不同土地利用方式下劍湖濕地土壤微生物活性研究

朱云軒

摘要：采用Li-8100A土壤CO2通量自動測量系統(tǒng)，對劍湖濕地省級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)7種主要土地利用方式下的土壤微生物活性進(jìn)行了測量，并對其相關(guān)影響因子進(jìn)行了分析與討論。研究結(jié)果表明：6月7種土地利用方式的土壤呼吸速率依次為：YC>YSL>LH>YM>LXD>SDT>LSL；10月7種土地利用方式的土壤呼吸速率依次為：YM>LXD>LH>YC>YSL>LSL>SDT。6月土壤微生物活性與土壤含水率、氨氮呈極顯著線性相關(guān)，與土壤全氮、堿解氮、有效磷呈顯著線性相關(guān)；10月土壤微生物活性與土壤含水率、pH值和氨氮呈極顯著線性相關(guān)，與土壤堿解氮、有機(jī)碳呈顯著線性相關(guān)。

關(guān)鍵詞：土地利用方式；土壤微生物；活性

中圖分類號：S154.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16749944（2017）10012303

1 引言

微生物活性又稱為微生物代謝活力，嚴(yán)格說是指微生物在某一時(shí)段內(nèi)所有生命活動的總和，或在環(huán)境介質(zhì)中微生物介入的所有過程的總和?？梢?，直接測定微生物活性近乎是不可能的，因而需要以其他指標(biāo)間接地來表征。土壤呼吸速率即是表征土壤微生物活性的重要指標(biāo)，土壤呼吸包括土壤微生物的呼吸、植物根系的呼吸以及原生動物的呼吸等，其中土壤微生物呼吸是土壤呼吸的主要來源。

嚴(yán)格意義上說，土壤呼吸包括未擾動土壤中產(chǎn)生CO2的3個生物學(xué)過程和1個化學(xué)氧化過程，即微生物呼吸和土壤有機(jī)質(zhì)分解過程（微生物異養(yǎng)呼吸 Rh）、植物根系和根際有機(jī)體呼吸過程（根系自養(yǎng)呼吸 Ra）、土壤動物呼吸過程（Rf）和含碳物質(zhì)的化學(xué)氧化過程。研究中即以Li-8100A土壤CO2通量自動測量系統(tǒng)野外測得土壤呼吸數(shù)值來表征土壤微生物活性。

劍湖是典型的高原湖泊，地處云南省西北部（簡稱滇西北），為滇西湖群之一。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，生活在劍湖周邊的人們也從未停止過對劍湖的利用，但是劍湖自身生態(tài)環(huán)境脆弱，在人為活動的強(qiáng)烈干擾下，其功能不斷衰減，生態(tài)環(huán)境也逐漸惡化，該研究從土地利用方式對土壤微生物的活性影響出發(fā)，對各種影響因子展開探討，旨在為優(yōu)化劍湖的科學(xué)合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

劍湖是云南高原濕地中的典型濕地，也是滇西北高原最具代表性的濕地類型之一，位于滇西北橫斷山脈中南段，大理白族自治州劍川縣境內(nèi)，緊靠縣城，地理位置介于東經(jīng)99°55′～99°59.5′，北緯26°25′～26°31.5′。劍湖南北長12.3 km，東西寬6.2 km，湖面海拔2168 m，2006年劍湖連同玉華水庫與二者周圍面山流域匯區(qū)及面山森林組成劍湖濕地省級自然保護(hù)區(qū)。本區(qū)域氣候受印度洋季風(fēng)氣候影響，屬南溫帶冬干夏濕季風(fēng)氣候類型，干濕兩季分明，年溫差小，日溫差大，多年平均氣溫12.3℃，極端高溫35.7℃，最冷均溫4.5℃，最熱均溫18.5℃，7月氣溫最高，1月氣溫最低。多年平均降雨量724.4 mm，無霜期151 d，年平均日照時(shí)數(shù)2218 h。該研究區(qū)域土壤均為沖積土。

2.2 土壤樣品采集

分別于2016年6月下旬及10月中旬進(jìn)行2次土壤樣品采集，在環(huán)湖路內(nèi)考察后選擇了撂荒地（LH）、楊樹林（YSL）、柳樹林（LSL）、玉米地（YM）、煙草地（YC）、輪歇地（LXD）、水稻田（SDT） 7種土地利用方式類型作為7個樣地。在每個樣地設(shè)立5個平行樣點(diǎn)，每個樣點(diǎn)采用正方形5點(diǎn)采樣法進(jìn)行5次重復(fù)取樣，由采樣點(diǎn)中心及其四周共5個點(diǎn)的土樣現(xiàn)場混勻，作為一個混合土壤樣品。采樣前先將土壤表面的植被小心去除，使用土鉆采集土壤表層0～20 cm土壤，充分混勻，剔除其中明顯的石礫和植物根系，土樣裝入無菌自封袋，約500g，并用冰盒迅速運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)干后用于測定土壤理化性質(zhì)。

2.3 研究方法

2.3.1 土壤理化性質(zhì)測定

土壤含水率、pH值、氨氮、硝氮、全氮、堿解氮、有效磷、有機(jī)碳均根據(jù)《土壤學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教程》內(nèi)方法測定。

2.3.2 土壤微生物活性測定

使用PVC環(huán)及Li-8100A土壤CO2通量自動測量系統(tǒng)在樣地原位測定土壤呼吸，布點(diǎn)方式對照土樣采樣時(shí)使用的正方形五點(diǎn)采樣法，每個樣地做5個重復(fù)。開始測定前將環(huán)刀內(nèi)的植物盡數(shù)剪除，以去除植物呼吸對測定的影響，并且在環(huán)刀位置固定后穩(wěn)定20～30 min，減少環(huán)刀內(nèi)環(huán)境的擾動。

