巨桉人工林根際可培養(yǎng)土壤微生物數(shù)量的季節(jié)變化

崔炳華，蔣 勇，陳紹武，晉明瑞，胡開波，王守強

(1.重慶市萬州區(qū)林業(yè)局，重慶 萬州 404000;2.四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 610081)

巨桉(Eucalyptus grandis)屬于強陽性速生用材樹種，干形通直圓滿、自然整枝好、萌蘗能力強、輪伐期短、經(jīng)濟價值搞，天然分布于澳大利亞東海岸。四川省1986年開始引種巨桉，現(xiàn)已建立示范推廣林2900 hm［1］2。四川盆地低山丘陵區(qū)650 m以下為巨桉引種適生區(qū)，其中，盆地南部的樂山、宜賓和瀘州一線為最適引種區(qū)。隨著桉樹人工林的大力發(fā)展帶來了顯著的社會、經(jīng)濟效益，但是也引發(fā)了一些諸如“綠色沙漠”、“抽肥機”、“人工林顯著降低了鄉(xiāng)土植物多樣性”等生態(tài)問題［2］。加強桉樹人工林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的研究，對于提高桉樹人工林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營和管理水平具有重要意義。

土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的積極參與者。根際是指根與土界面2 mm范圍內(nèi)的微區(qū)土壤，是根系生命活動和代謝對土壤影響最直接和最強烈的區(qū)域。土壤微生物在根際大量繁殖構(gòu)成了一個旺盛的生物活性區(qū)，強烈的影響著植物的生長發(fā)育。旺盛的根際微生物的代謝作用加強了有機質(zhì)的分解，促進了植物營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化，也能促進土壤磷元素和其它礦質(zhì)營養(yǎng)的可給性，由此產(chǎn)生根際效益，即根際和根外土壤中微生物的比值(R/S)［3］。根際微生物更能確切的反映微生物對土壤生物活性及林木生長的影響［17］。在桉樹人工林平衡施肥和生物改良技術(shù)研究中［16］，土壤微生物區(qū)系可作為評價土壤肥力和評價各種營林措施效果的一個重要參數(shù)。目前，有關(guān)四川巨桉人工林土壤微生物［4，5］和根系土壤酶活性［6］已有研究，但關(guān)于巨桉人工林根際土壤微生物的研究還未涉及，本試驗對巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)根際與根外可培養(yǎng)土壤微生物數(shù)量季節(jié)動態(tài)進行了研究，并對比毗鄰青岡次生林生態(tài)系統(tǒng)的根際土壤微生物和土壤有效養(yǎng)分，以期為巨桉人工林土壤肥力的維持和生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗地位于四川省洪雅縣洪川鎮(zhèn)巨桉定位觀測試驗示范林(102°29'～ 103°21'E，29°24'～ 29°54'N)，土壤類型為山地黃壤和酸性紫色土，地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林，所在地區(qū)氣候為亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫為16.8℃，最高氣溫26.8℃，最低氣溫－3.3℃，年平均降水量1493.8 mm。1999年退耕還林后開始種植巨桉人工林，示范林每個小區(qū)面積約0.067 hm2，共計30個小區(qū)。在巨桉毗鄰位置選擇立地條件基本一致的青岡次生林作為對照林分。經(jīng)過典型抽樣，在巨桉人工林和青岡次生林內(nèi)分別設(shè)立3個面積為20 m×20 m的標準地。調(diào)查林下植物種類，并對喬木樹種進行每木檢尺，試驗地立地條件及林分特征見表1。林下灌木主要有油茶(Camellia oleifera)、柃木(Eurya spp.)、牛奶子(Elaeagnus umblellata)、胡頹子(Elaeagnus pungens)等，草本植物有鐵角蕨(Asplenium spp.)、懸鉤子(Rubus spp.)、淡葉竹(Lophaterum gracile)、莎草(Cyperus spp.)、鴨趾草(Commelina spp.)。

