应用PLFA方法分析氮沉降对土壤微生物群落结构的影响

作者：刘彩霞; 焦如珍; 董玉红; 孙启武; 刘少文

来源：林业科学, 2015, 51(06): 155-162.

• 氮沉降
• 磷脂脂肪酸
• 土壤微生物
• 微生物多样性

【目的】土壤微生物是土壤生态系统变化的敏感指标。本研究选择磷脂脂肪酸法(PLFA)分析微生物群落结构的变化,可以更准确地了解短期氮沉降对土壤生态系统的影响,从而预测氮沉降后土壤性质及植物生长的变化趋势,为氮饱和条件下人工林的可持续经营提供微生物参数和指标,对氮沉降的即时调控和实时治理具有指导意义。【方法】2013年5月,在江西省分宜县山下林场约1 hm2的杉木幼龄林中建立30个1 m×1 m的样方,在30个样方中进行5种氮沉降量[N0(对照)、N1(20 kg·hm-2a-1)、N2(40 kg·hm-2a-1)、N3(60 kg·hm-2a-1)、N4(80 kg·hm-2a-1)]和2种氮形态(NH+4-N,I和NO-3-N,II)的模拟沉降试验,沉降1年后用土钻进行土壤样品采集。磷脂脂肪酸提取方法为氢氧化钾-甲醇溶液甲酯化法,以十九烷酸为内标,采用Agilent 6850N测定,用Sherlock MIS4.5系统分析PLFA图谱,脂肪酸含量换算成每克干土中的含量(nmol)后进行分析。【结果】本研究共检测到PLFAs 72种,其中特征脂肪酸36种。分析特征脂肪酸种类和含量可知:各处理中土壤微生物群落均以原核微生物为主,不同氮处理样地中以磷脂脂肪酸总量表征的土壤微生物生物量范围2044 nmol·g-1。沉降铵态氮时,土壤中PLFA总量、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌脂肪酸含量均高于对照样地,细菌、真菌、放线菌和原生动物的脂肪酸含量变化趋势相同,均为随着氮沉降量的增加先升高再降低最后再升高,NH+4-N N4处理土壤微生物PLFAs的数量最多,NH+4-N N2处理土壤微生物PLFAs的丰度值和多样性值最高;沉降硝态氮时,土壤中PLFA总量、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌PLFAs量随着硝态氮浓度的增加呈现出先增加后减少的趋势,在NO-3-N N2处理达到最大值。细菌和放线菌的标记脂肪酸含量变化趋势相同。NO-3-N N2处理微生物脂肪酸量最多,NO-3-N N4浓度下微生物PLFAs多样性值最高。根据典型性相关分析,得出铵态氮对土壤中细菌和放线菌含量影响较为显著,土壤中硝态氮和含水量对细菌含量影响较为显著。【结论】当氮沉降量小于80 kg·hm-2a-1时,铵氮和硝态氮处理均促进了微生物的生长,但增长幅度不同。铵态氮的最高氮处理和硝态氮的中氮处理,更有利于土壤微生物总量的增长,铵态氮的中氮处理和硝态氮的最高氮处理,更有利于土壤微生物多样性的增加。铵态氮对土壤中细菌和放线菌含量影响较为显著,土壤中硝态氮和含水量对细菌含量影响较为显著。

• 单位
  中国林业科学研究院林业研究所; 林木遗传育种国家重点实验室