針闊人工混交林及其純林對土壤微生物碳循環功能基因豐度的影響

秦佳琪，肖指柔，明安剛，朱豪，滕金倩，梁澤麗，陶怡，覃林*

1. 廣西大學林學院/廣西森林生態與保育重點實驗室，廣西 南寧 530004；2. 中國林業科學研究院熱帶林業實驗中心，廣西 憑祥 532600；3. 廣西友誼關森林生態系統定位觀測研究站，廣西 憑祥 532600；4. 崇左憑祥友誼關森林生態系統廣西野外科學觀測站，廣西 憑祥 532600

土壤碳循環是生物地球化學循環中最重要和復雜的代謝過程之一（Lynn et al.，2017；Hu et al.，2019），調節著全球氣候變化（Deng et al.，2017）。微生物是調控土壤碳循環的關鍵驅動因素，包括參與土壤有機碳固定、降解及甲烷代謝等一系列相互關聯的碳遷移轉化過程（Kuypers et al.，2018），推動著生態系統的能量流動和物質循環。土壤微生物具有編碼碳循環相關酶系統的整套基因，其基因豐度可以反映相應酶的活性，基因豐度高則相應的微生物酶活性較強（Trivedi et al.，2016）。同時，土壤微生物碳循環功能基因豐度能夠預測土壤微生物的物質循環潛力和代謝特征，可表征土壤有機碳的穩定性（Bani et al.，2018）。

森林土壤碳儲量約占全球陸地土壤總碳庫的73%（Pan et al.，2011）。近年來，隨著宏基因組測序技術的發展，森林土壤微生物碳循環功能基因已逐漸成為生態學研究的熱點。胡明慧等（2022）認為自然增溫通過改變土壤微生物群落結構、碳代謝相關功能基因豐度來影響南亞熱帶常綠闊葉林土壤有機碳代謝過程；Wang et al.（2019）發現天然次生林土壤的乙二醛氧化酶、木質素過氧化物酶和錳過氧化物酶等木質素碳降解基因豐度均高于鄉土和外來樹種人工林，并且土壤養分、樹種豐富度、凋落物儲量、有效氮、粘土和粉砂含量等顯著影響木質素降解基因的組成。還有研究表明，天然闊葉林轉化為人工林和次生林后導致土壤碳固定、碳降解和甲烷代謝等相關基因豐度下降，其原因是森林轉化通過降低土壤微生物生物量碳（MBC）和可溶性有機碳（DOC）含量及土壤pH、土壤濕度和土壤粘土含量間接降低土壤微生物碳循環基因豐度（Luo et al.，2022）。目前關于森林土壤碳循環功能基因的研究基本上限于天然林、次生林以及人工林土壤表層，而對于針闊人工混交林及其純林在不同土壤深度的微生物碳循環功能基因豐度還知之甚少。

隨著全球變暖加劇，碳中和已成為全球可持續發展的目標（Tan et al.，2021；Cui et al.，2022；陳科屹等，2022）。營造人工林是實現碳中和戰略的重要舉措。然而，長期的人工林經營發現，低質單一的針葉林會帶來物種多樣性喪失、生產力下降以及土壤營養元素虧缺等生態問題（劉世榮等，2018），營建鄉土闊葉林和針闊混交林將成為世界上最有前景的森林經營模式（劉世榮等，2015）。本研究以南亞熱帶鄉土針葉馬尾松（Pinus massoniana）和鄉土闊葉格木（Erythrophleumfordii）人工純林及其混交林為研究對象，依據各林分不同土層（0—20、20—40、40—60 cm）土壤樣品的宏基因組測序數據，旨在闡明土壤微生物碳循環功能基因豐度對人工混交林以及純林的響應特征及其調控的土壤環境因子，以期提升對南亞熱帶人工林土壤微生物碳循環機制的理解，為評價該地區人工林土壤碳循環潛力提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區位于廣西區憑祥市的中國林業科學研究院熱帶林業試驗中心青山實驗場（22°10′N，106°42′E），屬南亞熱帶濕潤半濕潤季風氣候，4—10 月降雨量最高，年均降雨量高達1 500 mm，年蒸發量高達1 388 mm，相對濕度和年平均溫度分別為80%—84%和21.1 ℃；地貌類型主要以低山丘陵為主，土壤類型主要是花崗巖發育形成的山地紅壤，坡度25°左右。為探究更優的人工林培育模式，2006年在馬尾松林皆伐跡地上分別種植了馬尾松-格木混交林及馬尾松純林和格木純林（密度均為2 500 plant·hm-2），其中混交林中馬尾松與格木的株數比為3∶1（羅達等，2014）。

