林分改造后土壤微生物量分布特征研究

石 亮

(1.辽宁省沙地治理与利用研究所，辽宁 阜新 123000；2.辽宁章古台科尔沁沙地生态系统国家定位观测研究站，辽宁 阜新 123000)

土壤微生物是土壤物质循环系统中极其重要的组成部分，参与土壤有机物的降解和矿化过程，并释放无机物供植物吸收，能够使土壤生态系统更加稳定[1]。微生物对所处生境的变化十分敏感，其群落结构能根据环境改变做出相应变化[2]。郭雄飞等[3]运用4种宫胁法改造林地与传统法改造林地进行对比分析，发现宫胁法2(开穴整地、不施基肥、追肥)的土壤细菌、真菌、放线菌数量及微生物总量均表现最高，有利于改善土壤生物学特性；柏木Cupreressusfunebris低效林块状改造初期，整地只对0～5 cm土层微生物量碳的影响显著，微生物量氮在0～5 cm、5～20 cm土层均显著增加[4]；张浩等[5]在对香港地区20年尾叶桉Eucalyptusurophylla和马占相思Acaciamangiumin的研究中发现，林分改造后夏季的土壤微生物量碳、氮含量均高于冬季，而尾叶桉和马占相思在套种背景下微生物量表现则恰好相反。本文以樟子松Pinussylvestrisvar.mongolica人工林为研究对象，在保留樟子松林带、人工更新幼林带及二者之间空带内采集土壤，分析林分改造后土壤微生物量分布规律及各土层之间的差异性，探明林分改造对土壤生态学特性的影响及响应机制，为提高樟子松人工林土壤养分含量及林分改造提供理论依据。

1 试验地概况

试验区选择在彰武县章古台镇辽宁省沙地治理与利用研究所樟子松人工林内，地处121°53′～122°22′E，42°43′～42°51′N，海拔230 m。气候属温带大陆性季风气候，年均气温6.82 ℃；≥10 ℃的年积温约3 148 ℃，年降水量450 mm左右，多集中在6-8月，多年平均蒸发量1 700 mm，相对湿度60.4%，年均风速3.3 m·s-1，无霜期150～160 d。土壤类型以风沙土为主。该地区主要乔木树种有樟子松、家榆Ulmuspumila等。常见草本植物有少花蒺藜草Cenchruspauciflorus、狗尾草Setariaviridis、披碱草Elymusdahuricus等。樟子松人工林1980年初植，2012年进行带状间伐，间伐宽度13 m。次年春季在间伐带内栽植3年生樟子松幼苗3行，初植密度2 m×3 m。

2 研究方法

2.1 样品采集及测定

试验地选择海拔、坡度、坡向、林下植被尽量一致的地段，设置3个处理，分别为保留樟子松林下(L)、保留樟子松与人工更新幼林之间(Z)、人工更新樟子松幼林林下(P)，林下植被组成主要有马唐Digitariasanguinalis、虎尾草Chlorisvirgate、披碱草等。在不同样地内分别设置3个样方，每个样方面积为50 m2。2019年8月，对每个样地进行取样，在各样方内用土钻(Φ=5 cm)按“S”形在0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm土层分别取样，将相同土层深度的土壤进行混合，采用四分法进行取舍，去掉植物残体及杂质的土样分成两份，一份置于4 ℃冰箱中用于微生物量的测定，另一份自然风干用于化学性质分析。土壤测定方法见表1。

表1 土壤指标测定方法

2.2 数据处理

运用Excel 2013和SPSS 20.0软件对数据进行处理与统计分析，用单因素方差分析不同样地之间酶活性的差异。运用Canoco 4.5软件对各样地的土壤化学性质、微生物量分布进行典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis)，并用CanoDraw软件绘制成图。

3 结果与分析

3.1 林分改造对土壤化学性质的影响

林分改造后不同土层土壤化学性质在林内分布特点不同(图1)。0-20 cm土层，土壤有机质、碱解氮含量从L到P逐渐升高，有效磷含量则逐渐降低；20-40 cm土层，土壤有机质、碱解氮含量从L到P呈先降低后升高的趋势，有效磷含量则逐渐降低；40-60 cm土层，土壤有机质含量逐渐升高，碱解氮含量先降低后升高，有效磷含量则呈下降趋势。

注：不同小写字母表示同一土层深度不同样地间差异显著(P<0.05)。下图同。

3.2 林分改造对土壤微生物量的影响

林分改造后不同土层微生物量在林内分布特点不同(图2)。0-20 cm土层，土壤微生物量碳、氮从L到P逐渐升高，微生物量磷则逐渐降低，但各位置微生物量无显著差异；20-40 cm土层，土壤微生物量碳、氮从L到P逐渐升高，微生物量磷呈先降低后增高的趋势，各位置微生物量无显著差异；40-60 cm土层土壤微生物量碳、氮从L到P均出现较为明显的增高趋势，微生物量磷则逐渐降低。

图2 土壤微生物量变化情况

3.3 林分改造后土壤养分指标分布特征

采用典范对应分析(CCA)对土壤化学性质及微生物量进行排序分析，结果见图3。

图3 土壤养分指标对应分析排序图

微生物量碳、氮位于第二象限，与第一序列轴负相关，与第二序列轴正相关；有机质、碱解氮位于第三象限，与第一、二序列轴负相关；有效磷、微生物量磷位于第四象限，与第一序列轴正相关，与第二序列轴负相关。第一序列轴从右向左代表样地从保留樟子松林下到人工更新幼林林下，L样地与有效磷和微生物量磷显著正相关；到达Z样地后，有效磷和微生物量磷含量迅速降低，且各指标与Z样地无显著相关；P样地与有机质、碱解氮、微生物量碳、氮显著正相关，与有效磷、碱解氮显著负相关。

4 结论与讨论

科学合理的森林抚育措施可有效提高林分改造后土壤化学性质和微生物量。保留樟子松林下土壤有效磷和微生物量磷含量维持较高水平，说明樟子松成熟林对磷元素的吸收较幼林少，同时枯落物的增多也会使得土壤磷库得到补充。随着样地从保留樟子松林下到人工更新幼林下，土壤有机质、碱解氮、微生物量碳和氮含量逐渐增加，主要是由于林分改造增加了林内通透度和光照，水热条件更好[6]，有利于微生物的正常活动，加速了有机质的转化及氮素的养分循环，土壤养分条件更适宜植被生长[7]。有效磷、微生物量磷逐渐降低，造成这种现象的原因可能是科尔沁沙地土壤的磷素含量偏低，幼林在生长阶段需要从土壤中汲取大量的磷素，加之枯落物较少，土壤磷库无法及时得到补充；同时，磷素在土壤中易形成难溶性盐沉淀[8]，限制了磷素的移动性，植被获取磷素更加困难。因此造林初期，适当补充磷肥以满足幼苗生长需要，提高造林成活率。