川西亚高山不同林龄云杉人工林土壤微生物群落结构

以川西亚高山云杉人工林林地土壤为对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法研究了4种不同林龄(50、38、27和20年)的人工林土壤微生物多样性和群落结构特征.结果表明: 随着林龄的增加,土壤有机碳和全氮含量逐步增加;土壤微生物Shannon多样性和Pielou均匀度指数则呈现先增后减的趋势.土壤微生物总PLFAs量、细菌PLFAs量、真菌PLFAs量、放线菌PLFAs量以及丛枝菌根真菌PLFAs量均表现为随林龄的增加而增加.主成分分析(PCA)表明,不同林龄人工林的土壤微生物群落结构之间存在显著差异,其中,第1主成分(PC1)和第2主成分(PC2)共同解释了土壤微生物群落结构总变异的66.8%.冗余分析(RDA)表明,对土壤微生物群落结构产生显著影响的环境因子分别为土壤有机碳、全氮、全钾以及细根生物量.随着人工造林时间的延长,土壤肥力和微生物生物量增加,森林生态系统的恢复进程稳定.     

不同林龄落叶松人工林土壤微生物生物量碳氮的季节变化

为从土壤微生物生物量角度分析不同林龄落叶松人工林的土壤肥力状况,对辽宁东部山区两种林龄(9年生,幼龄林;43年生,成熟林)落叶松人工林不同土层(腐殖质层和矿化层)微生物生物量碳、氮季节变化进行了监测,并分析了微生物生物量碳氮的季节变化与土壤养分及水分的关系.结果表明:两种林龄落叶松腐殖质层微生物生物量碳、氮含量均高于矿化层;在腐殖质层,幼龄林微生物生物量碳、氮含量高于成熟林.方差分析表明,在春、秋季节,同一土层两林龄土壤微生物生物量碳、氮含量之间差异达到显著水平(P<0.01).在观测的3个季节内,幼龄林腐殖质层的微生物生物量碳基本无变化,而成熟林的微生物生物量碳在秋季达到最高;两种林龄落叶松微生物生物量氮均在夏季达到最高.在矿化层,两种林龄落叶松微生物生物量碳、氮均在秋季达到最大.相关分析发现,微生物生物量碳、氮之间以及土壤微生物生物量碳、氮与土壤有机碳、全氮呈显著正相关,而与土壤水分无相关性;另外,落叶松人工林内的灌木种类和数量以及季节性温度变化对土壤微生物生物量碳氮也有影响.上述结果表明,研究区域土壤微生物生物量碳、氮的季节波动与土壤养分状况密切相关,幼龄林土壤养分状况优于成熟林.     

不同林龄杉木林土壤细菌群落结构与土壤酶活性变化研究

探究不同林龄杉木人工纯林土壤中的微生物的群落演变与结构特征与酶活性变化,为杉木人工林可持续经营管理提供依据。以福建省南平市的五片不同林龄杉木林表层土壤作为研究对象,通过16SrDNA测定细菌的群落组成,分析与土壤质量密切相关的四种土壤酶活性变化,揭示细菌群落与土壤酶活性的变化机理。结果表明,微生物的多样性指数与OTU都随着林龄的增加而增加,且幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林土壤微生物结构差异较大;不同林龄杉木人工林中包含了29个细菌门,其中酸杆菌门与变形菌门为优势菌群,根据各种群相对丰度变化以及冗余分析,放线菌门、浮霉菌门与疣微菌门等均随林龄增长出现较大变化,且与土壤可溶性有机质以及速效养分有显著相关性（P<0.05）,说明这几种细菌群落对土壤养分变化较敏感;土壤养分变化会影响土壤酶活性,蔗糖酶与全碳呈显著正相关（P<0.05）,与速效钾呈显著负相关（P<0.05）,与放线菌门呈极显著负相关（P<0.01）。脲酶与速效氮呈显著负相关（P<0.05）,脲酶与变形菌门、绿弯菌门、放线菌门、硝化螺旋菌门以及拟杆菌门均存在较强相关性。综上,不同的土壤细菌种群与酶活性对各养分变化的响应程度不一,细菌群落结构与酶活性能反映不同林龄杉木林土壤的质量变化,适量延长杉木人工林种植年限有益于土壤质量恢复。本研究结果对指导杉木人工林优质经营有重要意义。     

