秦嶺北坡4種植被類(lèi)型的土壤養(yǎng)分狀況和微生物特征比較研究

任建宏，燕 輝，朱銘強(qiáng)，彭曉邦

（1.榆林學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 榆林719000；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊陵712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 林學(xué)院，陜西 楊陵712100；4.商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥工程系，陜西 商洛726000）

養(yǎng)分、土壤微生物是土壤的重要組成成分。土壤養(yǎng)分含量可直接影響地表植被的生長(zhǎng)，土壤微生物通過(guò)分解動(dòng)植物殘?bào)w而參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，影響著地表植被的生長(zhǎng)發(fā)育。同樣，地表植被也影響著土壤養(yǎng)分的積累和分布以及土壤微生物數(shù)量，森林凋落物是土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源和森林土壤肥力維持的基礎(chǔ)［1］，植被也能對(duì)土壤微生物的生長(zhǎng)和分布產(chǎn)生影響［2］。不同植被類(lèi)型對(duì)土壤養(yǎng)分和土壤微生物的影響情況不同，蔣文偉等［3］對(duì)安吉山地主要森林類(lèi)型土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行研究認(rèn)為，不同樹(shù)種對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)狀況的影響不同。許景偉等［4］研究發(fā)現(xiàn)，不同類(lèi)型黑松混交林下土壤微生物數(shù)量存在顯著差異。因此，研究不同植被類(lèi)型土壤養(yǎng)分和土壤微生物分布變化規(guī)律，可以直接或間接地反映不同植被類(lèi)型對(duì)土壤的改良作用，為生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和退耕還林模式的選擇提供參考依據(jù)。

楊樹(shù)（Populus cathayana）人工林、刺槐（Robinia pseudoacacia）人工林、油松（Pinus tabulaeformis）人工林和荒坡是秦嶺北坡常見(jiàn)的4種植被類(lèi)型，通過(guò)對(duì)秦嶺北坡相似立地條件下楊樹(shù)人工林、刺槐人工林、油松人工林和荒坡4種不同植被類(lèi)型養(yǎng)分狀況和微生物特征的對(duì)比研究，探討了人工林與荒坡之間、各種不同類(lèi)型的人工林之間土壤養(yǎng)分狀況和微生物特征的差別，以求為秦嶺北坡山區(qū)土地利用和造林規(guī)劃提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于秦嶺北坡戶(hù)縣南部山區(qū)，該區(qū)地理位置為東經(jīng)108°22′－108°46′，北緯33°46′－34°16′，是山地與關(guān)中平原的過(guò)渡地帶。氣候?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同期，冬春干旱，夏秋多雨。年平均氣溫12℃，最熱月7月平均氣溫24℃，最冷月1月平均氣溫－3℃，≥0℃活動(dòng)積溫4 300～4 500℃，≥10℃活動(dòng)積溫3 500～3 700℃，極端最低氣溫－22℃，年降水量800mm左右，無(wú)霜期200d，植被類(lèi)型為針闊葉混交林，其間穿插部分荒地，主要植被有楊、槐、油松、側(cè)柏、栓皮櫟、榆、胡枝子等。土壤以褐色、棕色森林土為主。

1.2 研究方法

以研究區(qū)立地條件基本一致的楊樹(shù)人工林、刺槐人工林、油松人工林為研究對(duì)象，以荒坡荒地作對(duì)照，樣地基本情況見(jiàn)表1。在4樣地中用多點(diǎn)混合取樣法按0－15，15－30，30－45cm分3層分別取土樣裝入密封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室分別測(cè)定土壤養(yǎng)分和土壤微生物數(shù)量。土壤養(yǎng)分測(cè)定參照《土壤農(nóng)化分析》［5］，其中土壤pH采用pH計(jì)測(cè)量，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱氧化法測(cè)定，全氮采用凱氏蒸餾法測(cè)定，水解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，全磷采用NaOH燒融鉬銻抗比色法測(cè)定，速效磷采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法測(cè)定。土壤微生物測(cè)定參照《土壤微生物研究法》［6］，土壤微生物區(qū)系分析采用平板分析法。細(xì)菌采用牛肉蛋白胨培養(yǎng)基，以稀釋度為10～5和10～4的土壤稀釋液接種；真菌采用查氏培養(yǎng)基，以稀釋度為10～3和10～2的土壤稀釋液接種；放線菌采用高氏1號(hào)瓊脂培養(yǎng)基，以稀釋度為10～2和10～1的土壤稀釋液接種。

