大興安嶺興安落葉松林土壤微生物分布特征

姜海燕，閆 偉

（內蒙古農業大學 林學院，內蒙古 呼和浩特010019）

森林土壤微生物在林地枯枝落葉分解、腐殖質合成和土壤養分循環等過程中，起著十分重要的作用，其數量不僅直接影響土壤的生物化學過程及土壤養分的組成與轉化，也是土壤中生物活性的具體體現，是維持和恢復林地生產力的主要因素之一［1－4］。林地土壤中3大類微生物的數量，通常可作為森林土壤生物活性高低的重要標志之一。林地微生物種群及數量、分布的廣度，直接影響林地土壤理化性質和土壤肥力，進而影響林木的生長［5－7］；土壤微生物種群和數量與土壤肥力及林木生長狀況成正相關［8－10］。林地土壤微生物的數量是在更深層次上揭示森林生態系統能量流動和物質循環過程的重要環節。因此，研究林地土壤微生物的分布特征具有現實意義。興安落葉松Larix gmelinii是中國大興安嶺林區主要的用材樹種。許多學者對興安落葉松林群落特性、物種特異性、碳循環、火干擾、營養狀況和肥力特征等進行研究［11－13］，但對土壤微生物方面的研究很少。本研究對內蒙古大興安嶺森林生態定位站地區不同林型土壤微生物分布特征進行初步研究，為探討興安落葉松林生態系統的結構和功能提供依據。

1 研究區域概況

試驗地設在內蒙古大興安嶺森林生態系統定位站，地理坐標為50°49′～50°51′N，121°30′～121°31′E。地處大興安嶺西北坡，為中山山地，海拔為784～1 142 m。屬寒溫帶濕潤氣候區，年均氣溫為－5.4°C，最低氣溫－54.0°C，大于等于10°C積溫1 403°C，年降水量450～550 mm，60%集中在7-8月，9月末至翌年5月初為降雪期，降雪厚度為20～40 cm，降雪量占全年降水量的12%。全年地表蒸發量為800～1 200 mm。年均日照為2 594 h，無霜期80 d。林地土壤暗棕壤土，土層厚度為30～40 cm，含較多石礫，基巖以花崗巖與玄武巖為主。研究地主要樹種為興安落葉松，其面積占總面積的79%，樹高為25～30 m，胸徑26～30 cm，蓄積量150～200 m3·hm－2。林下植物常見有杜香Ledum palustre，杜鵑Rhododendron parvifolium，越橘Vaccinium vitis-idaea，紅花鹿蹄草Pyrola incarnata，舞鶴草Maianthemumbif olium和山黧豆Lathyrus quinquenervius等。

2 材料與方法

2.1 樣地選擇

在內蒙古大興安嶺森林生態系統定位站附近原始林區選擇有代表性的3種原始林型，即原始林杜香-興安落葉松林，原始林草類-興安落葉松林，原始林柴樺-興安落葉松林及已被干擾的皆伐落葉松林和火燒跡地（采樣時距火燒時約1 a）為樣地。

2.2 土壤采集

土壤采集按不同林型采用對角線型混合取樣法，分0～10，10～20，20～30 cm取樣，過篩后帶回實驗室4℃冷藏保鮮，進行土壤微生物指標測定。采樣時間為2008年9月。

2.3 土壤微生物數量的測定

土壤微生物數量分析采用稀釋平板分析法。微生物計數培養基分別為：細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基，放線菌采用高氏1號培養基，真菌采用馬丁氏孟加拉紅-鏈霉素培養基。各個處理設3個重復，最終結果取其平均值。接種后倒置于28～30℃恒溫箱中培養一定時間，細菌2 d，真菌5 d，放線菌10 d，然后進行計數。細菌和放線菌的菌落數選在20～200個之間的計數，真菌菌落數在10～100個之間的計數；土壤水分含量測定采用烘干法［14－15］。

2.4 數據統計

采用Excel和SPSS統計分析軟件進行數據分析，樣地間差異用最小顯著差數（LSD，least sighificant difference）法，土層間差異用配對樣品t檢驗（paired-samples t test）法。

