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Response of Soil Microbes to Different Models of Conversion of Farmland to Forest

土壤微生物对不同退耕还林模式的响应



全 文 :第 wv卷 增刊 t
u s s z年 ts 月
林 业 科 学
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土壤微生物对不同退耕还林模式的响应
张 健t 朱天辉t 刘子雄u
kt1 四川农业大学林学园艺学院 雅安 yuxstw ~ u1 四川省森林病虫防治检疫总站 成都 ytss{tl
关键词 } 退耕还林 ~土壤微生物 ~根际效应
中图分类号 }≥ztw1v 文献标识码 } „ 文章编号 }tsst p zw{{kusszl增 t p stts p sw
收稿日期 }ussy p sw p ux ∀
基金项目 }国家/十五0重大科技攻关招标项目/四川盆地低山丘陵区水土流失综合治理技术与示范研究0 ∀
Ρεσπονσε οφ Σοιλ Μιχροβεστο ∆ιφφερεντ Μοδελσ οφ Χονϖερσιον οφ Φαρµλανδ το Φορεστ
«¤±ª¬¤±t «∏׬¤±«∏¬t ¬∏¬¬¬²±ªu
kt1 Χολλεγε οφ Φορεστρψανδ Ηορτιχυλτυρε o Σιχηυαν Αγριχυλτυραλ Υνιϖερσιτψ Ψα. αν yuxstw ~
u1 ΓενεραλΣτατιον οφ Φορεστ Πεστ Μαναγεµεντ ανδ Θυαραντινε οφ Σιχηυαν Προϖινχε Χηενγδυ ytss{tl
Αβστραχτ } ≥¨ ¤¶²±¤¯ √¤µ¬¤·¬²± ²©¶²¬¯ °¬¦µ²¥¬¤¯ ¤°²∏±·¶¤±§µ«¬½²¶³«¨µ¬¦ ©¨©¨¦·²©·º²©²µ¨¶··µ¨ ¶¨º¨ µ¨ ¶·∏§¬¨§¶¼¶·¨°¤·¬¦¤¯ ¼¯ ²±
Βετυλαλυµινιφερα ©²µ¨¶·¤±§ Πλειοβλαστυσ αµαρυσ ©²µ¨¶·¬± ‹²±ª¼¤ ≤²∏±·¼o ≥¬¦«∏¤± °µ²√¬±¦¨ q ׫¨ ©¨©¨¦·¶²©·º² °²§¨ ¶¯²©
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©²µ¨¶·¤±§ Πq αµαρυσ©²µ¨¶·q…¤¦·¨µ¬¤¤°²∏±·¶º¨ µ¨ ³µ¨§²°¬±¤±·o¤¦·¬±²°¼¦¨¶¤°²∏±·¶º¨ µ¨ ·«¨ ±¨ ¬·o¤±§©∏±ª¬¤°²∏±·¶º¨ µ¨
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αµαρυσ©²µ¨¶·kt1u| ≅ ts| ¬±§¬√¬§∏¤¯#ªpt §µ¼ ¶²¬¯l  Βq λυµινιφερα ©²µ¨¶·ks1u| ≅ ts| ¬±§¬√¬§∏¤¯#ªpt §µ¼ ¶²¬¯l¬± ¤ ¼¨ ¤µq
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λυµινιφερα©²µ¨¶·¤±§ Πq αµαρυσ©²µ¨¶·¬± ¤ ¼¨ ¤µq ׫¨ ¦¨²¯²ª¬¦¤¯ ¥¨ ±¨ ©¬·²© °²§¨¯ ²© Πq αµαρυσ©²µ¨¶·º¤¶¥¨·¨µ·«¤± Βq
