桉樹人工林土壤微生物多樣性研究技術進展

楊福超　曹歐華　闕祖森　覃斌　龐云鵬

摘? ? 要：在植物生長過程中，土壤微生物是衡量土壤肥力的重要指標，對保持整個森林的健康生態系統至關重要。通過介紹桉樹人工林土壤微生物多樣性的研究技術進展，了解土壤微生物多樣性的研究方法，從而為桉樹人工林可持續發展與實現自然環境生態保護提供依據和參考。

關鍵詞：桉樹人工林;土壤微生物;多樣性

文章編號： 1005-2690（2021）03-0063-02? ? ? ?中國圖書分類號： S714.3? ? ? ?文獻標志碼： A

土壤是森林生態系統中重要的組成部分，對于森林中的微生物生長、繁殖具有重要意義，土壤中的微生物既是人工生態系統中的消費者，也是其中的分解者。通過研究桉樹人工林土壤微生物多樣性研究技術，從而有效地提升桉樹人工林的生物多樣性與經濟效益，促進我國桉樹人工林栽植的健康發展。

1? ?人工林土壤微生物多樣性研究現狀

土壤微生物多樣性指的是對真菌、放線菌、細菌等微生物族群在其遺傳、種類及生態系統方面所發生的變化進行研究。土壤微生物多樣性可以對土壤脅迫及土壤生態機制對群落的影響有直接反映，也能夠從另一方面反映該土壤中生物群落的穩定性[1]。

根據目前我國研究成果來看，如果土壤中的細菌含量高，則該土壤水肥充足;如果土壤中的真菌含量高，則該土壤較貧瘠;如果土壤中的含水量低，則堿性土壤中的放線菌含量高。根據林區的微生物分布情況來看，在一些闊葉林等易分解的環境中多為細菌，在一些針葉等難分解的環境中則多為放線菌和真菌。

目前，我國對土壤微生物多樣性的研究主要包括土壤微生物遺傳多樣性、土壤微生物分類多樣性、土壤微生物系統發育多樣性及土壤微生物功能多樣性幾方面。由于土壤微生物多樣性本身很難預測，因此還需要持續研究與探索。

2? ?桉樹人工林土壤微生物多樣性研究現狀

2.1? ?桉樹純林研究現狀

在很長一段時間內，為了擴大我國森林面積，提升人工林的經濟效益，在栽培桉樹人工林的時候通常是采取純林栽植的管理方式。在桉樹人工純林栽植管理中通常會長期、大量撒施氮肥，這就導致人工林下的土壤微生物含量逐漸改變，進而導致了桉樹人工林的生物群落功能和結構發生變化[2]。通過分析大量的早期研究文獻資料不難發現，桉樹林下土壤微生物數量與土壤肥力之間存在緊密的聯系，桉樹土壤微生物主要集中在0～20 cm的林下土層范圍內，細菌數量則呈現為第二代、對照林、第三代、第一代逐漸遞減趨勢;放線菌和真菌數量則呈現為第三代、第二代、第一代、對照林、桉樹人工林逐漸遞增趨勢。在桉樹人工林的造林初期，桉樹人工林土壤微生物在較短時間之內就可以實現迅速繁殖且微生物種類豐富[3]。在桉樹人工林生長輪伐期前后，則可以發現其中的土壤微生物數量顯著下降，通過分析，導致土壤微生物數量下降的主要原因是養分輸入降低、化感作用增大及林分郁閉度增高等。在桉樹人工林栽植年限增加之后，部分樹齡為5年以上的桉樹人工林，其根際土壤微生物多樣性顯著提高，這也從另一方面說明，桉樹人工林的土壤微生物多樣性要想穩定發展，還需要經過長時間的演化。相關研究數據表明，與天然次生林凋落物相比，桉樹純林凋落物為土壤微生物提供生態環境和食物的能力相對較匱乏，天然次生林凋落物可以更好地被土壤微生物利用，從而合成土壤微生物需要的物質。

2.2? ?桉樹混交林研究現狀

在桉樹人工林大面積種植一段時間后，桉樹純林栽植中所潛藏的問題也逐漸顯現出來，引起了人們的關注與研究。因為桉樹人工林采取桉樹純林的栽植方式，導致桉樹人工林的結構、功能與天然林相比較為單一，缺乏抵御害蟲的能力，長期栽植桉樹人工林還容易導致林區出現嚴重的土壤肥力缺失問題，嚴重影響桉樹純林的生物多樣性[4]。為了解決桉樹純林中存在的問題，提升桉樹人工林的經濟效益，越來越多的專家、學者開始研究桉樹純林問題的解決策略。部分研究人員提出，可以在桉樹人工林中栽培一些鄉土樹種，對人工林的土壤質量與林下土壤群落結構進行改善。

一些學者通過在桉樹純林與桉樹、相思混交林的對照試驗中發現，混交林中的土壤微生物總量與桉樹純林的土壤微生物相比具有顯著優勢，在不同林型中土壤微生物三大類群數量呈現為細菌、放線菌、真菌逐漸遞增趨勢。

還有部分研究人員將桉樹混交林、馬尾松×5年生馬尾松純林和馬尾松×苦竹混交林進行比較，則發現馬尾松×桉樹混交林的生物多樣性遠遠大于5年生馬尾松純林、馬尾松×苦竹混交林。該研究中的5年生馬尾松純林還處于幼林期，因此該研究與人工混交林生物多樣性指數大于純林的研究結果是可以并存的，這也說明5年生馬尾松純林與桉樹人工林的土壤多樣性規律同樣需要經過一段時間的演變。

