秦嶺北坡4種植被類型的土壤養分狀況和微生物特征比較研究

任建宏，燕 輝，朱銘強，彭曉邦

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

養分、土壤微生物是土壤的重要組成成分。土壤養分含量可直接影響地表植被的生長，土壤微生物通過分解動植物殘體而參與生態系統的物質循環和能量流動，影響著地表植被的生長發育。同樣，地表植被也影響著土壤養分的積累和分布以及土壤微生物數量，森林凋落物是土壤有機質的來源和森林土壤肥力維持的基礎［1］，植被也能對土壤微生物的生長和分布產生影響［2］。不同植被類型對土壤養分和土壤微生物的影響情況不同，蔣文偉等［3］對安吉山地主要森林類型土壤養分狀況進行研究認為，不同樹種對土壤有機質狀況的影響不同。許景偉等［4］研究發現，不同類型黑松混交林下土壤微生物數量存在顯著差異。因此，研究不同植被類型土壤養分和土壤微生物分布變化規律，可以直接或間接地反映不同植被類型對土壤的改良作用，為生態系統的恢復和退耕還林模式的選擇提供參考依據。

楊樹（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的4種植被類型，通過對秦嶺北坡相似立地條件下楊樹人工林、刺槐人工林、油松人工林和荒坡4種不同植被類型養分狀況和微生物特征的對比研究，探討了人工林與荒坡之間、各種不同類型的人工林之間土壤養分狀況和微生物特征的差別，以求為秦嶺北坡山區土地利用和造林規劃提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區自然概況

研究區位于秦嶺北坡戶縣南部山區，該區地理位置為東經108°22′－108°46′，北緯33°46′－34°16′，是山地與關中平原的過渡地帶。氣候屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，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℃活動積溫4 300～4 500℃，≥10℃活動積溫3 500～3 700℃，極端最低氣溫－22℃，年降水量800mm左右，無霜期200d，植被類型為針闊葉混交林，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

以研究區立地條件基本一致的楊樹人工林、刺槐人工林、油松人工林為研究對象，以荒坡荒地作對照，樣地基本情況見表1。在4樣地中用多點混合取樣法按0－15，15－30，30－45cm分3層分別取土樣裝入密封袋，帶回實驗室分別測定土壤養分和土壤微生物數量。土壤養分測定參照《土壤農化分析》［5］，其中土壤pH采用pH計測量，有機質采用重鉻酸鉀外加熱氧化法測定，全氮采用凱氏蒸餾法測定，水解氮采用堿解擴散法測定，全磷采用NaOH燒融鉬銻抗比色法測定，速效磷采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法測定。土壤微生物測定參照《土壤微生物研究法》［6］，土壤微生物區系分析采用平板分析法。細菌采用牛肉蛋白胨培養基，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號瓊脂培養基，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 結果與分析

2.1 4種植被類型土壤養分狀況比較

2.1.1 4種不同植被類型土壤pH比較 土壤pH是反映土壤酸堿度的重要指標，也是土壤重要的化學性質，對土壤肥力狀況有很大影響；土壤微生物的活動，土壤有機質分解，土壤礦質營養元素的釋放與轉移，以及土壤發生過程中的元素遷移，都和土壤酸堿度有關。圖1表明，4種植被類型土壤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，刺槐林土壤由酸轉堿，楊樹林土壤由堿轉酸，荒坡土壤酸性增強，油松林土壤呈酸性且表現為波動變化趨勢。

2.1.2 4種不同植被類型土壤有機質比較 土壤有機質包括各種動植物殘體、微生物及其生命活動的各種有機產物，是生態系統中植被速效養分的來源。它影響和改變著土壤的一系列物理、化學和生物的特性，對提高土壤肥力有重要作用。由于各植被類型地表凋落物與植物根系分布狀況、數量不同，各植被類型間有機質含量也存在差異。圖2表明，4種植被類型中，土壤有機質含量在35.47～54.95g／kg之間變化。在0－15，15－30，30－45cm土層中，楊樹人工林有機質含量分別為28.87，16.12，9.96g／kg；刺槐人工林有機質含量分別為23.84，14.60，9.12g／kg；油松人工林有機質含量為20.31，13.17，8.80g／kg；荒坡為15.76，12.80，6.91g／kg。0－15，15－30，30－45cm土層土壤有機質含量均表現為楊樹人工林最高，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種植被類型土壤有機質含量均表現出減少趨勢。