表1 樣地基本情況

2 結(jié)果與分析

2.1 4種植被類(lèi)型土壤養(yǎng)分狀況比較

2.1.1 4種不同植被類(lèi)型土壤pH比較 土壤pH是反映土壤酸堿度的重要指標(biāo)，也是土壤重要的化學(xué)性質(zhì)，對(duì)土壤肥力狀況有很大影響；土壤微生物的活動(dòng)，土壤有機(jī)質(zhì)分解，土壤礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的釋放與轉(zhuǎn)移，以及土壤發(fā)生過(guò)程中的元素遷移，都和土壤酸堿度有關(guān)。圖1表明，4種植被類(lèi)型土壤pH值變化在6.21～7.53之間，呈弱酸性至弱堿性，0－15cm土壤pH值由大到小依次為楊樹(shù)人工林、刺槐人工林、油松人工林、荒坡；15－30cm，30－45cm土壤pH值由大到小依次為刺槐人工林、楊樹(shù)人工林、油松人工林、荒坡。各土層之間pH值相比較，隨著土層深度的增加，刺槐林土壤由酸轉(zhuǎn)堿，楊樹(shù)林土壤由堿轉(zhuǎn)酸，荒坡土壤酸性增強(qiáng)，油松林土壤呈酸性且表現(xiàn)為波動(dòng)變化趨勢(shì)。

2.1.2 4種不同植被類(lèi)型土壤有機(jī)質(zhì)比較 土壤有機(jī)質(zhì)包括各種動(dòng)植物殘?bào)w、微生物及其生命活動(dòng)的各種有機(jī)產(chǎn)物，是生態(tài)系統(tǒng)中植被速效養(yǎng)分的來(lái)源。它影響和改變著土壤的一系列物理、化學(xué)和生物的特性，對(duì)提高土壤肥力有重要作用。由于各植被類(lèi)型地表凋落物與植物根系分布狀況、數(shù)量不同，各植被類(lèi)型間有機(jī)質(zhì)含量也存在差異。圖2表明，4種植被類(lèi)型中，土壤有機(jī)質(zhì)含量在35.47～54.95g／kg之間變化。在0－15，15－30，30－45cm土層中，楊樹(shù)人工林有機(jī)質(zhì)含量分別為28.87，16.12，9.96g／kg；刺槐人工林有機(jī)質(zhì)含量分別為23.84，14.60，9.12g／kg；油松人工林有機(jī)質(zhì)含量為20.31，13.17，8.80g／kg；荒坡為15.76，12.80，6.91g／kg。0－15，15－30，30－45cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為楊樹(shù)人工林最高，刺槐人工林次之，再次為油松人工林，荒坡最低。且隨著土層深度的增加，4種植被類(lèi)型土壤有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)出減少趨勢(shì)。

圖1 4種植被類(lèi)型不同土層pH值比較

圖2 4種植被類(lèi)型不同土層有機(jī)質(zhì)含量比較

2.1.3 4種不同植被類(lèi)型土壤氮含量比較 土壤全氮是評(píng)價(jià)土壤氮素肥力的一個(gè)重要指標(biāo)。而土壤有效氮可以為植物直接吸收，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有重要影響，也是表征土壤肥力質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。由于各種不同植被類(lèi)型地表植被不同、葉子分解速率與根系周轉(zhuǎn)速度各有差異，使各植被類(lèi)型間及同一植被類(lèi)型各土層間土壤氮含量也存在差異。圖3、圖4表明，土壤全氮含量和水解氮含量在4種植被類(lèi)型中順序一致，依次為刺槐人工林最高，楊樹(shù)人工林次之，再次為油松人工林，荒坡最低。在0－15cm土層，楊樹(shù)人工林、刺槐人工林、油松人工林和荒坡全氮含量分別為1.47，1.67，1.32，0.82g／kg，水解氮含量分別為106.29，116.62，93.54，67.04mg／kg；15－30cm 土層，楊樹(shù)人工林、刺槐人工林、油松人工林和荒坡全氮含量分別為0.80，0.88，0.77，0.73g／kg，水解氮含量分別為75.63，86.32，68.11，64.51mg／kg；在30－45 cm土層，楊樹(shù)人工林、刺槐人工林、油松人工林和荒坡全氮含量分別為0.59，0.57，0.44，0.41g／kg，水解氮含量分別為44.49，49.82，42.41，39.17mg／kg。除30－45cm刺槐人工林全氮含量略低于楊樹(shù)人工林外，其余各土層全氮含量和所有土層的水解氮含量均為刺槐人工林最高，楊樹(shù)人工林次之，再次為油松人工林，荒坡最低。且各種植被類(lèi)型土壤全氮含量和水解氮含量均隨著土層深度的增加而減少。