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Κεψ ωορδσ} ¦²±√¨ µ¶¬²± ²©©¤µ°¯¤±§·²©²µ¨¶·~¶²¬¯ °¬¦µ²¥¨¶~µ«¬½²¶³«¨µ¬¦ ©¨©¨¦·
洪雅县位于四川盆地西南边缘 o境内多低山丘陵 ∀由于人们长期过度垦殖 o致使林草植被遭到严重破
坏 o生态环境恶化 ∀现已被四川省列为退耕还林的重点示范区 o受到当地政府的高度重视和社会各界的广泛
关注 ∀近年来 o人们在退耕还林模式的立地条件 !树种配置 !水土保持等方面进行了广泛研究 ∀但缺乏从微
生物角度探索退耕还林模式的研究 ∀
土壤微生物是森林生态系统中的重要组成部分 o参与森林生态系统的物质和能量循环 o是林地中最活跃
的部分 o其数量组成的变化与土壤的通气性 !水分状况 !养分状况以及有机质含量密切联系k杨玉盛等 o
t|||l o其活性可以在一定程度上反映土壤肥力k张成娥等 ot|||l o是土壤质量评价的一个重要的生物学指
标 ∀本研究从 ussv年到 ussw年对洪雅县 u种主要退耕还林模式下的土壤微生物数量及其生态分布进行了
系统研究 ∀以期揭示在相同的立地条件下 o不同退耕还林模式对土壤微生物数量及其活性的影响 o并从微生
物学角度来评价退耕还林的生态效果 o为退耕还林造林树种的优化配置提供依据 ∀
1 研究区概况
试验地位于四川省眉山市洪雅县柳江镇ktsuβu|χ∞ou|βxwχ‘l ∀属中亚热带湿润山地季风气候 o最高气温
vy1{ ε o最低气温 p v1v ε o年均气温 ty1{ ε o春 !夏 !秋 !冬 w季平均气温分别为 tz1u !ux1u !tz1v和 z1z ε ~
年日照时数 t s{s «o太阳辐射量为 vv{1t ®#¦°pu¤p t o无霜期 vxu ∗ vys §~年降水量 t w|v1{ °° o降雨多集中
在 y ) |月份 o春 !夏 !秋 !冬季平均降水量分别为 zz1u !u|t1| !tsu1z和 t|1v °°∀该区地貌以低山丘陵为主 o
土壤层平均厚度 xs ¦°o土壤类型为酸性紫色土 o³‹值 w1| ∗ x1y ∀采样地为坡改梯形成的水平台状旱地 o退
耕前以种植玉米 !红薯 !蔬菜为主 o主要还林模式有光皮桦木k Βετυλα λυµινιφεραl p扁穗牛鞭草k Ηεµαρτηρια
χοµπρεσσαl与苦竹k Πλειοβλαστυσ αµαρυσl p扁穗牛鞭草 u种 o于 usss年 t月退耕栽植 ∀
光皮桦木 p牛鞭草模式的土壤有机质含量为 tu1zt ª#®ªpt o林分密度 u szs株#«°pu o林间郁闭度 s1y o桦
木平均胸径 v1y ¦°o平均树高 w1x °∀由于光皮桦逐渐长大 o林下的牛鞭草长势减弱 ∀
苦竹 p牛鞭草模式的土壤有机质含量 tw1vu ª#®ªpt o林分密度 t1u万株#«°pu o林间郁闭度 s1| o平均地
径 u1w ¦° o平均竹高 v1t ° o苦竹的枯枝落叶覆盖度达 ys h ∀由于郁闭度的增加 o林下牛鞭草长势十分弱 ∀
2 研究方法
u1t 土样的采集 首先在退耕还林地做样地调查 o选取邻近的桦木 !苦竹 u种退耕还林模式和农耕地作为
研究样地 o在 v种样地中各设 t块面积为 ts ° ≅ ts °的采样标准地 ∀从 ussv年 ts月至 ussw年 z月分 w次
按不同季节五点法采样k深度 s ∗ wx ¦°l ∀不同季节具体的采样时间为 ussv年 ts月中旬k秋季l !ussw年 t
