地膜覆蓋對(duì)楊樹林下土壤生物學(xué)特征的影響

井大煒

（1.德州學(xué)院，山東 德州253023；2.山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南250014）

覆膜栽培技術(shù)在我國(guó)已有30多年歷史，自1978年從國(guó)外引進(jìn)地膜覆蓋栽培技術(shù)以來，根據(jù)因地制宜的原則進(jìn)行試驗(yàn)和消化吸收，逐步形成了具有中國(guó)特色的地膜覆蓋栽培體系［1］。目前，我國(guó)的地膜覆蓋種植面積已超過3.00×106hm2。覆膜可促使土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性狀發(fā)生一定的變化，如提高土壤溫度、保墑節(jié)水、穩(wěn)定土壤環(huán)境等，可以在覆膜小區(qū)域內(nèi)形成一種溫室效應(yīng)，從而改善土壤生態(tài)環(huán)境［1－2］，促進(jìn)作物早熟和提高作物產(chǎn)量［3］。

地膜覆蓋在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛的使用。許多學(xué)者對(duì)覆膜處理下土壤的物理性狀［4］、微生物數(shù)量［5］、有機(jī)碳 庫［6］以 及 作 物 的 光 合 特 性［7］和 養(yǎng) 分 吸收［8］等方面進(jìn)行了深入的研究，而且主要集中在花生、小麥、玉米、水稻和萵苣等農(nóng)作物上，而對(duì)大田林木覆膜方面的研究報(bào)道較少。楊樹是我國(guó)速生產(chǎn)林主栽樹種，具有生長(zhǎng)快、成林早、產(chǎn)量高和易于更新的特點(diǎn)。我國(guó)楊樹人工林面積約6.67×106hm2，占全國(guó)人工林面積的20%［9］。但目前楊樹營(yíng)造和經(jīng)營(yíng)中由于管理措施不當(dāng)，一定程度上造成了林地土壤生態(tài)環(huán)境退化、林地生產(chǎn)力下降的現(xiàn)象，所以急需科學(xué)有效的管理措施來改善林地生產(chǎn)力。關(guān)于覆膜對(duì)楊樹林下土壤理化性狀及微生物特性方面的研究尚未見報(bào)道。為此，本試驗(yàn)對(duì)地膜覆蓋對(duì)楊樹林下土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量、微生物量碳及活躍微生物量的影響進(jìn)行研究，探討不同處理方式對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響，以期為楊樹高產(chǎn)和高效栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在山東省濟(jì)南市北郊林場(chǎng)，地處北緯36°40′，東經(jīng)117°00′，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，日照充分，年平均氣溫14℃，年平均降雨量650～700mm。供試土壤為潮土，土壤速效氮19.65mg/kg，速效 P 14.32mg/kg，速效 K 45.79 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為7.83g/kg。所用化肥為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀。地膜系聚乙烯薄膜，厚度0.014 mm，寬度1.2m，覆蓋面積達(dá)100m2/kg。楊樹為4年生I－107歐美楊（Populuseuramericana）人工林，株行距2.5m×5m，南北行向，林木生長(zhǎng)均勻，平均樹高10.58m，平均胸徑9.26cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)2個(gè)處理:不覆膜（對(duì)照）和覆膜，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，每個(gè)小區(qū)30株樹?；适┯昧肯嗟?，均為常規(guī)用量，相當(dāng)于N 205.28kg/hm2，P2O570.38kg/hm2和K2O 58.65kg/hm2的施肥水平。施肥后對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行充分灌溉，然后覆膜。覆膜的時(shí)間共分為4次，均在同一小區(qū)進(jìn)行，第1次覆蓋在2011年3月20日，第2次覆蓋在2011年9月8日，第3次覆蓋在2012年3月26日，第4次覆蓋在2012年9月5日。

1.3 樣品采集

土壤樣品于2012年11月8日采集。采樣時(shí)，每個(gè)處理按S形布設(shè)5個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)分布用土鉆采取0—20cm和20—40cm兩個(gè)深度層次樣品，然后將5個(gè)采樣點(diǎn)的同一層次土樣混合，得到不同土層混合土壤樣品。土樣除去動(dòng)植物殘?bào)w和石礫等，一部分新鮮土樣研磨過1mm篩，混勻后迅速裝入無菌塑料袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，置于4℃冰箱保存，用于土壤含水量、微生物數(shù)量、微生物量碳和活躍微生物量的測(cè)定，其余土樣風(fēng)干后過2mm篩，用于土壤養(yǎng)分及酶活性的測(cè)定。