辽东山区不同林龄日本落叶松人工林土壤微生物、养分及酶活性

对辽宁省抚顺市大孤家林场11、20、34和47年生日本落叶松人工纯林表层土壤(0~5 cm)微生物群落结构、养分及酶活性进行了研究.结果表明: 土壤微生物、养分及酶活性各项指标基本呈现11或47年林龄较高,而20或34年林龄较低.随林龄增加,土壤地力呈现衰退趋势,土壤微生物群落结构及酶活性变化对地力衰退呈现响应趋势,不同林龄真菌群落结构的差异较细菌显著.典范对应分析(CCA)表明,土壤养分含量及pH值对微生物群落结构的季节变化没有影响,但对在不同林龄间微生物的变化有影响.土壤全氮、有机碳、C/N、速效氮和pH值对不同林龄细菌分布影响较大,土壤速效磷、全钾、交换性镁离子和pH值对真菌分布影响较大.细菌与真菌群落主要的T RFs片段与氮、磷的相关性都较高,而真菌群落与有机碳、钾的相关性高于细菌群落.11和47年林龄微生物群落与土壤养分、酶活性的相关性高于20与34年.因此,土壤微生物(尤其是土壤真菌)可以敏感地指示土壤肥力的变化.     

南亚热带乡土树种人工纯林及混交林土壤微生物群落结构

以我国南亚热带格木、马尾松人工纯林及二者混交林林地土壤为对象,运用磷脂脂肪酸(PLFAs)法研究了3种人工林土壤微生物生物量和群落结构特征.结果表明: 旱季土壤微生物的PLFAs总量及各菌群的PLFAs量显著高于雨季.旱季土壤微生物的PLFAs总量、细菌PLFAs量、真菌PLFAs量、放线菌PLFAs量均为马尾松人工林最高,混交林次之,格木林最低;而雨季格木人工林土壤微生物的PLFAs总量、细菌PLFAs量、真菌PLFAs量、丛枝菌根真菌PLFAs量高于混交林,并显著高于马尾松人工林.主成分分析表明,土壤微生物群落结构组成受林分类型和季节的双重影响.冗余分析表明,土壤温湿度、pH值、全氮及铵态氮含量与特征磷脂脂肪酸之间呈显著相关关系.在全年水平上,混交林土壤真菌/细菌比值始终高于格木林和马尾松林,表明格木与马尾松混交更有利于提高土壤生态系统的稳定性.     

亚热带树种转换对林地土壤微生物群落结构和功能的影响

通过分析杉木采伐迹地营造阔叶树种尾巨桉和固氮树种黑木相思人工林后土壤微生物群落组成和酶活性,探讨造林树种转换对于改善杉木林地土壤微生物特性的影响.结果表明: 树种转换对土壤微生物群落组成和酶活性的影响主要局限于0～10 cm土壤层.杉木转换为固氮树种黑木相思后,显著提高了0～10 cm土壤层总脂肪酸含量、真菌、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和放线菌生物量.主成分分析表明,黑木相思人工林土壤微生物群落组成与杉木和尾巨桉人工林具有显著差异,土壤中革兰氏阳性细菌、阴性细菌和放线菌丰度显著提高.在0～10 cm土壤层,黑木相思人工林土壤纤维素水解酶、乙酰氨基-葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性均显著高于杉木和尾巨桉人工林.研究表明,杉木转变为固氮树种黑木相思后会显著提高微生物生物量和酶活性,有助于土壤有机质的恢复,加快养分循环过程.     

不同发育阶段杉木人工林对土壤微生物群落结构的影响

采用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE),分析土壤细菌16S rDNA和土壤真菌28SrDNA特异性片段多态性,研究了不同发育阶段杉木人工林对土壤微生物群落结构的影响.结果表明:土壤微生物群落结构随着杉木人工林的发育年龄而改变,杉木人工林土壤微生物群落多样性和丰富度随杉木生长发育显著增加(P<0.05),但均显著低于次生阔叶林(P<0.05);聚类分析表明,不同发育阶段杉木人工林土壤真菌群落相似性均<60%,而土壤细菌群落相似性最高可达65%,由此可推测不同发育阶段杉木人工林土壤真菌群落结构变化较土壤细菌群落结构变化剧烈;相关性分析表明,不同发育阶段杉木人工林土壤速效氮、碳氮比与土壤微生物群落多样性显著相关(P<0.05).本研究表明,长期种植单一杉木人工林能够通过改变土壤理化性质来影响土壤微生物群落组成,进而影响森林生态系统养分循环,导致人工林林分生产力下降.     