月中旬k冬季l !ussw年 w月中旬k春季l和 ussw年 z月中旬k夏季l ∀在桦木和苦竹标准地里 o按对角线五点
法各选择生长中等的光皮桦和苦竹 x ∗ y株k篼l作为采样点 o分别在距树干和竹篼 x ∗ xs ¦°处 o先除去土壤
表层的枯枝落叶和植被 o再挖土壤剖面 ~同时取带完整根系的土块 o其抖落物做为非根际土 o附在根系 t ¦°
范围内的土壤作为根际土 ∀在各样地取 x个不同点的土壤样品充分混匀后 o用无菌聚乙烯塑料袋包好 o并做
好标记 o迅速带回实验室内分析测定 ∀
u1u 土壤样品的室内分析测定 土壤 v大类微生物区系的数量分析 o采用稀释平板表面涂抹法 }细菌数量
测定用牛肉膏蛋白胨培养基 ~真菌数量用马丁氏 p孟加拉红培养基 ~放线菌用改良高氏一号培养基 ∀每个
处理 w个重复 o最终结果取其平均值 ∀土壤水分含量的测定 }准确称取一定量的土壤样品 o在干燥箱内经
tsx ∗ tts ε 烘干至恒重后 o待冷却后称质量 o求得样品干质量k中国科学院南京土壤研究所微生物室 ot|{xl ∀
3 结果与分析
v1t 各样地土壤微生物数量及季节动态变化 土壤微生物的季节动态变化受土壤温度 !水分 !林木生长及
其枯枝落叶等因素的影响较大 ∀从表 t可以看出 o各样地中土壤微生物的数量均存在明显的季节性变化 o且
在不同的季节微生物的数量均是细菌 放线菌 真菌 ∀
在桦木和苦竹林中 o细菌都是从春季到秋季逐渐增加 o到秋季达到最大 o而到了冬季急剧下降到全年的
最小值 ∀因为夏 !秋两季的气温和降水等气候条件相对春 !冬季而言 o更适宜桦木和苦竹的生长k5中国森林6
编辑委员会 ousss¤~usss¥l o从而使其根系活动处于生长旺盛期 o分泌的物质增多 o为细菌的生长繁殖提供了
有利条件 ~同时这种温暖湿润的条件也很适宜细菌的生长繁殖 ∀而在春 !冬两季 o尤其是在冬季 o由于气温
较低和降水量减少 o细菌的生长繁殖和林木根系的生长活动均受到抑制 o加之林地中的枯枝落叶等难分解物
质细菌又难以利用 o所以在冬季其数量就急剧减少到最小 ~到了春季 o气温回升和降水增加 o其数量又缓慢
地增加 ∀
表 1 各样地 3 大类微生物的数量及其季节变化(干土)
Ταβ . 1 Θυαντιτψ οφ σοιλ µιχροβεσ ανδ σεασοναλ ϖαριατιον ιν διφφερεντ πλοτσ (δρψσοιλ) (105ινδιϖιδυαλ#γ − 1 )
季节 ≥¨ ¤¶²± 样地 °¯ ²· 细菌 …¤¦·¨µ¬∏° 放线菌 „¦·¬±²°¼¦¨¶ 真菌 ƒ∏±ª∏¶ 微生物总数ײ·¤¯ ±∏°¥¨µ²© °¬¦µ²¥¨¶
春 ≥³µ¬±ª 桦木 Β qλυµινιφερα yst1sv y1wz t1ys ys|1ts
苦竹 Πqαµαρυσ yyx1|u x1|v s1{t yzu1yy
夏 ≥∏°° µ¨ 桦木 Β qλυµινιφερα z|x1zw w1uz t1vv {st1vw
苦竹 Πqαµαρυσ t wvz1|z w1uz s1|{ t wwv1uu
秋 „∏·∏°± 桦木 Β qλυµινιφερα t v|t1vy v1w| t1wx t v|y1vs苦竹 Πqαµαρυσ t {xy1xz v1vv s1{t t {ys1zt
冬 •¬±·¨µ 桦木 Β qλυµινιφερα uv{1vv z1v{ u1|s uw{1yt
苦竹 Πqαµαρυσ vus1t{ ts1uy u1|w vvv1v{
放线菌数量的季节变化在桦木和苦竹林中都是从春季到秋季趋于逐渐减少 o而从秋季到冬季又急剧增