2.1.4 4種不同植被類(lèi)型土壤磷含量比較 土壤全磷含量和有效磷含量是衡量土壤磷素供應(yīng)狀況及其有效性的重要指標(biāo)。圖5表明，4種植被類(lèi)型中，全磷含量為楊樹(shù)人工林最高，刺槐人工林次之，再次為油松人工林，荒坡最低。在0－15，15－30，30－45cm土層中，楊樹(shù)人工林全磷含量分別為0.54，0.40，0.31g／kg；刺槐人工林全磷含量分別為0.61，0.54，0.32g／kg；油松人工林全磷含量為0.48，0.43，0.28g／kg；荒坡為0.40，0.38，0.23g／kg。0－15cm與30－45cm土層中，楊樹(shù)人工林全磷含量最高，刺槐人工林全磷含量次之，再次為油松人工林，荒坡最低；而15－30cm土層全磷含量則為楊樹(shù)人工林最高，油松人工林次之，再次為刺槐人工林，荒坡最低。且各種植被類(lèi)型土層全磷含量均隨著土層深度的增加而減少。圖6表明，4種植被類(lèi)型速效磷含量順序與全磷不同，表現(xiàn)為楊樹(shù)人工林最高，油松人工林較高，再次為刺槐人工林，荒坡最低。楊樹(shù)人工林速效磷含量分別為2.17，1.88，2.69mg／kg；油松人工林速效磷含量為1.96，1.29，1.18mg／kg；刺槐人工林速效磷含量為1.66，1.31，0.82mg／kg；荒坡為0.94，0.74，0.9 1mg／kg。0－15cm土層，速效磷含量以楊樹(shù)人工林最高，刺槐人工林次之，再次為油松人工林，荒坡最低；而15－30cm土層楊樹(shù)人工林速效磷含量最高，刺槐人工林速效磷含量次之，再次為刺槐人工林，荒坡最低；30－45cm土層則為楊樹(shù)人工林最高，油松人工林次之，再次為荒坡，油松人工林最低。刺槐人工林與油松人工林速效磷含量隨著土層加深而減少，而楊樹(shù)人工林與荒坡速效磷含量隨著土層深度增加呈先降低后增加的拋物線趨勢(shì)。

圖3 4種植被類(lèi)型不同土層全氮含量比較

圖4 4種植被類(lèi)型不同土層速效氮含量比較

圖5 4種植被類(lèi)型不同土層全磷含量比較

圖6 4種植被類(lèi)型不同土層速效磷含量比較

2.2 4種不同植被類(lèi)型土壤微生物比較

土壤微生物直接參與土壤中碳、氮的循環(huán)，土壤腐殖質(zhì)的形成以及無(wú)機(jī)元素的轉(zhuǎn)化過(guò)程，在土壤的形成和創(chuàng)造肥力的過(guò)程中起著極為重要的作用，土壤微生物的數(shù)量分布，不僅可以敏感地反映土壤環(huán)境質(zhì)量的變化，而且亦是土壤中生物活性的具體體現(xiàn)［7］。圖7表明，4種植被類(lèi)型中，楊樹(shù)人工林微生物總量最高，刺槐人工林次之，再次為油松人工林，荒坡最低。其中，土壤0－15cm與30－45cm土層微生物總量數(shù)量順序與微生物總量在4種植被類(lèi)型中數(shù)量順序相同；15－30cm土層刺槐人工林微生物總量最多，楊樹(shù)人工林微生物總量較多，再次為油松人工林，荒坡最少。在4種植被類(lèi)型中，隨著土層深度的增加，微生物總量表現(xiàn)出減少趨勢(shì)。這些微生物總量分布特征與各植被類(lèi)型土壤養(yǎng)分狀況存在一定的關(guān)系。