1.2 土壤樣品采集

2021 年1 月，分別在上述3 個人工林中隨機設置3 塊20 m×20 m 的樣地，且樣地之間至少間隔20 m 以上（避免空間自相關）。馬尾松-格木混交林、馬尾松林和格木林的保留密度分別為750、1 700 和1 125 plant·hm-2，平均胸徑分別為15.6、14.7、13.7 cm，平均樹高分別為13.2、11.6、13.7 m。在每個樣地采用5 點“S”法確定取樣點，清除土壤表面凋落物，使用土鉆（內徑5 cm）分別采集（0—20、20—40 和40—60 cm）土層土樣，將同層土樣混合并除去動植物殘體與石塊等雜質后裝入無菌采樣袋并用生物冰袋保存帶回實驗室。將每個土壤樣品分為3 份，一份貯存于-80 ℃冰箱用于宏基因組測序；一份貯存于4 ℃冰箱用于測定土壤硝態氮、銨態氮、土壤微生物量碳（MBC）和可溶性有機碳（DOC）含量；一份在室溫下風干用于測定土壤pH 值、土壤有機碳（SOC）、全氮（TN）、總磷（TP）、速效磷（AP）以及有機碳組分等含量。

1.3 土壤理化性質與有機碳組分測定

土壤pH 值采用電位法（水土=2.5∶1，V∶m）進行測定（魯如坤，2000）；土壤含水量（SWC）用烘干法測定；土壤有機碳（SOC）采用K2Cr2O7氧化外加熱法測定（魯如坤，2000）；全氮（TN）用H2SO4消煮后，用連續流動分析儀（AutoAnalyzer3，SEAL，Germany）測定（鮑士旦，2000）；硝態氮（NO3--N）和銨態氮（NH4+-N）使用KCI 浸提（土水比為 1∶5，m∶V），并用連續流動分析儀（AutoAnalyzer3，SEAL，Germany）測定（Wu et al.，2019）；總磷（TP）采用H2SO4酸溶-鉬銻抗比色法測定（鮑士旦，2000）；速效磷（AP）采用雙酸（HCl-H2SO4）浸提，用酶標儀（INFINITE M200 PRO，TECAN，Switzerland）測定（鮑士旦，2000）。

微生物生物量碳（MBC）采用氯仿熏蒸法測定（吳金水等，2006）；可溶性有機碳（DOC）采用去離子水振蕩浸提新鮮土樣，用總有機碳分析儀（TOC-VCPH/CPN，Shimadzu，Kyoto，Japan）測定（Huang et al.，2019）；易氧化有機碳（EOC）采用高錳酸鉀氧化比色法測定（劉合明等，2008）；顆粒有機碳（POC）采用(NaPO3)6提取法測定（Zhang et al.，2004）；惰性有機碳（ROC）采用酸水解法測定（Rovira et al.，2000）。

1.4 土壤微生物宏基因組測序及碳循環功能基因確定

用FastDNA?Spin Kit for Soil 試劑盒抽提DNA，然后利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測基因組DNA 質量。檢測合格的DNA 樣品采用Covaris M220 超聲儀將DNA 提取物分割成約400 bp 的小片段，使用NEXTFLEX? Rapid DNA-Seq Kit 試劑盒構建PE文庫，具體步驟及試劑參考試劑盒說明書。宏基因組測序由上海美吉生物技術有限公司 Illumina NovaSeq 測序平臺完成。

