全 文 ：第 50 卷 第 7 期
2 0 1 4 年 7 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 7
Jul．，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20140715
收稿日期: 2013 － 04 － 17; 修回日期: 2013 － 12 － 14。
基金项目: 福建省教育厅资助省属高校项目( JA12118)。
* 林文雄为通讯作者。武夷山国家级自然保护区管委会为本研究外业调查提供支持，林生、沈荔花、何中声等在试验及数据分析中给予帮
助，在此表示感谢。
武夷山不同海拔植被带土壤微生物 PLFA分析*
吴则焰1，2 林文雄1，2 陈志芳3 刘金福3 方长旬2 张志兴2 吴林坤2 陈 婷2
(1． 福建农林大学生命科学学院 福州 350002; 2． 福建农林大学农业生态研究所 福州 350002;
3． 福建农林大学林学院 福州 350002)
摘 要: 运用磷脂脂肪酸标记法(PLFA)研究武夷山不同海拔植被带(常绿阔叶林 EBF、针叶林 CF、亚高山矮林
SDF、高山草甸 AM)土壤微生物群落结构特征。结果表明:从不同海拔土壤中共检测到 25 种 PLFA 生物标记，EBF
土壤微生物 PLFA 生物标记种类和总量明显高于其他植被类型，随着海拔的升高，土壤微生物种类和含量逐渐下
降。4 个海拔土壤中含量最高的 PLFA 生物标记是 18:1ω9c，16:1ω7c，16:00 和 cy17:0。3 种特征微生物相对生物
量在不同海拔土壤中分布不同，细菌分布量最大，其次是真菌，放线菌分布量最小。不同海拔植被带土壤微生物群
落多样性用不同指数表示，均呈现相似规律，即 EBF ＞ CF ＞ SDF ＞ AM。主成分分析表明:与土壤微生物 PLFA 群落
多样性相关的 2 个主成分分别解释变量方差的 59. 23%和 35. 46%，基本能够区分不同海拔土壤微生物群落特征。
对第 1 主成分起主要作用的磷脂脂肪酸为 16:1ω9c，a17:0，18:1ω9c 和 16:1ω7c，对第 2 主成分起主要作用的为
i17:0，16:1ω5c 和 cy17:0。不同海拔土壤细菌、真菌、放线菌、原生动物各总 PLFA 与土壤理化性质和酶活性之间存
在相关性，总有机碳、全氮和过氧化氢酶对细菌、放线菌和原生动物总 PLFA 呈极显著正相关。土壤微生物群落多
样性随着海拔上升、土层加深而逐渐下降的原因，可能是生物量、林分凋落物、土壤养分、微小动物、植物根系等多
种因素共同作用的结果。
关键词: PLFA; 群落结构; 海拔; 土壤微生物; 武夷山
中图分类号: S718. 5; Q938; Q948 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)07 － 0105 － 08
Phospholipid Fatty Acid Analysis of Soil Microbes at Different Elevation
of Wuyi Mountains
Wu Zeyan1，2 Lin Wenxiong1，2 Chen Zhifang3 Liu Jinfu3 Fang Changxun2 Zhang Zhixing2 Wu Linkun2 Chen Ting2
(1 ． College of Life Sciences，Fujian Agriculture and Forestry University Fuzhou 350002;
2 ． Institute of Agroecology，Fujian Agriculture and Forestry University Fuzhou 350002;
3 ． College of Forestry，Fujian Agriculture and Forestry University Fuzhou 350002)
Abstract: In this study，experimental sites were respectively set in evergreen broadleaf forest(EBF)，coniferous forest
(CF)，subalpine dwarf forest(SDF) and alpine meadow(AM) along an elevational in the national natural reserve of Wuyi
Mountains，and the phospholipid fatty acid analysis( PLFA) was used to examine variations in soil microbial community
diversity and its influencing factors． The results showed that: There existed 25 PLFAs that were significantly different in
the soil samples from different elevations． The EBF soil exhibited richer PLFAs distribution both in type and amount than
the other vegetation types． The microbial activity and functional diversity were decreased with increasing elevation，and in
