馬尾松與鄉(xiāng)土闊葉樹種凋落葉混合分解過程中微生物生物量特征

張艷，李勛，宋思夢，周揚(yáng)，張健

1.四川民族學(xué)院橫斷山區(qū)生態(tài)修復(fù)與特色產(chǎn)業(yè)培育研究中心，四川 康定 626001；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院生態(tài)林業(yè)研究所/生態(tài)林業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/長江上游生態(tài)安全協(xié)同創(chuàng)新中心，四川 成都 611130

微生物一直都被認(rèn)為是森林中凋落物的重要分解者和還原者，直接參與森林中土壤與凋落物的各種生物化學(xué)進(jìn)程。微生物活體的總物質(zhì)量被認(rèn)為是微生物生物量，微生物生物量可以用作參與營養(yǎng)循環(huán)和凋落物分解過程中微生物數(shù)量的參考指標(biāo)之一，同時(shí)也可用作評估土壤肥力的一個(gè)重要參考指標(biāo)（胡亞林等，2005）。凋落物的質(zhì)量和數(shù)量可以通過影響微生物對分解底物的控制程度以及對難降解物質(zhì)的分解程度，繼而對微生物生物量產(chǎn)生一定的影響（Wardle，2010）。如Hu et al.（2005）的研究發(fā)現(xiàn)，杉木林轉(zhuǎn)變?yōu)樯奸熁旖涣趾蟮蚵湮锘瘜W(xué)組成的變化可以影響土壤微生物，且會(huì)因?yàn)殚熑~比重的增加在一定程度上改善土壤養(yǎng)分情況和增加微生物的活性。微生物生物量碳（MBC）含量主要是表征凋落物在分解過程中活體微生物的生物量以及數(shù)量（Larsen et al.，2002）。微生物生物量氮（MBN）含量一直是反映微生物在凋落物分解過程中利用N特性的重要指標(biāo)之一，更是凋落物在分解過程當(dāng)中N的釋放以及轉(zhuǎn)化的重要環(huán)節(jié)（Guan et al.，2008）。對比單一種類的凋落物，混合凋落物底物的多樣性為各種不同種類型的微生物的生長和繁殖提供了更加多樣化營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而提高了微生物生物量碳、氮的含量（廖利平等，2000）。研究表明針葉凋落物的C/N、木質(zhì)素/N、高萜類物質(zhì)和酚含量高，其在分解過程中MBC含量均相對低于闊葉凋落物（Taylor，1989；Guan et al.，2008）。

在中國，馬尾松林有1001萬公頃，是南方主要造林樹種之一，常因林地枯落物營養(yǎng)差且分解緩慢而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，對中國南方林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。針葉與闊葉樹種混合栽培能豐富生態(tài)系統(tǒng)中物種的多樣性、改進(jìn)凋落物化學(xué)構(gòu)成，更加有效地提高和改善了林地土壤肥力、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能（樊后保等，2006；王青天，2012；陳燕藝，2014），能緩和由馬尾松純林針葉凋落物緩慢分解而致使的森林土壤肥力越來越低的狀態(tài)。選擇具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的闊葉鄉(xiāng)土樹種與馬尾松進(jìn)行混合種植不僅存活率高而且能帶來一定的經(jīng)濟(jì)收入。然而，如何選擇和搭配闊葉樹種是營造混交林首先要解決的問題。養(yǎng)分循環(huán)和養(yǎng)分供應(yīng)是維持人工林生態(tài)系統(tǒng)肥力的關(guān)鍵過程，研究發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)元素循環(huán)受限是限制馬尾松針葉人工純林長期生產(chǎn)力的主要原因（項(xiàng)文化等，2002）。凋落物分解過程中的養(yǎng)分歸還率對森林土壤肥力有很大影響（Waring et al.，1985）。因此，森林凋落物被認(rèn)為是研究物種多樣性與森林土壤生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系的良好媒介。同時(shí)凋落物的養(yǎng)分含量和分解速率對混交林樹種的選擇以及人工純林向混交林的轉(zhuǎn)化也具有重要的指導(dǎo)意義（張曉曦等，2019；賈丙瑞，2020）。樹種的種類和混栽比例的變化可以改變落葉的種類和數(shù)量對分解速率和微生物生物量具有重要影響（Wu et al.，2014）。有研究發(fā)現(xiàn)馬尾松與具有較高N、P含量的香樟和香椿凋落物混合且占30%—40%時(shí)可增加真菌的多樣性（Zhang et al.，2020）?？梢娽樔~與高質(zhì)量的闊葉混合能夠提高微生物活性促進(jìn)其分解，因此我們假設(shè)：馬尾松針葉與高質(zhì)量的闊葉凋落葉混合分解能增加微生物生物量含量，促進(jìn)馬尾松針葉分解。

