全 文 ：第 51 卷 第 6 期
2 0 1 5 年 6 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 6
Jun．，2 0 1 5
doi: 10．11707 / j．1001-7488．20150619
收稿日期: 2014 － 10 － 08; 修回日期:2014 － 12 － 06。
基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(CAFYBB2012026)。
* 焦如珍为通讯作者。
应用 PLFA方法分析氮沉降对土壤微生物群落结构的影响*
刘彩霞 焦如珍 董玉红 孙启武 刘少文
(中国林业科学研究院林业研究所 林木遗传育种国家重点实验室 国家林业局林木培育重点实验室 北京 100091)
摘 要: 【目的】土壤微生物是土壤生态系统变化的敏感指标。本研究选择磷脂脂肪酸法( PLFA)分析微生物群
落结构的变化，可以更准确地了解短期氮沉降对土壤生态系统的影响，从而预测氮沉降后土壤性质及植物生长的
变化趋势，为氮饱和条件下人工林的可持续经营提供微生物参数和指标，对氮沉降的即时调控和实时治理具有指
导意义。【方法】2013 年 5 月，在江西省分宜县山下林场约 1 hm2 的杉木幼龄林中建立 30 个1 m × 1 m 的样方，在
30 个样方中进行 5 种氮沉降量［N0(对照)、N1(20 kg·hm － 2 a － 1 )、N2(40 kg·hm － 2 a － 1 )、N3(60 kg·hm － 2 a － 1 )、N4
(80 kg·hm － 2 a － 1)］和 2 种氮形态(NH +4 -N，I 和 NO
－
3 -N，II)的模拟沉降试验，沉降 1 年后用土钻进行土壤样品采
集。磷脂脂肪酸提取方法为氢氧化钾 － 甲醇溶液甲酯化法，以十九烷酸为内标，采用 Agilent 6850N 测定，用
Sherlock MIS4. 5 系统分析 PLFA 图谱，脂肪酸含量换算成每克干土中的含量(nmol)后进行分析。【结果】本研究共
检测到 PLFAs 72 种，其中特征脂肪酸 36 种。分析特征脂肪酸种类和含量可知:各处理中土壤微生物群落均以原核
微生物为主，不同氮处理样地中以磷脂脂肪酸总量表征的土壤微生物生物量范围 20 ～ 44 nmol·g － 1。沉降铵态氮
时，土壤中 PLFA 总量、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌脂肪酸含量均高于对照样地，细菌、真菌、放线菌和原生动物的
脂肪酸含量变化趋势相同，均为随着氮沉降量的增加先升高再降低最后再升高，NH +4 -N N4 处理土壤微生物 PLFAs
的数量最多，NH +4 -N N2 处理土壤微生物 PLFAs 的丰度值和多样性值最高; 沉降硝态氮时，土壤中 PLFA 总量、革
兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌 PLFAs 量随着硝态氮浓度的增加呈现出先增加后减少的趋势，在 NO －3 -N N2 处理达到
最大值。细菌和放线菌的标记脂肪酸含量变化趋势相同。NO －3 -N N2 处理微生物脂肪酸量最多，NO
－
3 -N N4 浓度
下微生物 PLFAs 多样性值最高。根据典型性相关分析，得出铵态氮对土壤中细菌和放线菌含量影响较为显著，土
壤中硝态氮和含水量对细菌含量影响较为显著。【结论】当氮沉降量小于 80 kg·hm － 2 a － 1 时，铵氮和硝态氮处理
均促进了微生物的生长，但增长幅度不同。铵态氮的最高氮处理和硝态氮的中氮处理，更有利于土壤微生物总量
的增长，铵态氮的中氮处理和硝态氮的最高氮处理，更有利于土壤微生物多样性的增加。铵态氮对土壤中细菌和
放线菌含量影响较为显著，土壤中硝态氮和含水量对细菌含量影响较为显著。
关键词: 氮沉降; 磷脂脂肪酸; 土壤微生物; 微生物多样性
中图分类号: S714. 3 文献标识码:A 文章编号:1001 － 7488(2015)06 － 0155 － 08
Effect of Nitrogen Deposition on Soil Microbial Community Structure Determined
with the PLFA Method
Liu Caixia Jiao Ｒuzhen Dong Yuhong Sun Qiwu Liu Shaowen
( State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation of State
Forestry Administration Ｒesearch Institute of Forestry，CAF Beijing 100091)
Abstract: 【Objective】Soil microbial community is a sensitive indicator of changes in soil quality and soil ecosystem．
The changes in soil microbe community structure in response to simulated nitrogen deposition were investigated by
phospholipids fatty acids (PLFA) biomarkers． This study can be accurate to understand the effects of short-term nitrogen
deposition on soil ecosystem，and hence predict the change of soil properties and plant growth． This study aims at
