全 文 ：第 34 卷第 15 期
2014年 8月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.15
Aug.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:浙江省重点科技创新团队果品产业创新团队(2009R50033); 浙江特色干果产业提质增效关键技术集成与示范(2012GA700001); 浙
江农林大学“研究生科研创新基金项目冶(3122013240134)
收稿日期:2012鄄12鄄17; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄03
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: jswu@ zafu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201212171814
钱进芳,吴家森,黄坚钦.生草栽培对山核桃林地土壤养分及微生物多样性的影响.生态学报,2014,34(15):4324鄄4332.
Qian J F, Wu J S, Huang J Q.Effects of sod鄄cultural practices on soil nutrients and microbial diversity in the Carya cathayensis forest. Acta Ecologica
Sinica,2014,34(15):4324鄄4332.
生草栽培对山核桃林地土壤养分及微生物多样性的影响
钱进芳1,2,吴家森1,*,黄坚钦1
(1. 浙江农林大学 亚热带森林培育国家重点实验室培育基地, 临安摇 311300; 2. 浙江省淳安县林业局, 淳安摇 311700)
摘要:高强度经营导致山核桃林地土壤性质改变,设置了白三叶、黑麦草、油菜、紫云英、自然杂草和清耕(对照)6 个处理,以 3
次重复,随机排列的 2年田间试验,研究了不同生草栽培对山核桃林地土壤养分和微生物多样性的影响。 结果表明:与清耕相
比,生草栽培均能改善土壤养分状况,除全钾外,白三叶和紫云英处理较其他处理能显著提高土壤养分含量,其余几个处理间差
异不明显;生草栽培显著提高了土壤微生物生物量碳(MBC)含量,白三叶、黑麦草、紫云英、油菜和自然杂草处理分别较清耕提
高了 169.6%、159.7%、144.1%、138.6% 和 58.6%,差异达显著水平(P<0.05)。 6 种不同处理的土壤微生物活性(AWCD)、微生
物 Shannon指数和均匀度指数均存在明显差异。 不同处理的土壤 AWCD为白三叶>紫云英>油菜>自然杂草>黑麦草>清耕;白
三叶处理的土壤微生物 Shannon指数高于其他处理;白三叶、紫云英和油菜处理的土壤微生物均匀度指数显著高于其他处理。
相关性分析表明,土壤微生物活性、微生物 Shannon指数和均匀度指数两两之间均达到极显著差异(P<0.01),三者与土壤各养
分指标之间未达显著差异,但表现为正相关关系。 白三叶、紫云英和油菜对改善土壤微生物特性效果较好。
关键词:山核桃;生草栽培;土壤养分;土壤微生物生物量碳;微生物多样性
Effects of sod鄄cultural practices on soil nutrients and microbial diversity in the
Carya cathayensis forest
QIAN Jinfang1,2, WU Jiasen1,*, HUANG Jianqin1
1 The Nurturing Station for the State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang Agriculture and Forestry University, Lin忆an 311300, China
2 Chun忆an Forestry Bureau of Zhejiang Province, Chun忆an 311700, China
Abstract: Rapid development of the hickory (Carya cathayensis Sarg.) industry and excessive use of herbicides as well as
other intensive management practices have resulted in serious damage to soil properties and forest vegetation. A decline in
soil nutrients and a reduction in soil microbial biodiversity are often observed. To evaluate the potential of sod鄄culture to
improve soil fertility and microbial activities of C. cathayensis forest soil, a 2鄄year field trial was initiated in 2010. In this
study, six treatments (white clover, rye grass, oil rape seed, milk vetch, natural weeds and clean tillage (as CK)) each
with three replicates were assessed in a randomized design. The effects of sod鄄culture treatments on soil nutrients and soil
microbial biomass carbon in the C. cathayensis forest soil were measured. Changes in soil microbial diversity were also
evaluated using Biolog. The results showed that there are various degrees of change in soil organic matter, available N,
available K, available P, total N, total K and total P in C. cathayensis forest soil due to the different sod鄄culture treatments.