香樟（Cinnamomumcamphora）、香椿（Toona sinensis）和檫木（Sassafrastrumu）是西南地區(qū)具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的鄉(xiāng)土樹種，前期研究已發(fā)現(xiàn)香樟抵抗酸性環(huán)境的能力較強(qiáng)，具備良好的改良土壤的作用（李志勇等，2007）。香椿因生長速度、抵抗病蟲害的能力、生態(tài)適應(yīng)性、食用以及藥用價(jià)值等方面的出色表現(xiàn)而被列為中國特有的珍貴用材樹種（胡薇等，2008）。檫木在混交林的營造中，與針葉杉木樹種混交不光有利于維持和保護(hù)地力，促進(jìn)杉木樹種的生長，同時(shí)還能夠形成較為良好林分結(jié)構(gòu)（何貴平等，2001）。因此我們主要以四川主要的造林針葉樹種馬尾松和珍貴典型的鄉(xiāng)土闊葉類樹種（檫木、香樟、香椿）的凋落葉為研究材料，研究其混合分解過程中微生物生物量的變化規(guī)律，從凋落葉分解養(yǎng)分循環(huán)的角度，通過主要樹種和伴生樹種凋落物混合分解特征，篩選出養(yǎng)分循環(huán)高效的混交搭配樹種，科學(xué)合理的提高人工林的地力長期維持，為人工林的近自然經(jīng)營提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域在四川省都江堰市靈巖山（31°01′—31°02′N，103°34′—103°36′E），該區(qū)域位于青藏高原向成都平原的過渡地帶。靈巖山海拔為720—850 m是淺切割低山地貌類型。土壤為黃壤土層的厚度大概在80—110 cm之間，pH值4.5—5.5。氣候類型被劃分為亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年均氣溫15.2 ℃，極端最高和最低溫度分別為 38 ℃和?10 ℃，年均相對濕度為81%，年平均降水量1243 mm。研究區(qū)屬亞熱帶常綠闊葉林，區(qū)內(nèi)植被種類豐富，郁閉度大致為 0.7。林分主要結(jié)構(gòu)成分為喬木，包括馬尾松、杉樹等。林下灌木植被主要有以胡枝子（Lespedezabicolor）、野花椒（Zanthoxylum simulans）、針刺懸鉤子（Rubuspungens）、光葉海桐（Pittosporumglabratum）、十大功勞（Mahonia fortunei）等為主，蓋度約為10%。主要草本植物則以莎草（Cyperusrotundus）、歐洲蕨（Pteridium aguilinum）、麥冬（Ophiopogonjaponicus）、山羽蘚（Thuidiumassimile）、扁竹根（Irisjaponica）、芒萁（Dranceopteisdichotome）等為主，蓋度約為60%。樣地概況見表1。