an order of EFB ＞ CF ＞ SDF ＞ AM． The PLFAs biomarkers of three species with the highest contents were 18:1ω9c，16:
1ω7c，16:00 and cy17:0． The bacterium had the richest distribution，followed by fungus and actinomycetes at different
elevations． The Simpson index，Shannon-Wiener index，Brillouin index and McIntosh index of EBF were holistically
higher than those of AM． Component analysis ( PCA) identified 2 principal component factors in relation to microbial
community diversity，explaining 59. 23% and 35. 46% of the variation，respectively． The PLFAs，which play a major role
on first principal component，are 16:1ω9c，a17:0，18:1ω9c and 16:1ω7c，and，which play a major role on second
principal component，are i17:0，16:1ω5c and cy17:0． The PLFAs of different microbial groups were closely correlated to
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the soil physicochemical property and enzyme activities，and the TOC，TN and catalase were positively correlated with the
PLFAs of bacteria，actinomycete and protozoon． The soil microbial community diversity was decreased along the elevation
in Wuyi Mountain，and vegetative biomass，forest litter，soil nutrient，microzoon and plant roots might be the major
factors controlling soil microbial community diversity．
Key words: PLFA; community structure; elevation; soil microorganism; Wuyi Mountains
在土壤 －植被生态系统中，土壤微生物作为最
活跃和具有决定性影响的组分之一，积极参与土壤
中的能量流动、营养循环和有机物转化，对维持生态
系统过程和功能意义重大( Zhong et al．，2010)。许
多土壤微生物指标如土壤微生物量、酶活性和群落
结构与功能多样性的变化都能反映出土壤生态系统
健康状况(Lerch et al．，2009)。其中，土壤微生物群
落结构和多样性能较早反映土壤环境质量的变化过
程，并揭示微生物的生态功能差异，被认为是重要的
生物学指标 ( Alexander et al．，2006; Wang et al．，
2008)。大部分土壤微生物难以培养，研究其群落
结构比较困难(张洪勋等，2003)。近年来磷脂脂肪
酸分析法 ( PLFA ) ( Syakti et al．，2006; 时鹏等，
2011)、BIOLOG-ECO 分析法(鲁顺保等，2012)、分
子生物学法(吴才武等，2011)等都试图克服这一难
点，但 BIOLOG 法不适用于分析整个微生物群落结
构，分子生物学方法易受环境微生物生理状态影响，
而 PLFA 法能较完整地检测到样品中微生物群落变
化，且受微生物生理影响不大。该方法主要原理是
不同微生物体的 PLFA 组成和含量水平具有种属特
异性，可用来直接估算微生物的生物量及其群落结
构(Saetre et al．，2000)，目前已广泛应用于土壤微生
物群落组成和种群变化分析中，在揭示作物栽培及
土地管理方式、有机污染物、重金属、季节变化、气候
条件等因素对土壤微生物群落结构和功能影响等方
面取得了理想效果 (李金岚等，2010; 郑雪芳等，
2012; Bodelier et al．，2000; 白震等，2006; 牛佳等，
2011; 刘微等，2011; Fang et al．，2005; 郑琼等，
2012; 孙棣棣等，2011)。
海拔变化作为影响土壤微生物结构及多样性最
重要的因素之一，近年来受到越来越多学者的广泛
关注，如王长庭等(2010)、张文婷等(2008)、杨喜田
等(2006)分别研究了高寒草甸、黄土高原、太行山
等地不同海拔土壤微生物群落结构变化规律，但不
同区域差异较大。武夷山国家自然保护区作为世界
同纬度带现存面积最大、保存最完整的中亚热带森
林生态系统，具有明显的植被垂直分布谱带，许多学
者从不同角度对其开展了研究(何容等，2009; 金
裕华等，2011)，但土壤微生物群落结构随海拔变化
的差异研究未见报道。本研究拟采用 PLFA 法研究
武夷山不同海拔土壤微生物群落结构特征，探讨土
壤微生物群落多样性对海拔的变化规律，以期进一
步揭示中亚热带森林生态系统植物多样性与土壤微
生物的耦合关系，为武夷山国家自然保护区的经营
与管理提供科学依据。
