喀斯特地區(qū)三種人工林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征

張彧娜， 周曉果,2， 溫遠光, 2,3*， 朱宏光,3， 王 磊， 邵文哲 ， 陳秋海

( 1. 廣西大學(xué) 林學(xué)院 廣西森林生態(tài)與保育重點實驗室， 南寧 530004； 2. 廣西科學(xué)院生態(tài)產(chǎn)業(yè)研究院，南寧530007； 3. 廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站， 廣西 憑祥 532600 )

喀斯特峰叢洼地是我國西南山區(qū)面積最大、最典型的喀斯特類型。由于喀斯特植被生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和人類的長期干擾，我國西南喀斯特森林植被大面積消失(Qi et al., 2013；Jiang et al., 2014)，導(dǎo)致嚴重的環(huán)境退化和生態(tài)災(zāi)難(喻理飛等，2002；李先琨等，2008；Wei et al., 2011)。西南石漠化防治已成為我國植被恢復(fù)和生態(tài)重建的重點和難點(袁道先，2005；賀慶棠和陸佩玲，2006)，石漠化生態(tài)修復(fù)成為國家的重大戰(zhàn)略需求(Guan & Fan, 2020)。20世紀90年代末以來，我國實施了多項生態(tài)修復(fù)工程，喀斯特地區(qū)大部分嚴重退化土地得到了生態(tài)修復(fù)(Li et al., 2018)。然而，有證據(jù)表明，由于缺乏對恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵過程和機理的了解，許多修復(fù)項目失敗或只取得有限的成功(Asmelash et al., 2016)?？λ固刂脖恍迯?fù)成敗與樹種、林分類型、立地生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)。我國早期喀斯特地區(qū)植被恢復(fù)策略主要是封山育林，以先鋒種造林驅(qū)動生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)(溫遠光等，2015)。有研究表明，單一樹種造林尤其是馬尾松純林的營造不利于土壤的恢復(fù)(盧曉強等，2015)。應(yīng)用豆科植物作為驅(qū)動種恢復(fù)石漠化生態(tài)系統(tǒng)功能(如生物碳固持)可以取得快速、高效和顯著的效果(溫遠光等，2015)。最近，有研究發(fā)現(xiàn)，自然恢復(fù)的灌叢對土壤質(zhì)量的修復(fù)能力顯著高于桉樹、李、任豆人工林(Guan & Fan, 2020)。因此，在生態(tài)修復(fù)工程的實施中，選擇合適的樹種和林分類型才能獲得較好的修復(fù)效應(yīng)。

土壤微生物群落包括細菌、腐生真菌、叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)和放線菌，在維持多種生態(tài)系統(tǒng)功能方面發(fā)揮著重要作用，是土壤健康和肥力的關(guān)鍵指標(Bardgett & van der Putten, 2014)，也是評價退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)有效性的關(guān)鍵指標(Hu et al., 2020)。研究表明，土壤微生物群落的豐度、組成和結(jié)構(gòu)受土壤pH、基質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量、土壤溫度和水分、植物多樣性和組成等多種非生物和生物因素的影響(Prescott & Grayston, 2013; Liang et al., 2015)。由于管理方式、小氣候、物種組成、根系數(shù)量和質(zhì)量等方面的差異，不同修復(fù)策略對土壤微生物群落特征的影響可能不同(He et al., 2008; Fan et al., 2019)。