圖1 4種植被類型不同土層pH值比較

圖2 4種植被類型不同土層有機質含量比較

2.1.3 4種不同植被類型土壤氮含量比較 土壤全氮是評價土壤氮素肥力的一個重要指標。而土壤有效氮可以為植物直接吸收，對植物的生長發育有重要影響，也是表征土壤肥力質量的主要指標之一。由于各種不同植被類型地表植被不同、葉子分解速率與根系周轉速度各有差異，使各植被類型間及同一植被類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種植被類型中順序一致，依次為刺槐人工林最高，楊樹人工林次之，再次為油松人工林，荒坡最低。在0－15cm土層，楊樹人工林、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，楊樹人工林次之，再次為油松人工林，荒坡最低。且各種植被類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狀況及其有效性的重要指標。圖5表明，4種植被類型中，全磷含量為楊樹人工林最高，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種植被類型速效磷含量順序與全磷不同，表現為楊樹人工林最高，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。

圖3 4種植被類型不同土層全氮含量比較

圖4 4種植被類型不同土層速效氮含量比較

圖5 4種植被類型不同土層全磷含量比較

圖6 4種植被類型不同土層速效磷含量比較

2.2 4種不同植被類型土壤微生物比較

土壤微生物直接參與土壤中碳、氮的循環，土壤腐殖質的形成以及無機元素的轉化過程，在土壤的形成和創造肥力的過程中起著極為重要的作用，土壤微生物的數量分布，不僅可以敏感地反映土壤環境質量的變化，而且亦是土壤中生物活性的具體體現［7］。圖7表明，4種植被類型中，楊樹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土層微生物總量數量順序與微生物總量在4種植被類型中數量順序相同；15－30cm土層刺槐人工林微生物總量最多，楊樹人工林微生物總量較多，再次為油松人工林，荒坡最少。在4種植被類型中，隨著土層深度的增加，微生物總量表現出減少趨勢。這些微生物總量分布特征與各植被類型土壤養分狀況存在一定的關系。

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

放線菌有很強的分解纖維素、石蠟、瓊脂、角蛋白和橡膠等復雜有機物的能力，它們在自然界物質循環和提高土壤肥力等方面有著重要的作用。圖7表明，4種植被類型中，楊樹人工林放線菌最多，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土層放線菌數量順序均與放線菌在4種植被類型中的數量順序相同。4種植被類型中，刺槐人工林與荒坡放線菌數量隨土層的加深而增加，楊樹人工林與油松人工林放線菌數量則隨土層的加深而呈現出先減少再增加的拋物線變化趨勢。

圖7表明，4種植被類型中真菌數量依次為荒坡最多，其次為油松人工林，再次為刺槐人工林，楊樹人工林最少。這種現象與真菌喜歡酸性環境的特征［8］分不開，也反映了真菌對針葉森林類型下難分解針葉有機殘體的分解起著重要作用。0－15cm土層與15－30cm土層真菌數量順序與真菌在4種不同立地類型中的總量順序相同，而30－45cm土層真菌數量為荒坡最多，楊樹人工林次之，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量均表現出減少的趨勢，而楊樹人工林真菌數量則隨土層加深表現為先減少再增加的拋物線變化趨勢。

圖7 土壤微生物數量比較

3 結論

植物種類、生長情況不同的樣地，土壤養分和土壤微生物數量也存在差異。通過對秦嶺北坡楊樹人工林、刺槐人工林、油松人工林和荒坡等4種不同植被類型的土壤養分和土壤微生物數量進行實測和分析，發現：

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

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

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

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

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