1 研究区概况
武夷山国家自然保护区位于福建省西北部
(117° 24—118° 02 E，27° 32—27° 55 N)，总面积
99 975 hm2，属中亚热带季风气候，年均温 17. 6 ℃，
年降雨量 1 864 mm，年相对湿度 78% ～ 84%，无霜
期 253 ～ 272 天(吴则焰等，2013a)。以黄岗山为主
峰，海拔 2 158 m，沿海拔植被带依次为常绿阔叶林
( evergreen broadleaved forest，EBF )、针 叶 林
( coniferous forest，CF)、亚高山矮林( subalpine dwarf
forest，SDF)和高山草甸 ( alpine meadow，AAM)，各
植被带生态因子详见吴则焰等(2013b)。
2 研究方法
2. 1 野外采样及土壤性质测定
2012 年 7 月，分别在 EBF(500 m)、CF(1 200 m)、
SDF(1 800 m)和 AM (2 100 m)设置 3 个 20 m ×
20 m样地，每个样地坡度、坡向相近，采集深度为
0 ～ 20 cm的土壤样品，每份土壤样品由对应的样地
中随机采取的 20 个土芯混合而成，混匀后带回实验
室，分成 2 份，分别用于土壤微生物及理化性质的测
定。土样理化性质和酶活性采用吴则焰等(2013a;
2013b)方法测定。
2. 2 磷脂脂肪酸的分离与气相色谱检测
采用 PLFA 生物标记法进行土壤微生物群落结
构分析。PLFA 的提取过程和分析参考 Kourtev 等
(2002)方法。具体操作步骤为: 将 20 mL 0. 2 moL·
L － 1的 KOH 甲醇溶液和 10 g 新鲜土样加到 50 mL 离
心试管中，混合均匀，在 37 ℃下温育 1 h(脂肪酸释放
并甲脂化，样品每 10 min 振荡 1 次)。加入3 mL 1. 0
moL·L － 1醋酸溶液中和 pH，充分摇匀。加 10 mL 正己
烷，使 PLFA 转到有机相中，2 000 r·min － 1离心15 min
后，将上层正己烷转到干净试管中，在 N2 气流下挥发
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第 7 期 吴则焰等: 武夷山不同海拔植被带土壤微生物 PLFA 分析
掉溶剂。将 PLFA 溶解在 1 mL 体积比为 1∶ 1的正己
烷 /甲基丁基醚溶液中。所用有机溶剂均为色谱纯。
采用 Varian240GC-MS 检测磷脂脂肪酸，方法如下:
进样口温度为 280 ℃，分流比为 20∶ 1，柱温箱程序升
温为 70 ℃起始，保持 1 min，以 20 ℃·min － 1升温至
170 ℃，保持 2 min，再以 5 ℃·min － 1升温至 280 ℃，保
持 5 min，最后以40 ℃·min － 1升温至 300 ℃，保持 1. 5
min(林生等，2013)。
2. 3 磷脂脂肪酸的命名与含量测定
参考 Frostagard 等(1993)的命名方法，脂肪酸
链长以碳原子总数计算，从羧基开始，冒号后数字代
表双键数目，ω 后数字代表双键的位置 (从羧基端
算起)。c 表示顺势双键，t 表示反势双键，i 表示顺
势支链，a 表示反势支链，br 表示不确定支链位置，
Me 表示甲基位置，cy 表示环丙基。不同菌群的
PLFA 特征谱图不同，在高度专一性基础上具有多
样性，可以作为微生物群落中不同群体的标记物。
磷脂构成的变化能够说明环境样品中微生物群落结
构的变化，可以对微生物群落进行识别和定量描述，
并为进一步研究提供相关信息。支链脂肪酸 i15:0，
a15:0，i16:0，i17:0，a17:0，a18:0 等表示革兰氏阳
性菌，16:1ω7，cy17:0，cy19:0，18:1ω5，18:1ω7 等
表示革兰氏阴性菌，10Me16:0，10Me17:0，10Me18:
0 等表示放线菌，18:1ω9c，18:1ω9t，18:2ω6 等表示
真菌(刘微等，2011)。脂肪酸定量用峰面积和内标
曲线法(刘波等，2010)，内标为甲酯化的 C19:0，含
量用 μg·g － 1表示。
2. 4 数据统计分析
利用 Excel2003 进行数据初处理和制图，采用
DPS7. 05 与 SSPS13 统计软件进行方差分析、主成分
分析及多样性指数分析。
3 结果与分析
3. 1 不同海拔植被带土壤理化性质及酶活性
不同海拔植被带土壤部分理化性质见表 1。土
壤 pH 介于(4. 57 ± 0. 08) ～ (4. 99 ± 0. 03)之间，土
壤平均含水率均大于 32. 5%。各植被带土壤养分
含量具有显著差异，总有机碳、全氮、全磷和全钾含
量大小排序均为 EBF ＞ CF ＞ SDF ＞ AM，EBF 的总有
机碳、全 氮、全 磷 和 全 钾 含 量 分 别 是 AM 的
218. 11%，151. 02%，238. 46% 和 164. 40%，表明随
着海拔的升高，土壤养分含量逐渐下降。
表 1 不同海拔植被带土壤部分理化性质①
Tab． 1 Soil physico-chemical properties at different elevations
植被类型
Vegetation types
pH 含水率
Water content(% )
总有机碳
TOC /( g·kg － 1 )
全氮
Total N /
( g·kg － 1 )
全磷
Total P /( g·kg － 1 )
全钾
Total K /(mg·kg － 1 )
EBF 4. 69 ± 0. 04bc 40. 1 ± 1. 12a 147. 38 ± 4. 68a 0. 74 ± 0. 03a 0. 31 ± 0. 02a 22. 95 ± 0. 17a