表1 不同樣地基本概況Table 1 General characteristics in the sampling plots

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究基于構(gòu)建生態(tài)、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益協(xié)同以及整體服務(wù)功能較高的混交林生態(tài)系統(tǒng)為目標(biāo)，選擇香樟、檫木、香椿3個(gè)鄉(xiāng)土樹種為混交樹種，根據(jù)前人研究以及中國林業(yè)混交林中主要樹種與伴生樹種的混合比例設(shè)置主要樹種與混交樹種凋落葉系列比例（8∶27∶36∶4）（方升佐，2018）。于 2016年5月，在宜賓等典型低山丘陵區(qū)收集新鮮馬尾松、香樟、檫木和香椿凋落葉，自然風(fēng)干，再按不同樹種組合及比例混合，本研究中主要涉及了一針一闊、一針兩闊和一針三闊混合模式，設(shè)置以下組合，（1）單一凋落物：純馬尾松凋落葉15 g，純檫木凋落葉15 g，純香樟凋落葉15 g，純香椿凋落葉15 g。（2）一針一闊混合模式：設(shè)置3種混合比例分別為8∶2、7∶3和 6∶4（P+T、P+C 和 P+S），共 9個(gè)處理。（3）一針兩闊模式：設(shè)置6種混合比例分別為8:1:1、7:2:1、7:1:2、6:3:1、6:2:2和6:1:3（P+C+T、P+S+C和P+S+T），共18個(gè)處理。（4）一針三闊模式：設(shè)置 4種比例分別為 7:1:1:1、6:2:1:1、6:1:2:1和6:1:1:2（P+S+C+T），共4個(gè)處理。最終得到不同凋落葉混合組合總計(jì)31種（表2）。凋落物袋的材質(zhì)為尼龍網(wǎng)材質(zhì)，凋落物袋分為上、下層且孔徑分別為3 mm和0.04 mm，凋落物袋大小為20 cm×25 cm。野外布設(shè)樣品前，測定初始凋落葉質(zhì)量。將樣品置于65 ℃烘箱，烘干至恒質(zhì)量（48 h）后，粉碎樣品并過篩（0.3 mm，60目）測定凋落葉初始質(zhì)量如表3所示。2016年8月28日，在都江堰靈巖山研究區(qū)內(nèi)選擇地形地貌、海拔、母巖、土壤類型、坡度、坡位相同或相近并且林分密度相似的樣地，設(shè)置3個(gè)30 m×30 m典型樣方，將凋落物袋平鋪于地表（袋間距至少2—5 cm）進(jìn)行野外分解。實(shí)驗(yàn)處理凋落物袋的數(shù)量總計(jì)為 420袋[(4種純凋落葉+31混合處理)×3樣地×4次采樣]。在每個(gè)固定樣方內(nèi)選擇 1個(gè)凋落物袋并放置紐扣式溫度記錄器（iButton DS1923-F5，Maxim/Dalls Semiconductor，Sunnyvale，USA），每2小時(shí)自動(dòng)記錄一次數(shù)據(jù)。

表2 不同處理的詳細(xì)描述Table 2 Detailed description of different treatments

表3 根據(jù)單一負(fù)指數(shù)模型計(jì)算的單一物種和混合物種凋落物的年衰變率（k），以及研究結(jié)束時(shí)（24個(gè)月）測量的剩余質(zhì)量百分比Table 3 Annual decay rates (k) for the single-species and mixed-species litterbags calculated from a single negative exponential model and the measured percent mass remaining at the end of the study (24 months)

1.3 樣品采集

分別于2016年11月11日，2017年5月5日，2017年11月13日，2018年5月12日采集凋落葉分解袋。每個(gè)處理收集3袋，放入冷藏箱保存帶回實(shí)驗(yàn)室分析。同時(shí)讀取記錄溫度數(shù)據(jù)。凋落葉分解袋手工仔細(xì)去除雜物后，一部分存儲于4 ℃用于凋落葉微生物生物量測定；另一部分用于測定質(zhì)量損失及pH測定。