在喀斯特區(qū)域，Li等(2018)研究發(fā)現(xiàn)，退耕后，香椿人工林、桂牧1號雜交象草、任豆套種桂牧1號雜交象草三種修復(fù)模式土壤微生物群落及其功能群的豐度和真菌細菌比值均顯著增加，土壤有機碳是調(diào)節(jié)土壤微生物群落及其功能群豐度變化的主要因素。Fan等(2019)分析了自然恢復(fù)和人工修復(fù)條件下喀斯特和非喀斯特環(huán)境中微生物的多樣性和組成，發(fā)現(xiàn)土壤微生物多樣性差異不顯著，但與地質(zhì)條件和樹種相關(guān)的微生物群落差異顯著。Hu等(2020)研究發(fā)現(xiàn)，自然植被恢復(fù)中較為豐富的植物物種多樣性可能對AMF群落豐度起重要作用，自然植被恢復(fù)在短期內(nèi)維持多種生態(tài)系統(tǒng)功能方面可能優(yōu)于人工植被恢復(fù)。這些研究表明，了解不同修復(fù)模式下的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，可為研究退化土地恢復(fù)策略的有效性提供依據(jù)。有研究表明，在酸性土地區(qū)，人工純林與混交林植被修復(fù)對土壤微生物的影響存在明顯差異，樹種混交可以增加和改善凋落物的數(shù)量和質(zhì)量(Santos et al., 2018)，改善土壤微生物群落組成和結(jié)構(gòu)(Pereira et al., 2019)，增強土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率和土壤酶活性(Fan et al., 2019；Yao et al., 2019)，進而提高林分的質(zhì)量和效益(You et al., 2018)。但對喀斯特峰叢洼地人工純林和混交林植被修復(fù)對土壤微生物群落的影響研究相對缺乏。本研究以三種人工植被修復(fù)類型：降香黃檀純林(pureplantation, PDOP)、頂果木純林(pureplantation, PAFP)和頂果木×降香黃檀混交林(mixedandplantation, MADP)為研究對象，采用氯仿熏蒸提取法和磷脂脂肪酸法研究不同人工植被修復(fù)類型對土壤微生物生物量和微生物群落的影響，為深入認識喀斯特峰叢洼地人工純林和混交林土壤微生物的生態(tài)功能修復(fù)效應(yīng)提供理論基礎(chǔ)，并為喀斯特峰叢洼地人工植被修復(fù)中的樹種和林分類型選擇提供科學(xué)建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)和林分概況

研究區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)馬山縣，境內(nèi)喀斯特地貌發(fā)育，喀斯特土地面積占馬山縣面積的68.89%，其中石漠化面積占土地總面積的15.08%，其中重度石漠化面積占82.02%，是廣西石漠化最嚴重的地區(qū)之一(馬一琳，2015)，也是國家石漠化綜合治理試點縣(溫遠光等，2015)。該地區(qū)屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，光照充足，雨量充沛，年平均降水量為1 667.1 mm，主要集中在4—9月，年蒸發(fā)量為1 400～1 800 mm，相對濕度76%，年平均氣溫為21.3 ℃，最高溫度38.9 ℃，最低溫度-0.7 ℃，≥10 ℃的活動積溫為7 126 ℃，平均無霜期為343 d。該地區(qū)土壤主要由碳酸鹽巖發(fā)育而成的石灰土，土層淺薄，基巖裸露程度大。馬山縣喀斯特地區(qū)的原生植被屬于南亞熱帶常綠落葉闊葉混交林，受人類活動的影響，大多開荒種植玉米。2000年后，按照國家要求實施退耕還林(溫遠光等，2013)。

