不同利用方式对豫西黄土丘陵区土壤微生物生物量及群落结构特征的影响

刘晶，赵燕，张巧明，徐少君

(河南科技大学林学院，河南 洛阳 471003)



不同利用方式对豫西黄土丘陵区土壤微生物生物量及群落结构特征的影响

刘晶，赵燕，张巧明，徐少君

(河南科技大学林学院，河南 洛阳 471003)

以豫西黄土丘陵区乔木地、灌木地、果园、弃耕地和耕地土壤为对象，应用磷脂脂肪酸(PLFA)方法，研究了不同土地利用方式对土壤微生物生物量及其群落结构特征的影响，结果表明，与耕地相比，乔木地和灌木地土壤微生物量碳(MBC)含量分别提高了225.38%和265.73%(P<0.05)，微生物量氮(MBN)含量分别提高了206.19%和245.03%(P<0.05)，MBC/TOC值显著提高了2.89和3.00(P<0.05)，MBN/TN值显著提高了5.05和5.57(P<0.05)；果园土壤微生物量碳、微生物量氮含量和MBN/TN值分别提高了107.80%，84.99%和1.23(P<0.05)；弃耕3年地土壤微生物量碳、氮、磷与耕地无显著差异(P>0.05)。乔木地和灌木地土壤细菌的PLFA含量增加了17.87%和17.18%(P<0.05)，真菌增加了24.27%和28.45%(P<0.05)；果园土壤细菌PLFA含量增加了9.04%(P<0.05)；弃耕3年地土壤细菌、真菌和放线菌的PLFA含量与耕地之间均无显著差异(P>0.05)。乔木地和灌木地土壤的Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数显著提高(P<0.05)，Simpson优势度指数显著降低(P<0.05)。不同利用方式地土壤细菌、真菌及放线菌的PLFA及总PLFA与土壤总有机碳、微生物量碳，全氮、速效氮、微生物量氮，容重显著正相关(P<0.05)。以上结果说明相对于耕地、弃耕地和果园土壤，乔木地和灌木地土壤微生物多样性均提高，不同微生物物种的个体数量分布均匀，群落结构相对稳定，因此这两种利用方式对土壤质量以及微生物群落结构多样性的改良效果更佳。不同土地利用方式引起营养元素的投入和土壤结构的变化是造成微生物群落结构变化的主要原因之一。

微生物量；微生物群落结构；黄土丘陵区

土壤微生物是土壤养分在源和汇之间转化的重要推动者和调控者，对土壤矿物质分解、养分循环、团粒结构的形成和理化性质的改善起着重要作用[1]，与土壤肥力和土壤健康状况密切相关，因此被作为评价土壤质量和不同经营措施对土壤特征影响的生态学指标之一[2]。由于土壤微生物能够灵敏地反映土壤生态环境的变化，它也被公认是土壤生态系统变化的预警及敏感指标之一[3]。土壤微生物种群结构的变化既能够反映各土壤因素对微生物生化特性、生态分布以及功能的影响和作用，也反映出微生物对土壤肥力维持、物质循环以及能量转化的影响和作用[4]。近年来将土壤微生物群落结构组成、土壤微生物量、土壤酶活性等作为土壤健康的生态指标来指导生态系统管理等已逐渐成为本领域研究热点之一[5]。土壤微生物数量和群落结构虽受多种因素的影响，但在自然条件基本相同的情况下，土地利用方式是影响土壤微生物生物量及其群落结构的重要因子[6]。合理的土地利用有利于维持土壤微生物的多样性及活性，改善土壤结构，增强土壤对外界环境变化的抵抗能力，提高土壤品质[7]。

