全 文 ：广 西 植 物 Guihaia　May２０１３,３３(３):３３１－３３７　　　　　　　　　　 http://journal．gxzw．gxib．cn　
DOI:１０．３９６９/j．issn．１０００Ｇ３１４２．２０１３．０３．００９
徐广平,何成新,张德楠,等．桂西南岩溶山地不同土地利用方式土壤微生物量及其活性特征[J]．广西植物,２０１３,３３(３):３３１－３３７
XuGP,HeCX,ZhangDN,etal．SoilmicrobialbiomassandactivecharactersunderdiferentlandＧusetypesinkarstmountainareasofsouthwestGuangxi
[J]．Guihaia,２０１３,３３(３):３３１－３３７
桂西南岩溶山地不同土地利用方式土壤
微生物量及其活性特征
徐广平,何成新,张德楠,赵志国,陆树华,姚月锋,黄玉清∗
(广 西壮族自治区
中 国 科 学 院
广西植物研究所,广西 桂林５４１００６)
摘　要:以广西平果县石漠化典型岩溶山地为研究区域,选择海拔接近的稀疏次生林地、灌丛、荒草地、裸地和
农田等５种主要土地利用方式为研究对象,研究土壤微生物生物量及其活性的变异特征.结果表明:在不同土
地利用方式下,随着植被的恢复,土壤养分含量不断提高,大小顺序表现为次生林＞灌丛＞农田＞荒草地＞裸
地.土壤微生物量和呼吸强度变化显著(P＜０．０５),其中微生物量总体呈上升趋势,次生林和灌丛增幅较大,荒
草地和裸地增幅较小;土壤基础呼吸强度除荒草地之外均显著增加,和土壤养分含量的变化趋势相一致.代谢
熵(qCO２)变化规律不同,大小关系表现为:灌丛＞农田＞次生林＞荒草地＞裸地.不同土地利用方式下,由于相
应地上、地下资源输入等环境因素的改变导致了土壤微生物量的差异性.为实现桂西南石漠化地区岩溶山地土
壤生态系统的健康发展,从土壤生物学角度出发,积极推进植被生态恢复工程,尽可能减少人为活动对土地的干
扰程度更有利于提高土壤质量.
关键词:岩溶山地;土地利用方式;土壤微生物生物量
中图分类号:Q１４２．３　　文献标识码:A　　文章编号:１０００Ｇ３１４２(２０１３)０３Ｇ０３３１Ｇ０７
Soilmicrobialbiomassandactivecharactersunder
differentlandＧusetypesinkarstmountain
areasofsouthwestGuangxi
XUGuangＧPing,HEChengＧXin,ZHANGDeＧNan,ZHAOZhiＧGuo,
LUShuＧHua,YAOYueＧFeng,HUANGYuＧQing∗
(GuangxiInstituteofBotany,GuangxiZhuangAutonomousRegionandtheChineseAcademyofSciences,Guilin５４１００６,China)
Abstract:FivekindsoflandＧusetypeswiththesamealtitudeattypicalrockydesertificationmountainousregionof
PingguoCountyinGuangxiwerechosentoinvestigatethechangesinsoilmicrobialbiomassanditsdiferentiation
characteristicsunderdiferentlandＧusetypesinkarstmountainareasofsouthwestGuangxi．Fivekindsoflanduses
includedsecondaryforest(SF),bushwood(B),wastegrassland(WG),wasteland(WL)andcropland(C)．Theresults
showedthatsoilnutrientcontentswereimprovedconstantlywiththevegetationrehabilitationindiferentlandＧuse
types．TherateorderofsoilnutrientcontentswasSF＞B＞C＞WG＞WLrelatively．SoilmicrobialbiomassandresＧ
pirationchangedsignificantly(P＜０．０５)．Therewasanincreasingtrendforsoilmicrobialbiomassasawhole,secondaＧ
收稿日期:２０１３Ｇ０３Ｇ２８　　修回日期:２０１３Ｇ０４Ｇ１７
基金项目:广西自然科学基金(２０１２GXNSFBA０５３０７４);中国科学院“西部之光”人才培养计划项目(科发人教字[２０１１]１８０号);国家科技支撑计
划项目(２０１１BAC０９B０２);广西植物研究所基本业务费(桂植业１１００４);岩溶动力学重点实验室基金(KDL２０１１Ｇ０９)
作者简介:徐广平(１９７７Ｇ),男,甘肃天水人,博士,助理研究员,主要从事植物生态学的研究,(EＧmail)xugpgx＠１６３．com.
