzhen (3350)
………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of temperature and sap flow velocity on CO2 efflux from stems of three tree species in spring and autumn in Northeast
China WANG Xiuwei, MAO Zijun, SUN Tao, et al (3358)………………………………………………………………………
The soil seed bank of Eupatorium adenophorum along roadsides in the south and middle area of Yunnan, China
TANG Yingyin, SHEN Youxin (3368)
……………………
………………………………………………………………………………………………
Extracting the canopy structure parameters using hemispherical photography method
PENG Huanhua, ZHAO Chuanyan,FENG Zhaodong,et al (3376)
……………………………………………………
…………………………………………………………………
The CCA analysis between grasshopper and plant community in upper reaches of Heihe River
ZHAO Chengzhang, ZHOU Wei, WANG Keming, et al (3384)
…………………………………………
……………………………………………………………………
Community structure characteristics of phytoplankton in argun River Drainage Area in autumn
PANG Ke, YAO Jinxian, WANG Hao, et al (3391)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Spatial and temporal variation of phytoplankton and impacting factors in Jiulongjiang Estuary of Xiamen, China
WANG Yu, LIN Mao, CHEN Xingqun, et al (3399)
………………………
………………………………………………………………………………
Effect of bank type on fish biodiversity in the middle鄄lower reaches of East Tiaoxi River, China
HUANG Liangliang, LI Jianhua, ZOU Limin, et al (3415)
………………………………………
………………………………………………………………………
Study on dynamic changes of soil and water loss along highway based on RS / GIS: an example of Yujing expressway
CHEN Aixia, LI Min, SU Zhixian, et al (3424)
…………………
……………………………………………………………………………………
The urbanization effects on watershed landscape structure and their ecological risk assessment
HU Hebing,LIU Hongyu,HAO Jingfeng,et al (3432)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Assessment of ecological risk of coastal economic developing zone in Jinzhou Bay based on landscape pattern
GAO Bin, LI Xiaoyu, LI Zhigang, et al (3441)
………………………
……………………………………………………………………………………
Impacts ofland use and cover changes on ecosystem service value in Zoige Plateau
LI Jinchang, WANG Wenli, HU Guangyin, et al (3451)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of chicken manure application on Cu and Zn accumulation in soil and Brassica sinensis L.
ZHANG Yan,LUO Wei,CUI Xiaoyong, et al (3460)
………………………………………
………………………………………………………………………………
GIS analysis of structural characteristics of pollution sources in irrigable farmland in Ningxia China
CAO Yanchun,FENG Yongzhong,YANG Yinlu,et al (3468)
…………………………………
………………………………………………………………………
Effects of pre鄄sowing soil moisture and planting patterns on photosynthetic characteristics and yield of summer soybean
LIU Yan, ZHOU Xunbo, CHEN Yuhai, et al (3478)
………………
………………………………………………………………………………
In situ study on influences of different fertilization patterns on inorganic nitrogen losses through leaching and runoff: a case of
field in Nansi Lake Basin TAN Deshui, JIANG Lihua, ZHANG Qian, et al (3488)……………………………………………
Effects of AM fungi on leaf photosynthetic physiological parameters and antioxidant enzyme activities under low temperature
LIU Airong, CHEN Shuangchen, LIU Yanying, et al (3497)
…………
………………………………………………………………………
Effects of exogenous cysteine on growth, copper accumulation and antioxidative systems in wheat seedlings under Cu stress
PENG Xiangyong, SONG Min (3504)
…………
………………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
The horizon scanning technology and its application prospect in Ecology HU Zimin, LI Jingjing, LI Wei, et al (3512)………………
Scientific Note
The gas exchange characteristics of four shrubs on the northern slope of Kunlun Mountain
ZHU Juntao, LI Xiangyi, ZHANG Ximing, et al (3522)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of DEM data at different scales on the accuracy of forest Ecological Classification system
TANG Lina, HUANG Jucong, DAI Limin (3531)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Canopy interception of rainfall by Bamboo plantations growing in the Hill Areas of Southern Jiangsu Province
JIA Yongzheng, HU Haibo, ZHANG Jiayang (3537)
…………………………
………………………………………………………………………………
Effects of exotic species slash pine (Pinus elliottii) litter on the structure and function of the soil microbial community
CHEN Falin, ZHENG Hua, YANG Bosu, et al (3543)
………………
……………………………………………………………………………
The carbon emission analysis of Shenzhen Metro XIE Hongyu, WANG Xixiang, YANG Muzhuang, et al (3551)……………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 12 期摇 (2011 年 6 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 31摇 No郾 12摇 2011
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