2.3.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差及相關(guān)性分析，使用Microsoft Excel 2003軟件作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 主要土壤理化參數(shù)

3.2 不同土地利用方式下土壤微生物活性

由圖1 可知，6月不同土地利用方式下土壤微生物活性分別為14.968、9.256、7.172、5.52、3.352、1.706、1.256 μmol/（m2·s），其特征為YC>YSL>LH>YM>LXD>SDT>LSL，YC最高，SD和LSL最低；10月不同土地利用方式下土壤微生物活性分別為5.602、4.76、4.34、3.844、3.66、2.322、1.102μmol/（m2·s），其特征為YM>LXD>LH>YC>YSL>LSL>SDT，LSL和SDT最低，其他樣地差異不大?？梢姡徽撌窃?月還是在10月，SDT和LSL的土壤微生物活性都處于最低水平， 這與兩種樣地常年淹水的利用方式有關(guān)，有研究指出，基質(zhì)、水分、溫度等因素都會對土壤呼吸產(chǎn)生影響。此外，水稻的種植模式與SDT的土壤呼吸速率較低也有關(guān)，秧苗期的水稻需要很高的田間持水量，此時(shí)水層長期覆蓋土層，表層土壤中的微生物存活收到很大影響，而收獲期的水稻，土層覆蓋的水雖然被排出，但是土壤中好氧微生物無法在短期內(nèi)恢復(fù)，因此導(dǎo)致了SDT土壤的呼吸速率較低，這與朱英等（2015）對上海市郊不同耕地類型土壤微生物活性的研究結(jié)果相一致。對于LSL樣地，因其地處劍湖湖濱帶，常年淹水，土壤呼吸速率低的原因與SDT相類似。YC在6月呼吸速率明顯高于其他6種樣地，很可能是6月是煙草的生長旺盛期，煙農(nóng)施以肥料增加YC樣地的肥力，肥料的施用不僅促進(jìn)了煙草的生長，也使土壤微生物活性增強(qiáng)，呼吸速率增強(qiáng)，而10月YC的呼吸速率處于較低水平，與煙草連作的種植制度有關(guān)，煙草連作對土壤肥力消耗較大，煙葉收割后，土壤肥力無法在短期內(nèi)恢復(fù)，土壤微生物也無法獲取更多的養(yǎng)分，故而活性降低，呼吸速率降低，與6月時(shí)活性產(chǎn)生了明顯的差別。YC樣地的土壤呼吸速率在7種樣地中均處于中間水平，且6月與10月差異不大，這可能與玉米地的利用方式有關(guān)，6月是玉米生長旺盛期，有肥料施用，10月雖然玉米收取后土地閑置，但是有秸稈還田，在微生物的作用下，秸稈被分解，其中的養(yǎng)分也隨之再次進(jìn)入土壤，土壤微生物的生存狀態(tài)所受影響并不大，所以土壤呼吸速率變化也不明顯。

可見，不論是6月還是10月，土壤呼吸速率都與土壤含水率有著極顯著的線性相關(guān)關(guān)系（p<0.01），說明7種土地利用方式樣地的土壤呼吸速率都容易受到土壤含水率的影響。這也與朱英等對上海市郊不同耕地類型土壤微生物活性的研究結(jié)果相一致。但是，對比李會杰等對北京西部山區(qū)不同降雨處理的典型側(cè)柏林的土壤呼吸速率進(jìn)行的研究，其結(jié)果表明土壤呼吸隨著土壤含水率的增大而增大，呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，這與該研究相反，研究結(jié)果表明，土壤呼吸速率隨著土壤含水率的增大而降低，呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，這可能與不同地區(qū)土壤微生物區(qū)系不同有關(guān)。

4 結(jié)論

（1）6月不同土地利用方式下土壤微生物活性以YC為最高，SDT、LSL最低；10月不同土地利用方式下土壤微生物活性以YM為最高，LSL、SDT最低。

（2）6月、10月土壤微生物活性均與土壤含水率、氨氮呈極顯著線性相關(guān)；10月土壤微生物活性與土壤pH值也有顯著線性相關(guān)關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]Kuzyakov Y，Gabrichkova O. Time lag between photosynthesis and carbon dioxide efflux from soil： A review of mechanisms and controls[J]. Global Change Biology， 2010，16（12）：3386～3406.

[2]車榮曉，王 芳，王艷芬，等.土壤微生物總活性研究方法進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36（8） ： 2103～2112.

[3]池振明.現(xiàn)代微生物生態(tài)學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社， 2006：1～6.

[4]胡慧蓉，田 昆.土壤學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教程 [M] . 北京：中國林業(yè)出版社，2012.

[5]李會杰，饒良懿，宋丹丹，等.降雨對華北土石山區(qū)側(cè)柏林土壤呼吸的影響[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，36（9）：1～6.

[6]任天志. 持續(xù)農(nóng)業(yè)中的土壤生物指標(biāo)研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000，33（1）：68～75.

[7]肖宏現(xiàn). 劍湖濕地湖濱帶功能效益研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（13）：256～259.

[8]楊 嵐，李 恒，楊曉君.云南濕地[M].北京：中國林業(yè)出版社，2010：137～139.

[9]張寶元. 對保護(hù)高原湖泊劍湖的思考[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2011，30（2）：49～52.

[10]周 焱，徐憲根，王 豐，等. 武夷山不同海拔梯度土壤微生物生物量、微生物呼吸及其商值 （qMB，qCO2）[J]. 生態(tài)學(xué)雜志， 2009，28（2）：265～269.

[11]朱 英， 沈根祥，錢曉雍，等. 上海市郊不同耕地類型土壤微生物活性研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2015，38（1）：15～18.