小兴安岭3种阔叶红松林土壤微生物多样性

邹 莉，郭 静，于 洋，孙婷婷，张 健，张国权，唐庆明

（1.东北林业大学林学院，黑龙江 哈尔滨150040；2.内蒙古呼伦贝尔市林业科学研究所，内蒙古 呼伦贝尔021008）

森林草本层植被具有丰富的物种组成及多样性，在增加林下生物量、维持物种丰富度、保持林内生态环境平衡等方面起着重要作用［1－2］。土壤微生物作为土壤中最活跃的生物因子影响着土壤酶活性、理化性质及养分含量等指标，并且在分解有机物、养分循环等方面扮演着重要角色［3－5］。然而，近年来小兴安岭原始红松林出现了生态系统退化严重、森林面积锐减和水土流失加剧等问题，这与地表植被破坏有着密切关系。因此，研究草本层植被土壤微生物多样性能够为恢复森林地表植被及生态系统提供合理依据，通过分析林下土壤微生物种群分布的时空动态可以为森林植被多样性进行评价［6］。目前，关于土壤微生物的研究主要集中在物种多样性、遗传多样性和功能多样性等方面，但是对于森林地表草本层土壤微生物的研究还比较少［7］。本研究以探索小兴安岭原始阔叶红松林草本层植被土壤微生物为目的，通过对其平均吸光值（AWCD）季节变化指数、多样性指数等进行分析，以期为恢复原始森林地表植被多样性及生态稳定性提供基础理论。

1 材料与方法

1.1 研究地概况 试验地位于黑龙江省伊春市带岭区凉水国家自然保护区（128°53′20″E，47°10′50″N），区内天然林总面积5 430.5hm2。气候特点为春季降水较少；夏季降水集中，气温较高；秋季降温急剧，多出现早霜；冬季漫长多风雪，严寒而干燥。年平均气温－0.3℃，年均降水量676mm，积雪期130～150d，无霜期100～120d，年平均地温1.2℃，冻土深度2.0mm左右，属温带大陆性夏雨气候。

1.2 土样采集 土壤采集时间按照春、夏、秋、冬4个季节进行；采集地点位于伊春市凉水国家自然保护区原始蒙古栎（Quercusmongolica）红松林、椴树（Tiliaamurensis）红 松 林 及 白 桦 （Betula platyphylla）人工林内；采集方式为：按照“之”字形取样法选择各林型内采土点，再于各林地草本层植被下进行土壤采集；采集深度分别为：表层（腐殖质层）、0－10cm层和0－20cm层；每个土样采集500 g，装入无菌聚乙烯袋后带回实验室于4℃冰箱保存，以备微生物多样性的测定。

1.3 土壤微生物功能多样性分析 采用BI－OLOG微平板法，称取相当于10g烘干土壤的新鲜土壤，加入带玻璃珠，含100mL磷酸缓冲液的三角瓶中。在150r·min－1转速下振荡15min后静置2 min，取3mL上清液至27mL 0.145mol·L－1的NaCl溶液中稀释，重复稀释至1／1 000倍后吸取150μL溶液接种至BIOLOG板中，在25℃培养箱中培养10d，每24h在595nm处用VAMAX自动读盘机读数。

1.4微生物多样性计算 按如下公式计算溶液AWCD及微生物多样性SW指数、SP指数和Mc－Intosh指数［8－10］。

物种优势度SP指数

群落物种均匀度McIntosh指数：

式中，C为各培养基孔吸光值，R为对照孔吸光值，n为孔数。Pi为第i孔的相对吸光值与所有反应孔相对吸光值总和的比值。ni为第i孔的相对吸光值，N为所有反应孔相对吸光值总和。

1.5 数据分析与处理 使用Excel 2003软件及SPSS 16.0统计分析软件进行数据处理。

2 结果

2.1 土壤微生物群落AWCD分析 各林型草本层植被表层土壤微生物的AWCD值均以春季最低，随后呈先增加再降低的趋势（图1）。蒙古栎红松林表现为春季到夏季间急剧增加，秋季时急剧下降，冬季继续小幅下降。椴树红松林AWCD值在四季变化中表现比较平稳，以夏季最高。白桦人工林则以春、秋两季最低，冬季最高。各季节中，春季和秋季以椴树红松林AWCD值最高、夏季以蒙古栎红松林最高、冬季则以白桦人工林和椴树红松林最高。