1.4 分析測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤含水量、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、pH值等項(xiàng)目的測(cè)試方法詳見參考文獻(xiàn)［10］；土壤微生物數(shù)量采用稀釋平板計(jì)數(shù)法，細(xì)菌采用牛肉蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，放線菌采用改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基，真菌采用馬丁—孟加拉紅培養(yǎng)基［11］；土壤脲酶的測(cè)定采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法，過氧化氫酶測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法，多酚氧化酶的測(cè)定采用鄰苯三酚比色法，蔗糖酶的測(cè)定采用Na2S2O3滴定法［12］；土壤微生物量碳的測(cè)定采用氯仿熏蒸法［13］；土壤活躍微生物量的測(cè)定采用呼吸曲線數(shù)學(xué)分析法［14］。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，用單因素方差分析（one－way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同處理組數(shù)據(jù)的差異，顯著性水平設(shè)定為α＝0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆膜對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

地膜覆蓋對(duì)土壤的理化性質(zhì)影響顯著（表1）。由表1可以看出，0—20cm土層與對(duì)照相比，覆膜土壤的含水量和堿解氮顯著增加，分別增加了12.79%和17.92%；而有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和pH值卻顯著降低，分別降低了14.42%，17.96%，12.75%和4.09%。20—40cm土層覆膜土壤的含水量、有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效磷與對(duì)照之間差異均達(dá)顯著水平，這與0—20cm土層的變化規(guī)律一致；而全氮、pH值與對(duì)照差異不顯著。同0—20cm土層相比，20—40 cm土層的各指標(biāo)數(shù)值減小，并且覆膜和對(duì)照之間各理化性狀的差異也變小。表明隨著土層深度的增加，覆膜對(duì)土壤理化性狀的影響作用表現(xiàn)為減弱。

2.2 覆膜對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

細(xì)菌、真菌和放線菌是土壤中的三大類微生物，它們對(duì)土壤中有機(jī)物的分解，氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素及其化合物的轉(zhuǎn)化具有重要作用。覆膜處理對(duì)土壤細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量均有顯著的影響作用（表2）。由表2可以看出，0—20cm土層覆膜顯著增加了細(xì)菌數(shù)和真菌數(shù)，分別比對(duì)照增加了44.89%和42.58%；而放線菌數(shù)與對(duì)照差異不顯著；微生物總量的變化規(guī)律與細(xì)菌數(shù)一致。20—40cm土層覆膜與對(duì)照之間的微生物數(shù)量差異與0—20cm土層變化一致。這表明覆膜改善了0—40cm土層的土壤微生物區(qū)系，有利于土壤養(yǎng)分的有效化和楊樹對(duì)礦質(zhì)元素的吸收。與0—20cm土層相比，20—40cm土層在覆膜和對(duì)照處理下的細(xì)菌數(shù)、真菌數(shù)和放線菌數(shù)均明顯降低，并且差異變小。表明隨著土層的增加，土壤細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量減少，并且覆膜的影響作用也變小。另外，在0－20cm和20－40cm兩個(gè)土層中，楊樹林下土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量占微生物總量的比例范圍分別為86.97%～91.01%，0.28%～0.32%和8.67%～12.74%。覆膜與對(duì)照相比，細(xì)菌所占總量的比例有上升的趨勢(shì)，真菌變化不明顯，而放線菌卻有下降的趨勢(shì)。

表1 覆膜對(duì)楊樹林下土壤理化性質(zhì)的影響

表2 覆膜對(duì)楊樹林下土壤微生物數(shù)量的影響 104個(gè)/g（干土）

2.3 覆膜對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶來自土壤微生物、植物和動(dòng)物活體或殘?bào)w，是土壤生化過程的產(chǎn)物。土壤酶活性是土壤中生物學(xué)活性的總體現(xiàn)，它表征了土壤的綜合肥力特征及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過程，所以土壤酶活性可以作為衡量土壤肥力水平高低的較好指標(biāo)。通?？捎秒迕浮⑦^氧化氫酶、蔗糖酶和多酚氧化酶等來評(píng)價(jià)土壤肥力［15］。覆膜對(duì)楊樹土壤酶活性的影響如表3所示?？梢钥闯?，0—20cm土層，同對(duì)照相比，覆膜處理的脲酶活性降低了13.02%，差異達(dá)顯著水平；而過氧化氫酶、蔗糖酶和多酚氧化酶的活性卻呈相反的變化趨勢(shì)，相比對(duì)照分別提高了29.25%，83.66%和28.95%，以蔗糖酶的變化幅度最大。