CF 4. 57 ± 0. 08c 38. 9 ± 1. 04a 138. 46 ± 3. 37b 0. 68 ± 0. 07b 0. 22 ± 0. 02b 20. 74 ± 0. 19b
SDF 4. 81 ± 0. 09b 34. 7 ± 0. 85b 94. 48 ± 2. 30c 0. 57 ± 0. 05c 0. 14 ± 0. 01c 16. 84 ± 0. 13c
AM 4. 99 ± 0. 03a 32. 5 ± 0. 91c 67. 57 ± 2. 58d 0. 49 ± 0. 03d 0. 13 ± 0. 01c 13. 96 ± 0. 08d
①同一列数据后字母相同表示差异不显著(P ﹤ 0. 05)。下同。In column followed by the same letter are not significantly different at P ＜ 0. 05，
The same below．
不同海拔植被带土壤酶活性具有显著差异(表
2)。4 个海拔中，EBF 的土壤脲酶活性［( 2. 78 ±
0. 13) mg·g － 1 (24 h) － 1］、磷酸酶活性［( 0. 67 ±
0. 08) mg·g － 1 (24 h) － 1］、蔗糖酶活性［(37. 72 ±
1. 45) mg·g － 1(24 h) － 1］及过氧化氢酶活性［(2. 44
± 0. 08) mL·g － 1 ( 20 min) － 1］均为最高; 其次是
CF; 除磷酸酶外，AM 的土壤酶活性均为最低。总
体而言，不同海拔土壤酶活性表现出共同的特征，即
随着海拔的升高，土壤酶活性逐渐下降。
表 2 不同海拔植被带土壤酶活性
Tab． 2 Soil enzyme activities at different elevations
植被类型
Vegetation types
脲酶 Urease /
［mg·g － 1 (24 h) － 1］
磷酸酶 Phosphatase /
［mg·g － 1 (24 h) － 1］
蔗糖酶 Sucrase /
［mg·g － 1 (24 h) － 1］
过氧化氢酶 Catalase /
［mL·g － 1 (20 min) － 1］
EBF 2. 78 ± 0. 13a 0. 67 ± 0. 08a 37. 72 ± 1. 45a 2. 44 ± 0. 08a
CF 2. 47 ± 0. 12b 0. 58 ± 0. 07ab 33. 98 ± 1. 84b 1. 97 ± 0. 05b
SDF 1. 92 ± 0. 08c 0. 43 ± 0. 03bc 28. 65 ± 1. 31c 1. 53 ± 0. 08c
AM 1. 53 ± 0. 09d 0. 49 ± 0. 03c 21. 71 ± 0. 85d 1. 38 ± 0. 07d
3. 2 不同海拔植被带土壤微生物的 PLFA 分析
3. 2. 1 土壤微生物的 PLFA 种类及含量 从不同
海拔土壤中共检测到 25 种 PLFA 生物标记，不同生
物标记代表着不同类型的微生物。根据颜慧等
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(2006)对微生物类型的划分，不同海拔土壤中微生
物分布差异显著 (表 3 )。有些生物标记在 500，
1 200，1 800 和 2 100 m 海拔均有分布，属完全分
布，如 cy17:0，18:3ω6c(6，9，12)等; 有些生物标记
只在特定海拔才有分布，为不完全分布，如 10Me17:
0 只在海拔 500 m 土壤有分布。各海拔土壤 PLFA
生物标记总量表明，海拔 500 m 土壤微生物 PLFA
生物标记种类和总量明显高于其他海拔。海拔 500
m 土壤 PLFA 标记共有 25 种，总量为(93. 917 0 ±
1. 477) μg·g － 1; 海拔 1 200 m 和 1 800 m 土壤 PLFA
标记种类分别为 23 种和 22 种，总量分别为(73. 424
6 ± 1. 212)μg·g － 1和(57. 380 1 ± 0. 895)μg·g － 1; 海
拔 2 100 m 土壤 PLFA 标记种类仅 20 种，数量为
(52. 106 0 ± 0. 982) μg·g － 1。PLFA 生物标记总量
与微生物总含量呈线性比例关系 (郑雪芳等，
2010)，可见随着海拔的升高，土壤微生物含量逐渐
下降。
表 3 不同海拔植被带土壤微生物的 PLFA 类型及含量
Tab． 3 Types and contents of PLFA in soils of different elevations μg·g － 1
序号
No．
生物标记
Biomakers
微生物类型
Microbial group
海拔 Elevation /m
500(EBF) 1 200(CF) 1 800( SDF) 2 100(AM)
1 cy17:0 革兰氏阴性细菌 Gram-negative bacteria 7. 294 8 ±0. 008a 6. 236 8 ±0. 010b 3. 814 1 ±0. 005c 3. 528 2 ±0. 019d
2 cy19:0 革兰氏阴性细菌 Gram-negative bacteria 8. 695 4 ±0. 051a 5. 878 5 ±0. 043b 4. 109 3 ±0. 044c 3. 695 9 ±0. 032d
3 14:1ω5c 假单孢杆菌 Pseudomonas sp． 3. 280 0 ±0. 015a 1. 936 6 ±0. 023 b 1. 624 1 ±0. 012c 1. 299 2 ±0. 013d
