全 文 ：第 50 卷 第 8 期
2 0 1 4 年 8 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 8
Aug．，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20140812
收稿日期: 2013 － 09 － 01; 修回日期: 2014 － 02 － 21。
基金项目: 国家林业公益性行业科研重大专项(201104009) ; 国家林业局推广项目(2012 － 64) ; 湖南省教育厅资助科研项目(12A149) ;
湖南省林业厅科技项目; 湖南省教育厅“湖南省普通高校青年骨干教师培养对象”。
施氮对樟树林土壤微生物碳源代谢的影响
朱 凡1 李天平1 郁培义2 宿少锋3 洪湘琦1 陈 婷1
(1． 中南林业科技大学生命科学与技术学院 长沙 410004; 2． 三亚市林业科学研究所 三亚 572023;
3． 海南林业科学研究所 海口 571100)
摘 要: 以亚热带地区樟树林为研究对象，设置 3 个氮添加水平，即 0(对照)、5(低氮)和 15 g·m － 2 (高氮)，采用
BIOLOG—AN，FF，Gen Ⅲ和 YT 4 种微孔板，对施氮 1 年后土壤微生物群落碳源利用进行研究。结果表明: 1) 施氮
后土壤微生物群落代谢活性均不同程度地降低，而且氮添加水平越高，土壤微生物代谢活性越弱; 2) 施氮可影响
微生物群落多样性，施氮后，4 种微生物群落丰富度增强，均匀度降低，厌氧菌、真菌和革兰氏菌的优势度降低; 3)
碳源利用分析表明，施氮后，糖类虽然仍是 4 种微生物群落主要利用的碳源，却相应地提高了其他几类碳源的利用
程度，土壤真菌和厌氧菌的碳源利用受氮添加影响较大，而革兰氏菌和酵母菌碳源利用受氮添加影响相对较小。
关键词: 土壤微生物; 施氮; 碳源利用; 多样性; 樟树林
中图分类号: S714. 3 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)08 － 0082 － 08
Carbon Source Utilization of Soil Microbial Communities in Ｒesponse to
Nitrogen Addition in the Cinnamomum camphora Plantation
Zhu Fan1 Li Tianping1 Yu Peiyi2 Su Shaofeng3 Hong Xiangqi1 Chen Ting1
(1 ． College of Life Science and Technology，Central-South University of Forestry and Technology Changsha 410004;
2 ． Sanya Ｒesearch Institute of Forestry Sanya 572023; 3 ． Hainan Ｒesearch Institute of Forestry Haikou 571100)
Abstract: Human activities are greatly changing the way and rate of nitrogen input to the land ecological system on a
global scale，which has a significant impact on the structure and function of soil ecosystem． To clarify the carbon source
utilization of soil microbial communities in response to nitrogen addition， a field experiment was conducted in a
Cinnamomum camphora plantation in Hunan Forest Botanical Garden． Three levels of nitrogen addition were applied，such
as control (0 g·m － 2 )，low nitrogen (5 g·m － 2 ) and high nitrogen (15 g·m － 2 ) ． Using the BIOLOG AN，FF，Gen Ⅲ and
