森林土壤微生物在林地枯枝落叶分解、腐殖质合成、土壤养分循环等过程中，起着十分重要的作用，其数量不仅直接影响土壤的生物化学活性及土壤养分的组成与转化，也是土壤中生物活性的具体体现，是维持和恢复林地生产力的主要因素之一(池振明，2005；何振立，1997；Gupta et al.，1988)。林地土壤中3大类微生物的数量，通常可作为森林土壤生物活性高低的重要标志之一(杨承栋，1994)。因此，研究土壤微生物的数量是在更深层次上揭示森林生态系统能量流动和物质循环过程的重要环节。当前全球面临着大气CO₂浓度不断升高，全球气候变暖等系列环境问题，而林地土壤微生物的数量及其生命活动与林地土壤呼吸强度密切相关，从而影响林地土壤CO₂的排放量。为此，研究林地土壤微生物的分布特征及其与土壤因子的关系，具有现实意义。杉木(Cunninghamia lanceolata)是中国南方亚热带地区特有的优良速生乡土用材树种，“八五”森林资源统计数据表明：中国杉木林面积1 239.1万hm²，蓄积量为4.7亿m³，分别占全国人工林面积和蓄积量的26.55%和46.89%，杉木人工林是南方集体林区的主要森林类型之一。到目前为止对杉木人工林土壤微生物的研究主要是分析土壤微生物的数量分布、种类及其生化活性、根际与非根际微生物特性等内容，但对杉木人工林地土壤微生物数量与立地类型、季节及土壤因子关系的研究极少。中国南方营造杉木林的范围较大，杉木人工林生态系统的生态功能过程存在较大的时空差异性，需要更多的研究数据来解决杉木人工林可持续经营的问题。本文对湖南杉木中心产区会同县第2代杉木人工林地土壤微生物的数量及其与土壤因子的关系进行研究，为深入探讨杉木林生态系统的结构与功能提供科学依据。

1 试验地概况

试验地设在国家重点野外科学观测研究站和国家林业局重点森林生态系统定位研究观测站(中南林业科技大学会同森林生态系统定位研究站)内。该站位于湖南西南部会同县境内(26°50′ N，109°45′ E)。典型的亚热带湿润气候，年均气温16.8 ℃，年均相对湿度80%，年降雨量1 100~1 500 mm。海拔270~400 m，为低山丘陵地貌。该地层古老，以震旦纪板溪灰绿色板岩、变质岩为主，土壤为山地森林黄壤。站内设有面积为2 hm²的试验小集水区8个，平均坡度为25 °，8个小集水区相互平行且自然地理状况基本相似，彼此相距不超过100 m，均为1966年营造的杉木人工林。在1987年底将原有的22年生杉木人工林进行人为干扰试验。1988年又陆续在原有集水区营造了第2代杉木人工林，开展了第2代杉木林生态系统定位研究。

本研究在第3号集水区内进行，集水区内的第1代杉木人工林是1966年营造的，1987年皆伐。1988年春，经炼山整地后营造了第2代杉木人工林，造林密度为3 000株·hm^-2。1988—1990年，每年进行2次(5和8月)全林抚育，现为19年生的第2代杉木人工林，平均胸径15.58 cm，平均高11.29 m(2006年7月)，郁闭度为0.8~0.9，林内有少量的杜茎山(Maesa japonica)、木姜子(Litsea cubeba)、油桐(Vernicia fordii)和冬青(Ilex Purpurea)、格药柃(Eurya muricata)、梵天花(Urena procumbens)等灌木，以及华南毛蕨(Cyclosorus parasiticus)、狗脊蕨(Woodwardia japonica)、铁芒箕(Dicranopteris dichotoma)和地(Melastoma dodecandrum)、荩草(Arthraxon hispidus)等草本植物。板栗(Castanea mollissima)林设于3号集水区山脚处，与已郁闭杉木人工林林地接壤，为1987年在22年生杉木人工林采伐地上经炼山、整地后种植的。

