西藏半干旱河谷地區(qū)植被恢復對土壤養(yǎng)分和微生物的影響

陳彥芹， 葉彥輝， 韓艷英， 李文鳳

(1.西藏農(nóng)牧學院，西藏林芝 860000； 2.楊凌職業(yè)技術(shù)學院，陜西楊凌 712100)

土壤微生物是指生活在土壤中的細菌、真菌、放線菌、藻類的總稱，其個體微小，種類和數(shù)量隨成土環(huán)境及土層深度的不同而變化，一般以細菌數(shù)量最多[1-2]。土壤微生物是土壤活躍的重要組成成分，在其生命活動過程中有促進土壤有機質(zhì)分解、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和改變土壤理化性質(zhì)的作用，是土壤肥力體現(xiàn)的重要因素，與土壤的形成和發(fā)育有密切關(guān)系[3]。

土壤微生物在植物群落結(jié)構(gòu)多樣性和其生長發(fā)育過程中都有著重要作用，在土壤-植物生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物是體現(xiàn)土壤環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的重要指標之一，它和植物相互進化，協(xié)同作用[4]。土壤微生物利用凋落物提供營養(yǎng)，又參與植物生長能量元素轉(zhuǎn)換，最終促進土壤微生物的多樣性發(fā)展[5-6]。

西藏半干旱河谷地區(qū)位于雅魯藏布江支流拉薩河流域，全年多晴朗天氣，溫暖干燥，屬于高原季風半干旱氣候。該區(qū)域是典型的干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境，因此，研究合適的抗旱造林技術(shù)，選擇合適的植被類型對修復退化的生態(tài)環(huán)境建設(shè)十分重要。該試驗區(qū)是西藏“一江兩河”的重點區(qū)域之一，對于國家生態(tài)安全屏障建設(shè)有著重要作用[7]。本試驗以拉薩半干旱河谷地區(qū)圍封為采樣地，以人工造林6年后藏川楊林地、沙棘林地、榆樹林地、細葉紅柳林地、銀白楊林地、砂生槐林地和對照(未造林地)為研究對象，分析了不同植被類型人工造林地的土壤養(yǎng)分和微生物變化規(guī)律，為退化生態(tài)系統(tǒng)的植被恢復模式提供一定的參考，對從生態(tài)建設(shè)的角度選擇合適的造林類型、實現(xiàn)植被恢復有著重要的作用。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)置與材料

本試驗地及材料均采集于西藏達孜縣章多鄉(xiāng)試驗林地，該區(qū)域位于29°48.195′N、91°32.383′E，屬高原溫帶半干旱季風氣候，海拔3 750 m，全年日照時長，溫差大，冬春干燥多風，雨季多集中在夏末，年降水量200～500 mm。試驗地土壤肥力和保肥能力較差，植被多為天然次生植物和較單一的種植植物。

2015年8月，在試驗地采集2009年拉薩半干旱河谷區(qū)的封育造林地土樣，分別選取藏川楊(Populusszechuanica)、沙棘(Hippophaerhamnoides)、榆樹(UlmuspumilaL.)、細葉紅柳(Salix-microstachya)、銀白楊(Populusalba)、砂生槐(Sophoramoorcroftiana)和對照林地(未造林地)的土樣。每個采樣地段隨機設(shè)置30 m×30 m的樣地3個，每個樣地隨機設(shè)置5個1 m×1 m的采樣點，采用多點混合法采集土壤樣品，除去土壤表層凋落物和石礫等雜質(zhì)后，每個樣點分別采集0～20、20～40 cm的土壤樣品各2份，裝入無菌自封袋中并標注。采集的2份土樣，1份風干后進行土壤養(yǎng)分和土壤酶活性測定；另1份土樣保存在4 ℃冰箱中，在2～3 d內(nèi)完成土壤微生物量的測定。

1.2 測定方法

1.2.1 土壤微生物數(shù)量測定 土壤微生物分離和計數(shù)選用平板計數(shù)法[8-12]，根據(jù)細菌、放線菌、真菌選擇不同的培養(yǎng)基進行涂板計數(shù)，稱取土樣10 g，加入90 mL生理鹽水(0.85%)后振蕩15 min，靜置后提取上層清液，在無菌操作臺中按照梯度稀釋，分別涂至牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基(細菌)、高氏1號瓊脂培養(yǎng)基(放線菌)和馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(真菌)，按照不同菌種培育要求進行培養(yǎng)，對樣品重復處理2次后進行菌落計數(shù)，按照其稀釋梯度得出土壤微生物數(shù)量。

