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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 9 期摇 摇 2012 年 5 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
不同土地覆被格局情景下多种生态系统服务的响应与权衡———以雅砻江二滩水利枢纽为例
葛摇 菁,吴摇 楠,高吉喜,等 (2629)
…………………
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放牧对小嵩草草甸生物量及不同植物类群生长率和补偿效应的影响 董全民,赵新全,马玉寿,等 (2640)……
象山港日本对虾增殖放流的效果评价 姜亚洲,凌建忠,林摇 楠,等 (2651)………………………………………
城市景观破碎化格局与城市化及社会经济发展水平的关系———以北京城区为例
仇江啸,王效科,逯摇 非,等 (2659)
………………………………
……………………………………………………………………………
江河源区高寒草甸退化序列上“秃斑冶连通效应的元胞自动机模拟 李学玲,林慧龙 (2670)…………………
铁西区城市改造过程中建筑景观的演变规律 张培峰,胡远满,熊在平,等 (2681)………………………………
商洛低山丘陵区农林复合生态系统光能竞争与生产力 彭晓邦,张硕新 (2692)…………………………………
基于生物量因子的山西省森林生态系统服务功能评估 刘摇 勇,李晋昌,杨永刚 (2699)………………………
不同沙源供给条件下柽柳灌丛与沙堆形态的互馈关系———以策勒绿洲沙漠过渡带为例
杨摇 帆,王雪芹,杨东亮,等 (2707)
………………………
……………………………………………………………………………
桂西北喀斯特区原生林与次生林凋落叶降解和养分释放 曾昭霞,王克林,曾馥平,等 (2720)…………………
江西九连山亚热带常绿阔叶林优势种空间分布格局 范摇 娟,赵秀海,汪金松,等 (2729)………………………
秦岭山地锐齿栎次生林幼苗更新特征 康摇 冰,王得祥,李摇 刚,等 (2738)………………………………………
极端干旱环境下的胡杨木质部水力特征 木巴热克·阿尤普,陈亚宁,等 (2748)………………………………
红池坝草地常见物种叶片性状沿海拔梯度的响应特征 宋璐璐,樊江文,吴绍洪,等 (2759)……………………
改变 C源输入对油松人工林土壤呼吸的影响 汪金松,赵秀海,张春雨,等 (2768)……………………………
啮齿动物捕食压力下生境类型和覆盖处理对辽东栎种子命运的影响 闫兴富,周立彪,刘建利 (2778)………
上海闵行区园林鸟类群落嵌套结构 王本耀,王小明,王天厚,等 (2788)…………………………………………
胜利河连续系统中蜉蝣优势种的生产量动态和营养基础 邓摇 山,叶才伟,王利肖,等 (2796)…………………
虾池清塘排出物沉积厚度对老鼠簕幼苗的影响 李摇 婷,叶摇 勇 (2810)…………………………………………
澳大利亚亚热带不同森林土壤微生物群落对碳源的利用 鲁顺保,郭晓敏,芮亦超,等 (2819)…………………
镜泊湖岩溶台地不同植被类型土壤微生物群落特征 黄元元,曲来叶,曲秀春,等 (2827)………………………
浮床空心菜对氮循环细菌数量与分布和氮素净化效果的影响 唐莹莹,李秀珍,周元清,等 (2837)……………
促分解菌剂对还田玉米秸秆的分解效果及土壤微生物的影响 李培培,张冬冬,王小娟,等 (2847)……………
秸秆还田与全膜双垄集雨沟播耦合对半干旱黄土高原玉米产量和土壤有机碳库的影响
吴荣美,王永鹏,李凤民,等 (2855)
………………………
……………………………………………………………………………
赣江流域底泥中有机氯农药残留特征及空间分布 刘小真,赵摇 慈,梁摇 越,等 (2863)…………………………
2009 年徽州稻区白背飞虱种群消长及虫源性质 刁永刚,杨海博,瞿钰锋,等 (2872)…………………………
木鳖子提取物对朱砂叶螨的触杀活性 郭辉力,师光禄,贾良曦,等 (2883)………………………………………
冬小麦气孔臭氧通量拟合及通量产量关系的比较 佟摇 磊,冯宗炜,苏德·毕力格,等 (2890)…………………
专论与综述
基于全球净初级生产力的能源足迹计算方法 方摇 恺,董德明,林摇 卓,等 (2900)………………………………
灵长类社会玩耍的行为模式、影响因素及其功能风险 王晓卫,赵海涛,齐晓光,等 (2910)……………………
问题讨论
中国伐木制品碳储量时空差异分析 伦摇 飞,李文华,王摇 震,等 (2918)…………………………………………
研究简报
森林自然更新过程中地上氮贮量与生物量异速生长的关系 程栋梁,钟全林,林茂兹,等 (2929)………………
连作对芝麻根际土壤微生物群落的影响 华菊玲,刘光荣,黄劲松 (2936)………………………………………
刈割对外来入侵植物黄顶菊的生长、气体交换和荧光的影响 王楠楠,皇甫超河,陈冬青,等 (2943)…………
不同蔬菜种植方式对土壤固碳速率的影响 刘摇 杨,于东升,史学正,等 (2953)…………………………………
巢湖崩岸湖滨基质鄄水文鄄生物一体化修复 陈云峰,张彦辉,郑西强 (2960)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*336*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄05
封面图说: 在交配的雨蛙———雨蛙为两栖动物,世界上种类达 250 种之多,分布极广。 中国的雨蛙仅有 9 种,除西部一些省份
外,其他各省(区)均有分布。 雨蛙体形较小背面皮肤光滑,往往雄性绿色,雌性褐色,其指、趾末端多膨大成吸盘,便
于吸附攀爬。 多生活在灌丛、芦苇、高秆作物上,或塘边、稻田及其附近的杂草上。 白天匍匐在叶片上,黄昏或黎明
频繁活动,捕食能力极强,主要以昆虫为食。 特别是在下雨以后,常常 1 只雨蛙先叫几声,然后众蛙齐鸣,声音响亮,
每年在四、五份夜间发情交配。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 9 期
2012 年 5 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 9
May,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金(30860226); 江西省优秀博士论文培养计划项目(YBP08A05); 江西省自然科学基金(20114BAB214007)
收稿日期:2011鄄03鄄27; 摇 摇 修订日期:2012鄄02鄄07
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: ndk2157@ sina. com
DOI: 10. 5846 / stxb201103270392
鲁顺保,郭晓敏,芮亦超,周小奇, 陈成榕,徐志红,牛德奎. 澳大利亚亚热带不同森林土壤微生物群落对碳源的利用. 生态学报,2012,32(9):
2819鄄2826.
Lu S B, Guo X M, Rui Y C, Zhou X Q, Chen C R, Xu Z H, Niu D K. Utilization of carbon sources by the soil microbial communities of different forest