因研究区域和方法的不同，目前研究土地利用方式对土壤微生物种群数量及多样性影响的结论存在很大差异。太行山区林地土壤的微生物数量和微生物生物量低于灌丛地[8]；典型黄土丘陵沟壑区，坡面直接撂荒不利于提高土壤微生物菌群的生物量，而种植人工林及林草搭配的恢复模式可以显著改善土壤微生物群落结构[9]；吴忠地区种植玉米(Zeamays)和谷子(Setariaitalica)后土壤真菌在微生物群落中所占比例较原始典型植被地分别提高了16.87%和32.51%，耕种提高了土壤微生物中真菌所占比例，加速土壤向“真菌型”转化的速度[10]。能够提高地表植物多样性的土地利用方式引起土壤中真菌数量增加，细菌和放线菌的数量降低[11]；而Mal等[12]在分析弃耕地初期地上植物与土壤微生物的关系时发现，地上植物生物量、物种组成及其多样性对土壤微生物的生态过程(氮矿化、硝化作用、呼吸作用)、微生物碳氮含量和主要微生物类群无显著作用[13]。与传统的平板培养法相比，磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acids, PLFAs)法可以通过特定菌群的PLFA数量变化反映出原位土壤真菌、细菌活体生物量与菌群结构，能够提供更多的微生物类群生物量信息，分析速度快、结果稳定可靠，近年来在微生物生态学研究中得到广泛应用[14]。

豫西黄土山地丘陵是河南省西部主要的地貌景观类型，位于黄土高原东部延伸带，是黄土高原的典型区域之一，总面积约35373 hm2，土地利用方式的多样化是人类干扰下该区域最为典型的特点[15]。该区域的济源市、新安县、灵宝市和陕县在2000年即被国家确定为退耕还林试点县(市)，随着退耕还林工程的深入推进及其他生态建设措施的实施，该区域的土地利用方式发生了巨大变化[16]。土地利用方式改变必然会影响到土壤微生物生物量、群落结构和功能等方面，但针对该区域在此方面的研究还未见报道。因此，本研究采用磷脂脂肪酸法，对不同土地利用方式地土壤微生物量及群落结构的差异进行研究，探寻其对土壤环境变化的响应机制，为促进研究区及类似区域的土地利用结构优化，制定科学的土壤管理措施提供依据。

1　材料与方法

1.1研究区概况

豫西黄土丘陵区(33°33′-35°05′ N，110°22′-113°50′ E)总面积约35373 hm2，包括新安等21个县(市),属暖温带季风型气候，海拔115～2192 m，年降水量550～650 mm，年均气温14.2 ℃，≥10 ℃年积温3600～4300 ℃，年均无霜期190～210 d，土壤类型以棕壤为主。植被属暖温带落叶阔叶林，森林植被为残存少量的辽东栎(Quercuswutaishanica)、山杨(Populusdavidiana)等天然次生林；人工林以刺槐(Robiniapseucdoacaia)、侧柏(Platycladusorientalis)等为主；灌木有荆条(Vitexnegundovar.heterophylla)、酸枣(Ziziphusjujubavar.spinosa)、杜梨(Pyrusbetulifolia)等；草本植物有蒿类(Artemisiaspp.)、狗牙根(Cynodondactylon)、白茅(Imperatacylindric)等。区内主要种植作物为小麦(Triticumaestivum)和玉米。本研究样地位于新安县境内，为豫西黄土丘陵区典型地貌区。

1.2土样采集与处理

选择乔木地、灌木地、果园、撂荒地、耕地共5种不同利用方式地(表1)，每种利用方式各选择3块样地，2014年10月，在每一样地内随机设置3个20 m×20 m的样区，采样深度为0～20 cm，在每个样区内按“S”形采集8个点混合后组成一个混合土样，将混合土样分成两份，一份运回实验室风干过 2 mm筛后用于理化性质测定；一份装入塑料自封袋放入便携式冰箱运回实验室后，挑出土壤样品中大的石砾、植物根系等杂物，过 2 mm 筛后分成两个亚样本，其中一个亚样本置于4 ℃低温储存，用于土壤 MBC、MBN的测定、另一个亚样本置于-20 ℃冷冻储存，用于PLFA的测定。

表1　不同利用方式样地概况

W：乔木地Woodland；S：灌木地Shrub land； O：果园Orchard；A：弃耕地Abandoned farmland；F：耕地Farmland.下同 The same below.

