土壤微生物是连接地上植被和土壤养分循环的关键枢纽,然而对于毛乌素沙地生态恢复过程中植被和土壤对微生物群落的影响还不明确.本研究以流动沙丘为对照(0年),以10、30、50和70年的柠条固沙林土壤为研究对象,将磷脂脂肪酸(PLFA)标记法与灌木、草本植物和土壤因子结合,探究不同恢复年限下土壤微生物群落特征的变化规律及其调控因子.结果表明:随着恢复年限的增加,生态恢复效应指数显著增加.0、10、30、50 和 70 年的总 PLFA 含量分别为 47.75、55.89、63.53、67.23 和 82.29 nmol·g-1.随着生态恢复指数增加,细菌含量和革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比均显著增加;革兰氏阴性菌群落含量和真菌与细菌比均显著下降.灌木、草本植物和土壤因子能解释土壤微生物群落72.4％的变异,其中土壤因子的贡献高于植被因子.毛乌素沙地土壤微生物群落的总PLFA含量随恢复年限的增加而增加,并且土壤含水量、酸碱度、全氮和土壤有机碳为影响土壤微生物群落特征的主要驱动因子.随着毛乌素沙地柠条固沙林恢复年限的增加,主要由土壤因子驱动的土壤微生物群落结构发生显著变化.

为揭示化肥有机替代措施下连作花生田土壤有机碳(SOC)积累的微生物机制,在连作5年的花生田设置了蚯蚓粪配施化肥(VM)、生物有机肥配施化肥(BF)、全量化肥(CF)和无施入对照(CK)4个处理,采用磷脂脂肪酸法(PLFA)分析了土壤微生物群落组成及多样性,测定了 SOC及其组分含量以及花生产量,分析了化肥有机替代、SOC和土壤微生物群落三者间的关系.结果表明:花生连作土壤环境严重恶化并显著影响了花生产量,而有机肥部分替代化肥明显提高了 SOC和各组分含量以及土壤微生物生物量,改变了土壤微生物群落组成及其多样性,提高了花生产量,其中VM处理效果最显著(P＜0.05).与CK相比,VM处理的花生产量增加了 56％,SOC含量增加了 11.4％,土壤总PLFA含量增加了 149.4％.冗余分析和逐步回归分析表明,VM和BF处理与SOC及其各组分含量、土壤微生物各类群PLFA含量均呈正相关,尤其VM处理相关性最强(P＜0.05);CK和CF处理与除了 G+/G-比值以外的其他所有变量均呈负相关;SOC各组分含量与土壤微生物各类群PLFA含量显著相关.综上,化肥有机替代导致的外源有机碳增加以及随后引起的土壤微生物群落的变化是连作花生田SOC积累的驱动因素,土壤微生物活性是影响SOC累积的关键因素.有机肥特别是蚯蚓粪部分替代化肥是改善连作花生田土壤质量、缓解连作障碍的有效措施.

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,是土壤生态系统物质循环和能量流动的主要参与者,在维持土壤生态系统过程和功能方面发挥着关键作用.以内蒙古贝加尔针茅草原为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)技术,探讨连续 12 年氮(N)、磷(P)、钾(K)养分单一添加和复合添加条件下草地土壤理化性质、微生物群落结构特征的变化及其主要影响因素.结果表明,长期养分添加条件下,土壤有机碳和全氮均无显著变化,但磷(P、NP、PK、NPK)和钾(K、NK、PK、NPK)添加处理分别显著提高了土壤速效磷和速效钾含量(P＜0.05).单一氮添加显著增加了土壤硝态氮和铵态氮含量,并显著降低了土壤pH值(P＜0.05).单一磷和钾添加均提高了土壤细菌、真菌、放线菌和总PLFA含量,而单一氮添加和复合养分添加(NP、NK、PK、NPK)均显著降低了以上指标的含量(P＜0.05).此外,各养分添加处理均未显著改变革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌比(G+/G-),但含氮的复合添加处理(NP、NK、NPK)均显著降低了真菌与细菌比(F/B)(P＜0.05).相关性分析结果表明,多种微生物PLFA含量与速效磷和铵态氮显著负相关,与土壤pH值显著正相关.基于冗余分析和随机森林模型分析发现土壤pH值和土壤磷含量是影响土壤微生物群落特征的主要驱动因素.综上,长期养分添加显著改变了土壤速效养分含量和土壤pH值,并显著影响了土壤微生物群落结构.