4 16:1ω7c 革兰氏阴性细菌 Gram-negative bacteria 10. 287 2 ±0. 114a 9. 271 0 ±0. 111b 7. 505 4 ±0. 095c 2. 406 8 ±0. 065d
5 16:00 革兰氏阴性细菌 Gram-negative bacteria 7. 282 8 ±0. 057a 5. 920 5 ±0. 046 b 5. 710 6 ±0. 086c 5. 166 3 ±0. 078d
6 18:00 嗜热解氢杆菌 Hydrogenobacter 2. 028 8 ±0. 033c 1. 349 5 ±0. 011d 2. 914 7 ±0. 031a 2. 801 1 ±0. 022b
7 18:1ω9c 真菌 Fungi 16. 297 8 ±0. 128a 13. 067 8 ±0. 146b 9. 782 8 ±0. 139c 6. 877 8 ±0. 069d
8 10Me16:0 放线菌 Actinomycete 3. 915 8 ±0. 037a 2. 231 3 ±0. 014c 2. 699 0 ±0. 013b 1. 148 0 ±0. 024d
9 10Me18:0 放线菌 Actinomycete 1. 723 4 ±0. 002a 0. 501 0 ±0. 003c 1. 508 6 ±0. 013b —
10 a17:0 革兰氏阳性细菌 Gram-positive bacteria 3. 333 7 ±0. 093a 3. 224 5 ±0. 053b 2. 954 1 ±0. 014c 1. 869 7 ±0. 013d
11 18:3ω3 真菌 Fungi 2. 681 7 ±0. 019a 1. 642 0 ±0. 016b 1. 655 3 ±0. 028b 1. 408 2 ±0. 027c
12 i14:0 好氧细菌 Aerobic bacteria 1. 116 9 ±0. 015a 0. 746 4 ±0. 0012c 0. 897 6 ±0. 007b 0. 670 7 ±0. 006d
13 a15:0 革兰氏阳性细菌 Gram-positive bacteria 0. 998 2 ±0. 021b 1. 214 3 ±0. 016a 0. 610 9 ±0. 019c 0. 979 4 ±0. 021b
14 i17:0 革兰氏阳性细菌 Gram-positive bacteria 1. 789 6 ±0. 012a 1. 230 6 ±0. 013d 1. 564 6 ±0. 013b 1. 479 6 ±0. 012c
15 16:1ω9c 革兰氏阳性细菌 Gram-positive bacteria 1. 323 0 ±0. 005b 4. 642 6 ±0. 008a — 0. 911 3 ±0. 001c
16 a16:0 革兰氏阳性细菌 Gram-positive bacteria 1. 426 2 ±0. 044 — — —
17 i18:0 革兰氏阳性细菌 Gram-positive bacteria 3. 474 2 ±0. 059a 1. 487 9 ±0. 047d 1. 794 9 ±0. 033c 2. 085 4 ±0. 037b
18 10Me17:0 放线菌 Actinomycete 2. 184 5 ±0. 022 — — —
19 i16:0 革兰氏阳性细菌 Gram-positive bacteria 1. 696 9 ±0. 068a 0. 868 7 ±0. 033b 0. 880 4 ±0. 012b 0. 496 8 ±0. 011c
20 15:0 好氧细菌 Aerobic bacteria 0. 845 3 ±0. 014c 4. 504 4 ±0. 021a 0. 228 3 ±0. 015d 3. 245 4 ±0. 065b
21 16:1ω7t 好氧细菌 Aerobic bacteria 0. 946 7 ±0. 010b 0. 809 4 ±0. 011c 0. 279 4 ±0. 006d 9. 315 2 ±0. 038a
22 cy19:0ω8c 伯克霍尔德菌 Burkholderia sp． 1. 746 4 ±0. 012a 0. 248 5 ±0. 022c 1. 310 8 ±0. 041b —
23 16:1ω5c 甲烷氧化菌 Methane-oxidizing bacteria 1. 914 0 ±0. 006a 1. 269 3 ±0. 019b 0. 756 9 ±0. 017c —
24 20:4ω6c(6，9，12，15) 原生动物 Protozoon 0. 612 3 ±0. 007a 0. 567 3 ±0. 004b 0. 284 1 ±0. 006c 0. 126 7 ±0. 014d
25 18:3ω6c(6，9，12) 真菌 Fungi 7. 021 4 ±0. 133a 4. 577 0 ±0. 123b 4. 494 0 ±0. 121b 2. 594 3 ±0. 087c
不同脂肪酸生物标记总量
Total content of different PLFA biomakers 93. 917 0 ±1. 477a 73. 424 6 ±1. 212b 57. 380 1 ±0. 895c 52. 106 0 ±0. 982d
3. 2. 2 土壤优势微生物类群 PLFA 分布 4 个海拔
土壤中含量最高的 PLFA 生物标记是 18:1ω9c(指
示真菌)，16:1ω7c (指示革兰氏阴性细菌)，16:00
(指示革兰氏阴性细菌)和 cy17:0(指示革兰氏阴性
细菌)，表明其在不同海拔的土壤起主要作用，且在
不同海拔的分布趋势相同，均为海拔 500 m 处土壤
分布量最大，在海拔 2100 m 处土壤分布量最低。从