types in subtropical Australia. Acta Ecologica Sinica,2012,32(9):2819鄄2826.
澳大利亚亚热带不同森林土壤
微生物群落对碳源的利用
鲁顺保1,2,3,郭晓敏2,芮亦超3,周小奇3, 陈成榕3,徐志红3,牛德奎2,*
(1. 江西师范大学生命科学学院 /亚热带植物资源保护与利用重点实验室,南昌摇 330022;
2. 江西农业大学园林与艺术学院,南昌摇 330045; 3. Environmental Futures Centre and School of Biomolecular and Physical Sciences,
Griffith University, Nathan, Brisbane, Queensland 4111, Australia)
摘要:为阐明土壤微生物群落对碳源利用类型和强度,采用 MicroRespTM 方法研究 3 种森林类型不同土壤含水量微生物群落对
不同类型碳源的利用情况,结果表明:湿地松(Pinus elliottii Engelm. var. elliotttii)林地土壤微生物碳源利用率依次为 60%WHC
>20%WHC>40%WHC,南洋杉(Araucaria cunninghamii)和贝壳杉(Agathis australis)林地土壤微生物对碳源利用的格局相似,为
20%WHC>60%WHC>40%WHC。 南洋杉和贝壳杉林地土壤对碳源利用率趋势相同,主要是对 L鄄苹果酸、草酸和 L鄄赖氨酸利用
比较高。 在 40%WHC处理中,3 种树种对碳源的利用均很低,差异不明显。 除精氨酸和 L鄄赖氨酸外,60%WHC 处理土壤微生
物利用单一碳源能力的大小顺序为:南洋杉>湿地松>贝壳杉。 3 种树种土壤 Shannon 多样性指数(H忆)、Shannon 均匀度(E)和
Simpson指数(D)均无显著差异。 土壤 pH值影响微生物对 L鄄丙氨酸、精氨酸、D鄄(+)鄄葡萄糖、N鄄乙酰基鄄氨基葡萄糖的利用率较
大,这些类群的微生物主要分布在贝壳杉林地;分布在南洋杉林地的微生物对柠檬酸、L鄄苹果酸和 酌鄄酪氨酸利用率较大,且主要
是受 TP 的影响;D鄄(+)鄄果糖、柠檬酸和 L鄄半胱氨酸鄄盐酸等受水分、TN 和 TC 等影响较大,这类微生物类群主要分布在湿地松
林地。
关键词:土壤微生物;MicroRespTM;单一碳源
Utilization of carbon sources by the soil microbial communities of different forest
types in subtropical Australia
LU Shunbao1,2,3, GUO Xiaomin1, RUI Yichao3, ZHOU Xiaoqi3, CHEN Chengrong3, XU Zhihong3,NIU Dekui2,*
1 College of Life, Science Jiangxi Normal University, Key Lab of Protection and Utilization of Subtropic Plant Resources, Nanchang, 330022, China
2 College of Forestry, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China
3 Environmental Futures Centre and School of Biomolecular and Physical Sciences, Griffith University, Nathan Queensland 4111, Australia
Abstract: Different soil water and nutrient conditions affect soil microbial ecology and changes in soil moisture and nutrients
reflect changes in the soil environment over time. In this study, the utilization of carbon sources by the soil microbial
community under slash pine, hoop pine (Araucaria cunninghamii) and kauri pine (Agathis australis) was investigated with
manipulated soil moisture contents using MicroRespTM methods. Results showed that under slash pine, carbon utilization was
highest in soil at 60% water holding capacity (WHC) and lowest at 40% WHC. The high carbon utilization at 60% WHC
is likely due to respiration from anaerobic microorganisms. Conversely, the hoop and kauri pine showed similar results with
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carbon utilization at its highest in soil at 20% WHC and lowest at 40% WHC. L鄄Malic acid, oxalic acid and L鄄Lysine were
the carbon resources resulting in the highest microbial utilization intensity. The difference in carbon utilization efficiency
between the forest types was obvious at 20% and 60% WHC where the carbon utilization under slash pine was lower than
hoop and kauri pine at 20% WHC and higher than hoop and kauri pine at 60% WHC. However, excluding L鄄Arginine and
L鄄Lysine, the order of carbon utilization in soils with 60% WHC was hoop pine>slash pine>kauri pine. The utilization of
carbon sources in soils at 40% WHC was lower than 1滋g CO2 g
-1 h-1 and the differences between forest types were not
obvious. Owing to the high carbon utilization capacity of the microbial communities at 60% WHC, the soil microbial
diversity was analyzed using the Shannon diversity index, Shannon evenness index and Simpson diversity index. The
