不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤微生物熵對(duì)臺(tái)風(fēng)干擾的響應(yīng)

梁裕華,曹 瑞,王芝慧,李旭清,王懷賓,馮忠娟,董慧慧,安文麗,武啟騫,楊萬(wàn)勤

1 浙江農(nóng)林大學(xué)林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院,杭州 311300 2 臺(tái)州學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,臺(tái)州 318000

臺(tái)風(fēng)是發(fā)生在北太平洋西部的風(fēng)力達(dá)到12級(jí)及以上的熱帶氣旋[1],是影響我國(guó)東南沿海地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的最重要干擾因子[2—3]。特別重要的是,在全球氣候變化情景下,臺(tái)風(fēng)干擾的頻次和強(qiáng)度預(yù)計(jì)將逐漸增加[4],這可能會(huì)對(duì)臺(tái)風(fēng)影響區(qū)生態(tài)系統(tǒng)土壤碳循環(huán)產(chǎn)生更顯著的影響。理論上,臺(tái)風(fēng)干擾可能通過(guò)多個(gè)途徑顯著影響土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性和礦化過(guò)程,從而影響土壤碳吸存。臺(tái)風(fēng)伴生的強(qiáng)降雨事件不僅會(huì)增加土壤含水量,改變土壤水分有效性[5],而且會(huì)造成土壤碳和養(yǎng)分淋溶流失,改變土壤養(yǎng)分有效性[6],從而改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與功能,影響土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性和礦化過(guò)程。然而,有關(guān)臺(tái)風(fēng)干擾對(duì)山地茶園土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性和礦化過(guò)程的潛在影響尚未見(jiàn)報(bào)道。

土壤微生物熵是土壤微生物生物量碳與土壤有機(jī)碳的占比[7],能夠有效反映土壤微生物對(duì)有機(jī)碳同化與維持微生物呼吸需求之間的平衡關(guān)系[8],是指示土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性和礦化潛力的敏感性指標(biāo)[9—10]。普遍認(rèn)為,土壤微生物熵受土壤微生物、氣候條件和土壤性質(zhì)的綜合影響[8,11—12]。有研究表明,土壤微生物生物量是決定土壤微生物熵變化的關(guān)鍵因素[8—9];但也有研究認(rèn)為,土壤溫、濕度和基質(zhì)質(zhì)量是調(diào)節(jié)土壤微生物熵的重要因子[8]?？梢?jiàn),有關(guān)土壤微生物熵的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子的研究結(jié)果還具有很大的不確定性。臺(tái)風(fēng)是沿海地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的最重要干擾因子,可能會(huì)通過(guò)伴生的強(qiáng)降雨事件增加土壤含水量和養(yǎng)分含量,刺激微生物生長(zhǎng)[13],促使微生物同化更多的碳,導(dǎo)致土壤微生物熵增加;也可能因?yàn)閺?qiáng)風(fēng)暴雨使凋落物被帶走,土壤養(yǎng)分輸入量減少[14—15],造成微生物生物量減少和微生物熵降低。因此,深入研究土壤微生物熵對(duì)臺(tái)風(fēng)干擾的響應(yīng)有助于理解臺(tái)風(fēng)干擾對(duì)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性和礦化過(guò)程的影響機(jī)制,為土壤有機(jī)碳庫(kù)管理提供科學(xué)依據(jù)。