Data indicated that except for soil total K, sod鄄culture treatments enhanced soil nutrient content significantly in the C.
cathayensis forest soil as compared with the CK treatment. White clover and milk vetch treatments increased soil nutrient
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content to a greater extent than the other treatments. There was no significant difference in soil nutrient content between the
remaining treatments. Sod鄄culture treatments increased soil microbial biomass carbon (MBC) in C. cathayensis forest soil as
compared with the CK treatment. White clover, rye grass, oil rape seed, milk vetch and natural weed treatments
significantly (P < 0.05) increased MBC by 169.6%, 159.7%, 144.1%, 138.6% and 58.6%, respectively. There were
differences in soil microbial activity, Shannon diversity and uniformity indices between the six treatments. The Average Well
Color Development sequence is as follows: white clover > milk vetch > oil rape seed > natural weeds > rye grass > CK. The
Shannon index sequence is as follows: white clover > natural weeds > oil rape seed > milk vetch > rye grass > CK. The
uniformity index sequence is as follows: white clover > milk vetch > oil rape seed > natural weeds > rye grass > CK. The
Shannon index and uniformity index results were relatively uniform among different treatments. Using the Biolog 96 h
absorbance values, principal component analysis was performed using Data Processing System software. The front nine
principal components were extracted from the principal component analysis and their cumulative contribution accounted for
86.98% of the total variance. The variance contribution rates of PC1 and PC2 were 33.20% and 11.51%, respectively. The
first two principal components (PC1 and PC2) were used for the analysis of soil microbial community functional diversity.
The results showed that there is an obvious differentiation in the PC axis of different treatments. The PC1 axis distinguishes
the white clover treatment and CK treatment from the other treatments. The white clover treatment sits on the most positive
side of the PC1 axis, while the CK treatment sits on the negative side of the PC1 axis. Correlation analysis showed that there
