林火干擾油松林間土壤微生物群落變化分析

李藝鋒

（遼寧省國(guó)營(yíng)朝陽(yáng)縣朝陽(yáng)林場(chǎng)，遼寧 朝陽(yáng) 122000）

林火是干擾森林生態(tài)系統(tǒng)的主要因子之一，很大程度上影響土壤的結(jié)構(gòu)及功能[1]。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)東北林區(qū)的森林火災(zāi)發(fā)生頻率增加，導(dǎo)致了土壤碳釋放速度加快、森林逐漸向凈碳源轉(zhuǎn)變。作為土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的動(dòng)力、地下生態(tài)系統(tǒng)的重要組分，微生物影響著地上生物生長(zhǎng)與土壤中養(yǎng)分之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程，其對(duì)林火干擾的響應(yīng)機(jī)制很大程度上對(duì)森林的碳平衡狀況產(chǎn)生影響[2]。

林火干擾的強(qiáng)度不同，對(duì)微生物產(chǎn)生的影響程度也有所不同。研究表明，短期范圍內(nèi)，高強(qiáng)度的林火干擾導(dǎo)致土壤中大量的微生物直接死亡，輕度較低或者中等程度的林火干擾不會(huì)明顯影響到土壤中的微生物情況[3]。研究表明，長(zhǎng)期范圍內(nèi)，林火的干擾可以對(duì)森林內(nèi)的植被、土壤物理及化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而長(zhǎng)期影響到土壤中微生物群落的組成情況[4]。土壤微生物群落變化范圍包括生物因子、非生物因子[5]。部分土壤中微生物群落的結(jié)構(gòu)、功能與土壤中的有機(jī)質(zhì)情況有著一定的關(guān)聯(lián)，一般來(lái)說(shuō)土壤中微生物結(jié)構(gòu)的決定性因素包括土壤中碳氮比等可利用的養(yǎng)分情況[6]。研究表明，目前陸地生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的變化等過(guò)程中關(guān)鍵性因子影響土壤微生物群落的多樣性[7]。

油松的抗逆能力強(qiáng)，抗旱抗寒，在遼西等干旱地區(qū)的防護(hù)林營(yíng)建、防風(fēng)固沙等方面發(fā)揮著積極的作用，是當(dāng)?shù)啬壳霸炝值南蠕h樹(shù)種之一。目前，學(xué)者們關(guān)于林火對(duì)油松林影響開(kāi)展的研究較多，主要集中在林火對(duì)土壤理化性質(zhì)[8-9]和林下植被特征[10]的影響方面，而有關(guān)林火干擾下油松林間土壤微生物群落方面的變化研究還未見(jiàn)報(bào)道。本研究針對(duì)不同強(qiáng)度的林火干擾下，遼西地區(qū)油松林內(nèi)土壤微生物群落變化情況進(jìn)行分析，為當(dāng)?shù)亓只鸷鬁?zhǔn)確評(píng)價(jià)油松林內(nèi)土壤微生物的恢復(fù)情況提供一定的參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在遼西地區(qū)朝陽(yáng)市境內(nèi)，屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，為內(nèi)蒙古高原往沿河平原過(guò)渡的階梯分界地帶，是山地丘陵地區(qū)；受到海洋暖濕氣流、北部蒙古高原干燥冷空氣的共同影響，當(dāng)?shù)氐臍夂蚋稍铩⑺募痉置鳎谐渥愕墓庹諚l件（日照時(shí)數(shù)年均2 900 h左右），雨熱同季，冬季溫度低且漫長(zhǎng)，白天與夜晚存在較大的溫差，降雨量少（年均值在520 mm左右）；年均溫度為在5.8 ℃左右，無(wú)霜期年均138 d左右；春秋季節(jié)多風(fēng)、氣候干旱，夏季溫度高，冬季風(fēng)力程度大。當(dāng)?shù)貙儆诎敫珊禍貛淙~闊葉林帶，地貌復(fù)雜。地帶性土壤為褐土，地帶性植被資源為油松等針葉林。

1.2 試驗(yàn)方法

選擇朝陽(yáng)市境內(nèi)具有當(dāng)?shù)氐湫吞卣鞯拇竺娣e油松純林（營(yíng)建于20世紀(jì)90年代左右）作為研究對(duì)象。2018年在油松純林內(nèi)選擇分別經(jīng)歷過(guò)高、中、低不同強(qiáng)度林火干擾的樣地作為調(diào)查對(duì)象，以立地條件幾乎一致的未過(guò)火區(qū)域作為對(duì)照。不同強(qiáng)度樣地?cái)?shù)均選擇2個(gè)作為重復(fù)，面積為300 m2（15 m×20 m）。2019和2020年繼續(xù)在樣地小區(qū)內(nèi)開(kāi)展調(diào)查，最后取3年相應(yīng)指標(biāo)各重復(fù)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行分析。

1.3 取樣及測(cè)定方法

8月在每個(gè)小區(qū)樣地內(nèi)隨機(jī)布設(shè)3個(gè)點(diǎn)，將表面的枯枝落葉層、泥炭層清理干凈后，環(huán)刀法取100 g左右的土樣（0～5 cm土層），冰袋保存迅速帶回試驗(yàn)室分析。選擇磷脂脂肪酸法（PLFAs）測(cè)定土壤微生物群落結(jié)構(gòu)并進(jìn)行分析。以土壤微生物PLFAs質(zhì)量摩爾濃度[11]、相對(duì)豐度作為指標(biāo)開(kāi)展分析[12]。土壤微生物各類群PLFAs值在所有微生物群落PLFAs值中的占比為對(duì)應(yīng)類群的相對(duì)豐度指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)的分析處理用Excel完成，5%水平的差異性分析軟件選擇DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同強(qiáng)度的林火干擾處理下油松林間土壤微生物PLFAs質(zhì)量摩爾濃度分析

