地膜覆蓋對楊樹林下土壤生物學特征的影響

井大煒

（1.德州學院，山東 德州253023；2.山東省林業科學研究院，山東 濟南250014）

覆膜栽培技術在我國已有30多年歷史，自1978年從國外引進地膜覆蓋栽培技術以來，根據因地制宜的原則進行試驗和消化吸收，逐步形成了具有中國特色的地膜覆蓋栽培體系［1］。目前，我國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和生物學性狀發生一定的變化，如提高土壤溫度、保墑節水、穩定土壤環境等，可以在覆膜小區域內形成一種溫室效應，從而改善土壤生態環境［1－2］，促進作物早熟和提高作物產量［3］。

地膜覆蓋在農業生產中已經得到了廣泛的使用。許多學者對覆膜處理下土壤的物理性狀［4］、微生物數量［5］、有機碳 庫［6］以 及 作 物 的 光 合 特 性［7］和 養 分 吸收［8］等方面進行了深入的研究，而且主要集中在花生、小麥、玉米、水稻和萵苣等農作物上，而對大田林木覆膜方面的研究報道較少。楊樹是我國速生產林主栽樹種，具有生長快、成林早、產量高和易于更新的特點。我國楊樹人工林面積約6.67×106hm2，占全國人工林面積的20%［9］。但目前楊樹營造和經營中由于管理措施不當，一定程度上造成了林地土壤生態環境退化、林地生產力下降的現象，所以急需科學有效的管理措施來改善林地生產力。關于覆膜對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道。為此，本試驗對地膜覆蓋對楊樹林下土壤理化性質、微生物數量、微生物量碳及活躍微生物量的影響進行研究，探討不同處理方式對土壤生態環境的影響，以期為楊樹高產和高效栽培提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗地點設在山東省濟南市北郊林場，地處北緯36°40′，東經117°00′，屬暖溫帶大陸性季風氣候區，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，有機質含量為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，林木生長均勻，平均樹高10.58m，平均胸徑9.26cm。

1.2 試驗設計

試驗共設2個處理:不覆膜（對照）和覆膜，采用隨機區組設計，重復3次，每個小區30株樹?；适┯昧肯嗟龋鶠槌Ｒ幱昧浚喈斢贜 205.28kg/hm2，P2O570.38kg/hm2和K2O 58.65kg/hm2的施肥水平。施肥后對每個小區進行充分灌溉，然后覆膜。覆膜的時間共分為4次，均在同一小區進行，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，每個處理按S形布設5個采樣點，每個樣點分布用土鉆采取0—20cm和20—40cm兩個深度層次樣品，然后將5個采樣點的同一層次土樣混合，得到不同土層混合土壤樣品。土樣除去動植物殘體和石礫等，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驗室，置于4℃冰箱保存，用于土壤含水量、微生物數量、微生物量碳和活躍微生物量的測定，其余土樣風干后過2mm篩，用于土壤養分及酶活性的測定。

1.4 分析測定項目與方法

土壤含水量、有機質、全氮、堿解氮、速效磷、pH值等項目的測試方法詳見參考文獻［10］；土壤微生物數量采用稀釋平板計數法，細菌采用牛肉蛋白胨瓊脂培養基，放線菌采用改良高氏1號培養基，真菌采用馬丁—孟加拉紅培養基［11］；土壤脲酶的測定采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法，過氧化氫酶測定采用高錳酸鉀滴定法，多酚氧化酶的測定采用鄰苯三酚比色法，蔗糖酶的測定采用Na2S2O3滴定法［12］；土壤微生物量碳的測定采用氯仿熏蒸法［13］；土壤活躍微生物量的測定采用呼吸曲線數學分析法［14］。

1.5 數據處理

采用SPSS 17.0統計軟件進行數據統計，用單因素方差分析（one－way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同處理組數據的差異，顯著性水平設定為α＝0.05。

2 結果與分析

2.1 覆膜對土壤理化性質的影響

地膜覆蓋對土壤的理化性質影響顯著（表1）。由表1可以看出，0—20cm土層與對照相比，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%；而有機質、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、有機質、堿解氮和速效磷與對照之間差異均達顯著水平，這與0—20cm土層的變化規律一致；而全氮、pH值與對照差異不顯著。同0—20cm土層相比，20—40 cm土層的各指標數值減小，并且覆膜和對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，覆膜對土壤理化性狀的影響作用表現為減弱。

2.2 覆膜對土壤微生物數量的影響

細菌、真菌和放線菌是土壤中的三大類微生物，它們對土壤中有機物的分解，氮、磷等營養元素及其化合物的轉化具有重要作用。覆膜處理對土壤細菌、真菌和放線菌的數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菌數和真菌數，分別比對照增加了44.89%和42.58%；而放線菌數與對照差異不顯著；微生物總量的變化規律與細菌數一致。20—40cm土層覆膜與對照之間的微生物數量差異與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系，有利于土壤養分的有效化和楊樹對礦質元素的吸收。與0—20cm土層相比，20—40cm土層在覆膜和對照處理下的細菌數、真菌數和放線菌數均明顯降低，并且差異變小。表明隨著土層的增加，土壤細菌、真菌和放線菌的數量減少，并且覆膜的影響作用也變小。另外，在0－20cm和20－40cm兩個土層中，楊樹林下土壤中細菌、真菌和放線菌的數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%。覆膜與對照相比，細菌所占總量的比例有上升的趨勢，真菌變化不明顯，而放線菌卻有下降的趨勢。