differences in values were not significant between forest types but diversity values were highest under hoop pine. This
indicates that the decomposition of hoop pine needles is higher, resulting in a higher soil organic matter content and thus
higher microbial growth and metabolism. The microbial metabolic diversity of the different forest soil types was analyzed by
PCA. Results showed that it was not easy to distinguish between the metabolic diversity of the different soil microbial
communities because the complex forest carbon sources result in vast differences in metabolic function. Principal component
scores for each factor from analysis of microorganisms on 15 different carbon sources showed that the soil microbial
community related to amino acids ( PC1) and sugars ( PC2), which explained 33. 80 and 24. 13% of the variance,
respectively, were also sensitive to changes in forest soil microbial communities. RDA analysis was performed on each
variable independently to maintain the contribution rate of forest types in different combinations of variables for the statistical
characterization of a single variable, and the merits of the decision variables were revealed. On soil microbial metabolic
characteristics and soil properties, RDA analysis showed that the utilization of L鄄Alanine, L鄄Arginine, D鄄(+)鄄Glucose and
N鄄Acetyl鄄glucosamine was greatly influenced by pH in kauri pine. Utilization of Citric acid, L鄄Malic acid and 酌鄄Amino
butyric acid were influenced by total phosphorus in hoop pine, and D鄄(+)鄄Fructose, Citric acid and L鄄cysteine鄄HCl were
influenced by water, total nitrogen and total carbon in slash pine.
Key Words: soil microbial community; MicroRespTM; single carbon resource; carbon utilization
土壤微生物是生态系统的重要组成部分,直接参与土壤碳氮循环及土壤有机质矿化过程,在生态系统中
具有不可替代的作用[1]。 土壤微生物群落多样性反映了群落总体的动态变化,而微生物对不同碳源的利用
能力很大程度上取决于微生物的种类和固有性质,异源微生物的分解功能的差异是微生物功能多样性的具体
体现,微生物的功能多样性可以通过检测微生物对碳源利用程度来反映,因此在一块微平板上测定并分析土
壤微生物对不同碳源利用能力能够在一定程度上反映土壤碳源转化和土壤微生物多样性情况。 目前的研究
结果表明影响土壤微生物对碳源利用的主要因子是受土地利用方式、土壤类型和气候条件等[2鄄3]。 有关土壤
含水量对微生物活性的影响,目前还没有一个确切的结论[4鄄5],有关不同含水量的土壤微生物对碳源利用的
研究更少。
MicroResp方法可以研究整个土壤中微生物的代谢功能,而且所耗费用低、研究周期短,它是在结合
Biolog[6]和底物诱导呼吸两种方法优点的基础上发展起来的。 目前,该方法在国外已经有些报道,主要是对
不同环境条件下土壤微生物群落功能多样性[7鄄9]进行了简单的研究。 国内主要是采用 Biolog法对土壤微生物
功能多样性进行了一些报道[10鄄12],应用 MicroResp这一方法研究不同森林类型土壤微生物功能多样性。 本研
究以澳大利亚南昆士兰州最主要的 3 种森林类型湿地松 (Pinus elliottii Engelm. var. elliotttii)、南洋杉
(Araucaria cunninghamii)和贝壳杉(Agathis australis)为研究对象,开展 3 种森林类型土壤室内培养实验,通过
对土壤含水量进行调控,应用 MicroRespTM 方法研究不同森林类型土壤微生物群落多样性在土壤不同含水量
条件下的变化,以期揭示不同森林类型土壤微生物群落的主要碳源利用类型以及对不同碳源的利用情况,明
确土壤微生物代谢多样性对水分条件的敏感程度,进而为森林经营及管理提供理论参考。
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1摇 研究地区与研究方法
1. 1摇 研究区概况
摇 摇 试验地位于澳大利亚昆士兰州东南部阳光海岸(26毅939忆S,153毅038忆E),属于亚热带季风气候,冬季湿冷
夏季干热,7 月(冬季)平均气温为 12. 5 益,1 月(夏季)平均气温为 31. 2 益,年均降水量为 1600mm,海拔
500m左右,土壤是由红壤到黄壤[13],富含铁铝等矿质的沙壤土[14],主要来源于中生代地质组成(沙岩、粉砂
岩、页岩等聚结铁矿岩石) [15],土壤贫瘠,质地疏松,酸性较强,阳离子交换很低,但是土壤内外通气性能较好,
非常适合外来松科植物生长。 主要植被类型为湿地松、南洋杉、贝壳杉、桉树 ( Acacia leiocalyx 和 Acacia
disparrima)以及相思树(Acacia confusa)等。 实验样方内均为纯林,郁闭度很小,林下植被主要是马鞭草
(Herba Verbenae Officinalis)等草本植物,样地土壤基本情况见表 1。
表 1摇 实验地土壤的基本性质
Table 1摇 Soil basic properties of plots
森林类型
Forest type
全碳 TC
/ (mg / g)
全氮 TN
/ (mg / g)
全磷 TP
/ (滋g / g)
碳氮比
C 颐N pH
含水量
Moisture
/ %
黏土
Clay / %
壤土
Silt / %
沙土
Sand / %
土壤容重
Bulk density
/ (g / cm3)
湿地松 Pinus elliottii Engelm.
