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灰木莲、巨尾桉和厚荚相思人工林土壤微生物量及酶活性比较



全 文 :林业科技开发 2014 年第 28 卷第 3 期 43
层厚度,提高坡面的水土保持能力和缓洪能力。此类
山地在进行开发利用时,一定要充分利用和保护好枯
落物层,以提高保水性能和土壤肥力。
参考文献
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(责任编辑 田亚玲
櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒
)
doi:10. 13360 / j. issn. 1000-8101. 2014. 03. 010
灰木莲、巨尾桉和厚荚相思人工林土壤
微生物量及酶活性比较
魏国余1,任涵2,吕成群2,黄宝灵2,王冠玉3,吴庆标2
(1.广西国有高峰林场,南宁 530001;2.广西大学林学院;3.广西农业科学院)
收稿日期:2013-04-20 修回日期:2013-09-10
基金项目:广西自然科学基金项目(编号:2012jjAA30094);高峰林场
“珍贵及乡土树种研究”项目。
作者简介:魏国余(1979 -),男,工程师,从事森林培育及林木育种研
究。E-mail:weiguoyu2008@ 163. com
摘 要:为了解灰木莲、巨尾桉和厚荚相思 3 种人工林地的土壤肥力变化,为制定相应的营林措施提供参考,对 3
种 8 年生人工林 0 ~ 20cm土层的微生物数量及土壤酶活性进行比较。结果表明:(1)不同树种的土壤微生物总量
为灰木莲 >厚荚相思 >巨尾桉。同一树种在一年四季中的变化是:灰木莲林地夏季 >冬季 >秋季 >春季;巨尾桉
林地秋季 >春季 >夏季 >冬季;厚荚相思林地秋季 >春季 >冬季 >夏季。(2)3 种林地土壤的三大类群微生物数
量特征表现为细菌最多,真菌数量最少,但在不同季节里有变化。灰木莲林地和厚荚相思林地的细菌数量明显大
于巨尾桉林地;而巨尾桉林地的真菌和放线菌数量在春夏两季均大于另外两种林地,但秋冬两季则是 3 种林地中
最少的。(3)3 种林地的土壤蛋白酶活性在春季基本持平,但在夏季和冬季的差异却达到极显著水平;而 3 种林地
的土壤过氧化氢酶活性均在夏季和冬季出现两次高峰,冬季的酶活性最大,差异达显著水平。分析表明不同树种
对林地土壤微生物数量、组成以及土壤酶活性有重要影响。
关键词:灰木莲;巨尾桉;厚荚相思;土壤微生物;土壤酶
Comparison on soil microorganism species and populations and enzyme activity under plantation of
Manglietia glauca,Eucalyptus grandis × Eucalyptus urophylla and Acacia crassicarpa∥WEI Guoyu,REN
Han,L Chengqun,HUANG Baoling,WANG Guanyu,WU Qingbiao
Abstract:In order to understand soil fertility of three kinds of plantation of Manglietia glauca ,Eucalyptus grandis × Euca-
lyptus urophylla and Acacia crassicarpa,and to provide reference for formulating the corresponding measures of forest mana-
gement,the microorganism species and populations and enzymes activity was investigated form top(0 cm)to underground
(20 cm)soil layer under the three kinds of woodland. The results showed that,the order (from high to low)of the total a-
mount of soil microbes under the three plantations was M. glauca > A. crassicarpa > E. grandis × E. urophylla. The seasonal
changing pattern in amount of soil microbes under M.
