賈鵬麗，馮海艷，李 淼

東北黑土區(qū)不同土地利用方式下農(nóng)田土壤微生物多樣性

賈鵬麗，馮海艷※，李 淼

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083）

為探究黑龍江省黑土區(qū)不同土地利用方式下土壤微生物多樣性，該研究主要采用Biolog Eco微平板法，以荒地為對照，研究了黑龍江省中部和西南部黑土區(qū)玉米、水稻、大豆及土豆4種不同土地利用方式下土壤微生物多樣性的變化。結(jié)果表明：1）可培養(yǎng)細菌的數(shù)量從大到小依次為土豆、水稻、大豆、玉米、荒地，但群落Shannon-Wiener多樣性指數(shù)從高到低依次為：荒地（2.18）、玉米（2.11）、土豆（2.00）、水稻（1.73）、大豆（1.49）；2）不同利用方式下黑土區(qū)微生物碳源利用程度大致隨培養(yǎng)時間的延長而升高，并且氨基酸、糖類以及聚合物類是黑土微生物代謝的最主要碳源；玉米地土壤微生物的Shannon-Wiener指數(shù)（3.18）、McIntosh指數(shù)（5.96）、豐富度指數(shù)（24.89）、及Simpson指數(shù)（0.95）比其他土地利用方式土壤微生物的多樣性指數(shù)高，而水稻田土壤微生物的多樣性指數(shù)最低，土豆、大豆與荒地土壤微生物的多樣性指數(shù)間無顯著差別；3）不同土地利用方式顯著影響了土壤微生物群落碳源代謝多樣性，并且對土壤微生物群落代謝特征起分異作用的主要碳源類型為糖類、氨基酸類和羧酸類，其中糖類尤為突出。該研究將有助于了解黑土區(qū)土壤微生物多樣性與土地利用方式之間的關(guān)系，為黑土區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供一定的科學(xué)依據(jù)。

土地利用；土壤；微生物；黑土區(qū)；功能多樣性；Biolog-Eco

0 引 言

土壤微生物參與土壤生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和養(yǎng)分循環(huán)[1]，影響生物的地球化學(xué)循環(huán)過程，其多樣性和群落組成在決定土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能和可持續(xù)性中起著重要作用[2]。近年來對土壤微生物群落和功能多樣性的研究已經(jīng)成為生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的熱點。碳源代謝多樣性作為功能微生物群落變化的一個重要指標(biāo)[3]，對了解微生物代謝功能多樣性提供可靠的依據(jù)，其中Biolog Eco微平板法可以根據(jù)不同的微生物群落對不同單一碳源的利用能力，反映出微生物代謝功能多樣性[4]，這種方法具有靈敏度高、分辨力強的優(yōu)點，可以最大限度地保留微生物群落原有的代謝特征[5]，對揭露土壤微生物結(jié)構(gòu)和功能多樣性的變化起著重要的作用。

土地利用方式的改變會影響土壤養(yǎng)分的循環(huán)與供應(yīng)，直接造成土壤質(zhì)地和地下微生物群落結(jié)構(gòu)的變化[6]，進而引起土壤微生物多樣性的改變。近些年國內(nèi)外利用Biolog Eco微平板研究了微生物多樣性，如沉積物[7]、活性污泥[8]等，這種方法能快速表征生態(tài)環(huán)境樣品的狀態(tài)；國內(nèi)許多學(xué)者把這種技術(shù)也應(yīng)用到眾多領(lǐng)域，鄧嬌嬌等[9]采用Biolog-Eco技術(shù)研究不同土地利用方式對遼東山區(qū)土壤微生物群落的多樣性的影響，結(jié)果表明林地土壤微生物多樣性高于耕地。朱珂等[10]對白漿土的研究也發(fā)現(xiàn)耕地的土壤微生物代謝活性最低，而草地的土壤微生物代謝活性最強，微生物生物量碳也最高，其次為林地，并且這3種土地利用方式土壤微生物對6類碳源的相對利用率以糖類、氨基酸類和羧酸類最高。秦紅等[11]研究指出林地可固持、滯留和保有更多的土壤養(yǎng)分，有較高的細菌多樣性和真菌多樣性。目前關(guān)于土壤微生物多樣性研究的重點集中在林地、草地等自然土壤中，且土地利用方式的改變會明顯影響土壤微生物活性、功能類群。而農(nóng)田土壤中，尤其是不同土地利用方式下農(nóng)田土壤微生物功能多樣性的研究尚有待深入。