大到全年的最大值 ∀一般放线菌具有喜热耐旱的特性 o只有当各类微生物的竞争压力减少时才出现k周智彬
等 oussvl ~且放线菌在物质循环中主要是同化无机氮 o分解碳水化合物及脂类 !单宁等难分解物质k许景伟
等 ousssl ∀在夏 !秋两季 o当地的降水量大且频繁 o致使土壤的含水量较高 o不适宜放线菌的生长繁殖 ~同
ttt 增刊 t 张 健等 }土壤微生物对不同退耕还林模式的响应
时 o土壤中处于绝对优势地位的细菌数量猛然增加 o也给放线菌的生存带来了巨大的压力 ∀到了冬季 o降水
大大减少 o加上林地中的枯枝落叶增多 o土壤中难分解物质积累量增加 o从而刺激了放线菌的生长繁殖 o所以
其数量急剧增加 ∀
真菌数量的季节变化在桦木和苦竹林地的趋势也是一致的 }从春季到秋季的增减幅度不大 o但到了冬季
其数量就猛增到 w季的最大值 ∀在该地的夏季和秋季 o其高温 !多雨的环境使土壤过干或过湿 o真菌的生长
繁殖受到了限制k肖慈英等 oussul ~而在冬季一些林木的枯枝落叶和动植物残体归还给土壤养分 o为参与难
分解物质转化的真菌生长繁殖提供了条件 ∀在农耕地中 o真菌数量的变化与放线菌数量变化趋势相似 ∀
从微生物总数的季节变化来看 o其变化的趋势与细菌数量各季节的变化趋势相一致 o这是因为细菌的总
数量在土壤 v大类微生物中处于绝对优势的地位 o占 |x h以上k冬季l o有的季节甚至达到 || h以上k夏季 !
秋季l o所以各样地 v大类微生物总数的季节动态变化实际上是由细菌类群决定的 ∀从全年每克干土的微生
物总数来看 o苦竹地kt1u| ≅ ts| 个l 桦木地ks1|u ≅ ts| 个l ∀土壤微生物区系的这种状况差异表明 o除了与
土壤的水分 !温度等条件有关外 o还与土地的不同利用方式有关 ∀
v1u 根际 !非根际土壤微生物区系数量组成的季节变化特性 林木根系在生命活动过程中能不断地产生各
种分泌物和脱落物 o这些物质对生存在根际区的土壤微生物数量 !活性及其生态分布具有十分重要的影响 ∀
从表 u可以看出 o在不同季节的桦木和苦竹林地中 o根际和非根际土壤微生物的数量组成及其根际效应各不
相同 ∀细菌和放线菌总数的 •Π≥值都在 t ∗ u之间 o即林木根际细菌和放线菌的数量都大于非根际 ∀这是因
为林木根系的分泌物和根表脱落物为微生物的生长 !繁衍提供了丰富的养分和能源物质k徐秋芳等 ousstl o
改变了根际的理化环境 o促进了根际微生物的发育k罗明等 oussul ∀其中 o桦木林地的细菌根际效应 苦竹
林地 o放线菌的根际效应两者相差不大 ~但真菌根际效应除桦木林中的夏季和苦竹林的春季的 •Π≥值大于 t
外 o其余各季的 •Π≥值都小于 t o且 u样地各季真菌总数均为负根际效应 ∀这是因为根系分泌物和脱落物对
微生物生长也具有负面的影响k章家恩等 oussul ∀但从总的根际效应来看 o桦木和苦竹林都具有较强的根际
正效应 o其 •Π≥值分别为 t1vz和 t1uw ∀说明在 u种模式林地中根际微生物总的活性是大于非根际的 ∀
表 2 根际微生物数量及其根际效应 ≠
Ταβ . 2 Θυαντιτατιϖε χοµ ποσιτιον οφ ρηιζοσπηεριχ ανδ νον2ρηιζοσπηεριχ µιχροβεσ ανδ ρηιζοσπηεριχ εφφεχτ(δρψ σοιλ) tsx ¬±§¬√¬§∏¤¯#ªpt
样地
°¯ ²·
季节
≥ ¤¨¶²±
细菌 …¤¦·¨µ¬∏° 放线菌 „¦·¬±²°¼¦¨¶ 真菌 ƒ∏±ª∏¶ 总数 ײ·¤¯ ±∏°¥¨µ