各林型草本层0－10cm层土壤微生物AWCD值均以秋季最低，变化幅度最大的仍为蒙古栎红松林，春、夏、秋3个季节的AWCD值有明显的增减规律，但冬季与秋季相比略有上升（图1）。椴树红松林继续表现出平稳的变化趋势，以夏季最高。白桦人工林AWCD则表现为春季到夏季持续下降，到了冬季却有明显的增加，且达到四季中的最高值。在春季和冬季中AWCD值以白桦林最大、夏季以蒙古栎红松林最大、秋季则以椴树红松林最大。

在10－20cm的土层中，夏季蒙古栎红松林AWCD值最高，在秋季却最低，其总体变化趋势与0－10cm层基本一致（图1）。椴树红松林四季中夏季AWCD值仍然最高，总体趋势与蒙古栎红松林基本一致，呈现明显的“N”字形。白桦人工林AWCD的变化呈现出比较平稳的趋势，秋、冬两季较低，春、夏两季较高。在各季节中，春、夏两季以蒙古栎AWCD值最高、秋季白桦人工林最高、冬季椴树红松林最高。

图1 各林型草本层植被土壤微生物AWCD值随季节变化规律Fig.1 Variation of microbial community AWCD in soil during four seasons

2.2 土壤微生物功能多样性指数分析 不同的多样性指数能够反映出土壤微生物群落多样性的不同特征。SW指数反映微生物群落物种的丰富度，SP指数反映微生物群落的常见物种及物种优势度，而McIntosh指数则反映微生物群落均匀性特征［11－13］。在不同林型的3个土层中均以蒙古栎红松林土壤微生物SW指数最高，且在0－10cm和10－20cm土层显著高于白桦人工林及椴树红松林（P＜0.05），而各土层椴树红松林与白桦红松林土壤微生物SW指数无显著差异（图2）。在同一林型的3个土层中白桦人工林及椴树红松林以表层SW指数最高，蒙古栎红松林中则以0－10cm层最高。

不同林型各土层内仍以蒙古栎红松林土壤微生物SP指数最高，且与其他两种林型相比差异显著（P＜0.05）（图2）。椴树红松林在0－10cm土层中的SP指数显著高于白桦人工林，其余两层的SP指数差异不显著。相同林型不同土层中均以表层SP指数最高，白桦人工林中0－10cm层最低，蒙古栎及椴树林中10－20cm层最低。

图2 各土层SW，SP和McIntoch指数比较分析Fig.2 Variation of the SW、SP and McIntoch index of microbial diversity in different soil layer in three forest types

在各林型中蒙古栎红松林土壤微生物McIntosh指数显著高于其他两种林型，在椴树红松林中0－10cm土的McIntosh指数也显著高于白桦人工林的表层土，但其它土层间的McIntosh指数无明显差异。相同林型中，白桦及椴树林的McIntosh指数以表层最高，蒙古栎红松林则以10－20cm层最高（图2）。

3 讨论

蒙古栎红松林草本层植被土壤微生物的AWCD值随着季节而显著变化是因为其草本层土壤微生物受季节影响较大，在今后的研究中可以根据季相特征来探讨其微生物特征；而本研究中椴树红松林AWCD值在四季中表现的较为平缓，受温度、季节变化影响不大则可能与其林下具有更为丰富的草本层植被有关［14－15］。植被的多样性在一定程度上影响着土壤微生物的多样性［16］；白桦人工林AWCD值低于两种原始红松林的结果则反映出，其林下草本植被多样性与原始红松林相比较低是造成AWCD 值偏低的原因［17］。

本研究表明，蒙古栎红松林草本层植被土壤微生物多样性指数随土层深度的变化不明显，并且高于其他两种林型，是因为其土壤微生物多样性主要受季节、温度的影响较大［18］，而与土壤的深度无关；而另外两种林型草本层植被土壤微生物多样性则与土壤深度有关与环境因子关系不大［19］。

综上所述，原始阔叶红松林的草本层植被土壤微生物较人工林相比具有更高的多样性和活性，在维持林内养分循环、物质代谢、生产力等方面起着不可替代的作用。因此，在保护原始红松林过程中可以从林下土壤微生物多样性的角度着手，为其保护措施提供新的方法。

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