glauca plantation was summer > autumn > winter > spring,
however,that under the E. grandis × E. urophylla planta-
tion was autumn > spring > summer > winter,and that un-
der the A. crassicarpa plantation was autumn > spring >
欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗 应用研究
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winter > summer. Three kinds of soil on the woodland were possessed the most amount of bacteria and the minimum of fun-
gi,but varied with different seasons. The bacteria amount under M. glauca and A. crassicarpa plantation was significantly
richer than that under E. grandis × E. urophylla plantation in spring,autumn and winter,whereas that was under M. glauca
> E. grandis × E. urophylla > A. crassicarpa plantation in summer. The amount of fungi and actinomyces under E. grandis ×
E. urophylla plantation were more than those under M. glauca and A. crassicarpa plantation. But the amount of fungi and ac-
tinomyces under E. grandis × E. urophylla plantation were the least in autumn and winter. The soil protease activity of three
kinds of plantation was basically same in spring,but which was significantly different in summer and winter. The activity of
soil catalase of three kinds of plantation in both summer and winter exhibited two peaks. The activity of soil catalase in win-
ter was maximum;there was significant difference between summer and winter. It showed that different tree species crucia-
lly impacted on the soil microbial quantity,composition and soil enzyme activity.
Key words:Manglietia glauca;Eucalyptus grandis × Eucalyptus urophylla;Acacia crassicarpa;soil microbes;soil enzymes
First author’s address:Guangxi Gaofeng Forest Farm,Nanning 530001,China
人工林土壤微生物数量是维持和恢复林地生产
力的重要因素,对于土壤中有机物的分解、养分转化
和循环具有不可替代的作用,是土壤肥力状况的评价
指标之一[1-3]。在土壤的生物过程中,由于土壤微生