were significant differences (P < 0.01) among microbial activity, the Shannon diversity index and the uniformity index in
any paired comparison, although there was no significant difference between these three indices and the soil nutrient
indices, despite the fact that they were positively correlated. In conclusion, this study showed that planting white clover,
milk vetch or oil rape seed will provide the best results for improving soil nutrients and microbial properties under C.
cathayensis forest.
Key Words: Carya cathayensis; sod鄄culture; soil nutrient; soil microbial biomass carbon; microbial diversity
摇 摇 山核桃 ( Carya cathayensis Sarg.) 为胡桃科
(Juglandaceae)山核桃属落叶乔木,11 月至次年 4 月
为休眠期,是中国特有的优质干果和木本油料树种,
主要分布在浙江和安徽两省交界的天目山区,有着
500多年的栽培历史[1]。 随着经济的发展和山核桃
价格的不断攀升[2],山核桃经营的集约化程度越来
越高,主要的措施包括去除林下灌木、杂草,翻耕土
壤,施用化肥和除草剂等。 高强度的集约经营使林
地生物多样性降低,在冬季大片地表裸露,水土流失
严重[3],土壤质量下降[4]。 山核桃主要分布于土壤
浅薄、岩石裸露、生态脆弱的石灰岩山地,高强度经
营导致山核桃产区生态环境问题日益严重。 针对这
些问题,相关学者开展了林下留养杂草、种植冷季型
绿肥等,在一定程度上提高了林地土壤有机质和改
善山核桃林分冬季景观[5鄄6]。
生草是一种完全型绿肥,美国、韩国和日本等国
家都大力发展绿肥产业[7鄄8],大量研究表明,生草栽
培可提高土壤有机质含量,改善土壤理化性状,保水
保肥,提高果实产量和品质,增加土壤微生物数量和
多样性,改善林地生态环境[9鄄15]。 根据山核桃落叶
树种的生物生态学特点,为改良山核桃林地土壤,选
择冷季型绿肥对林地进行自然修复十分必要。 大多
学者对山核桃林地生草栽培研究多集中于果园生态
环境方面[6,16],且缺乏系统研究。
大量高强度经营下的森林土壤常以土壤养分与
物理性质指标来评价其土壤质量演化规律,但随着
土壤长期大量施用化肥和除草剂,理化性质已逐渐
失去敏感性[17],而具有早期预警作用的生物指标被
逐渐重视。 在土壤生物指标中最具有潜力的是土壤
微生物多样性[18]。 土壤微生物多样性是指土壤微
生物在遗传、种类和生态层次上的变化,即微生物群
落的稳定性。 森林土壤长期高强度集约经营使土壤
微生物生物量和多样性减少[19鄄21]。 生草栽培是否有
利于丰富山核桃土壤微生物多样性,不同生草对土
壤微生物功能多样性是否有差异等问题尚未见报
道,因此有必要探讨山核桃林土壤质量的绿肥恢复
5234摇 15期 摇 摇 摇 钱进芳摇 等:生草栽培对山核桃林地土壤养分及微生物多样性的影响 摇
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机制。 本试验通过在山核桃林下栽培不同生草,研
究了不同生草栽培对山核桃林地土壤养分、微生物
生物量碳的影响,采用 Biolog Eco法研究土壤微生物
功能多样性的变化,以期为山核桃林地土壤管理、制
定环境生物修复方案提供微生物学依据。
1摇 研究地区与研究方法
1.1摇 试验地自然概况
试验点位于浙江省临安市昌化镇迎丰村山核桃
生态示范园区,地理位置为 30毅 03忆 02义 N,119毅 08忆
54郾 2义E,海拔 211 m,坡度 30毅,北坡,树龄 20—25a,
平均密度 600 棵 / hm2。 土壤类型为石灰土。 属中亚
热带季风气候,具有春多雨、夏湿热、秋气爽、冬干冷
的气候特征,全年降雨量 1628. 6 mm,年平均气温
16郾 4 益,年降水日为 158 d。
1.2摇 试验设计
2010年 9月在昌化镇迎丰村山核桃示范园区布
置生草栽培试验,共设 6 个处理,分别是白三叶
(Trifolium repens),1年生黑麦草 (Lolium multiflorum),紫
云英 (Astragalus sinicus),油菜(Brassica campestris),
自然杂草(园区内自然生长的杂草,主要为狗牙根、
看麦娘、雀稗),以传统清耕作业(4、8 月上旬喷施
20%百草枯水剂 375 kg / hm2进行除草)为对照,山核
桃采收后将生草播种于山核桃林下,播种方式为撒