2 研究方法

在第3号集水区杉木人工林地的山脊、山坡和山洼处的板栗地选择固定采样点4个。采样时间为2005年10月至2006年8月，每月的20—30日期间，在每个采样点按0~20、20~40和40~60 cm土层分别采集3个剖面土样，再分别按土层混合后分取3份，作为该采样点的分析样品，用保鲜袋装好，用透明胶密封好并尽量排尽保鲜袋内的空气，当天带回试验室。其中1份用于同步测定土壤的含水率，1份放入冰箱冷藏用于测定样品中的微生物数量，1份风干后用于测定土壤的有机碳和全氮含量。一般采样前5天及采样当天均为无雨天气。

土壤中的细菌、真菌、放线菌的数量均用平板培养法记数(蔡信之等，2002)。细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基；真菌采用马铃薯培养基；放线菌采用高氏一号培养基。各类群分析均采用平板涂布法接种, 每一处理设3个重复，接种后置26~30 ℃温箱内培养，细菌、真菌和放线菌分别在24 h、48 h及5~7 d内检查记录3大类微生物数量。

用曲管温度表定位测定土壤温度，观测时间为每天8:00、14:00和20:00，由于杉木林分郁闭度为0.8~0.9，同月份内的林内土壤温度昼夜变化幅度不大，可将每月的平均观测值作为该月份的土壤温度；土壤含水率的测定采用烘干法；土壤有机碳含量的测定采用重铬酸钾—水合加热法；土壤全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定(中国科学院南京土壤研究所，1978)。

3 结果与分析 3.1 立地类型与土壤微生物数量的关系

从表 1可以看出，在同一林地不同立地类型的土壤微生物数量差异很大。2005年11月山洼0~20 cm土层的微生物总数为山坡处的1.64倍，山脊处的2.85倍。2006年3月山洼处3个土层的微生物总数分别为山坡处的1.54、1.57和2.57倍，山坡处3个土层的微生物总数分别为山脊处的1.84、2.71和1.42倍。不同立地类型土壤微生物的数量分布表现为：山脊 < 山坡 < 山洼。这是由于山脊陡峭，雨水冲刷相对严重，养分流失，土壤层次较薄，林下的凋落物积累少，导致腐生微生物少，而山洼处的林下凋落物积累多，土壤层次厚，水分涵养好，分解有机质的微生物增多。2005年11月山脊20~40和40~60 cm土层的微生物总数都远远高于山坡和山洼处，这可能与该地区11月份降雨量较少有关。

3.2 土层与土壤微生物数量的关系

由表 1还可知，杉木人工林地土壤微生物总数、细菌、真菌、放线菌的数量在土壤剖面的分布规律比较明显，总的趋势为：0~20 cm土层最多，20~40 cm较少，40~60 cm最少，尤其是放线菌、真菌的这种变化规律非常明显。这是因为枯枝落叶较多的土壤表层的有机质较为丰富，结构疏松，为微生物活动提供了良好的营养和通气条件，且表层土壤与空气存在热交换，其土壤热值状况比下层好，有利于微生物的生长繁殖(周智彬等，2003)。同时也说明0~20 cm土层中微生物活动旺盛，加速了养分代谢，土壤积累了较多的有机物质和养分，有利于浅根系的杉木生长。但是2005年11月山脊处20~40 cm土层的微生物总数、细菌、放线菌的数量均高于0~20 cm土层，可能与该处2005年11月0~20 cm土层比较干燥，水分供给不足有关。

3.3 土壤微生物数量的季节性动态变化

由图 1可以看出，杉木人工林地3个土层中的微生物总数和细菌的数量季节变化趋势十分相似，表现为：秋季最高，冬季最低，春季略高于夏季，与当地年降雨量的季节分布及杉木的生长季节相一致。真菌的数量和放线菌的数量季节变化趋势基本相同，均随着春季的到来逐渐升高，夏季达到最高，然后逐渐下降，秋冬两季最低且变化不大。这说明土壤中各类微生物的季节性变化不完全一致。7月份微生物总数及3类微生物的数量均呈明显下降趋势，原因可能为该月份降雨量较少，林内温度较高，土壤水分供应不足，影响了微生物的正常生长和发育。