在測序中采用多個樣品平行混合測序，各樣品中的序列均引入了一段標示其樣本來源信息的Index 標簽序列。根據Index 序列區分各個樣品的數據，提取出的原始測序數據以fastq 格式保存。基于原始數據，使用Fastp（v0.20.0）對其進行數據質控，剪切掉數據中低質量及含N 的reads，獲得后續分析需要的優化序列。將所得優化序列用使用Megahit（v1.1.2）軟件進行拼接組裝，過濾結果中300 bp 以下的片段。使用Prodigal（v2.6.3）(https://github.com/hyattpd/Prodigal)對拼接結果中的序列重疊群（contig）進行開放閱讀框（ORF）預測。將所有樣品預測出來的基因序列，用CD-HIT（v4.6.1）軟件（http://www.bioinformatics.org/cd-hit/）進行聚類（相似度≥90%、覆蓋率≥90%），每個類取最長的基因作為代表序列，構建非冗余基因集。利用SOAPaligner（v2.21）將測序數據與非冗余基因集進行比對（相似度≥95%），統計基因在對應樣品中的豐度信息。

使用Diamond（v0.8.35）（https://github.com/bbuchfink/diamond）將非冗余基因集序列與KEGG數據庫（v94.2）（http://www.genome.jp/kegg/）進行比對，采用KEGG orthology 對應的碳固定、碳降解和甲烷代謝統計土壤碳循環功能基因豐度。全部土壤樣品非冗余基因集的基因數（Catalog gene number）、基因總序列長度（Catalog total length）和基因平均序列長度（Catalog average length）分別為5 518 361 個、2 241 669 993 bp 和406.22 bp，獲取微生物碳固定、碳降解和甲烷代謝等功能基因674 個。選取各碳循環途徑基因豐度大于10 000 的功能基因進行分析（表1）。

1.5 統計分析

采用雙因素方差分析方法（Two-way ANOVA）檢測不同林分不同土層的土壤理化性質、土壤有機碳組分含量及碳循環功能基因豐度的差異，并用Duncan 法進行多重比較，計算由SPSS 26.0（IBM SPSS Inc，Chicago，IL，USA）完成。使用R 軟件psych 包中“corrlot ( )”函數對土壤環境因子與碳循環功能基因豐度之間進行Pearson 相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同林分不同土層的土壤理化性質

由圖1 可知，相同土層不同林分相比較，0—20 cm 土層馬尾松林TP 含量顯著高于格木林和馬尾松-格木混交林；20—40 cm 土層馬尾松林和馬尾松-格木混交林土壤TP 含量無顯著差異，且均顯著高于格木林（P<0.05）。

圖1 不同林分不同土層之間土壤理化性質的比較Figure 1 Comparison of soil physicochemical properties between different soil layers and forest stands

相同林分不同土層相比較，馬尾松林SOC、AP含量和C/N 隨土壤深度增加而顯著減少（P<0.05)。馬尾松林0—20 cm 和40—60 cm 土層TP 含量無顯著差異，且均顯著高于20—40 cm 土層。格木林與馬尾松-格木混交林0—20 cm 土層的SOC 含量與20—40 cm 土層差異不顯著，但顯著高于40—60 cm土層。雙因素方差分析表明，林分和林分與土層的交互作用對土壤TP 含量具有顯著影響，土層對土壤SOC、TP 含量和C/N 有顯著作用（P<0.05）。

2.2 不同林分不同土層的土壤有機碳組分

從表2 可知，不同林分土壤有機碳組分含量存在顯著差異（P<0.05）。0—20 cm 土層格木林的MBC含量顯著高于馬尾松林，而POC 含量顯著高于馬尾松-格木混交林；馬尾松-格木混交林的EOC 含量顯著高于馬尾松林，而顯著低于格木林。20—40 cm土層中格木林的POC 含量顯著高于另外兩個林分，而土壤ROC 含量從馬尾松林到格木林再到混交林顯著增加。40—60 cm 土層中格木林的MBC 和POC含量顯著高于馬尾松林和混交林。