試驗地位于馬山縣白山鎮(zhèn)民族村弄著屯(108°22′ E，23°69′ N)，是2011年由廣西大學(xué)林學(xué)院營建的喀斯特植被修復(fù)試驗林，試驗林總面積約66 hm，采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，設(shè)置5個區(qū)組，每個區(qū)組隨機設(shè)置3種林分，即降香黃檀純林(PDOP)、頂果木純林(PAFP)、頂果木×降香黃檀混交林(MADP)，每個區(qū)組每種林分面積3～4 hm。2011年春季，采用人工挖穴整地的方式清理林地，植苗前，在各區(qū)組各林分的代表性地段，選擇坡度、坡向相同或相近的典型區(qū)域，分別設(shè)置1個20 m × 20 m的固定樣地，采集土壤樣品進行土壤理化性質(zhì)的本底調(diào)查。本研究共有固定樣地15個，即3種林分，每種林分5個重復(fù)。在進行土壤理化性質(zhì)的本底調(diào)查時，首先在每個樣地隨機選定3個采樣點，采用100 cm環(huán)刀取0～10 cm土層的土樣，用于土壤物理性質(zhì)的測定。然后采用內(nèi)徑5 cm的原狀取土鉆隨機鉆取9個采樣點0～10 cm土層的土樣，去除植物根系及石礫，將9個采樣點的土壤充分混合為1個混合土樣，過2 mm孔徑篩，將樣品分為2份，一份風(fēng)干用于測定土壤理化性質(zhì)，一份保存于4 ℃冰箱用于土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量的測定。各林分固定樣地土壤本底理化性質(zhì)見表1，從土壤理化性質(zhì)的方差分析來看，各林分土壤理化性質(zhì)本底值均無顯著差異(>0.05)。

表 1 不同樣地土壤理化性質(zhì)本底值Table 1 Background values of soil physicochemical properties in different plantations

1.2 樣地調(diào)查與土壤樣品采集

2019年4月，對各林分固定樣地中的林木進行每木調(diào)查，測定胸徑、樹高和郁閉度，各林分喬木層群落概況見表2，群落外貌特征見圖1。采用與土壤本底調(diào)查相同的方法進行土壤樣品采集，采用100 cm環(huán)刀取0～10 cm土層的土樣，每個樣地隨機取3個點，用于土壤物理性質(zhì)的測定；采用內(nèi)徑5 cm的原狀取土鉆隨機鉆取9個采樣點0～10 cm土層的土樣，去除植物根系及石礫，將9個采樣點的土樣充分混合為1個混合土樣，過2 mm孔徑篩，將樣品分為3份，一份風(fēng)干用于測定土壤理化性質(zhì)，一份經(jīng)冷凍干燥用于分析土壤微生物群落磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid, PLFA)，另一份保存于4 ℃冰箱用于測定土壤微生物生物量碳、氮及銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量。

圖 1 不同植被修復(fù)樣地的外貌特征Fig. 1 Photographs of different vegetation restoration experiment plots

表 2 不同林分喬木層群落概況Table 2 Characteristics of tree layers in different plantations

1.3 土壤理化性質(zhì)的測定

參照《土壤農(nóng)化分析》中的方法測定土壤理化性質(zhì)(鮑士旦，2000)。采用環(huán)刀法測定土壤容重(soil bulk density, SBD)；采用重量法測定土壤含水量(soil water content, SWC)；采用水土比(2.5∶1)電位法測定土壤pH值；采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤有機碳(soil organic carbon, SOC)；采用凱氏定氮法測定土壤全氮(total nitrogen, TN)；采用氯化鉀溶液浸提法測定有效氮 [銨態(tài)氮(ammonium nitrogen, NH-N)和硝態(tài)氮(nitrate nitrogen, NO-N)]；采用酸溶-鉬銻抗比色法測定土壤全磷(total phosphorus, TP)；采用雙酸(HCl-HSO)浸提-鉬銻抗比色法測定速效磷(available phosphorus, AP)；采用火焰光度法測定土壤全鉀(total potassium, TK)；采用乙酸銨浸提法測定土壤速效鉀(available potassium, AK)；采用乙酸銨交換-原子吸收分光光度法測定土壤交換性鈣(exchangeable calcium, ECa)、交換性鎂(exchangeable magnesium, EMg)；采用乙酸鈉-火焰光度法測定土壤陽離子交換量(cation exchange capacity, CEC)。

1.4 土壤微生物生物量碳、氮的測定

采用氯仿熏蒸提取法測定土壤微生物生物量碳(microbial biomass carbon, MBC)、土壤微生物生物量氮(microbial biomass nitrogen, MBN)(Brookes et al., 1982；Vance et al., 1987)。浸提的土壤上清液通過總有機碳(total organic carbon, TOC)分析儀測定微生物生物量碳、氮。MBC和MBN的計算公式如下：