播,播量平均为 30 kg / hm2。 采用单因素随机区组设
计,每种处理设 3 次重复,每个小区面积为 10 m伊7
m。 生草方式为全园生草,连续 2a播种,各小区水肥
管理保持一致,4月和 8月施肥两次。 肥料为农家有
机肥,平均每棵山核桃施肥 10—15 kg。
1.3摇 样品采集与处理
2012年 4 月中旬(生草旺盛生长时期)采用五
点采样法采集各处理 0—20 cm 的土样,去除土壤中
的石块和植物,过 2 mm筛,混匀,用四分法分成两部
分,一部分鲜土样立即测定土壤微生物量碳和微生
物功能多样性,另一部分自然摊晾,风干后用于土壤
养分测定。
1.4摇 土壤养分测定
土壤有机质采用重铬酸钾鄄硫酸外加热法;水解
氮采用碱解扩散法;全氮采用凯氏定氮法;有效磷采
用 Bray法,盐酸鄄氟化铵溶液浸提、钼锑抗比色法;速
效钾采用乙酸铵浸提,原子吸收法;土壤全磷、全钾
采用硝酸鄄高氯酸鄄氢氟酸消煮法[22]。
1.5摇 土壤微生物生物量碳和微生物群落功能多样
性测定
土壤微生物生物量碳采用氯仿熏蒸, 用
0.5 mol / L K2SO4溶液浸提,提取液用 TOC鄄VCPH有机
碳分析仪测定[17]。 土壤的微生物代谢活性和功能
多样性采用 Biolog Eco 检测法[21,23]。 实验步骤为:
称取相当于 10.0 g 烘干土壤重量的新鲜土壤,加入
装有 100 ml 无菌蒸馏水的三角瓶中,封口后置于摇
床振荡 30 min(250 r / min),得到土壤微生物悬浮液,
静止 15 min后取上清液,在超净工作台中,用无菌水
将其浓度稀释到 10-3,用 8 孔加样器将稀释好的土
壤悬浮液加到 Biolog Eco 生态板(ECO MicroPlant,
美国 Marix Technologies Corporation) 中,每孔 125
滋L。 将接种好的 Eco 板置于 25 益培养箱中连续培
养 7d;每隔 24 h用 Biolog微平板读数仪进行吸光值
的测定,测定波长为 590 nm。
1.6摇 Biolog数据处理方法[24鄄25]
土壤微生物代谢活性采用每孔颜色平均变化率
(AWCD)来表示。 对 Biolog Eco 板培养 96 h 的数据
进行统计分析,采用 Shannon多样性指数(H)和均匀
度指数(E)来表征土壤微生物群落代谢功能多样
性。 计算公式如下:
AWCD =移(C i - R) / 31 (1)
H =- 移P i lnP i (2)
E = H / lnS (3)
式中,C i为除对照孔外各孔在 590 nm下的吸光值,R
为对照孔 A1的吸光值,C i-R 小于 0 的孔,计算中记
为 0;P i第 i孔的相对吸光值与整板相对吸光值总和
的比率;S为 Eco板颜色变化的孔的数目。
实验数据处理和统计分析采用 SPSS18.0,Excel
2007和 DPS 7.05,所有数据为 3次重复的平均值。
2摇 结果与分析
2.1摇 不同生草栽培对山核桃林土壤养分的影响
由表 1可以看出,6种不同处理的山核桃林地土
壤有机质、水解氮、速效钾、有效磷、全氮、全钾和全
磷含量均存在不同程度的差异。 白三叶栽培处理的
土壤水解氮、速效钾和有效磷均为最高,分别达到
224.14、91. 67 和 16. 37 mg / kg,分别较清耕提高了
41郾 4%、149.9%和 85.8%;其次为紫云英处理,分别
6234 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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为 212.45、59.17 和 14.79 mg / kg;黑麦草、油菜和自
然杂草处理土壤水解氮、速效钾和有效磷差异不
明显。
从全量含量分析可知(表 1),生草栽培对山核
桃林地土壤均有较好的改良效果,白三叶、油菜和紫
云英处理的全氮和全磷含量均较高,与清耕处理相
比,达到 5%水平差异,而白三叶和紫云英处理的全
钾含量最低,显著小于清耕处理,这可能是由于豆科
牧草在表土层与山核桃根系存在养分竞争所导致;
其中白三叶处理的全氮含量最高,为 2.28 g / kg,比清
耕处理提高了 36.5%;油菜处理的全钾含量最高,为
9.80 g / kg,比清耕提高了 6.7%;紫云英处理的全磷
最高,为 0.294 g / kg,相较于清耕提高了 75.0%,涨幅
明显。 自然杂草处理的效果好于黑麦草处理,黑麦
草处理全钾和全磷与清耕相比无明显差异。
白三叶、黑麦草、紫云英处理的土壤有机质含量
均高于清耕对照,差异明显,达显著水平。 其中白三
叶和紫云英提高效果最明显,分别为 38. 68、37. 72
g / kg,比清耕分别提高了 35.1%和 31.7%,涨幅明显
高于其他处理。 自然杂草处理与清耕处理无显著差
异,这主要是自然杂草在林中生长不佳,生物量较
小,因而归还的有机物料也较少。 可见山核桃林地
进行生草栽培能显著提高土壤肥力,改善土壤养分
状况。
表 1摇 不同生草栽培对土壤 (0—20 cm) 养分含量的影响(播种 2a)