1.4 室內(nèi)分析

采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法來測定凋落葉的MBC和MBN（冉華第，2009）。凋落葉初始性質(zhì)測定：C采用重鉻酸氧化-硫酸亞鐵滴定法測定，N用吲哚酚藍(lán)比色法，P用磷鉬黃比色法測定。木質(zhì)素和纖維素是通過酸洗劑木質(zhì)素法測定的（Graca et al.，2005）?？s合的單寧酸采用鹽酸比色法測定（Terrill，2010），總酚含量通過Folin-Ciocalteu比色法測定（Zhou et al.，2010）。pH測定參考國標(biāo)LY/T 1239—1999結(jié)合Fioretto et al.（2000）的方法（凋落葉∶水=1∶20）。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

用重復(fù)測量方差分析（ANOVA）來分析不同混合處理間微生物生物量的差異。使用鄧肯試驗(yàn)對平均值進(jìn)行多重比較。在本研究中，預(yù)期值是指理論上混合凋落物分解下的MBC和MBN含量，而觀察值是指實(shí)際分解過程中混合凋落物的 MBC和MBN含量。預(yù)期值（VP）的計(jì)算公式為：

其中，A是來自樹種A凋落物的實(shí)際分解過程中微生物生物量的含量，n1是指樹種A凋落物在混合凋落物中的比例；B是來自樹種B凋落物的實(shí)際分解過程中微生物生物量的含量，n2是指樹種B凋落物在混合落物中的比例，依此類推。微生物生物量的觀察值和預(yù)期值之間的差異通過配對t檢驗(yàn)確定。將混合效應(yīng)分為加和效應(yīng)（觀察值和期望值之間沒有顯著差異）和非加性效應(yīng)（觀察值與期望值之間差異顯著）（Mao et al.，2012）。統(tǒng)計(jì)顯著性水平設(shè)為P＜0.05。全部的分析都是采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行。采用Pearson相關(guān)性分析微生物生物量、微生物混合效應(yīng)與凋落葉初始質(zhì)量、pH的關(guān)系。用Origin軟件作圖。

2 結(jié)果分析

2.1 凋落葉初始性質(zhì)、分解過程中凋落葉pH

由圖1可知，凋落葉分解過程中總體上呈酸性（pH＜7），不同處理凋落葉之間平均 pH差異顯著（F=3.732，P＜0.05），其中，香樟凋落葉表現(xiàn)出最大 pH值（6.38），其次為檫木（5.83）和香椿（5.60），馬尾松（4.97）和PS82（5.03）處理最低，其它混合處理之間表現(xiàn)為差異無顯著性。與單一馬尾松凋落葉相比，馬尾松與闊葉凋落葉混合后均提高了pH，闊葉能改善和緩解針葉的酸性環(huán)境。

圖1 不同處理凋落葉pHFig.1 pH of litter under different mixed treatment

從表4可知，不同混合凋落葉間除纖維素?zé)o顯著差異外，其余初始質(zhì)量在不同混合凋落葉間均有顯著差異?；旌辖M中馬尾松凋落葉占的比例越大碳、木質(zhì)素、總酚以及縮合單寧含量越高，碳在PS82、PC（82和73比例）和PSC811顯著最高，PT64顯著最低。木質(zhì)素PS82、PST811和PSC811顯著最高，PT64和PCT613顯著最低?？偡釉赑S82顯著最高，PC64顯著最低?？s合單寧在PS顯著最高，PT64顯著最低。N和P表現(xiàn)為混合組中馬尾松凋落葉占的比例越大N、P含量越低，PT64顯著最高，PS組合（82和64）顯著最低。盡管不同混合凋落葉間纖維素?zé)o顯著差異，纖維素仍然表現(xiàn)為除PSC組合外，其余混合組中馬尾松凋落葉占的比例越大纖維素含量越高?？梢娤愦坏蚵淙~可提高整個(gè)針闊混合凋落葉N、P初始質(zhì)量且所占比例越大越顯著。

表4 混合凋落葉初始質(zhì)量特征Table 4 Initial litter quality characteristics of the mixed litter