var. elliotttii 19. 35 0. 54 28. 2 35. 9 4. 5 4. 9 3. 74 0. 6 95. 7 1. 04
南洋杉 Araucaria cunninghamii 12. 55 0. 57 32. 4 21. 9 6. 0 2. 6 2. 92 1. 4 95. 7 1. 16
贝壳杉 Agathis australis 10. 76 0. 52 29. 9 20. 8 6. 2 3. 4 2. 00 2. 03 96. 0 1. 16
1. 2摇 样品采集
2009 年 1 月,分别在湿地松、南洋杉和贝壳杉 3 种不同森林类型样地内设置 4 个 20m伊20m的样方,在每
个样方用直径为 7. 5cm的土钻以 S型分别采集 5 个土壤(0—10 cm)进行混合,装入封口袋并放入装有冰块
的保温箱。 带回实验室,土样过 2mm 筛后,放入 4 益冰箱,用于土壤 MicroResp 培养实验和土壤理化性质的
测定。
1. 3摇 测定方法
土壤全碳(TC)、全氮(TN)在质谱分析仪(Isoprime鄄EuroEA3000,Milan Italy)上进行测试[16鄄17],全磷(TP)
采用消煮法进行测定[18]。 MicroResp是根据土壤微生物对不同碳源的利用能力不同,即碳源诱导土壤微生物
进行呼吸作用,释放 CO2,通过检测土壤微生物利用碳源后释放出的 CO2 量的不同,来判断土壤微生物代谢多
样性组成。 本研究应用 Campbell 等[7]的 MicroResp 技术,在 22 益条件下进行培养 6h,利用比色法,通过
microtiter plate reader(VMAX)测定土壤微生物对 15 种不同碳源的代谢能力(检测板颜色的变化)来分析土壤
微生物功能多样性,用无菌水做对照。 所选择的 15 种碳源主要依据植物的根际分泌物[19]。 对各土壤分别进
行最大持水量(maximum water holding capacity,WHC)的 20% 、40%和 60%进行处理,多样性指数分析参考
Degens等[20]。 土壤容重测定采用环刀法。
1. 4摇 数据处理
应用 SPSS 17. 0 软件对数据进行方差分析(one鄄way ANOVA),并用 LSD 法进行差异显著性检验,利用
Pearson相关系数评价不同因子间的相关关系,应用 Canoco 4. 5 软件对土壤生物代谢指标和理化性质进行冗
余分析(RDA),显著性水平为 琢=0. 05。 采用 Shannon鄄Winner 指数,Evenness和 Simpson指数来比较土壤微生
物群落代谢多样性[21]。
2摇 结果与分析
2. 1摇 不同持水量土壤微生物对碳源的利用
对土壤含水量的调控引起了土壤微生物对碳源的利用率的变化(图 1)。 从图 1 可以看出,调高含水量对
湿地松林土壤的变化规律比较明显,60%WHC的土壤微生物对碳源利用率最高,其中利用率最明显碳源是精
氨酸和 L鄄赖氨酸,分别为 4. 63 滋gCO2 g
-1h-1 和 5. 03 滋gCO2 g
-1h-1,20%WHC和 40%WHC的土壤微生物对碳
1282摇 9 期 摇 摇 摇 鲁顺保摇 等:澳大利亚亚热带不同森林土壤微生物群落对碳源的利用 摇
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源利用率变化不明显。 南洋杉林地土壤微生物对碳源利用的情况与湿地松林不同,南洋杉林地土壤微生物对
碳源的利用率最高的是 20%WHC土壤,相对来说土壤微生物利用草酸和 L鄄赖氨酸较高。 总体上,在不同持
水量的条件下,贝壳杉和南洋杉林地土壤对碳源利用的格局比较相似,但贝壳杉林地 60%WHC 处理的土壤
微生物对碳源的利用要显著低于相同处理的南洋杉林,20%WHC土壤微生物对 L鄄苹果酸利用最高,对精氨酸
利用最低。
图 1摇 同一林型不同持水量(WHC)的土壤微生物对碳源的利用率
Fig. 1摇 The Utilization of C sources on different WHC by soil microbes the same forest types
CS1:L鄄丙氨酸(L鄄Alanine);CS2:精氨酸(L鄄Arginine);CS3:柠檬酸(Citric acid);CS4:D鄄( +)鄄半乳酸(D鄄( +)鄄Galactose);CS5:酌鄄酪氨酸( 酌鄄
Amino butyric acid);CS6:L鄄苹果酸(L鄄Malic acid);CS7:草酸(Oxalic acid);CS8:原儿茶酸( Protocatechuic acid);CS9:L鄄( +)鄄阿拉伯糖( L鄄
(+)鄄Arabinose);CS10:L鄄半胱氨酸鄄盐酸( L鄄cysteine鄄HCl);CS11:D鄄( +)鄄果糖 ( D鄄( +)鄄Fructose);CS12:D鄄( +)鄄葡萄糖 ( D鄄( +)鄄Glucose);
CS13:L鄄赖氨酸(L鄄Lysine);CS14:N鄄乙酰基鄄氨基葡萄糖(N鄄Acetyl鄄glucosamine);CS15:D鄄(+)鄄海藻糖(D鄄(+)鄄Trehalose);CS16:DIH2O
2. 2摇 不同林型土壤微生物对碳源的利用
从图 2 可以看出,同一持水量不同森林类型土壤微生物对碳源的利用规律不明显。 20%WHC 处理中,湿
地松的碳源利用率最低。 总体上,南洋杉和贝壳杉林地土壤的碳源利用率趋势相似,主要是对 L鄄苹果酸、草
酸和 L鄄赖氨酸利用比较高。 在 40%WHC 处理的土壤对碳源利用率差异不明显,均在 1 滋gCO2 g
-1h-1 以下。
60%WHC处理土壤对碳源的利用率除湿地松对精氨酸和 L鄄赖氨酸外,不同生态系统土壤微生物利用单一碳
源能力的大小顺序为:南洋杉>湿地松>贝壳杉,南洋杉林地土壤微生物群落具有较强的代谢能力。 总体上
20%WHC和 60%WHC处理的不同森林土壤微生物对单一碳源利用率变化明显。
2. 3摇 土壤微生物群落代谢多样性分析
从上述分析可知,60%WHC处理的土壤微生物多样性更为丰富,所以这里的多样性分析仅对 60%WHC
处理进行分析。 多样性指数分析结果见表 2,湿地松林土壤 Shannon 多样性指数最高,为 2. 55。 从表 2 还可
以看出,湿地松林土壤的 Shannon均匀度和 Simpson指数均为最高,南洋杉均为最低,且不同森林土壤微生物
间的 Shannon指数、均匀度和 Simpson指数均无显著差异。
2282 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 2摇 同一持水量(WHC)培养对不同林型土壤微生物碳源利用率
