廣西杉木連栽幼林根際與非根際土壤特性研究

覃祚玉 鄧小軍 ??宋賢沖 王會利+余東威??何彥然 ??唐健 ????

摘要：采用配對樣地法對廣西連栽杉木幼林不同栽植代數（一代林G1、二代林G2）的根際土和非根際土進行了土壤特性的分析研究，為連栽杉木人工林經營與可持續發展提供理論依據。結果表明：土壤pH值、有機質、全N、全P、水解性N、有效P、速效K、交換性Ca2+、有效Fe、有效Mn含量均表現為G2>G1，根際土（R）>非根際土（S），而土壤全K含量則反之。杉木連栽對林地土壤養分狀況、酶活性和微生物具有一定影響。土壤酶活性表現為G2>G1，根際土（R）>非根際土（S）。無論是在根際土還是非根際土，土壤微生物優勢種均為細菌，微生物總數、細菌、放線菌、真菌數量表現為G1>G2；栽植代數增加，細菌所占微生物總數比例下降，而放線菌所占比例則有明顯增加趨勢。

關鍵詞：杉木； 連栽； 養分狀況； 微生物； 酶活性

中圖分類號：S791.27文獻標識碼：A文章編號：1004-3020（2017）02-0010-05

Rhizosphere and Nonrhizosphere Soil Properties Analysis of

Cunninghamia lanceolata

Plantations Under Different Rotations of Continuously Planting in Guangxi

Qin Zuoyu（1，2，3）Deng Xiaojun（1，2，3）Song Xiancong（1，2，3）Wang Huili（1，2，3）Yu Dongwei（4）He Yanran（4）Tang Jiang（1，2，3）

（1.Guangxi Zhuang Autonomous Region Forestry Research Institute Key Laboratory of Central SouthNanning530002；

2.China Fastgrowing Timber Cultivation of Forestry Ministry of ChinaNanning530002；3.Guangxi Key Laboratory

of Superior Timber Trees Resource CultivationNanning530002；4.Department of Forestry

of Guangxi Zhuang Autonomous RegionNanning530028）

Abstract： In order to provide the theoretical basis for the successive Cunninghamia lanceolata plantation management and sustainable development，rhizosphere and nonrhizosphere soil properties between the first and the second generation Cunninghamia lanceolata plantation in Guangxi were studied though the pair method. Results showed that the pH value，the contents of soil organic matter， total nitrogen， total phosphorus， alkali solution nitrogen， available phosphorus， available potassium， exchange of calcium ion， available Fe and available Mn of the second generation Cunninghamia lanceolata plantation was higher than the frist one， thoes nutrient content of rhizosphere soil（R） was higher than nonrhizosphere soil（S）， but the content of soil total K has an opposite trend. Continuously planting has a certain influence on soil enzyme activity， soil nutrient content and microbial. The second generation in the soil enzyme activity was higher than the first one， rhizosphere soil enzyme activities values were higher than the nonrhizosphere soil. Whether the rhizosphere soil or nonrhizosphere soil， the dominant species of soil microbes was bacteria.The proportion of microbes， the proportion of bacteria， the proportion of actinomycetes and the proportion of fungi showed that the first generation of forest soil>the second generation of forest soil； The proportion of bacteria decreased with continuousplanting rotation decreasing，but the proportion of actinomycetes showed a increasing tend.

Key words：Cunninghamia lanceolata；the continuous cropping； soil nutrient content；microorganism； enzyme activity