=/0.38；=/0.45。

式中：和分別表示熏蒸與未熏蒸土壤的測定差值，0.38和0.45表示轉(zhuǎn)換系數(shù)。

1.5 土壤微生物群落組成的測定

采用磷脂脂肪酸法測定土壤微生物群落的組成(Frosteg?rd et al., 1991)。采用MIDI(Microbial Identification System)系統(tǒng)對土壤微生物類群進行提取和鑒定。用nmol·g干土作為單個PLFA含量的計量單位，以摩爾百分比(mol %)作為單個PLFA 相對豐度的計量單位。本研究中選取percent>1%的特征微生物進行分析。以 i14:0、a15:0、i15:0、i16:0、a17:0、i17:0指示革蘭氏陽性菌(gram-positive bacteria, GP)，以16:1ω7c、cy17:0、18:1ω5c、18:1ω7c、cy19:0指示革蘭氏陰性菌(gram-negative bacteria, GN)，以10Me16:0、10Me18:0指示放線菌(actinomycetes, ACT)，以18:1ω9c、18:2ω6c指示真菌(fungi, F)，以16:1ω5c指示叢枝菌根真菌(AMF)，以16:0、18:0、i17:1ω9c、10Me 17:1ω7c指示其他菌群(other)(Yan et al., 2020；Bai et al., 2020)。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

應(yīng)用SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析(one-way ANOVAs)檢驗不同林分土壤理化因子和土壤微生物指標的差異顯著性，采用LSD法進行多重比較，顯著性水平設(shè)置為<0.05。在R 3.5.1的vegan軟件包中，以土壤理化因子、微生物生物量為解釋變量，采用冗余分析(redundancy analysis, RDA)及方差分解分析(variance partitioning analysis)確定影響土壤微生物群落變異的主要因子及其解釋率。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同人工林的土壤性質(zhì)

研究發(fā)現(xiàn)，雖然三種人工林對土壤含水量(SWC)、土壤容重(SBD)、有機碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全鉀(TK)、有效氮(AN)、速效磷(AP)、速效鉀(AK)含量及碳磷比(C∶P)、氮磷比(N∶P)的影響沒有顯著差異，但其土壤pH、碳氮比(C∶N)、陽離子交換量(CEC)、交換性鈣(ECa)、交換性鎂(EMg)、硝態(tài)氮(NO-N)和銨態(tài)氮(NH-N)的含量存在顯著差異(表3)。MADP的土壤pH顯著低于PAFP和PDOP(<0.05)，PAFP與PDOP差異不顯著(>0.05)。MADP的土壤NH-N則顯著高于PAFP和PDOP(<0.05)，PAFP與PDOP差異不顯著(>0.05)；土壤NO-N表現(xiàn)為PDOP>PAFP>MADP，三種林分間差異顯著(<0.05)。PDOP的土壤C∶N顯著高于PAFP(<0.05)，與MADP差異不顯著(>0.05)。PDOP的土壤CEC和ECa顯著低于PAFP和MADP(<0.05)，PAFP與MADP差異不顯著(>0.05)；PAFP的土壤EMg顯著高于MADP和PDOP，PDOP顯著高于MADP(<0.05)(表3)。此外，在差異不顯著的因子中，不同人工林也存在變化。PDOP的土壤SBD、TK、AN、AP、AK含量及C∶P比高于PAFP和MADP，PAFP的土壤SWC、TN、TP和N∶P比高于MADP和PDOP，而MADP的土壤因子大多處于中低水平(表3)。