3 結果分析

3.1 不同林地土壤微生物數量的變化

興安落葉松林林型不同，土壤微生物的數量也有差異，微生物總數是杜香-興安落葉松林＞草類-興安落葉松林＞柴樺-興安落葉松林＞火燒跡地＞皆伐興安落葉松林（表1）。在P＜0.05水平上，杜香-興安落葉松林與柴樺-興安落葉松林、皆伐興安落葉松林、火燒地間差異性顯著，與草類-興安落葉松林差異性不顯著；草類-興安落葉松林與皆伐興安落葉松林、火燒地間差異性顯著，與柴樺-興安落葉松林差異性不顯著。細菌數量在各樣地的分布特征及不同林型差異性與微生物總數一致；真菌數量是皆伐興安落葉松林＞柴樺-興安落葉松林＞杜香-興安落葉松林＞草類-興安落葉松林＞火燒跡地，在P＜0.05水平上，杜香-興安落葉松林與皆伐興安落葉松林、皆伐興安落葉松林與火燒跡地差異性顯著，其他林型間差異性不顯著；放線菌數量是杜香-興安落葉松林＞草類-興安落葉松林＞火燒跡地＞皆伐興安落葉松林＞柴樺-興安落葉松林，杜香-興安落葉松林與柴樺-興安落葉松林、皆伐興安落葉松林、火燒跡地之間差異性顯著（表1）。說明不同林型間土壤微生物數量分布上存在明顯的非均勻性。3種微生物中，細菌占有絕對的優勢，占微生物總數的80.19%～96.83%，放線菌為1.07%～6.31%，真菌為0.38%～13.55%（表1）。可見，不同林地類型對土壤微生物數量和種類影響效果是有差異的。之所以出現這種現象，可能與不同林型的凋落物質量有一定關系，從而影響分解速率。杜香-興安落葉松林微生物數量最多是由于其分布于原始林垂直帶的頂層，光照充足，外界干擾少，土壤結構比較穩定，枯枝落葉積累多，水分涵養好，分解有機質的微生物多；皆伐林與火燒跡地的原有土壤結構遭到破壞，林下的凋落物積累少，土壤養分容易流失，導致微生物數量減少。皆伐林樣地中真菌所占比例大于放線菌，這是由于皆伐林土壤pH值較低，適宜異養型的真菌生長發育，而不適宜喜于生活在土壤pH值較高的放線菌生長。

表1 不同林型土壤微生物數量及差異Table 1 The quantity and difference of soil microorganism in different forest types

3.2 土壤微生物的垂直變化

不同樣地土壤微生物總數均是0～10 cm層最多，隨著垂直深度的增加而逐漸減少。在皆伐林內，10～20 cm與20～30 cm微生物的垂直變化不大，而其他林型不同層次微生物的變化較明顯（圖1）。3類微生物的變化是：①細菌的垂直變化與微生物總數量的變化規律一樣（圖1～2和表1），即5個樣地細菌是0～10 cm＞10～20 cm＞20～30 cm，皆伐林的0～10 cm與10～20 cm和20～30 cm在P＜0.05水平上差異性顯著，火燒跡地的0～10 cm與20～30 cm差異性顯著（P＜0.05），其他樣地不同層次間差異性不顯著。②真菌的垂直變化與微生物總數的變化一樣，5個樣地中皆伐林的0～10 cm真菌數量最多，其次是柴樺-興安落葉松林；除火燒跡地外，其他樣地0～10 cm與10～20 cm和20～30 cm間差異性顯著（P＜0.05）；火燒跡地0～10 cm與20～30 cm差異性顯著（P＜0.05），前4個樣地0～10 cm真菌數量遠遠大于其他2層，真菌主要集中分布在0～10 cm層（圖3和表1）。③在前3個樣地，放線菌的分布是10～20 cm＞0～10 cm＞20～30 cm，皆伐林的分布是隨著深度的增加，放線菌呈遞減趨勢，火燒跡地的10～20 cm與20～30 cm的數量基本相近（圖4），皆伐林的0～10 cm與20～30 cm間在P＜0.05水平上差異性顯著，其他樣地土層間差異性不顯著（表1）。微生物主要集中在土壤表層是由于地表聚集大量枯枝落葉，有充足的營養源，并且水熱和通氣狀況都比較好，有利于微生物的生長和繁殖。而隨著土層加深，有機質和腐殖質的含量減少，土壤溫度降低，微生物活動能力減弱，其數量相應降低減少。

圖1 微生物總數量垂直變化Figure 1 Vertical change of soil microbe

圖2 細菌垂直變化Figure 2 Vertical change of bacteria

圖3 真菌垂直變化Figure 3 Vertical change of fungi

圖4 放線菌垂直變化Figure 4 Vertical change of actinomycetes

4 結論

土壤微生物數量與分布受各種生態因素的綜合影響，生態環境的地理區域差異是主導因素。研究表明：大興安嶺興安落葉松林不同林型中細菌占有絕對的優勢，占微生物總數的80.19%～96.83%，微生物總量和細菌數量為杜香-興安落葉松林＞草類-興安落葉松林＞柴樺-興安落葉松林＞火燒跡地＞皆伐興安落葉松林，前3個林型土壤微生物數量較大，由于是原始林，人為干擾少，對林下土壤及微生物破壞性小，因此微生物活性強，數量大。

不同林型土壤微生物的垂直分布除放線菌外，其他均是隨著土層深度的增加，微生物數量呈遞減的趨勢，同一林型的0～10 cm與20～30 cm間差異性顯著（P＜0.05），10～20 cm與20～30 cm間差異性不顯著；杜香-興安落葉松林、草類-興安落葉松林、柴樺-興安落葉松林的放線菌10～20 cm高于0～10 cm。

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