茶是深受大眾喜愛(ài)的飲品,具有降脂、降血糖、降血壓、防癌和防治心血管疾病等功效[16—18]。茶葉作為我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物之一,茶葉產(chǎn)量和種植面積均為世界第一[19]。然而,受長(zhǎng)期集約化-純茶園經(jīng)營(yíng)的影響,山地茶園土壤普遍存在有機(jī)碳含量較低、土壤板結(jié)和養(yǎng)分虧缺等土壤生態(tài)問(wèn)題[19—21]。同時(shí),我國(guó)東南沿海山地既是龍井茶、鐵觀音和紅茶等品牌的茶葉產(chǎn)區(qū)[19],又是臺(tái)風(fēng)干擾頻繁的區(qū)域[22—23]。例如,浙江省是我國(guó)東南沿海地區(qū)受臺(tái)風(fēng)干擾次數(shù)較嚴(yán)重的省份之一[24],平均每年有5個(gè)臺(tái)風(fēng)登陸或影響浙江省,且臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度和頻次有明顯增加的趨勢(shì)[25—27]。理論上,臺(tái)風(fēng)干擾帶來(lái)的強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)降雨對(duì)土壤溫濕度、土壤可溶性有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分有效性等的影響可能在不同程度上影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和活性,最終影響土壤微生物熵。然而,有關(guān)臺(tái)風(fēng)干擾如何影響茶園土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性和礦化潛勢(shì)迄今缺乏相應(yīng)的研究報(bào)道。另一方面,為了修復(fù)退化茶園土壤、防治病蟲(chóng)害、提高土壤肥力和茶葉產(chǎn)量與品質(zhì),茶園經(jīng)營(yíng)者常常采用林茶間作、茶豆間作、茶園養(yǎng)雞、施用微生物肥料等模式[28—31]。然而,這些茶園經(jīng)營(yíng)管理模式對(duì)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性和礦化潛勢(shì)的影響以及這些模式的土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性和礦化潛勢(shì)對(duì)臺(tái)風(fēng)干擾的響應(yīng),也仍缺乏較為深入的研究。因此,為理解不同經(jīng)營(yíng)模式茶園的土壤微生物熵對(duì)臺(tái)風(fēng)干擾的響應(yīng)是否存在差異,本文以浙江天臺(tái)山龍井茶茶園為研究對(duì)象,研究了2021年7月28日臺(tái)風(fēng)“煙花”對(duì)不同經(jīng)營(yíng)模式的茶園土壤微生物熵的影響,以期為浙江東南沿海山地茶園土壤碳庫(kù)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于浙江省臺(tái)州市天臺(tái)縣天臺(tái)山(121°10′—121°15′E, 29°08′—29°11′N(xiāo), 海拔587—899 m),屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,四季分明、降水豐富,年均氣溫17.0 ℃,年均日照總時(shí)數(shù)1756.3 h,年平均降水超過(guò)120 d,年降水量1185—2029 mm,多年平均降水量1632 mm[23, 32]。蒼山頂生態(tài)茶園位于天臺(tái)蒼山半山腰至山頂,該茶園于20世紀(jì)60、70年代在荒山荒坡上種植而成,面積約173 hm2,茶園生產(chǎn)的茶葉主要用于“浙江龍井茶”加工,現(xiàn)由天臺(tái)青云茶業(yè)有限公司經(jīng)營(yíng)。為了改良和修復(fù)退化土壤、防治病蟲(chóng)害、提高茶葉產(chǎn)量和品質(zhì),天臺(tái)青云茶業(yè)有限公司自2019年與臺(tái)州學(xué)院土壤生態(tài)與修復(fù)研究團(tuán)隊(duì)合作,開(kāi)展茶園土壤生態(tài)改良與提質(zhì)增效技術(shù)研發(fā)與示范研究,進(jìn)行了林茶間作、茶園養(yǎng)雞、微生物肥料應(yīng)用等試驗(yàn)示范。林茶間作、茶園養(yǎng)雞、微生物肥料應(yīng)用和化肥應(yīng)用等模式的土壤理化性質(zhì)如表1所示。

表1 不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤理化性質(zhì)Table 1 Soil physio-chemical properties of tea plantations under different management modes

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)置與樣品采集

2020年夏季在浙江省臺(tái)州市天臺(tái)縣蒼山頂生態(tài)茶園內(nèi),選擇傳統(tǒng)化肥經(jīng)營(yíng)的純茶園(M0)、林茶間作(M1)、茶園養(yǎng)雞(M2)和施用微生物肥料的純茶園(M3)四種不同經(jīng)營(yíng)模式的茶園為研究對(duì)象。在不同經(jīng)營(yíng)模式的茶園內(nèi)選擇長(zhǎng)寬均為50 m,面積為2500 m2的地塊為研究樣地。傳統(tǒng)茶園施肥情況為每年1月份施加一次尿素,每100 m2茶園施加約4 kg尿素。M0是在傳統(tǒng)純茶園內(nèi)選定樣地,其坡度為22°;M1的茶園中喬木行距間隔25 m,同一行喬木間距5 m,喬木的種植年限約為30年,M1坡度為18°,喬木郁閉度為15%;M2是2020年7月在傳統(tǒng)純茶園內(nèi)使用高2 m的圍欄合圍長(zhǎng)寬為50 m的研究樣地,并一次性投放300只生長(zhǎng)40天的大黃雞,M2的坡度為8°;M3也是在傳統(tǒng)純茶園內(nèi)選定樣地,于2021年3月和4月噴灑以芽孢桿菌為主的微生物培養(yǎng)液,每100 m2茶園每次噴灑450 g微生物肥料,時(shí)隔半個(gè)月噴灑一次,共4次,M3的坡度為11°。最后,在四種經(jīng)營(yíng)模式茶園內(nèi),分別選擇3個(gè)相互間隔至少10 m,長(zhǎng)寬均為10 m,面積為100 m2的地塊作為重復(fù)樣方。