在20—40cm土層，覆膜處理的脲酶活性比對(duì)照降低了8.96%，而過氧化氫酶、蔗糖酶和多酚氧化酶的活性卻比對(duì)照增加了21.59%，77.94%和23.08%。

可見，20—40cm土層的酶活性相比0—20cm土層均有明顯的降低，并且覆膜與對(duì)照之間的差異也變小。表明隨著土層的加深，土壤的脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和多酚氧化酶活性均降低，且地膜覆蓋對(duì)土壤酶活性的影響亦有所下降。

表3 覆膜對(duì)楊樹林下土壤酶活性的影響

2.4 覆膜對(duì)土壤微生物量碳和活躍微生物量的影響

土壤微生物量碳（MBC）可反映土壤養(yǎng)分有效狀況和生物活性，能在很大程度上反映土壤微生物數(shù)量，其對(duì)土壤擾動(dòng)非常敏感，但不受無機(jī)氮的直接影響，常作為土壤對(duì)環(huán)境響應(yīng)的指示劑［5］。從圖1可見，0—20cm和20—40cm土層中MBC含量的變化規(guī)律一致。與對(duì)照相比，覆膜處理的MBC含量在0—20cm和20—40cm土層中分別增加了27.44%和20.18%，差異達(dá)顯著水平?？梢姡材わ@著增加了土壤生物量碳，有利于土壤微生物數(shù)量的增加和土壤養(yǎng)分有效性的提高。

活躍微生物是指土壤中一少部分生理功能活躍的微生物，這部分微生物不到總功能的1/3［4］。楊樹林下土壤中活躍微生物量的變化規(guī)律與土壤微生物量碳基本一致，都是覆膜處理明顯高于對(duì)照，在0—20cm和20—40cm土層分別增加了31.87%和22.29%。說明覆膜有利于楊樹林下土壤微生物的活動(dòng)和土壤養(yǎng)分的分解，這與表1—2結(jié)果一致。

圖1 覆膜對(duì)楊樹林下土壤微生物量碳和活躍微生物量的影響

3 結(jié)果討論

3.1 覆膜與土壤微生物數(shù)量、酶活性和養(yǎng)分

Liu等［16］在水稻—小麥種植中的研究認(rèn)為，地膜覆蓋后由于提高了作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而影響了土壤N，P，K的養(yǎng)分平衡。本研究結(jié)果表明，同對(duì)照相比，覆膜處理的楊樹林地土壤含水量和堿解氮顯著提高，而有機(jī)質(zhì)、全氮明顯降低。這與艾應(yīng)偉等［17］在水稻上的研究結(jié)果一致。這主要是因?yàn)楦材な雇寥罍囟群蜐穸忍岣?，土壤好氣性微生物活性增?qiáng)，有機(jī)質(zhì)分解加快，氮肥利用效率提高，從而造成土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量呈下降趨勢(shì)。土壤pH值主要受土壤氧化還原電位、土壤顆粒和土壤空氣中CO2濃度的影響。而地膜覆蓋后，促使有機(jī)物質(zhì)分解加快，從而使土壤中CO2濃度增高，這可能是導(dǎo)致pH值下降的主要原因。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，覆膜土壤的速效磷顯著降低。胡鋒等［18］在水稻上的研究也得出同樣的結(jié)論，但也有研究［19］認(rèn)為，覆膜后土壤速效磷呈增加的趨勢(shì)?？梢?，目前關(guān)于覆膜后土壤速效磷的變化規(guī)律尚未達(dá)成一致的結(jié)論，這可能與植物種類、試驗(yàn)周期和土壤類型等因素的差異有關(guān)。

土壤生態(tài)系統(tǒng)中的微生物是土壤物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的主要參與者，對(duì)于土壤養(yǎng)分的吸收轉(zhuǎn)化起著非常重要的推動(dòng)作用。地膜覆蓋增加了土壤微生物活性。本研究結(jié)果表明，與對(duì)照相比，楊樹覆膜后能明顯提高土壤細(xì)菌的數(shù)量，這與郭樹凡等［20］的研究結(jié)果一致。其原因可能是覆膜后減少了雨水對(duì)土壤的直接濺擊，降低了土壤容重，增加了土壤的疏松度和通透性，從而促進(jìn)好氣性微生物數(shù)量和活性的增加［4］。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，覆膜后土壤真菌數(shù)也顯著增加，但放線菌數(shù)卻變化不明顯。而林英杰等［4］在花生上的研究認(rèn)為，覆膜能使真菌數(shù)量顯著降低，而放線菌數(shù)量卻顯著增加，這與本試驗(yàn)結(jié)論有較大的差異，可能與作物種類、土壤條件等不同有關(guān)，具體影響機(jī)理還有待于進(jìn)一步深入研究。