表1 試驗地立地條件及林分特征Table 1 Site conditions and stand characteristics

2 材料與方法

2.1 土壤采樣

土壤樣品采集于2006年3月、6月、9月、12月的月初，分別代表春夏秋冬四季樣品。在每個標準地內(nèi)選擇3株平均木，在樹冠投影處先除去灌木草本植被和土壤表層的凋落物，再挖取土壤剖面。由于巨桉根系主要分布于0～40 cm土層，取0～20 cm帶根系的土塊，同時取根外土壤。采集的土塊和土壤放入無菌塑料袋內(nèi)置于有冰袋的保鮮盒中運回實驗室。根際土壤采取帶根系的土塊抖落法剝?nèi)。驹囼灨H土壤將采樣擴至離根表面5 mm范圍。根外土壤過2 mm篩后混合均勻并分成兩份，一份保存于4℃用于微生物數(shù)量測定，一份自然風干，研磨過篩后供土壤基本化學性質(zhì)測定。

2.2 實驗分析

土壤中好氣性細菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)方法，真菌采用馬鈴薯－蔗糖培養(yǎng)方法，放線菌采用改良高氏1號培養(yǎng)方法測定(土壤微生物研究法，1985)，細菌、真菌、放線菌均采用平板計數(shù)法計數(shù)。土壤理化指標測定參照《林業(yè)標準匯編(營造林卷)》，土壤有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀法，土壤水解氮測定擴散皿法，土壤速效鉀測定采用源自分光光度計分析，土壤有效磷測定采用雙酸浸提法。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

統(tǒng)計分析采用SPSS11.5 for windows統(tǒng)計軟件，巨桉林根際和根外土壤微生物數(shù)量比較、不同林分根際土壤微生物比較和根系土壤養(yǎng)分比較采用都單因素方差分析(One-way ANOVA)，檢驗土壤微生物數(shù)量在季節(jié)變化和林分類型上的差異。細菌、真菌、放線菌數(shù)量與土壤養(yǎng)分因子的關(guān)系采用Pearson相關(guān)分析。

3 結(jié)果分析

3.1 根際與根外土壤微生物季節(jié)動態(tài)

從表3可以看出，土壤微生物受季節(jié)變化的影響顯著。根際與根外土壤好氣性細菌數(shù)量季節(jié)變化趨勢:秋季＞春季＞夏季＞冬季，放線菌季節(jié)變化趨勢:春季＞秋季＞夏季＞冬季。方差分析表明，秋季細菌數(shù)量顯著高于夏季和冬季，放線菌數(shù)量春季顯著高于冬季(P＜0.05)，與夏季和秋季差異不顯著(P＞0.05)，而真菌數(shù)量季節(jié)之間差異不顯著(P＞0.05)。

根際土壤微生物與根外土壤微生物的數(shù)量比較發(fā)現(xiàn)(圖1)，巨桉人工林具有明顯的根際效應(yīng)，R/S值在各個季節(jié)都處于1～2之間，其中微生物總數(shù)的R/S值為1.40，好氣性細菌的R/S值為1.40，放線菌的R/S值為1.40，真菌的R/S值為1.41。方差分析表明，各季節(jié)根際土壤細菌、真菌和放線菌的數(shù)量顯著高于根外土壤(P＜0.05)。

3.2 根際土壤微生物和土壤養(yǎng)分

巨桉人工林0～20 cm根際土壤微生物數(shù)量的年平均值表現(xiàn)為:好氣性細菌＞放線菌＞真菌。其中，好氣性細菌數(shù)量在微生物總數(shù)中處于絕對優(yōu)勢地位，大約占微生物總數(shù)的90%以上，放線菌數(shù)量次之，真菌數(shù)量最少。由表2可以看出，巨桉人工林根際土壤好氣性細菌、真菌和水解氮、有效磷顯著高于相鄰青岡次生林，只有根系土壤的速效鉀顯著低于青岡次生林，放線菌數(shù)量和土壤有機質(zhì)含量兩個林分沒有顯著差異。

