刺竹林對於台灣西南部惡地土壤細菌群落的影響 (2018)

本論文刋登於 環境科學和土壤學的頂尖學術期刊
「土地劣化和發展(Land Degradation & Development)」

  本院生物多樣性研究中心邱志郁研究員領導之研究團隊,日前發現刺竹林可明顯改變惡地土壤中的微生物群落。刺竹林足以改善土壤的微環境,並減輕微生物生存的環境壓力。這項最新的研究成果已發表在環境科學和土壤學的頂尖學術期刊「土地劣化和發展(Land Degradation & Development)」。

  該篇論文是針對臺南左鎮、龍崎、高雄田寮等地,俗稱月世界的惡地所進行的研究。由泥岩所化育而成的惡地土壤,鹽鹼性甚高,不適宜植物生長,加上土壤質地黏重,透水性差,不易往底層滲漏。逢雨易形成地表逕流沖蝕表土,地形裸露崎嶇,遂有月世界之稱。刺竹是該地區能忍受惡劣環境的主要優勢植物。

  研究團隊針對上述三處樣區,分別採集刺竹林與裸露地土壤,分析其中的土壤生態機能及細菌多樣性,藉以瞭解刺竹林造林對於惡地土壤所造成的影響。藉由次世代定序技術,比較土壤細菌群落結構。裸露地土壤是以放線菌(Actinobacteria)和變形菌(Proteobacteria)為主;刺竹林土壤則是以酸桿菌(Acidobacteria)、放線菌、變形菌為主。

  裸露地土壤的環境壓力,是導致放線菌成為優勢族群的因素。裸露地土壤的水溶性碳和氮含量較低,但電導度和pH值皆高於刺竹林土壤。這些土壤性質,都會影響到細菌群落的結構和多樣性,包括酸桿菌、放線菌、α變形菌、γ變形菌的分布。使用典型對應分析較高豐富度的分類單元的分布進行比較,三處地點的刺竹林和裸露地土壤間皆呈現一致性的差異。

  DNA定序的結果顯示竹林土壤細菌的多樣性遠高於裸露地,但裸露地土壤明顯存在高量的硫氰酸氧化菌(Thiohalophilus),遂具備較高的硫氰酸鹽氧化活性。這類微生物在氧化硫氰酸鹽時,會釋出硫酸根,進而使得裸露地土壤存在較高的硫酸鹽濃度。這項結果,進一步證明了這兩種土壤細菌結構和代謝活性的差異。

  綜合而言,刺竹林在惡地環境中扮演關鍵的先驅植物,其所貢獻的有機物,可提升土壤保水性、通氣性。也因為落葉和根系的生長增添了土壤孔隙,有助於排水和洗去土壤中的鹽鹼成分。顯然刺竹林的生長,改善了土壤的微環境,足以減輕微生物生存的環境壓力,進而直接或間接地影響細菌群落的結構和多樣性。土壤中細菌多樣性增高,亦有助於豐富土壤生態系微小生物相的組成,並建構土壤中各種物質循環的機能。

  這篇論文的價值,是結合了該團隊先前在惡地土壤的研究成果,釐清惡地的瘠劣環境下,先驅植物和微生物可共同改善土壤物理化學性質的機制,進而為後續植被的演替提供基礎,得以建構多元而豐富的生物多樣性環境。

  利用刺竹林改善惡地土壤環境條件,技術上殆無疑問。只是時間和成本的考量,乃至於國人如何看待惡地的自然地形景觀的心態而已。

  論文的第一作者林育德,目前於本院生物多樣性研究中心從事博士後研究。

  論文全文請參考網站:

 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/ldr.2966

(a) 

 

(b)

 

(c)

臺南(a)左鎮、(b)龍崎、高雄(c)田寮等地,俗稱月世界的惡地。

刺竹是該地區能忍受惡劣環境的主要優勢植物,刺竹林對於土壤性質的改善具備重要意義。