Fig. 2摇 The Utilization of C sources on the same WHC by soil microbes in different forest types
表 2摇 基于MicroResp分析的土壤微生物群落代谢多样性
Table 2摇 Diversity and evinces indexes for soil microbial metabolic diversity based on the MicroResp physiological profiles
森林类型 Forest types 香浓指数 Shannon (H忆) 均匀度 Evenness (E) 辛普森指数 Simpson (D)
湿地松 Pinus elliottii Engelm. var. elliotttii 2. 55依0. 06a 0. 94依0. 02a 0. 909依0. 009a
南洋杉 Araucaria cunninghamii 2. 53依0. 03a 0. 93依0. 01a 0. 906依0. 004a
贝壳杉 Agathis australis 2. 54依0. 04a 0. 94依0. 01a 0. 906依0. 008a
摇 摇 同列字母不同表示在 P<0. 05 相关性显著
2. 4摇 土壤微生物对碳源利用能力的主成分分析
对土壤微生物群落利用碳源的情况进行主成分分析,可以了解不同林型土壤微生物群落功能的综合差异
和相似状况。 由图 3 可知,应用主成分分析方法对三种森林土壤微生物群落代谢多样性类型进行分析,结果
表明不同林型土壤微生物群落对底物碳源的代谢功能差异复杂,第一主成分可解释变量中 33. 80%的变异,
第二主成分可解释变量中 24. 13%的变异。 第一和第二主成分得分系数与微生物对 15 种碳源利用率相关分
析结果表明土壤微生物群落主成分 1 和主成分 2 起分异作用的主要碳源分别 L鄄半胱氨酸鄄盐酸、酌鄄酪氨酸、D鄄
(+)鄄海藻糖、L鄄苹果酸以及原儿茶酸、N鄄乙酰基鄄氨基葡萄糖、D鄄(+)鄄果糖以及柠檬酸等糖类或氨基酸类物质
(表 3)。 PCA结果表明不同碳源对土壤微生物群落的代谢特征产生了差异,其中 L鄄半胱氨酸鄄盐酸、原儿茶酸
以及 N鄄乙酰基鄄氨基葡萄糖是森林土壤微生物群落变化的敏感碳源。
表 3摇 代谢多样性的主成分分析中 PC1 和 PC2 中较高相关系数碳源利用
Table 3摇 Carbon resources with high correlation coefficients for PC1 and PC2 in principal components analysis of metabolic diversity patterns
for soils
PC1 R PC2 R
L鄄半胱氨酸鄄盐酸(L鄄cysteine鄄HCl) -0. 816 原儿茶酸(Protocatechuic acid) -0. 877
酌鄄酪氨酸(酌鄄Amino butyric acid) 0. 783 N鄄乙酰基鄄氨基葡萄糖(N鄄Acetyl鄄glucosamine) -0. 864
D鄄(+)鄄海藻糖(D鄄(+)鄄Trehalose) 0. 710 D鄄(+)鄄果糖(D鄄(+)鄄Fructose) -0. 775
L鄄苹果酸(L鄄Malic acid) 0. 709 柠檬酸(Citric acid) 0. 739
3282摇 9 期 摇 摇 摇 鲁顺保摇 等:澳大利亚亚热带不同森林土壤微生物群落对碳源的利用 摇
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摇 图 3摇 不同林型土壤微生物群落对碳源代谢的主成分分析
Fig. 3 摇 Principal components analysis ( PCA ) of MicroResp
metabolic profiles from different forest types soils
2. 5摇 不同森林类型对土壤微生物代谢因子和底物碳源
利用率的冗余(RDA)分析
土壤微生物代谢因子和底物碳源利用率冗余分析
结果表明(图 4),在微生物代谢活性与主要土壤因子的
对应关系上,土壤微生物对 L鄄丙氨酸、精氨酸、D鄄( +)鄄
葡萄糖、N鄄乙酰基鄄氨基葡萄糖的利用能力受 pH值的影
响较大,这些类群的微生物主要分布在贝壳杉林地;柠
檬酸、L鄄苹果酸和 酌鄄酪氨酸受 TP 的影响较大,微生物
类群分别在南洋杉林地;D鄄(+)鄄果糖、柠檬酸和 L鄄半胱
氨酸鄄盐酸等受水分、TN和 TC等影响较大,微生物类群
主要分布在湿地松林地。
3摇 结论和讨论
不同水分和养分条件影响了土壤微生物生态特性,
而且水分和养分的变化并能迅速及时地反映土壤环境
变化[22]。 对土壤含水量进行人为干预,目的是为了了
解土壤含水量的高低对土壤微生物活性强弱的指示作
用,其结果将有利于为今后的营林提供重要的参考。 本
研究得出 60% WHC 处理对湿地松林土壤微生物对碳
图 4摇 环境因子和生物因子间的冗余分析排序
摇 Fig. 4摇 Biplot of redundancy analysis (RDA) of the relationships
between environmental factors and microbes metabolic profiles in
different forest types soils
O:样地号;1—3表示湿地松,4—6表示南洋杉,7—9表示贝壳杉;
变量箭头间的夹角表示变量间的相关性,夹角越小,相关性越强,
箭头同向表示正相关,反向为负相关;碳源编号为图 1 所示
源利用率最高,40% WHC 的土壤微生物对碳源的利用
率却最低(图 1)。 学者 Gordon等[23]就不同含水量土壤
微生物群落结构的影响进行研究发现土壤含水量高可
以提高土壤微生物活性。 Xiang 等[24]研究增加土壤含
水量能够增加土壤微生物活性。 Bossio[25]研究发现从
土壤含水量 40%WHC调节到 50%WHC 时对土壤微生
物活性的影响不大,只是增强了土壤呼吸作用。 刘岳燕
等[26]对淹水的水田土壤进行了类似的研究,得出淹育
比非淹育的水田土壤对碳源利用率要高,这点也说明含
水量高的土壤,起呼吸作用的微生物更多来自厌氧微生
物。 在不同持水量的条件下,贝壳杉林地土壤微生物对
碳源利用率与南洋杉相似。 从图 2 可以看出,20%
WHC和 60%WHC处理的不同森林类型土壤微生物对
碳源的利用差异较大,20%WHC处理中,湿地松含量最
低,而南洋杉和贝壳杉林地土壤对碳源利用率趋势相
似。 在 40%WHC处理的土壤对碳源利用率均偏低,其
含量在 1 滋gCO2 g
-1h-1 以下。 60%WHC 处理土壤微生
