不同退化山地食用菌及土壤微生物差異初探*

楊 旭，郎南軍**，劉曉飛，江期川，張立新，溫紹龍，郭永清，彭明俊

（1.云南省林業(yè)科學(xué)院，云南 昆明 650204；2.云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650091）

退化生態(tài)系統(tǒng)由于長期受外來干擾的結(jié)果，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各種生物依賴的生境發(fā)生了變化，導(dǎo)致某些物種的種群數(shù)量連鎖性變化甚至消失[1]。生物多樣性在生態(tài)恢復(fù)中的作用是恢復(fù)生態(tài)學(xué)的前沿命題之一，生物多樣性的保護(hù)是退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的主要目標(biāo)之一，生物體作為生態(tài)恢復(fù)中的一個關(guān)鍵成分，在生態(tài)恢復(fù)計劃、項目實(shí)施和評價過程中具有重要作用[2]。土壤中的微生物以其豐富的生物多樣性為生態(tài)系統(tǒng)中最活躍和具有決定性影響的組份之一。已有證據(jù)表明，土壤微生物通過相互競爭、協(xié)調(diào)、驅(qū)動養(yǎng)分循環(huán)等作用影響著植物多樣性[3]。Heijden等曾在2個獨(dú)立的生態(tài)試驗(yàn)區(qū)發(fā)現(xiàn)，菌根真菌的多樣性決定著植物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性及生產(chǎn)力[4]。最近又有通過比較硝化作用、降解能力等試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)土壤微生物多樣性指標(biāo)與生態(tài)系統(tǒng)抵御外界干擾的能力密切相關(guān)[5，6]。而退化生態(tài)系統(tǒng)在人為恢復(fù)的干擾下，在一定程度上改變了生態(tài)系統(tǒng)演替方向和速度，因此在退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和重建中，存在著地域性差異[7]。

鑒于以上原因，對云南干熱河谷區(qū)3種不同類型退化山地生態(tài)系統(tǒng)的典型區(qū)域，進(jìn)行了地上及土壤微生物的初步研究，以探討不同類型退化山地生態(tài)系統(tǒng)中微生物群落的組成結(jié)構(gòu)的差異。

1 研究地點(diǎn)的自然環(huán)境概況與研究方法

1.1 研究地點(diǎn)的自然概況

頭塘小流域試驗(yàn)區(qū)位于云南省會澤縣金鐘鎮(zhèn)，為金沙江一級支流 （牛欄江）的源頭，面積3.98 km2，是滇中高原向滇東北高原的過渡地帶，也是滇中高原向高原邊緣切割區(qū)的過渡地帶。海拔1 950 m～2 600 m，為閉合型的小流域。小流域包含5個較大的閉合集水區(qū)，其面積占流域面積的72.6%，是一個典型山地系統(tǒng)的縮影。本流域?yàn)橹星懈钪猩缴降氐孛玻闪鲀蓚?cè)山地劃分為4個層次，即溝谷區(qū)、山下部緩坡區(qū)、山中部過渡區(qū)和山上部陡坡區(qū)。小流域的溝谷至山下部集水區(qū)基本以農(nóng)業(yè)為主，溝谷至山中部 （或山上部）的集水區(qū)以農(nóng)林或林為主。其中山下部占總面積的44.24%，山中部占41.05%，山上部占14.71%。流域?qū)俚湫偷奈鞑考撅L(fēng)氣候，處昆明準(zhǔn)靜止峰南北移動地區(qū)，年平均氣溫12.8℃，≥10℃積溫3 950℃，最冷月平均溫度5.1℃，年平均降水量900 mm左右，5月～10月的降雨占全年的90%左右，干濕季明顯，年日照時數(shù)2 077.1 h，年平均相對濕度71%，年平均蒸發(fā)量1 861.9 mm。土壤以紫色砂頁巖形成的紫色土為主。區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)林地占18.65%、疏林地16.45%、灌木林地7.42%、荒山荒地23.73%，農(nóng)耕地和其他用地33.75%。植被類型主要有云南松 （Pinus yunnanensis）、 華山松 （P.armandii）針葉林和旱冬瓜 （Alnus nepalensis）、 栓皮櫟 （Quercus variabilis）闊葉林以及馬桑 （Coriaria nepalensis）、 胡禿子（Elaeagnus pungens）、 滇榛 （Corglus yunnanensis）等組成的灌木林。由于區(qū)內(nèi)森林植被的嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致土壤侵蝕嚴(yán)重，中度以上侵蝕面積達(dá)82.47%。示范區(qū)內(nèi)作物以玉米、馬鈴薯為主，農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)收入以煙葉為主，為典型的貧困山區(qū)。頭塘小流域的自然條件和社會經(jīng)濟(jì)條件在高原面型退化山地生態(tài)系統(tǒng)地區(qū)都具有較強(qiáng)的代表性，因而該流域在高原面型退化山地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)工程中具重要的地位和作用。