YT microplate methods，carbon source utilization of soil microbial communities ( anaerobic bacteria，fungi，gram bacteria
and yeast) was investigated after 1 year treatment under different nitrogen additions． The results showed:1) Metabolic
activity of soil microbial communities with nitrogen additions reduced to different degrees，and the higher the nitrogen
concentration，the weaker soil microbial metabolic activities． 2)Diversity index analysis showed that nitrogen inputs affected
the diversity of four microbial communites． The richness of the four soil microbial communities increased，but the evenness
reduced，and the dominance of the anaerobic bacteria，fungi and gram bacteria reduced under nitrogen additions． 3) The
analysis of carbon source utilization showed that the utilization of other carbon sources had increased although the
carbonhydrates were still the main carbon resources of microbe utilization after nitrogen inputs． Principal component
analysis showed that different nitrogen additions had a great impact on the soil microbial communities． The carbon sources
utilization of soil fungi and anaerobic bacteria was greatly influenced by nitrogen input，but the effects of gram bacteria and
yeast were relatively weakly by the influence of nitrogen input．
Key words: soil microbial; nitrogen addition; carbon source utilization; diversity; Cinnamomum camphora plantation
人类生产活动使得陆地生态系统的氮成倍增
加，氮沉降、全球变暖和生物多样性减少已成为全球
三大环境问题 (Ｒockstrm et al．，2009)。近年来我
国经济快速发展，大量氮素进入到陆地环境中，稂小
第 8 期 朱 凡等: 施氮对樟树林土壤微生物碳源代谢的影响
洛等(2008)调查显示 2005 年我国大陆区域氮氧化
物的排放量为 21. 3 Tg，折合纯氮 7. 5 Tg。大量的氮
输入不仅导致长江水体富营养化 ( Yan et al．，
2010)、农田土壤酸化(Guo et al．，2010)等问题日趋
严重，而且影响与氮密切相关的多种土壤生化过程。
微生物作为土壤生化过程的主要参与者和调节者必
然产生相应的响应，氮沉降可显著降低土壤微生物
生物量(Treseder，2008)、影响微生物群落结构和功
能(Bowden et al．，2004; Thoms et al．，2010; Sayer
et al．，2012; 郁培义等，2013)。
BIOLOG 技术在微生物生态研究及环境微生
物检 测 方 面 应 用 十 分 广 泛 ( Zak et al．，1994;