3.4 杉木人工林地和板栗林地土壤微生物数量比较

从表 2可以看出，同一集水区内，杉木人工林地和板栗地土壤微生物总数均以细菌为主，其次是放线菌，真菌的数量最少。两种林地土壤微生物总数、细菌、放线菌和真菌的数量垂直分布也一致，即随着土层深度的增加而减少。板栗林地土壤微生物总数高于杉木人工林地，3月份板栗林地细菌的数量高于杉木人工林地，而真菌、放线菌的数量则低于杉木人工林地；4月份板栗林地3类微生物的数量均高于杉木人工林地，这表明不同类群的微生物数量存在一定的差异，其分布特征与土壤因子、植被类型及人为经营管理方式等有关。板栗林地各层土壤微生物总数基本高于杉木人工林地。这与板栗林地经常进行人为耕作、施肥、除草等人为管理行为密切相关，而杉木人工林地仅在造林初期进行了两次人工抚育后，以后没有继续进行抚育管理，土壤肥力主要依靠林分的自我维持，从而导致了两种林地土壤理化性质存在差异。黄承才(2002)在比较马尾松(Pinus massoniana)林地和茶园的土壤微生物量时，也得到了类似的结果。

3.5 土壤微生物数量与土壤因子的关系

采用SPSS数据分析软件进行分析并检验，结果表明细菌、放线菌的数量和微生物总数基本符合对数正态分布，而真菌的数量基本符合伽玛分布。

3.5.1 土壤含水率

一般认为合适的土壤含水率有利于可溶性有机质的淋溶，促进土壤微生物的生长繁殖。从表 3可以看出，细菌、放线菌的数量和微生物的总数与土壤含水率均存在线性正相关性，微生物的总量与土壤含水率的相关系数最大，为0.259，且达到极显著相关(P < 0.01)；细菌数量、放线菌数量与土壤含水率的相关系数分别为0.241与0.212，达到显著相关(P < 0.05)；而真菌数量与土壤含水率则不具有相关性(P>0.05)。这说明了土壤微生物的生长和发育与土壤含水率在一定程度上密切相关。

3.5.2 10 cm处土温

放线菌的数量与10 cm处土温间相关系数最大( r=0.519)，其次是真菌(r=0.191)，再次是细菌( r=-0.101)，微生物数量最小(r=-0.026)。可见各类土壤微生物对土壤温度的反应敏感度不同。检验结果表明杉木人工林地土壤微生物的数量与10 c m处土温间不具有相关性(P>0.05)。可能与试验林地是已郁闭的杉木人工林地，林地土壤温度比较稳定有关。

3.5.3 土壤有机碳含量、全氮含量

土壤养分是保证土壤微生物生长和发育的基本条件。由表 3可知，细菌、真菌、放线菌的数量及微生物的总数与土壤有机碳含量、全氮含量均表现为线性正相关关系，真菌的数量、微生物总数和细菌的数量与土壤有机碳含量的相关系数分别为0.388、0.284和0.268，均达到极显著相关(P < 0.01)，放线菌的数量与土壤有机碳含量的相关系数最小，r=0.212，也呈显著相关(P < 0.05)。真菌的数量、微生物总数和细菌的数量与土壤全氮含量的相关系数分别为0.388、0.333和0.318，且为极显著相关(P < 0.01)，放线菌的数量与土壤全氮含量的相关系数最小，仅为0.226，但也是显著相关(P < 0.05)。表明土壤微生物的数量与土壤有机碳含量、全氮含量密切相关。有研究表明，杉木林地根际土壤的细菌数量与土壤有机质含量、全氮含量均呈明显的正相关性(蒋秋怡等，1991)。

3.5.4 土壤微生物数量与土壤因子的多元回归分析

为进一步探明多个土壤因子对杉木人工林地土壤微生物数量的综合影响，进行多元线性回归分析微生物总数(y₁)、细菌(y₂)、真菌(y₃)、放线菌的数量(y₄)与土壤全氮含量(x₁)、土壤有机碳含量( x₂)、土壤含水率(x₃)、10 cm处土壤温度(x₄)的相关性。分析结果为：

1) 杉木人工林地土壤微生物总数(y₁)与土壤全氮含量(x₁)、土壤有机碳含量(x₂)、土壤含水率(x₃)、10 cm处土壤温度(x₄)的关系模型为

(1)