磷脂脂肪酸的变化看，EBF 土壤中 18:1ω9c，16:
1ω7c，cy19:0 和 cy17:0 这 4 种脂肪酸占总脂肪酸含
量的 45. 30% ; CF 土壤中，含量处于前 4 位的分别
是 18:1ω9c，16:1ω7c，cy17:0 和 16:00，占总脂肪酸
含量的 46. 98% ; 以 18:1ω9c，16:1ω7c，16:00 及
18:3ω6c(6，9，12)为主体的 4 种脂肪酸含量在 SDF
土壤中占 47. 91% ; AM 土壤中，含量较高的分别为
16:1ω7t，18:1ω9c，16:00 和 cy19:0，占总含量的
48. 09%。总体而言，不同海拔土壤类型中，含量较
高的磷脂脂肪酸种类基本相同，以 18:1ω9c，16:
1ω7c，16:00 和 cy17:0 为主。
3. 2. 3 土壤特征微生物类群 PLFA 分布 特征峰
名 16:0，18:3ω6c(6，9，12)，10Me16:0 分别是细菌、
真菌和放线菌 PLFA 的主要生物标记之一(White et
al．，1996; Tarah et al．，2006)。从表 3 可知，3 种特
801
第 7 期 吴则焰等: 武夷山不同海拔植被带土壤微生物 PLFA 分析
征微生物相对生物量在不同海拔土壤中分布不同，
细菌分布量最大，其次是真菌，放线菌分布量最小。
分别计算革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌和放线
菌的 PLFA 含量及其相互间的比例见表 4。不同海
拔植被带土壤中，EBF 土壤中革兰氏阳性菌的含量
最高(7. 920 3 μg·g － 1)，SDF 土壤最低(2. 675 3 μg·
g － 1)，相当于 EBF 的 33. 78% ; 革兰氏阴性菌含量
最高的是 EBF (33. 560 2 μg·g － 1 )，AM 土壤最低
(14. 797 2 μg·g － 1 )，相当于 EBF 的 44. 09% ; 真菌
含量大小为 EBF ＞ CF ＞ SDF ＞ AM; 放线菌含量大
小为 EBF ＞ SDF ＞ CF ＞ AM; G + /G －大小排序为 CF
＞ AM ＞ EBF ＞ SDF; 真菌与细菌比值大小排序为
SDF ＞ EBF ＞ AM ＞ CF。
表 4 不同海拔土壤中特征微生物类群 PLFA 总量及其比值
Tab． 4 PLFA in G +，G －，Fungi，Actinomycete and the ratio of them in soils of different elevations μg·g － 1
特征微生物类群 Microbial group
海拔 Elevation /m
500(EBF) 1 200(CF) 1 800( SDF) 2 100(AM)
革兰氏阳性细菌 G + Gram-positive bacteria 7. 920 3 6. 999 2 2. 675 3 3. 493 5
革兰氏阴性细菌 G-Gram-negative bacteria 33. 560 2 27. 306 8 21. 139 4 14. 797 2
革兰氏阳性细菌 /革兰氏阴性细菌(G + / G － ) (% ) 23. 600 0 25. 630 0 12. 660 0 23. 610 0
真菌 Fungi 26. 000 9 19. 286 8 15. 932 1 10. 880 3
真菌 /细菌 Fungi / bacteria (% ) 62. 680 0 56. 220 0 66. 900 0 59. 490 0
放线菌 Actinomycete 7. 823 7 2. 731 0 4. 207 6 1. 148 0
3. 3 不同海拔植被带土壤微生物群落多样性指数
不同海拔植被带土壤微生物群落的多样性指数
见表 5。不同海拔土壤微生物群落多样性用不同指
数表示，均呈现相似规律，EBF 土壤的各项指数均
高于其他 3 个植被土壤，总体趋势为 EBF ＞ CF ＞
SDF ＞ AM。其中 Shannon-Wiener 指数和 Brillouin 指
数在 4 种植被类型差异均显著。Simpson 指数 EBF
和 CF 较高，表明 2 个植被带某些土壤微生物占优
势; Shannon-Wiener 指数 EBF 和 CF 较高，表明土壤
微生物群落种类多且分布均匀。Brillouin 指数在
Shannon-Wiener 指数的基础上进一步削弱了取样的
非随机性，其变化趋势与 Shannon-Wiener 指数相同。
McIntosh 指数在 SDF 和 AM 土壤中差异不显著。
表 5 不同海拔土壤微生物群落多样性指数
Tab． 5 Soil microbial communities diversity indices of different vegetation types
植被类型
Vegetation types
Simpson 指数
Simpson index
Shannon-Wiener 指数
Shannon-Wiener index
Brillouin 指数
Brillouin index
McIntosh 指数
McIntosh index
EBF 0. 957 3 ± 0. 034 1a 4. 447 4 ± 0. 053 1a 3. 635 8 ± 0. 060 5a 1. 211 9 ± 0. 076 4a
CF 0. 920 2 ± 0. 023 1a 4. 145 3 ± 0. 049 8b 3. 401 2 ± 0. 070 2b 1. 036 4 ± 0. 094 3b
SDF 0. 837 7 ± 0. 018 2b 3. 796 7 ± 0. 012 0c 3. 204 4 ± 0. 014 7c 0. 867 1 ± 0. 042 7c