物利用单一碳源能力的大小顺序为:南洋杉>湿地松>
贝壳杉,南洋杉林地土壤微生物群落具有较强的代谢
能力。
物种多样性指数是反映群落内部物种数和物种相对多度的一个指标,所表明群落本身的物种组成和个体
数量分布的特征,而无方向性[27]。 而不同的物种多样性指数反映了微生物群落功能多样性的不同侧面,
Shannon指数是研究土壤中微生物群落物种数及其个体和分布均匀度程度的综合指标,Simpson 指数评估土
4282 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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壤中微生物群落优势度[28鄄29]。 从上述分析可以得出,60%WHC处理的土壤微生物对碳源的利用较高,所以仅
对 60%WHC处理进行了多样性分析。 从表 2 得知,湿地松林土壤 Shannon 多样性指数和 Shannon 均匀度和
Simpson指数均为最高,这说明湿地松针叶凋落物更易分解,在土壤中形成的有机质含量相对要高,这样更有
利于土壤微生物生长和代谢[30]。 不同森林土壤微生物间的 Shannon均匀度和 Simpson指数均无显著差异。
把复杂的数据通过二维图标表现出来,相似的样品分布位置相近,从而使研究者可以直观感受到群落差
异。 PCA分析后所得到的主成分值也可用以分析检验组间差异或者与环境因子进行相关分析。 应用 PCA方
法研究 3 种森林土壤微生物群落代谢多样性类型表明不同林型土壤微生物群落的代谢多样性类型差异不易
区分,不同林型土壤微生物群落对底物碳源的代谢功能差异复杂(图 3),第一主成分能够解释 33. 80%的差
异,第二主成份能够解释 24. 13%的差异。 每一主成分得分系数与微生物对 15 种碳源利用率相关分析结果
表明土壤微生物群落 PC1 和 PC2 起分异作用的主要碳源分别是氨基酸类和糖类物质,也是森林土壤微生物
群落变化的敏感碳源。 RDA分析能独立保持各个变量(土壤生物代谢指标)对森林类型的贡献率,在不同的
变量组合下进行单个变量的统计学特征描述,进而决定变量的优劣[31鄄33]。 本文对土壤微生物代谢特性与土
壤理化性质进行 RDA分析表明贝壳杉林地土壤微生物对 L鄄丙氨酸、精氨酸、D鄄(+)鄄葡萄糖、N鄄乙酰基鄄氨基葡
萄糖的利用能力受 pH的影响较大;南洋杉林地土壤微生物对柠檬酸、L鄄苹果酸和 酌鄄酪氨酸的利用受 TP 的影
响较大;土壤对 D鄄(+)鄄果糖、柠檬酸和 L鄄半胱氨酸鄄盐酸的利用受水分、TN和 TC等影响较大较大的微生物类
群主要分布在湿地松林地区域。
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6282 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 9 May,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Responses and weigh of multi鄄ecosystem services and its economic value under different land cover scenarios: a case study from
Ertan water control pivot in Yalong River GE Jing, WU Nan, GAO Jixi,et al (2629)……………………………………………
Influence of grazing on biomass, growth ratio and compensatory effect of different plant groups in Kobresia parva meadow
DONG Quanmin, ZHAO Xinquan, MA Yushou, et al (2640)
……………
……………………………………………………………………
Stocking effectiveness of hatchery鄄released kuruma prawn Penaeus japonicus in the Xiangshan Bay, China
JIANG Yazhou, LING Jianzhong, LIN Nan,et al (2651)
……………………………
……………………………………………………………………………
The spatial pattern of landscape fragmentation and its relations with urbanization and socio鄄economic developments: a case study
of Beijing QIU Jiangxiao, WANG Xiaoke, LU Fei, et al (2659)…………………………………………………………………
Cellular automata simulation of barren patch connectivity effect in degradation sequence on alpine meadow in the source region
of the Yangtze and Yellow rivers, Qinghai鄄Tibetan Plateau, China LI Xueling, LIN Huilong (2670)……………………………
Evolution law of architectural landscape during the urban renewal process in Tiexi District
ZHANG Peifeng, HU Yuanman, XIONG Zaiping, et al (2681)
……………………………………………
……………………………………………………………………
Competition for light and crop productivity in an agro鄄forestry system in the Hilly Region, Shangluo, China
PENG Xiaobang, ZHANG Shuoxin (2692)
…………………………
…………………………………………………………………………………………
Evaluation of forest ecosystem services based on biomass in Shanxi Province LIU Yong, LI Jinchang, YANG Yonggang (2699)……