1.3实验方法

有机碳测定采用重铬酸钾容量法-外加热法，全氮测定采用半微量凯氏法，pH测定采用pHS-3酸度计测定(1∶2.5土水比)[17]，微生物量碳、氮的测定采用氯仿熏蒸0.5 mol/L K2SO4提取，提取液分别采用重铬酸钾容量法-外加热法和半微量凯氏法，换算系数分别取0.38和0.45[18]。

PLFA测定采用修正的Bligh-Dyer方法[19]。简言之，称取相当于5.0 g新鲜土样,使用单相提取剂柠檬酸缓冲溶液[氯仿∶甲醇∶柠檬酸比为1∶2∶0.8(体积比)]提取；用SPE柱(5 mL氯仿活化)分离，分别加入10 mL氯仿、丙酮，最后用10 mL甲醇淋洗纯化，收集后用氮气吹干；收集的磷脂通过温和碱性甲酯化为磷脂脂肪酸甲酯，保存在-20 ℃暗处。上机时样品用200 μL正己烷溶解，以19∶0甲酯作为内标物，进行GC-FID(Agilent 6850N)检测。脂肪酸种类通过脂肪酸 Sherlock 微生物鉴定系统 (MIDIInc.，Newark，DE，USA)进行鉴定，采用Frostegard方法命名。为减小误差，确保结果的可靠性，分析中仅包括碳链数低于20、含量高于0.1%且在多数样品中都有出现的脂肪酸。

1.4数据处理与分析

微生物多样性指数采用李新等[20]和张秋芳等[21]的计算公式。采用Excel 2007，SPSS 18.0软件及CANOCO软件进行数据处理和统计分析，采用单因素方差分析(One-way ANOVA)和最小显著差异法(Least significant differences，LSD)比较不同数据组间的差异。

2　结果与分析

2.1不同利用方式地土壤理化性质

不同样地土壤理化性质表现出一定差异(表2)。与耕地相比，乔木地和灌木地土壤的容重、pH值、C/N显著降低，有机碳、全氮、速效氮和速效磷含量显著增加(P<0.05)；果园土壤有机碳、全氮、速效氮和速效磷含量显著增加(P<0.05)，容重、pH值和碳氮比无显著变化(P>0.05)；弃耕地土壤各理化性质与耕地之间均无显著差异(P>0.05)。

表2　不同利用方式地土壤理化性质

BD：容重Bulk density；TOC：总有机碳Total organic carbon；TN：全氮Total nitrogen；AN：速效氮Available nitrogen；AP：速效磷Available phosphorus.同行不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同。Different letters in a same line indicate significant differences (P<0.05), the same below.

2.2不同利用方式地土壤微生物量碳、氮、磷含量

不同样地土壤微生物量碳、氮、磷含量及差异情况见表3。灌木地土壤的微生物量碳含量最高，乔木地次之，耕地最低，灌木地、乔木地和果园土壤的微生物量碳含量分别为耕地的3.66，3.25和2.08倍，较耕地均显著提高(P<0.05，弃耕地土壤微生物量碳含量无显著变化(P>0.05)。各利用方式地微生物量氮含量与微生物量碳含量变化规律一致，除弃耕地土壤微生物量氮无显著变化外(P>0.05)，灌木地、乔木地和果园土壤的微生物量氮均显著提高(P<0.05)，分别为耕地的3.46，3.07和1.85倍。几类利用方式地土壤微生物量磷含量差异较小，乔木地和灌木地土壤微生物量磷含量分别为耕地的1.16和1.12倍，但由于组内方差小，二者较耕地仍有显著提高(P<0.05)。

表3　不同利用方式地土壤微生物量值

MBC：微生物量碳Microbial biomass carbon；MBN：微生物量氮Microbial biomass nitrogen；MBP：微生物量磷Microbial biomass phosphorus；MBC/MBN：微生物量碳氮比Microbial biomass carbon and nitrogen ratio；MBC/TOC：微生物量碳与总有机碳比Microbial biomass carbon and total organic carbon ratio；MBN/TN：微生物量氮与全氮比Microbial biomass nitrogen and total nitrogen ratio. 下同 The same below.

