马尾松纯林与枫香木荷混交林土壤微生态环境差异分析

王凌云 ，喻荣岗 ，万佳蕾 ，徐爱珍 ，杨 洁

（1.江西省水土保持科学研究院，江西 南昌 330029；2.江西省土壤侵蚀与防治重点实验室，江西 南昌330029）

马尾松纯林与枫香木荷混交林土壤微生态环境差异分析

王凌云1，2，喻荣岗1，2，万佳蕾1，2，徐爱珍1，2，杨 洁1，2

（1.江西省水土保持科学研究院，江西 南昌 330029；2.江西省土壤侵蚀与防治重点实验室，江西 南昌330029）

以南方红壤侵蚀区马尾松纯林、枫香木荷混交林为研究对象，分析马尾松、枫香先锋树种成林后土壤微生态环境的差异，从土壤改良的角度，为南方红壤侵蚀区植被恢复先锋树种选择提供基础数据和科学依据。研究发现：（1）以马尾松纯林为对照，枫香木荷混交林根际、非根际土壤pH值和养分含量升高；根际土壤过氧化氢酶、磷酸酶和非根际土壤脲酶活性升高，非根际土壤蔗糖酶活性降低；根际土壤放线菌数量增加，真菌数量减少。（2）以非根际土壤为对照，马尾松纯林、枫香木荷混交林根际土壤pH值降低，有机质和速效磷含量以及微生物数量均增加。前者pH值和有机质的变化幅度更大，后者速效磷含量和微生物数量的变化幅度更大。此外，马尾松纯林根际土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性增加，磷酸酶活性降低；混交林根际土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和磷酸酶活性增加。因此，枫香木荷混交林改善林下土壤微生态环境效果更为明显，土壤pH值和磷酸酶活性是影响马尾松林下土壤微生态环境的重要因素。

马尾松纯林；枫香木荷混交林；土壤微生态环境；根际土壤；非根际土壤

马尾松Pinus massoniana是我国亚热带地区特有的乡土树种，广泛分布于南方15个省区，具有适应性强、生长迅速等特点[1]。即使在十分恶劣的环境条件下也能生长，尤其是在沙土和盐碱土等土壤供肥、保肥性差的立地条件下起着先锋树种的作用，被广泛应用到侵蚀劣地的植被恢复工作中。20世纪80年代以来，南方红壤区通过飞播造林营造了大面积的马尾松林。据全国第六次森林资源清查结果，马尾松人工林现有面积583万hm2，仅次于杉木居第2位[2]，在森林生态系统中占有极其重要的地位。然而马尾松人工林地衰退问题也日益受到关注，林地生态环境恶化，进而造成马尾松林的退化以至于形成“小老头树”，且林下群落植物组成单一，分布稀疏，在短时间内难以恢复治理。

此外，枫香Liquidambar formosana、木荷Schima superba等耐旱阳性植物也是南亚热带退化红壤区植被恢复与重建的主要先锋树种[3-5]。徐小牛等[6]研究认为补植枫香是改造马尾松低产林的有效措施，有利于维持地力和形成稳定的人工群落。王青天[7]研究发现马尾松、福建柏、台湾相思混交林明显改善了土壤的理化性质及林分内的小环境。林德喜等[8]认为不同阔叶树种对土壤改良的层次不同，通过综合比较，可以考虑拉氏拷和苦楮进行混合套种于马尾松纯林。郭志眀等[9]选择严重退化的马尾松群落样地，营造大叶相思、木荷，并套种小叶猪屎豆、宽叶雀稗等灌草，发现营造混交林后土壤物理结构与土壤肥力逐步得到改善和恢复。研究表明，林分结构的选择及改造对改善林下土壤生物学特性具有重要作用[10-11]。而目前，在侵蚀劣地植被恢复工作中，仅凭经验选择造林的先锋树种，关于不同先锋植物种类对土壤微生态环境改良效果的理论略显不足。该文以南方红壤侵蚀区马尾松纯林、枫香木荷混交林为研究对象，分析马尾松和枫香先锋树种成林后土壤微生态环境的差异，从土壤改良的角度，为南方红壤侵蚀区植被恢复先锋树种的选择提供基础数据和科学依据。