微生物生物量与群落结构在碳循环过程中起着至关重要的作用.底层土存有大量有机碳,但有关微生物群落的研究多集中在表层土壤,深层土壤的微生物群落变化及影响机制尚不确定.本研究采用磷脂脂肪酸技术分析西南地区西双版纳热带雨林、哀牢山亚热带阔叶林和丽江温带针叶林3种森林生态系统不同土壤深度(0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm)的土壤微生物生物量及群落结构,探讨其在不同森林类型及土壤深度下的变化特征及影响因素.结果表明:随土壤深度的增加,3种森林生态系统的有机碳和全氮逐渐降低,微生物生物量显著下降;真菌∶细菌比(F∶B)逐渐减小,革兰氏阳性菌∶革兰氏阴性菌比(G+∶G-)显著增大,微生物群落结构由G-为主的富营养型细菌结构逐渐转变为以G+为主的寡营养型细菌结构.3种森林生态系统的土壤生物量没有显著差异,但微生物群落结构差异显著.哀牢山亚热带阔叶林与丽江温带针叶林0～20 cm的F∶B显著大于西双版纳热带雨林,而西双版纳热带雨林0～100 cm的G+∶G-显著大于丽江温带针叶林和哀牢山亚热带阔叶林.冗余分析发现,土壤有机碳、全氮和碳氮比(C∶N)等是影响微生物生物量的主要因素,共同解释度为78.3％.逐步回归分析表明,C∶N是影响F∶B和G+∶G-的最主要驱动因子.随着土壤深度的增加,微生物群落结构的改变和微生物生物量的下降可能强烈影响西南地区森林土壤有机碳的动态变化.

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.

在我国西南紫色土地区,农田生态环境极为脆弱,绿肥应用也面临严峻问题.为改善农田土壤健康状况,探索绿肥的应用途径,通过紫云英与油菜间作,重点探讨了绿肥紫云英对油菜根际土壤碳氮及其微生物特征的影响,同时与秸秆覆盖的效应作了比较,其创新性在于将绿肥紫云英应用于西南旱地,并且为建立新的油菜种植模式作铺垫.结果表明:与秸秆覆盖相比,间作绿肥紫云英是影响油菜根际土壤环境的主要因素.间作紫云英减少了油菜根际土壤碳、氮含量,改变了油菜根际土壤碳氮比.间作紫云英也减少了油菜根际土壤微生物量,改变了油菜根际土壤微生物群落结构,改善了油菜根际土壤通气状况,抑制了厌氧细菌的生长.

萘作为土壤动物化学抑制剂已在土壤动物生态功能的研究中广泛使用,但其非目标效应使其应用仍存在很大的不确定性.为了解在亚高山森林土壤应用萘抑制土壤动物群落的非目标效应,以川西亚高山森林土壤为研究对象,采用微缩实验研究了土壤微生物生物量、丰度和磷脂脂肪酸对萘胁迫的短期响应.结果表明,萘处理和对照的土壤微生物生物量碳(MBC)、真菌丰度以及细菌、真菌、革兰氏阳性菌(G+)和革兰氏阴性菌(G-)PLFAs含量在整个培养期间表现为降低的变化趋势,二者的土壤微生物生物量碳和G+ PLFAs含量以培养52d最低,细菌、真菌和G-PLFAs含量以培养的45d最低.萘处理和对照的微生物生物量氮(MBN)含量表现出先升高后降低的动态,微生物生物量碳氮比(MBC/MBN)则表现为相反趋势.对照的真菌/细菌PLFAs比值呈现先升高后降低的动态,以培养的17d最高,但萘处理的真菌/细菌PLFAs比值无明显变化规律;萘处理的G+/GPLFAs比值表现为降低的变化趋势,对照的G+/G PLFAs比值表现为先降低后升高的趋势.萘处理仅显著影响了G+/G-PLFAs比值,但萘处理和采样时间的交互作用显著影响MBC/MBN、细菌丰度、真菌/细菌丰度比以及细菌、真菌的PLFAs含量、真菌/细菌PLFAs比值、G+/G PLFAs比值.萘作为土壤动物抑制剂对川西亚高山森林土壤微生物群落的非目标效应具有时间变异性.