2021年7月,根據(jù)臺(tái)風(fēng)預(yù)警信息,于臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前一天(7月27日,T1)、臺(tái)風(fēng)過(guò)境后一天(7月29日,T2)和臺(tái)風(fēng)過(guò)境后7天(8月4日,T3)三個(gè)時(shí)期進(jìn)行土壤樣品采集。在不同經(jīng)營(yíng)模式茶園每個(gè)重復(fù)樣方內(nèi)隨機(jī)選擇5個(gè)點(diǎn)使用土鉆按表層(0—10 cm)和亞表層(10—30 cm)土壤層次分別采集土壤樣品,混合裝入密封袋,迅速帶回實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),去除土壤中動(dòng)植物殘?bào)w和石礫后,過(guò)2 mm分樣篩,一半樣品用密封袋保存于4 ℃冰箱用于微生物生物量碳和可溶性有機(jī)碳含量測(cè)定;另一半放置于牛皮紙上,在室溫下自然風(fēng)干后密封保存,用于土壤有機(jī)碳含量、土壤氮含量和土壤磷含量測(cè)定。

1.3 土壤樣品測(cè)定

土壤含水量采用烘干法測(cè)定;土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定;土壤pH值采用土∶水(1∶2.5)的方法測(cè)定[33];土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀外加熱法,稱(chēng)取0.01 g土樣,加入5 mL 0.8 mol/L的重鉻酸鉀溶液和5 mL硫酸溶液,230 ℃消煮15 min,用0.2 mol/L的硫酸亞鐵溶液滴定剩余重鉻酸鉀量,最后通過(guò)公式計(jì)算得出土壤有機(jī)碳含量[34];土壤可溶性有機(jī)碳含量采用硫酸鉀-重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定,稱(chēng)取5 g土樣,加入25 mL 0.5 mol/L的硫酸鉀溶液浸提30 min后過(guò)濾,取5 mL浸提液加入5 mL 0.018 mol/L的重鉻酸鉀-濃硫酸溶液,混勻后于179 ℃消煮10 min后,用0.2 mol/L硫酸亞鐵溶液滴定[35];土壤全氮含量參考譚波等[34]方法,稱(chēng)取0.2 g土樣,加入一顆定氮片和10 mL濃硫酸過(guò)夜后于180 ℃消煮30 min,再經(jīng)350 ℃消煮1 h后,冷卻定容于100 mL容量瓶中,取濾液于連續(xù)流動(dòng)分析儀(Bran+Luebbe AA3,德國(guó))測(cè)定;土壤全磷含量采用連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)定,稱(chēng)取0.2 g土樣,加入5 mL濃硫酸和1 mL高氯酸混勻,180 ℃消煮30 min后,再于350 ℃消煮至澄清,冷卻后定容于100 mL容量瓶中,取濾液于連續(xù)流動(dòng)分析儀(Bran+Luebbe AA3, 德國(guó))測(cè)定。