2.2 不同混合處理凋落葉間的微生物生物量

方差分析結(jié)果顯示，不同混合處理和不同分解時(shí)間微生物生物量碳、氮和碳氮比存在顯著差異，分解時(shí)間和混合處理的交互作用對微生物生物量碳、氮和碳氮比也有顯著影響（表 5）?；旌系蚵淙~與單一凋落葉相比，所有混合處理的MBC均低于單一香椿和香樟凋落葉，而高于單一馬尾松凋落葉，其中PST811、PCT712、PST712、PC組合中73和64比例最為顯著。MBN表現(xiàn)為除PS82外的其余混合處理均顯著高于單一凋落葉，PCT組合622和613比例顯著最高。且馬尾松凋落葉占60%的組合中的MBN均高于馬尾松凋落葉占70%—80%的組合。MBC/MBN表現(xiàn)為除PST811外的其余混合處理均低于單一凋落葉，混合處理中PST811最高（表6）?？梢娕c純馬尾松凋落葉相比，馬尾松與闊葉混合后增加了MBC和MBN含量，尤其混合有香樟和香椿凋落葉且占較大比例時(shí)更更為顯著。

表5 不同混合類型凋落葉微生物生物量碳和氮重復(fù)測量方差分析結(jié)果Table 5 Results of repeated measures ANOVA of microbial biomass carbon and nitrogen in the different mixed types of leaf litter

表6 不同處理的微生物生物量碳、氮及其比率的重復(fù)測量方差分析的多重比較結(jié)果Table 6 Results of repeated measures ANOVA and multiple comparisons(Duncan tests) of carbon, nitrogen and ratio of microbial biomass in the different treatments

2.3 凋落葉微生物生物量的混合效應(yīng)

微生物生物量碳基本表現(xiàn)為加和效應(yīng)，分解250 d后有25.81%組合表現(xiàn)為拮抗作用，僅PT73和PC73表現(xiàn)為協(xié)同作用。分解442 d時(shí)有29.03%組合表現(xiàn)為協(xié)同作用之后（分解604 d時(shí)）降低僅一針一闊中73和63比例表現(xiàn)為協(xié)同作用。MBN表現(xiàn)為非加和效應(yīng)中協(xié)同作用，且隨分解時(shí)間呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢，分解250 d時(shí)達(dá)最大有80.65%的處理表現(xiàn)出協(xié)同作用，分解604 d后僅PT、PST和PCT一部分比例表現(xiàn)為協(xié)同作用其余為加和效應(yīng)。MBC/MBN表現(xiàn)為非加和效應(yīng)中拮抗作用，且隨分解時(shí)間呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢，分解250 d時(shí)達(dá)最大有90.32%的組合表現(xiàn)出拮抗作用，分解604 d后基本表現(xiàn)為加和效應(yīng)。MBC在PST631、PSC712和613比例以及PSCT中香椿凋落葉占比較少時(shí)均表現(xiàn)出拮抗作用，PT和PS組合中73、64比例以及PC64，PCT 組合（除 8∶1∶1 和 6∶1∶3 比例）表現(xiàn)出協(xié)同作用。MBN在一針一闊和PCT和PST組合中馬尾松凋落葉占60%—70%比例時(shí)均表現(xiàn)出顯著的協(xié)同作用，一針三闊處理中僅 6211比例表現(xiàn)出顯著協(xié)同作用。MBC/MBN在一針一闊中PT組合中馬尾松凋落葉占60%—70%比例（除分解604 d）、以及分解75 d和250 d時(shí)的PS和PC組合，一針兩闊處理中除 PST組合、PCT組合中馬尾松凋落葉占70%—80%比例外的組合，以及一針三闊處理中除分解250 d時(shí)7111比例外的組合均表現(xiàn)出顯著拮抗作用（圖2）。馬尾松+香椿和馬尾松+檫木組合中闊葉占30%—40%、馬尾松+香樟+香椿組合中7∶1∶2和 6∶2∶2比例基本表現(xiàn)出協(xié)同作用。拮抗作用主要出現(xiàn)在馬尾松占較而香椿凋落葉占較小比例的組合中。