表 3 不同林分的土壤性質(zhì)Table 3 Soil properties of different plantations

2.2 不同人工林土壤微生物生物量

土壤微生物生物量測定表明，三種人工林土壤微生物生物量碳(MBC)含量介于368.46～719.61 mg·kg之間，微生物生物量氮(MBN)含量介于43.68～106.39 mg·kg之間，微生物生物量碳氮比(MBC∶MBN)介于6.80～8.71之間(圖2)。PDOP的土壤MBC和MBN含量顯著高于PAFP和MADP，PAFP顯著高于MADP(<0.05)。相反，PAFP和MADP的土壤MBC∶MBN比值顯著高于PDOP(<0.05)，PAFP和MADP之間差異不顯著(>0.05)(圖2)。

不同小寫字母表示不同林分間差異顯著(P<0.05)。下同。Different lowercase letters indicate significant differences among different plantations (P<0.05). The same below.圖 2 不同林分的土壤微生物生物量碳和氮Fig. 2 Soil microbial biomass carbon and nitrogen of different plantations

2.3 不同人工林土壤微生物群落磷脂脂肪酸含量

磷脂脂肪酸(PLFA)含量分析結(jié)果表明(圖3)，三種人工林的真菌(F)PLFA、叢枝菌根真菌(AMF)PLFA和總磷脂脂肪酸(tPLFA)含量無顯著差異(>0.05)，但不同人工林的細菌(B)、革蘭氏陽性菌(GP)、革蘭氏陰性菌(GN)、放線菌(ACT)、真菌細菌比(F∶B)的含量存在顯著差異(圖3)。土壤B、 ACT、 AMF和tPLFA含量的變化規(guī)律一致，都表現(xiàn)為PDOP高于PAFP和MADP，PAFP高于MADP。PDOP土壤B、GP、GN、ACT的PLFA含量顯著高于MADP(<0.05)，而F∶B比值顯著低于PAFP和MADP，其余差異不顯著(圖3)。

GP. 革蘭氏陽性菌; GN. 革蘭氏陰性菌; AMF. 叢枝菌根真菌; F. 真菌; B. 細菌。下同。GP. Gram-positive bacteria; GN. Gram-negative bacteria; AMF. Arbuscular mycorrhizal fungi; F. Fungi; B. Bacteria. The same below.圖 3 不同林分土壤微生物PLFA含量Fig. 3 Soil microbial PLFA contents of different plantations

2.4 不同人工林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)

PLFA相對豐度分析結(jié)果表明 (圖4)，三種人工林土壤中，均以細菌(GP、GN)占主導(dǎo)地位，其次是ACT和真菌群落，AMF群落極小。不同人工林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)存在差異。PDOP土壤細菌的相對豐度顯著高于PAFP和MADP，GP顯著高于PAFP(<0.05)，與MADP差異不顯著，PAFP與MADP差異也不顯著(>0.05)；PDOP的GN高于PAFP和MADP，但差異不顯著(>0.05)。MADP土壤ACT的相對豐度顯著低于PAFP和PDOP(<0.05)，后兩者差異不顯著(>0.05)。PDOP土壤真菌的相對豐度顯著低于PAFP和MADP(<0.05)，PAFP與MADP差異不顯著(>0.05)。AMF卻表現(xiàn)為MADP顯著低于PAFP(<0.05)，而與PDOP差異不顯著(>0.05)(圖4)。

ACT. 放線菌。下同。ACT. Actinomycetes. The same below.圖 4 不同林分土壤微生物功能群的PLFA相對豐度Fig. 4 Relative abundance of soil microbial functional groups PLFA in different plantations

