摘要 摘要：为深入理解城市土壤微生物碳源代谢活性，以北京城市公园绿地土壤为研究对象，采用Biolog-ECO微平板技术研究了不同历史年限公园〔AT(奥林匹克森林公园)、CHY(朝阳公园)、YYT(玉
摘要：为深入理解城市土壤微生物碳源代谢活性，以北京城市公园绿地土壤为研究对象，采用Biolog-ECO微平板技术研究了不同历史年限公园〔AT(奥林匹克森林公园)、CHY(朝阳公园)、YYT(玉渊潭公园)、TRT(陶然亭公园)、RT(日坛公园)、TT(天坛公园)，建设历史分别为8、32、52、317、486、592a)〕土壤微生物群落碳源代谢特征。
结果表明：北京市不同城市公园绿地土壤微生物利用碳源能力不同，AT的AWCD(平均颜色变化率)显著低于其他历史年限较长的公园(P<0。05)。不同城市公园绿地土壤微生物群落对不同类型碳源利用能力存在差异，AT土壤微生物对多聚物类碳源代谢能力较强，其他公园绿地土壤微生物对糖类和氨基酸类碳源的利用能力较强，所有公园绿地土壤微生物群落对羧酸类碳源的利用能力相对较弱。AT土壤微生物群落功能多样性显著低于其他公园(P<0。05)。
对土壤微生物群落碳源利用能力进行主成分分析结果显示，提取与土壤微生物碳源利用相关的主成分的累计贡献率为89。00%，对主成分分离起主要作用的碳源为糖类和氨基酸类物质。冗余分析(RDA)表明，不同城市公园土壤微生物碳源代谢能力的主要影响因素是总碳(TC);同时，值得注意的是，公园建设年限对不同城市公园绿地土壤微生物碳源代谢能力也有很强的影响。
关键词：城市公园,土壤微生物,功能多样性,Biolog-ECO微平板技术
土壤微生物在土壤有机质分解和生态系统养分循环的过程中扮演着重要角色，是生物地球化学循环和养分元素迁移转化的重要参与者[1-2]，影响植被的发育与演替[3]，对生态系统的稳定健康发挥着至关重要的作用。城市土壤微生物多样性作为土壤微生物多样性的重要组成部分，引起了人们的广泛关注[4-7]，但对城市环境中的土壤微生物群落以及城市化对其的影响研究较少。城市公园绿地作为城市中面积最大的绿地空间，在城市生态系统中起着至关重要的作用[8]，其生物多样性对公园绿地的健康发展至关重要，因此备受关注[9-10]。
目前,关于城市公园绿地生物多样性的研究主要集中在植物和动物[11]，对于土壤微生物多样性的研究相对缺乏。Ramirez等[6]研究发现，纽约城市中央公园的土壤中微生物多样性极其丰富，与全球数据库中的微生物多样性类似。Barberán等[12]也发现，与城市以外的样品相比，城市降尘中的微生物多样性并未呈现出显著降低的情况。
XU等[4]对我国不同城市的公园绿地土壤微生物多样性的研究发现，土壤pH、年均降水量、年均温度、年均湿度、城市日照时间、Mn和Mg是导致城市公园土壤细菌群落变异的主要因子，同时城市化也对城市公园土壤细菌群落组成有影响。公园草地土壤微生物多样性试验研究[13]表明，土壤pH是土壤理化性质中决定土壤微生物量、微生物组成和多样性的主要因子，并且植物物种丰度和植物生产力没有显示出和微生物多样性有显著的相关关系。
笔者所在课题组前期的研究发现，城市化对城市绿地土壤微生物多样性有显著影响，土壤pH是形成不同城市环路内土壤细菌多样性和群落组成的重要驱动因子[5]，并且发现城市发展可能使得土壤微生物群落功能多样性趋于同质化[14]。虽然研究结果认为，在城市发展过程中，环境因子可以解释土壤细菌多样性及群落组成变化的36。37%，但是仍有大约全部变异的63。63%不能被研究中的这些环境因子所解释[5]，说明城市发展对北京城市土壤微生物群落的影响极其复杂，还存在其他未知因子影响土壤微生物群落多样性。
已有研究认为，除了土壤特性及自然环境等因子外，人类活动导致的环境变化也展现出对土壤微生物有很大的影响，如施肥[15-16]、耕作方式[17-18]、土地利用历史[19-21]等。鉴于此，该研究选取城市不同历史年限公园作为研究对象，基于Biolog-ECO微平板技术分析了北京城市不同历史年限公园土壤微生物碳源代谢特征，以揭示城市公园土壤微生物群落功能多样性，探明城市公园土壤微生物碳源代谢特征的主要影响因子，探讨城市公园历史年限是否也是土壤微生物功能多样性的影响因素，以期为城市生物多样性研究及城市公园生态系统健康发展提供基础数据。
1材料与方法
1.1研究区概况及样品采集