圖2 微生物生物量碳、氮和碳氮比的混合效應(yīng)Fig.2 Mixing effect of microbial biomass carbon, microbial biomass nitrogen and microbial biomass carbon to nitroge

2.4 微生物生物量碳、氮和碳氮比混合效應(yīng)與凋落葉初始理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

微生物生物量碳混合效應(yīng)僅在分解 75 d時(shí)與分解系數(shù)k值、單寧呈顯著負(fù)相關(guān)性，在分解442 d時(shí)與纖維素呈顯著負(fù)相關(guān)性而與C、N呈顯著正相關(guān)關(guān)系，MBN混合效應(yīng)在前3個(gè)分解均與k值、N、P呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與C、木質(zhì)素、木質(zhì)素/P呈顯著負(fù)相關(guān)性。分解604 d與N、P呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與木質(zhì)素/N、纖維素顯著負(fù)相關(guān)性。MBC/MBN混合效應(yīng)在3個(gè)分解時(shí)期均與C、木質(zhì)素、木質(zhì)素/N、木質(zhì)素/P呈顯著正相關(guān)關(guān)系，分解604 d與纖維素、木質(zhì)素/N呈顯著正相關(guān)關(guān)系，4個(gè)分解時(shí)期均與k值、N、P呈顯著負(fù)相關(guān)性（表7）。

3 討論

微生物的生物量能夠指示凋落物分解過程中微生物的數(shù)量及其活性，凋落物中底物營養(yǎng)有效性和多樣性對其有很大的的影響（Allen et al.，2009）。不同種類的凋落物混合后不僅提高了凋落物多樣性，同時(shí)改變了基質(zhì)質(zhì)量和底物的可利用性，影響著微生物生物量碳、氮等（H?ttenschwiler et al.，2005）。本研究發(fā)現(xiàn)，與純馬尾松凋落葉相比，馬尾松與闊葉凋落葉混合后增加了MBC和MBN的含量。MBC在馬尾松+香樟組合中6∶4和馬尾松+檫木+香椿組合中7∶1∶2最為顯著。MBN在馬尾松+香樟+香椿組合中 6∶2∶2 和 6∶1∶3 比例顯著最高，MBC/MBN在PST811最為顯著，這符合我們的假設(shè)。馬尾松凋落物與3種闊葉凋落物化學(xué)性質(zhì)的差異可能是造成這種現(xiàn)象的主要原因。相關(guān)分析表明，初始凋落物性質(zhì)對混合凋落物MBC和MBN呈顯著的相關(guān)性（表 7）。針葉樹種通常會(huì)產(chǎn)生化感物質(zhì)，將針葉凋落物與闊葉凋落物混合不僅會(huì)降低單位內(nèi)混合凋落物的化感物質(zhì)，而且還為微生物提供補(bǔ)充營養(yǎng)成分（Kil et al.，1983；Gessner et al.，2010）。同時(shí)，潛在抑制劑的濃度降低支持更多的分解者生存（Barantal et al.，2011）。通過混交不同樹種的凋落物來改變凋落物混合物的化學(xué)特性是調(diào)整單一人工林凋落物分解模式的關(guān)鍵。香椿和香樟闊葉凋落物的質(zhì)量（N、P）均顯著高于馬尾松凋落物，而木質(zhì)素、總酚等難分解物質(zhì)顯著最低（表4）。將針葉凋落物和高質(zhì)量的香椿以及香樟闊葉凋落物混合可以改變凋落物的組成，改善凋落物的營養(yǎng)狀況（例如氮元素），為微生物提供更有利的微環(huán)境（McTiernan et al.，1997），且闊葉所占比例越大時(shí)尤為顯著。因此PC和PCT組合中香樟和香椿占比較大時(shí)微生物生物量高于其它組合。這與前人們的研究發(fā)現(xiàn)的具有較高質(zhì)量的凋落物的土壤中的微生物生物量碳較高，低質(zhì)量的凋落物則與之相反的結(jié)果是一致的（立天宇等，2015）。微生物生物量C∶N越高真菌數(shù)量越多（梁儒彪等，2015）。凋落物中木質(zhì)素含量越高真菌比例就較大，因?yàn)檎婢梢援a(chǎn)生多種有效的細(xì)胞外酶降解木質(zhì)素等難分解物質(zhì)（Boer et al.，2005）。PST811中木質(zhì)素等難分解物質(zhì)含量高有利于真菌繁殖（Gessner et al.，2010），這可能是PST811處理中MBC/MBN有最大值的原因。