物、土壤动物和植物根系的生命活动而产生了土壤
酶。土壤酶是土壤中的一种生物催化剂,它能加速土
壤中有机物质的化学反应,参与土壤的发生和发育及
其与有效肥力形成有关诸过程的主要环节。在土壤
众多酶类中,蛋白酶和过氧化氢酶与人工林的生长有
密切的关系。蛋白酶水解蛋白质及肽类等化合物为
氨基酸,土壤中蛋白酶的活性与土壤中氮素营养的转
化状况有极其重要的关系。过氧化氢酶参与生物呼
吸过程中的物质代谢,同时可解除在呼吸过程中产生
的对活细胞有害的过氧化氢,其活性可以作为衡量土
壤中氧化过程的方向和强度的指标,根据过氧化氢酶
的活性可以诊断土壤的有效肥力[4-6]。
巨尾桉(Eucalyptus grandis × Eucalyptus urophyl-
la)和厚荚相思(Acacia crassicarpa)是自 20 世纪 90 年
代以来在广西快速发展的人工林,在广西的林业生产
和经济建设中占有重要地位;而灰木莲(Manglietia
glauca)作为国家濒危、一级保护植物、广西“十二五”
推广的珍贵树种之一,在广西具有良好的适生性,发
展前景看好。作为人工用材林,该 3 种树种的木材生
产力已有较多研究[7-10],但比较该 3 种树种对林地
生产力的影响,继而对林地土壤微生物和土壤酶的影
响的研究鲜有报道。王冠玉等[11]对灰木莲等 5 种人
工林在春季微生物数量和土壤酶活性进行了比较研
究,韦善华等[12]对 8 年生和 45 年生灰木莲人工林土
壤微生物和酶活性进行了对比研究。本文以同为 8
年生的灰木莲、巨尾桉及厚荚相思 3 种人工林为研究
对象,比较这 3 种人工林的土壤微生物以及土壤蛋白
酶和过氧化氢酶的差异及季节变化动态,了解该 3 种
树种人工林地的土壤肥力变化,为制定相应的营林措
施提供参考。
1 材料与方法
1. 1 试验地概况
样地设在南宁市高峰林场“广西现代林业科技
园”内,东经 108°21,北纬 22°58,海拔约 300 m。属
南亚热带季风气候,年均气温为 21. 6 ℃,≥10 ℃年
积温约 7 200 ℃,年日照时数 1 450 ~ 1 650 h,年降雨
量 1 200 ~ 1 500 mm,年蒸发量 1 250 ~ 1 620 mm。林
地坡度 25° ~ 30°,土壤类型为砂页岩发育形成的赤
红壤,土壤厚度在 65 cm以上。
试验地前茬林分为杉木纯林,2001 年经过皆伐
炼山清理后,于 2002 年 5 月以穴垦整地方式营造灰
木莲、巨尾桉和厚荚相思人工林,株行距 2 m × 3 m。
林下灌木以木姜子、毛桐、盐肤木、杜茎山、野牡丹、粗
叶榕为优势种。草本以蔓生莠竹、五节芒、半边旗为
优势种。
灰木莲为木兰科木莲属,常绿乔木,枝繁叶茂,适
应性较强。灰木莲具有早期速生的特性,8 年生灰木
莲林分平均树高 16. 5 m,平均胸径 14. 9 cm。巨尾桉
是以巨桉为母本,尾叶桉为父本人工育成的杂交种,
具有生长快,8 年生林分平均树高 20. 0 m,平均胸径
16. 0 cm。厚荚相思为含羞草科金合欢属,原产于澳
大利亚、巴布亚新几内亚等地,适应性广,且具固氮改
良土壤,速生丰产,用途广泛等优点。20 世纪 80 年
代中期开始在广西引种栽培,8 年生厚荚相思林分平
均树高 16. 1 m,平均胸径 14. 8 cm。
1. 2 采样方法
样地设在 8 年生的 3 种人工林。于 2010 年春季
(3 月)、夏季(6 月)、秋季(9 月)、冬季(12 月)各采
应用研究 欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗
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样 1 次。分别在每种林地下坡、中坡、上坡各取 5 个
样点的 0 ~ 20 cm 土层的土壤,各样品土壤各自混匀
后用四分法留足土样,新鲜样土用于微生物和土壤酶
分析。另取新鲜土壤烘干至质量恒定,计算含水量,
土壤质量以干质量表示。
1. 3 样品测定方法
土壤微生物的分离和计数采用稀释平板法测
定[13]。每一样品称 10 g土壤,置盛 100 mL无菌水的
三角瓶中 180 r /min,振荡 30 min,使微生物充分分
散,获得 10 -1的土壤悬浊液,连续稀释,本试验的稀