根據(jù)表1可知，隨著林火干擾強(qiáng)度的增大，土壤中微生物各種群PLFAs質(zhì)量摩爾濃度表現(xiàn)出降低趨勢(shì)；與對(duì)照相比，高強(qiáng)度的林火處理下細(xì)菌PLFAs質(zhì)量摩爾濃度有少量增加，增幅未達(dá)到顯著水平，中、低強(qiáng)度林火處理下細(xì)菌PLFAs質(zhì)量摩爾濃度均有顯著的降低；各強(qiáng)度的林火處理放線菌 PLFAs質(zhì)量摩爾濃度均顯著降低；叢枝菌根真菌以低強(qiáng)度的PLFAs質(zhì)量摩爾濃度林火處理為最低，顯著高于中等強(qiáng)度的林火處理以及對(duì)照、高強(qiáng)度和中等強(qiáng)度的林火處理與對(duì)照之間差異不顯著；與對(duì)照相比，真菌的PLFAs質(zhì)量摩爾濃度以低強(qiáng)度的林火處理為最高，其次依次為中等強(qiáng)度、低等強(qiáng)度的林火處理，均顯著高于對(duì)照；土壤微生物PLFAs質(zhì)量摩爾濃度總量的變化與細(xì)菌變化趨勢(shì)一致，均為低強(qiáng)度的林火處理為最大，與對(duì)照差異不顯著，2個(gè)處理均顯著高于其他強(qiáng)度的林火處理（表1）。

表1 林火干擾下油松林間土壤微生物PLFAs質(zhì)量摩爾濃度變化情況 （nmol·g-1）

2.2 不同強(qiáng)度的林火干擾處理下油松林間土壤微生物相對(duì)豐度分析

根據(jù)表2可知，隨著林火強(qiáng)度的逐漸增加，相對(duì)豐度增加的微生物群落有放線菌和真菌，相對(duì)豐度降低的微生物群落有細(xì)菌和叢枝菌根真菌；林火強(qiáng)度相同的情況下，相對(duì)豐度最大的類型為細(xì)菌，其次為真菌，以叢枝菌根真菌的相對(duì)豐度為最低；與對(duì)照相比，細(xì)菌類群除了高強(qiáng)度林火處理的相對(duì)豐度顯著降低以外，其余強(qiáng)度處理與對(duì)照差異不顯著，低強(qiáng)度的林火處理相對(duì)豐度稍高于對(duì)照，中等強(qiáng)度的低于對(duì)照，未達(dá)到顯著差異；放線菌的相對(duì)豐度以對(duì)照為最高，不同強(qiáng)度林火的處理均顯著低于對(duì)照；叢枝菌根真菌不同強(qiáng)度的林火處理相對(duì)豐度值均顯著高于對(duì)照；真菌不同強(qiáng)度林火處理相對(duì)豐度值均顯著高于對(duì)照；土壤微生物群落相對(duì)豐度總值以低強(qiáng)度的林火處理為最高，其次為林火處理，以高強(qiáng)度的林火處理為最低。由此可知，不同強(qiáng)度的林火對(duì)油松林內(nèi)土壤微生物不同類群的生物量有不同程度的影響，進(jìn)而改變了類群間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

3 結(jié) 論

在遼西地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)中，影響其穩(wěn)定性的重要因子之一，即為林火的干擾。林火不僅對(duì)樹(shù)木的生長(zhǎng)產(chǎn)生直接的影響，還會(huì)對(duì)林間土壤環(huán)境產(chǎn)生一定的影響進(jìn)而間接影響到樹(shù)木的生長(zhǎng)[11-13]。作為循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中的重要組分，土壤微生物在林火的干擾作用下可對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解情況等產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到生態(tài)系統(tǒng)中的碳平衡[14-15]。研究野外條件下林火干擾強(qiáng)度不同影響油松林間土壤微生物群落的變化情況，有利于更好地了解林火干擾下油松林土壤微生物群落的恢復(fù)情況，可對(duì)火災(zāi)后林間恢復(fù)提供一定的指導(dǎo)[16-17]。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同強(qiáng)度的林火干擾下油松林內(nèi)土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)有不同程度的變化。隨著林火程度的加重，土壤微生物各類群PLFAs質(zhì)量摩爾濃度、土壤微生物總PLFAs 質(zhì)量摩爾濃度、細(xì)菌相對(duì)豐度、叢枝菌根真菌相對(duì)豐度、微生物類群總相對(duì)豐度均有所降低，放線菌相對(duì)豐度、真菌相對(duì)豐度逐漸增大；與未發(fā)生火災(zāi)的對(duì)照進(jìn)行比較，強(qiáng)度低林火的油松內(nèi)林微生物各類群數(shù)量有所增加，強(qiáng)度較高林火的處理下，土壤中微生物的生長(zhǎng)受到了抑制作用。至于火燒時(shí)間的長(zhǎng)短、火后恢復(fù)時(shí)間等因子對(duì)土壤微生物群落變化的影響以及土壤微生物群落變化是否由于火燒后土壤環(huán)境中養(yǎng)分條件的變化導(dǎo)致還需要相關(guān)探討研究。