2.3不同利用方式地土壤微生物特征

2.3.1磷脂脂肪酸含量及其类型5种不同利用方式地土壤共检测出27种磷脂脂肪酸，不同土地利用方式下土壤中各种磷脂脂肪酸差异情况见图1。乔木地和灌木地17:1ω8c、18:1ω9c、16:1ω9c和cy17:0四种脂肪酸含量显著高于果园、弃耕地和耕地(P<0.05)；不同利用方式地18:3ω6c、15:0、16:0 2OH和18:0四种脂肪酸单体含量均无显著差异(P>0.05)。总体而言，不同利用方式地含量较高的磷脂脂肪酸种类基本相同，i15:0、16:1ω7c、18:1ω9c、17:1ω8c、18:1ω9t、cy17:0、16:1ω9c、10Me17:0和br19:0九种脂肪酸单体相对含量均较高，分别占乔木地、灌木地、果园、弃耕地和耕地土壤磷脂脂肪酸总含量的53.24%，50.67%，47.89%，49.33%，48.80%。

从脂肪酸的组成来看，5种利用方式地单烯脂肪酸含量最高,其中灌草地单烯脂肪酸占脂肪酸总量的38.43%，耕地最低也达到27.86%；直链和支链饱和脂肪酸含量相当，介于16.66%～21.38%之间；多烯脂肪酸、环丙烷脂肪酸和羟基脂肪酸含量较低，相对含量均不到总量的5%(图1、2)。与耕地相比，乔木地支链饱和脂肪酸和羟基脂肪酸含量无显著变化(P>0.05)，其他4类脂肪酸含量显著提高(P<0.05)；灌木地环丙烷脂肪酸无显著变化(P>0.05)，羟基脂肪酸含量较耕地显著降低(P<0.05)，其他种类脂肪酸含量较耕地显著提高(P>0.05)。

由于土壤微生物种类繁多，而其细胞脂肪酸的结构又非常复杂，现有研究对脂肪酸所指示的意义仍处于探索阶段，一些学者认为,细菌细胞膜中含有饱和、不饱和、支链或直链脂肪酸,其中革兰氏阴性细菌(G-)主要含有羟基、单烯和环丙烷脂肪酸,而革兰氏阳性细菌(G+)主要含有支链脂肪酸,多烯脂肪酸是大部分真菌细胞膜的成分[19]；也有研究表明，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[22]。综合前人的研究结果，对本研究中检测出的PLFA对应的微生物类群进行归类，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(表4)。总体来看，在不同利用方式地土壤中，细菌分布量最大，其次是真菌，放线菌分布量最小。不同利用方式地之间各微生物类群存在一定差异，与耕地相比，林地革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌对应的脂肪酸含量分别提高了10.47%，26.93%和24.27%(P<0.05)，灌木地分别显著提高了8.66%，27.59%和28.45%(P<0.05)，果园土壤革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌对应脂肪酸含量较耕地提高了4.87%和14.13%(P<0.05)，几种利用方式地放线菌脂肪酸含量无显著差异(P>0.05)。

2.3.2微生物群落结构组成及其相关指数土壤微生物多样性是保持土壤生态系统稳定性和土地生产力的基础。Shannon多样性指数、Pielou 均匀度指数和Simpson优势度指数常被用来表征微生物群落多样性[21]。土壤微生物的群落结构和组成因地表植被类型或植物群落的演替阶段不同而存在差异。由表5可知，与耕地相比，乔木地和灌木地土壤的Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数显著提高(P<0.05)，Simpson优势度指数显著降低(P<0.05)；果园土壤的Shannon多样性指数显著提高(P<0.05)；弃耕地3个指数与耕地均无显著差异(P>0.05)。此结果说明与果园、弃耕地和耕地相比，林地和灌木地土壤微生物多样性丰富，个体分布更均匀，群落结构也更稳定。

图1　不同利用方式地各磷脂脂肪酸的分布Fig.1　Distribution of different PLFA in different land use patterns　不同小写字母表示不同利用方式地之间差异显著(P<0.05)。Different small letters indicate significant differences in different land use (P<0.05).下同 The same below.

2.4各菌群磷脂脂肪酸与土壤养分相关性分析

土壤细菌、真菌和放线菌的 PLFA与土壤理化性质之间的相关系数见表6。细菌和真菌磷脂脂肪酸量与土壤容重、总有机碳、全氮、碳氮比、速效氮、速效磷、微生物量碳、微生物量氮和微生物量磷之间均呈显著正相关(P<0.05)。除土壤容重外，其他各指数与放线菌脂肪酸含量亦呈显著正相关(P<0.05)。

图2　脂肪酸的化学组成Fig.2　The chemical composition of PLFAs

表4　不同利用方式地土壤微生物群落结构特征

表5　不同土地利用方式地土壤微生物群落多样性

表6　土壤性质与各种微生物脂肪酸间的Pearson相关分析

*:P<0.05，**:P<0.01.