黑土是中國重要的糧食生產(chǎn)基地[12]，土壤肥力高，對中國糧食安全重要作用。為探明黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中科學(xué)合理的土地利用方式，本文通過研究不同土地利用方式下黑土農(nóng)田土壤微生物的活性，即微生物利用單一碳源的能力，區(qū)分不同土地利用方式下土壤微生物群落的主要碳源類型，明確黑土微生物的代謝功能類群[13]，進而選擇合適的土地利用類型。土壤微生物中細菌約占土壤總體微生物的90%，因此細菌在很大程度上可以代表土壤微生物群落特征[14]。本文以黑龍江省中部及西南部黑土為研究對象，在細菌純培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，采用Biolog Eco法研究不同土地利用方式下土壤微生物群落多樣性的變化，以期為黑土區(qū)土壤科學(xué)持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

采樣區(qū)涵蓋綏化市與雙城市。綏化市位于黑龍江省中部（45°10′－48°06′N，124°53′－128°35′E），全市總面積3.5萬km2，地勢東北高、西南低，整體由低丘陵、高平原過渡為河谷平原，東部與伊春市交界，西部與大慶市毗鄰，南部與哈爾濱相連，北部與齊齊哈爾、黑河接壤；氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫2.4 ℃，年平均降雨量約504 mm；土壤類型主要包括草甸土、黑土、黑鈣土以及暗棕壤[15]。

雙城市位于黑龍江省西南部（45°08′－45°43′N，125°41′－126°42′E），處在松嫩平原典型黑土帶中南部，松花江上游南岸，西南部與吉林交界，東北部與哈爾濱市區(qū)接壤，全境為沖積平原和階地，地勢平坦，呈東高西低的馬鞍狀；屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫2.0～5.3 ℃，年降雨量400～500 mm；主要土壤類型為黑土[16]。

1.2 材料與方法

1.2.1 樣品采集、培養(yǎng)與擴增

在黑龍江省綏化市與雙城市分別按照4種土地利用方式（玉米、水稻、土豆、大豆）以及荒地進行采樣。每塊樣地設(shè)置重復(fù)樣方，每塊樣方采用“五點取樣法”進行取樣，將0～20 cm土壤表面的植被及凋落物剝離，每塊樣方采集的土壤樣品混合成一個樣品，分裝于無菌50 mL離心管中，及時蓋好蓋子，樣品采集之后用藍冰4 ℃保存，并及時運送回實驗室用以后續(xù)研究。

本文使用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基[17]（NM）、胰蛋白大豆蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基[18]（TSA）、以及R2A瓊脂培養(yǎng)基[19-20]（R2A）3種培養(yǎng)基對黑龍江省不同土地利用方式下的黑土進行細菌的分離與計數(shù)。用直接挑取菌落于50L無菌雙蒸水水?。?5 ℃）處理后制成的裂解液作為模板，采用細菌通用引物Bac27F 和U1492R 擴增細菌16S rRNA 基因，擴增片斷長度為1.5 kb，用于測定可培養(yǎng)細菌Shannon-Wiener（）多樣性指數(shù)。

1.2.2 土壤理化指標(biāo)測定

土壤基本理化指標(biāo)的測定依據(jù)《土壤農(nóng)化分析》進行測定[21]，其中全氮用半微量開氏法；全磷用堿熔-鉬銻抗比色法；土壤pH值用精密酸度計測定；有機碳的測定使用熱重鉻酸鉀-容量法；土壤微生物生物量碳的測定使用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法[22]。農(nóng)田采樣點土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 農(nóng)田區(qū)土壤樣品基本理化性質(zhì)

1.2.3 土壤微生物碳源利用多樣性測定

微生物群落功能多樣性采用Biolog Eco板法，其目的是測定各個生態(tài)板孔的吸光值隨著培養(yǎng)時間的變化。稱取3 g土壤樣品加入27 mL、濃度為0.145 mol/L的已滅菌氯化鈉溶液中[23]，振蕩30 min，靜置2～3 min，制成稀釋倍數(shù)為10-1的土壤稀釋溶液；取上述溶液的上清液3 mL，加入到27 mL NaCl溶液中，混勻，制成稀釋倍數(shù)為10-2的土壤稀釋溶液；再取以上混合液3 mL，加入到27 mL NaCl溶液中，混勻，最終制成稀釋倍數(shù)為10-3的土壤稀釋溶液。提前將Biolog Eco板預(yù)熱至室溫，將已制備好的上述10-3稀釋倍數(shù)的土壤稀釋溶液倒入無菌加樣槽中，使用八通道移液器將其接種于微孔板的96 個微孔中，每孔加入150L。將Biolog Eco微孔板放入25 ℃恒溫培養(yǎng)，每24 h使用Biolog Microsoft全自動微生物鑒定分型系統(tǒng)測定一次，讀取波長=590 nm的吸光值，連續(xù)測定讀數(shù)2周。