表2 不同林分不同土層土壤有機碳組分的比較Table 2 Comparison of soil organic carbon components between different soil layers and forest stands

比較相同林分不同土層土壤有機碳組分發現，馬尾松林中0—40 cm 土層的MBC 含量顯著高于40—60 cm 土層，而POC 和ROC 含量在0—20 cm土層顯著最高。格木林中0—20 cm 土層MBC 含量顯著高于40—60 cm 土層，與20—40 cm 土層差異不顯著，且0—20 cm 土層EOC 和ROC 含量顯著高于20—60 cm 土層；同時，0—40 cm 土層格木林的POC 含量和混交林的MBC 含量顯著高于40—60 cm 土層。另外，混交林中0—20 cm 土層EOC和POC 含量顯著高于20—60 cm 土層，而20—40 cm 土層ROC 含量顯著高于40—60 cm 土層，與0—20 cm 土層差異不顯著。雙因素方差分析表明，林分對MBC、EOC、POC 和ROC 含量有顯著影響，土層對土壤有機碳組分均具有顯著影響，而林分與土層對EOC、POC 和ROC 含量有顯著交互效應（P<0.05）。

2.3 不同林分不同土層的土壤微生物碳循環功能基因豐度

2.3.1 碳固定功能基因豐度

從圖2 可知，馬尾松林各土層的MUT基因豐度均顯著高于格木林（P<0.05），而20—40 cm 土層馬尾松林的rbcL、PCCA基因豐度分別顯著高于馬尾松-格木混交林及格木林。

圖2 不同林分不同土層碳固定功能基因豐度Figure 2 Abundance of carbon fixation genes in different stands and soil layers

相同林分不同土層碳固定功能基因豐度的結果表明，馬尾松林rbcL和accA基因豐度隨土壤深度增加而顯著增加（P<0.05）；同時，馬尾松林20—60 cm 土層的acs和korA顯著高于0—20 cm 土層，而40—60 cm 土層korB顯著高于0—20 cm 土層。格木林20—60 cm 土層的rbcL顯著高于0—20 cm 土層，而40—60 cm 土層的acsA顯著高于0—20 cm 土層，以及40—60 cm 土層accA顯著高于0—40 cm 土層。混交林各土層功能基因豐度差異不顯著。總之，3 個林分碳固定功能基因豐度對土壤深度的響應趨勢相似，深層土壤碳固定功能基因豐度相對較高。雙因素方差分析表明，林分顯著影響rbcL、MUT和PCCA，土層顯著影響rbcL、acs、acsA、korA、korB和accA，而林分與土層對碳固定功能基因豐度無顯著交互作用（圖2）

2.3.2 碳降解功能基因豐度

雙因素方差分析表明，林分對amyA、MAN2C1、bglB和nagA有顯著作用，土層對amyA、pulA、malQ、xylB、MAN2C1、xylA、endoglucanase、bglB、bglX、nagA和catE有顯著影響，林分和土層無顯著交互作用（圖3）。相同土層不同林分微生物碳降解功能基因豐度的比較發現（圖3），0—20 cm土層馬尾松林與格木林的MAN2C1無顯著差異，且都顯著高于混交林（P<0.05）；而馬尾松林bglB顯著高于混交林，與格木林差異不顯著。20—40 cm 土層各林分間碳降解功能基因豐度無顯著差異。40—60 cm 土層混交林amyA顯著高于格木林，而馬尾松林nagA顯著高于格木林。

圖3 不同林分不同土層碳降解功能基因豐度Figure 3 Abundance of carbon degradation functional genes in different forest stands and soil layers