Table 1摇 Soil nutrient content under different treatments of sod鄄culture (the second year of planting)
生草品种
Sward varities
有机质(OM)
Organic Matter /
( g / kg )
水解氮
Available N /
( mg / kg )
速效钾
Available K /
( mg / kg )
有效磷
Available P /
( mg / kg )
全氮
Total N /
( g / kg )
全钾
Total K /
( g / kg )
全磷
Total P /
( g / kg )
白三叶 White clover 38.68 a 224.14 a 91.67 a 16.37 a 2.28 a 8.54 c 0.275 ab
黑麦草 Rye grass 36.26 a 188.65 c 37.50 b 13.70 bc 2.17 ab 9.38 ab 0.183 c
油菜 Oil rape seed 23.09 b 184.24 c 36.67 b 13.01 bc 2.02 ab 9.80 a 0.261 ab
紫云英 Milk vetch 37.72 a 212.45 b 59.17 ab 14.79 bc 2.03 ab 8.51 c 0.294 a
自然杂草 Natural weeds 32.34 ab 190.60 c 48.33 ab 12.86 c 1.83 bc 9.27 b 0.236 b
清耕 Clean tillage 28.64 ab 158.52 d 36.67 b 8.81 d 1.67 c 9.18 b 0.168 c
摇 摇 同列不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)
2.2摇 不同生草栽培对山核桃林土壤微生物生物量
碳的影响
微生物生物量碳(MBC)是土壤有机碳库中非常
活跃的组分,近几年来被认为是反映土壤质量变化
的重要指标之一,已有研究显示地上植被类型不同,
其土壤微生物生物量碳差异明显[22]。 通过 2 年生
草栽培,分析测定了山核桃林地土壤微生物生物量
碳。 从图 1可以看出,不同生草栽培处理土壤 MBC
均显著高于清耕,说明生草栽培能使山核桃林地土
壤微生物特性明显改善。 研究发现,白三叶处理土
壤 MBC最高,相比较于清耕,提高了 169.6%;其次
为黑麦草、紫云英和油菜,但处理间差异不显著,分
别较清耕提高了 159郾 6%,144.1%和 138.6%;自然杂
草处理土壤 MBC 较低,仅为 166.4 mg / kg,较清耕提
高了 58.6%。
图 1摇 不同生草栽培对土壤微生物生物量碳的影响
Fig.1摇 Soil microbial biomass carbon with different treatments
of sod-culture
2.3摇 不同生草栽培对山核桃林土壤微生物 AWCD
的影响
从图 2 可知,随着培养时间的延长,各处理的
AWCD值呈抛物线模式。 不同处理的土壤微生物活
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性都随时间的增加而提高。 6 种不同处理土壤的
AWCD在 24 h内无明显变化,在 24 h 后快速上升,
在 144 h达到最大值后逐渐减慢,保持稳定。 比较所
有处理,白三叶处理效果最好,在所有培养时间内均
高于其他处理,当达到 144 h 后,其微生物活性略有
减小;其次是紫云英处理;清耕处理的土壤微生物群
落功能多样性最差;黑麦草、油菜和自然杂草处理间
无显著差异,但较清耕处理效果明显。 说明生草栽
培能改善林地土壤的微生物特性。 结合土壤养分分
析,可知豆科植物无论是在提高土壤肥力还是改善
土壤微生物特性上,效果均优于禾本科植物。
图 2摇 不同生草栽培土壤微生物 AWCD随培养时间的变化
Fig.2摇 Average well color development changes during
incubation of soil microbial community with different treatments
of sod鄄culture
2.4摇 不同生草栽培山核桃林土壤微生物主成分分析
利用培养 96 h后测定的吸光度值为数据,运用
DPS软件对数据进行主成分分析(PCA)。
31个主成分因子前 9个的累积方差贡献率达到
86.96%,其中前 3 个较大的主成分方差贡献率为
33郾 20%、11.51%和 10.62%。 从中提取可以聚集为
单一碳源变量的数据变异(累积方差贡献率)为 44.
71%的前 2个主成分(PC1、PC2)来进行微生物群落
功能多样性分析。 结果表明(图 3),不同处理在 PC
轴上出现了明显的分异,PC1 将白三叶处理和清耕
处理与其他处理区分开来,且白三叶处理处于 PC1
的最正端,清耕(对照)处理处于 PC1 的负端。 油菜
和自然杂草处理在 PC1 轴上距离较大,且各有 1 个
重复与其他 2 个重复的距离较远。 紫云英处理在
PC1轴上的主成分值为-2—2,在 PC2 轴上为-1—
-5。 黑麦草处理在 PC1 和 PC2 轴上差距均较大,3