紅泥試驗(yàn)區(qū)位于云南省會澤縣娜姑鎮(zhèn)，屬于金沙江中下段小江流域，小流域面積18.9 km2，海拔高度1 200 m～1 800 m。屬亞熱帶干熱河谷氣候，年平均溫度18.5℃，≥10℃的積溫為6 599.9℃，熱量充足，干濕季分明，年平均降水量595 mm （主要集中在雨季6月～10月），年蒸發(fā)量2 216 mm。試驗(yàn)區(qū)河谷深切，地形破碎，山坡陡峭，平均坡度在35°以上。流域土壤以沙礫土為主，土層瘠薄，平均有機(jī)質(zhì)含量不到1.2%，土壤中粒級大于1 mm的石礫含量高達(dá)45%以上；坡面無層次變化，但隨著土層厚度增加，石礫含量增加，肥力下降，保水能力減弱。小流域內(nèi)植被稀少，植被覆蓋率為10%，水土流失和坍塌嚴(yán)重，溝壑發(fā)育。該流域?yàn)榈湫透咴媾c干熱河谷過渡帶大坡面型退化山地生態(tài)系統(tǒng)。

大黑山試驗(yàn)區(qū)地位于云南省元謀縣黃瓜園鎮(zhèn)，為金沙江的一級支流龍川江河谷下段，處于滇中高原中部偏北、橫斷山區(qū)的北部邊緣， 北緯 25°31′～26°7′， 東經(jīng) 101°36′～102°7′，金沙江在其北面由西向東蜿蜒流過，屬于典型的干熱河谷立地類型亞區(qū)，氣候?qū)儆谀蟻啛釒Ц蔁岷庸葰夂颉Ｔ\干熱河谷多年平均降水量為614.0 mm，并不很低，但年蒸發(fā)量卻達(dá)到3 847.6 mm，為降水量的6倍。年降水量差異比較大，降雨量最大年份達(dá)到906.7 mm，最小年份僅有287.4 mm，相差約3倍。年平均相對濕度僅53%，一年之中最小相對濕度為零，為全省最低。年平均干燥度為2.8，干旱季節(jié)干燥度則為10以上，為全省最干燥地區(qū)，按照 “中國農(nóng)業(yè)地理區(qū)劃”把干燥度≥2.0稱為“干”的分類，元謀屬干旱地區(qū)。水分的年分布也不均勻，雨季6月～10月平均降水583.8 mm，占全年降水量的92%，干季 （11月～5月）降水僅50.2 mm，僅占8%。該試驗(yàn)區(qū)屬于典型的干熱河谷低山區(qū)帶退化山地系統(tǒng)。

1.2 樣地劃分

1.2.1 頭塘試驗(yàn)區(qū)

主要植被為云南松、華山松、旱冬瓜、滇楊、墨西哥柏、圣誕樹等優(yōu)勢樹種的混交林群落。灌草叢植被包括馬桑、胡禿子、滇榛、火棘等[8]。

1.2.2 紅泥試驗(yàn)區(qū)

主要植被為車桑子、加勒比松幼苗及草叢組成的灌草叢。

1.2.3 黃瓜園試驗(yàn)區(qū)