providing microbial parameters and indicators for the sustainable management of artificial forest under nitrogen saturation
condition，and would have guiding significance for the real-time control and governance of nitrogen deposition．【Method】
In May 2013，we established 30 plots of 1 m × 1 m in a hectare of young Chinese fir forest，at the Shanxia forest farm in
Fenyi，Jiangxi Province． Nitrogen loadings were designed at 5 levels such as N0，N1，N2，N3 and N4 at the doses of 0，
20，40，60 and 80 kg N·hm － 2 a － 1，respectively，with 2 nitrogen forms of NH +4 -N ( I) and NO
－
3 -N ( II) ． After one year
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treatment，soil samples were collected with a soil drill． The fatty acid phospholipid was extracted with potassium
hydroxide-methyl methanol solution，and assayed by Agilent 6850N with nineteen alkyl acid as internal standard． PLFA
pattern was analyzed with the Sherlock MIS4． 5 system，before the fatty acid content was converted into the number of
nmol·g － 1 dry soil． 【Ｒesult】A total of 72 PLFAs were detected，and among them the characteristic fatty acids were 36
kinds． The analysis on type and content of the characteristic fatty acids indicated that prokaryotic microorganism was the
predominant group in the plot soil treated with all nitrogen treatments． In different nitrogen treatment plots，the range of
soil microbial biomass with characteristics of total PLFAs content was 20 － 44 nmol·g － 1 ． In deposition of ammonium
nitrogen，the amount of total PLFAs，Gram-positive bacterial PLFAs and Gram-negative bacterial PLFAs in the soil were
higher compared with control group． The bacterial PLFAs，fungal PLFAs，actinomycete PLFAs and protozoa PLFAs had a
same trend under the treatments of ammonium nitrogen． The NH +4 -N N4 was the optimal concentration for the growth of
microorganisms． In the NH +4 -N N2 treatment，the PLFAs of soil microorganisms had the highest quantity and diversity．
However，along with the increased rates of nitrate nitrogen deposition，the amount of total PLFAs，Gram-positive bacterial
PLFAs and Gram-negative bacterial PLFAs showed a trend that they first increased and then decreased，with the peaks
occurred at the NO3
－ -N N2 treatment． Bacterial PLFAs had a same trend as actinomycete PLFAs． Moreover，the PLFAs
in the NO3
－ -N N4 treatment had the highest diversity，while the microbial fatty acids in NO3
－ -N N2 treatment had the
highest content． According to the Canonical Correlations，ammonium nitrogen in soil was positively correlated with the