川西亚高山不同林龄粗枝云杉人工林土壤微生物生物量及酶活性

林分结构随林龄增加发生变化,致使土壤微环境变化,进而对土壤微生物生物量和酶活性产生直接或间接影响。以川西亚高山米亚罗林区25、40、50、60年生粗枝云杉（Picea asperata）人工林表层（0-20 cm）土壤为研究对象,分析不同林龄表层土壤微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）和酶活性的变化以及驱动土壤酶活性变化的主要环境因子,为人工林生态系统恢复效果评价及经营管理提供科学依据。结果表明：随着林龄的增加,MBC和MBN先上升后下降,在40年生达到最大;β-葡萄糖苷酶（βG）、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）和多酚氧化酶（PHO）活性与微生物生物量碳氮变化趋势相似,其中βG、NAG活性在50年生人工林达到最大,PHO活性于40年生人工林达到最大;50年生人工林过氧化物酶（PEO）活性显著低于其他林龄人工林;纤维素水解酶（CBH）活性随林龄增加而显著增加。冗余分析显示,碱解氮（AN）、pH和可溶性有机碳（DOC）是影响土壤酶活性变化的主导因子,分别解释了土壤酶活性变异的65.4%、9.7%和7.6%。综上可知,林龄对粗枝云杉人工林表层土壤微生物生物量和酶活性变化产生了显著影响,60年粗枝云杉林地力呈现衰退态势。为此,可对近60年的粗枝云杉人工林增加碳氮元素（尤其是氮素）的输入,以提升土壤质量和酶活性。     

枯落物处理对格木林土壤碳氮转化和微生物群落结构的短期影响

以我国南亚热带格木人工纯林为研究对象,采用气压过程分离(BaPS)技术和磷脂脂肪酸(PLFAs)法研究了不同枯落物处理(对照、枯落物去除、枯落物加倍)下土壤碳氮转化速率和微生物群落结构的季节变化.结果表明:不同枯落物处理土壤呼吸和总硝化速率均呈现明显的季节动态,雨季显著高于旱季.枯落物处理初期,土壤呼吸和总硝化速率均随枯落物输入量的增加呈下降趋势,但随着枯落物处理时间的延长,二者随枯落物输入量的增加而增加.旱季不同枯落物处理土壤微生物PLFAs总量和各菌群PLFAs量均显著高于雨季,而雨季真菌PLFAs/细菌PLFAs明显高于旱季.在旱季,枯落物去除处理土壤微生物PLFAs总量、细菌PLFAs量、真菌PLFAs量和丛枝菌根真菌PLFAs量分别显著提高30.9%、28.8%、44.4%和31.6%.在雨季,枯落物去除处理细菌PLFAs量和丛枝菌根真菌PLFAs量分别显著降低10.6%和33.3%.土壤微生物群落结构受枯落物输入量处理和季节的双重影响,土壤微生物群落结构主要受土壤温度和铵态氮的影响.枯落物输入量处理在短期内显著影响了格木林土壤碳氮转化速率和微生物群落结构,这种影响因季节的不同而存在差异.     

引进种桉树人工林取代天然次生林对土壤微生物群落结构和功能的影响

由于桉树对原生生态系统具有潜在的破坏性影响,随着桉树人工林面积的不断扩大,桉树种植对森林生态系统的影响越来越受到社会的关注。围绕引进种桉树造林对土壤微生物群落的影响,应用成对试验设计,采用磷脂脂肪酸(PLFA)和BIOLOG微平板培养等技术手段探讨土壤微生物群落结构和功能如何响应桉树人工林取代天然次生林这一变化,主要结果为:桉树人工林取代天然次生林导致:(1)土壤微生物生物量减少,包括:生物量碳、氮和磷脂脂肪酸丰度显著下降;(2)反映土壤微生物群落生理胁迫状况的指标:饱和直链脂肪酸/单不饱和脂肪酸、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌、支链异构/反异构脂肪酸以及cy19:0/18:1ω7c的比值显著增加;(3)土壤微生物群落碳代谢强度和多样性显著降低;(4)桉树人工林取代天然次生林导致土壤微生物群落结构变化和功能退化的主要环境因素包括:植物物种丰富度和覆盖度的降低以及土壤资源(碳、氮和水分)可获得性的降低。综上所述,引进种桉树人工林取代天然次生林降低了植物物种丰富度和覆盖度以及土壤资源的可获得性,进而显著增强了土壤微生物群落生理胁迫、显著降低了土壤微生物群落功能。     