1.2.2 土壤養(yǎng)分測定 土壤有機質(zhì)和土壤氮、磷、鉀是供植物生長的營養(yǎng)元素，也是體現(xiàn)土壤肥力等方面的重要因素，對于實現(xiàn)農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展也有著極其重要的作用。本試驗參照文獻[13-16]，測定土壤有機質(zhì)、速效磷、速效鉀、速效氮的含量。土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱氧化法測定，速效氮含量采用堿解擴散法測定，速效磷、速效鉀的含量分別采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法和1 mol/L CH3COONH4浸提火焰光度法測定。

1.2.3 土壤酶活性測定 將風干土樣過2 mm細篩后篩除雜質(zhì)及根系，稱取10 g土樣進行土壤酶活性測定，本試驗主要測定土壤脲酶、蛋白酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性，分別采用苯酚-次氯酸鈉比色法、茚三酮比色法、容量法、3，5-二硝基水楊酸比色法、磷酸苯二鈉比色法[16-17]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有試驗數(shù)據(jù)均采用SPSS、Excel軟件處理，對同一植被類型不同土層深度的土壤養(yǎng)分和土壤酶活性采用單因素方差分析，對土壤養(yǎng)分和土壤酶活性采用相關(guān)性分析(只分析0～20 cm土層)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被類型恢復對土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分是由土壤供給植物成長的必要的營養(yǎng)成分，直接體現(xiàn)植被成長狀況。試驗地屬于藏南寬谷，土質(zhì)多為沙土或沙壤土，保水保肥能力較差，因此，選擇合適的抗旱植被對于之后造林技術(shù)的選擇非常重要。由圖1可知，以對照林土壤為參照，0～20 cm土層中土壤有機質(zhì)含量從大到小依次為砂生槐>榆樹>藏川楊>細葉紅柳>銀白楊>沙棘>對照；速效氮含量依次為砂生槐>榆樹>銀白楊>沙棘>對照>細葉紅柳>藏川楊；速效磷含量依次為砂生槐>榆樹>銀白楊>細葉紅柳>藏川楊>沙棘>對照；速效鉀含量依次為砂生槐>榆樹>銀白楊>對照>細葉紅柳>沙棘>藏川楊；20～40 cm 土層中砂生槐林地土壤的有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量遠高于對照和其他林地。這表明以相同的植被恢復年限來看，砂生槐和榆樹的土壤養(yǎng)分指標呈增長趨勢；隨著土層深度增加，砂生槐的土壤有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量均高于其他林地土壤，表明砂生槐林地對于土壤改良效果較好，能夠明顯保持土壤養(yǎng)分。不同林地類型由于生長和管理模式不同，其土壤養(yǎng)分也存在差異。

2.2 不同植被類型恢復對土壤微生物數(shù)量的影響

細菌是土壤中數(shù)量最大、最廣泛存在的微生物，在土壤氨化過程中起重要作用；真菌主要作用于土壤能量循環(huán)過程，是土壤森林的主要分解者[18]；放線菌和植物關(guān)系最密切，是重要的植物病原菌和共生菌根菌，特別是在植物有機體分解的早期活動尤為活躍，主要參與土壤有機質(zhì)分解、腐殖質(zhì)合成，進而實現(xiàn)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化并加快土壤的發(fā)育和成長，促進植樹造林。

根據(jù)平板計數(shù)方法得到7種林地顯示的土壤微生物量信息(表1)，信息表明人工造林6年后林地土壤微生物中細菌和真菌數(shù)量均高于對照林。土壤放線菌數(shù)量由大到小依次為細葉紅柳>沙棘>藏川楊>對照>榆樹>砂生槐>銀白楊。這可能由于不同植被的枯枝落葉和根系分泌物不同，從而影響了放線菌的生態(tài)環(huán)境。細葉紅柳林地土壤放線菌數(shù)量最高，說明該林地根區(qū)的分泌物更利于放線菌生長和繁殖。6種林地土壤微生物量結(jié)果表明不同植物生長環(huán)境對土壤環(huán)境的改良效果不同，對于高于對照林地的植被林地，說明該類型植被能很好地改善土壤生長環(huán)境，促進土壤微生物的生長。