bacteria and actinomycetes，while nitrate nitrogen and soil moisture were most significantly correlated with bacterial．
【Conclusion】When the nitrogen deposition amount was less than 80 kg N· hm － 2 a － 1，both ammonium nitrogen and
nitrate nitrogen treatments could promote the growth of microorganisms，but the growth rate was different． The nitrogen
treatments of the highest ammonium nitrogen concentration and the medium nitrate nitrogen were more conducive to the
total soil microorganism growth，whereas treatments with the medium ammonium nitrogen and the highest nitrate nitrogen
were more conducive to increase soil microbial diversity． Ammonium nitrogen in soil was correlated with the bacteria and
actinomycetes，while the nitrate nitrogen and soil moisture is most significantly correlated with bacterial．
Key words: nitrogen deposition; phospholipid fatty acids; soil microbe; microbial diversity
近年来，随着工农业的发展和人类活动的变化，
全球的氮沉降量不断升高(Elser et al．，2007; Fang
et al．，2011)，由此引发的诸多生态环境问题也引起
了关注。氮沉降的增加会导致土壤酸化、营养物质
失衡、氮素流失、生物多样性丧失以及森林蓄积量下
降等一系列问题(MacDonald et al．，2002; Gilliam et
al．，2006; Bobbink et al．，2010)。
微生物是土壤的重要组成部分，它不仅是土壤
养分的重要来源，还对微环境十分敏感，当生态机制
变化和环境改变时，微生物的群落结构也发生变化
(张瑞娟等，2011)。所以研究微生物群落结构的变
化对研究氮沉降所带来的土壤生态系统的变化具有
指向性(Wallenstein，2004)。微生物群落结构的研
究方 法 很 多，包 括 Biolog 法、磷 脂 脂 肪 酸
(phospholipid fatty acid，PLFA)法、DGGE( denaturing
gradient gel electrophoresis)法等。本研究选择 PLFA
法是因为它不需要分离和培养技术，适合微生物群
落的动态追踪(齐鸿雁等，2003); 操作简便，结果
较为精准、客观; 能够定量描述土壤环境中的微生
物群体(黄懿梅，2008; 张秋芳等，2009)。
本研究通过土壤样品 PLFA 分析短期氮沉降对
土壤微生物群落结构的影响，其变化趋势能更好地
预测土壤性质及植物生长的变化趋势，为氮饱和条
件下人工林的可持续经营提供微生物参数和指标，
对氮沉降的即时调控和实时治理具有指导意义。
1 材料与方法
1. 1 试验地概况 试验地位于江西省分宜县大岗
山东北侧的山下林场。地处 114°30—114°45 E，
27°30—27°45 N，属低山丘陵地貌，母岩以千枚岩
为主，土壤为黄、红壤，地带性植被为常绿阔叶林，年
均气温 17. 9 ℃，日最高温 39. 9 ℃，最低气温 － 8. 3
℃，年降水量 1 593. 7 mm，集中在 4—7 月，无霜期
为 268 天(杨承栋等，1999)。
1. 2 试验设计 2013 年 5 月，在约 1 hm2 的杉木
(Cunninghamia lanceolata ) 幼 龄 林 中 建 立 30 个
1 m × 1 m的样方，每个样方间隔 3 m 的缓冲带，在
30 个样地中进行 5 种氮沉降量［N0(对照)、N1(20
kg·hm － 2 a － 1)、N2 ( 40 kg· hm － 2 a － 1 )、N3 ( 60
kg·hm － 2 a － 1)、N4(80 kg·hm － 2 a － 1)］和 2 种氮形态
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第 6 期 刘彩霞等: 应用 PLFA 方法分析氮沉降对土壤微生物群落结构的影响
(NH +4 -N，I 和 NO
－
3 -N，II)的模拟沉降试验，每种氮
处理设 3 个重复。根据微生物活性的季节性变化特
征，试验中将年氮沉降量分成 5 等份，分别于 5，6，
7，9，11 月中旬施入样地中。施氮时将每份氮肥溶
解于 1 L 水中，用喷雾器在该样方均匀喷洒，对照只
喷清水。
1. 3 样品采集和测定 2014 年 5 月，模拟氮沉降 1
年后进行土壤采集。取土深度为 0 ～ 20 cm，不同土
壤样品均通过 3 点采集，每个点取 3 个重复。取出
土壤中的残留根系、石块及其他杂质，过 2 mm 筛后
放入液氮中带回实验室，放置在 － 70 ℃的超低温冰
箱内，并尽快完成 PLFA 分析。
土壤 pH、含水量以及氮含量的测定参照文献
(南京土壤研究所，1983)进行，表 1 为测定结果。
磷脂脂肪酸提取方法为氢氧化钾 －甲醇溶液甲酯化
法(Kourtev et al．，2002; Drenovsky et al．，2004)，以
十九烷酸为内标，采用 Agilent 6850N 测定，用