土壤微生物生物量碳采用改進(jìn)的氯仿熏蒸-硫酸鉀浸提法測(cè)定[33]。首先,分別稱(chēng)取兩份5 g新鮮土壤樣品置于真空干燥器中,一份使用氯仿熏蒸24 h,另一份不經(jīng)氯仿熏蒸;完成熏蒸的樣品加入25 mL 0.5 mol/L的硫酸鉀溶液浸提過(guò)濾;然后取5 mL濾液于消煮管中,加入5 mL 0.018 mol/L重鉻酸鉀-濃硫酸溶液混勻后179 ℃消煮10 min,然后用0.2 mol/L硫酸亞鐵溶液滴定消煮液中剩余重鉻酸鉀含量,土壤微生物生物量碳為熏蒸土樣與未熏蒸土樣的差值。最后,通過(guò)土壤微生物量碳占有機(jī)碳的百分比來(lái)計(jì)算土壤微生物熵[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)SPSS 26.0軟件,采用單因素方差分析對(duì)臺(tái)風(fēng)前后不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤有機(jī)碳含量、微生物熵、微生物生物量碳和可溶性有機(jī)碳含量進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn);采用多因素方差分析檢驗(yàn)經(jīng)營(yíng)模式、臺(tái)風(fēng)時(shí)期、土層及其交互作用對(duì)微生物熵、微生物生物量碳和可溶性有機(jī)碳含量的影響;采用Pearson相關(guān)分析,分析臺(tái)風(fēng)前后土壤微生物熵、微生物生物量碳和可溶性有機(jī)碳含量與土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)性。所有圖片基于R語(yǔ)言(4.0.4)中g(shù)gplot2包和Adobe Illustrator 2021軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 臺(tái)風(fēng)對(duì)不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤有機(jī)碳含量的影響

不同經(jīng)營(yíng)模式茶園的土壤有機(jī)碳含量的表現(xiàn)為M2>M1>M0>M3(圖1)。同時(shí)M0、M1和M3的表層土壤有機(jī)碳含量大于亞表層土壤有機(jī)碳含量,而M2亞表層土壤有機(jī)碳含量大于表層土壤有機(jī)碳含量。M2的表層土壤有機(jī)碳含量在臺(tái)風(fēng)干擾下表現(xiàn)為先上升后下降,M3的亞表層土壤有機(jī)碳含量在臺(tái)風(fēng)干擾下呈上升趨勢(shì)。不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤有機(jī)碳含量受臺(tái)風(fēng)的影響程度因經(jīng)營(yíng)模式而異。其中,在不同臺(tái)風(fēng)時(shí)期M2的表層土壤有機(jī)碳含量差異顯著(P<0.05),其他經(jīng)營(yíng)模式茶園無(wú)顯著差異;在不同臺(tái)風(fēng)時(shí)期僅M3的亞表層土壤有機(jī)碳含量差異顯著(P<0.05),其他經(jīng)營(yíng)模式茶園無(wú)顯著差異。M2在臺(tái)風(fēng)過(guò)境后一天的表層土壤有機(jī)碳顯著最高,而M3在臺(tái)風(fēng)過(guò)境后7天的亞表層土壤有機(jī)碳顯著最高。M2土壤有機(jī)碳含量對(duì)臺(tái)風(fēng)響應(yīng)最敏感,M3次之,M0和M1沒(méi)有響應(yīng)。

2.2 臺(tái)風(fēng)干擾對(duì)不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤微生物熵的影響

茶園土壤微生物熵隨著經(jīng)營(yíng)模式、土層和臺(tái)風(fēng)干擾及其相互作用而顯著變化(圖2)。不同經(jīng)營(yíng)模式茶園的土壤微生物熵的表現(xiàn)為M3>M1>M0>M2。而且除M2外,M0、M1和M3表層土壤的微生物熵均大于亞表層土壤的微生物熵。M3的亞表層土壤微生物熵經(jīng)歷臺(tái)風(fēng)后呈下降趨勢(shì),而M1的亞表層土壤和M2兩個(gè)土層的土壤經(jīng)歷臺(tái)風(fēng)干擾表現(xiàn)出一致的升高趨勢(shì)。不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤微生物熵對(duì)受臺(tái)風(fēng)影響程度不同。其中,在不同臺(tái)風(fēng)時(shí)期M2的表層土壤微生物熵差異顯著(P<0.05),其他經(jīng)營(yíng)模式茶園無(wú)顯著差異;在不同臺(tái)風(fēng)時(shí)期M1、M2、M3的亞表層土壤微生物熵均差異極顯著(P<0.01),M0無(wú)顯著差異。M1的亞表層土壤中臺(tái)風(fēng)過(guò)境后7天的微生物熵顯著最高;M2的表層土壤中臺(tái)風(fēng)過(guò)境后7天的土壤微生物熵顯著高于臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前一天,而其亞表層土壤中臺(tái)風(fēng)過(guò)境后7天的土壤微生物熵顯著最高;M3在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前一天的亞表層土壤中微生物熵顯著最高。M2微生物熵對(duì)臺(tái)風(fēng)干擾響應(yīng)更敏感,其次是M1和M3,M0最弱。