圖1 巨桉人工林根際與根外土壤微生物季節(jié)動態(tài)(0～20 cm土層)

表2 巨桉人工林與青岡次生林根際土壤微生物及根系土壤養(yǎng)分比較Table 2 The comparison of microorganism and nutrient of rhizosphere soil in Eucalyptus grandis and Cyclobalanopsis glauca

3.3 根際土壤微生物和土壤養(yǎng)分相關(guān)關(guān)系

表3分析可知，巨桉人工林根際土壤好氣性細菌、放線菌、真菌數(shù)量與根系土壤養(yǎng)分之間都呈正相關(guān)關(guān)系，特別是土壤有機質(zhì)、水解N、速效P與可培養(yǎng)微生物數(shù)量都呈極顯著相關(guān)，只有速效K與好氣性細菌的相關(guān)性不顯著，表明巨桉人工林根際土壤微生物與根系土壤養(yǎng)分之間存在密切的關(guān)系，這可能是根系的分泌物和土壤酶活性提高了根系土壤養(yǎng)分的有效性。

表3 巨桉人工林根際土壤微生物與根系土壤養(yǎng)分的相關(guān)系數(shù)Tab3 The correlation coefficients beteween rhizosphere soil microorganism and soil nutrients

4 討論與結(jié)論

細菌、放線菌和真菌是土壤微生物的3大類群是“植物－土壤－微生物”生態(tài)系統(tǒng)中數(shù)量最多的成員，其數(shù)量和組成比例對維持人工生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能有重要價值［3］。巨桉人工林地土壤微生物類群的季節(jié)生態(tài)分布規(guī)律發(fā)現(xiàn)，微生物數(shù)量均以秋季最多，春季次之［5］。本研究發(fā)現(xiàn)，巨桉人工林根際與根外細菌和放線菌季節(jié)動態(tài)表現(xiàn)出的規(guī)律基本一致，數(shù)量最多的是秋季，數(shù)量最少的是冬季;而土壤真菌的數(shù)量季節(jié)動態(tài)略有不同。相似的研究也發(fā)現(xiàn)［15］，尾巨桉幼苗根際土壤微生物主要集中在0～20 cm的土層中且表層的土壤酶活性最大。根際好氣性細菌占土壤微生物總數(shù)量的90%以上且非常活躍，這與前期巨桉人工林土壤微生物類群的生態(tài)分布規(guī)律研究結(jié)果一致［5］，說明土壤表層有足夠的好氣性細菌來分解枯枝落葉并形成有機質(zhì)，從而提高了土壤養(yǎng)分狀況。巨桉凋落物在夏季高溫高濕的環(huán)境下分解迅速［6］，可能導致土壤微生物數(shù)量急劇增加。同時，林下多樣的灌木、草本的生長又為好氣性細菌提供了豐富的凋落物來源，為巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動提供了保障。

根系分泌物可以通過改善根際養(yǎng)分環(huán)境提高養(yǎng)分的生物有效性，因此，林木根系對其周圍的土壤微生物的數(shù)量和活性具有重要的影響［10～14］。巨桉人工林細菌、真菌和放線菌四季的平均R/S值1.40，說明根際正效應(yīng)明顯，根際土壤微生物和土壤有效養(yǎng)分之間大多表現(xiàn)為顯著或極顯著正相關(guān)，說明根際土壤微生物對土壤的改良和肥力的提高等都有著積極的意義。同樣的研究也證明，不同林齡馬尾松林根際土壤中微生物總數(shù)及細菌、真菌、放線菌數(shù)量、土壤酶活性及土壤養(yǎng)分中的有機質(zhì)、全N、速效N均高于非根際［18］。但也有研究表現(xiàn)出根際負效應(yīng)，如杉木的根系分泌物對根際放線菌均有抑制作用［12］，櫟林根系分泌物對固氮菌有抑制作用［14］，而使根際微生物的數(shù)量低于非根際。有關(guān)巨桉人工林的前期研究也發(fā)現(xiàn)，同農(nóng)耕地和青岡次生林地相比，土壤微生物有明顯的數(shù)量和種類組成的優(yōu)勢［4］。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，巨桉人工林根際好氣性細菌、放線菌、真菌數(shù)量都高于相鄰青岡次生林，根系土壤有效養(yǎng)分指標顯著或極顯著高于青岡次生林，說明在相同立地條件下，巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)比青岡次生林更有利于根系土壤微生物的生長。同時，巨桉人工林根系土壤酶活性也大都優(yōu)于毗鄰鄉(xiāng)土樹種青岡次生林［6］，表明研究區(qū)的巨桉示范林在科學的經(jīng)營管理措施下能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)經(jīng)營，生態(tài)效益良好。