Grayston et al．，1998; Ｒogers et al．，2001 )。 Juliet
等(2002)报道 1990—2001 年就有 122 篇论文应
用 BIOLOG 技术进行了土壤微生物的相关研究。
目前国内也有一些应用 BIOLOG 技术评价土壤微
生物群落功能多样性的研究，主要集中在不同植
被类型(王芸等，2012; 吴则焰等，2013; 鲁顺保
等，2013)、不同土地利用方式(刘明等，2009; 郑
琼等，2012)、不同施肥方式(李娟等，2008; 罗希
茜等，2009; 袁颖红等，2012)、不同生态系统(毕
捷等，2012; Zhou et al．，2012)条件下土壤微生物
群落代谢功能等方面，而有关施氮对森林土壤微
生物群落代谢功能影响的研究还不多见。为了全
面反映施氮后森林土壤不同微生物群落碳源利用
能力的变化，笔者利用 BIOLOG AN，FF，Gen Ⅲ和
YT 4 种微孔板，设计不同水平的氮处理，对土壤厌
氧菌、真菌、革兰氏菌和酵母菌类群碳源利用变化
进行系统分析，探讨施氮条件下土壤微生物群落
的代谢能力，为促进氮沉降对森林土壤功能影响
的微生物学机制研究提供科学依据。
1 材料与方法
1. 1 研究区概况
研究区位于湖南省森林植物园(113°02E，28°
06N)，属于典型的亚热带湿润季风气候，年均气温
约 17. 2 ℃，年均降水量约 1 422 mm，全年无霜期
270 ～ 310 天，试验地坡度 12 ～ 21°。研究区樟
(Cinamomum camphora)树林栽植于 1989 年，林龄
21 年，林分密度 1 600 株·hm － 2，平均树高 12. 55 m，
平均胸径 14. 92 cm。
研究区属典型红壤丘陵区，其地层主要是第四
纪更新世的冲积性网纹红土和砂砾。土壤 pH 为
5. 37，土壤全 C 含量为 16. 80 g·kg － 1，土壤全 N 含量
为 1. 41 g·kg － 1。
1. 2 试验设计
试验设 3 个施氮处理，即对照处理 N0 (0 g·
m － 2)、低氮处理 N1(5 g·m
－ 2)和高氮处理 N2 (15 g·
m － 2 )，每个处理 3 次重复。每个处理均设置在
25 m × 25 m 的样方中，且每个处理样方间隔 0. 5 m。
根据样地坡度，将高氮处理样地设置于坡面最低处，
防止降雨向坡下冲刷土壤表层和灌木表层未溶解的
氮。2010 年 6 月对样地进行施氮试验。施氮方法
是根据氮添加水平，将 NH4NO3 (固体分析纯)溶解
在 20 L 自来水中，以背式喷雾器人工均匀喷洒，喷
洒高度 1. 5 m 左右。对照样方 N0则喷洒等量清水。
1. 3 土壤样品采集
于施氮 12 个月后(2011 年 7 月)分别对 9 个样
方进行取样，依照均匀并随机的原则，去除凋落物
层，使用直径 5 cm 土钻采集地表 0 ～ 10 cm 的土壤。
为了减少土壤空间异质性带来的取样误差，每个样
方按照品字形随机采集，采集 9 个点，均匀混合成一
个样品，并在手捡粗根、石块和其他杂物后，迅速装
入塑料袋并置于低温保温箱中，运至实验室 4 ℃冰
箱保存。为避免边际效应造成的取样误差，采样点
距离样方边缘至少 50 cm。
1. 4 测定方法
试验使用的 BIOLOG AN，FF，Gen Ⅲ和 YT 4 种
平板各有 96 个孔，除对照孔(第 1 个孔)是水和指
示剂，其余孔均为有机碳源和相同含量的四唑盐指
示剂。
AN 板用于测定厌氧菌，碳源共有 95 种，类型有
糖类(48 种)、氨基酸类(18 种)、核苷类(6 种)、有
机酸类(23 种); FF 板用于测定真菌，碳源共有 95
种，类型有糖类(48 种)、羧酸类(18 种)、氨基酸类
(14 种)、其他类 (7 种)、聚合类 (4 种)和胺类 (4
种); Gen Ⅲ板用于测定革兰氏菌，碳源共有 95 种，
类型有糖类(29 种)、无机盐类(24 种)、羧酸类(23
种)、氨基酸类 (12 种)、聚合类 (4 种)和其他类 (3
种); YT 板用于测定酵母菌，碳源共有 35 种，类型
有糖类(23 种)、羧酸类(6 种)、聚合类(3 种)、氨基
酸类(3 种)。
试验前先将待测土壤从冰箱内取出，置于室温下
恢复土壤微生物活性，然后称取 10 g 土样放入装有
90 mL 生理盐水的三角瓶中，200 r·min － 1 振荡
30 min，使土壤均匀分散，然后制成 10 － 3的土壤稀释
液，取其上清菌液用 8 道移液排枪接入微平板(每孔