长白山是由火山喷发形成的山地生态系统,是研究生态系统重建和演替过程的天然实验室.以长白山西坡垂直带中的亚高山针叶林带、亚高山岳桦林带、高山草甸带、高山苔原带土壤为研究对象,采用磷脂脂肪酸法(PLFA)和微孔板法分别测定土壤微生物群落结构及酶活性,探讨(1)长白山西坡微生物群落结构及酶活性沿海拔的分布特征;(2)垂直带植被因子、土壤因子对微生物群落结构及酶活性的影响.结果表明:土壤有机碳、全氮、全磷含量均随海拔升高先增加再减少,有机碳和全氮最高值出现在岳桦林带;随海拔升高,土壤微生物总PLFA和各类群微生物PLFA呈现出先增加后减少的变化特征,表现为亚高山岳桦林带＞亚高山针叶林带＞高山草甸带＞高山苔原带;在对土壤微生物总PLFA的贡献率上,表现为细菌＞真菌＞放线菌,G-＞ G+;微生物PLFA相关性方面,细菌、放线菌、G+、G-之间的关联性较大,真菌与这四者之间的关联性较小;土壤全氮含量与各微生物类群均表现为显著正相关,而C/N则与各微生物类群均表现为负相关,二者是调控土壤微生物沿海拔变化的主要因子;土壤水解酶3G和AP活性随海拔升高而逐渐增加,其中AP活性对高山苔原带生态系统表现出很好的响应;土壤含水量、C/N和土壤温度是调控土壤酶活性垂直变化的主要因子;高山苔原带草甸化过程对土壤含水量、全磷含量、水解酶AP活性产生重要影响,而对土壤微生物PLFA含量和其他酶活性影响不大.长白山垂直带土壤微生物群落结构和酶活性除了受到土壤环境因子和水热条件的影响,还与植被群落组成及凋落物性质具有紧密联系.

克隆植物形体相连的无性个体(分株)之间可以进行水分、养分和光合产物的传递和共享,并且这种克隆整合可以显著提高分株对环境胁迫的耐受能力,从而可能进一步影响分株周围的土壤微生物群落结构和生物量.尽管国内外已经开展了大量有关克隆整合对分株耐受胁迫能力影响的研究,但克隆整合对土壤微生物群落结构和生物量影响的研究却十分缺乏.以黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地生态系统为研究对象,将直径60 cm的圆形样方进行三个水平的石油添加处理(不添加石油或每年添加5 mm或10 mm厚的石油),同时通过切断或不切断样方内外芦苇根状茎的连接来控制克隆整合的有无.实验连续开展了两年(2014-2015年),每年8月份在样方内进行土壤样品取样,在实验室内采用磷酸脂肪酸(PLFA)法测定土壤微生物总量及主要微生物类群含量,并测定土壤微生物生物量碳和氮含量.取样时间显著影响土壤微生物PLFA总量、微生物碳和氮含量,这3个变量在2015年均显著高于2014年.石油添加在2015年显著增加了土壤微生物PLFA总量,但在2014年却无显著效应;同时,石油添加在2014年降低了土壤微生物碳和氮含量,而在2015年却增加了其含量.然而,无论在2014年还是2015年,芦苇的克隆整合对土壤微生物PLFA含量、微生物碳和氮含量均没有显著影响.土壤微生物PLFA总量与土壤微生物碳和氮含量呈正相关关系.这些结果表明,石油污染可以显著影响湿地土壤微生物动态,但克隆整合却无显著效应.

植被和土壤微生物是生态系统的重要组成部分,研究二者之间的联系对森林经营管理和生态恢复实践具有重要的指导意义.目前相关研究主要集中于乔木层对土壤微生物的影响,林下植被层对土壤微生物的潜在作用常被忽视.本文从林下植被对土壤微生物群落组成与结构的影响及其作用机理两个方面进行总结:(1)林下植被对土壤微生物有重要的影响,其作用结果有正面、负面和没有影响几方面;(2)作用途径为通过分泌物和凋落物归还的质与量等直接影响土壤微生物群落结构和组成,也通过影响土壤微气候环境、土壤营养有效性和pH、改变乔木层和其他土壤微生物类群而间接影响土壤微生物;(3)在林下植被对土壤微生物影响的研究中,试验方法多采用磷酸脂肪酸(PLFA)法,而最新土壤微生物的测定方法(如高通量测序等)应用较少.今后林下植被影响土壤微生物群落的研究重点在于(1)提高土壤微生物测定方法的准确性;(2)扩展研究方向;(3)与应用方面相联系.