1 试验区概况

试验地位于江西省泰和县老虎山小流域，地理位置 26°50′～ 26°51′N、114°52′～ 114°54′E，地处吉泰盆地。属低丘岗地，海拔80～200 m，境内丘坡平缓，坡度多在5 °左右。土壤为第四纪红色粘土发育而来的红壤，厚度一般3～40 m。地处亚热带湿润季风气候区，气候温和、雨量充沛，但四季降雨不均，4～6月为雨季，占全年降雨的50%。多年平均降雨量1 336 mm，平均大于10 ℃的积温为5 918 ℃，平均气温为18.6 ℃，极端最高、最低气温40.4 ℃和-6 ℃，无霜期288 d[12]。丘陵区原有常绿阔叶林被破坏后，代而取之的是针、阔叶次生林，其中以稀疏马尾松和刺芒、野芨草、四脉金茅、山芝麻、飘拂草、画眉草等草本植物为主。

2 研究方法

2.1 样地选择与土样采集

在老虎山小流域同海拔位置，选择林下水土流失严重的马尾松纯林（PF）与林下植被较好的枫香木荷混交林（MF）为研究样地，基本情况见表1。分别在样地内随机设置一个20 m×20 m的样方，设置3个重复，调查样方的立地条件，如地理位置、海拔、坡度、坡向等，同时在样方内进行每木检尺，获取样方内植株的平均地径、胸径、高度、冠幅，并以此为依据，在样地内选取胸径、树高、冠幅与其平均胸径、树高相差在10%以内的单木3株作为研究对象。

表1 样地基本情况†Table 1 The basic conditions of sample plots

以上述样地内马尾松、枫香标准木为研究对象，于植物营养生长季节4～5月份，采集其根际、非根际土壤，具体方法为：先去除样本下表层枯落物，分植株的不同方向，在距离植株1 m处，挖取50 cm×30 cm×40 cm的土壤剖面，将细根带土取出，轻轻抖落根系，抖落下来的土壤作为非根际土壤，将细根表面附着的土壤作为根际土壤，区分样地进行土壤混合，一起装入无菌保鲜袋，带回实验室，4 ℃下，保存，供测试分析。

2.2 土壤测试方法

2.2.1 土壤养分含量和pH值

土壤养分和pH值的测定采用鲁如坤[13]的《土壤农业化学分析方法》进行测定：土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定；全氮采用半微量凯氏定氮法测定；全磷采用铝锑比色法测定；全钾采用原子吸收分光光度法测定；碱解氮的测定采用碱解扩散法；速效磷的测定采用NaHCO3钼锑比色法；速效钾的测定采用NH4Ac提取火焰光度法；pH值的测定采用电位法。

2.2.2 土壤酶活性

土壤酶活性采用关荫松和周礼恺的方法[14-15]分析：土壤过氧化氢酶活性的测定采用KMnO4滴定法；磷酸酶活性的测定采用磷酸苯二钠比色法；脲酶活性的测定采用靛酚蓝比色法；蔗糖酶活性的测定采用3, 5-二硝基水杨酸比色法。

2.2.3 土壤微生物数量

土壤微生物数量的测定采用细菌、真菌、放线菌——稀释平板菌落计数法[16]。

3 结果与分析

3.1 不同林分类型的土壤理化性质特征

枫香木荷混交林根际土壤、非根际土壤pH值和养分含量均高于马尾松纯林，差异显著（P＜0.05，下同），其比值均大于1（见表2、3），说明枫香木荷混交林对林下土壤理化性质的改良效果更为明显。相比枫香木荷混交林，马尾松纯林根际和非根际土壤pH值分别降低11.50%、10.87%，有机质含量分别降低72.83%、91.79%，全氮含量分别降低61.54%、75.00%，全磷含量分别降低39.29%、11.00%，碱解氮含量分别降低62.98%、86.93%，速效磷含量分别降低14.29%、5.88%。马尾松纯林根际、非根际土壤均以有机质、全氮和碱解氮含量降幅较大。这可能与两种林分根系分泌物中化学组成及含量差异有关，林木茎干和针叶等器官挥发物以及林下枯落物的分解物对其土壤理化性质差异也具有一定的影响。

表2 不同林分类型根际土壤和非根际土壤理化性质特征†Table 2 Soil physicochemical properties in rhizosphere and non-rhizosphere soil of different forests

表3 不同林分类型根际土壤和非根际土壤理化性质比较Table 3 Comparison of soil physicochemical properties in rhizosphere and non-rhizosphere soil of different forests

