不同林齡和栽培代次楊樹林土壤微生物量磷動態(tài)研究

趙和勝，王艮梅，韋慶翠，3，袁 潤，4，張煥朝*

(1.徐州市銅山區(qū)張集林場，江蘇 徐州 221116;2.南京林業(yè)大學(xué)森林資源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210037;3.泰州錦園綠化工程有限公司，江蘇 泰州 225300;4.太原羅克佳華工業(yè)有限公司，山西 太原 030032)

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗設(shè)在江蘇省宿遷市泗洪縣陳圩林場，林場位于東經(jīng) 118°18'，北緯 39°15'，屬暖溫帶大陸季風(fēng)氣候區(qū)，長年受西北冷氣流和熱帶洋面暖氣流的控制。年均降雨量897mm左右，降水主要集中在夏季(6～8月)，年均氣溫為14.1℃，全年平均無霜期為220d左右，平均日照為2 250～2 350 h。土壤質(zhì)地為粘壤土，試驗樣地的基本理化性質(zhì)見表1。各試驗樣地土壤pH值、土壤有機質(zhì)和全N差異不大。土壤全P除2代5年生樣地略低外，其他樣地也差異不大。土壤有效P含量，總體上楊樹人工林林地土壤均高于農(nóng)田土壤，除2代8年生較高外，各林地之間差異不大。

表1 試驗樣地土壤的基本理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

根據(jù)楊樹人工林的栽培林齡和連栽代次，構(gòu)建不同林齡和代次的試驗林小區(qū):分別為1代6年生林(F1)、1代10年生林(F2)、2代5年生林(S1)、2代8年生林(S2)，同時以農(nóng)田無林地作為對照(CK)。每塊試驗小區(qū)設(shè)計重復(fù)3個。各樣地的經(jīng)營管理措施一致，楊樹的株行距都為4m×7m。各樣地楊樹人工林在4年生時，停止套種，也不進行施肥管理。

1.3 供試土壤的采集制備及供試樹木

本次試驗采樣時間為2009年2月至2009年12月。根據(jù)試驗設(shè)計選定的試驗林小區(qū)，在每塊選好的試驗地上距離植株2m處(避免楊樹根系的影響)隨機選擇3個采樣剖面，隔月采集不同土層(0～10，10～20，20～40cm)的土壤樣品，采樣時將表層的凋落物除去，每次采集的樣品數(shù)為45(5×3×3)。樣品采回后，過2mm篩，放置4℃冰箱內(nèi)保存，用于測定土壤中微生物量磷。另一部分土壤樣品置于室內(nèi)自然風(fēng)干，經(jīng)研磨、過篩，供土壤理化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的測定。供試樹木為I-69楊(Populus×deltoids Bartr.cv‘Lux’)。1代6年生、1代10年生、2代5年生、2代8年生的楊樹平均樹高分別為13.56，16.19，11.66，14.61m，平均胸徑分別為19.53，27.12，13.64，19.31cm。

1.4 分析方法

土壤基本理化性質(zhì)指標(biāo)(土壤全N、全P、有效P、土壤pH、有機質(zhì))的測定按照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法》［3］。土壤微生物量磷測定采用氯仿熏蒸浸提法［4-5］。具體過程如下:

稱取過2mm篩的新鮮土樣(相當(dāng)于干土25.0 g)3份放入3個100mL燒杯中，氯仿蒸汽熏蒸24 h后用真空泵抽盡氯仿，然后將樣品轉(zhuǎn)移到250mL的三角瓶中，用0.5mol/L NaHCO3溶液在恒溫(25℃)振蕩機上振蕩浸提30min，過濾。同時做未熏蒸對照樣品。另取3份樣品，不熏蒸，加入一定量的P標(biāo)準(zhǔn)液，同樣振蕩浸提30min，過濾，以消除土壤對P可能的固定作用而產(chǎn)生的測定誤差。

取一定量的濾液用鉬銻抗比色法測定P含量。土壤微生物量磷按下式計算:

SMBP=25(S-C)/［0.4(Cp-C)］

式中 S——熏蒸土壤樣品 NaHCO3提取磷含量的平均值;