表7 微生物生物量碳氮和碳氮比混合效應(yīng)與凋落葉初始理化性質(zhì)的相關(guān)性分析Table 7 Correlation analysis between the mixed effect of MBC、MBN and MBC/MBN and the initial physical and chemical properties of litter leaves

微生物生物量碳基本表現(xiàn)為加和效應(yīng)，少數(shù)處理在部分時(shí)期為非加和效應(yīng)，在分解250 d為拮抗作用，分解442 d時(shí)為協(xié)同作用。MBN基本表現(xiàn)為非加和效應(yīng)中協(xié)同作用，且隨分解時(shí)間呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢。協(xié)同作用基本出現(xiàn)在PT、PS、PCT以及PSC721且闊葉占30%—40%的組合，混合有香椿凋落葉時(shí)尤為明顯，拮抗作用基本出現(xiàn)在PSC和PST組合中。MBN的非加和效應(yīng)均體現(xiàn)為顯著的協(xié)同作用，且在前3個(gè)分解時(shí)期尤為顯著，之后降低。MBN在一針一闊和PCT和PST組合中闊葉凋落葉占 30%—40%比例時(shí)均表現(xiàn)出顯著的協(xié)同作用。這說明微生物生物量碳、氮對不同種類的凋落葉的混合的響應(yīng)不同。前人的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與單一凋落物分解相比，混合凋落物的多酚氧化酶活性和微生物數(shù)量都得到顯著提高。我們的研究中也發(fā)現(xiàn)馬尾松占總質(zhì)量60%的組合的k值高于馬尾松占70%或80%的組合（表3，李勛未發(fā)表數(shù)據(jù)）。這說明了凋落物混合后為微生物等分解者提供更多的食物來源以及養(yǎng)分元素，從而促進(jìn)凋落物分解（杜忠，2018）。此外有研究表明，混合物中具有較高基質(zhì)質(zhì)量的凋落物能吸引大量分解者定殖，而由于凋落物表面積的限制，多余的微生物可能會(huì)定殖在與其混合的凋落物上，進(jìn)而加速其分解（郭鯤等，2015；Zhang et al.，2020）。香椿葉片面積大能吸引微生物等定殖，質(zhì)地柔軟容易被土壤動(dòng)物分解從而更有益地與其他凋落物完全混合，同時(shí)N素相對豐富可能會(huì)通過淋溶被動(dòng)或通過菌絲主動(dòng)地轉(zhuǎn)移至低質(zhì)量的馬尾松凋落葉，從而改變混合凋落葉層結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分，為微生物提供了有利的棲息地（Berglund et al.，2013；Zhang et al.，2014）。相關(guān)分析表明N、P、木質(zhì)素/N與微生物生物量混合效應(yīng)相關(guān)性顯著（表7）。因此，在PCT和PST組合中闊葉凋落物占總質(zhì)量的30%—40%時(shí)MBN觀察到顯著的協(xié)同作用。針葉中的凋落物中因?yàn)楹休^多的樹脂以及木質(zhì)素等較難分解的物質(zhì)，這些物質(zhì)又是很難分解的并且會(huì)在分解后會(huì)產(chǎn)生酸性成分從而抑制微生物的活動(dòng)，從而限制馬尾松和檫木凋落葉占較大比例的組合中微生物對凋落葉的分解。在 PST和PSC組合中檫木和馬尾松中N、P含量降低，導(dǎo)致混合凋落物分解緩慢表現(xiàn)出拮抗作用。