相比非根际土壤，马尾松纯林和枫香木荷混交林根际土壤pH值分别降低11.11%、10.49%，有机质含量分别增加2.14、0.84倍，全磷含量分别增加-2.85%、21.74%，碱解氮含量分别增加2.05、0.08倍，速磷含量分别增加45.48%、60.29%。在根际土壤与非根际土壤理化性质差异上，两种林分表现出变化规律一致：根际土壤pH值降低，有机质和速效磷含量增加，对全氮含量影响不大。但马尾松纯林对pH值降低和有机质含量增加幅度更大，混交林对速效磷增加幅度更大。此外马尾松纯林根际土壤碱解氮含量增加，混交林根际土壤全磷含量增加。

3.2 不同林分类型的土壤酶活性特征

枫香木荷混交林根际土壤过氧化氢酶、磷酸酶和非根际土壤脲酶活性均高于马尾松纯林，非根际土壤蔗糖酶活性则相反，均达到显著性差异；根际土壤脲酶、蔗糖酶和非根际土壤磷酸酶活性差异不大（见图1）。相比枫香木荷混交林，马尾松纯林根际土壤过氧化氢酶和磷酸酶活性分别降低55.07%、43.95%，对土壤脲酶和蔗糖酶活性影响不大；非根际土壤脲酶降低65.22%，蔗糖酶活性增加14.73%，对过氧化氢酶和磷酸酶活性影响不大，均达到显著性差异。

相比非根际土壤，两种林分对根际土壤脲酶活性影响不大，过氧化氢酶活性分别增加6.06%、74.68%，蔗糖酶活性分别增加39.79%、66.84%，磷酸酶活性分别降低41.43%、-56.29%，均达到显著性差异。其中混交林对根际土壤酶活性增加幅度更大，且马尾松纯林抑制根际土壤磷酸酶活性，而混交林则表现为促进作用。

图1 不同林分类型根际土壤和非根际土壤酶活性特征Fig. 1 Soil enzyme activities in rhizosphere and nonrhizosphere soil of different forests

3.3 不同林分类型的土壤微生物数量特征

两种林分根际土壤真菌和放线菌数量差异显著，前者以马尾松纯林较高，后者为枫香木荷混交林；非根际土壤微生物数量差异不大（见图2）。相比枫香木荷混交林，马尾松纯林根际土壤真菌数量分别增加0.98倍，土壤放线菌数量分别降低63.29%。结果表明，以混交林为对照，马尾松纯林林下土壤细菌数量影响差异不大，土壤真菌数量有所增加，而放线菌数量反而降低。

图2 不同林分类型根际土壤和非根际土壤微生物数量特征Fig. 2 Contents of soil microorganisms in rhizosphere and non-rhizosphere soil of different forests

两种林分在根际土壤和非根际土壤微生物数量上变化规律一直，均表现为根际土壤大于非根际土壤，且差异显著。相比非根际土壤，马尾松纯林和枫香木荷混交林根际土壤细菌数量分别增加1.87、2.14倍，真菌数量分别增加5.59、19.12倍，放线菌数量分别增加1.10、6.08倍。且混交林的根际土壤细菌、真菌和放线菌数量增幅均大于马尾松纯林。因此，马尾松纯林和枫香木荷混交林对林下根际土壤细菌、真菌和放线菌数量均匀一定的促进作用，但纯林的作用强度不及混交林。

4 讨 论

马尾松林下植被以芒其、映山红等酸性指示植物为主，研究发现马尾松纯林土壤pH值明显低于枫香木荷混交林，这也能解释自然状况下形成的马尾松+芒其、马尾松+映山红和马尾松+芒其+映山红等群落结构[17]。土壤pH值是马尾松林下植被恢复的主要限制因子。以非根际土壤为对照，马尾松纯林和枫香木荷混交林根际土壤pH值均降低，但前者根际土壤pH降低幅度大于后者。有研究发现，与非根际土壤相比，不同林龄马尾松纯林及其杉木混交林根际土壤pH值均出现下降趋势[18-19]。这与马尾松、枫香根系分泌物中的有机酸种类和含量差异有关。

