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高度集约经营管理措施导致人工纯林土壤肥力退化，生产力下降，土壤微生物群落结构和功能群及其生态功能改变是土壤质量下降的关键过程和重要机制。本研究围绕杉木人工林土壤质量演变过程的微生物生态学机理，以多代连栽和混交模式种植的杉木人工林土壤为研究对象，采用PCR-DGGE和DNA-sequencing等分子生态学技术，着力考察杉木人工林土壤质量演变过程中土壤微生物及功能群的群落结构和多样性变化，以及其与杉木人工林土壤质量变化之间的关系。
本文通过主成分分析综合评价造林措施引起杉木人工林生态系统土壤肥力质量的变化，确定不同杉木人工林土壤质量的变化趋势。杉木人工纯林取代天然林导致土壤质量明显降低，并且连栽的造林模式亦导致土壤质量下降，土壤质量变化趋势为：天然林>杉木-代林>杉木二代林>杉木三代林。杉木与不同阔叶树混交土壤质量变化趋势显著不同，所研究的三种混交林与杉木纯林相比，土壤质量变化趋势为：杉木火力楠混交林>杉木桤木混交林>杉木纯林>杉木刺楸混交林。
本文采用氯仿熏蒸浸提法测定土壤微生物量碳，用以表示土壤微生物总量。考察了不同土壤质量杉木人工林土壤微生物总量的变化：随着杉木人工纯林取代天然林并不断连栽，土壤微生物总量呈现下降的趋势，而当杉木与火力楠混交后土壤微生物总量明显上升。相关性分析表明，土壤微生物总量的变化与土壤质量和土壤化学养分(碳、氮、磷和钾)显著正相关。
本文首次采用分子生物学技术分析湖南会同地区杉木人工林土壤微生物群落组成，研究发现该地区杉木人工林土壤中细菌的优势种群为α-proteobacteria、β-proteobacteria、γ-proteobacteria和CFB类群，真菌的优势种群主要是子囊菌(Ascomycetes)和担子菌(Basidiomycetes)亚门的种属。连栽和混交模式下种植杉木人工林，土壤细菌和真菌群落结构均发生显著改变。杉木人工纯林取代天然林后，土壤细菌多样性和丰富度显著降低，并且随着杉木不断连栽土壤细菌多样性和丰富度也呈现持续降低的趋势，一些种属受到扰动较大：亲缘关系与Pedobacter cryoconits密切的细菌种群在杉木人工纯林土壤中消失；连栽杉木人工林土壤中出现了亲缘关系与Xanthomonas sp．和Rhodanobacter sp．密切的细菌种群。土壤真菌群落结构的变化趋势与细菌相反，杉木纯林取代天然林后并不断连栽土壤真菌多样性和丰富度呈现上升的趋势，真菌群落结构在杉木三代林与天然林之间变化较大，天然林土壤中优势真菌种群在杉木三代林中消失，而亲缘关系与Sclerotinia sclerotiorum、Mycosphaerella cannabis和Marasmius graminum密切的真菌种群出现，其中Sclerotinia sclerotiorum、Mycosphaerella cannabis能够引起多种植物病害，而Marasmius graminum是一类生长在腐烂的枯枝落叶上的凋落物分解菌。杉木与火力楠、桤木混交后土壤细菌和真菌多样性和丰富度逐渐接近天然林，并且种群结构类似于天然林土壤微生物的优势种群，这些种群结构的恢复说明杉木与火力楠、桤木混交能够使土壤微生物群落结构逐渐接近天然林。
本文首次利用固氮基因nifH和氨氧化基因amoA特异性片段的DGGE指纹图谱，分析了不同杉木人工林土壤中固氮细菌和氨氧化细菌群落结构和多样性的变化特征。湖南会同地区杉木人工林土壤中固氮细菌多为尚未培养的固氮微生物种群，氨氧化细菌的优势种群为β-proteobacteria的亚硝化螺菌属(Nitrosospirasp．)、亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas sp．)和亚硝化弧菌属(Nitrosovibrio sp．)。连栽和混交模式引起了杉木人工林土壤固氮细菌和氨氧化细菌群落结构和多样性的显著改变。杉木人工纯林取代天然林后，土壤固氮细菌和氨氧化细菌多样性和丰富度显著降低，并且随着杉木不断连栽其降低的幅度也不断加大。杉木与火力楠、桤木混交会显著改变土壤固氮细菌群落，土壤固氮细菌nifH基因多样性和丰富度较杉木纯林显著提高。杉木与桤木混交后土壤氨氧化细菌群落结构变化最为剧烈，amoA基因多样性和丰富度较杉木纯林显著提高。
本文通过土壤微生物群落和功能群变化与土壤质量之间相关性分析，确定其相互之间的联系。土壤细菌多样性指数变化与大部分土壤化学性质显著相关，其中与总有机碳、总有机氮、可溶性碳、铵态氮、速效钾、有效磷和土壤pH显著正相关。然而，土壤真菌多样性指数变化与大部分土壤化学性质均无显著相关性，仅仅与土壤碳氮比显著正相关，与土壤pH显著负相关。土壤中固氮细菌和氨氧化细菌多样性指数变化只与土壤pH、速效钾和有效磷呈显著正相关。可见，土壤pH、速效钾和有效磷变化与土壤细菌(包括固氮细菌和氨氧化细菌)和真菌群落变化均密切相关。土壤质量变化与土壤细菌和真菌中优势种群变化有关，推测具有解磷解钾作用的Burkholderia sp．、Pedobacteter sp．以及能够引起植物病害的病原细菌Xanthomonas sp．、病原真菌Sclerotinia sclerotiorum、Mycosphaerellacannabis是引起土壤质量变化的关键种群。此外，土壤质量变化与固氮细菌和氨氧化细菌优势种群的变化显著相关，说明土壤中功能群组成稳定对于土壤质量的维持具有不容忽视的地位。