微生物生物量碳被認(rèn)為是一種表征凋落物分解過程中活體微生物的生物量及數(shù)量的的一個(gè)直接體現(xiàn)（Larsen et al.，2002；周曉慶等，2011），在分解前期250 d時(shí)凋落物進(jìn)入溫度較低的冬季，盡管已有的研究已發(fā)現(xiàn)在寒冷的條件下凋落物分解過程中依然存在相對活躍的微生物（Zhu et al.，2012；周曉慶等，2011），但冬季較低的溫度一定程度上會(huì)限制微生物的活性，因此在此時(shí)期實(shí)際觀測MBC含量較低表現(xiàn)為拮抗作用。當(dāng)?shù)?、5月時(shí)溫度回升提高了微生物的活性，促進(jìn)了微生物等分解者對凋落葉分解，因此分解 250 d后實(shí)際觀測MBC含量升高表現(xiàn)為協(xié)同作用。MBN一直是反映微生物在凋落物分解過程中利用 N特性的重要指標(biāo)（Guan et al.，2008），而N一直都是被認(rèn)為對凋落物分解的有很大影響且是最重要的影響因素之一。微生物在分解初期是必須從外部獲取N源以滿足自身分解的需求，凋落物的分解會(huì)因N素含量的不足而變得較慢。分解前期混合凋落葉中尤其是混合有香椿和香樟凋落葉的組合有著較高的初始養(yǎng)分含量如N、P等，因此混合香椿和香樟凋落葉的組合分解前期分解較快表現(xiàn)為協(xié)同作用，隨著凋落葉分解進(jìn)程的繼續(xù)混合凋落葉中的闊葉凋落葉逐漸分解完全，基本只剩下木質(zhì)素、總酚等難分解物質(zhì)含量高的馬尾松而導(dǎo)致混合凋落物分解緩慢，后期表現(xiàn)為拮抗作用。

4 結(jié)論

馬尾松凋落葉與闊葉混合后增加了 MBC和MBN的含量。微生物生物量碳在大部分處理表現(xiàn)為加合效應(yīng)，少數(shù)處理在第一年為拮抗作用第二年為協(xié)同作用。MBN的非加和效應(yīng)均體現(xiàn)為顯著的協(xié)同作用，且在前3個(gè)分解時(shí)期尤為顯著之后降低。馬尾松+香椿和馬尾松+檫木組合中闊葉占 30%—40%、馬尾松+香樟+香椿組合中 7∶1∶2 和 6∶2∶2 比例表現(xiàn)出協(xié)同作用。拮抗作用主要出現(xiàn)在馬尾松占較大比例而香椿凋落葉占較小比例的組合中。綜上所述，馬尾松凋落葉以不同組合和比例與3種闊葉凋落葉混合后不同程度的增加了MBC和MBN含量促進(jìn)了混合凋落葉的分解；與其他闊葉相比，馬尾松與香椿和香樟凋落葉混合更能增加MBC和MBN的含量呈協(xié)同效應(yīng)。相比于其他組合，馬尾松+香樟+香椿組合中闊葉占較大比例也許更有利于增加微生物生物量，促進(jìn)整個(gè)凋落葉的分解，尤其是馬尾松+香樟+香椿組合中 7∶1∶2、6∶2∶2。這些結(jié)果對認(rèn)識針闊混合凋落葉分解作用機(jī)制具有十分重要的意義，也為中國大面積人工純林“混交化”的近自然改造提供技術(shù)支持。