圖7表明，4種植被類(lèi)型土壤微生物在總體數(shù)量上是以細(xì)菌為主。細(xì)菌占到各植被類(lèi)型微生物總量的98%以上。各植被類(lèi)型細(xì)菌含量由小到大依次為楊樹(shù)人工林、刺槐人工林、油松人工林、荒坡，說(shuō)明細(xì)菌在這3種人工林地較荒坡活躍。0－15cm土層與30－45cm土層，楊樹(shù)人工林細(xì)菌數(shù)量最多，其次為刺槐人工林，再次為油松人工林，荒坡最少；而15－30cm土層刺槐人工林細(xì)菌數(shù)量則多于楊樹(shù)人工林。隨著土層深度的增加，各植被類(lèi)型土壤細(xì)菌數(shù)量表現(xiàn)為減少趨勢(shì)。

放線菌有很強(qiáng)的分解纖維素、石蠟、瓊脂、角蛋白和橡膠等復(fù)雜有機(jī)物的能力，它們?cè)谧匀唤缥镔|(zhì)循環(huán)和提高土壤肥力等方面有著重要的作用。圖7表明，4種植被類(lèi)型中，楊樹(shù)人工林放線菌最多，其次為刺槐人工林，油松人工林放線菌數(shù)量較少，荒坡最少。0－15cm土層，15－30cm土層以及30－45cm土層放線菌數(shù)量順序均與放線菌在4種植被類(lèi)型中的數(shù)量順序相同。4種植被類(lèi)型中，刺槐人工林與荒坡放線菌數(shù)量隨土層的加深而增加，楊樹(shù)人工林與油松人工林放線菌數(shù)量則隨土層的加深而呈現(xiàn)出先減少再增加的拋物線變化趨勢(shì)。

圖7表明，4種植被類(lèi)型中真菌數(shù)量依次為荒坡最多，其次為油松人工林，再次為刺槐人工林，楊樹(shù)人工林最少。這種現(xiàn)象與真菌喜歡酸性環(huán)境的特征［8］分不開(kāi)，也反映了真菌對(duì)針葉森林類(lèi)型下難分解針葉有機(jī)殘?bào)w的分解起著重要作用。0－15cm土層與15－30cm土層真菌數(shù)量順序與真菌在4種不同立地類(lèi)型中的總量順序相同，而30－45cm土層真菌數(shù)量為荒坡最多，楊樹(shù)人工林次之，再次為油松人工林，刺槐人工林最少。隨著土層深度的增加，刺槐人工林、油松人工林和荒坡真菌數(shù)量均表現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，而楊樹(shù)人工林真菌數(shù)量則隨土層加深表現(xiàn)為先減少再增加的拋物線變化趨勢(shì)。

圖7 土壤微生物數(shù)量比較

3 結(jié)論

植物種類(lèi)、生長(zhǎng)情況不同的樣地，土壤養(yǎng)分和土壤微生物數(shù)量也存在差異。通過(guò)對(duì)秦嶺北坡楊樹(shù)人工林、刺槐人工林、油松人工林和荒坡等4種不同植被類(lèi)型的土壤養(yǎng)分和土壤微生物數(shù)量進(jìn)行實(shí)測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)：

（1）相似立地條件下，不同植被類(lèi)型對(duì)土壤養(yǎng)分狀況的影響不同。在楊樹(shù)人工林、刺槐人工林、油松人工林和荒坡4種植被類(lèi)型中，楊樹(shù)人工林、刺槐人工林能顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)積累，刺槐人工林對(duì)提高土壤氮含量作用很大。楊樹(shù)人工林、刺槐人工林土壤養(yǎng)分含量均高于油松人工林，而荒坡土壤養(yǎng)分含量最低。各植被類(lèi)型土壤pH值都介于6.21～7.53之間，且隨土層深度的變化而變化，呈現(xiàn)出各自不同的變化規(guī)律。

（2）4種植被類(lèi)型土壤中各種微生物數(shù)量存在明顯差異，在總體數(shù)量上均以細(xì)菌為主，占微生物總量98%以上，放線菌次之，真菌較少。除真菌數(shù)量外，土壤微生物總量、細(xì)菌數(shù)量和放線菌數(shù)量均為楊樹(shù)人工林最多，刺槐人工林較多，再次為油松人工林，荒坡最少。

（3）4種植被類(lèi)型中，不同土層土壤養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量存在差異。土壤養(yǎng)分含量與微生物數(shù)量基本均隨土層深度的增加而減少，表明土壤微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分含量有關(guān)。

（4）4種植被類(lèi)型土壤養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量比較研究表明，人工造林能夠較好地改善荒坡土壤養(yǎng)分狀況，增加土壤微生物數(shù)量。3種不同人工林中，楊樹(shù)人工林、刺槐人工林（闊葉林）對(duì)土壤的改善較油松人工林（針葉林）更為有效。

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