• ≥ •Π≥ • ≥ •Π≥ • ≥ •Π≥ • ≥ •Π≥
春 ≥³µ¬±ª t tu{1ut {us1xt t1v{ tt1u{ ts1xt t1sz t1zu v1s{ s1xy t twt1ut {vw1ts t1vz
夏 ≥∏°°¨ µ z{z1x| wxv1wy t1zw |1vt z1ty t1vs t1tz t1ts t1sy z|{1sz wyt1zu t1zv
桦木
Β qλυµινιφερα 秋 „∏·∏°± t wwz1vz t tsx1ty t1vt z1tu y1xs t1ts t1y{ t1|x s1{y t wxy1tz t ttv1yt t1vt
冬 •¬±·¨µ t|s1vx t|x1tu s1|{ tu1ts ts1|z t1ts t1ux w1uy s1u| usv1zs uts1vx s1|z
总数 ײ·¤¯ v xxv1xu u xzw1ux t1v{ v|1{t vx1tw t1tv x1{u ts1v| s1xy v x||1tx u yt|1z{ t1vz
春 ≥³µ¬±ª {xy1zy ytx1{s t1v| t{1zw tu1x{ t1w| t1v| t1uv t1tv {zy1{| yu|1yt t1v|
夏 ≥∏°°¨ µ t x|u1yt t svw1w{ t1xw {1yu w1wv t1|x t1vx u1s| s1yw t ysu1x{ t swt1ss t1xw
苦竹
Πq αµαρυσ 秋 „∏·∏°± u xus1ts u v{y1{z t1sy {1tt z1zt t1sx t1vt u1st s1yx u xu|1xu u v|y1x| t1sy
冬 •¬±·¨µ {y{1|z yyu1sz t1vt ty1{v us1|z s1{s x1ut x1{x s1{| {|t1st y{{1{| t1u|
总数 ײ·¤¯ x {v{1ww w y||1uu t1uw xu1vs wx1y| t1tw |1uy tt1t{ s1{v x |ss1ss w zxy1s| t1uw
≠ • }根际微生物 • «¬½²¶³«¨µ¬¦°¬¦µ²²µª¤±¬¶°¶~≥ }非根际微生物 ‘²±2µ«¬½²¶³«¨µ¬¦°¬¦µ²²µª¤±¬¶°¶
4 结论与讨论
从微生物的角度对 u种模式的生态效益进行总体评价 o认为苦竹模式对退耕地的生态改善要优于桦木
模式 ∀光皮桦木对林地的水源涵养 !水土保持 !土壤改良等方面具有重要的作用k许景伟等 ousss l o其微生
物的根际效应大于苦竹 ~但苦竹与桦木相比 o它具有更发达的根系 o繁殖能力强 o生长密度大 o枯枝落叶多等
特点k肖慈英等 oussul o所以苦竹林地的微生物总数量要远大于桦木林 o即其总的生物活性要比桦木林的大 ~
且苦竹林地的 v大类微生物数量的季节性变化也要比桦木林地剧烈得多 ∀因此 o苦竹在对退耕地的生态改
善 o如水土保持 !水源涵养 !土壤肥力的增加等方面要优于桦木 ∀
参 考 文 献
罗 明 o单娜娜 o文启凯 o等 qussu1 几种固沙植物根际土壤微生物特性研究 q应用与环境生物学报 o{kyl }yt{ p yuu
utt 林 业 科 学 wv卷
徐秋芳 o姜培坤 qusst1 毛竹竹根区土壤微生物数量与酶活性研究 q林业科学研究 otwkyl }yw{ p yxu
许景伟 o王卫东 o李 成 qusss1 不同类型黑松混交林土壤微生物 !酶及其与土壤养分关系的研究 q北京林业大学学报 ouuktl }xt p xx
肖慈英 o阮宏华 o屠六邦 qussu1 宁镇山区不同森林土壤生物学特性的研究 q应用生态学报 otvk|l }tszz p ts{t