个重复的距离较远。
图 3摇 不同生草栽培土壤微生物碳源利用率的主成分分析
Fig.3摇 PCA analysis of carbon sources by soil microorganisms
under different treatments of sod鄄culture
2.5摇 不同生草栽培山核桃林土壤微生物多样性指
数比较
不同生草处理间土壤微生物多样性指数存在一
定的差别(表 2)。 Shannon指数大小顺序为白三叶>
自然杂草>油菜>紫云英>黑麦草>清耕,白三叶处理
的 Shannon指数最高,为 3.786;清耕最低,为 3.335;
油菜、紫云英和自然杂草处理的 Shannon 指数都很
高,但三者之间差异不显著(P>0.05)。
对不同处理而言,土壤微生物均匀度指数存在
不同程度的差异。 均匀度指数大小的顺序为白三叶
>紫云英>油菜>自然杂草>黑麦草>清耕,白三叶、油
菜和紫云英均匀度指数较高,分别为 0.980、0.969 和
0.972,但三者之间未达到显著差异,自然杂草处理
的均匀度指数为 0.965,黑麦草的均匀度指数较低,
为 0.936;清耕处理最低,为 0.933。 相较于清耕,白
三叶的 Shannon 多样性指数和均匀度指数均为最
高,黑麦草的两指数均为最低,油菜、紫云英和自然
杂草处理三者间无论是多样性指数还是均匀度指数
差异均未达显著水平。
2.6摇 不同生草栽培土壤微生物多样性与土壤化学
性质的相关关系
将 96 h每孔平均颜色变化率 AWCD 值、微生物
Shannon指数(H忆)、均匀度指数(E)与土壤各肥力指
标进行相关分析,如表 3 所示,96 h AWCD 值、微生
8234 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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物 Shannon指数(H忆)、均匀度指数(E)两两之间均
达到了极显著相关(P<0.01),AWCD 和 Shannon 指
数与有机质、有效磷两指标达到了显著相关 (P <
0郾 05),与其余肥力指标之间虽未达到显著相关,但
都存在正相关关系。 土壤各肥力指标之间均达到显
著或极显著相关。
表 2摇 不同生草栽培土壤微生物功能多样性指数(96 h)
Table 2 摇 Functional diversity of soil microbial community with
different treatments of sod鄄culture (96 h)
处理
Treatment
Shannon指数(H)
Shannon index
均匀度指数(E)
Evenness index
白三叶 White clover 3.786依0.057a 0.980依0.004 a
黑麦草 Rye grass 3.458依0.178bc 0.936依0.034bc
油菜 Oil rape seed 3.616依0.064ab 0.969依0.001a
紫云英 Milk vetch 3.604依0.071ab 0.972依0.014 a
自然杂草 Natural weeds 3.620依0.093ab 0.965依0.011 ab
清耕 Clean tillage 3.335依0.081c 0.933依0.014c
摇 摇 同列不同字母表示差异显著(P<0.05),数值为平均值依标准差
表 3摇 不同生草栽培土壤化学性质与微生物功能多样性的相关关系
Table 3摇 The correlative coefficients among soil microbial functional diversity and nutrients under different sod鄄culture
相关系数
Correlative
coefficient
有机质
Organic
Matter
全氮
Total N
水解氮
Available N
速效钾
Available K
全钾
Total K
有效磷
Available P
全磷
Total
P
微生物
量碳
MBC
平均颜色
变化率
AWCD
Shannon
指数
H
均匀度指数
E
有机质 OM 1 0.680** 0.473** 0.351* -0.358* 0.815** 0.470** 0.679* 0.532* 0.499* 0.393
全氮 Total N 1 0.601** 0.343* -0.178 0.816** 0.770** 0.618* 0.34 0.282 0.088
水解氮 Available N 1 0562** -0.474** 0.575** 0.825** 0.701* 0.269 0.181 -0.119
速效钾 Available K 1 -0.257 0.416* 0.744** 0.714** 0.168 0.009 -0.278
全钾 Total K 1 0.500** 0.894** 0.551 0.056 -0.036 -0.337
有效磷 Available P 1 0.766** 0.784** 0.558* 0.519* 0.291