2) 杉木人工林地土壤细菌的数量(y₂)与土壤全氮含量(x₁)、土壤有机碳含量(x₂)、土壤含水率(x₃)、10 cm处土壤温度(x₄)的关系模型为

(2)

3) 杉木人工林地土壤真菌的数量(y₃)与土壤全氮含量(x₁)、土壤有机碳含量(x₂)、土壤含水率(x₃)、10 cm处土壤温度(x₄ )的关系模型为

(3)

4) 杉木人工林地土壤放线菌的数量(y₄)与土壤全氮含量(x₁)、土壤有机碳含量(x₂)、土壤含水率(x₃)、10 cm处土壤温度(x₄ )的关系模型为

(4)

多元线性回归分析表明：对杉木林地土壤微生物总数、细菌数量影响最大是土壤全氮含量，其次是土壤有机碳含量，再次是土壤含水率，且均为正相关，相关系数大于0.632，显著相关(P < 0.05)；对真菌数量影响最大的是土壤全氮含量，其次是土壤有机碳含量，再次是土壤含水率，最小的是10 cm处土壤温度，且均为正相关，相关系数为0.704，显著相关(P < 0.05)；对放线菌的数量影响最大的是土壤全氮含量，其次是土壤有机碳含量，再次是10 cm处土壤温度，最小的是土壤含水率，且均为正相关，相关系数为0.692，显著相关(P < 0.05)；土壤温度、土壤含水率、土壤有机碳含量及全氮含量对杉木人工林地土壤微生物数量的贡献率为60%~70%。说明杉木人工林地土壤微生物的总数、细菌、真菌、放线菌的数量受多种环境因子的综合作用，除了以上4个土壤因子外，还有其他影响因子，有待于进一步研究。

4 结论与讨论

湖南会同第2代杉木人工林地土壤微生物的分布特征为：山洼最多，山坡次之，山脊最少。0~20 cm土层中数量最多，20~40 cm土层中较少，40~60 cm土层中最少，这与杜国坚等(1995)，周国英等(1997)的研究结果一致。微生物总数和细菌的数量秋季最高，冬季最低，春季略高于夏季。而真菌和放线菌的数量随着春季的到来逐渐升高，夏季达到最高，秋冬两季最低，这与张其水等(1991)的研究结果有所不同，可能与试验地点及环境条件不同有关。

同一立地类型，板栗林地土壤微生物总数高于杉木人工林地。有研究(张鼎华等，2001；焦如珍等，1999)表明，杉木连载导致土壤肥力明显下降，而改种或者轮作其他树种可以提高林地的生产力。细菌、放线菌的数量和微生物总数与土壤含水率均存在显著的线性正相关关系，真菌与土壤含水率则不具有相关性。细菌、真菌、放线菌的数量和微生物总数与10 cm处土温之间均不具有相关性，与土壤有机碳含量、全氮含量均表现为显著的正相关关系。土壤温度、土壤含水率、土壤有机碳含量及全氮含量对杉木人工林地土壤微生物数量的总贡献率为60%~70%。

本研究采用空间尺度上的一致性和时间尺度上的连续性探讨会同第2代杉木人工林地土壤微生物的数量、分布状况及其与土壤因子的关系，为深入了解杉木人工林生态系统的结构与功能提供基础数据，也为杉木人工林的营造及经营管理提供科学论据。而中国目前有关杉木连栽对土壤微生物的影响多是采用空间代替时间的方法来获得不同代际间的数据(张其水等，1991；杨玉盛等，1999；焦如珍等，1999)。本研究结果是在1年的时间内进行定位观测所获得的结果，反映了当年会同第2代杉木人工林地土壤微生物数量的分布状况及其与部分林地土壤因子的相关性，对于第2代杉木人工林地土壤微生物数量分布规律、区系及其生化特性和理化性质仍需进一步研究，同时还要继续进行不同经营管理模式的林地、不同林地类型、不同气候条件下的杉木人工林地长期定位观测和比较，以便能更系统地揭示杉木人工林连栽土壤微生物的变化规律，为中国杉木人工林的可持续经营提供科学理论依据与指导。