释倍数为:细菌 10 -4 ~ 10 -6,放线菌 10 -3 ~ 10 -5,真
菌 10 -2 ~ 10 -4。取稀释后悬液涂抹在培养基平板
上,28 ~ 30 ℃恒温箱中培养一定时间(细菌 3 ~ 5 d,
真菌 5 ~ 7 d,放线菌 6 ~ 7 d),然后计数。细菌培养
采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基(牛肉膏 3 g、蛋白胨
5 g、琼脂 18 g、pH7. 0 ~ 7. 2,加水至 1 000 mL)。放线
菌培养采用高氏 l 号培养基(FeSO4·7H2O 0. 01 g、
MgSO4·7H2O 0. 5 g、NaCl 0. 5g、KNO3 1. 0 g、K2HPO4
0. 5 g、淀粉 20. 0 g、琼脂 18 g、3%重铬酸钾溶液 3. 3
mL,加水至 1 000 mL)。真菌培养采用马丁氏培养基
(KH2PO4 1. 0 g、MgSO4·7H2O 0. 5 g、葡萄糖 10. 0 g、
蛋白胨 5. 0 g、琼脂 18 g、1%孟加拉红水溶液 3. 3
mL、1%链霉素溶液 3 mL,加水至 1 000 mL)。
蛋白酶活性测定采用酪蛋白酸钠比色法,结果以
μg酪氨酸 /(g·2h)表示[14]。过氧化氢酶活性采用过
氧化氢-硫酸酞比色法测定测定,结果以 5 g 土壤在
1 h分解过氧化氢的微克数 μgH2O2 /(5g·h)表示
[15]。
2 结果与分析
2. 1 土壤微生物总量比较
灰木莲、巨尾桉、厚荚相思 3 种人工林地的土壤
微生物总量测定结果见图 1。从图 1 可见,3 种人工
林地的土壤微生物总量有明显差异。总体上看,灰木
莲林地的微生物总量相对较多,其次是厚荚相思林
地,而巨尾桉林地的总量最少。
图 1 3 树种林地一年四季土壤微生物总量
从不同季节林地的微生物数量比较来看,春季相
同林龄的 8 年生灰木莲、巨尾桉、厚荚相思林地微生
物总量比较是灰木莲 >巨尾桉 >厚荚相思,但方差分
析表明三者的差异不显著(F = 0. 777,P = 0. 501);夏
季,3 种林地的微生物总量比较为灰木莲 >巨尾桉 >
厚荚相思,方差分析得知,灰木莲林地与巨尾桉林地
和厚荚相思林地的微生物总量此时的差异达到极显
著水平(F = 3. 651**,P = 0. 044);秋季,3 种林地微
生物总量是厚荚相思 >灰木莲 >巨尾桉,方差分析说
明三者之间不存在显著差异(F = 2. 332,P = 0. 127);
到了冬季,3 种林地的微生物总量是灰木莲 >厚荚相
思 >巨尾桉,尽管从数值上看三者的差异在增大,但
也没有达到显著水平(F = 3. 495,P = 0. 099)。
而从同一树种的季节变化情况来看,灰木莲林地
的微生物总量的变化是夏季 >冬季 >秋季 >春季;巨
尾桉林地的微生物总量的变化则是秋季 >春季 >夏
季 >冬季;厚荚相思林地的微生物总量的变化是秋季
>春季 >冬季 >夏季。表现出 3 种林地微生物总量
的季节变化差异明显。
2. 2 土壤三大类群微生物数量特征
灰木莲、巨尾桉、厚荚相思 3 种人工林地土壤的
三大类群微生物数量测定结果见表 1。从表 1 的结
果可知,3 种林地的三大类群的微生物数量均以细菌
最多,仅巨尾桉林地在春季略低于放线菌;而真菌和
放线菌从全年的情况来看,放线菌数量多于真菌数
量,但在不同季节里却有变化。
表 1 3 种人工林地土壤微生物数量统计 /(107U·g - 1)
季节 林地类型 细菌 真菌 放线菌
灰木莲 5 319. 00 31. 83 255. 00
春季 巨尾桉 793. 33 49. 00 841. 00
厚荚相思 9 813. 67 38. 40 199. 40
灰木莲 34 154. 67 64. 18 29. 63
夏季 巨尾桉 1 343. 14 80. 79 48. 49
厚荚相思 965. 22 16. 69 10. 31
灰木莲 15 850. 00 83. 43 101. 67
秋季 巨尾桉 10 203. 33 61. 67 62. 67
厚荚相思 19 350. 00 85. 22 64. 00
灰木莲 21 769. 67 10. 53 113. 17