主要植被為加勒比松、車桑子、山合歡等組成的稀樹草原，該區(qū)域2006年5月曾因火災(zāi)大面積過火，至調(diào)查時大部分灌草叢已恢復(fù)。

1.3 食用菌調(diào)查方法

由于在上述3個實(shí)驗(yàn)區(qū)均雇有當(dāng)?shù)卮迕褡鳛殚L期氣象水文觀測人員，故對食用菌的調(diào)查方法采取實(shí)地采集及向當(dāng)?shù)赜^測人員調(diào)查相結(jié)合的方式，時間為2006年7月~8月。采集到的標(biāo)本根據(jù) 《中國常見食用菌圖鑒》進(jìn)行分類鑒定，本次未采集到標(biāo)本但當(dāng)?shù)赜^測人員曾在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)采集到的食用菌記錄本地土名，并結(jié)合圖鑒比對確認(rèn)后計入。

1.4 土壤微生物調(diào)查方法

1.4.1 取樣方法和選擇

楊喜田等[10]對不同植被群落中的微生物區(qū)系、微生物生物量和土壤呼吸強(qiáng)度變化測定表明，微生物群落特征存在較大差異，灌叢地在微生物數(shù)量和生物量兩項指標(biāo)中均最高，因此分別在各試驗(yàn)區(qū)中選擇灌叢植被群落取樣。在所選植被群落中，劃定代表性的采樣范圍，均勻分布采樣樣點(diǎn)，采用土壤剖面法和混合多點(diǎn)取樣法分別采集0~20 cm和20 cm~40 cm土壤樣品。各樣品過6 mm土壤篩以除去動植物殘體和石塊，混合均勻并用四分法取舍，保留1 kg左右分別裝入無菌塑料袋保鮮帶回實(shí)驗(yàn)室，迅速測定土壤微生物或于-15℃冰箱中保存待測。

1.4.2 土壤微生物分離方法

分別稱取土樣10 g，加入90 mL滅菌水，置搖床震動10 min～15 min，使土樣顆粒均勻分散，靜置數(shù)分鐘后，吸取1 mL作成一系列10倍稀釋液，分別取不同濃度梯度、不同取樣量進(jìn)行預(yù)示，根據(jù)預(yù)示結(jié)果確定各土樣真菌、細(xì)菌、放線菌適宜稀釋濃度。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，涂抹平板法。放線菌采用高氏1號培養(yǎng)基，涂抹平板法。真菌采用馬丁氏-孟加拉紅培養(yǎng)基，涂抹平板法。接種后將各種菌類置恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng) （細(xì)菌、放線菌28℃，真菌25℃），每個稀釋度做6個平板，以每2個平板的平均菌落數(shù)為1個重復(fù)，共2個～3個重復(fù)。

1.5 主要數(shù)據(jù)分析方法

運(yùn)用EXCEL2003統(tǒng)計分析軟件、SPSS 12.0軟件，完成各樣地食用菌及土壤微生物數(shù)量原始數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各試驗(yàn)區(qū)的食用菌種類比較

試驗(yàn)區(qū)各食用菌種名見表1。

表1 試驗(yàn)區(qū)食用菌種名

對3個研究區(qū)域的食用菌調(diào)查，經(jīng)形態(tài)分類鑒定分屬2目、5科，共計10種。其中在頭塘試驗(yàn)區(qū)采集到6種，經(jīng)觀測人員描述及當(dāng)?shù)丶匈徺I比對確定1種，共7種；紅泥試驗(yàn)區(qū)未采到，經(jīng)觀測人員描述及當(dāng)?shù)丶匈徺I比對確定1種；黃瓜園大黑山試驗(yàn)區(qū)采到1種，經(jīng)觀測人員描述及集市購買比對確定4種，共5種。食用菌數(shù)量及種類上均為頭塘試驗(yàn)區(qū)＞黃瓜園大黑山試驗(yàn)區(qū)＞紅泥試驗(yàn)區(qū)。

2.2 各試驗(yàn)區(qū)的土壤微生物比較

不同試驗(yàn)區(qū)土壤微生物數(shù)量組成及分布情況見表2。從表2來看，在2個實(shí)驗(yàn)區(qū)土壤中，細(xì)菌均占居主導(dǎo)地位，細(xì)菌在該區(qū)域土壤中具有非常強(qiáng)的繁殖力和競爭力，在土壤養(yǎng)分有效化、促進(jìn)植物生長能力方面處于優(yōu)勢地位， 為 0.38×106cfu·g－1～1.86×106cfu·g－1， 占全部微生物比例的 53.59%～97.06%； 其次為放線菌數(shù)量， 為 0.17×105cfu·g－1～8.17×105cfu·g－1， 比例僅次于細(xì)菌， 所占比例為2.75%～44.46%； 真菌數(shù)量最少， 為 0.88×104cfu·g－1～4.34×104cfu·g－1， 所占比例為 1.88%～2.97%。