續圖3 不同林分不同土層碳降解功能基因豐度Continued figure 3 Abundance of carbon degradation functional genes in different forest stands and soil layers

從圖3 可知，就相同林分不同土層而言，馬尾松林20—60 cm 土層malQ和MAN2C1基因豐度顯著高于0—20 cm 土層，而40—60 cm 土層xylB和nagA顯著高于0—20 cm 土層。格木林pulA和catE基因豐度隨土壤深度加深而顯著增加，而40—60 cm 土層xylB、xylA和nagA顯著高于0—20 cm 土層；另外，格木林40—60 cm 土層endoglucanase和bglB顯著高于0—40 cm 土層。混交林40—60 cm土層amyA、MAN2C1、xylA、endoglucanase、bglX和nagA顯著高于0—20 cm 土層，且0—40 cm 土層的pulA顯著低于40—60 cm 土層。

2.3.3 甲烷代謝功能基因豐度

從圖4 可知，對于相同土層不同林分來說，0—20 cm 土層馬尾松林pomA-amoA基因豐度顯著高于格木林和馬尾松-格木混交林（P<0.05）；20—40 cm土層格木林mtrA顯著高于另外兩個林分；40—60 cm 土層馬尾松林pomB-amoB和pomC-amoC顯著高于混交林，與格木林差異不顯著。比較相同林分不同土層發現，馬尾松林中40—60 cm 土層pomAamoA顯著高于20—40 cm 土層，而pomB-amoB隨土壤深度增加而顯著增加；此外，馬尾松林40—60 cm 土層pomC-amoC顯著高于0—20 cm 土層。格木林0—40 cm 土層pomC-amoC顯著低于40—60 cm 土層。混交林20—60 cm 土層mtrA顯著高于0—20 cm 土層。雙因素方差分析結果顯示，林分和土層顯著影響pomA-amoA、pomB-amoB、pomCamoC和mtrA，而林分與土層交互作用對甲烷代謝功能基因豐度無顯著影響。

2.4 土壤碳循環微生物功能基因與土壤環境因子的相關性

碳固定功能基因rbcL、acs、acsA、korA和accA與C/N、SOC、MBC、DOC、EOC 和ROC 顯著負相關（P<0.05）；MUT與SWC 和TP 顯著正相關，與NO3--N、MBC、EOC、POC 和ROC 顯著負相關，PCCA與TP 顯著正相關（圖5a）。同時，碳降解功能基因amyA、abfA和xylA與SWC 顯著正相關，xylB、MAN2C1、xylA、endoglucanase、bglB、bglX、nagA和catE則與土壤SOC、MBC、DOC、EOC 和ROC 顯著負相關（P<0.05）（圖5b）。另外，甲烷代謝功能基因pmoA-amoA、pmoB-amoB和pmoC-amoC與土壤MBC、DOC 和EOC 顯著負相關，而mtrA與土壤NH4+-N、C/N、SOC 和ROC 顯著負相關（P<0.05）（圖5c）。

3 討論

3.1 林分類型及土壤深度對微生物碳固定功能基因豐度的影響

土壤微生物碳循環相關功能基因豐度的不同，會影響微生物群落的碳代謝功能，進而影響土壤碳循環（Ding et al.，2015）。森林生態系統中，土壤微生物碳循環基因豐度與植被類型和土壤性質密切相關（Yue et al.，2015；Deng et al.，2019；李毳等，2020）。土壤微生物碳固定是在多種固定途徑下，微生物將碳源轉化為自身物質的過程（碳同化），能夠促進土壤碳增匯和碳固持（袁紅朝等，2011；陳曉娟等，2014）。微生物碳固定基因豐度指示微生物的固碳潛力，基因豐度越高相應的固碳潛力越強，對土壤碳匯貢獻越大（劉茗等，2021）。本研究發現，馬尾松林各土層的MUT豐度均顯著高于格木林，以及20—40 cm 土層的PCCA顯著高于格木林，這意味著馬尾松林土壤（0—60 cm）微生物碳固定潛力強于格木林。相關性分析顯示，研究林分MUT豐度與SWC 和TP 顯著正相關，與NO3--N、MBC、EOC、POC 和ROC 顯著負相關，而PCCA與TP 顯著正相關（圖5a），說明微生物碳固定功能基因豐度與土壤養分和有機碳組分密切相關。因此，格木林土壤MUT和PCCA豐度顯著低于馬尾松林可能是因TP 含量較低所致；同時，格木林MUT豐度低還與土壤中豐富的NO3--N、MBC、EOC、DOC 和ROC 抑制有關。已有研究指出，在貧瘠、低碳土壤環境中，仍有微生物具有較強的固碳潛力，促進土壤碳固定，從而導致土壤SOC、DOC、MBC 和ROC 對固碳細菌豐度的負影響（Wang et al.，2021）。