［1］張健，楊萬勤.短輪伐期巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)［M］.四川:四川出版集團，2008.

［2］溫遠光.桉樹生態(tài)、社會問題與科學發(fā)展［M］.北京:中國林業(yè)出版社，2008.

［3］楊萬勤，張健，胡庭興，等.森林土壤生態(tài)學［M］.四川:四川出版集團，2006

［4］馮健，張健，梁劍.巨桉人工林地土壤微生物類群的初步研究［J］.四川農(nóng)業(yè)大學學報，2005，23(3):300 ～304.

［5］馮健，張健 巨桉人工林地土壤微生物類群的生態(tài)分布規(guī)律［J］.應(yīng)用生態(tài)學報，2005，16(8):1422 ～1426.

［6］倪彬，張健，馮茂松，等.巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)根系土壤酶活性研究［J］.四川農(nóng)業(yè)大學學報，2007，25(3):311 ～315.

［7］劉洋，張健，馮茂松.巨桉人工林凋落物數(shù)量、養(yǎng)分歸還量及分解動態(tài)［J］.林業(yè)科學，2006，42(7):1 －10.

［8］項東云.華南地區(qū)桉樹人工林生態(tài)問題的評價［J］.廣西林業(yè)科學，2000，29(2):57 ～64.

［9］王震洪，段昌群，起聯(lián)春，等.我國桉樹林發(fā)展中的生態(tài)問題探討［J］.生態(tài)學雜志，1998，17(6):64 ～68.

［10］楊玉盛，俞新妥，邱仁輝，等.不同栽杉代數(shù)根際土壤肥力及生物學特性變化［J］.應(yīng)用與環(huán)境生物學報，1999，5(3):254～258.

［11］焦如珍，楊承棟.不同代杉木人工林根際及非根際土壤微生物數(shù)量及種類的變化［J］.林業(yè)科學研究，1999，12(1):13～18.

［12］蔣秋怡，葉仲節(jié)，錢新標，等.杉木根際土壤微生物和酶活性初探［J］.土壤，1993，25(5):271～273.

［13］田呈明，劉建軍，粱英梅，等.秦嶺火地塘林區(qū)森林根際微生物及其土壤生化特性研究［J］.水土保持通報，1999，19(2):19～22.

［14］楊玉盛，何宗明，鄒雙全.格氏栲天然林與人工林根際土壤微生物及其生化特性的研究［J］.生態(tài)學報，1998，18(2):198～202.

［15］牛芳華，李志輝，周德明，等.尾巨桉幼苗根際土壤微生物分布特點及酶活性［J］.中南林業(yè)科技大學學報，2011，31(3):151～155.

［16］徐永榮，劉有美，韓錦光，等.雷林1號桉營養(yǎng)平衡與施肥研究［M］.北京:中國林業(yè)出版社，1995.

［17］司美茹，趙云峰.黑松林根際土壤微生物區(qū)系及其養(yǎng)分研究［J］.曲阜師范大學學報，2009，35(2):104 ～409.

［18］梅杰，周國英.不同林齡馬尾松林根際與非根際土壤微生物酶活性及養(yǎng)分特征［J］.中南林業(yè)科技大學學報，2011，31(4):46～49.