杉木人工林土壤微生物群落结构特征

采用氯仿熏蒸法、稀释平板法和磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)方法,分析了常绿阔叶林转变成杉木人工林后土壤微生物种群数量和群落结构的变化特征.结果表明:常绿阔叶林转变为杉木人工林后,林地土壤的微生物生物量碳、可培养细菌和放线菌数降低.杉木人工林地总PLFAs、细菌PLFAs、真菌PLFAs比常绿阔叶林分别降低了49.4％、52.4％和46.6％,革兰氏阳性和阴性细菌PLFAs远低于常绿阔叶林.杉木人工林根际土壤微生物生物量碳、可培养细菌和放线菌数显著高于杉木人工林林地土壤,根际土壤中总PLFAs、细菌PLFAs、革兰氏阳性和阴性细菌PLFAs的含量也高于林地土壤,但真菌PLFAs和细菌PLFAs之比却低于林地土壤.对土壤微生物群落结构进行主成分分析发现,第1主成分和第2主成分共解释了土壤微生物群落结构变异的78.2％.表明常绿阔叶林与杉木人工林土壤的微生物群落结构间存在差异.     

南亚热带红椎和格木人工幼龄林土壤微生物群落结构特征

采用氯仿熏蒸浸提法和磷脂脂肪酸法(Phospholipids fatty acid,PLFA)研究了我国南亚热带地区非固氮树种红椎(Castanopsis hystrix)和固氮树种格木(Erythrophleum fordii)人工幼龄林土壤微生物生物量与微生物群落结构特征。结果表明,在旱季和雨季,红椎幼龄林土壤微生物总PLFAs量,细菌PLFAs量、放线菌PLFAs量及丛枝菌根真菌PLFAs量均大于格木幼龄林。红椎幼龄林土壤PLFA Shannon多样性指数(H_(PLFA))在旱季和雨季均大于格木幼龄林。主成分分析表明,土壤微生物群落结构组成受到林分类型和季节的双重影响。冗余分析表明,土壤硝态氮(NO_3~--N)含量、土壤含水量、p H及土壤微生物生物量氮(MBN)与特征磷脂脂肪酸之间呈显著相关关系。以上结果表明固氮树种格木与非固氮树种红椎人工幼龄林对土壤微生物生物量和群落结构的影响存在显著差异。     

南亚热带3种人工林土壤微生物生物量和微生物群落结构特征

以我国南亚热带格木、红椎和马尾松人工林为对象,采用氯仿熏蒸浸提法和磷脂脂肪酸法(PLFA)分析了林地土壤微生物生物量和微生物群落结构组成.结果表明: 林分和季节因素均显著影响土壤微生物生物量、总PLFAs量、细菌PLFAs量和真菌PLFAs量,且干季林分下的土壤微生物生物量、总PLFAs量、单个PLFA量均大于雨季.红椎人工林土壤微生物生物量碳(MBC)和总PLFAs量最高,而格木人工林土壤微生物生物量氮(MBN)最高.土壤pH值对土壤丛枝菌根真菌(16:1ω5c)的影响达到极显著正相关水平.土壤总PLFAs量、革兰氏阳性菌(G⁺)以及腐生真菌(18:2ω6,9c)、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G⁺/G^-)与土壤有机碳、全氮和全磷显著相关,表明土壤有机碳、全氮、全磷含量是影响该地区土壤微生物数量和种类的重要因素.外生菌根真菌(18:1ω9c)和丛枝菌根真菌与土壤碳氮比值呈极显著相关.     

中亚热带地区两种森林植被类型土壤微生物群落结构

利用磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记法分析了中亚热带地区罗浮栲天然林和相邻的杉木人工林土壤微生物群落结构特点.结果表明: 两种植被类型的磷脂脂肪酸总量、细菌特征脂肪酸、真菌特征脂肪酸、放线菌特征脂肪酸、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌特征脂肪酸含量均为0～10 cm高于10～20 cm土层,罗浮栲天然林高于杉木人工林.在两种植被类型的两个土层中,细菌PLFAs含量均显著高于真菌PLFAs含量.两种植被类型中,细菌PLFAs含量约占PLFAs总量的44%～52%,而真菌仅占6%～8%,表明细菌在该地区两种植被类型土壤中处于优势地位.主成分分析表明,土壤微生物群落结构差异主要由植被类型差异引起,土层深度的影响相对较小.相关分析显示,革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌以及细菌的PLFAs含量与pH呈显著负相关,与含水量呈显著正相关;土壤微生物主要类群PLFAs含量与总氮、有机碳、C/N和铵态氮均呈显著正相关.     