AM 0. 783 1 ± 0. 011 3c 3. 358 6 ± 0. 098 5d 3. 034 6 ± 0. 018 3d 0. 794 9 ± 0. 021 5c
3. 4 不同海拔土壤微生物群落主成分分析
由不同海拔土壤微生物群落主成分分析(图 1)
表明，与土壤微生物 PLFA 群落多样性相关的 2 个
主成分累计贡献率达到 94. 69%，其中，第 1 主成分
(PC1)和第 2 主成分 ( PC2)分别解释变量方差的
59. 23%和 35. 46%，对第 1 主成分起主要作用的磷
脂脂肪酸为 16:1ω9c，a17:0，18:1ω9c 和 16:1ω7c，
而对第 2 主成分起主要作用的脂肪酸为 i17:0，16:
1ω5c 和 cy17:0。EBF 土壤位于主成分 1 的负端，主
成分 2 的正端; CF 土壤位于主成分 1 的正端，主成
分 2 的正端; SDF 土壤位于主成分 1 的负端，主成
分 2 的负端; AM 土壤位于主成分 1 的正端，主成分
2 的负端。进一步将主成分得分系数与各微生物类
型的 PLFA 进行相关分析，与主成分 1 相关的微生
图 1 不同海拔梯度土壤微生物群落主成分分析
Fig． 1 Principal components analysis of different
microbial group’s PLFA in soils of different elevations
物 PLFA 有 11 个，其中 8 个呈正相关，分别是 16:
1ω9c，9Me18: 0，10Me16: 0，16: 1ω7c，a17: 0，18:
901
林 业 科 学 50 卷
1ω9c、cy19:0 和 18:3ω6c(6，9，12); 3 个呈负相关，
分别是 16:1ω7t，cy19:0ω8c 和 18:3ω3。与主成分 2
相关的微生物 PLFA 有 2 个，分别是 i17: 0 和
16:1ω5c。
3. 5 不同海拔土壤微生物 PLFA 与理化性质的相
关性
土壤微生物 PLFA 与理化性质相关性分析见表
6。土壤理化性质与不同海拔土壤细菌、真菌、放线
菌、原生动物各总 PLFA 相关系数存在差异。细菌
总 PLFA 与总有机碳、全氮呈极显著正相关，与全磷
呈显著正相关; 真菌总 PLFA 与总有机碳、全氮呈
显著负相关; 放线菌总 PLFA 与总有机碳、全氮呈
极显著正相关，与全磷、全钾呈显著正相关; 原生动
物总 PLFA 与总有机碳呈极显著正相关，与全氮、全
磷呈显著正相关; 各微生物类群总 PLFA 与 pH 呈
负相关。
表 6 不同海拔土壤微生物 PLFA 与土壤理化性质的相关性①
Tab． 6 Ｒelationship between microbial PLFA and soil physicochemical property at different elevations
因子 Factor 细菌 Bacteria 真菌 Fungi 放线菌 Actinomycete 原生动物 Protozoon
pH － 0. 263 － 0. 512 － 0. 365 － 0. 511
含水率 Water content 0. 529 0. 642 0. 595 0. 749
总有机碳 TOC 0. 994＊＊ － 0. 892 * 0. 963＊＊ 0. 989＊＊
全氮 Total N 0. 974＊＊ － 0. 829 * 0. 947＊＊ 0. 923 *
全磷 Total P 0. 882 * － 0. 606 0. 861 * 0. 876 *
全钾 Total K 0. 794 － 0. 417 0. 912 * 0. 783
① * :P ＜ 0. 05，显著相关; ＊＊:P ＜ 0. 01，极显著相关，下同。* : P ＜ 0. 05，significant correlation;＊＊: P ＜ 0. 01，extremely significant
correlation，the same below．
3. 6 不同海拔土壤微生物 PLFA 与酶活性的相
关性
不同海拔土壤微生物 PLFA 与酶活性的相关性
见表 7。不同海拔土壤细菌、真菌、放线菌与原生动
物各总 PLFA 与土壤酶活性的相关性存在差异。其
中，细菌、放线菌与原生动物各自总 PLFA 分别与过
氧化物酶呈极显著正相关; 放线菌与原生动物总
PLFA 与磷酸酶呈显著正相关。不同微生物类群与
其他土壤酶活性之间也存在相关性，但相关性均不
显著。
表 7 不同海拔土壤微生物 PLFA 与土壤酶活性的相关性
Tab． 7 Correlation analysis of microbial PLFA and soil enzyme activity at different elevations
因子 Factor 细菌 Bacteria 真菌 Fungi 放线菌 Actinomycete 原生动物 Protozoon
脲酶 Urease 0. 813 － 0. 533 － 0. 403 0. 811
磷酸酶 Phosphatase 0. 749 － 0. 447 0. 895 * 0. 937 *
蔗糖酶 Sucrase － 0. 231 － 0. 392 － 0. 338 － 0. 369
过氧化氢酶 Catalase 0. 969＊＊ 0. 745 0. 977＊＊ 0. 963＊＊
4 结论与讨论
土壤微生物群落多样性的影响因素众多，海拔
变化通过影响地表植被类型，导致土壤理化性质发
生改变，从而间接影响土壤微生物群落结构。本研
究运用 PLFA 法研究武夷山不同海拔植被带土壤微
生物群落结构特征，结果表明，从不同海拔土壤中共