2.5 不同人工林土壤理化性質(zhì)與微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)系

相關(guān)分析表明，土壤微生物群落中，B、F、ACT、AMF、GP和GN、tPLFA含量與土壤pH(F除外)、TN(ACT除外)、MBC和MBN(F除外)含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，與CEC(F除外)呈顯著或極顯著負相關(guān)(<0.05或<0.01)(表4)。此外，F(xiàn)與SWC、SOC呈顯著或極顯著正相關(guān)(<0.05或<0.01)，ACT、AMF的PLFA含量與EMg含量呈顯著正相關(guān)(<0.05)，F(xiàn)∶B與C∶N、CEC、ECa和MBC∶MBN呈顯著或極顯著正相關(guān)，而與MBC和MBN為顯著或極顯著負相關(guān)(<0.05或<0.01)。GP∶GN則表現(xiàn)為與土壤C∶P呈顯著正相關(guān)(<0.05)(表4)。其余組分與變量間相關(guān)不顯著(>0.05)。

以土壤微生物功能群組成為響應(yīng)變量，土壤因子為解釋變量進行RDA分析，結(jié)果表明，第一、二主成分軸分別能解釋土壤微生物群落組成變異的56.83%、13.79%(圖5：A)。經(jīng)蒙特卡洛檢驗，pH、TN、C∶N、C∶P、CEC、SWC、MBC∶MBN 7個影響土壤微生物群落組成的因子被選入最優(yōu)模型，pH、CEC、C∶N是影響土壤微生物群落組成的最主要影響因子(表5)。pH顯著影響ACT、AMF、GP，CEC與C∶N則顯著影響F及tPLFA。方差分解分析表明，土壤微生物群落組成變異的主要影響因素來自土壤化學(xué)性質(zhì)的獨立效應(yīng)(解釋率為40%)、土壤化學(xué)性質(zhì)和微生物特性的疊加效應(yīng)(解釋率為25%)；土壤物理性質(zhì)的獨立效應(yīng)可以解釋土壤微生物群落組成變異的14%，而土壤物理性質(zhì)和土壤微生物特性能夠共同解釋土壤微生物群落組成變異的2%(圖5：B)。

* 表示P<0.05； ** 表示P<0.01；*** 表示P<0.001; SP. 土壤物理性質(zhì); SC. 土壤化學(xué)性質(zhì); SM. 土壤微生物特性。* indicates P<0.05; ** indicates P<0.01; *** indicates P<0.001; SP. Soil physical properties; SC. Soil chemistry properties; SM. Soil microbial properties. 圖 5 土壤微生物群落與土壤理化因子的冗余分析及方差分解分析Fig. 5 Redundancy analysis and variance partitioning analysis of soil microbial community and soil physicochemical factors

表 4 土壤微生物PLFA含量與微生物生物量和環(huán)境因子的相關(guān)分析Table 4 Correlation analysis of soil microbial PLFA contents with microbial biomass and environmental factors

表 5 林分土壤因子與排序軸的相關(guān)性Table 5 Correlation of soil variables and ordinate axes in different plantations