生物代謝強度采用平均顏色變化率（Average Well Color Development，AWCD）來描述，采用豐富度指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon多樣性指數(shù)以及McIntosh多樣性來表征土壤微生物功能多樣性。豐富度指數(shù)是指被利用的碳源的總數(shù)目，為每孔中（-）的值大于0.25的孔數(shù)。

平均顏色變化率：

AWCD=∑(C?)/31 （1）

Shannon多樣性指數(shù)：

H=?∑Pln(P) （2）

Simpson多樣性指數(shù)：

=1?∑(P)2（3）

McIntosh多樣性指數(shù)：

=SQRT(∑N2) （4）

式中C為各反應(yīng)孔在590 nm下的光密度值；為Eco板對照孔的光密度值；C?<0的孔均在計算中記為零，即C?≥0；P為第孔的相對吸光值與平板所有反應(yīng)孔相對吸光值總和的比率，即P=(C?)/Σ(C?)；N為第孔的相對吸光值[24]。

使用Excel 2007整理數(shù)據(jù)并作圖，用SPSS 25.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式可培養(yǎng)土壤細菌數(shù)量及多樣性

不同土地利用方式下可培養(yǎng)細菌總數(shù)存在著一定差異，從大到小依次為土豆、水稻、大豆、玉米、荒地（表2）。采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)計算可培養(yǎng)細菌多樣性[25]。不同土地利用方式下黑土細菌多樣性從大到小依次為荒地、玉米、土豆、水稻、大豆。在5種黑土樣品中，其多樣性指數(shù)的變化趨勢與土壤微生物菌落數(shù)目的變化趨勢并不完全一致。

表2 不同土地利用類型黑土可培養(yǎng)細菌菌落數(shù)目及多樣性

2.2 不同土地利用方式土壤微生物對碳源的利用

平均顏色變化率（AWCD）是通過土壤稀釋液對碳源利用的吸光值變化來表示土壤微生物活性，其變化能很好地反映整體微生物功能多樣性[26]。AWCD值越高表明土壤微生物密度越高、活性越大，反之亦然[27-28]。根據(jù)不同土地利用類型下的平均顏色變化率（AWCD）隨時間的變化（圖1）可以看出，土壤微生物一般需要24～48 h來實現(xiàn)代謝的增長。從48 h到培養(yǎng)結(jié)束，無論何種土壤微生物，其碳源代謝利用能力一直在增強，但是不同土壤利用類型下的代謝速率不同，總體上種植玉米的黑土中微生物對于碳源的代謝活性較強，而水稻土壤微生物的代謝活性最弱，荒地、土豆和大豆介于玉米和水稻之間，且三者無明顯差異。

圖1 不同土地利用類型下碳源利用平均顏色變化率

微生物對不同碳源的利用強度可以反映微生物的代謝功能類群[29]，根據(jù)化學(xué)基團的性質(zhì)將Biolog Eco板上的31種碳源分成6類，進一步分析每類碳源的平均顏色變化率。圖2為每類碳源利用的平均顏色變化率。

圖2 每類碳源利用的平均顏色變化率

不同土地利用類型下土壤微生物對不同類型碳源的利用強度明顯不同：玉米地土壤微生物對于氨基酸類和糖類的利用率最大；水稻田土壤微生物對其他類和氨基酸類的利用率最大；荒地土壤微生物對聚合物類和氨基酸類的利用率最大；土豆土壤微生物對聚合物類和糖類利用率最大；大豆土壤微生物對糖類和聚合物類利用率最大。由此可見，氨基酸、糖類以及聚合類是黑土微生物代謝的最主要碳源。

2.3 土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)分析

Shannon多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)等代謝多樣性指數(shù)能夠反映土壤微生物群落的功能多樣性。不同土地利用方式的微生物多樣性指數(shù)存在著顯著的差異（表3），種植玉米的土壤微生物的各項多樣性指數(shù)均顯著高于其他土地利用方式（<0.05），而水稻田的土壤微生物的各項多樣性指數(shù)均低于其他土地利用方式（<0.05），土豆和大豆土壤微生物的多樣性指數(shù)沒有顯著差異（<0.05）。

表3 黑土微生物碳源利用豐富度及多樣性指數(shù)

注：同列不同小寫字母表示顯著差異(<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (<0.05).