∗通讯作者:黄玉清,博士,研究员,主要从事植物生理生态学的研究,(EＧmail)hyqcoco＠gxib．cn.
ryforestandbushwoodincreasedmorethanwastegrasslandandwastelandobviously．Exceptforwastegrassland,
soilbasicrespirationintensityofotherlandＧusetypesincreasedsignificantlyandshowedthesametrend．TherateorＧ
derofsoilnutrientcontentsmetabolicquotientwasB＞C＞SF＞WG＞WLsimilarly．DiferentenvironmentalfacＧ
tors,suchastheinputoftheaboveＧgroundandundergroundresourcesindiferentlandＧusetypes,whichresultedin
thediferenceofquantityofsoilmicrobialbiomass．Topromotethehealthydevelopmentofthesoilecosystemin
karstmountainareasofsouthwestGuangxi,morevegetationecologicalrestorationprojectsshouldbeimplemented
fromtheperspectiveofsoilbiology,andmorehumandisturbanceactivityshouldbeavoidedatthesametime．
Keywords:karstmountainareas;landＧusetypes;soilmicrobialbiomass
　　土壤微生物量是土壤生命活体的主要组成部分
(姚槐应等,２００６),在有机质分解、土壤养分循环和转
化各个过程中起着关键作用.土壤微生物对其生存
环境十分敏感,是土壤生态系统变化的预警及敏感指
标,对维持土壤健康具有至关重要的作用(周丽霞等,
２００７).土地利用/土地覆被变化是“国际地圈与生物
圈计划(IGBP)”和“全球变化对人类影响和响应计划
(HDP)”的一个重要项目,不同土地利用变化对生物
地球化学过程有重要的影响.研究微生物生物量在
土壤中的变化,对于了解不同土地利用方式对土壤生
态系统的影响有重要的意义.
岩溶生境成土过程缓慢、土层薄,极易受到不可
逆转的破坏.桂西南广西平果县果化镇因其石漠化
严重、生态环境恶劣而成为我国西南(广西)广泛分
布的岩溶峰丛洼地的典型地段(蒋忠诚等,２０１１).
近年来在广西平果县,随着大力实施生态恢复与重
建工程措施,部分区域植被逐渐得到恢复.目前已
有学者对该地区土壤立地划分与生态恢复(吕仕洪
等,２００５)、农村能源结构调整(何成新等,２００７)、土
壤改良(罗为群等,２００８)等进行了相关研究,而作为
土壤敏感指标之一的土壤微生物生物量及活性特
征,缺少后续的研究报道.不同土地利用方式下,喀
斯特植被恢复中,以微生物作为土壤质量的指标必
须考虑其时空变异,在不同气候或区域植被下,微生
物量活性特征可能迥异(龙健等,２００３;魏媛等,
２００８;梁月明等,２０１０).本文以广西平果县果化镇
龙何屯典型岩溶山地不同土地利用方式为例,探讨
不同土地利用方式是否改变了土壤微生物量及活性
特征的格局,为岩溶地区生态恢复与重建提供科学
依据以及该地区农业生产可持续发展提供参考.
１　材料与方法
１．１研究区概况
研究区位于广西平果县果化镇龙何屯(１０７°２２′
４０″~１０７°２５′３０″E,２３°２２′３０″~２３°２４′００″N),该区属
于典型的岩溶峰丛洼地地貌,海拔１１０~５７０m.该
区年均温度为１９．１~２２．０℃,年降水量约１５００mm,
季节分配不均,５~８月约占年降水量的７０％,而９月
至翌年４月仅占３０％.土壤主要为棕色石灰土,生态
环境的突出特点是岩石裸露、土壤浅薄、植被覆盖率
低,区域石漠化十分严重.绝大多数植物是原生植被
遭受彻底破坏后残留下来的次生林地、灌木和草本种
类等.乔木种类仅有任豆树(Zeniainsignis)、苦楝
(Meliaazedarach)、柴龙树(Apodytesdimidiata)和
南酸枣(Choerospondiasaxillaris)等;灌木主要有红
背山麻杆(Alchorneatrewioides)、灰毛浆果楝(CiＧ
padessacinerascens)和黄荆条(Vitexnegundo)等(吕
仕洪等,２００５).