150 μL)，放入恒温培养箱培养(BIOLOG AN 板置于
厌氧培养箱培养)，每隔 12 h 进行读数，连续读数
10 天。
38
林 业 科 学 50 卷
BIOLOG 微平板反应一般采用平均颜色变化率
( average well color development，AWCD ) 来 描 述
(Baath et al．，1980; 周德庆，1993 )，计算公式为:
AWCD =∑(C-Ｒ) / n。式中，C 为培养基孔的光密度
值，Ｒ 为对照孔(A1)的光密度值，n 为培养基碳源
种类，YT 板 n 值为 35，其余 3 种微平板(AN，Gen
Ⅲ和 FF 板)n 值为 95。
采用 Shannon 指数、Simpson 指数和 McIntosh 指
数来反映微生物群落代谢功能的多样性。Shannon
指数计算公式: H = － Σ Pi lnPi，Pi 为第 i 孔吸光
值与整个平板相对吸光值总和的比率。Simpson 指
数计算公式:D = 1 － ∑P2i ;McIntosh 指数计算公式:
U = ∑n2槡 i，ni 为第 i 孔的相对吸光值。
1. 5 统计分析
本文试验数据在统计分析前用 SPSS 中的
“explore”进行正态化检验，采用 SPSS13. 0 对数据
进行单因素方差分析，CANOCO 4. 5 进行主成分分
析，Sigmaplot 10. 0 作图。
2 结果与分析
2. 1 BIOLOG 4 种微孔板 AWCD 值
4 种微孔板连续培养 10 天，每隔 12 h 测得的
AWCD 值见图 1。AWCD 值可以反映微生物对不同
碳源代谢的总体情况，AWCD 值升高得越快，表明
微生物群落的代谢活性越强。由图 1 可知，4 种土
壤微生物群落的 AWCD 值随培养时间的延长而升
高，变化趋势基本一致。其中，AN 板 36 h 后开始表
现出明显上升趋势，N0随时间变化波动较大; FF 板
AWCD 值上升趋势较平缓; Gen Ⅲ板 AWCD 值从一
开始就表现出明显上升趋势外; YT 板 AWCD 值除
N0处理24 h后表现出明显上升趋势，N1 和 N2 处理
上升趋势较平缓。氮添加不同处理下，4 种微生物
类群均表现为 N0 ＞ N1 ＞ N2，这说明氮处理抑制了微
生物类群的代谢活性。
图 1 BIOLOG 4 种微孔板 AWCD 值随时间的变化曲线
Fig． 1 AWCD value in BIOLOG microplates in soils under different N treatments
2. 2 樟树林土壤微生物群落代谢功能多样性
利用 156 h 培养后的 AWCD 值计算多样性指
数。Shannon 指数、Simpson 指数和 McIntosh 指数通
过物种丰富度、优势度和均匀度指标来反映土壤微
48
第 8 期 朱 凡等: 施氮对樟树林土壤微生物碳源代谢的影响
生物功能多样性(郑琼等，2012)。由表 1 可知，厌
氧菌 Shannon 指数施氮处理高于对照，Simpson 指数
施氮处理显著低于对照 ( P ＜ 0. 05)，McIntosh 指数
施氮处理低于对照; 真菌 Shannon 指数高氮处理高
于对照，低氮处理低于对照，Simpson 和 McIntosh 指
数施氮处理低于对照; 革兰氏菌 Shannon 指数氮处
理显著高于对照(P ＜ 0. 05)，Simpson 和 McIntosh 指
数施氮处理低于对照; 酵母菌 Shannon 指数施氮处
理显著高于对照(P ＜ 0. 05)，Simpson 指数高氮处理
显著高于对照(P ＜ 0. 05)，McIntosh 指数施氮处理
显著低于对照(P ＜ 0. 05)。这表明厌氧菌、真菌、革
兰氏菌和酵母菌的丰富度在施氮后均增强，厌氧菌、
真菌和革兰氏菌的优势度在施氮后降低，厌氧菌、真
菌、革兰氏菌和酵母菌的均匀度在施氮后均降低。
表 1 施氮处理土壤微生物多样性变化①
Tab． 1 Changes of soil microbial diversity in soils under different N treatments
群落类型
Community type
施氮处理
Nitrogen treatment
Shannon 指数
Shannon index
Simpson 指数
Simpson index
McIntosh 指数
McIntosh index