2.3 臺(tái)風(fēng)干擾對(duì)不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤微生物生物量碳含量的影響

不同經(jīng)營(yíng)模式茶園的土壤微生物生物量碳的表現(xiàn)為M3>M1> M0> M2(圖3)。同時(shí)M0和M1的表層土壤微生物生物量碳大于亞表層土壤微生物生物量碳,而M2和M3亞表層土壤微生物生物量碳大于表層土壤微生物生物量碳。M2的表層和亞表層土壤微生物生物量碳在臺(tái)風(fēng)干擾下呈上升趨勢(shì),M3的亞表層土壤微生物生物量碳在臺(tái)風(fēng)干擾下是先下降后上升。不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤微生物生物量碳受臺(tái)風(fēng)的影響程度因經(jīng)營(yíng)模式而異。其中,在不同臺(tái)風(fēng)時(shí)期M2的表層土壤微生物生物量碳差異顯著(P<0.05),其他經(jīng)營(yíng)模式茶園無(wú)顯著差異;在不同臺(tái)風(fēng)時(shí)期M3的亞表層土壤微生物生物量碳差異極顯著(P<0.01),M2差異顯著(P<0.05),其他經(jīng)營(yíng)模式茶園無(wú)顯著差異。M2在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前一天的表層微生物生物量碳顯著最低,而M2在臺(tái)風(fēng)過(guò)境后一天的亞表層土壤微生物生物量碳顯著最低。M2微生物生物量碳對(duì)臺(tái)風(fēng)響應(yīng)最敏感,M3次之,M0和M1沒(méi)有響應(yīng)。

圖3 2021年臺(tái)風(fēng)“煙花”對(duì)浙江天臺(tái)山不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤微生物生物量碳的影響Fig.3 Effects of Typhoon "Fireworks" on soil microbial biomass carbon in tea plantations with different management modes in Tiantai Mountain, Zhejiang Province in 2021

2.4 臺(tái)風(fēng)對(duì)不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤可溶性有機(jī)碳含量的影響

不同經(jīng)營(yíng)模式茶園的土壤可溶性有機(jī)碳含量的表現(xiàn)為M2>M3>M0>M1(圖4)。同時(shí)M0和M1的表層土壤可溶性有機(jī)碳含量大于亞表層土壤可溶性有機(jī)碳含量,而M2和M3的亞表層土壤可溶性有機(jī)碳含量大于表層土壤可溶性有機(jī)碳含量。M0的亞表層土壤可溶性有機(jī)碳含量在臺(tái)風(fēng)干擾下呈下降趨勢(shì),但M1的亞表層土壤可溶性有機(jī)碳含量在臺(tái)風(fēng)干擾下卻呈上升趨勢(shì)。在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前M2的表層和亞表層土壤可溶性有機(jī)碳含量最高,M3的表層土壤可溶性有機(jī)碳含量最低,M1的亞表層土壤可溶性有機(jī)碳含量最低。不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤可溶性有機(jī)碳含量受臺(tái)風(fēng)的影響程度也因經(jīng)營(yíng)模式而異。其中,在不同臺(tái)風(fēng)時(shí)期M0的表層土壤可溶性有機(jī)碳含量差異極顯著(P<0.01),M3模式差異顯著(P<0.05),其他經(jīng)營(yíng)模式茶園無(wú)顯著差異;不同臺(tái)風(fēng)時(shí)期M0和M1的亞表層土壤可溶性有機(jī)碳含量差異顯著(P<0.05),其他經(jīng)營(yíng)模式茶園無(wú)顯著差異。M0在臺(tái)風(fēng)過(guò)境后一天的表層土壤可溶性有機(jī)碳含量顯著最低,而其亞表層土壤中臺(tái)風(fēng)過(guò)境后7天的土壤可溶性有機(jī)碳含量顯著低于臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前一天的土壤可溶性有機(jī)碳含量。M1在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前一天的亞表層土壤可溶性有機(jī)碳含量顯著低于臺(tái)風(fēng)過(guò)境后7天后土壤可溶性有機(jī)碳含量。M3在臺(tái)風(fēng)過(guò)境后一天的表層土壤可溶性有機(jī)碳含量顯著高于臺(tái)風(fēng)過(guò)境后7天的土壤可溶性有機(jī)碳含量。M0的可溶性有機(jī)碳含量對(duì)臺(tái)風(fēng)干擾響應(yīng)更敏感,M1和M3次之,M2最弱。

