林分改造后土壤微生物量分布特征研究

石 亮

(1.遼寧省沙地治理與利用研究所，遼寧 阜新 123000；2.遼寧章古臺(tái)科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，遼寧 阜新 123000)

土壤微生物是土壤物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)中極其重要的組成部分，參與土壤有機(jī)物的降解和礦化過(guò)程，并釋放無(wú)機(jī)物供植物吸收，能夠使土壤生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定[1]。微生物對(duì)所處生境的變化十分敏感，其群落結(jié)構(gòu)能根據(jù)環(huán)境改變做出相應(yīng)變化[2]。郭雄飛等[3]運(yùn)用4種宮脅法改造林地與傳統(tǒng)法改造林地進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)宮脅法2(開(kāi)穴整地、不施基肥、追肥)的土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量及微生物總量均表現(xiàn)最高，有利于改善土壤生物學(xué)特性；柏木Cupreressusfunebris低效林塊狀改造初期，整地只對(duì)0～5 cm土層微生物量碳的影響顯著，微生物量氮在0～5 cm、5～20 cm土層均顯著增加[4]；張浩等[5]在對(duì)香港地區(qū)20年尾葉桉Eucalyptusurophylla和馬占相思Acaciamangiumin的研究中發(fā)現(xiàn)，林分改造后夏季的土壤微生物量碳、氮含量均高于冬季，而尾葉桉和馬占相思在套種背景下微生物量表現(xiàn)則恰好相反。本文以樟子松Pinussylvestrisvar.mongolica人工林為研究對(duì)象，在保留樟子松林帶、人工更新幼林帶及二者之間空帶內(nèi)采集土壤，分析林分改造后土壤微生物量分布規(guī)律及各土層之間的差異性，探明林分改造對(duì)土壤生態(tài)學(xué)特性的影響及響應(yīng)機(jī)制，為提高樟子松人工林土壤養(yǎng)分含量及林分改造提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)選擇在彰武縣章古臺(tái)鎮(zhèn)遼寧省沙地治理與利用研究所樟子松人工林內(nèi)，地處121°53′～122°22′E，42°43′～42°51′N，海拔230 m。氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年均氣溫6.82 ℃；≥10 ℃的年積溫約3 148 ℃，年降水量450 mm左右，多集中在6-8月，多年平均蒸發(fā)量1 700 mm，相對(duì)濕度60.4%，年均風(fēng)速3.3 m·s-1，無(wú)霜期150～160 d。土壤類型以風(fēng)沙土為主。該地區(qū)主要喬木樹(shù)種有樟子松、家榆Ulmuspumila等。常見(jiàn)草本植物有少花蒺藜草Cenchruspauciflorus、狗尾草Setariaviridis、披堿草Elymusdahuricus等。樟子松人工林1980年初植，2012年進(jìn)行帶狀間伐，間伐寬度13 m。次年春季在間伐帶內(nèi)栽植3年生樟子松幼苗3行，初植密度2 m×3 m。

2 研究方法

2.1 樣品采集及測(cè)定

試驗(yàn)地選擇海拔、坡度、坡向、林下植被盡量一致的地段，設(shè)置3個(gè)處理，分別為保留樟子松林下(L)、保留樟子松與人工更新幼林之間(Z)、人工更新樟子松幼林林下(P)，林下植被組成主要有馬唐Digitariasanguinalis、虎尾草Chlorisvirgate、披堿草等。在不同樣地內(nèi)分別設(shè)置3個(gè)樣方，每個(gè)樣方面積為50 m2。2019年8月，對(duì)每個(gè)樣地進(jìn)行取樣，在各樣方內(nèi)用土鉆(Φ=5 cm)按“S”形在0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm土層分別取樣，將相同土層深度的土壤進(jìn)行混合，采用四分法進(jìn)行取舍，去掉植物殘?bào)w及雜質(zhì)的土樣分成兩份，一份置于4 ℃冰箱中用于微生物量的測(cè)定，另一份自然風(fēng)干用于化學(xué)性質(zhì)分析。土壤測(cè)定方法見(jiàn)表1。