表1 覆膜對楊樹林下土壤理化性質的影響

表2 覆膜對楊樹林下土壤微生物數量的影響 104個/g（干土）

2.3 覆膜對土壤酶活性的影響

土壤酶來自土壤微生物、植物和動物活體或殘體，是土壤生化過程的產物。土壤酶活性是土壤中生物學活性的總體現，它表征了土壤的綜合肥力特征及土壤養分轉化過程，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。通常可用脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和多酚氧化酶等來評價土壤肥力［15］。覆膜對楊樹土壤酶活性的影響如表3所示?？梢钥闯?，0—20cm土層，同對照相比，覆膜處理的脲酶活性降低了13.02%，差異達顯著水平；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，相比對照分別提高了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，且地膜覆蓋對土壤酶活性的影響亦有所下降。

表3 覆膜對楊樹林下土壤酶活性的影響

2.4 覆膜對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量，其對土壤擾動非常敏感，但不受無機氮的直接影響，常作為土壤對環境響應的指示劑［5］。從圖1可見，0—20cm和20—40cm土層中MBC含量的變化規律一致。與對照相比，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%，差異達顯著水平。可見，覆膜顯著增加了土壤生物量碳，有利于土壤微生物數量的增加和土壤養分有效性的提高。

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律與土壤微生物量碳基本一致，都是覆膜處理明顯高于對照，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和土壤養分的分解，這與表1—2結果一致。

圖1 覆膜對楊樹林下土壤微生物量碳和活躍微生物量的影響

3 結果討論

3.1 覆膜與土壤微生物數量、酶活性和養分

Liu等［16］在水稻—小麥種植中的研究認為，地膜覆蓋后由于提高了作物對養分的吸收，從而影響了土壤N，P，K的養分平衡。本研究結果表明，同對照相比，覆膜處理的楊樹林地土壤含水量和堿解氮顯著提高，而有機質、全氮明顯降低。這與艾應偉等［17］在水稻上的研究結果一致。這主要是因為覆膜使土壤溫度和濕度提高，土壤好氣性微生物活性增強，有機質分解加快，氮肥利用效率提高，從而造成土壤有機質和全氮含量呈下降趨勢。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，促使有機物質分解加快，從而使土壤中CO2濃度增高，這可能是導致pH值下降的主要原因。本試驗還發現，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論，但也有研究［19］認為，覆膜后土壤速效磷呈增加的趨勢?？梢姡壳瓣P于覆膜后土壤速效磷的變化規律尚未達成一致的結論，這可能與植物種類、試驗周期和土壤類型等因素的差異有關。

土壤生態系統中的微生物是土壤物質循環和能量流動的主要參與者，對于土壤養分的吸收轉化起著非常重要的推動作用。地膜覆蓋增加了土壤微生物活性。本研究結果表明，與對照相比，楊樹覆膜后能明顯提高土壤細菌的數量，這與郭樹凡等［20］的研究結果一致。其原因可能是覆膜后減少了雨水對土壤的直接濺擊，降低了土壤容重，增加了土壤的疏松度和通透性，從而促進好氣性微生物數量和活性的增加［4］。本試驗還發現，覆膜后土壤真菌數也顯著增加，但放線菌數卻變化不明顯。而林英杰等［4］在花生上的研究認為，覆膜能使真菌數量顯著降低，而放線菌數量卻顯著增加，這與本試驗結論有較大的差異，可能與作物種類、土壤條件等不同有關，具體影響機理還有待于進一步深入研究。

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，這與蔡昆爭等［21］在水稻上的研究結果一致。可能是因為地膜覆蓋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，從而促進了土壤中酶活性的提高。相關研究［5］表明，土壤微生物數量與土壤有機碳含量、全氮、速效磷之間呈顯著或極顯著負相關關系。因為微生物數量增加和土壤酶活性提高后，加速了對有機質和全氮的分解，促進了土壤養分的釋放，并且使作物對土壤氮和磷的吸收量增大，從而導致現存有機質、總氮和速效磷的減少。這也解釋了土壤微生物數量增加和土壤酶活性提高后，而土壤養分則相對減少的原因。同時也說明覆膜后林下土壤肥力會呈下降的趨勢，這是一個值得注意的問題，在日常生產管理中應及時通過增施有機肥、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］的研究結論一致。可能是由于覆膜后土壤的溫度和水分含量增加，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和能力循環轉化的動力，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碳中最活躍的成分，一般只占土壤有機碳總量的1%～3%，常作為土壤對環境響應的指示計［4］。前人關于地膜覆蓋對微生物量碳和活性的研究結果不盡一致。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］研究認為，地膜覆蓋能提高土壤微生物量碳；而也有研究［25］發現，地膜覆蓋對土壤微生物量碳的影響不顯著。本試驗結果得出，在0—40cm土層中，地膜覆蓋相比對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，促進了根系的生長，使根系分泌較多的有機酸、氨基酸等營養物質，為土壤微生物提供了豐富的營養，促進了微生物繁殖，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行細胞建成并大量繁殖和微生物細胞解體使有機碳礦化的過程。

4 結論

在0—20cm土層，楊樹經過地膜覆蓋后可顯著增加林地土壤含水量和堿解氮含量，而有機質、全氮、速效磷和pH值卻明顯降低；土壤細菌數和真菌數分別增加了44.89%和42.58%，放線菌數變化不明顯；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%，有利于土壤養分的分解和有效化。20—40cm土層與0—20cm土層表現出基本一致的變化規律，但覆膜與對照之間的差異變小，表明隨著土層的加深，覆膜的影響作用減弱。因此，地膜覆蓋對楊樹林下土壤，尤其是表層土壤的生態環境具有明顯的改善作用。

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