甘肃天山小陇山日本落叶松人工林夏季土壤真菌生态分布与多样性研究

甘肃天山小陇山日本落叶松人工林夏季土壤真菌生态分布与多样性研究

落叶松是中国东北最重要的造林树种，也是北方针叶树种类中最快速、最丰富的树种之一。然而，日本落叶松人工林的地土壤肥力和植被条件的问题长期困扰着我们。因此，许多科学家从不同的角度和角度研究了日本落叶松人工林的土壤肥力和植被，但日本落叶松土壤微生物的变化和土壤肥力的影响研究甚少。土壤是微生物生活最适宜的环境,它具有微生物所需要的一切营养物质和微生物进行繁殖及生命活动的各种条件,植被凋落物和动物残体90%以上都是由微生物分解来完成,在土壤物质循环分解和转化中起着决定性作用。不同的植被类型提供的物质基础差异可直接影响微生物种群数量的变化,同时亦影响土壤的物理化学性质和养分数量,造成土壤生产力的差异。许多研究表明,土壤微生物能较早地预测土壤质量的变化,是土壤质量变化最敏感的指标,也是土壤健康的决定性因素。Pankhurst等认为一些土壤微生物功能组、微生物群体结构及功能多样性、土壤酶、微动物区系的功能多样性和植物生长等均可看作最有潜力的生物指标。利用生物指标指示土壤质量或土壤健康已成为今年来国内外的研究热点。土壤真菌广泛存在于土壤环境中,在土壤肥力中具有重要地位,土壤真菌多样性是生物多样性的重要组成部分,其作用是降解有机质,释放营养和微量元素,承担着一系列重要的生态功能,是参与土壤有机物质分解过程的主要成员,并与土壤中营养和碳循环过程紧密相关,对整个生态系统的进化发展起着重要作用,它能分解纤维素、半纤维素、木质素、单宁等化合物,在森林土壤物质转化中占有重要的位置,除此之外土壤真菌还能更有效的分解众多难分解的凋落物,但是土壤真菌的作用并非都对人类有益,它所造成的土壤病害被认为是最难防治的危害。综上所述了解研究区日本落叶松土壤真菌多样性特征,能够趋利避害,为日本落叶松土壤质量的提高,人工林群落的可持续发展提供参考和帮助。1一般试验和研究方法1.1土壤条件及土壤类型甘肃天水小陇山地处中国亚热带与暖温带的过渡地带,是我国黄土、蒙新和青藏三大高原生物区系相互渗透、交汇区。试验地位于天水秦城区沙坝境内,地理坐标北纬34°07′～34°24′,东经105°42′～106°00′,海拔一般在1400-2000m,属大陆性季风气候,年均温5.2-12.9℃,最低气温-23℃,最高气温39℃,大于等于10℃的年积温为3359.5℃;年均降水量673.0mm,年蒸发量1290.5mm,湿润度0.41,相对湿度约68%;最大冻土深度37cm。土壤类型主要是山地褐土和山地棕壤。山地褐土分布在海拔1600m以下的森林、灌木林及农田等处,是本区地带性典型土壤。土壤腐殖质含量少,呈中性、微碱性,通气良好,肥力较低;山地棕壤分布在海拔1600m以上的阴坡、半阴坡。1.2学习方法1.2.1样地设置与样品采集根据甘肃小陇山日本落叶松实际栽种情况,在小陇山工作人员的指导下于2008年7-8月选择沙坝地区日本落叶松人工林(林龄6-35年),不同海拔,坡度处随机设置10个日本落叶松人工林样地,样地面积为600m2(20m×30m),利用9点采样法垂直采集0～20cm的土壤。每个土壤采集1000g,无菌袋收集,迅速带回实验室冰箱中(0～4℃)保存。样地概况(表1)1.2.2稀释液的接种与鉴定选用PDA培养基,稀释平板法分离计数,以稀释度为10-1～10-3的土壤稀释液接种,且每一处理3个重复,接种后置于25～28℃培养箱培养,3～25d内镜检,鉴定方法参考文献。1.2.3有机质和速率养分的测定全氮含量采用凯氏定氮法测定,酸溶-钼锑抗比色法测定全磷,火焰光度计法测定全钾,酸度计法测定pH,使用TFC-智能普及型土壤化肥速测仪进行土壤有机质和速效养分的测定。1.2.4林下土壤真菌群落多样性采用Shannon指数HP和Simpson指数D对日本落叶松人工林地土壤真菌群落多样性进行分析研究。Shannon指数HP=-∑PilnPiSimpson指数D=1-∑Pi2式中:Pi为第i属的多度比例,Pi=ni/N,其中,N=∑ni,为全部属的菌株数之和。