Research on the morphological interactions between Tamarix ramosissima thickets and Nebkhas under different sand supply
conditions:a case study in Cele oasis鄄desert ecotone YANG Fan, WANG Xueqin, YANG Dongliang, et al (2707)……………
Litter decomposition and nutrient release in typical secondary and primary forests in karst region, Northwest of Guangxi
ZENG Zhaoxia, WANG Kelin, ZENG Fuping, et al (2720)
……………
………………………………………………………………………
Spatial patterns of dominant species in a subtropical evergreen broad鄄leaved forest in Jiulian Mountain Jiangxi Province, China
FAN Juan, ZHAO Xiuhai, WANG Jinsong,et al (2729)
……
……………………………………………………………………………
Characteristics of seedlings regeneration in Quercus aliena var. acuteserrata secondary forests in Qinling Mountains
KANG Bing, WANG Dexiang, LI Gang,et al (2738)
…………………
………………………………………………………………………………
Xylem hydraulic traits of Populus euphratica Oliv. in extremely drought environment
AYOUPU Mubareke, CHEN Yaning, HAO Xingming, et al (2748)
…………………………………………………
………………………………………………………………
Response characteristics of leaf traits of common species along an altitudinal gradient in Hongchiba Grassland, Chongqing
SONG Lulu, FAN Jiangwen, WU Shaohong,et al (2759)
…………
…………………………………………………………………………
Changes of carbon input influence soil respiration in a Pinus tabulaeformis plantation
WANG Jinsong, ZHAO Xiuhai, ZHANG Chunyu, et al (2768)
…………………………………………………
……………………………………………………………………
Effects of different habitats and coverage treatments on the fates of Quercus wutaishanica seeds under the predation pressure of
rodents YAN Xingfu, ZHOU Libiao, LIU Jianli (2778)……………………………………………………………………………
Nested analysis of urban woodlot bird communities in Minhang District of Shanghai
WANG Benyao, WANG Xiaoming, WANG Tianhou, et al (2788)
……………………………………………………
…………………………………………………………………
Production dynamics and trophic basis of three dominant mayflies in the continuum of Shenglihe Stream in the Bahe River Basin
DENG Shan, YE Caiwei, WANG Lixiao, et al (2796)
……
……………………………………………………………………………
Effects of sedimentation thickness of shrimp pond cleaning discharges on Acanthus ilicifolius seedlings LI Ting, YE Yong (2810)……
Utilization of carbon sources by the soil microbial communities of different forest types in subtropical Australia
LU Shunbao, GUO Xiaomin, RUI Yichao,et al (2819)
………………………
……………………………………………………………………………
Soil microbial community characteristics under different vegetation types at the Holocene鄄basalt Platform, Jingpo Lake area,
Northeast China HUANG Yuanyuan, QU Laiye, QU Xiuchun,et al (2827)………………………………………………………
Effect of Ipomoea aquatica Floating鄄bed on the quantity and distribution of nitrogen cycling bacteria and nitrogen removal
TANG Yingying, LI Xiuzhen, ZHOU Yuanqing,et al (2837)
……………
………………………………………………………………………
Effects of microbial inoculants on soil microbial diversity and degrading process of corn straw returned to field