N0 14. 57 ± 0. 13A 0. 71 ± 0. 01A 0. 22 ± 0. 01A
厌氧菌
Anaerobic bacteria(AN)
N1 20. 82 ± 0. 72A 0. 21 ± 0. 02B 0. 18 ± 0. 01A
N2 17. 49 ± 4. 66A 0. 51 ± 0. 08C 0. 16 ± 0. 03A
N0 10. 70 ± 0. 05A 0. 72 ± 0. 03A 0. 92 ± 0. 07A
真菌
Fungi(FF)
N1 9. 26 ± 3. 67A 0. 60 ± 0. 24A 0. 62 ± 0. 20 A
N2 16. 68 ± 2. 83A 0. 55 ± 0. 07A 0. 51 ± 0. 18 A
N0 6. 19 ± 0. 01A 0. 92 ± 0. 01A 3. 00 ± 0. 01A
革兰氏菌
Gram bacteria(Gen Ⅲ)
N1 7. 66 ± 0. 37B 0. 90 ± 0. 03A 2. 32 ± 0. 66 A
N2 6. 93 ± 0. 22AB 0. 90 ± 0. 01A 2. 23 ± 0. 09A
N0 3. 89 ± 0. 01A 0. 21 ± 0. 01A 2. 40 ± 0. 01A
酵母菌
Yeast(YT)
N1 9. 47 ± 0. 82B 0. 13 ± 0. 04A 0. 38 ± 0. 15B
N2 12. 06 ± 0. 31C 0. 59 ± 0. 07B 0. 16 ± 0. 03B
①每个处理有 3 次重复，同列不同大写字母表示氮添加水平间差异显著 ( P ＜ 0. 05)。Each value was mean of three replicates． Significant
differences at 0. 05 level among different nitrogen addition treatments were indicated by capital letters in a column．
2. 3 樟树林土壤微生物群落碳源利用
2. 3. 1 土壤厌氧菌的碳源利用率 由图 2 可以看
出，厌氧菌明显偏好利用有机酸类和糖类。与对照
相比，氮添加处理导致厌氧菌对糖类和有机酸类的
利用减少，而提高了对氨基酸类和核苷类碳源的利
用，但差异并不显著(P ＞ 0. 05)。在对照(N0 )处理
中，厌氧菌对 4 类碳源的利用达到了显著性差异
(P ＜ 0. 05)，低氮(N1)处理下对核苷类利用显著小
于对糖类和有机酸类的利用，高氮(N2 )处理下对 4
类碳源的利用差异性不显著(P ＞ 0. 05)。
2. 3. 2 土壤真菌的碳源利用率 由图 3 可以看出，
真菌群落明显偏好利用糖类。与对照相比，施氮进
一步提高了真菌对糖类的利用(P ＜ 0. 05)，且与其
他 5 类碳源利用差异性显著(P ＜ 0. 05)。同时，施
氮降低了真菌对羧酸类和氨基酸类碳源的利用程
度，但差异不显著(P ＞ 0. 05)，对聚合类碳源的利用
无明显变化。
2. 3. 3 土壤革兰氏菌的碳源利用率 图 4 表明，革
兰氏菌对糖类、无机盐类和羧酸类碳源的利用率均
高于聚合类、氨基酸类和其他类碳源，且对照处理
中革兰氏菌对 6 类碳源的利用差异性显著 ( P ＜
0. 05)。与对照相比，施氮提高了革兰氏菌对无机
图 2 施氮后土壤厌氧菌碳源利用率
Fig． 2 Ｒelative use effective of anaerobic bacteria carbon source in
soils under different N treatments
不同大写字母表示同一氮添加水平下不同碳源利用差异显
著，不同小写字母表示不同氮添加水平下同一碳源利用差异
性显著(P ＜ 0. 05)，下同。Significant differences at 0. 05 level
among different carbon source utilization at the same nitrogen
addition rates were indicated by capital letters，and among different
nitrogen addition for the same carbon source utilization by
lowercase letters． The same below．
盐类化合物和羧酸类的利用，特别是高氮处理显著