全磷 Total P 1 0.738** 0.368 0.315 -0.02
微生物量碳 MBC 1 0.498 0.336 0.096
平均颜色变化率 AWCD 1 0.941** 0.786**
Shannon指数 H 1 0.871**
均匀度指数 E 1
摇 摇 *P<0.05摇 **P<0.01
3摇 讨论
本试验通过常规分析方法、氯仿熏蒸法和
Biolog鄄Eco法对不同生草栽培处理下山核桃林地土
壤养分、土壤微生物生物量碳和土壤微生物多样性
进行了研究,试验结果显示,相较于清耕处理,生草
栽培能明显提高土壤肥力,改善土壤养分状况。 有
研究认为,生草栽培对土壤肥力有显著改善,增加土
壤养分和有机质含量[10, 26鄄27]。 栽培生草后土壤环境
与结构发生改变,导致土壤通气性、水势梯度和热传
导性随之改变,为微生物创造了适宜的生存和繁殖
条件,同时刈割生草覆盖后,生草的腐烂物为林地土
壤微生物提供了丰富的营养物质,更适合微生物的
繁殖[28]。 微生物的大量繁殖促进了土壤养分的转
化,加之生草与土壤微生物及其他生物的作用,转化
为可供吸收的营养物质,提高土壤养分含量。 种植
生草每年通过凋落物归还,细根周转和根系分泌等
可向土壤归还大量的有机质,而清耕则造成土壤有
机质的加速分解,同时失去地被层的保护,水土流失
严重。 本研究与前人结果基本一致。
土壤微生物生物量碳是土壤中活的有机质成
分,可作为衡量土壤肥力及质量变化的重要指标。
毛竹林地播种绿肥能明显增加土壤微生物生物量碳
的含量,表现为白三叶>大绿豆>黑麦草>黑麦草、白
三叶和大绿豆混播>对照[29]。 种植不同牧草对复垦
红壤土壤根际微生物量碳发生了显著变化,为黑麦
草+三叶草>三叶草>黑麦草>未种植土壤,处理间差
异达显著水平[30]。 本研究结果表明所有生草处理
土壤微生物生物量碳含量均明显高于清耕,白三叶
处理最好,其次为黑麦草、油菜和紫云英处理,但处
9234摇 15期 摇 摇 摇 钱进芳摇 等:生草栽培对山核桃林地土壤养分及微生物多样性的影响 摇
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理相互间无显著差异,自然杂草处理较差。
Biolog法在土壤微生物群落多样性的研究中应
用较为广泛[25, 31鄄33],所得微生物功能多样性特征与
土壤基本特征都能建立较好的联系。 本文通过
Biolog Eco法研究了山核桃林地不同生草栽培的土
壤微生物多样性,结果显示,不同生草处理的微生物
活性(AWCD)、土壤微生物 Shannon 指数和均匀度
指数均有一定的差异,生草处理的土壤微生物活性
和多样性指数(Shannon 指数和均匀度指数)显著高
于清耕。 土壤微生物活性(AWCD)以白三叶处理最
高,清耕处理最低;紫云英、黑麦草、油菜和自然杂草
4种处理相互间差异不显著,但均高于清耕处理;
Shannon指数大小顺序为白三叶>自然杂草>油菜>
紫云英>黑麦草>清耕(对照),均匀度指数大小的顺
序为白三叶>紫云英>油菜>自然杂草>黑麦草>清耕
(对照)。 地上植物种类组成,植物残体、根的生物
量、根系分泌物和土壤理化性质等可能是导致这种
差异的主要原因[34]。 之所以白三叶处理的土壤微
生物功能多样性会高于其他生草处理,这可能是因
为白三叶为多年生草本,根系发达,播种后能快速生
长,迅速郁蔽地面,且终年不枯,种子成熟后,自然脱
落,可于第二年更新,不需复播。 白三叶植物根际释
放大量的碳源,较高浓度的碳源促进了土壤微生物
群落代谢活性的提高[35]。
本研究表明,不同生草处理的土壤微生物
AWCD、微生物 Shannon指数和均匀度指数两两之间
的相关性均达到极显著水平(P<0.01),与土壤养分
各指标之间存在正相关关系。 这与安韶山等对宁南
山区 9种典型植物土壤 AWCD、微生物多样性指数
和均匀度指数两两之间均达到极显著相关类似[25]。
4摇 结论
不同生草栽培处理的土壤养分、微生物生物量
碳、土壤微生物活性(AWCD)、Shannon 指数和均匀
度指数存在不同程度的差异。 相较于清耕处理,生
草栽培处理的土壤有效元素和全量元素含量均明显
增加。 土壤养分分析中,白三叶和紫云英处理较优,
黑麦草处理较差。
生草栽培可以明显增加土壤微生物生物量碳含
量,白三叶处理最高,与清耕相比,提高了 169.6%,
其次为黑麦草、紫云英和油菜,分别较清耕提高了
159.7%,144.1%和 138.6%,但三者间无显著差异,自
然杂草处理较低,仅为 166.37 mg / kg,较清耕提高了
58.6%。
不同生草处理的土壤微生物对相同碳源的利
用、对碳源消耗量及速率上的差异,表明其代谢强度
不同;不同处理的土壤每孔颜色变化率 AWCD 为白
三叶>紫云英>油菜>自然杂草>黑麦草>清耕。 不同
处理的土壤 Shannon 指数和均匀度指数,白三叶最
高,清耕最低;两指数在不同处理间具有一致性。 96
h平均颜色变化率(AWCD)、Shannon 指数和均匀度
指数两两之间均达到了极显著相关,与土壤肥力指
标之间存在正相关关系。
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