LI Peipei, ZHANG Dongdong, WANG Xiaojuan, et al (2847)
………………………
……………………………………………………………………
Effects of coupling film鄄mulched furrow鄄ridge cropping with maize straw soil鄄incorporation on maize yields and soil organic carbon
pool at a semiarid loess site of China WU Rongmei,WANG Yongpeng,LI Fengmin,et al (2855)…………………………………
Residues and spatial distribution of OCPs in the sediments of Gan River Basin LIU Xiaozhen,ZHAO Ci,LIANG Yu,et al (2863)…
Analysis on population fluctuation and properties of the white鄄backed planthopper in Huizhou in 2009
DIAO Yonggang, YANG Haibo, QU Yufeng, et al (2872)
………………………………
…………………………………………………………………………
Evaluation acaricidal activities of Momordica cochinchinensis extracts against Tetranychus cinnabarinus
GUO Huili, SHI Guanglu, JIA Liangxi, et al (2883)
………………………………
………………………………………………………………………………
Stomatal ozone uptake modeling and comparative analysis of flux鄄response relationships of winter wheat
TONG Lei,FENG Zongwei,Sudebilige,et al (2890)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Review and Monograph
Calculation method of energy ecological footprint based on global net primary productivity
FANG Kai, DONG Deming, LIN Zhuo, et al (2900)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Behavioral patterns, influencing factors, functions and risks of social play in primates
WANG Xiaowei,ZHAO Haitao, QI Xiaoguang,et al (2910)
…………………………………………………
………………………………………………………………………
Discussion
Spatio鄄Temporal changing analysis on carbon storage of harvested wood products in China
LUN Fei,LI Wenhua,WANG Zhen,et al (2918)
……………………………………………
……………………………………………………………………………………
Scientific Note
Variations in allometrical relationship between stand nitrogen storage and biomass as stand development
CHENG Dongliang,ZHONG Quanlin, LIN Maozi, et al (2929)
………………………………
……………………………………………………………………
Effect of continuous cropping of sesame on rhizospheric microbial communities
HUA Juling,LIU Guangrong,HUANG Jinsong (2936)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of clipping on the growth, gas exchange and chlorophyll fluorescence of invasive plant, Flaveria bidentis
WANG Nannan, HUANGFU Chaohe, CHEN Dongqing, et al (2943)
……………………
……………………………………………………………
Influence of vegetable cultivation methods on soil organic carbon sequestration rate
LIU Yang, YU Dongsheng, SHI Xuezheng,et al (2953)
……………………………………………………
……………………………………………………………………………
Integrated matrix鄄hydrology鄄biological remediation technology for bank collapse lakeside zone of Chaohu Lake
CHEN Yunfeng, ZHANG Yanhui, ZHENG Xiqiang (2960)
………………………
………………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
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法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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第 32 卷摇 第 9 期摇 (2012 年 5 月)
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