表1 土壤指標(biāo)測(cè)定方法

2.2 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2013和SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與統(tǒng)計(jì)分析，用單因素方差分析不同樣地之間酶活性的差異。運(yùn)用Canoco 4.5軟件對(duì)各樣地的土壤化學(xué)性質(zhì)、微生物量分布進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析(Canonical Correspondence Analysis)，并用CanoDraw軟件繪制成圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分改造對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

林分改造后不同土層土壤化學(xué)性質(zhì)在林內(nèi)分布特點(diǎn)不同(圖1)。0-20 cm土層，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量從L到P逐漸升高，有效磷含量則逐漸降低；20-40 cm土層，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量從L到P呈先降低后升高的趨勢(shì)，有效磷含量則逐漸降低；40-60 cm土層，土壤有機(jī)質(zhì)含量逐漸升高，堿解氮含量先降低后升高，有效磷含量則呈下降趨勢(shì)。

注：不同小寫字母表示同一土層深度不同樣地間差異顯著(P<0.05)。下圖同。

3.2 林分改造對(duì)土壤微生物量的影響

林分改造后不同土層微生物量在林內(nèi)分布特點(diǎn)不同(圖2)。0-20 cm土層，土壤微生物量碳、氮從L到P逐漸升高，微生物量磷則逐漸降低，但各位置微生物量無(wú)顯著差異；20-40 cm土層，土壤微生物量碳、氮從L到P逐漸升高，微生物量磷呈先降低后增高的趨勢(shì)，各位置微生物量無(wú)顯著差異；40-60 cm土層土壤微生物量碳、氮從L到P均出現(xiàn)較為明顯的增高趨勢(shì)，微生物量磷則逐漸降低。

圖2 土壤微生物量變化情況

3.3 林分改造后土壤養(yǎng)分指標(biāo)分布特征

采用典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)及微生物量進(jìn)行排序分析，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)對(duì)應(yīng)分析排序圖

微生物量碳、氮位于第二象限，與第一序列軸負(fù)相關(guān)，與第二序列軸正相關(guān)；有機(jī)質(zhì)、堿解氮位于第三象限，與第一、二序列軸負(fù)相關(guān)；有效磷、微生物量磷位于第四象限，與第一序列軸正相關(guān)，與第二序列軸負(fù)相關(guān)。第一序列軸從右向左代表樣地從保留樟子松林下到人工更新幼林林下，L樣地與有效磷和微生物量磷顯著正相關(guān)；到達(dá)Z樣地后，有效磷和微生物量磷含量迅速降低，且各指標(biāo)與Z樣地?zé)o顯著相關(guān)；P樣地與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、微生物量碳、氮顯著正相關(guān)，與有效磷、堿解氮顯著負(fù)相關(guān)。

4 結(jié)論與討論

科學(xué)合理的森林撫育措施可有效提高林分改造后土壤化學(xué)性質(zhì)和微生物量。保留樟子松林下土壤有效磷和微生物量磷含量維持較高水平，說(shuō)明樟子松成熟林對(duì)磷元素的吸收較幼林少，同時(shí)枯落物的增多也會(huì)使得土壤磷庫(kù)得到補(bǔ)充。隨著樣地從保留樟子松林下到人工更新幼林下，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、微生物量碳和氮含量逐漸增加，主要是由于林分改造增加了林內(nèi)通透度和光照，水熱條件更好[6]，有利于微生物的正常活動(dòng)，加速了有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化及氮素的養(yǎng)分循環(huán)，土壤養(yǎng)分條件更適宜植被生長(zhǎng)[7]。有效磷、微生物量磷逐漸降低，造成這種現(xiàn)象的原因可能是科爾沁沙地土壤的磷素含量偏低，幼林在生長(zhǎng)階段需要從土壤中汲取大量的磷素，加之枯落物較少，土壤磷庫(kù)無(wú)法及時(shí)得到補(bǔ)充；同時(shí)，磷素在土壤中易形成難溶性鹽沉淀[8]，限制了磷素的移動(dòng)性，植被獲取磷素更加困難。因此造林初期，適當(dāng)補(bǔ)充磷肥以滿足幼苗生長(zhǎng)需要，提高造林成活率。