北京市(39。4°N～41。6°N、115。7°E～117。4°E,中心位置39°54′20″N、116°25′29″E)位于华北平原北部，总面积16410。54km2。属典型的北温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥,春秋季短促，全年无霜期180～200d，年均气温13。4℃，年均降水量595mm。降水季节分配不均匀，全年降水的80%集中在夏季(6—8月)。该研究于2014年8月、9月进行土壤样品采集，选取北京城区内奥林匹克森林公园(AT)、朝阳公园(CHY)、玉渊潭公园(YYT)、陶然亭公园(TRT)、日坛公园(RT)、天坛公园(TT)6个公园作为采样点，共采集样品18个。
每个公园设置3个平行样地，每个样地选取3个样方进行重复取样，样地大小为10m×10m。公园内样地采用随机选取方式，设置的样地尽可能均匀的分布在公园内，同时选取的样地距离道路和公园围栏的距离大于10m，以减少干扰。取样时除去地表的凋落物层,垂直取0~15cm的土壤，每个样方内用五点取样法取样进行充分混匀后记做1个样品，除去植物残体、根系、石块等杂物，用无菌自封袋封装。将土壤样品分为两份，一份风干过2mm筛用于测定土壤理化性质，另一份用冰盒带回实验室放入4℃冰箱中保存待用。
1.2土壤微生物功能多样性测定
采用Biolog-ECO微平板对城市不同城市公园土壤微生物功能多样性进行研究。称取相当于10g干质量的鲜土于无菌三角瓶中，加入90mL0。85%的无菌生理盐水，在摇床上200r/min振摇30min后，静止沉淀15min,取上清液，采用十倍稀释法将其用无菌生理盐水稀释至浓度为10-3。在超净工作台上，将制备好的微生物菌悬浮液倒入无菌移液槽中，用八通道移液器以每孔150μL稀释液将菌悬液接种于Biolog-ECO微平板中，每孔150μL。最后将Biolog-ECO微平板置于28℃恒温培养箱中培养7d,每隔24h用酶标仪(BioTekELx808,USA)读取590nm处的吸光度值。
2结果与分析
2.1不同历史年限公园绿地土壤微生物群落的AWCD
AWCD能反映土壤微生物对Biolog-ECO板中不同类型碳源的整体利用能力，是土壤微生物活性、微生物群落功能多样性的一个重要指标[23-24]。随着培养时间的延长，不同城市公园土壤微生物群落AWCD呈现出升高趋势，24h时AWCD接近0，24~96h内AWCD处于指数增长期，120h后达到稳定期。
整个培养过程中，AT土壤微生物的AWCD明显低于其他公园，而TRT的土壤微生物的AWCD相对较高，说明AT土壤微生物碳源代谢水平较低，TRT土壤微生物碳源代谢水平相对较高。CHY、YYT、RT、TT土壤微生物的AWCD值无显著差异(P>0。05)，说明这些公园土壤微生物碳源代谢水平相近。培养第168h，TRT、YYT、TT、RT、CHY、AT的AWCD值分别为1.329、0.993、0.933、0.856、0.796、0.267。相同培养时间，不同城市公园土壤微生物的AWCD大小顺序为TRT>YYT>TT>RT>CHY>AT。
2.2土壤微生物群落对不同类型碳源利用特征
Biolog-ECO微平板中含有31种单一碳源，可划分为多聚物(4种)、糖类(10种)、氨基酸类(6种)、胺类(2种)、羧酸类(7种)、酚酸类(2种)共6大类。6个城市公园绿地土壤微生物对6类碳源的利用程度有差异，各公园土壤对不同类型碳源的利用能力也存在差异。
总体上看，AT的土壤微生物利用各类碳源的能力低于其他公园，且其土壤微生物以多聚物类碳源代谢为主，其他公园土壤微生物对糖类和氨基酸类碳源的利用能力较强，各公园对羧酸类碳源的利用能力相对较弱。值得注意的是，AT土壤微生物对酚酸类、羧酸类、糖类和氨基酸类碳源的代谢能力显著(P<0。05)低于其他公园，各公园土壤微生物对多聚物类碳源的利用能力无显著差异(P>0。05)。
3讨论
基于Biolog微平板技术，笔者得到了城市公园绿地土壤微生物群落对碳源的利用情况。不同城市公园土壤微生物对碳源的利用能力不同，这和笔者预期的结果一致。土壤环境被认为是土壤微生物群落组成和差异的主要因素[25]，而不同城市公园自身所处的小环境不同其土壤理化性质及人类干扰强度和建筑历史都存在差异，因此可能会导致土壤微生物对碳源的利用能力不同。
土壤微生物对碳源的利用能力是反映土壤微生物活性的重要指标[26]，该研究发现，AT的微生物碳源代谢能力明显较低，而TRT的AWCD值却呈现出较高的情况。分析发现，AT公园的建成时间较晚(只有8a)，而其他公园都有几十年或几百年的历史。NAN等[27]研究发现，公园历史年限改变了土壤微生物群落组成，城市公园建设过程中的土壤扰动可能改变了土壤微生物多样性，甚至可能影响了土壤微生物的活性。