冬季 巨尾桉 460. 00 2. 62 7. 03
厚荚相思 1 030. 67 22. 35 633. 87
从细菌数量情况看出,春季是厚荚相思林地 >灰
木莲林地 >巨尾桉林地,而且巨尾桉林地土壤的细菌
数量明显偏少;进入夏季,灰木莲与巨尾桉林地土壤
的细菌数量明显呈上升趋势,而厚荚相思林地却发生
下降,三者比较,灰木莲林地 >巨尾桉林地 >厚荚相
思林地。秋季,3 种林地的细菌数量均大幅度上升,
欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗 应用研究
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三者比较是厚荚相思林地 >灰木莲林地 >巨尾桉林
地。进入冬季以后,灰木莲林地的细菌数量仍大幅度
上升,而另外的两者林地却大幅度下降,三者的排序
为灰木莲林地 >厚荚相思林地 >巨尾桉林地。
从真菌数量情况来看,春季巨尾桉林地真菌数量
最多,灰木莲林地数量最少;夏季仍然是巨尾桉林地
真菌数量最多,但厚荚相思林地最少;进入秋季以后
真菌的分布格局发生了明显的变化,巨尾桉林地真菌
数量明显少于其他二者,尤其是进入冬季,3 种林地
土壤中真菌的数量呈大幅度下降。
放线菌数量的变化与细菌和真菌又不同。在春
季和夏季里,巨尾桉林地放线菌数量最多,其次为灰
木莲林地,最少的是厚荚相思林地,但夏季里的放线
菌数量在 3 种林地里均明显少于春季;到了秋季,林
地的放线菌数量开始上升,其中灰木莲林地数量最
大,其余二者基本持平;进入冬季后,厚荚相思林地的
放线菌数量上升到一年中的最大值,而巨尾桉林地放
线菌数量则大幅下降到一年中的最低值。
2. 3 土壤酶活性比较
本项目测定了 3 种林地的蛋白酶和过氧化氢酶
的活性,结果见表 2。从表 2 可以看出:3 种林地的土
壤蛋白酶活性在春季基本持平,但在夏季和冬季的差
异却达到极显著水平;而 3 种林地的过氧化氢酶活性
均在夏季和冬季出现 2 次高峰,冬季的酶活性最大,
差异达显著水平。具体表现为:春季,土壤蛋白酶活
性是灰木莲林地 >巨尾桉林地 >厚荚相思林地;过氧
化氢酶活性是灰木莲林地 >厚荚相思林地 >巨尾桉
林地。方差分析结果为:蛋白酶活性 F = 1. 061,P =
0. 403,过氧化氢酶活性 F = 2. 963,P = 0. 127,表明 3
种林地间土壤蛋白酶和过氧化氢酶活性差异均不
显著。
表 2 3 种人工林地土壤酶活性比较
季节 林地类型
蛋白酶活性 /
(μg·g - 1·2h -1)
过氧化氢酶活性 /
(μg·5g -1·h -1)
灰木莲 26. 65 255. 44
春季 巨尾桉 24. 35 105. 89
厚荚相思 21. 10 131. 22
灰木莲 24. 86 1087. 89
夏季 巨尾桉 17. 58 1590. 78
厚荚相思 42. 15 847. 78
灰木莲 13. 23 673. 33
秋季 巨尾桉 27. 42 448. 00
厚荚相思 23. 98 349. 78
灰木莲 6. 92 3093. 33
冬季 巨尾桉 18. 46 1597. 78
厚荚相思 11. 84 1158. 89
夏季,土壤蛋白酶活性是厚荚相思林地 >灰木莲
林地 >巨尾桉林地,过氧化氢酶活性是厚荚相思林地
>巨尾桉林地 >灰木莲林地。方差分析结果是蛋白
酶活性 F = 21. 421**,P = 0. 002,表明 3 种林地间的
土壤蛋白酶活性差异达到极显著。过氧化氢酶活性
F = 1. 431,P = 0. 310,差异不显著。
秋季,土壤蛋白酶活性是巨尾桉林地 >厚荚相思
林地 >灰木莲林地,过氧化氢酶活性是灰木莲林地 >
巨尾桉林地 >厚荚相思林地。方差分析结果为,蛋白
酶活性 F = 4. 626,P = 0. 061,过氧化氢酶活性 F =
5. 133,P = 0. 050,表明 3 种林地间土壤两种酶的酶活
性没有显著差异。
冬季,土壤蛋白酶活性是巨尾桉林地 >厚荚相思
林地 >灰木莲林地,过氧化氢酶活性是灰木莲林地 >
巨尾桉林地 >厚荚相思林地。方差分析结果为,蛋白
酶活性 F = 12. 202**,P = 0. 008 0,过氧化氢酶活性