Sherlock MIS4. 5 系统分析 PLFA 图谱从而对脂肪酸
的成分进行鉴定。
表 1 不同氮处理土壤中的氮相关指标
Tab． 1 The properties of different nitrogen deposition soil
处理
Treatment
N 沉降量
Amount of nitrogen
deposition /( kg·hm － 2 a － 1 )
pH 含水量
Moisture(% )
铵态氮
Ammonium content /
(mg·kg － 1 )
硝态氮含量
Nitrate content /
(mg·kg － 1 )
N0 0 4. 353 ± 0. 133 2 0. 296 1 ± 0. 053 24. 233 ± 2. 587 4. 216 5 ± 1. 178
N1 20 4. 403 ± 0. 277 5 0. 356 8 ± 0. 031 25. 311 ± 5. 321 4. 902 1 ± 1. 379
NH +4 -N N2 40 4. 377 ± 0. 015 3 0. 315 4 ± 0. 025 23. 847 ± 0. 407 4. 479 3 ± 1. 555
N3 60 4. 347 ± 0. 212 2 0. 304 6 ± 0. 013 18. 822 ± 4. 390 7. 232 3 ± 1. 328
N4 80 4. 400 ± 0. 260 0 0. 308 7 ± 0. 033 22. 725 ± 4. 873 5. 480 2 ± 2. 203
N0 0 4. 360 ± 0. 108 2 0. 297 3 ± 0. 017 27. 861 ± 6. 674 3. 982 9 ± 0. 589
N1 20 4. 410 ± 0. 182 5 0. 337 5 ± 0. 034 24. 989 ± 5. 127 6. 776 5 ± 1. 112
NO －3 -N N2 40 4. 343 ± 0. 138 7 0. 348 5 ± 0. 040 30. 777 ± 2. 029 7. 227 3 ± 2. 159
N3 60 4. 453 ± 0. 083 3 0. 340 2 ± 0. 038 24. 444 ± 4. 813 4. 799 5 ± 0. 966
N4 80 4. 317 ± 0. 032 1 0. 335 7 ± 0. 023 25. 381 ± 5. 017 6. 842 0 ± 1. 202
1. 4 数据分析 PLFA 作为通用生物标记物可以
反映出总的土壤微生物生物量、革兰氏阳性菌和革
兰氏阴性菌的含量。而总 PLFA 谱中某些特定脂肪
酸作为特定生物标记，可以初步判定细菌、真菌、放
线菌和原生动物的含量及其群落结构功能的多样
性。表 2 为部分特定生物标记的一些脂肪酸 ( Jain
et al．，1997; Joergensen et al．，2005; Sakamoto et al．，
2004)。测定结果中 PLFAs 含量的标定和计算参照
刘波等(2010)方法，将脂肪酸换算成每克干土中的
含量(nmol)，计算公式如下:
N = 目标 Ｒesponse
19: 0Ｒesponse
× 19: 0 浓度 ×
溶样体积
样品干质量 × FAME
。
式中，N 为脂肪酸含量( nmol·g － 1 DW)，Ｒesponse 为
生物标记的响应值，19:0 为内标物 c19: 0 ( ng·
μL － 1)，FAME 为 脂 肪 酸 甲 酯 的 摩 尔 质 量 ( g·
mol － 1)，溶样体积单位 μL，样品干质量单位 g。
换算后的脂肪酸数据利用 Excel 进行数据初处
理，Sigma Plot 进行制图，SPSS19. 0 软件进行单因素
方差分析(显著水平为 α = 0. 05)以及丰度( S)、均
匀度( J)和多样性指数分析［Shannon-Wiener 指数
(H)和 Simpson 指数(D)］以及典型性相关分析。
2 结果与分析
2. 1 各处理对土壤微生物总生物量的影响 土壤
中磷脂脂肪酸的组成可以表示土壤微生物群落的生
物量和结构(Bardgett et al．，1996)。使用直接从土
壤中提取的磷酯类化合物的量可准确地表达为土壤
微生物的生物量(于树等，2008)。本研究共检测到
72 种 PLFA，其中可对应出微生物类型的特征 PLFA
为 36 种(表 3)，C 链长度为 11 ～ 20，包括饱和、不饱
和、甲基化分支和环化脂肪谱。
如图 1 所示，不同氮处理样地中以磷脂脂肪酸总
量表 征 的 土 壤 微 生 物 生 物 量 范 围 为 20 ～ 44
nmol·g － 1。沉降铵态氮时，土壤中 PLFA 总量均高于
对照样地，且随着氮沉降量的增加表现出先增加再减
少最后增加的趋势，最终在 NH +4 -N N4 处理达到最大
值，高于对照处理 75. 45%。沉降硝态氮时，土壤中
PLFA 总量同样高于对照样地，且随着硝态氮沉降量
的增加呈现出先增加后减少的趋势，在 NO －3 -N N2 处
理达到最大值，高于对照处理 47. 37%。不同氮沉降
浓度下革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均与 PLFA 总
量变化趋势相同，但变化幅度略小。
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林 业 科 学 51 卷
表 2 表征微生物的 PLFA①
Tab. 2 PLFA characterizing microbes
微生物类型 Microbial group 磷脂脂肪酸标记 Phospholipids fatty acid signatures
细菌 Bacteria
含有以酯链与甘油相连的饱和或单不饱和脂肪酸(如 15:0，i15:0，a15:0，16:0，i16:0，16:1ω5，16:1ω9，
