南亚热带人工林恢复过程中土壤微生物群落结构的动态研究

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土壤微生物是土壤生态系统中的重要组成部分,在养分循环和凋落物分解过程中发挥着重要作用。土壤微生物的生物量和群落组成受到很多因素的影响,其中生态系统的类型和林龄的变化对其影响较为显著,但是目前多数关于土壤微生物及其影响因素的研究主要集中在自然生态系统,针对不同人工林在植被恢复过程中土壤微生物特征的研究则相对较少。世界人工林面积约占森林面积的7.25%,其中中国的人工林面积居世界首位,在碳汇功能方面发挥着重要作用。因此,深入了解土壤微生物特征在人工林恢复过程中的变化,对人工林的选育和管理具有重要意义。本研究在广东鹤山森林生态系统野外控制实验研究平台,选取了5种人工林(10种树种混交林、30种树种混交林、厚荚相思纯林(Acacia crassicarpa)、红椎纯林(Castanopsis hystrix)和尾叶桉纯林(Eucalyptus urophylla))为研究对象,通过熏蒸提取法和磷脂脂肪酸分析法等方法,研究了上述人工林在种植第1年到11年的土壤微生物生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)及微生物群落组成特征,同时以自然恢复的草坡作为对照,探讨不同人工林在恢复过程中土壤微生物生物量碳及其群落组成特征变化及其机理。主要研究结果如下:  1.林型及林龄均对MBC产生显著影响。第1年、6年林龄时MBC在不同林型间均无显著差异,到了11年林龄时在不同林型间表现出显著差异,表现为混交林(10种树种混交林和30种树种混交林)的MBC含量最高,其次为厚荚相思纯林和红椎纯林,而草坡和尾叶桉纯林最低。除尾叶桉纯林外,10种树种混交林、30种树种混交林、厚荚相思纯林、红椎纯林以及对照草坡的MBC均随着人工林林龄的增加呈先上升后下降的趋势,尾叶桉纯林的MBC随着林龄增加呈下降趋势,但变化趋势均无显著差异;MBC含量均在第6年林龄时最高,其中在厚荚相思纯林中可达266.078mg·kg-1;土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)及全氮(total nitrogen,TN)的含量与MBC的变化趋势一致,均在人工林种植的第6年高于第1年和第11年。MBC与SOC、DOC、TN呈正相关关系。土壤微生物墒(MBC/SOC)在不同林型间的变化与MBC基本一致,最高值出现在1年生林龄时的10种树种混交林中,为13.611mg·g-1。综上所述,混交林更利于土壤微生物碳的固定,且到第11年林龄时植被和土壤尚未达到成熟水平。  2.林型及林龄均对土壤微生物群落产生显著影响。第1年、4年、6年林龄时土壤微生物群落在不同林型间均无显著差异,到11年生林龄时土壤的微生物群落(包括一般类型细菌、真菌、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌之比、真菌与细菌之比)均在不同林型之间表现出显著差异,其中草坡的磷脂脂肪酸总量最高,可达7.940n mol·g-1;高通量测序结果显示,11年林龄时混交林(10种树种混交林和30种树种混交林)中细菌和真菌的Chao1指数及Observed-species指数均最高,且真菌的Shannon指数在林型间的差异达到显著水平。土壤微生物各类群(放线菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、一般类型细菌、菌根真菌、真菌、磷脂脂肪酸总量)随着林龄的增加均呈先上升后下降的趋势,尤其在厚荚相思纯林该趋势表现出显著差异;革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌之比随着林龄增加呈下降趋势且产生显著性差异。Spearman相关性分析及冗余(RDA)分析显示,土壤微生物群落与土壤养分关系密切,土壤pH及土壤碳氮比对土壤微生物群落组成作用显著。综上,混交林的土壤微生物多样性高于纯林和草坡,土壤微生物磷脂脂肪酸含量受土壤养分的影响,而土壤pH及土壤碳氮比调节土壤微生物群落组成。本研究样地种植第11年时不同林型对土壤微生物群落产生显著影响,土壤微生物磷脂脂肪酸含量在第6年林龄后有下降趋势,预示着11年林龄时的人工林植被恢复仍没有达到稳定水平。该研究可为亚热带丘陵荒坡人工林的生态恢复与管理提供科学的基础数据与理论依据。
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