3　讨论

植被恢复或退耕可使土壤有机碳含量显著提高，一方面植被恢复或退耕导致地上地下生物量增加，返还到土壤中的植物凋落物、死根及根系分泌物增加，增加了土壤有机碳的输入；另一方面植被恢复或退耕后对土壤的人为扰动减少，降低了有机碳流失输出，因此土壤有机碳含量得到提高[23-24]。土壤全氮含量与有机质含量之间显著正相关，因此随着有机质含量的提高，全氮含量必然提高。巩杰等[25]对类似地区的研究结果表明， 林地和灌木地土壤有机质含量最高，农地最低，撂荒可在一定程度上恢复土壤肥力，但本研究中撂荒地土壤有机碳和全氮含量并未出现显著提高，这可能是因为撂荒对土壤肥力改善需要较长时间，而本研究中弃耕3年，时间较短，对土壤质量的改善作用尚不明显。林地土壤表层聚集大量的凋落物，这些凋落物在微生物的作用下分解，在此过程中向表层土壤释放各种有机酸，从而显著降低了表层土壤的pH值；林地土壤腐殖质含量很高，腐殖酸等也能使土壤pH值有较大程度的降低。土壤中可被土壤微生物利用营养物的C/N影响到土壤微生物的生长和群落结构，是表征土壤微生物生长是否受到碳或氮限制的重要指标[26-27]。当C/N在25∶1时，最利于土壤微生物的生长，维持其正常功能；当C/N≤30∶1时，土壤微生物生长受到氮源限制；C/N≤20∶1时，碳源则成为土壤微生物生长的限制因子[28]。本研究中不同利用方式地土壤的C/N均低于20∶1，因此碳源供给数量不足可能是该区域土壤微生物生长的限制因子之一，但灌木地和林地土壤C/N显著高于耕地和撂荒地，说明灌木地和林地土壤微生物生长环境较好。

土壤微生物量的变化可充分反映土地利用方式和生态功能的变化，常被作为土壤生态系统修复的一个重要指标[29]。土壤微生物量碳能够从总体上反映环境因子与微生物活动间的相互效应，可以有效表征土壤总有机碳的存在状态与积累情况。微生物量氮具有易矿化、周期短等特点，在土壤氮素循环中具有重要意义。土壤微生物MBC/MBN可反映微生物群落结构信息，其显著变化预示着微生物群落结构变化。MBC/SOC，MBN/TN可以灵敏地指示土壤微生物生物量，也能够表征土壤退化及恢复状况的土壤过程，预测土壤有机质的长期变化，比养分和微生物量的变化更加稳定，表现出更平滑的变化趋势[30]。土壤微生物量碳占总有机碳的0.27%～7.0%，微生物量氮占全氮的2.0%～6.0%[31]。在本研究中，土壤微生物量碳、氮占土壤有机碳、全氮的比值均在报道范围内。灌木与乔木林地中微生物量碳、氮含量无显著差异(P>0.05)，但均显著高于果园和耕地(P<0.05)，说明灌木地和乔木林地更有利于土壤微生物量碳、氮的积累。而耕地由于长期受到耕作等人为干扰，表土侵蚀严重，秸秆移出农田后返还到土壤中的有机物减少，导致微生物能源缺乏，致使土壤中微生物量碳、氮含量降低。不同利用方式地土壤微生物量磷的变化差异较小，灌木地、乔木地和果园土壤微生物量磷含量与耕地之间无显著差异(P>0.05)，但显著高于弃耕地(P<0.05)。不同土地利用方式使土壤微生物量产生差异，随着植被恢复,土壤微生物量提高，微生物量碳和氮占有机碳和全氮的比例也提高，这一方面表明土壤微生物量碳、氮变化比总有机碳和全氮对土地利用方式(植被覆盖)的变化更敏感；同时也表明良好的土地利用方式(植被覆盖)能够促使土壤成为更活泼的生命体，新陈代谢能力加强，土壤肥力必然相应提高。