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林 业 科 学 50 卷
图 3 施氮后土壤真菌碳源利用率
Fig． 3 Ｒelative use effective of fungi carbon source in
soils under different N treatments
提高了革兰氏菌对羧酸类的利用(P ＜ 0. 05)，同时
却降低了革兰氏菌对糖类、聚合类、其他类和氨基酸
类碳源的利用。
图 4 施氮后土壤革兰氏菌碳源利用率变化
Fig． 4 Ｒelative use effective of gram bacteria carbon source in
soils under different N treatments
2. 3. 4 土壤酵母菌的碳源利用率 由图 5 可知，酵
母菌偏好利用糖类，但施氮后显著降低了酵母菌对
糖类的利用(P ＜ 0. 05)，显著提高了对羧酸类和聚
合类的利用(P ＜ 0. 05)。
2. 4 主成分分析
为了更好地分析氮添加对土壤不同微生物类群
的影响，对 4 种微生物类群进行主成份分析，分析利
用培养 156 h 后测定的 AWCD 值。根据提取的主成
分一般要求累计方差贡献率达到 85%的原则，共提
图 5 施氮后土壤酵母菌碳源利用率变化
Fig． 5 Ｒelative use effective of yeast carbon source in
soils under different N treatments
图 6 不同氮添加土壤微生物群落代谢活性主成分分析
Fig． 6 Principal component analysis of soil microbial community
structure under different N treatments
取了 2 个主成分(图 6)。从图 6 可看出，不同氮添
加处理在 PC1 轴上出现了明显分异，土壤真菌( FF
板)分布在 PC1 轴的正方向，土壤厌养菌(AN 板)、
革兰氏菌(GenⅢ板)和酵母菌(YT 板)分布在 PC1
轴的负方向。4 个群落基本上都分布在 PC2 轴的正
方向上，而 PC1 轴的主要影响因子为低氮(N1 )处
理(1. 06)，PC2 的主要影响因子是对照 ( N0 )处理
(1. 18)。整体来看不同氮添加对微生物群落产生
了影响。
从土壤微生物群落的点在影响因子箭头及其延
长线的投影点可看出，土壤真菌和厌氧菌碳源利用
能力受氮添加影响较大，而革兰氏菌和酵母菌碳源
利用能力受氮添加影响相对较小。
2. 5 主成分得分系数分析
对不同氮添加处理的碳源主成分得分系数进行
方差分析(表 2)，结果表明:PC1 得分系数不同处
理之间除 FF 板外，其他均差异显著(P ＜ 0. 05)，而
PC2 不同处理之间除 AN 板外均表现差异不显著(P
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第 8 期 朱 凡等: 施氮对樟树林土壤微生物碳源代谢的影响
＞ 0. 05)，这说明不同施氮处理影响了微生物群落
的碳源利用程度。
进一步对 PC1 和 PC2 具有较高相关性的前 20
种碳源进行分析(表 3)，结果表明，对主成分( PC1
和 PC2)起分异作用的主要碳源在不同类型微孔板
上差异较大。如对 AN 微孔板起分异作用的主要碳
源是有机酸和糖类物质; 对 FF 微孔板起分异作用
的主要碳源是羧酸类和糖类物质，糖类碳源(10 种)
在 PC1 的权重较大，与 PC2 相关性较大的碳源主要
是羧酸类; Gen Ⅲ微孔板对 PC1 和 PC2 起分异作
用的主要碳源是无机盐、氨基酸和糖类物质，其中无
机盐在 PC1 的权重较大，而在 PC2 的权重较小; YT
微孔板对 PC1 和 PC2 起分异作用的主要碳源是聚
合类和糖类物质。由此可见，不同微生物类群碳源
利用的主要成分都有糖类，但还有其他碳源利用的
差异，显示出微生物群落碳源代谢多样性。
表 2 不同氮添加处理主成分得分系数分析
Tab． 2 PC scores for different treatments
微孔板类型
Microplate Type
氮添加
Nitrogen treatments
PC1 PC2
AN N0 1. 22 ± 0. 05A － 0. 38 ± 0. 04A
N1 0. 67 ± 0. 03B 0. 21 ± 0. 05AB