16:1ω7t，17:0，i17:0，a17:0，cy17:0，18:1ω5，18:1ω7，18:1ω7t，i19:0，a 19:0 和 cy19:0 等)。Saturated or
mono unsaturated fatty acid with a ester chain linked to glycerol( e． g． 15:0，i15:0，a15:0，16:0，i16:0，16:
1ω5，16:1ω9，16:1ω7t，17:0，i17:0，a17:0，cy17:0，18:1ω5，18:1ω7，18:1ω7t，i19:0，a 19:0 and cy19:
0 etc． ) ．
好氧细菌 Aerobes i15: 0，a15: 0，15: 0，i16: 0，16: 1ω9，16: 1ω7t，i17: 0，a17: 0，17: 0
厌氧细菌 Anaerobes cy17: 0，cy19: 0
革兰氏阳性菌 Gram-positive bacteria 含有多种支链脂肪酸( iso －，anteiso － )。Containing a variety of branched fatty acids( iso －，anteiso － )。
革兰氏阴性菌 Gram-negative bacteria
含有多种羟基脂肪酸(单烯脂肪酸、环丙基脂肪酸等)。Containing a variety of hydroxy fatty acids (mono
fatty acids，cyclic fatty acids etc． ) ．
真菌 Fungi
含有特有的磷脂脂肪酸 ( 如 18:1ω9，18:2ω6，18:3ω6，18:3ω3 )。Containing a unique phospholipid fatty
acid ( e． g． 18:1ω9，18:2ω6，18:3ω6，18:3ω3 etc． ) ．
放线菌 Actinomycetes 10Me16:0，10Me17:0，10Me18:0 等( etc． )
原生动物 Protozoa 20:3ω6，20:4ω6
① i，a，cy 和 Me 分别表示异、反异、环丙基和甲基分支脂肪酸;ω，c 和 t 分别表示脂肪端、顺式空间构造和反式空间构造。 i，a，cy and Me
refer to iso，anteiso，cyclopropyl andmethyl branching fatty acids，respectively; ω，c and t refer to the aliphatic end，cis configuration and trans
configuration，respectively．下同 The same below．
表 3 各处理下土壤微生物特征磷脂脂肪酸标记分析①
Tab． 3 Analysis of PLFA biomarkers in soil of different treatments nmol·g － 1
磷脂脂肪酸名称
Peak name
微生物类型
Microbial types
NH +4 -N NO
－
3 -N
N0 N1 N2 N3 N4 N0 N1 N2 N3 N4
12:00 Ba 0. 022 3 0. 053 0 0. 031 6 0. 024 6 0. 045 4 0. 030 9 0. 048 4 0. 029 5 0. 027 1 0. 028 4
14:00 Ba 0. 232 1 0. 385 1 0. 306 5 0. 251 9 0. 429 7 0. 335 3 0. 396 2 0. 430 6 0. 387 6 0. 344 9
15:1w6c Ba 0. 040 9 0. 072 5 0. 060 6 0. 041 5 0. 071 7 0. 060 6 0. 067 0 0. 070 2 0. 075 4 0. 063 8
15:00 Ba 0. 209 4 0. 325 6 0. 293 9 0. 235 2 0. 379 7 0. 299 8 0. 337 1 0. 417 2 0. 393 0 0. 326 1
19:0 iso Ba 0. 055 6 0. 061 7 0. 054 6 0. 050 6 0. 072 9 0. 052 5 0. 075 4 0. 097 2 0. 073 1 0. 060 8
19:0 anteiso Ba — — — — — 0. 134 2 — — — —
20:00 Ba 0. 091 9 0. 133 0 0. 131 5 0. 097 6 0. 240 6 0. 141 9 0. 230 6 0. 297 2 0. 167 7 0. 157 3
17:0 iso 3OH Gn 0. 063 8 0. 059 9 0. 025 9 0. 044 8 0. 067 5 0. 054 8 0. 072 5 0. 108 0 0. 069 6 0. 043 7
16:0 iso Gp 1. 303 1 1. 872 8 1. 790 4 1. 454 0 2. 141 7 1. 804 3 1. 826 1 2. 634 0 2. 233 6 1. 968 8
15:0 iso Gp 1. 890 1 2. 914 5 2. 815 4 2. 303 6 3. 509 2 3. 071 2 3. 390 3 4. 760 2 3. 889 3 3. 305 4
15:0 anteiso Gp 0. 828 1 1. 196 6 1. 071 3 0. 908 8 1. 259 7 1. 155 6 1. 301 7 1. 706 1 1. 443 8 1. 294 9
12:0 3OH Gp — — — — 0. 012 7 0. 003 6 0. 002 9 0. 008 8 0. 004 7 —
11:0 3OH Gp — 0. 020 9 — — — 0. 008 8 0. 016 2 — — —