2.4 不同土地利用方式土壤微生物群落代謝多樣性

為了進一步探討不同土地利用類型下黑土微生物群落的碳源代謝變化情況，對培養(yǎng)192 h后測定的AWCD數(shù)據(jù)進行主成分分析（Principal Component Analysis, PCA），其中前2個主成分方差貢獻率為：54.43%和7.95%，累積方差貢獻率為62.38%。PC1得分系數(shù)差異顯著（=39.436，<0.01）。在PC1方向，玉米與其他4種土地利用方式有明顯的差異，玉米位于PC1的正端，而其他4種土地利用方式則位于負端，并且這4種土地利用方式之間的差異不顯著。主成分2得分系數(shù)差異不顯著（=2.050，>0.01），水稻位于PC2的負端，玉米、荒地、土豆和大豆在正端和負端均有分布（圖3）。

初始載荷因子反映主成分與碳源利用的相關(guān)系數(shù)，載荷因子越高表示碳源對主成分的影響越大。與主成分1具有較高相關(guān)系數(shù)的碳源（表4），可以看出，對PC1起分異作用的主要碳源有糖類8種、羧酸類7種、氨基酸類5種、胺類2種以及其他類化合物2種，是PC1主要的貢獻碳源，因而不同土地利用方式下的黑土土壤微生物功能群落主要受到以上這些碳源因子的制約。另外，聚合物類對于主成分1的分異作用不顯著。以上結(jié)果表明，對土壤微生物群落代謝特征起分異作用的主要碳源類型是糖類、羧酸類和氨基酸類，即不同土地利用方式微生物碳源代謝多樣性的差異主要體現(xiàn)在糖類、氨基酸類和羧酸類，其中糖類尤為突出。

圖3 不同土地利用類型下黑土微生物碳源利用的主成分變量

表4 黑土中與PC1顯著相關(guān)的碳源種類

3 討 論

在微生物多樣性的研究中，純培養(yǎng)方法是一種重要的技術(shù)手段，可用于直接獲得菌種資源、微生物的基因序列、形態(tài)、生理特性、代謝功能等信息[30]，利用純培養(yǎng)能夠更加全面地了解微生物的多樣性進而更好地利用這些自然資源[31-32]。不同培養(yǎng)條件下不同土地利用方式可培養(yǎng)細菌數(shù)量具有一定差異，總的來說土豆的土壤可培養(yǎng)細菌數(shù)目最多，其次是水稻、大豆、玉米的，荒地最少，但是荒地可培養(yǎng)細菌的Shannon-Wiener指數(shù)（）顯著高于其他土地利用方式。研究表明種植土豆可以使得土壤磷酸酶活性顯著增大，使土壤全磷和速效磷顯著增加[33]；與此同時，土壤過氧化氫酶活性也顯著增大，在細菌新陳代謝過程中加速其對于過氧化氫等有毒物質(zhì)的分解，在一定程度上促進細菌的生長。荒地中形成的細菌菌落數(shù)目最少，可能受到土壤樣品中各養(yǎng)分含量的影響較大[34]，并且有研究統(tǒng)計表明土壤pH值在弱堿性范圍內(nèi)，細菌數(shù)量會與之呈現(xiàn)較好的相關(guān)性[14]，且細菌最適生長pH值變化范圍屬于微堿性[35]，因此荒地中較高的pH值成為限制細菌數(shù)量的又一可能因素。但是荒地的可培養(yǎng)細菌多樣性指數(shù)最高，這可能是由于荒地上受到的人為活動干擾較少，盡可能保留了自身的自然環(huán)境，形成了較和諧、平衡的微域生態(tài)環(huán)境。其他土地利用方式下的黑土中植物種類較為單一，而荒地的植物凋落物來源豐富，因此微生物可利用的營養(yǎng)物質(zhì)來源多樣化，土壤各方面的養(yǎng)分含量較均衡，各類細菌均能夠在其中很好地生長，因而細菌多樣性指數(shù)較高[34,36]。