表2 不同試驗(yàn)區(qū)土壤微生物數(shù)量組成及分布

在3個實(shí)驗(yàn)區(qū)中，細(xì)菌、放線菌及真菌數(shù)量均表現(xiàn)出0～20 cm土層高于20 cm～40 cm土層微生物數(shù)量，說明隨土層加深土壤微生物總數(shù)量均呈明顯減少趨勢，具有表聚性。各試驗(yàn)區(qū)三大菌數(shù)量級均表現(xiàn)為細(xì)菌 （106）＞放線菌（105）＞真菌 （104）。

通過對3種不同類型退化山地生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物數(shù)量組成及分布比較分析可知，頭塘試驗(yàn)區(qū)土壤微生物數(shù)量最多，紅泥試驗(yàn)區(qū)次之，黃瓜園試驗(yàn)區(qū)最少。頭塘試驗(yàn)區(qū)細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量均大于其他試驗(yàn)區(qū)，與3個試驗(yàn)區(qū)中頭塘試驗(yàn)區(qū)生物多樣性最高相符；紅泥試驗(yàn)區(qū)放線菌所占比例較其他試驗(yàn)區(qū)偏高，放線菌對外界環(huán)境的敏感度較小，對惡劣環(huán)境的抵抗力要強(qiáng)于細(xì)菌和真菌，高的放線菌比例也說明試驗(yàn)區(qū)土壤貧瘠、土壤環(huán)境條件差；黃瓜園試驗(yàn)區(qū)土壤微生物數(shù)量最少，且細(xì)菌比例顯著增大，放線菌比例偏低，真菌比例較高，與其曾于5月份大面積過火有關(guān)。

3 討論

不同植物群落組成結(jié)構(gòu)的顯著差異，明顯影響土壤微生物的種類組成和結(jié)構(gòu)。3個實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)土壤微生物差異性顯著，處于極不相似水平。

黃瓜園大黑山試驗(yàn)區(qū)0～20 cm土層，土壤微生物數(shù)量明顯低于其他試驗(yàn)區(qū)，與食用菌調(diào)查中少于頭塘試驗(yàn)區(qū)但遠(yuǎn)多于紅泥試驗(yàn)區(qū)不符，說明火災(zāi)嚴(yán)重影響了土壤微生物的數(shù)量。且大黑山試驗(yàn)區(qū)土壤微生物組成中放線菌所占比例顯著減小，真菌所占比例明顯增大，這與周道瑋等[11]的研究結(jié)果一致。真菌數(shù)量在火燒后明顯增加，可能是火燒改變了林木的數(shù)量，對土壤各種理化性質(zhì)產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致林木郁閉度、土壤溫度等立地條件比較適合真菌的繁殖。張敏等[12]研究林火對真菌數(shù)量影響的結(jié)果表明，在火燒當(dāng)年，真菌數(shù)量有所增加，與本次試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

土壤微生物數(shù)量、分布與組成在有機(jī)質(zhì)分解、腐殖質(zhì)合成、土壤團(tuán)聚體形成以及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等方面具有關(guān)鍵作用。試驗(yàn)中微生物培養(yǎng)受營養(yǎng)和溫度的限制，使得多數(shù)貧營養(yǎng)和低溫微生物被忽略；平板培養(yǎng)方法只能反映極少數(shù)微生物的信息，這些研究不能充分了解土壤微生物的生態(tài)功能，也埋沒了大量很有應(yīng)用價值的微生物資源。本研究對云南干熱河谷區(qū)3種不同的恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)典型區(qū)域土壤微生物數(shù)量進(jìn)行分析，對其差異進(jìn)行了初步探討，但未對種群進(jìn)行分類、鑒定，此項工作有待進(jìn)一步完善。

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