覆膜還增加了土壤過氧化氫酶、蔗糖酶和多酚氧化酶的活性，特別是蔗糖酶的活性，這與蔡昆爭(zhēng)等［21］在水稻上的研究結(jié)果一致?？赡苁且?yàn)榈啬じ采w改善了土壤的水熱狀況，有利于微生物的繁殖及楊樹根系的生長(zhǎng)，從而促進(jìn)了土壤中酶活性的提高。相關(guān)研究［5］表明，土壤微生物數(shù)量與土壤有機(jī)碳含量、全氮、速效磷之間呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。因?yàn)槲⑸飻?shù)量增加和土壤酶活性提高后，加速了對(duì)有機(jī)質(zhì)和全氮的分解，促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的釋放，并且使作物對(duì)土壤氮和磷的吸收量增大，從而導(dǎo)致現(xiàn)存有機(jī)質(zhì)、總氮和速效磷的減少。這也解釋了土壤微生物數(shù)量增加和土壤酶活性提高后，而土壤養(yǎng)分則相對(duì)減少的原因。同時(shí)也說明覆膜后林下土壤肥力會(huì)呈下降的趨勢(shì)，這是一個(gè)值得注意的問題，在日常生產(chǎn)管理中應(yīng)及時(shí)通過增施有機(jī)肥、秸稈還田等措施加以解決。此外，覆膜后0—40cm土層的脲酶活性卻降低了，這與汪景寬等［22］的研究結(jié)論一致?？赡苁怯捎诟材ず笸寥赖臏囟群退趾吭黾?，pH值下降，使土壤中尿素濃度降低，從而抑制了脲酶的活性。

3.2 覆膜與土壤微生物量碳、活躍微生物量

土壤微生物量是土壤物質(zhì)和能力循環(huán)轉(zhuǎn)化的動(dòng)力，其變化能敏感反映土地利用和管理上的差異。微生物量碳是土壤有機(jī)碳中最活躍的成分，一般只占土壤有機(jī)碳總量的1%～3%，常作為土壤對(duì)環(huán)境響應(yīng)的指示計(jì)［4］。前人關(guān)于地膜覆蓋對(duì)微生物量碳和活性的研究結(jié)果不盡一致。張成娥等［23］在玉米上的研究表明，地膜覆蓋降低了微生物量碳。薛菁芳等［24］研究認(rèn)為，地膜覆蓋能提高土壤微生物量碳；而也有研究［25］發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋對(duì)土壤微生物量碳的影響不顯著。本試驗(yàn)結(jié)果得出，在0—40cm土層中，地膜覆蓋相比對(duì)照顯著提高了土壤微生物量碳和活躍微生物量，其原因可能是覆膜后改善了土壤物理性狀，促進(jìn)了根系的生長(zhǎng)，使根系分泌較多的有機(jī)酸、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為土壤微生物提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)了微生物繁殖，從而提高了微生物生物量，而土壤微生物量碳的消漲能反映微生物利用土壤碳源進(jìn)行細(xì)胞建成并大量繁殖和微生物細(xì)胞解體使有機(jī)碳礦化的過程。

4 結(jié)論

在0—20cm土層，楊樹經(jīng)過地膜覆蓋后可顯著增加林地土壤含水量和堿解氮含量，而有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和pH值卻明顯降低；土壤細(xì)菌數(shù)和真菌數(shù)分別增加了44.89%和42.58%，放線菌數(shù)變化不明顯；土壤過氧化氫酶、蔗糖酶和多酚氧化酶活性分別提高了29.25%，83.66%和28.95%，而脲酶活性卻降低了13.02%；土壤微生物量碳和活躍微生物量分別增加了27.44%和31.87%，有利于土壤養(yǎng)分的分解和有效化。20—40cm土層與0—20cm土層表現(xiàn)出基本一致的變化規(guī)律，但覆膜與對(duì)照之間的差異變小，表明隨著土層的加深，覆膜的影響作用減弱。因此，地膜覆蓋對(duì)楊樹林下土壤，尤其是表層土壤的生態(tài)環(huán)境具有明顯的改善作用。

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