N2 0. 27 ± 0. 11C 0. 85 ± 0. 44B
FF N0 0. 90 ± 0. 66A 0. 83 ± 0. 06A
N1 － 0. 24 ± 0. 47A 0. 58 ± 0. 48A
N2 － 0. 66 ± 0. 43A － 0. 64 ± 0. 44A
Gen Ⅲ N0 1. 38 ± 0. 01A － 0. 15 ± 0. 01A
N1 － 0. 50 ± 0. 09B 1. 15 ± 0. 25A
N2 － 0. 88 ± 0. 13C － 0. 1 ± 0. 34A
YT N0 1. 41 ± 0. 01A 0. 02 ± 0. 01A
N1 － 0. 71 ± 0. 02B 1. 12 ± 0. 49A
N2 － 0. 70 ± 0. 01B － 0. 50 ± 0. 01A
表 3 与 PC1 和 PC2 显著相关的主要碳源类型
Tab． 3 Correlation coefficients between main substrates and PC1 or PC2
PC1
微孔板类型
Microplate type
碳源类型
Carbon
source type
相关系数
Correlation
coefficient(Ｒ)
PC2
微孔板类型
Microplate type
碳源类型
Carbon
source type
相关系数
Correlation
coefficient(Ｒ)
AN 平板
AN plate
糖类 Carbohydrates(7) 0. 933 4
有机酸类 Organic acid(8) 0. 934 6
氨基酸类 Amino acids(5) 0. 924 7
AN
糖类 Carbohydrates(7) 0. 856 5
有机酸类 Organic acid(10) 0. 837 3
氨基酸类 Amino acids(3) 0. 796 4
FF
聚合类 Polymers(1) 0. 981 8
糖类 Carbohydrates(10) 0. 969 4
羧酸类 Carboxylic acids(6) 0. 980 7
氨基酸类 Amino acids(3) 0. 982 5
— —
— —
FF
聚合类 Polymers(1) 0. 702 5
糖类 Carbohydrates(6) 0. 570 6
胺类 Amines(1) 0. 424 6
羧酸类 Carboxylic acids(7) 0. 583 3
氨基酸类 Amino acids(3) 0. 433 6
其他类 Miscellaneous(2) 0. 476 3
Gen Ⅲ
糖类 Carbohydrates(4) 0. 947 4
无机盐 Inorganic salts(6) 0. 954 5
氨基酸类 Amino acids(4) 0. 956 7
羧酸类 Carboxylic acids(4) 0. 948 6
聚合类 Polymers(2) 0. 951 5
— —
Gen Ⅲ
糖类 Carbohydrates(4) 0. 895 2
无机盐类 Inorganic salts(6) 0. 852 7
其他类 Miscellaneous(1) 0. 943 7
氨基酸类 Amino acids(4) 0. 949 0
羧酸类 Carboxylic acids(4) 0. 830 5
聚合类 Polymers(1) 0. 964 1
YT
聚合类 Polymers(5) 0. 996 3
糖类 Carbohydrates(15) 0. 991 4
— —
YT
羧酸类 Carboxylic acids(3) 0. 636 8
聚合类 polymers(6) 0. 897 2
糖类 Carbohydrates(11) 0. 918 9
3 讨论
南方亚热带区域是我国高氮沉降中心 ( Lü et
al．，2007)。在高氮沉降地区，当氮输入超过生态系
统对氮的生物需求量时，氮素富集会导致土壤酸化，
土壤中 NO3
－ 的活动性增强，生态系统氮素迁出加
速(Aber et al．，1998)，土壤微生物的生长繁殖受到
抑制(Baath et al．，1980)，同时也可能促进某些微生
物种群(如偏于利用氮素种群)代谢活性，致使群落
均匀度下降(Paul et al．，1996; Frey et al．，2004; 薛
璟花等，2007)。本研究结果表明，施氮后土壤微生