南方红壤区土壤磷素利用率低，易与土壤固定，是最难溶、难移动的养分元素低，是南方红壤区森林生态系统生产力的主要限制因子。本研究以非根际土壤为对照，马尾松纯林和枫香木荷混交林根际土壤速效磷含量增加，且混交林根际土壤速效磷含量变化幅度更大。这与前人的研究结果一致，如张鼎华等[18]研究表明，杉木、马尾松纯林中，根际土壤的速效磷含量均大于非根际土壤。杉木、马尾松混交增加了混交林非根际土壤的速效磷含量；徐小牛等[6]研究发现，与马尾松纯林对照相比，12年生混交林土壤有机质含量增加52.3%，全氮含量增加24.1%，速效氮、磷、钾含量分别增加13.7%、25.2%和26.8%。

土壤磷酸酶能促进土壤有机磷的脱磷速度，对土壤的难溶性磷具有活化作用，增加土壤中的速效磷。该文以马尾松纯林为对照，枫香木荷混交林根际和非根际土壤磷酸酶升高。以非根际土壤为对照，马尾松纯林根际土壤磷酸酶活性降低；混交林根际土壤磷酸酶活性增加。在一定程度上也能说明马尾松纯林土壤速效磷含量低于枫香木荷混交林含量。

5 结 论

以马尾松纯林为对照，枫香木荷混交林根际、非根际土壤pH值和养分含量升高；根际土壤过氧化氢酶、磷酸酶和非根际土壤脲酶活性升高，非根际土壤蔗糖酶活性降低；根际土壤放线菌数量增加，真菌数量减少。

以非根际土壤为对照，马尾松纯林、枫香木荷混交林根际土壤pH值降低，有机质和速效磷含量以及微生物数量均增加。前者pH值和有机质的变化幅度更大，后者速效磷含量和微生物数量的变化幅度更大。此外，马尾松纯林根际土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性增加，磷酸酶活性降低；混交林根际土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和磷酸酶活性增加。

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Variation analysis on soil micro-eco-environment ofPinus massonianapure forest andLiquidambar formosana+Schima superbamixed forest

WANG Ling-yun1,2, YU Rong-gang1,2, WAN Jia-lei1,2, XU Ai-zhen1,2, YANG Jie1,2
(1.Jiangxi Institute of Soil and Water Conservation, Nanchang 330029, Jiangxi, China; 2. Jiangxi Provincial Key Laboratory of Soil Erosion and Prevention, Nanchang 330029, Jiangxi, China)

In order to provide basic and scientific evidence for the selection of pioneer species in the southern China red soil area vegetation restoration, from the point of view of soil improvement, the differences and effects of soil micro-eco-environment between pure forest ofPinus massonianaandLiquidambar formosana+Schima superbamixed forest were investigated and analyzed. The summarized results are: (i) Compared withP. massoniana,L.formosanarhizosphere and non-rhizosphere soil pH and nutrient content increased, rhizosphere soil phosphatase, catalase and non-rhizosphere soil urease activity increased, the rhizosphere soil invertase activity decreased, the number of rhizosphere actinomycetes increased, the number of fungi decreased. (ii) Compared with the non-rhizosphere soil, rhizosphere soil pH ofP.massonianaandL.formosanareduced, the quantity of organic matter and microorganism, available phosphorus content increased; The change range ofP.massonianasoil pH and organic matter was bigger, the change range ofL.formosanaavailable phosphorus content and microorganism quantity were bigger. In addition,P.massonianarhizosphere soil catalase and invertase activity increased, phosphatase activity decreased,L.formosanarhizosphere soil catalase, invertase and phosphatase activity increased.Therefore, the effect of improving soil ecological environment onL. formosana+S.superbamixed forest was more apparent, soil pH and phosphatase activity were the important factors that affect soil ecological environment ofP.massonianapure forest.

Pinus massonianapure forest;Liquidambar formosana+Schima superbamixed forest; soil micro-eco-environment;rhizosphere soil; non-rhizosphere soil

S714.5 文献标志码：A 文章编号：1673-923X(2015)12-0082-05

2014-07-23

江西省自然科学基金项目（20132BAB203028）；江西省重点科技成果转移转化计划（20133ACI90004）

王凌云，工程师，硕士

杨 洁，教授级高工；E-mail：zljyj@126.com

王凌云，喻荣岗，万佳蕾，等. 马尾松纯林与枫香木荷混交林土壤微生态环境差异分析[J].中南林业科技大学学报,2015,35(12): 82-86.

[本文编校：文凤鸣]