15:0 3OH Ae /Gp — — — — — — — 0. 644 6 — 0. 504 1
14:0 iso Ae 0. 118 0 0. 200 1 0. 160 5 0. 140 3 0. 193 7 0. 166 2 0. 185 5 0. 203 0 0. 181 1 0. 176 0
17:0 iso Ae /Gp 1. 054 2 1. 208 4 1. 189 0 1. 089 5 1. 292 9 1. 147 1 1. 352 8 1. 585 9 1. 500 5 1. 262 5
18:0 iso Gp 0. 143 4 0. 151 7 0. 133 6 0. 137 3 0. 162 2 0. 128 3 0. 170 1 0. 200 5 0. 179 4 0. 145 6
17:0 anteiso Gp 0. 510 7 0. 642 1 0. 595 8 0. 522 4 0. 677 4 0. 627 9 0. 672 9 0. 932 2 0. 797 7 0. 689 4
16:0 anteiso Gp 0. 025 3 0. 042 8 0. 035 7 0. 036 9 0. 041 6 — 0. 047 8 0. 055 9 0. 058 2 0. 039 0
19:0 cyclo w8c Gn 1. 956 6 3. 090 7 2. 821 3 2. 449 5 3. 750 4 3. 313 2 3. 170 3 5. 654 5 4. 601 2 3. 446 3
17:1 w8c Gn 0. 104 4 0. 148 7 0. 149 8 0. 123 2 0. 189 9 0. 139 0 0. 168 9 0. 213 4 0. 214 2 0. 160 9
17:0 cyclo Gn 0. 314 0 0. 506 7 0. 429 3 0. 401 3 0. 612 5 0. 493 5 0. 502 9 0. 667 8 0. 623 8 0. 540 0
15:0 iso 3OH Gn — 0. 037 9 0. 032 7 — 0. 048 2 0. 038 9 0. 041 0 0. 055 6 0. 039 3 0. 038 7
13:0 iso F1 0. 012 4 0. 026 0 0. 015 6 0. 014 0 0. 022 2 0. 012 9 0. 033 0 0. 020 3 0. 019 4 0. 018 7
16:1 w5c Me /Gn 0. 393 0 0. 650 2 0. 492 6 0. 405 0 0. 703 7 0. 632 9 0. 708 8 0. 928 4 0. 796 5 0. 639 4
14:1 w5c Ps 0. 027 0 0. 046 9 0. 036 8 0. 044 4 0. 035 7 0. 039 5 0. 041 8 0. 041 4 0. 033 4 0. 033 5
16:00 Ps 3. 575 4 5. 655 1 4. 847 8 3. 873 4 7. 341 8 5. 232 0 6. 255 0 7. 667 1 6. 939 2 5. 561 7
17:00 Ar 0. 149 5 0. 251 9 0. 210 0 0. 161 2 0. 299 9 0. 215 5 0. 263 7 0. 277 4 0. 300 2 0. 251 1
18:1 w7c 11 －methyl Ce 0. 166 4 0. 252 4 0. 199 1 0. 191 0 0. 300 7 0. 243 4 0. 284 9 0. 433 7 0. 371 7 0. 265 2
18:00 Hy 0. 835 8 1. 180 7 1. 075 7 0. 879 5 1. 334 6 1. 112 4 1. 328 2 1. 543 5 1. 664 1 1. 229 7
18:3 w6c (6，9，12) Fu 0. 061 7 0. 082 6 0. 074 1 0. 079 4 0. 096 2 0. 073 2 0. 097 1 0. 127 3 0. 096 4 0. 081 2
18:1 w9c Fu 1. 448 1 2. 178 8 2. 178 9 1. 596 3 2. 718 4 2. 075 0 2. 664 9 3. 141 3 3. 896 4 2. 362 9
17:0 10 － methyl Ac 0. 218 6 0. 329 4 0. 326 9 0. 261 1 0. 402 5 0. 306 2 0. 329 9 0. 488 9 0. 410 7 0. 350 9
18:0 10 －methyl，TBSA Ac — 1. 183 8 1. 121 3 — 1. 196 7 1. 157 3 0. 771 2 1. 589 7 1. 478 4 1. 452 7
20:4 w6，9，12，15c Pr 0. 194 8 0. 386 5 0. 264 9 0. 198 3 0. 376 2 0. 269 2 0. 434 9 0. 422 3 0. 420 0 0. 309 8
20:2 w6，9c Pr — — 0. 039 3 — — — — — 0. 065 7 —
①Ba:细菌 Bacteria;Ae 耗氧细菌 Aerobes;Gp:革兰氏阳性菌 Gram-positwe bacteria;Gn:革兰氏阴性菌 Gram-negative bacteria;Fl:黄杆菌属 /革兰
氏阴性菌:Flavbacterium balustinum / Gram-negative bacterial;Me:甲烷氧化菌:Methane-oxidizing bacteria;Ps:假单胞杆菌:Pseudomonadaceae;Ar:节杆
菌属:Arthrobacter;Ce:纤维素属:Cellulomonas;Hy:嗜热解氢杆菌:Hydrogenobacter;Fu:真菌 Fungi;Ac:放线菌 Actinomycetes;Pr:原生动物 Protoza．