物群落活性均受到不同程度抑制，微生物 4 种类群
群落丰富度施氮后均增强，均匀度施氮后均降低，同
时厌氧菌、真菌和革兰氏菌的优势度施氮后降低。
碳素是自然界存在的可以被土壤微生物利用的
最主要的成分，也是消耗利用最大的营养基质。氮
大量输入会增加森林凋落物数量，改变土壤有机质
的含量和品质 ( Grandy et al．，2009; Liu et al．，
2010)，也直接改变了土壤微生物分解底物的质量
(C∶ N∶ P 化学计量比)、数量以及 pH 环境等。本研
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林 业 科 学 50 卷
究显示，在 BIOLOG 提供的碳源中，厌氧菌偏好利用
有机酸类和糖类，真菌、革兰氏菌和酵母菌群落均明
显偏好利用糖类，但施氮后，糖类虽然仍是 4 种微生
物群落主要利用的碳源，却相应地提高其他几类碳
源利用程度(董艳等，2013)。另外，PCA 分析表明，
土壤真菌和厌氧菌对碳源利用受施氮影响较大，革
兰氏菌和酵母菌对碳源利用受施氮影响相对较小。
这说明施氮影响了土壤微生物碳源代谢功能
(Zhang et al．，2008; Ｒousk et al．，2011)。
土壤厌氧菌、真菌、革兰氏菌和酵母菌都参与土
壤碳氮循环过程，了解它们碳源代谢能力从不同侧
面也可以反映出土壤碳含量的情况。森林生态系统
施氮后土壤碳库的变化非常复杂，有文献报道氮输
入能显著增加土壤碳库(Adams et al．，2005)，也能
显著降低土壤碳库(Sager et al．，2005)，还有土壤碳
库无明显改变( Silver et al．，2005)。本研究中 4 种
类群施氮后活性均受到了抑制，碳源利用能力和碳
源利用种类发生了变化，这种变化对森林土壤有机
碳库组成和贮量会造成影响，究竟对土壤碳库造成
多大影响，需结合地上生态系统变化进行研究。卢
蒙(2009)研究氮输入对生态系统碳、氮循环影响的
整合分析表明，施氮对非农业生态系统土壤碳库没
有显著改变，这是因为氮输入促进植物生长，增加了
凋落物量，碳输入增多;另一方面，土壤碳氮比改变，
土壤有机质分解加快，碳输出增多。但是可以肯定
的是，氮输入通过抑制土壤微生物代谢功能降低了
土壤微生物碳(Dijkstra et al．，2005)，从而改变了土
壤有机碳库平衡。
另外，土壤微生物是评价土壤质量变化的敏感参
数，因此在当今高氮持续输入的背景下，通过试验认
识氮添加过程和土壤不同微生物类群对持续氮输入
的响应，是认清氮饱和对土壤性质影响的微生物学机
制的关键，也是制定科学合理的管理措施的基础
(Magill et al．，2004)。当然本研究仅利用 BIOLOG 技
术从碳源代谢的角度来探讨氮添加下的土壤微生物
学，还存在一些局限性(钟文辉等，2004; 焦晓丹等，
2004)。今后可以辅以分子生物学的方法，如 Lekberg
等(2012)发现的基于焦磷酸测序法的超高通量基因
组测序系统，将更好地为微生物的多样性和丰度等群
落结构分析提供技术支持。
4 结论
1) 施氮后土壤微生物群落代谢活性均不同程
度地降低，即高氮(N2 )处理 ＜ 低氮(N1 )处理 ＜ 对
照 ( N0 ) 处 理，且 Shannon 指 数、Simpson 指 数、
McIntosh 指数分析结果表明厌氧菌、真菌、革兰氏菌
和酵母菌的丰富度施氮后均增强，厌氧菌、真菌和革
兰氏菌的优势度施氮后降低，厌氧菌、真菌、革兰氏
菌和酵母菌的均匀度施氮后均降低，说明施氮影响
了 4 种微生物类群的多样性。
2) 施氮后土壤厌氧菌减少对糖类和有机酸类的
利用，而提高了对氨基酸类和核苷类碳源的利用; 真
菌进一步提高对糖类的利用，降低了对羧酸类和氨基
酸类碳源的利用; 革兰氏菌提高了对无机盐类和羧
酸类的利用，降低了对糖类、聚合类、其他类和氨基酸
类碳源的利用; 酵母菌降低了对糖类的利用，提高了
对羧酸类和聚合类的利用。这说明氮添加后，使得土
壤 4 类微生物群落的碳源利用能力发生了变化。
3) 主成分分析表明，不同施氮处理对微生物群
落代谢多样性产生了影响。土壤真菌和厌氧菌碳源
利用受氮添加影响较大，而革兰氏菌和酵母菌碳源
利用受氮添加影响相对较小。
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(责任编辑 朱乾坤)
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