以上研究成果表明，與純林相比，混交林可以更加充分地利用有限的資源，在一定程度上改善林地生態環境，提升林區抵御病蟲害的能力。

3? ?多種研究技術比較

從目前研究成果來看，只有0.1%～10%的環境微生物是通過純培養技術分離和培養出來的。比較常見的土壤微生物多樣性研究技術主要為磷脂脂肪酸分析技術、基于PCR的核酸分析技術與基于群落水平的生理學譜圖分析。

3.1? ?磷脂脂肪酸分析技術

對于磷脂脂肪酸技術的應用，通常在分析復雜的微生物群落中微生物多樣性應用較為廣泛。應用磷脂脂肪酸技術的基本原理就是要分析該細胞發生凋亡后破裂降解微生物的細胞膜，重點對微生物的生物量與磷脂含量相對固定的比例關系進行觀察。應用磷脂脂肪酸技術，需要研究人員直接將土壤微生物群落的磷酸脂肪酸提取后對其進行測定，該測量方式可以有效避免培養過程中各微生物之間的相互作用，對不同生長狀況下土壤微生物的多樣性有一定了解[5]。但是應用磷脂脂肪酸技術對于儀器的要求較高，且操作復雜。有研究人員通過該方法對二代桉樹混交林和純林對其在旱季、雨季的土壤微生物情況進行分析發現，其細菌含量相對較高，真菌含量相對較低。

3.2? ?基于PCR的核酸分析技術

基于PCR的核酸技術通常是研究技術人員對土壤微生物中的DNA或者RNA用技術提取出來，對其進行純化處理，然后先后應用PCR擴增、克隆等技術，用分子指紋技術對已獲取的分子進行微生物群落結構分析。PCR核酸分析技術與其他兩種技術相比，更加客觀、全面，可以更精確地揭示土壤微生物類型及遺傳多樣性。但是應用該技術對含量較小的微生物群落進行研究時，很難提取到含量少的DNA，而且提取過程中還會產生一定損耗，且操縱子數目可變性和基因組大小會對PCR擴增效果產生影響，進而影響研究成果。

在研究桉樹人工林土壤肥力、桉樹林與天然闊葉林和馬尾松林等的土壤微生物時，可以應用基于PCR的核酸分析技術，從土壤微生物數量來看，人工林、桉樹林、天然闊葉林和馬尾松林的土壤微生物差異不明顯。在應用基于PCR的核酸分析技術的基礎上，對宏基因組學以及宏基因組文庫的建立分析技術持續地進行研究與完善，可以促進土壤微生物在森林生態系統中的動態研究，且具有一定的預測作用。

3.3? ?基于群落水平的生理學譜圖分析

基于群落水平的生理學圖譜分析技術通常是應用BiologGN技術，該技術的應用原理就是在分析板上設有96個孔，其中1個孔設置為對照，剩余的95個孔則分別接種四氮唑藍、碳源和營養物，在分析板中接種微生物溶液，根據試驗條件下的分析板上孔洞顏色變化、顏色變化速率來判斷該微生物底物的被利用速率與被利用程度，則可以了解該生物群落的代謝變化狀況。

與以上兩種微生物多樣性研究技術相比，基于群落水平的生理學圖譜分析技術的成本較低，且檢測速度較快，但只能大致、粗略地揭示該土壤代謝底物的多樣性，分析結果還不夠全面。有學者通過該研究技術對海南島桉樹林土壤多樣性進行分析，發現在土層越深處其多樣性指標也就越優越，伴隨著培養時間增長，其土壤微生物的代謝活性隨之增加。也有研究人員應用該技術將廣西5個地區的桉樹林作為分析土壤微生物的對照試驗林，桉樹林區的林下土壤微生物功能多樣性與活性最高的區域為梧州地區。

4? ?結束語

從目前桉樹人工林土壤微生物多樣性研究相關文獻來看，植物群落的變化會對土壤微生物多樣性與功能產生一定影響。通過應用多種研究技術來研究桉樹人工林土壤微生物多樣性，明確桉樹人工林對整個森林生態系統的持續發展有重要作用，也可以為更加深入地了解人工桉樹林土壤肥力狀況及土壤微生物與森林生態系統互相作用研究提供一定的數據支持與理論依據。

參考文獻：

[ 1 ] 宋賢沖，項東云，楊中寧，等.廣西桉樹人工林根際土壤微生物群落功能多樣性[J].中南林業科技大學學報，2017，

37（1）：58-61.

[ 2 ] 陳超凡，吳水榮，覃林，等.南亞熱帶典型鄉土闊葉人工林土壤微生物碳源利用及功能多樣性[J].生態學雜志，2016，35（5）：1132-1139.

[ 3 ] 羅啟仁，梁立華，覃恒，等.我國桉樹人工林土壤微生物多樣性研究進展[J].桉樹科技，2019，36（2）：45-51.

[ 4 ] 李超，吳志華，尚秀華.桉樹人工林土壤微生物多樣性研究技術進展[J].桉樹科技，2017，34（3）：51-54.

[ 5 ] 陳法霖，張凱，王蕓，等.引進種桉樹人工林取代天然次生林對土壤微生物群落結構和功能的影響[J].生態學報，2018，38（22）：8070-8079.