由于培養(yǎng)基種類的有限性使得關(guān)于自然界中大量的不可培養(yǎng)或者生長緩慢的細菌的研究難度較大。本文采用Biolog Eco微孔板法對微生物多樣性進行進一步的研究，可以看出不同土地利用方式下會對土壤微生物群落代謝活性產(chǎn)生顯著影響[28]。平均顏色變化率（AWCD）表征微生物群落碳源利用率，是土壤微生物群落利用單一碳源能力的一個重要指標(biāo)，反映了土壤微生物活性、微生物群落生理功能多樣性[36]；土壤微生物多樣性是土壤生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化、循環(huán)和利用的基礎(chǔ), 是土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可持續(xù)性的保障，反映了土壤微生物群落的功能多樣性[38]。不同土地利用方式的土壤，種植玉米的土壤微生物AWCD和各項多樣性指數(shù)均顯著高于其他利用方式，而水稻的AWCD和各項多樣性指數(shù)顯著低于其他土地利用方式，因此種植玉米可有效提高黑土中微生物對于碳源的代謝活性。研究表明，不同植物的根系分泌物種類和數(shù)量存在一定的差異，根系發(fā)達的植物根際土壤中根系分泌物和脫落物的種類和數(shù)量更多[39]，根系分泌物能改變植株周圍的土壤微環(huán)境，并對土壤微生物產(chǎn)生不同的生態(tài)效應(yīng)，從而影響了微生物的數(shù)量和區(qū)系組成[40-41]，進而影響微生物群落功能多樣性。土豆、大豆土壤微生物AWCD和各項多樣性指數(shù)與荒地差異不顯著，有可能是因為長期連作改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，有助于促使抑病土的產(chǎn)生[42]，使得其土壤微生物功能多樣性達到荒地的穩(wěn)定水平。因此不同土地利用方式對不同碳源的利用能力具有顯著差異。

微生物對不同類型碳源的相對利用程度可以反映微生物的代謝功能類群[43]。不同的土地利用方式下土壤微生物所利用的碳源種類各不相同，但氨基酸、糖類以及聚合類是黑土微生物代謝的最主要碳源。土壤微生物的多樣性與土壤環(huán)境密切相關(guān)，不同地區(qū)不同耕作方式等各種方面的差異都會影響土壤微生物的組成，進而導(dǎo)致微生物代謝功能多樣的差異[44]；朱珂等[8]對比研究了林地、耕地、草地的代謝特征發(fā)現(xiàn)耕地對糖類和氨基酸類相對利用率較高，農(nóng)田土壤微生物更偏好易于代謝的高能量底物，這與本研究略有差異，可能由于不同地區(qū)土壤微生物種群類型具有一定差異。通過主成分分析可知，張海芳等[45]對貝加爾針茅草原自由放牧、刈割和圍封三種土地利用方式進行土壤微生物研究，發(fā)現(xiàn)影響PC1的主要為糖類、氨基酸類和代謝中間產(chǎn)物及次生代謝物，而本文不同土地利用方式下微生物碳源利用的差異主要體現(xiàn)在碳水化合物、羧酸和氨基酸這3類碳源的利用上，可見人為的耕作會影響土壤性質(zhì)及土壤微生物的結(jié)構(gòu)[46]，使得不同土壤對碳源的利用情況有所不同；此外，植物在生長過程中會持續(xù)向根部土壤釋放糖類、氨基酸等有機物[47]，并且碳水化合物和酚酸類能夠分解土壤表層植物凋落物[48]，這使得根際土壤的物理和化學(xué)環(huán)境不斷改變，對根際微生物的種類和數(shù)量產(chǎn)生顯著影響[49]，這些影響可能是造成糖類對不同土地利用下土壤微生物群落代謝特征具有突出分異作用的主要原因。

4 結(jié) 論

1）黑龍江省黑土區(qū)不同的土地利用方式下土壤微生物群落數(shù)量及代謝功能存在差異：種植土豆的黑土可培養(yǎng)細菌數(shù)量（1.40×107CFU/g）最高，其次為水稻（1.17×106CFU/g）、大豆（6.47×105CFU/g）、玉米（4.37×105CFU/g），荒地的細菌數(shù)量（3.64×105CFU/g）最小但其可培養(yǎng)細菌多樣性指數(shù)（2.18）最高，可見人為活動會對土壤微生物產(chǎn)生一定影響。