同为百年历史的公园TRT土壤微生物碳源利用能力表现出高于RT和TT公园的情况，可能是由于人为活动的压力不同或所处的城市区域发展程度不同所致。YAN等[5]通过高通量测序发现，北京不同城市环路区域内土壤微生物多样性有显著差异。同时，土壤微生物中生长速度较慢和利用Biolog板中碳源能力较弱的微生物，不能很好地用Biolog技术进行表现[28]，这也可能是不同城市公园中土壤利用碳源能力不同的一个原因。
不同城市公园土壤微生物群落碳源代谢类型和代谢水平存在差异，AT土壤微生物对酚酸类、羧酸类、糖类和氨基酸类碳源的代谢能力显著低于其他公园(P<0。05)，各公园土壤微生物对多聚物类碳源的利用能力无显著差异(P>0。05)，各公园对羧酸类碳源的利用能力相对较弱。
研究发现，土壤中养分元素不同是造成土壤微生物组成差异的重要原因[29]，土壤微生物倾向于适应土壤环境条件的趋势，当土壤中某些类型碳源较少时利用这些碳源的微生物减少。城市公园绿地土壤微生物经过公园建设和后期人类使用过程中，偏好利用羧酸类碳源的微生物受到影响，因此与自然环境土壤微生物相比，羧酸类碳源的代谢能力较弱。
4结论
a)不同城市公园间土壤微生物利用碳源能力不同，TRT、YYT、TT、RT、CHY、AT的AWCD值分别为1.329、0.993、0.933、0.856、0.796、0.267。AT公园土壤微生物以多聚物类碳源代谢为主，其他公园土壤微生物以糖类和氨基酸类碳源代谢为主。城市公园土壤微生物群落对羧酸类碳源利用率较低。
b)AT公园土壤微生物群落功能多样性显著低于其他公园(P<0.05)。城市公园土壤微生物群落功能多样性与土壤理化性质相关性不显著。
c)土壤理化性质对不同城市公园土壤微生物碳源代谢能力影响显著(P<0.05)，其中主要影响因素是总碳(TC)，城市公园历史年限(Y)也是造成土壤微生物群落功能多样性差异的重要影响因素。
参考文献(References):
[1]FALKOWSKIPG,FENCHELT,DELONGEF。ThemicrobialenginesthatdriveEarth'sbiogeochemicalcycles[J]。Science,2008,320(5879):1034-1039。
[2]YERW,THOMASSM。Microbialnitrogencycles:physiology,genomicsandapplications[J]。CurrentOpinioninMicrobiology,2001,4(3):307-312。
[3]KENNEDYAC,SMITHKL。Soilmicrobialdiversityandthesustainabilityofagriculturalsoils[J]。PlantandSoil,1995,170(1):75-86。
[4]XUHuijuan,LIShun,SUJianqiang,etal。Doesurbanizationshapebacterialcommunitycompositioninurbanparksoils?acasestudyin16representativeChinesecitiesbasedonthepyrosequencingmethod[J]。FEMSMicrobiologyEcology,2014,87(1):182-192。
[5]YANBing,LIJunsheng,XIAONengwen,etal。Urban-development-inducedchangesinthediversityandcompositionofthesoilbacterialcommunityinBeijing[J]。ScientificReports,2016。doi:10。1038/srep38811。
[6]RAMIREZKS,LEFFJW,BARBERNA,etal。Biogeographicpatternsinbelow-grounddiversityinNewYorkCity'sCentralParkaresimilartothoseobservedglobally[J]。ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondonB:BiologicalSciences,2014。doi:10。1098/rspb。2014。1988。
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