人工林地（特別是速生豐產林）衰退現象現已成為全球性關注問題。中國主要造林樹種北方的楊樹Populus 、南方的桉樹Eucalyptus 均存在地力衰退現象，其中胡興宜等[1-3]、葉紹明等[4-6]分別對楊樹、桉樹連栽林下物種多樣性、土壤養分及其生物循環特征等方面的研究結果顯示：連栽使得這幾方面均有不同程度的下降趨勢。杉木Cunninghamia lanceolat是中國主要的用材樹種之一（19°30′～34°03′N；101°30′～121°53′E） ，廣泛分布于16 個省區，具有速生、豐產、材性好、生態價值高等優良特性[7]。根際土壤是植物—土壤—微生物及其環境相互作用的活動場所，同時也是養分、有益/有害物質及水分進入植株參與物質與能量循環的門戶，直接影響著植株的生長發育[8]。目前杉木林地土壤特性研究主要集中在不同年齡、不同立地條件的土壤微生物、酶活性及養分變化上[9-12]，但連栽對杉木林地土壤特性的研究報道不多[13-16]。在廣西，杉木林地特性研究主要集中在20世紀90年代至21世紀初，而且多數集中在中齡林和成熟林[17-18]，未見關于杉木連栽幼林根際土與非根際土這方面的報道。鑒于此，為探索杉木人工林在幼齡期的土壤特性變化規律，探討杉木幼林土壤養分虧缺與富集狀況以及土壤酶活性、微生物數量的連栽響應，以廣西杉木產區相似立地條件下的1、2代3～6 a生杉木人工林為研究對象，進行了相關研究，以期揭示杉木連栽幼林根際與非根際土壤的養分富集情況、生物活性演變規律，科學指導廣西杉木人工林的可持續經營。

1樣地概況

2材料與方法

2.1土壤采樣方法

各產區選擇代表性強的地段設置標準地，按栽植代數序列（1、2代） 分別設置面積為20 m × 20 m樣地，每個樣地3個重復。在每一樣地內按“S”形布設采樣點（ 5個），用抖落法取0～20 cm土層根際土與非根際土土樣。將各主產區不同代數根際土與非根際土土樣各15 個，混合后裝袋帶回實驗室。樣品分成兩份，一份放在4 ℃的冰箱中待做微生物的不同區系微生物數量分析，一份自然風干待做土壤酶活性、養分測定。用S表示非根際土壤，用R表示根際土壤。

2.2檢測方法

土壤化學性質采用《中華人民共和國林業行業標準 LY/T 1999》[20]進行測定。土壤細菌、放線菌、真菌用采用稀釋平板培養法測定[21]，土壤脲酶酶活性用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法測定，土壤磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測定，土壤蔗糖酶活性用3，5—二硝基水楊酸比色法測定。

2.3數據統計分析

采用SPSS17. 0軟件進行數據統計分析。

3結果與分析

3.1連栽對杉木根系養分狀況的影響

在林木生長過程中，根系一方面從土壤中攝取養分和水分，同時亦向土壤中溢泌質子、離子并釋放大量的有機物質。由表2可知，1代林根際土壤除了pH值、全K、交換性陽離子含量低于非根際土壤外，其余養分含量均高于非根際土壤；杉木2代林根際土壤全K、水解性N和有效Cu含量低于非根際土壤，其余養分含量均高于非根際土壤。土壤根際土養分含量（除全K、水解性N和有效Cu含量外）隨栽植代數增加，略有增加，增加幅度在168%～2450%。無論是根際土壤還是非根際土壤，林地的pH值、有機質、全N、全P、水解性N、有效P、速效K、交換性Ca2+、有效Fe和有效Mn含量均表現為G2>G1，這可能與前茬栽植樹種有關，桉樹與毛竹根系發達，難腐爛。頭栽幼齡期桉樹與毛竹根系腐爛未完全，而到栽植第二代完全腐爛后的根系使得幼林土壤酸性增強，有機質等營養養分有所增加。R/S值是根際土壤與非根際土壤的比值，常用于反應作物根際效應的大小。R/S值越高，根際效應越明顯且為正效應。結果顯示R/S值在0.76～2.56。

3.2連栽對杉木人工幼林土壤酶活性的影響

土壤酶參與土壤中一系列的生物化學反應，并在土壤肥力評價承擔著重要角色，推動著土壤中多種物質的分解轉化。表3結果表明：不同在栽培代數的杉木幼林土壤酶活性均表現為根際土R>非根際土S。土壤酶活性隨栽植代數增加而降低。磷酸酶活性隨栽植代數增加明顯降低，在非根際和根際土壤中，2代林的土壤酸性磷酸酶活性較1代林分別提高3158 %和2885 %。土壤酸性磷酸酶的R/S值呈現G1（267）G2（229），表明隨栽植代數增加，根際效應值明顯降低。