检测到 25 种 PLFA 生物标记，海拔 500 m 土壤微生
物 PLFA 生物标记种类和总量明显高于其他海拔，
随着海拔的升高，土壤微生物种类和含量逐渐下降。
4 个海拔土壤中含量最高的 PLFA 生物标记是 18:
1ω9c，16:1ω7c，16:00 和 cy17:0，表明其在不同海拔
的土壤起主要作用，且在不同海拔的分布趋势相同，
均为海拔 500 m 处土壤分布量最大，在海拔 2 100 m
处土壤分布量最低。3 种特征微生物相对生物量在
不同海拔土壤中分布不同，细菌分布量最大，其次是
真菌，放线菌分布量最小。土壤中革兰氏阳性菌含
量最高的是 EBF，最低的是 SDF; 革兰氏阴性菌含
量最高的是 EBF，最低的是 AM; 真菌含量大小为
EBF ＞ CF ＞ SDF ＞ AM; 放线菌含量大小为 EBF ＞
SDF ＞ CF ＞ AM。不同海拔土壤微生物群落多样性
用不同指数表示均呈现相似规律，即 EBF ＞ CF ＞
SDF ＞ AM。主成分分析表明，与土壤微生物 PLFA
群落多样性相关的 2 个主成分分别解释变量方差的
59. 23%和 35. 46%，基本能够区分不同海拔土壤微
生物群落特征。对第 1 主成分起主要作用的磷脂脂
肪酸为 16:1ω9c，a17:0，18:1ω9c 和 16:1ω7c，对第
2 主成分起主要作用的磷脂脂肪酸为 i17:0，16:
1ω5c 和 cy17:0。不同海拔土壤细菌、真菌、放线菌、
原生动物各总 PLFA 与土壤理化性质和酶活性之间
存在相关性，其中细菌总 PLFA 与总有机碳、全氮和
过氧化氢酶呈极显著正相关; 真菌总 PLFA 与总有
011
第 7 期 吴则焰等: 武夷山不同海拔植被带土壤微生物 PLFA 分析
机碳、全氮呈显著负相关; 放线菌总 PLFA 与总有
机碳、全氮、磷酸酶和过氧化物酶呈极显著正相关;
原生动物总 PLFA 与总有机碳和过氧化物酶呈极显
著正相关。
不同类型土壤中可检测到的 PLFA 种类数差异
较大。牛佳等 (2011)对若尔盖高原湿地土壤微生
物的 PLFA 分析共检测到 17 种脂肪酸，文倩等
(2008)运用 PLFA 方法研究我国北方农牧交错带林
地、耕地、草地土壤微生物时，共检测到 23 种脂肪
酸。本研究共检测出 25 种脂肪酸，与已有研究相
比，武夷山国家自然保护区土壤微生物的 PLFA 种
类较为丰富。在武夷山不同海拔植被带土壤中，除
了微生物的 PLFA 种类和含量不同之外，特征微生
物相对生物量也存在显著差异，细菌分布量最大，其
次是真菌，放线菌分布量最小。土壤细菌、放线菌、
真菌与原生动物各总 PLFA 与土壤理化性质相关性
分析表明，真菌类群与土壤养分因子都呈负相关，且
与总有机碳、全氮之间呈显著负相关，可见真菌比其
他微生物类型更能适应养分贫瘠的条件(Bardgett et
al．，1999)。过氧化物酶与细菌、放线菌、原生动物
分别呈极显著正相关，与真菌呈负相关，说明过氧化
物酶在土壤生态系统中所参与的物质与能量代谢有
利于细菌、放线菌与原生动物的生长，而不利于真菌
的发展(林生等，2013)。
不同海拔土壤微生物 PLFA 生物标记种类和总
量随着海拔上升而逐渐减少的根本原因，可能是海
拔上升引起地表植被类型改变，导致土壤理化性质
发生变化，尤其是土壤养分含量下降，从而间接影响
土壤微生物群落多样性。吴建国等(2008)发现，随
着海拔的上升，阔叶林土壤有机碳的含量比干草原
和高寒草甸高 44%和 247%以上，海拔较高而温度
较低的高寒草甸不利于土壤微生物的生长。魏媛等
(2008)发现，土壤微生物量碳含量表现为乔木群
落 ＞灌木群落 ＞草本群落 ＞裸地。笔者野外调查发
现，武夷山国家自然保护区不同海拔植被生物量及
凋落物差异显著，低海拔的 EBF 群落植被多样性最
为丰富，林分凋落物数量也最多，导致土壤养分含量
较高，因此林下土壤微生物的种类和数量最高; 高
海拔的 AM 群落植被多样性单一，凋落物数量最少，
土壤养分含量较低，因此土壤微生物种类和数量最
低。土壤理化性质及其与微生物群落多样性之间的
相关性分析结果也表明，细菌、放线菌和原生动物总
PLFA 与总有机碳、全氮相关系数均大于 0. 92，呈显
著相关。武夷山国家保护区从低海拔到高海拔表现
出明显的垂直演替谱带，引起土壤养分含量、水热状
况、微小动物、根系分泌物等因素随海拔上升呈规律
性变化，导致土壤微生物群落多样性随着海拔上升
而降低，同样的递减模式其他研究者也有所报道
(董立国等，2011)，但与郑雪芳等(2010)、徐秋芳
等(2005)的研究结论相反。可见，不同研究区域土
壤微生物群落结构的变化具有特殊性。此外，一些
微生物种类适应于低海拔土壤环境生存，而另一些
微生物种类则能适应或忍耐高海拔土壤环境，如
16:1ω7c 和 18:1ω9c 等微生物在低海拔处分布量最
大，而 16:1ω7t 等微生物则在高海拔处分布量最大。
土壤微生物是森林生态系统重要组成部分，其
群落多样性对于森林生态系统的稳定具有重要意
义。本研究利用 PLFA 法分析武夷山国家自然保护
区土壤微生物群落结构特征随海拔变化规律，发现
土壤微生物群落多样性随海拔上升而下降，取得了
较好效果。PLFA 法是快速测定土壤微生物群落结
构多样性的一种有效手段，具有快捷、可靠的优点，
但其分类水平较低，无法精确到微生物种的水平。
因此，多种土壤微生物研究方法的综合运用，将有助
于避免由于技术方法缺陷导致的偏差，可提供更加
全面准确的微生物多样性信息，在后续研究中将得
到进一步应用。
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(责任编辑 朱乾坤)
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