F = 7. 355* ,P = 0. 024,表明 3 种林地的蛋白酶活性
差异极显著,过氧化氢酶活性差异显著。
同一林分不同季节土壤酶活性变化也不尽相同。
灰木莲林地的土壤蛋白酶活性春季 >夏季 >秋季 >
冬季,过氧化氢酶活性是冬季 >夏季 >秋季 >春季。
巨尾桉林地土壤蛋白酶活性秋季 >春季 >冬季 >夏
季,过氧化氢酶活性冬季 >夏季 >秋季 >春季。厚荚
相思林地蛋白酶活性夏季 >秋季 >春季 >冬季,过氧
化氢酶活性冬季 >夏季 >秋季 >春季。
3 结论与讨论
土壤微生物与树种类型有密切关系,不同树种的
土壤微生物的数量变化各不相同。不同树种的这种
对土壤微生物数量分布的影响差异在很大程度上取
决于森林凋落物的质和量[11]。本研究中,3 个树种
虽然都是常绿阔叶树种,但它们的生物学特性不完全
相同,灰木莲是木兰科中的珍贵优良树种,以培育大
径材为经营目的,生长较慢,采伐周期较长,林下枯枝
落叶丰富且较易腐解,对土壤微生物的生长繁殖形成
较好的生态环境,因此,灰木莲林地的微生物总量最
多。桉树是桃金娘科桉属速生树种,在我国南方以培
养短周期工业用材为主,由于生长快速,对林地的养
分消耗较多,加上其林下枯枝落叶较少且不易腐解,
从而导致其人工林生态系统物质循环较慢,土壤环境
条件恶化等,不利于微生物的生长繁殖,故而表现为
桉树林地微生物数量最少。
李志辉等[9]在对桉树人工林地土壤微生物类群
的生态分布规律研究中认为:桉树人工林林地凋落物
应用研究 欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗
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质含有单宁、桉叶油等物质,抑制了土壤微生物的活
动。同时,桉树人工林生长旺盛,生物量累积高的林
地,微生物数量低。厚荚相思为豆科树种,具根瘤,能
固氮补充土壤营养,生长速度与灰木莲相似,但其凋
落物量及腐解能力不及灰林莲,其林地环境虽不及灰
木莲但相对优于桉树林地。所以,本实验测得 3 种人
工林土壤微生物总量表现为灰木莲 >厚荚相思 >巨
尾桉,这与该 3 种树种的上述生物学特性吻合。
通常情况下,森林土壤的三大类群微生物数量表
现为细菌 >放线菌 >真菌[11]。陈俊容等人认为:细
菌、放线菌和真菌是土壤微生物主要组成类群,是生
态系统的分解者,它们共同参与生态系统中物质循环
与能量流动,在维持生态系统的结构与功能方面起着
十分重要的作用[10]。不同桉树土壤微生物组成中,
细菌占绝对优势,放线菌次之,真菌最少,这种组成
比例符合一般森林土壤微生物组成规律,但由于树
种的不同,其土壤微生物的群落组成也表现出一定
的差异。在本研究中,3 种林地的三大类群的微生
物数量均以细菌最多,仅巨尾桉林地在春季略低于
放线菌;而真菌和放线菌从全年的情况来看,放线
菌数量多于真菌数量,这与陈文军等[8]的“从微生
物的数量与组成看,厚荚相思林优于尾巨桉林”的
研究结果相同,但在不同季节里却有变化,如巨尾桉
林地的真菌数量在春夏两季都明显大于灰木莲和厚
荚相思林地而进入秋冬季节又明显下降。这也与与
陈文军等[8]的“尾巨桉林微生物组成不够合理”,“其
放线菌和真菌的比例都远高于厚荚相思林”的研究
结果相似。
薛立等[7]在对马占相思纯林及柚木纯林土壤养
分、微生物和酶活性的研究中认为“不同的酶活性随
林分类型不同而异,表明林分类型对酶活性有重要影
响”。本研究中的土壤蛋白酶活性为厚荚相思 >巨
尾桉 >灰木莲,过氧化氢酶活性是灰木莲 >巨尾桉 >
厚荚相思,这种变化应该说与 3 种林分类型的不同密
切关系,如厚荚相思根瘤可以固氮,而氮素营养与蛋
白质代谢关系密切,因此该林地的土壤蛋白酶活性在
3 种林分中是最高的。
由本研究结果得知,不同树种对林地土壤微生物
数量、组成以及土壤酶活性有重要的影响。因此,在
人工林经营中,有针对性地寻求合理的经营措施,维
护林地的土壤肥力,以保证林地的可持续经营显得十
分必要。
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(责任编辑 吴祝华)
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