851
第 6 期 刘彩霞等: 应用 PLFA 方法分析氮沉降对土壤微生物群落结构的影响
图 1 不同氮处理土壤中微生物总的 PLFA 含量
Fig． 1 The total PLFA of microbial in soil of
different nitrogen deposition
2. 2 各处理对土壤细菌、真菌和放线菌含量的影
响 由图 2a 可见，不同沉降氮浓度间土壤细菌含量
存在一定差异。其中，各处理均高于对照样地。沉
降铵态氮时，其变化趋势为先升高再降低最后再升
高，NH +4 -N N4 处理细菌含量为最大值，高于对照处
理 69. 84% ; NH +4 -N N3 处理为最小值，高于对照处
理 14. 60%。沉降硝态氮时，其变化趋势先升高再降
低，最大值出现在 NO －3 -N N2 处理，高于对照处理
56. 29% ; 最小值出现在 NO －3 -N N4 处理，高于对照
处理 9. 61%。比较 2 种氮形态整体的增长幅度，可
得出铵态氮含量变化更利于细菌量的增长，并且土
壤微生物细菌的含量变化与微生物总含量变化大致
相同，这也证明了土壤微生物是以细菌为主体的群
落结构。
图 2b 表明:不同沉降氮沉降量间土壤真菌含量
存在一定差异。沉降铵态氮时，其变化趋势与细菌
相同，NH +4 -N N4 处 理 达 到 最 大 值，高 于 对 照
86. 43%。沉降硝态氮时，其变化趋势也同于细菌，
但是 NO －3 -N N3 处理达到最大值，即真菌比细菌更
易于生活在高硝态氮的土壤中。
图 2c 为不同氮处理土壤中放线菌含量的变化。
沉降铵态氮时，其变化趋势与真菌相同，均是 NH +4 -N
N3 处理与对照数量较为相近，NH +4 -N N4 处理为最
大值，且其变化幅度较大。沉降硝态氮时，NO －3 -N
N1 处理的放线菌生物量低于对照 24. 76%，NO －3 -N
N2 处理达到最大值，高于对照 42. 04%。在本研
究中，NH +4 -N N4 和 NO
－
3 -N N2 处理最利于放线菌
生长。
图 2 不同氮处理土壤中细菌( a)真菌( b)和
放线菌( c)的 PLFA 含量
Fig． 2 The PLFA content of bacteria( a)，fungi( b) and
actinomyces( c) in soil of different nitrogen deposition
2. 3 不同处理对土壤微生物群落结构的影响
通过对标记性的特征脂肪酸进行分析，可以得出
细菌、真菌、放线菌和原生动物的脂肪酸含量存在
一定差异，各处理间的多样性指数也各不相同(表
4)。NH +4 -N N2 处理，土壤微生物 PLFA 多样性指
数最高。磷脂脂肪酸丰富度为 70，均匀度为
0. 960 5; Simpson 和 Shannon 指数分别为 3. 500 5
和0. 823 9。所以铵态氮 N2 处理更有利于微生物
的生长，微生物多样性较高，而 NH +4 -N N3 处理的
多样性指数最低。沉降硝态氮时，NO －3 -N N4 处理
指数值最大:丰富度 72，均匀度 0. 967 1; Simpson
和 Shannon 指数分别为 3. 682 4 和 0. 861 0，即在
NO －3 -N N4 处理更利于微生物的生长，微生物多样
性指数高，其他硝态氮处理的多样性指数差异
951
林 业 科 学 51 卷
较小。
表 4 不同氮沉降处理下土壤微生物 PLFA
多样性指数
Tab． 4 Diversity indices of PLFA in soil of
different nitrogen deposition
处理类型
Treatments
S J H D
N0 48 3. 137 4 0. 810 4 0. 942 0
N1 50 3. 163 7 0. 808 7 0. 941 7
NH +4 -N N2 70 3. 500 5 0. 823 9 0. 960 5
N3 48 3. 130 2 0. 808 6 0. 941 5
N4 52 3. 279 3 0. 829 9 0. 934 4
N0 51 3. 140 2 0. 798 7 0. 940 9
N1 51 3. 145 0 0. 799 9 0. 939 4
NO －3 -N N2 52 3. 149 7 0. 797 1 0. 938 2
N3 53 3. 145 9 0. 792 4 0. 939 6
N4 72 3. 682 4 0. 861 0 0. 967 1
为了进一步研究环境因子对微生物群落结构
的影响，使用 SPSS 进行典型性相关分析。U 代表
环境变量的标准化变量，V 代表群落结构生物量的
标准化变量。如表 5 所示，将 U 与 V 进行 Bartlett
的 χ2 检验，得出 5 组相关系数。由 Sig． 值判断得
知，在α = 0. 05时，前 2 个典型相关系数是极显著
的，2 组变量的相关系数均为 1。
表 5 典型变量相关系数和显著性检验
Tab． 5 Canonical correlation coefficient and
significant test
组 Group Wilk’s Chi-Sq DF Sig． r
1 0. 000 0. 000 30. 000 0. 000 1. 000
2 0. 000 112. 277 20. 000 0. 000 1. 000
3 0. 084 7. 442 12. 000 0. 827 0. 895
4 0. 422 2. 587 6. 000 0. 859 0. 697
5 0. 820 0. 596 2. 000 0. 742 0. 424
由表 6 可 知 环 境 变 量 的 典 型 变 量。U1 =
0. 425 × N 沉降量 + 1. 030 × pH 值 － 0. 446 ×含水量 －