土壤中革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的比值可以反映出细菌群落结构的变化，其比值与土壤类型及土壤中有机质含量密切相关；与革兰氏阴性菌相比，革兰氏阳性菌对环境胁迫的适应能力更强，高比例的革兰氏阳性菌被认为是土壤环境从“富营养”到“寡营养”的转变[32]。本研究中乔木地和灌木地革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的比值显著低于果园、弃耕地和耕地(P<0.05)，说明乔木地和灌木地土壤有机质含量较高、土壤环境改善，更有利于“富养型”细菌的积累。研究表明，不同类型土壤真菌与细菌比值存在很大差异，典型草原土壤可高达0.93，北方农牧交错带可低至0.05，其值越大，土壤中内源碳底物的矿化度越高，土壤生态系统的稳定性越强[33]。本研究中真菌与细菌比值介于0.67～0.78之间，这一结果稍低于草原土壤[33]，但远高于农牧交错带土壤[19]。乔木地和灌木地真菌与细菌的比率显著高于果园、弃耕地和耕地(P<0.05)，反映乔木地和灌木地土壤生态环境相对稳定。真菌分解和细菌分解是有机质最主要的两个分解途径，在易分解有机物料含量高、营养丰富的土壤中，碳周转和养分循环速度较快，细菌分解途径起主导作用；而在有机质含量低，难分解纤维素、木质素以及高碳氮比的有机物含量较高的土壤中，真菌分解起主要作用[34]。中亚热带高温湿热的环境更有利于细菌生长，因此该区域林地土壤中细菌途径是分解有机质的主要途径。本研究中几类利用地细菌的磷脂脂肪酸占脂肪酸总量的52.24%～55.45%，真菌的磷脂脂肪酸占脂肪酸总量的37.12%～40.77%(远高于中亚热带林地的9%)，说明真菌在该区域几种利用方式地土壤的有机质分解中具有十分重要的作用。

不同土壤管理措施对土壤理化性质的改变作用因土壤类型和作用强度的不同存在很大差别，对土壤微生物群落结构的影响也表现出不同结果，甚至得出截然相反的结果[35-36]。土壤pH值通过影响土壤基质的组成、化学性质和养分利用效率从而使微生物群落的组成和多样性受到干扰，因此被认为是影响土壤微生物群落结构的重要因素，在pH值较高的碱性土壤中细菌占据优势地位，反之则真菌占据优势地位[37]。但本研究中土壤微生物与pH值之间并未达到显著相关水平(P>0.05)。这可能是因为研究区土壤为偏碱性土壤，当耕地变更为乔木地和灌木地后，土壤pH值有小幅降低，但对土壤微生物多样性的影响尚未达到显著水平。C/N是影响土壤微生物群落结构变化的又一重要因子[19,38]。本研究结果表明，土壤真菌磷脂脂肪酸含量与C/N呈显著正相关，林地和灌木地真菌磷脂脂肪酸含量显著高于弃耕地和耕地。这可能是因为林地和灌木地地上凋落物中含有更多的木质素和多酚类物质，这些物质能够诱导某些真菌生长，亦可能是林地土壤较高的C/N更适合某些真菌类群的生长，其菌丝能够转化更多的土壤有机碳。吴则焰等[32]研究结果表明，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，因此真菌比其他微生物类型更能适应养分贫瘠的条件。本研究结果与以上研究结果不同，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。

4　结论

与耕地相比，乔木地和灌木地土壤微生物量碳含量分别提高了225.38%和265.73%(P<0.05)、微生物量氮含量分别提高了206.19%和245.03%(P<0.05)，MBC/TOC值提高了2.89和3.00(P<0.05)，MBN/TN值提高5.05和5.57(P<0.05)，MBC/MBN值降低了2.89和3.00(P>0.05)，微生物量磷无显著变化(P>0.05)；果园土壤微生物量碳、微生物量氮含量和MBN/TN值提高了107.80%，84.99%和1.23(P<0.05)；弃耕3 年地土壤微生物量碳、氮、磷与耕地无显著差异(P>0.05)。乔木地和灌木地土壤细菌的PLFA含量显著增加了17.87%和17.18%(P<0.05)，真菌显著增加了24.27%和28.45%(P<0.05)，放线菌PLFA含量无显著变化(P>0.05)；果园土壤细菌PLFA含量显著增加了9.04%(P<0.05)，真菌和放线菌PLFA含量无显著变化(P>0.05)，弃耕3年地土壤细菌、真菌和放线菌的PLFA含量与耕地之间均无显著差异(P>0.05)。乔木地和灌木地土壤的Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数显著提高(P<0.05)，Simpson优势度指数显著降低(P<0.05)。以上结果说明相对于耕地、弃耕地和果园土壤，乔木地和灌木地土壤微生物含量多样性丰富，不同微生物物种的个体数量分布均匀，微生物群落结构相对稳定，因此这两种利用方式对土壤质量以及微生物群落结构多样性的改良效果更佳。