杨玉盛 o邱仁辉 o俞新妥 o等 qt|||1 杉木连栽土壤微生物及生化特性的研究 q生物多样性 ozktl }t p z
章家恩 o刘文高 o王伟胜 qussu q南亚热带不同植被根际微生物数量与根际土壤养分状况 q土壤与环境 ottkvl }uz| p u{u
张成娥 o刘国彬 o陈小利 qt|||1 坡地不同利用方式下土壤微生物和酶活性以及生物量特征 q土壤通报 ovskvl }tst p tsv
周智彬 o李培军 qussv1 塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地土壤中微生物的生态分布及其与土壤因子间的关系 q应用生态学报 otwk{l }tuwy p tuxs
5中国森林6编辑委员会 qusss¤1中国森林k第三卷 }阔叶林l q北京 }中国林业出版社 otvxx p tvx|
5中国森林6编辑委员会 qusss¥1 中国森林k第四卷 }竹林 !灌木林 !经济林l q北京 }中国林业出版社 ot|us p t|uv
中国科学院南京土壤研究所微生物室 qt|{x1土壤微生物研究法 q北京 }科学出版社 oww p xz
k责任编辑 于静娴l
中国林学会主办的5林业科学6开展
/林权制度改革0研究论文征集活动
当前 o正在全国推进的集体林权制度改革 o是进一步解放和发展农村生产力 !建立充满生机和活力的林
业体制机制的一次重大实践 o是继家庭联产承包责任制之后中国农村经营制度的又一次重大变革 o必将对林
业发展 !农村发展乃至经济社会发展产生重大而深远的影响 ∀目前 o福建 !江西 !辽宁 !浙江等省已全面推行
集体林权制度改革 o云南 !安徽 !河北等省正在全面推进改革 o其他省区有 {s个县市正在进行试点 ∀集体林
权制度改革已经显示出巨大的综合效益 ∀同时 o国有林区的林权改革试点工作也已在黑龙江省伊春国有林
区展开 ∀
中国林学会主办的5林业科学6是代表中国林业科学研究最高水平的学术期刊 o关注国家林业建设的重
点和热点问题 o及时反映最新研究成果 o引领林业科技创新是5林业科学6的重要使命 ∀为配合正在全国推进
的林权制度改革这一重大实践 o经研究决定 o开展/林权制度改革0研究论文的征集活动 o引导林业研究人员
进一步关注林权制度改革 o及时总结新经验 o积极探索和研究改革的新思路 !新措施 o为林权制度改革的展开
及深化提供更有力更坚实的理论依据 ∀
此征文活动得到了国家林业局政法司和国家林业局林改办的支持与指导 ∀
来稿要符合5林业科学6对学术性研究报告的基本要求 o基于实地调查的资料和案例 o运用经济学的理
论 o引证相关的文献 o对林权制度改革涉及的某一方面进行有理有据的分析和探讨 o为林权制度改革提出建
设性的意见或建议 ∀发表的形式可以是论文 !研究报告或问题讨论 ∀文章格式请参看本刊近刊及征稿简则
k«·³}ΠΠ¯¼®¨ q¦«¬±¤­²∏µ±¤¯ q±¨ ·q¦±l ∀
所投稿件按照正常程序进行审理 o通过后享受绿色通道 o安排在最近一期发表 ∀
此征文活动具有长期性 o欢迎广大林业科技人员 !管理干部以及高等院校的师生踊跃投稿 ∀
投稿方式 邮寄 }北京万寿山后中国林学会5林业科学6编辑部
邮编 tsss|t ~稿件一式两份
电子邮件 } ¬¯±¼®¬ƒ©²µ¨¶·µ¼q¤¦q¦±
联系电话 }sts p yu{{|{us yu{{{xz|
联 系 人 }徐 红
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