表1 不同植被類型恢復下土壤微生物數(shù)量變化

2.3 不同植被類型恢復對土壤酶活性的影響

土壤酶參與土壤的各種生化反應，其活性體現(xiàn)了反應的強度和轉(zhuǎn)化情況[19]。土壤中的各種物質(zhì)轉(zhuǎn)化主要由蛋白酶、磷酸酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶等參與的酶促反應產(chǎn)生，其活性是土壤肥力的重要評價因子之一，對土壤肥力狀況評判、農(nóng)林措施實施和土壤理化特性反映都具有重要作用。根據(jù)采樣數(shù)據(jù)分析，隨著土層深度增加，5個指標的土壤酶活性除個別略有增加外，基本呈降低趨勢，由表2可知，0～20 cm土層銀白楊、細葉紅柳、榆樹、對照的脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、磷酸酶活性與砂生槐差異顯著，細葉紅柳和銀白楊過氧化氫酶活性差異不顯著，砂生槐5種酶活性與對照差異顯著；20～40 cm土層中，5種土壤酶活性變化無明顯規(guī)律，這與植被土壤氮素、有機質(zhì)含量和其他土壤理化性質(zhì)有關(guān)。從表2可以看到，在 0～20 cm土層砂生槐的脲酶、蛋白酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶活性與對照均差異顯著，藏川楊過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶、脲酶活性均高于對照，蛋白酶活性略低，這和林地土壤的堿性程度有關(guān)。在不同深度土層，藏川楊的過氧化氫酶活性與其他樹種和對照均差異顯著，且遠高于對照，這和林地種植坡度以及土壤有機質(zhì)和全氮含量有關(guān)。

表2 不同植被類型恢復下土壤酶活性分布

注：同列數(shù)據(jù)后標不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.4 不同植被類型恢復下土壤養(yǎng)分和土壤酶活性相關(guān)性分析

由表3可知，速效氮含量與速效磷含量顯著相關(guān)，有機質(zhì)含量與速效磷含量、蔗糖酶活性極顯著相關(guān)，速效鉀含量與有機質(zhì)含量和蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶活性顯著相關(guān)，蔗糖酶活性和速效磷、速效鉀含量及脲酶活性呈顯著正相關(guān)，和有機質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)；磷酸酶活性和過氧化氫酶活性呈極顯著正相關(guān)；脲酶活性和速效氮、速效鉀含量呈顯著正相關(guān)。

由以上分析可知，土壤微生物代謝活動對土壤養(yǎng)分變化和土壤環(huán)境有極大的改善，脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶活性與土壤有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量有顯著或極顯著相關(guān)，說明這幾種酶能很好地反應土壤養(yǎng)分狀況，土壤養(yǎng)分和土壤酶活性之間可達到顯著或極顯著相關(guān)，可視為土壤肥力變化的指標。

3 結(jié)論

不同植被類型恢復林地，其土壤環(huán)境也有所變化，土壤微生物量、酶活性、養(yǎng)分含量均發(fā)生改變。本試驗結(jié)果得出以下結(jié)論：(1)所選樹種均是適合該區(qū)域種植的植被，與對照林相比，砂生槐、藏川楊、沙棘對于土壤養(yǎng)分的保持效果較好，但這3種樹種和細葉紅柳土壤養(yǎng)分含量未隨土層增加而減少，這是由于該研究區(qū)域土層較薄，土壤相對貧瘠，在樹種種植和生長過程中向土壤釋放養(yǎng)分有所差異產(chǎn)生的。(2)在0～20 cm土層砂生槐的5種土壤酶活性與對照均有顯著差異，20～40 cm 土層其磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性與對照差異顯著。結(jié)合土壤微生物量結(jié)果可知，砂生槐、藏川楊、沙棘林地細菌、真菌數(shù)量遠高于對照林地，表明在土壤氨化過程和能量循環(huán)中其土壤微生物的作用遠大于對照。(3)不同類型植被恢復對于土壤養(yǎng)分和土壤微生物量均有一定影響，6種樹種林地、對照林土壤的土壤酶活性和土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量關(guān)系密切，表明土壤酶活性可以作為衡量土壤肥力變化的標準，這與其他研究結(jié)果[20-30]基本一致。

表3 土壤酶活性與土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析

注：*、**分別表示相關(guān)性達顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)水平。

本次試驗僅對不同植被類型、相同時間的植被恢復對土壤微生物和土壤養(yǎng)分的影響進行分析，之后的試驗進展可考慮結(jié)合不同造林措施，根據(jù)試驗得出保肥能力較好的樹種，采取不同造林措施根據(jù)不同樹齡樹種為抗旱造林提供更全面的數(shù)據(jù)和支撐。