2结果与分析2.1土壤真菌优势种属构成从表2可以看出,各采样点中真菌种类和数量组成均有较大差异,真菌总量平均值为8.06×104CFU/g干土,数量较少。在进行采样的10块样地中6号样地真菌最多,为1.66×105CFU/g干土;4号样地最少为0.07×105CFU/g干土。根据相对密度大小可知,不同样地优势菌属数量不同,如1、3、6号样地以青霉属(Penicillium)、毛霉属(mucor)、曲霉属(Aspergillum)和根霉属(Rhizopus)等组成共优势菌属;而7、8、10号样地以青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillum)和根霉属(Rhizopus)为共优势菌属;2、4、9号样地则以青霉属(Penicillium)和曲霉属(Aspergillum)为优势菌属;5号样地以青霉属(Penicillium)和根霉属(Rhizopus)为优势菌属。土壤真菌优势种属的构成具有相似性,绝大多数属于土壤中常见的半知菌类和接合菌类。青霉属(Penicillium)和曲霉属(Aspergillum)作为优势菌几乎在所有样地内出现,分离频度均为1,分别在90%土壤样品和70%土壤样品中存在,且在此次研究中在所有样地中所占比例较大,说明该区日本落叶松人工林栽培方式适合这些能耐受干旱、贫瘠等恶劣环境条件的物种青霉属、曲霉属的生长,导致该区土壤中青霉属和曲霉属的增多,或许反映该区整体土壤质量不高;根霉属(Rhizopus)和毛霉属(mucor)为次优势菌,分离频度较高。不同样地不同菌属数量的差异较大,其中青霉属(Penicillium)最高的占真菌总量的81.317%,最低的为28.81%;曲霉属(Aspergillum)所占最高比例47.34%,最低为6.32%。2.2指数和simpson指数图1表明:Shannon指数和Simpson指数反映出基本一致的真菌多样性趋势,且拟合程度较好。1号样地Shannon指数和Simpson指数最高,分别为1.37与0.71;4号样地最低,分别为0.51和0.33。Shannon指数和Simpson指数在6-9号样地变化较为平缓,其他样地变化较大。说明该地区土壤真菌菌属组成变化较为明显,同一林场不同监测区土壤质量差异可能较大,或者由于林分所处的环境条件差异,相应的组成和结构不同,导致物种多样性差异较大,也可能与土壤质量退化有关。2.3土壤理化性质与土壤ph值、有机质含量的关系表3数据表明,影响土壤真菌数量的因素依次为土壤pH值>土壤有机质>全钾>水分>有效氮>有效磷>全磷>全氮>有效钾。土壤真菌均与土壤pH值在一定范围内呈极显著负相关(R=-0.773),与真菌喜欢偏酸性的生长环境相一致;与有机质含量呈现显著正相关(R=0.772);与全钾呈现显著正相关(R=0.728);根霉属、青霉属和曲霉属与有机质皆呈现极显著相关,此次分离鉴定出的真菌菌属都与有机质表现出密切的相关性,一定程度上说明富含有机质的土壤为土壤真菌的生长提供了较好的条件。3不同时地土壤真菌多样性分析(1)天水小陇山李子林场日本落叶松人工林土壤真菌数量总体较少,总量平均值为8.06×104CFU/g干土,且不同地区真菌数量波动较大。十个样区土壤真菌优势种属的构成有相似性,绝大多数属于土壤中常见的半知菌类和接合菌类,在真菌所有属当中,青霉属(Penicillium)和曲霉属(Aspergillum)出现的频率最高,作为优势菌几乎在所有样地内出现,且所占真菌总量比例较大,但根据其菌属特性分析可能表明了该地区落叶松人工林土壤质量不良,可能存在土壤肥力较低,或者与人为干扰有关。(2)文中调查发现该区日本落叶松人工林土壤真菌丰富度较低,分离出的菌属构成较为单一,真菌数量较少。同一林场不同样地Shannon指数和Simpson指数波动较大,两个指数变化趋势基本一致,且拟合程度较好,数据分析结果符合当地实际情况,表明Shannon指数和Simps