對具體項目完成情況的評價考核，可以采用多種方式進行，比如以小組為單位進行答辯或報告，教師根據(jù)答辯和報告的情況決定具體的得分。對于過程中學(xué)生們的貢獻，采取一些問答、考察等形式進行評價，學(xué)生得到的最后成績包括兩部分：個人成績和團隊成績。不但可以激勵學(xué)生更多投入小組的研究活動，更對成員之間的密切協(xié)作提供支持。通過這樣的設(shè)計，讓學(xué)生得到更充分的能力鍛煉和協(xié)作經(jīng)歷，包括合理分配工作等，對他們未來的工作實踐有直接的幫助。

C——未熏蒸對照土樣NaHCO3提取磷含量的平均值;

Cp——未熏蒸對照土樣添加 P標(biāo)準(zhǔn)液后NaHCO3提取磷含量的平均值;

25——換算系數(shù);

0.4——為熏蒸殺死的微生物占土壤微生物的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林齡和代次的土壤微生物量磷的動態(tài)變化

土壤微生物量雖然只占土壤有機質(zhì)的3%左右，但它卻是植物養(yǎng)料轉(zhuǎn)化、有機碳代謝及污染物降解的驅(qū)動力，在土壤肥力和生態(tài)系統(tǒng)中具有重要的作用。土壤微生物量磷，是土壤微生物對磷素礦化與固持作用的綜合體現(xiàn)，也是土壤有效P活性庫的主要部分，對土壤磷素的供應(yīng)和循環(huán)具有重要意

從圖1還可以清楚地看出，相同代次，不同林齡的表層SMBP含量變化差異明顯。1代10年生林的SMBP的含量平均比1代6年生林的低10.10mg/kg;同樣地，2代8年生的SMBP比2代5年生林的SMBP平均低1.12mg/kg。圖1還顯示，楊樹人工林的栽培代次對SMBP的含量存在顯著的影響。林齡相近的1代林的SMBP的含量都對應(yīng)的大于2代林的SMBP，在1 a的動態(tài)采樣期內(nèi)平均比2代林高出2.63～11.61mg/kg。這是因為隨著楊樹的林齡和栽培代次的增加，一方面楊樹從土壤中會吸收更多的磷素和其他養(yǎng)分元素，土壤的有機質(zhì)、全磷等含量呈下降趨勢，從而使得土壤磷的礦化速率下降，這與蔣永豐關(guān)于土壤氮素礦化特征的研究結(jié)果相似;另外，隨著林齡和義［6］。不同楊樹人工林樣地表層土壤(0～10cm)SMBP含量的年動態(tài)變化結(jié)果見圖1。從圖1中可以看出，除對照的農(nóng)田土壤外，各試驗林地SMBP的年變化動態(tài)基本相似?？傮w表現(xiàn)為2月SMBP含量最高，隨后至6月開始逐漸下降，在10月SMBP含量降至最低，之后SMBP在12月又迅速增加。即在溫度較低的冬、春季節(jié)SMBP的含量較高，而溫度相對較高的夏、秋季節(jié)SMBP的含量反而較低。這是由于上年林中積累的枯枝落葉為微生物的繁殖提供了能量來源，再加上冬、春季節(jié)降雨少，土壤通氣性良好，促進了地表營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，為微生物的生長繁殖創(chuàng)造了良好的條件，使得土壤中微生物的數(shù)量較多，且12月溫度低，代謝弱，微生物只需較低的能量供給便可生存。而在溫度較高的夏、秋季節(jié)(如6～10月)，林木生長比較旺盛、代謝穩(wěn)定，土壤從林木獲得的能量物質(zhì)較少。而且，夏季林木的枝葉茂密，郁閉度高，林下通風(fēng)狀況不良，通氣狀況較差也是造成土壤微生物數(shù)量較低的原因之一。另外，由于夏季降水占全年降水量的76%，此時土壤的含水率較高，過多的水分使得土壤微生物不能正常的生長繁殖。林地SMBP全年表現(xiàn)出“高-低-高”的變化趨勢。因為農(nóng)田無林地人為干擾因素過多，如冬耕曬垡，春季播種前的施肥，夏季的除草等，都可能導(dǎo)致了農(nóng)田SMBP含量全年動態(tài)的復(fù)雜變化，SMBP最低值出現(xiàn)在8月(15.25mg/kg)，高峰值出現(xiàn)在12月(37.35mg/kg)。

各試驗林地10～20cm和20～40cm土層SMBP的動態(tài)變化結(jié)果如表2，3所示?？傮w上，SMBP在1 a中隨時間的動態(tài)變化規(guī)律與表層0～10cm的相似。代次的增加，土壤的容重呈增加趨勢，這就勢必對土壤中微生物的活性產(chǎn)生負(fù)面影響，從而使得土壤有機磷素礦化呈下降趨勢［7］。