3 討論與結(jié)論

3.1 植被修復(fù)樹種和類型對土壤微生物生物量碳、氮含量的影響

樹種組成和林分類型的改變可能顯著影響土壤中有機物的輸入量和質(zhì)量，進而影響土壤微生物生物量(Santos et al., 2018)。大量的研究表明，喀斯特地區(qū)自然與人工植被修復(fù)對土壤微生物生物量的影響研究結(jié)果并不一致(劉玉杰等，2011；葉瑩瑩等，2015)。在桂西北喀斯特峰叢洼地，對草叢、灌木林、次生林和原生林的自然修復(fù)序列研究表明，土壤MBC和MBN均表現(xiàn)為灌木林>原生林>次生林>草叢(葉瑩瑩等，2015)，而在鄰近的貴州茂蘭喀斯特地區(qū)，卻表現(xiàn)為原生林>灌木林>次生林>草叢(劉玉杰等，2011)。盧成陽等(2013)在桂西北喀斯特峰叢洼地原生林、次生林、人工林、農(nóng)作區(qū)的研究表明，土壤MBC和MBN的大小序列均表現(xiàn)為原生林>次生林>人工林>農(nóng)作區(qū)。盧曉強等(2015)的研究結(jié)果與之相似，為原生林>次生林>竹林>馬尾松人工林>草地。這表明植被自然修復(fù)過程中，人為干擾少，原生林和次生林每年歸還土壤的凋落物量大，給土壤微生物提供了豐富的碳源，因而能顯著提高微生物的活性(劉玉杰等，2011)；而人工植被修復(fù)過程中，人工林樹種組成較為單一， 凋落物數(shù)量和質(zhì)量不如原生林和次生林，施肥、翻耕等人為干擾也對土壤理化性質(zhì)造成影響，進而影響土壤微生物活性(盧曉強等，2015)。在本研究中，PDOP的土壤MBC和MBN顯著高于PAFP。這一結(jié)果說明，不同樹種對喀斯特地區(qū)土壤微生物生物量的影響是不同的，與頂果木相比，降香黃檀有利于提高土壤微生物生物量。本研究還發(fā)現(xiàn)，MADP土壤微生物生物量顯著低于PAFP和PDOP，這與酸性土地區(qū)馬尾松×紅錐混交林土壤MBC和MBN含量均顯著高于馬尾松純林和紅錐純林的研究結(jié)果不一致(Wu et al., 2019)。究其原因，頂果木與降香黃檀混交，兩者都屬于豆科落葉闊葉樹種，凋落物的互補性弱，同質(zhì)性強，兩者混交可能影響功能微生物的多樣性，從而使混交的正效應(yīng)難以體現(xiàn)，因而混交林土壤MBC和MBN含量不如純林；而馬尾松針葉樹種與紅錐闊葉樹種混交，凋落物的互補性強，有效改善凋落物的數(shù)量和質(zhì)量，因而有利于提高混交林土壤MBC和MBN含量(Wu et al., 2019)。本研究結(jié)果從土壤微生物生物量視角為喀斯特峰叢洼地石漠化植被修復(fù)中的樹種和林分類型的選擇提供了理論依據(jù)。

3.2 植被修復(fù)樹種和類型對土壤微生物群落的影響

土壤微生物群落主要由細菌 (革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌)、真菌(腐生真菌、叢枝菌根真菌)、放線菌等組成。土壤微生物群落通過參與土壤有機質(zhì)分解、礦化等過程影響土壤養(yǎng)分循環(huán)、調(diào)節(jié)和指示土壤功能(Huang et al., 2014; Santos et al., 2018)。植被修復(fù)樹種和類型是影響土壤微生物群落的重要因素。魏安琪等(2019)研究表明，山西吉縣刺槐和油松人工林的細菌、放線菌、革蘭氏陽性菌、叢枝菌根真菌和總PLFA含量顯著高于荒草地。有研究表明，在喀斯特區(qū)域，與玉米-大豆輪作的農(nóng)地相比，采用香椿人工林、桂牧1號雜交象草、任豆套種桂牧1號雜交象草三種植被恢復(fù)方式均能顯著提高革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、放線菌、真菌、叢枝菌根真菌及總PLFA的含量(Li et al., 2018)。在本研究中，PDOP土壤細菌、放線菌、叢枝菌根真菌及總PLFA含量均高于PAFP和MADP，而且PDOP的土壤細菌和放線菌顯著高于MADP，這說明三種人工林對土壤微生物群落的影響并不一致，這與三種林分樹種組成、凋落物數(shù)量和質(zhì)量不同有關(guān)。