Responses of soil microbial communities to prescribed burning in two paired vegetation sites in southern China

Prescribed burning is a common site preparation practice for forest plantation in southern China. However, the effects of prescribed burning on soil microbial communities are poorly understood. This study examined changes in microbial community structure, measured by phospholipid fatty acids (PLFAs), after a single prescribed burning in two paired vegetation sites in southern China. The results showed that the total amount of PLFA (totPLFA) was similar under two vegetation types in the wet season but differed among vegetation type in the dry season, and was affected significantly by burning treatment only in the wet season. Bacterial PLFA (bactPLFA) and fungal PLFA (fungPLFA) in burned plots all decreased compared to the unburned plots in both seasons (P = 0.059). Fungi appeared more sensitive to prescribed burning than bacteria. Both G⁺ bacterial PLFA and G⁻ bacterial PLFA were decreased by the burning treatment in both dry and wet seasons. Principal component analysis of PLFAs showed that the burning treatment induced a shift in soil microbial community structure. The variation in soil microbial community structure was correlated significantly to soil organic carbon, total nitrogen, available phosphorus and exchangeable potassium. Our results suggest that prescribed burning results in short-term changes in soil microbial communities but the long-term effects of prescribed burning on soil microbial community remain unknown and merit further investigation.     

中亚热带地区米槠天然林土壤微生物群落结构的多样性

为了解土壤微生物群落的结构,采用磷脂脂肪酸方法对武夷山和建瓯的米槠(Castanopsis carlesii)天然林土壤微生物群落的结构多样性进行了研究。结果表明,两地米槠天然林的土壤微生物群落组成十分丰富,多样性指数、丰富度指数和均匀度指数分别为2.92~3.01、25.84~28.23 和0.88~0.90。0~10 cm土层的磷脂脂肪酸总量、细菌特征脂肪酸、真菌特征脂肪酸、放线菌特征脂肪酸、革兰氏阳性菌和阴性菌特征脂肪酸含量均高于10~20 cm土层的,且建瓯万木林自然保护区的高于武夷山国家级自然保护区。10~20 cm土层的革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌高于0~10 cm土层的;细菌特征脂肪酸含量显著高于真菌,表明细菌在土壤微生物群落结构中处于优势地位。主成分分析表明,土壤微生物群落结构的差异主要是由采样地点的不同引起。     

Microbial community and associated enzymes activity influence soil carbon chemical composition in <Emphasis Type="Italic">Eucalyptus urophylla</Emphasis> plantation with mixing N<Subscript>2</Subscript>-fixing species in subtropical China

Background and aims

Microbial communities and their associated enzyme activities affect the quantity and chemical quality of carbon in soil. We aimed to evaluate the biochemical mechanisms underlying how N₂-fixing species influences soil organic carbon chemical composition through soil microbial functional groups and enzyme activities.

Methods

We examined the effects of N₂-fixing species mixed with Eucalyptus on soil carbon storage, and the chemical composition of an 8-year-old pure Eucalyptus urophylla plantation (PP) and a mixed E.urophylla and Acacia mangium plantation (MP).

Results

The soil carbon stock and recalcitrant carbon chemical component significantly increased in surface soil in MP. The total PLFAs and bacterial PLFAs increased by 29.1% and 27.0% in cool-dry season, while in the warm-wet season, the total PLFAs and bacterial PLFAs increased by 13.1% and 27.3%, respectively. However, the fungal PLFAs decreased significantly in warm-wet season in MP. The total activity of the cellulose-degrading enzyme β-glucosidase was significantly greater with mixed N₂-fixing species in both dry-cool and wet-warm season. The increase in the Alk-C/O-Alk-C ratio and SOC was strongly associated with both C-acquisition activity and bacterial community.

Conclusions

Our findings highlight the importance of N₂-fixing species in regulating both soil microbial communities and their functioning in association with soil extracellular enzyme activities, which contribute to the increased soil carbon storage and recalcitrant carbon composition in Eucalyptus plantations.