圖1 不同林齡和栽培代次楊樹人工林表層(0～10cm)SMBP年變化動態(tài)

2.2 不同林齡和栽培代次楊樹人工林土壤微生物量磷剖面分布

不同林齡的1代林和2代林在1 a中不同采樣時間的SMBP剖面分布結(jié)果見表2和表3。從表2，3可以看出，1代林和2代林地SMBP在土壤剖面上的垂直分布的規(guī)律相類似，即SMBP的含量隨著土層的加深都對應(yīng)降低。在整個試驗期內(nèi)各試驗林地0～10cm土層的SMBP的含量分別平均比10～20cm和20～40cm土層的高出5.00mg/kg和14.21mg/kg(CK)，8.79mg/kg和16.42mg/kg(F1)，4.87mg/kg和 9.80mg/kg(F2)，7.20mg/kg和 9.64mg/kg(S1)，4.74mg/kg和6.80mg/kg(S2)。

表2 不同林齡1代楊樹人工林SMBP的垂直分布mg/kg

表3 不同林齡的2代楊樹人工林SMBP的垂直分布mg/kg

從表2，3還可看出，不同土層的SMBP的年變化規(guī)律相似，但在垂直剖面的含量分布存在差異。1代6年生林的SMBP年平均含量比2代5年生林的分別高11.60mg/kg(0～10cm)、10.01mg/kg(10～20cm)和4.82mg/kg(20～40cm)，而1代10年生林的SMBP年平均含量比2代8年生林分別高2.63mg/kg(0～10cm)、2.50mg/kg(10～20cm)和-0.37mg/kg(20～40cm)。表2，3還顯示，林齡對SMBP的含量存在影響，在采樣的3個土層內(nèi)，1代6年生林SMBP的年平均含量比1代10年生林SMBP高47.67%～59.06%，但2代5年生林與2代8年生林的 SMBP含量則相差較小，最大不足8%。

2.3 不同林齡和代次楊樹人工林土壤微生物量磷與土壤有機質(zhì)、全氮、全磷和有效磷的相關(guān)性

同氮素類似，土壤中大部分礦化的磷主要來自土壤微生物量，微生物量磷對土壤磷素供應(yīng)和循環(huán)具有重要的意義。很多研究表明，土壤微生物量磷的含量與土壤各項性質(zhì)有關(guān)，尤其是土壤的有機質(zhì)、氮、磷含量等有關(guān)。本研究對不同林齡和代次的土壤各土層SMBP含量的全年動態(tài)變化的平均值與土壤有機質(zhì)、全氮、全磷和有效磷進行了相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示。從表4中可以看出，SMBP與土壤有機質(zhì)、全氮和全磷呈極顯著相關(guān)關(guān)系。這與以往的很多研究結(jié)果相似［8-9］。Van Gestel等(1992)研究認(rèn)為，土壤微生物量與土壤有機碳、氮和磷的含量密切相關(guān)［10］。在本研究中，SMBP與土壤有效磷含量之間無顯著相關(guān)關(guān)系，這一結(jié)果不同于以往其他類似的研究［5］，究其原因，可能是研究對象中植被類型不同，以及當(dāng)?shù)貤顦淙斯ち纸?jīng)營過程中，前期楊樹郁閉前(約4～5年生)常套種小麥等農(nóng)作物，并施肥耕作等。

表4 SMBP含量與土壤有機質(zhì)、全氮、全磷和有效磷含量的相關(guān)方程

3 結(jié)論

(1)不同林齡和代次的林地SMBP年動態(tài)變化規(guī)律相似，總體表現(xiàn)為2月SMBP的含量最高，10月的含量最低，即溫度較低的冬、春季節(jié)SMBP含量較高，而溫度較高的夏、秋季節(jié)SMBP含量較低。

(2)楊樹人工林的林齡和栽培代次對SMBP存在影響，隨著林齡和代次的增加，SMBP含量降低。

(3)SMBP在土壤剖面上的分布規(guī)律均表現(xiàn)為隨著土壤層次的加深而呈下降趨勢，但不同林齡和栽培代次的林分有差異。

(4)SMBP含量與土壤有機質(zhì)、全氮和全磷含量呈極顯著相關(guān)關(guān)系，而與土壤有效磷含量無顯著相關(guān)性。

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