深層土壤（30 cm 以下）碳儲量占土壤總碳儲量的一半以上，具有較高的固碳潛力和穩定性（Liao et al.，2020）。本研究各林分微生物碳固定功能基因豐度基本上隨土層深度增加而增加（圖2），表明深層土壤對森林生態系統固碳潛力較大，有助于土壤碳積累。同時，本研究各林分土壤C/N、SOC、MBC、POC 和EOC 隨土層深度加深而減少，這與前人的研究結果一致（Peng et al.，2016；梁艷等，2021；宋瑞朋等，2022）；而研究林分的微生物碳固定功能基因豐度與上述土壤環境因子顯著負相關（圖5a），因此，當土壤養分與有機碳組分含量隨土層深度增加而減少時，導致碳固定功能基因豐度增加。另外，也有研究認為表層土壤因氧濃度較高而導致一些固碳細菌的生長受到抑制，引起表層土壤微生物固碳潛力較弱（Wang et al.，2021）。

3.2 林分類型及土壤深度對微生物碳降解功能基因豐度的影響

土壤微生物碳降解是指微生物對易降解（淀粉）和難降解（果膠、半纖維素、纖維素、幾丁質、木質素等）等碳源化合物的分解，是碳素釋放和遷移轉化的過程，推動碳的生物地化循環（Sokol et al.，2019）。土壤微生物碳降解基因相對豐度隨植被類型變化而異（Yan et al.，2020）。Wang et al.（2020）研究發現，中國南方天然次生林碳降解基因豐度高于馬尾松和濕地松（Pinuselliotti）人工林，以及穩定性有機碳組分、有效氮和硝態氮是重要的影響因子。本研究中馬尾松林0—20 cm 土層半纖維素降解功能基因MAN2C1和纖維素降解功能基因bglB的豐度顯著高于馬尾松-格木混交林（圖3），這是由于馬尾松林土壤SOC、MBC、EOC 含量低，而MAN2C1和bglB基因豐度與SOC、MBC、DOC、EOC 和ROC 顯著負相關（P<0.05）（圖5b）。土壤微生物在有機碳充足和養分豐富的條件下，因自身生長速率加快而加速對碳源的利用，導致碳的降解潛力降低（Ma et al.，2022）。已有研究也表明土壤MBC 和DOC 等有機碳組分與土壤碳降解基因豐度呈負相關（Coolen et al.，2015；Xue et al.，2016），較低的SOC 促進了微生物碳降解酶活性（Liao et al.，2023）。此外，本研究3 個林分20—40 cm 土層的碳降解功能基因豐度差異不顯著，可能與林分間土壤SOC、MBC、DOC 和EOC 含量無顯著差別有關。混交林40—60 cm 土層的amyA豐度顯著高于格木林（圖3），可能是該土層格木林有較高的MBC 和POC 含量以及較低的SWC 含量，這是由于amyA與SWC 和TP 顯著正相關，而與MBC、EOC 和POC 顯著負相關（圖5b）。Li et al.（2017）發現水分增加通過增加微生物碳降解功能基因豐度，加速半干旱地區的碳循環過程。