2）種植玉米的黑土中微生物對于各類碳源的代謝活性均較強，并且玉米土壤微生物的Shannon-Wiener指數(shù)（3.18）、McIntosh指數(shù)（5.96）、豐富度指數(shù)（24.89）、及Simpson指數(shù)（）（0.95）比其他土地利用方式土壤微生物的多樣性指數(shù)大，而種植水稻的黑土微生物對于各類碳源代謝活性均較低，多樣性指數(shù)也較低，可見與水稻相比玉米較適宜黑龍江省黑土區(qū)土壤環(huán)境，所以在選擇作物類型種植時可以優(yōu)先考慮玉米。

3）4種土地利用方式中，黑土區(qū)土壤微生物碳源利用率最高的是氨基酸類，其次是糖類以及聚合類。糖類和氨基酸類是對土壤微生物群落代謝特征起分異作用的主要碳源類型，表明不同土地利用方式可以通過影響土壤有機物的輸入，進而影響土壤微生物功能多樣性。

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Soil microbial diversity of black soil under different land use patterns in northeast China

Jia Pengli, Feng Haiyan※, Li Miao

(,,100083,)

Soil microorganisms participate in the energy flow and nutrient cycle of soil ecosystem, affecting the geochemical cycle process of organisms. Their diversity and community compositions play an important role in determining the function and sustainability of soil ecosystem. The functional diversity of soil microbial community is one of the important indexes to express the soil microbial community and ecological function. Soil microbial diversities of black farmland under different land use types are of great significance to the rational utilization and protection of soil resources. This paper explored the diversity of black soil microorganisms under different land use patterns of farmland, including maize, rice, soybean and potato, and taking the wasteland as the control. The Biolog Eco microplate method and pure culture of bacteria were used to study the changes of soil microbial diversity under four different land use patterns in the black soil area of central and southwest Heilongjiang province. The results showed that: 1) The number of culturable bacteria from more to less were potato, rice, soybean, maize, wasteland, but the variation of Shannon-Wiener diversity index from high to lowwas: wasteland (2.18), maize (2.11), potato (2.00), rice (1.73), soybean (1.49). 2) The utilization degree of carbon source of microorganisms in black soil under different utilization patterns increased with the extension of culture time. We found that amino acids, carbohydrates and polymers were main carbon sources for the metabolism of microorganisms in black soil. The Shannon-wiener index (3.18), McIntosh index (5.96), richness index (24.89) and Simpson index (0.95) of maize soil microorganisms were higher than those of other land use patterns, among which the diversity index of rice soil microorganisms was the smallest. There was no significant difference between the diversity index of potato, soybean and wasteland. Maize was better suited to the soil environment of farmland in the black soil area of Heilongjiang Province. 3) Principal component analysis identified two principal component factors that were related to carbon sources and explained 54.43% and 7.95% of the variance, respectively. Principal component analysis showed that different land use patterns significantly affects the metabolic diversity of carbon sources in the soil microbial community, and the main types of carbon sources that differentiated the metabolic characteristics of the soil microbial community were carbohydrates, amino acids and carboxylic acids, among which carbohydrates were particularly prominent. It showed that different land use patterns can affect the functional diversity of soil microorganisms. The results of this study is helpful to understand the relationship between soil microbial diversity and land use patterns of farmland in black soil area and provides certain scientific basis for agricultural development and scientific and rational utilization of black soil resources.

land use;soils; microorganisms; black soil area; functional diversity; Biolog-Eco

賈鵬麗，馮海艷，李淼. 東北黑土區(qū)不同土地利用方式下農(nóng)田土壤微生物多樣性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36(20)：171-178.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.20.020 http://www.tcsae.org

Jia Pengli, Li Miao, Feng Haiyan, et al. Soil microbial diversity of black soil under different land use patterns in northeast China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(20): 171-178. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.20.020 http://www.tcsae.org

2020-06-17

2020-08-26

國家自然科學(xué)基金資助項目（41401286）；國土資源部公益性行業(yè)科研專項（200911020-01）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項（2010ZY15）

賈鵬麗，主要從事應(yīng)用地球化學(xué)研究。Email：1390843008@qq.com

馮海艷，副教授，主要從事應(yīng)用地球化學(xué)研究。Email：haiyan@cugb.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.20.020

P593

A

1002-6819(2020)-20-0171-08