土壤F∶B比值通常用來評價土壤微生物群落中真菌與細菌生物量的變化及土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性(Boyle-Yarwood et al., 2008)。土壤F∶B比值較大時，較高的真菌C∶N(真菌和細菌的C∶N分別為10和4)使得真菌被食真菌動物分解后，土壤中氮底物水平較低，礦化速率較小。同時，較大的F∶B比值使得真菌生物量以及真菌菌絲體增多，與土壤有效養(yǎng)分的接觸面積增大，土壤養(yǎng)分元素的流失減少，因而土壤生態(tài)系統(tǒng)越來越穩(wěn)定(de Vries et al., 2006; Bardgett et al., 1999; Bardgett & McAlister, 1999)。羅達等(2014)在酸性土地區(qū)的研究認為，與純林相比，格木與馬尾松混交林的土壤F∶B比值增大，認為混交更有利于提高土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在本研究中，MADP土壤F∶B比值顯著高于PDOP，而與PAFP無顯著差異，再次表明酸性土地區(qū)混交林的效應(yīng)與喀斯特鈣質(zhì)土地區(qū)明顯不同，這可能與本研究中兩個樹種的生長速度、凋落物數(shù)量和質(zhì)量的不同有關(guān)(盧曉強等，2015；薛世玉等，2021)。從本研究三種人工林的土壤微生物生物量及微生物群落結(jié)構(gòu)來看，在喀斯特地區(qū)MADP并未顯示出酸性土地區(qū)混交林提高土壤微生物生物量、改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，但混交林的F∶B比值最高，更有利于提高土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.3 土壤微生物群落的主要影響因子

前人研究發(fā)現(xiàn)，不同植被類型、不同樹種及其組合可能對基質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量、根際化學(xué)和其他土壤性質(zhì)產(chǎn)生不同的影響(Russell et al., 2007; Frouz et al., 2013)，從而誘導(dǎo)不同的土壤微生物群落(Prescott & Grayston, 2013)。本研究的冗余分析表明，pH、CEC、C∶N是影響土壤微生物群落組成的最主要因子。土壤pH 值是影響微生物生長和活性的一個重要因素，對土壤微生物生物量和微生物群落結(jié)構(gòu)有顯著影響(Hackl et al., 2004; Clark et al., 2009;張地等，2012)。本研究中，在喀斯特峰叢洼地鈣質(zhì)土地區(qū)，細菌、放線菌、總PLFA均隨土壤pH 值增加而增加，這與Cao等(2009)在南亞熱帶桉樹人工林中的研究結(jié)果相一致，而與羅達等(2014)在酸性土地區(qū)對馬尾松、格木純林與混交林的研究不一致，這說明土壤微生物群落與pH之間的相關(guān)關(guān)系可能因土壤類型、林分類型的不同而有所差異。土壤微生物群落與土壤氮含量呈極顯著相關(guān)，說明土壤氮是影響微生物生長和發(fā)育的重要因素(張莉等，2012)。本研究中，PDOP適中的pH，較高的AN、AP、AK含量，維持了較高的微生物生物量；除了真菌PLFA含量外，CEC與其他土壤微生物結(jié)構(gòu)組分呈顯著或極顯著負相關(guān)關(guān)系，PDOP較低的CEC含量也有利于增強微生物生物量。本研究還發(fā)現(xiàn)，固氮樹種人工林顯著提高了土壤AP含量，而土壤AP與土壤真菌PLFA呈顯著負相關(guān)關(guān)系，是土壤微生物群落組成差異的主要驅(qū)動因子。在鈣質(zhì)巖溶土壤中，鈣對磷的強烈吸附和沉淀會導(dǎo)致磷的限制(Hinsinger, 2001)，因此磷的有效性是影響植被恢復(fù)的主要限制因素之一(Zhang et al., 2015)。將豆科植物引入喀斯特生態(tài)系統(tǒng)，能夠通過生物固氮作用提高氮素有效性，而生物固氮與磷獲取是相關(guān)的(Tian et al., 2020)。固氮豆科植物對陽離子的吸收多于陰離子，并從根部釋放質(zhì)子引起根際酸化，增加磷礦物的溶解(Tang, 1998; Hinsinger, 2001)，提高鈣質(zhì)土壤磷的有效性(Aguilar & van Diest, 1981; Richardson et al., 2009)，從而加速土壤微生物群落和退化土地的恢復(fù)(Wang et al., 2019)。