不同利用方式地土壤细菌、真菌及放线菌的PLFA及总PLFA与土壤总有机碳、微生物量碳、全氮、速效氮、微生物量氮、容重等理化指标显著正相关(P<0.05或P<0.01)，揭示了土地利用变化过程中土壤肥力的变化与微生物含量及群落结构的变化密切相关，说明不同土地利用方式下土壤结构及微生物可利用营养元素输入的变化是引起微生物群落结构变化的可能原因之一。

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Effects of land use on soil microbial biomass and community structure in the loess hill region of west Henan

LIU Jing, ZHAO Yan, ZHANG Qiao-Ming, XU Shao-Jun

ForestCollege,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471003,China

In order to uncover the effects of different land use systems on soil microbial biomass and community structure characteristics, we selected five land use types; woodland, shrub land, orchard, abandoned farmland and farmland. We analyzed soil phospholipid fatty acids (PLFAs). Compared with the farmland, woodland increased soil microbial biomass carbon (MBC) and microbial biomass nitrogen (MBN) content by 225.38% and 206.19% respectively (P<0.05) while the MBC/total organic carbon (TOC) and MBN/TN value increased by 2.89 and 5.05 respectively (P<0.05). Shrub land increased soil MBC and MBN content by 265.73% and 245.03% respectively (P<0.05), the MBC/TOC and MBN/TN value increased by 3.00 and 5.57 respectively (P<0.05). Orchard management increased soil MBC and MBN content and MBN/TN value by 107.80%, 84.99% and 1.23 respectively (P<0.05). There was no difference in MBC and MBN and microbial biomass phosphorus (MBP) between the abandoned farmland and farmland soil (P>0.05). Bacterial and fungal PLFA in woodland soil increased by 17.87% and 24.27% respectively compared to farmland (P<0.05) while in shrub land these traits increased by 17.18% and 28.45% respectively (P<0.05). Orchard soil bacterial PLFA content was increased by 9.0% (P<0.05). Soil bacteria, fungi and actinomycetes PLFA in abandoned farmland and farmland were similar (P>0.05). The Shannon diversity index and Pielou evenness index of woodland and shrub land were significantly higher than other systems (P<0.05) while the Simpson dominance index was significantly decreased (P<0.05). The PLFA content of soil bacteria, fungi, and actinomycetes was significantly, positively correlated with TOC, MBC, total nitrogen (TN), available nitrogen (AN), MBN and bulk density (BD) (P<0.05 orP<0.01). The results showed that compared with farmland, abandoned farmland and orchard soil, soil microbial diversity of woodland and shrub land is enhanced; microbial species are uniformly distributed and community structure is relatively stable. This indicates that woodland and shrub land are superior for improving soil quality and microbial community structure diversity. The input of nutrients and the change of soil structure caused by different land use patterns is one of the reasons for the change of microbial community structure.

microbial biomass; microbial community structure; loess hilly area

10.11686/cyxb2016057http://cyxb.lzu.edu.cn

刘晶, 赵燕, 张巧明, 徐少君. 不同利用方式对豫西黄土丘陵区土壤微生物生物量及群落结构特征的影响. 草业学报, 2016, 25(8): 36-47.

LIU Jing, ZHAO Yan, ZHANG Qiao-Ming, XU Shao-Jun. Effects of land use on soil microbial biomass and community structure in the loess hill region of west Henan. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(8): 36-47.

2016-02-01；改回日期：2016-04-07

国家自然科学基金项目(U1404322)和河南科技大学博士科研基金(09100687)资助。

刘晶(1977-)，女，吉林松原人，博士。 E-mail: ccliujing@163.com