3.3連栽對杉木人工林土壤微生物數量的影響

由表4可以看出，隨著杉木人工林栽植代數的增加，幼齡林土壤微生物總數趨于減少。連栽杉木林地，以細菌數量最多，放線菌數量其次，真菌數量最少。在根系土中，G2土壤微生物總數及細菌、放線菌、真菌數分別較G1減少了5024 %、5625 %、3091 %和2317 %；非根際土中，G2土壤微生物總數及細菌、放線菌、真菌數分別較G1減少了4362%、4539%、2527%和1261 %。G1根際土壤細菌、放線菌和真菌分別占微生物總數的7570%、2366 %和035%，而G2根際土壤中細菌、放線菌和真菌分別占微生物總數的6655%、3284%、061%。不同代數杉木微生物數量的根際R/S 值均在12以上。隨著栽植代數增加，無論是土壤根際土還是非根際土的細菌、放線菌、真菌數量均為G2

4討論

（1）隨栽植代數的增加，土壤有機質、全N、全P、水解性N、有效P、速效K、交換性Ca2+、有效Fe、有效Mn含量均表現為G2>G1，而土壤全K、有效Cu含量均表現為G1>G2，這與俞新妥等[22]人在福建對連栽杉木林地的研究結果相反，這可能與前茬桉樹和毛竹根系完全腐爛后使得幼林土壤酸性增強，有養分有所增加有關。杉木根際土壤有機質、全N、水解性N、全P、有效P、速效K存在著明顯的富集現象，這與馬玉瑩[12]、陳竑竣[23]等人研究結果一致。

（2）很多研究均表明：不同代數的土壤酶與微生物數量隨栽植代數的增加呈下降趨勢。張其水[24]等人指出：除個別酶外，土壤的生化活性均表現為1代> 2代>3代。杜國堅等[25]人也指出連栽林地土壤微生物總數、土壤轉化酶、脲酶、過氧化氫酶均低于1代林。但本研究發現土壤酸性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性表現為G2>G1，這與焦如珍[9]、杜國堅等人[25]連栽杉木的研究結果不同，但與蔡瓊等[27]對馬尾松連栽幼林的結果一致。隨栽植代數增加，土壤中細菌、放線菌和真菌數量低于1代林，這與杜國堅[25]、楊玉盛[ 26]等人研究結果一致。研究結果顯示：杉木根際土壤微生物總數和酶活性都高于非根際土壤，杉木根系對酶活性及微生物的影響為正效應，這與蔣秋怡[11]、陳竑竣[23]等人的對10年生和3年生杉木人工林的研究結果一致，說明杉木根際的生化活性較高，有利于杉木根系的吸收和營養物質的有效利用。

5結論

（1）隨栽植代數的增加，土壤有機質、全N、全P、水解性N、有效P、速效K、交換性Ca2+、有效Fe、有效Mn含量均表現為G2>G1，而土壤全K含量則反之，土壤pH值、交換性Mg2+、有效Zn和有效B含量呈無規則的演變規律。杉木根際土壤有機質、全N、水解性N、全P、有效P、速效K存在著明顯的富集現象，而全K則在非根際土中含量較高。

（2）隨杉木連續栽植， 土壤酸性磷酸酶、脲酶和土壤蔗糖酶活性均呈現增加的趨勢。其中，根際土壤酸性磷酸酶活性與非根際土存在顯著差異。杉木根系加速土壤有機物的脫磷速率，使得土壤有效P含量增加；而土壤脲酶活性和蔗糖酶活性隨栽植代數增加雖有所提高，但是差異不顯著。隨著栽植代數增加，無論是土壤根際土還是非根際土的細菌、放線菌、真菌數量均為G1>G2，但細菌占微生物總數量的比例下降，土壤真菌、放線菌數量所占比例越來越大，放線菌優勢越來越明顯。

參考文獻

[1]胡興宜，唐萬鵬，趙虎，等.連栽對江漢平原楊樹人工林生長量的影響[J].湖北林業科技，2009（6）：14.

[2]唐萬鵬，李吉躍，胡興宜，等.江漢平原楊樹人工林連栽對林地土壤質量的影響[J].華中農業大學學報，2009，28（6）：750755.