圖4 2021年臺(tái)風(fēng)“煙花”對(duì)浙江天臺(tái)山不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤可溶性有機(jī)碳含量的影響Fig.4 Effects of Typhoon "Fireworks" on soil dissolved organic carbon concentration in tea plantations with different management modes in Tiantai Mountain, Zhejiang Province in 2021

2.5 茶園土壤微生物熵的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子

經(jīng)營(yíng)模式、臺(tái)風(fēng)時(shí)期、土層及其相互作用均顯著影響了茶園土壤微生物熵(表2)。而對(duì)茶園土壤微生物生物量碳,經(jīng)營(yíng)模式、臺(tái)風(fēng)時(shí)期和土層有顯著影響。經(jīng)營(yíng)模式,經(jīng)營(yíng)模式與臺(tái)風(fēng)的交互作用以及經(jīng)營(yíng)模式、臺(tái)風(fēng)時(shí)期和土層的交互作用顯著影響可溶性有機(jī)碳含量。土壤微生物熵與土壤微生物生物量碳為顯著正相關(guān),而與土壤可溶性有機(jī)碳含量、溫度、有機(jī)質(zhì)、土壤磷含量顯著負(fù)相關(guān)(表3)。同時(shí),茶園土壤微生物生物量碳與土壤含水量、有機(jī)質(zhì)、土壤氮含量為顯著正相關(guān)。土壤可溶性有機(jī)碳含量與土壤溫度、含水量、有機(jī)質(zhì)表現(xiàn)為正相關(guān)性。

表2 臺(tái)風(fēng)干擾對(duì)不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤微生物熵、微生物生物量碳和可溶性有機(jī)碳的影響Table 2 Effects of typhoon disturbance on soil microbial quotient, microbial biomass carbon and dissolved organic carbon of tea plantations under different management modes

表3 茶園土壤理化性質(zhì)與微生物熵、微生物生物量碳、可溶性有機(jī)碳的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of soil physicochemical properties with soil microbial quotient, microbial biomass carbon and dissolved organic carbon in tea plantations

3 討論

3.1 不同經(jīng)營(yíng)模式茶園對(duì)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性的影響

影響土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性的因素有有機(jī)碳自身的分子結(jié)構(gòu)性質(zhì)、土壤生物和非生物因子都會(huì)影響土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性[36—37],例如土壤可溶性有機(jī)碳、土壤微生物、植被類(lèi)型、土壤水分和溫度等。本項(xiàng)研究結(jié)果表明,土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性會(huì)因經(jīng)營(yíng)模式的不同而改變。有研究表明,在不同植被類(lèi)型中微生物生物量碳在土壤有機(jī)碳中的百分比不同[11]。此外,土壤微生物熵還會(huì)因土地利用方式的不同而存在差異[12,38],因?yàn)橥寥乐械蚵湮镄纬梢约拔⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu)不同[39—41],導(dǎo)致土壤中有機(jī)碳的積累與微生物生物量碳同化存在差異[42],所以微生物熵隨之發(fā)生變化[43]。在本研究中,M2在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前的微生物熵和土壤微生物生物量碳在四個(gè)經(jīng)營(yíng)模式茶園中最低,可能是因?yàn)镸2中的雞糞含有的較多腐殖質(zhì)在酸性土壤中不易溶解[44],使微生物能吸收的碳減少,而土壤有機(jī)碳積累[45],導(dǎo)致微生物熵偏低。還有研究證明,土壤可溶性有機(jī)碳含量與土壤微生物熵具有密不可分的關(guān)系,因?yàn)橥寥揽扇苄杂袡C(jī)碳含量對(duì)土壤有機(jī)碳的形成、土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性以及微生物群落結(jié)構(gòu)有顯著影響[46—48]。本研究中臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前M2的土壤可溶性有機(jī)碳含量最高,但其土壤微生物熵最低,可能是土壤為維持碳庫(kù)穩(wěn)定而處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。另外,有研究表明環(huán)境因子也會(huì)對(duì)微生物熵的產(chǎn)生影響,例如土壤溫度,其可能是通過(guò)升高溫度使微生物更多地同化土壤中碳,使微生物生物量碳增加[46],從而提高了微生物熵。