0. 006 ×铵态氮含量 － 0. 202 × 硝态氮含量，U1 的主
要影响因子为 pH 值和含水量。U2 = 0. 129 × N 沉
降量 + 0. 222 × pH 值 － 0. 158 ×含水量 + 1. 027 × 铵
态氮含量 － 0. 559 ×硝态氮含量，U2 的主要因子为铵
态氮含量。表 7 为微生物群落结构因子的典型变量，
V1 = 7. 014 × 微生物总量 － 14. 440 × 细菌含量 +
0. 001 ×真菌含量 + 0. 759 ×放线菌含量，V1 的主要代
表因子为细菌;V2 = 0. 659 ×微生物总量 + 9. 435 ×细
菌含量 － 0. 175 × 真菌含量 － 1. 774 × 放线菌含量，
即 V2 的主要因子为细菌。
根据 U 和 V 的典型相关关系分析可知，土壤
pH、土壤含水量及土壤中铵态氮含量对微生物群落
中细菌含量影响较显著。N 沉降对土壤微生物群落
中细菌的影响最大，放线菌次之，真菌最小。
表 6 典型变量 U 与原始标准化变量 X 的相关系数
Tab． 6 Correlation coefficients between canonical
variables U and standardized variables X
因子 Factor U1 U2 U3 U4 U5
N 沉降量
Amount of nitrogen
deposition
0. 425 0. 129 0. 742 0. 626 － 0. 020
pH 1. 030 0. 222 － 0. 346 － 0. 039 － 0. 138
含水量
Moisture
－ 0. 446 － 0. 158 0. 601 － 1. 169 0. 215
铵态氮含量
Ammonium content
－ 0. 006 1. 027 － 0. 149 0. 135 0. 198
硝态氮含量
Nitrate content
－ 0. 202 － 0. 559 0. 194 － 0. 650 1. 039
表 7 典型变量 V与原始标准化变量 Y的相关系数
Tab． 7 Correlation coefficients between canonical
variables V and standardized variables Y
类型 Type V1 V2 V3 V4 V5
微生物总量
Total microorganism
7. 014 0. 659 14. 512 15. 193 9. 586
细菌含量
Bacteria content
－ 14. 440 9. 435 － 55. 460 － 59. 189 － 5. 503
真菌含量
Fungi content
0. 001 － 0. 175 － 3. 020 － 3. 836 － 2. 291
放线菌含量
Actinomycetes content
－ 0. 759 － 1. 774 － 0. 558 － 1. 716 － 1. 062
3 结论
研究表明，在各处理中多不饱和脂肪酸相对含
量较低，单不饱和脂肪酸和支链脂肪酸为优势脂肪
酸类群，即各处理土壤中微生物群落结构中原核微
生物为主要类群，细菌为其群落结构中的优势菌群，
真核微生物所占比例较小。
沉降铵态氮时，土壤中 PLFA 总量、革兰氏阳性
菌、革兰氏阴性菌脂肪酸含量均高于对照样地。细
菌、真菌、放线菌和原生动物的脂肪酸含量变化趋势
相同。NH +4 -N N4 处理土壤微生物 PLFAs 的数量最
多，NH +4 -N N2 处理的土壤微生物 PLFAs 丰度值和
多样性值最高。沉降硝态氮时土壤中 PLFA 总量、
革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌 PLFAs 量随着硝态
氮沉降量的增加呈现出先增加后减少的趋势，在
NO －3 -N N2 处理达到最大值。细菌和放线菌的标记
脂肪酸含量变化趋势相同。NO －3 -N N2 处理的微生
物脂肪酸量最多，NO －3 -N4 处理的微生物 PLFAs 多
样性值最高。
根据典型性相关分析可知，铵态氮对土壤中细
菌和放线菌含量影响较为显著，土壤中硝态氮和含
061
第 6 期 刘彩霞等: 应用 PLFA 方法分析氮沉降对土壤微生物群落结构的影响
水量对细菌含量影响较为显著。
4 讨论
本研究中氮沉降增加了土壤中营养物质的含
量，为细菌生长提供了丰富的营养来源，因此一定氮
含量的氮沉降处理可促进细菌的生长。随着氮沉降
量的增加，土壤中营养物质的有效性发生变化，微生
物对底物的利用模式也发生变化，导致中高氮处理
时细菌含量减少。氮沉降影响真菌含量变化可能是
由于氮沉降促使土壤有机质含量增加(Van Diepen
et al．，2010 )，导致土壤 pH 值下降 ( Turner et al．，
2009)，土壤中真菌分泌物含量也增加，最终造成真
菌生物量的增加或其群落结构发生改变。本研究发
现低氮水平促进了真菌含量的增长，但降低了真菌
菌群的多样性，而高氮水平抑制了真菌含量的增
长，真菌菌群多样性降低，从而降低了真菌的微生物
生物量，这些均与前人的研究结果一致(Wallenstein
et al．，2004)。
本研究中，沉降高浓度铵态氮时各微生物类型
的 PLFA 均有升高趋势，所以仍需升高浓度进行持
续的沉降试验来确定其变化趋势。PLFA 法在一定
程度上克服了传统培养方法的不全面性，但因其脂
肪酸类型及含量会随生长条件和环境污染情况变
化，所以它们还未形成严格的专一性，可能会引起
错误的群落指征(陈振翔等，2005)。所以 PLFA 含
量换算成微生物生物量时有关环境因子的转换系数
仍有待于进一步研究。
参 考 文 献
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(责任编辑 朱乾坤)
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