[3]蔡立佳，徐永剛，宇萬太，等.下遼河平原楊樹連栽對土壤養分、微生物生物量和酶活性的影響[J].生態學雜志，2013，32（2）：337343.

[4]葉紹明，溫遠光，楊梅，等.連栽桉樹人工林植物多樣性與土壤理化性質的關聯分析[J].水土保持學報，2010，24（4）：246250.

[5]劉紅英.連栽桉樹人工林土壤酶活性及其與土壤養分的關系[D].廣西：廣西大學，2013.

[6]劉立龍，楊彩玲，蔣代華，等.連栽桉樹人工林不同代次土壤養分與酶活性的分析[J].熱帶作物學報，2013，34（11）：21172121.

[7]吳薇.不同栽杉代數土壤不同杉木優良家系生理生化差異研究[D].福州：福建農林大學，2014.

[8]曹光球，陳愛玲，曹世江，等.不同林分類型土壤不同化感型杉木無性系根際土壤酶活性季節變化[J].安徽農業科學，2014，42（30）：1071710720.

[9]焦如珍，楊承棟，屠星南，等.杉木人工林不同發育階段林下植被、土壤微生物、酶活性及養分的變化[J].林業科學研究，1997，10（4）：373379.

[10]羅飛，謝書妮，張海燕，等.酸雨區不同林齡杉木林土壤酶活性季節動態[J].福建林學院學報，2014，34（2）：131137.

[11]蔣秋怡，葉仲節，錢新標，等.杉木根際土壤特性的研究[J].浙江林學院學報，1991，8（4）：450456.

[12]馬玉瑩，周德明，梅杰.杉木林地根際與非根際土壤特性分析[J].中南林業科技大學學報（自然科學版），2011，31（7）：120123.

[13]趙萌，方晰，田大倫.第2代杉木人工林地土壤微生物數量與土壤因子的關系[J].林業科學，2007，43（6）：712.

[14]劉麗，徐明愷，汪思龍，等.杉木人工林土壤質量演變過程中土壤微生物群落結構變化[J].生態學報，2013，33（15）：46924706.

[15]Chen X L， Wang D， Chen X， et al. Soil microbial functional diversity and biomass as affected by different thinning intensities in a Chinese fir plantation[J]. Applied Soil Ecology，2015， 92：3544.

[16]Chen H. Phosphatase activity and P fractions in soils of an 18yearold Chinese fir （Cunninghamia lanceolata） plantation. Forest Ecol Manag[J].Forest Ecology & Management，2003，178（3）：301310.

[17]胡承彪，朱宏光，韋源連，等.老山林區不同立地杉木人工林土壤微生物及生化活性研究[J].基因組學與應用生物學，1990（3）：4954.

[18]胡承彪，朱宏光，韋源連.廣西杉木人工林土壤微生物及生化特性的研究[J].微生物學雜志，1992（1）：2328.

[19]覃祚玉，唐健，曹繼釗，等.基于主成分和聚類分析相結合的連栽杉木土壤肥力評價[J].林業資源管理，2015（5）：8187.

[20]中國林業科學研究院.森林土壤分析方法[M].北京：中國林業出版社，1999：1108

[21]許光輝，鄭洪元.土壤微生物分析方法手冊[M].北京：農業出版社，1986：91248.

[22]俞新妥，張其水.杉木連栽林地土壤生化特性及土壤肥力的研究[J].福建林學院學報，1989，9（3）：263271.

[23]陳竑竣，李傳涵.杉木根際與非根際土壤酶活性比較[J].林業科學，1994（2）：170175.

[24]張其水，俞新妥.杉木連栽林地混交林土壤酶的分布特征[J].福建林學院學報，1989，9（3）：256262.

[25]杜國堅，丁文，戴慈榮.杉木連栽林地土壤微生物區系及生化特性和理化性質研究[J].浙江林業科技，1995，15（5）：1419.

[26]楊玉盛，邱仁輝，俞新妥，等.杉木連栽土壤微生物及生化特性的研究[J].生物多樣性，1999，7（1）：117.

[27]蔡瓊，丁貴杰.黔中地區一、二代馬尾松人工林土壤微生物數量及生物活性研究[J].林業科學研究，2013，26（2）：247251.

（責任編輯：夏劍萍）