典型黑土区林地土壤微生物群落特征研究

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为了系统掌握典型黑土区林地土壤微生物群落特征,采用稀释平板法和Biolog-ECO微平板检测法,通过可培养微生物数量、平均颜色变化率、丰富度指数、Shannon-Weiner指数、Simpson指数和McIntosh指数等指标的测定、计算与分析,分别研究了未干扰的山杨天然次生林、不同类型的水土保持林以及不同年龄阶段的落叶松人工林下土壤微生物群落的变化特征,以期为黑土区植被恢复与黑土资源管理提供微生物学参考。研究结果如下:1.未经开垦干扰黑土(山杨天然次生林)土壤微生物总数、细菌和真菌数量随土壤深度增加呈减少趋势,以0~10cm土层数量最高,分别为4.10×106cfu·g-1干土、4.05×106cfu·g-1干土和5.04×104cfu·g-1干土;而放线菌数量随土壤深度的增加表现为先减后增的趋势,最高值出现在30-50cm土层,可达0.94×104cfu·g-1干土。培养168h时,土壤微生物碳源平均颜色变化率(AWCD)、丰富度指数、Shannon-Weiner指数、Simpson指数和McIntosh指数的变化范围分别为0.09~1.21、0~27、0.46~3.17、0.33~0.95和0.09~8.19,并表现出随土壤深度增加而逐渐减小的趋势。初步确定氨基酸类、羧酸类和多聚物类碳源是未经开垦干扰黑土土壤微生物利用率较高的碳源类型。研究结果为科学评价典型黑土区土壤生境质量退化与恢复过程中微生物特征的变化提供了本底值参考。2.未经开垦干扰黑土(山杨天然次生林)土壤微生物数量表现为夏季最多,春季次之,秋季最少,且微生物总数、细菌、真菌和放线菌数量的变化范围分别为4.76~16.44×106cfu·g-1干土、4.68~16.19×106cfu·g-1干土、4.29~10.07×104cfu·g-1干土和3.97~14.96×104cfu·g-1干土。培养168h时,土壤微生物碳源平均颜色变化率(AWCD)的变化范围为0.81~1.21,并表现为夏季最高,春季次之,秋季最低。土壤微生物群落功能多样性指数则表现为夏季显著高于秋季和春季(p<0.05),而春、秋两季间无显著性差异。3.所研究的4种水土保持林表层(0~10cm)土壤微生物数量表现为阔叶林(美青杨林和水曲柳林)多于针叶林(落叶松林和樟子松林)。培养144h时,土壤的微生物碳源平均颜色变化率(AWCD)、丰富度指数、McIntosh指数、Shannon-Winner指数和Simpson指数的变化范围分别为0.11~0.62、4~22、1.46~5.21、1.37~3.00和0.62~0.94,均表现出以美青杨林最高、依次分别为水曲柳林、落叶松林和樟子松林的一致性规律。不同林地土壤微生物均以多聚物类为主要利用碳源,除此之外,阔叶林土壤微生物主要利用的碳源类型还包括氨基酸类和羧酸类。可以认为,林地土壤微生物多样性指标与土壤理化性质相关性极为密切,阔叶林比针叶林更能提高土壤微生物功能多样性,研究结果可为典型黑土区水土保持林的构建提供参考。4.落叶松人工林表层(0~1Ocm)土壤微生物总数、细菌和真菌的数量均呈现出随林龄(21a、30a、40a和52a)增加而逐渐增多的趋势,放线菌数量随林龄增加则表现为逐渐减少的趋势;下层(10~20cm)土壤各微生物数量均多于表层土壤,且随林龄增加无明显规律性。表层和下层土壤的微生物碳源平均颜色变化率(AWCD)、丰富度指数、Shannon-Weiner指数、Simpson指数和McIntosh指数均随林龄的增加而逐渐增大,其变化范围分别为0.41~1.40和0.20~0.69,12~25和6~14,2.55~3.12和1.83~2.62,0.89~0.95和0.76~0.91,4.22~9.49和2.52~6.18(168h),且表层土壤的微生物功能多样性高于下层土壤。初步确定碳水类、多聚物类和胺类是导致落叶松人工林表层土壤微生物代谢差异的敏感碳源,碳水类、羧酸类和胺类是导致下层土壤微生物代谢差异的敏感碳源。可以认为,落叶松人工林土壤微生物多样性指标与土壤理化性质相关性极为密切,随着林龄的增加落叶松人工林微生物功能多样性逐渐提高,这为进一步揭示其林地土壤质量的演变提供了参考。
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