阔叶红松林土壤酶活性及微生物群落功能多样性分析

摘 要：本研究以丰林保护区内椴树红松林0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30cm这3个深度的土壤为研究对象，对其土壤酶的活性及土壤微生物群落功能多样性进行研究。结果表明：土壤颜色变化率（AWCD）随培养时间延长呈上升趋势，但0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30 cm三个土层的AWCD值差异不显著。不同土层的土壤微生物对6类碳源的利用能力基本一致，6类碳源利用能力的排序为： 胺类>芳香类>多聚物>碳水化合物>氨基酸类>羧酸类。不同土层间土壤微生物群落多样性指数和均匀度指数差异不显著。从主成分分析结果发现，主要贡献作用的碳源为碳水化合物类、氨基酸类和多聚物类。均匀度指数与土壤几丁质酶、过氧化氢酶和蔗糖酶之间的相关性达到显著水平;Shannon-Winner指数和Simpson指数与土壤酶活性之间的相关性均不显著。本研究为今后探讨阔叶红松林及其他林分不同土层之间土壤微生物群落功能多样性及其对环境因子的响应提供参考依据。

关键词：土壤微生物群落;BIOLOG-ECO微孔板;功能多样性;土壤酶

中图分类号：S714.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8023（2019）01-0001-07

Abstract： This experiment studied the soil enzyme activities and microbial functional diversity in 0～10， 10～20， 20～30 cm deep soils of Linden Korean pine forest in Fenglin Reserve. Results showed that the average well color development （AWCD） increased with time， but there was no significant difference in AWCD values between 0～10， 10～20， 20～30 cm soil layers. The utilization of six types of carbon sources in different soil layers was almost the same， with the order of amines>aromatics>polymers>carbohydrates>amino acids>carboxylic acids. There was no significant difference in diversity index and evenness index of soil microbial communities among different soil layers. The results of principle component analysis showed that carbohydrates， amino acids and polymers were the main contributing carbon sources. The correlation between the evenness index and soil chitinase， catalase and sucrose reached a significant level. The correlation between Shannon-Winner index， Simpson index and soil enzyme activity was not significant. This study provides a reference for the future study of soil microbial community functional diversity and its response to environmental factors in different layers of broad-leaved Korean pine forest and other forest stands.

Keywords： Soil microbial community; BIOLOG-ECO microplate; functional diversity; soil enzyme

0 引言

在闊叶红松林土壤生态系统中，许多重要的生化反应都离不开土壤微生物与土壤酶，它们在土壤的代谢过程起着共同推动的作用[1-2]，反映了土壤物质转化和能量流动过程的强度和方向[3-4]，是评价土壤质量的重要指标。土壤酶的主要来源包括土壤微生物的新陈代谢活动，而土壤中的碳、氮、磷和钾等元素的转化强度皆依赖于土壤酶的作用[6-8]。因此，将土壤微生物的多样性和土壤酶活性合并研究，更好的反应土壤的基本状况，揭示土壤中的物质代谢与土壤肥力。很多国内外学者已经针对土壤微生物功能多样性开展大量的研究，研究的方法也在不断的改进。Biolog法是微生物通过对多种碳源的利用强度来反应微生物群落功能变化的方法[9]，由于该方法测定简单、灵敏度高、分辨力强和获得数据量丰富等优点，受到众多研究者的青睐[9-14]。宋贤冲[1]等人的研究结果表明随着土层的加深，土壤平均颜色变化率（AWCD）呈下降趋势。吴则焰等[5，16]认为生物量、林分凋落物、土壤养分、微小动物以及植物根系等多种因素的共同作用是造成土壤微生物群落多样性随土层深度的增加而递减的原因。目前对于森林土壤微生物群落功能多样性的大多数研究为阔叶红松林的凋落物分解、森林群落动态等 [12-15]。本研究对丰林保护区内椴树红松林不同土层土壤微生物群落代谢多样性、土壤酶活性及其与土壤理化性状的特征进行分析，分析椴树红松林林下土壤微生物群落功能多样性及土壤酶活性在不同土层之间的差异，为探讨阔叶红松林及其他林分不同土层之间土壤微生物群落功能多样性及其对环境因子的响应提供参考依据。