碳降解是土壤碳流失的主要過程（Yang et al.，2023）。本研究發現，3 個林分土壤微生物碳降解功能基因豐度與碳固定功能基因豐度具有相似的土壤垂直變化趨勢。由于碳降解功能基因豐度基本上與土壤有機碳組分含量顯著負相關（圖5b），因而當碳降解功能基因豐度隨土層深度增加而升高后，土壤中有機質的分解速率加快，可造成土壤碳損失。

3.3 林分類型及土壤深度對微生物甲烷代謝功能基因豐度的影響

甲烷代謝包括甲烷生成和甲烷氧化過程，在產甲烷菌和甲烷氧化菌共同參與下進行，控制著甲烷產生、氧化和陸地生態系統的甲烷平衡（劉洋熒等，2017）。本研究中馬尾松林0—20 cm 土層的甲烷氧化功能基因pmoA-amoA豐度以及40—60 cm 土層的pmoB-amoB和pmoC-amoC豐度顯著高于混交林（圖4），說明馬尾松林土壤甲烷氧化速率高于混交林。相關性分析表明，pmoA-amoA、pmoB-amoB和pmoC-amoC都與土壤MBC、DOC 和EOC 顯著負相關（圖5c），意味較高的土壤有機碳組分含量對甲烷氧化功能基因豐度具有一定的抑制作用。另外，格木林20—40 cm 土層的甲烷生成功能基因mtrA豐度最高，且與SOC、NH4+-N、C/N 和ROC顯著負相關（圖5c），說明格木林土壤SOC、NH4+-N、C/N 和ROC 含量較高時會使mtrA豐度降低。Luo et al.（2022）研究發現土壤DOC 對pmoA豐度具有負影響；趙姣等（2023）研究指出，黃土高原植被恢復土壤甲烷生成功能基因（mxa、emGDH）豐度與SOC、EOC 顯著負相關，而甲烷氧化功能基因（pmoA、mmoX）豐度與EOC、TN 和NO3--N 含量顯著負相關；Kosugi et al.（2020）認為土壤SOC含量與產甲烷菌的甲烷生產速率具有負相關關系。可見，本研究對林分土壤甲烷生成與氧化微生物功能基因豐度產生負效應的主導因素與上述研究結果類似。

本研究3 個林分土壤微生物甲烷代謝功能基因豐度與SOC、NH4+-N、C/N、MBC、DOC、EOC 和ROC 顯著負相關（圖5c），主要是因為甲烷代謝微生物種群復雜，一些生活在貧營養（低氧和低氮）環境中的優勢菌氧化潛力較強，相應的基因豐度也較高（Zheng et al.，2010）。因此，當土壤養分和有機碳組分含量隨土壤深度加深而減少時，甲烷代謝功能基因豐度增加。此外，甲烷作為有機質厭氧分解的最終產物，通常在厭氧條件下產生，深層土壤因氧濃度較低產甲烷菌代謝作用更強（王蕓等，2012），從而造成土壤微生物甲烷代謝功能基因豐度與有機碳組分及養分含量負相關。

4 結論

南亞熱帶馬尾松林土壤微生物碳固定（rcbL、MUT和PCCA）、碳降解（MAN2C1和bglB）和甲烷代謝（pmoA-amoA、pmoB-amoB和pmoC-amoC）功能基因豐度均高于馬尾松-格木混交林和格木林，表征馬尾松林土壤微生物碳循環潛力較強，這主要與馬尾松林土壤MBC、EOC、DOC 和ROC 含量較低密切相關。3 個人工林土壤微生物碳循環功能基因豐度基本隨土壤深度增加而增加，是因為林分土壤SOC、C/N、MBC、DOC、EOC 和ROC 含量隨土壤深度加深而降低的緣故。因此，土壤有機碳組分對該地區馬尾松-格木人工混交林及其純林土壤微生物碳循環功能基因豐度具有負效應。