3.2 不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤對(duì)臺(tái)風(fēng)干擾的響應(yīng)

在本研究中,M1、M2和M3的亞表層土壤微生物熵響應(yīng)臺(tái)風(fēng)干擾的程度顯著大于表層土壤,可能的原因是臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)降雨通過(guò)淋濾作用,將土壤上一部分的凋落物碎片和養(yǎng)分帶到了亞表層土壤中而被截留,通過(guò)微生物的分解與同化而使微生物熵對(duì)臺(tái)風(fēng)做出響應(yīng)。本研究結(jié)果表明,M2土壤微生物熵對(duì)臺(tái)風(fēng)干擾更敏感。在不同的臺(tái)風(fēng)時(shí)期茶園土壤微生物生物量碳都有上升的趨勢(shì),可能原因是臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的降雨以及臺(tái)風(fēng)過(guò)境后天氣轉(zhuǎn)暖,增加了土壤中水的可利用性和提高了土壤溫度,使微生物活性增加。其中,臺(tái)風(fēng)干擾下M2的微生物熵和微生物生物量碳呈上升趨勢(shì),可能原因是臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的強(qiáng)降雨降低了土壤的酸度促使土壤中有機(jī)碳更多的溶解而增加了微生物分解代謝所需的有機(jī)碳[44],微生物可利用碳的增加和溫度的作用使微生物生長(zhǎng),土壤微生物生物量碳提高,故而提高了土壤微生物熵。有研究表明,微生物活動(dòng)容易受氣候變化的影響[49],而且溫度對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和微生物的活性與生物量有顯著影響[10],從而導(dǎo)致土壤微生物熵變化。然而與M1和M2不同的是,在臺(tái)風(fēng)干擾下M3的亞表層土壤微生物熵呈下降趨勢(shì)。M3噴灑的微生物肥料以芽孢桿菌為主,芽孢桿菌是一種對(duì)外界有害因子抵抗力強(qiáng)的細(xì)菌,它不僅耐旱耐高溫,而且還耐酸堿性[50]。因此,芽孢桿菌在偏酸性的茶園土壤中可能更適宜生存,噴灑了微生物肥料后土壤中的微生物群落優(yōu)勢(shì)物種可能發(fā)生了轉(zhuǎn)變,所以M3在不同臺(tái)風(fēng)時(shí)期中的土壤微生物熵變化趨勢(shì)與其他經(jīng)營(yíng)模式茶園不同。還可能是因?yàn)榕_(tái)風(fēng)強(qiáng)降雨把一部分微生物沖走,導(dǎo)致土壤微生物生物量碳降低,表層土壤的可溶性有機(jī)碳被截留在亞表層土壤增加了有機(jī)碳含量,從而使M3的土壤微生物熵降低。因此,證明臺(tái)風(fēng)干擾會(huì)對(duì)不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤微生物熵影響程度不同,其對(duì)茶園土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性造成一定的影響。

4 結(jié)論與展望

以往研究多關(guān)注不同經(jīng)營(yíng)模式茶園對(duì)茶葉質(zhì)量與產(chǎn)量,土壤的有機(jī)碳和養(yǎng)分的影響,但往往忽略臺(tái)風(fēng)對(duì)茶園土壤造成的變化,和土壤微生物熵對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)。本文研究表明,為不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤碳對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)提供基礎(chǔ)。同時(shí),臺(tái)風(fēng)期間不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤微生物熵中茶園養(yǎng)雞和林茶間作的亞表層土壤趨勢(shì)一致,說(shuō)明這兩種經(jīng)營(yíng)模式茶園應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)的效果有相似之處。不過(guò),本研究對(duì)于茶園土壤微生物熵對(duì)臺(tái)風(fēng)影響的長(zhǎng)期響應(yīng)還缺乏持續(xù)關(guān)注。因此,想要深入了解臺(tái)風(fēng)對(duì)不同經(jīng)營(yíng)模式茶園土壤微生物熵的長(zhǎng)期影響,還需要進(jìn)一步研究。