１．２试验方法
２０１２年６月,根据研究区域土地格局现状,采
用空间代替时间的方法选择了稀疏次生林(SecondＧ
aryforest,SF)、灌丛(Bushwood,B)、荒草地(Waste
grassland,WG)、撂荒地(裸地)(Wasteland,WL)
和农田(Cropland,C)５个主要的不同土地利用方
式,农田作为对照.每种土地利用方式下,各选择５
块约２０m×２５m的地块采集土壤样品,每块样地
根据“S”采样路线采集５个０~１５cm层土壤混合成
一个土壤样品,共计１２５个样.将每个样地采集的
土壤样品,装在无菌自封袋中,迅速置于密封冰袋容
器中冷藏后带回实验室于４℃冰箱中保存,然后备
２份处理,(１份鲜样,１份风干样).鲜样用于土壤
微生物指标的分析;其余样品常规处理,用于土壤理
化性质的分析.
土壤容重采用环刀法;土壤粒径用激光粒度分
析仪测定(MasterSizer２０００,英国);土壤有机碳
(SOC)采用TOC仪测定(岛津５０００A,日本)测定;
土壤全氮用元素分析仪 VARIOELIII型(德国,
ELEMENTAR)测定;全磷用硫酸—高氯酸消煮,钼
锑抗分光光度法(Agilent８４５３紫外—可见分光光
２３３ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３３卷
度计,美国);全钾用硫酸Ｇ高氯酸消煮,火焰光度法
(BWBXP多元素火焰光度计,英国).速效磷用钼
锑抗比色法,速效氮用碱解Ｇ扩散法,速效钾用火焰
光度法(鲍士旦,２０００).
土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物量氮
(MBN)和微生物量磷(MBP)由氯仿熏蒸法测定(姚
槐应等,２００６),熏蒸后提取液分别由TOC仪、FIAＧ
６１００型流动注射仪和紫外－可见分光光度计测定.
土壤基础呼吸的测定:在５０mL的烧杯中放置调整为
５０％田间持水量的土样３０g(烘干基),把烧杯和盛有
１０mL１mol/LNaOH溶液的容器一并放入密闭的
广口瓶,在２５℃的黑暗条件下放置１０d.在第２天、
第５天和第１０天用滴定法测定所产生的CO２,基础
呼吸以１０d累计产生的CO２量度量.代谢熵用每毫
克微生物量碳的基础呼吸率表示,微生物熵用微生物
量碳占总有机碳(TOC)的百分比表示.
１．３数据分析
所有数据在Excel２００３中整理,用SPSS１３．０
软件分析.
２　结果与分析
２．１土壤主要物理性质的变化
土地利用方式的不同会改变土壤环境状况,进
而导致土壤性质的变化.从表１可见,土壤主要物
理性质变化趋势不尽相同,在不同土地利用方式下
存在显著差异(P＜０．０５).相对于农田对照,土壤
砂粒含量,大小关系表现为裸地＞荒草地＞灌丛＞
农田＞次生林,土壤粉粒含量则相反,次生林＞农田
＞灌丛＞荒草地＞裸地.土壤粘粒含量大小关系表
现为次生林＞农田＞荒草地＞灌丛＞裸地.土壤容
重大小关系表现为裸地＞荒草地＞农田＞灌丛＞次
表１　不同土地利用方式下土壤主要物理性质
Table１　MainsoilphysicalpropertiesindifferentlandＧusetypes
土地利用类型
LandＧusetype
砂粒Sand(％)
(０．０５~２mm)
粉粒Silt(％)
(０．００２~０．０５mm)
粘粒Clay(％)
(＜０．００２mm)
容重Bulkdensity
(g􀅰cmＧ３)
总孔隙度 (％)
Totalsoilporosity
含水量 (％)
Soilwatercontent
SF ２．８８±０．３５d ４６．２５±５．０９a ５０．８７±１．０９a １．０１±０．１６d ６０．２２±１．３２a ３０．０４±０．５９a
B １０．８５±０．６６b ４３．２２±４．６７b ４４．７９±０．８６b １．１２±０．２２c ５６．３８±１．６４b ２５．２４±１．０６b
WG １２．０８±０．６３b ４２．２１±６．１１c ４５．７１±１．１２b １．３９±０．２８b ４７．７７±１．５１c ２２．１７±１．５５c
WL ２０．１５±０．５８a ４１．０５±４．７２c ３８．８０±１．３５c １．５２±０．３５a ４１．０１±１．１９d １８．５６±２．０１d
C ７．２２±０．５４c ４４．３６±３．８５b ４９．５６±１．２３a １．２５±０．３１b ５２．０９±１．２４b ２２．０２±１．３３c
　注:土地利用方式为:次生林(SF)、灌丛(B)、荒草地(WG)、裸地(WL)和农田(C)(表２、３同).表中数值为平均值±标准差,同列字母不同
表示差异显著(P＜０．０５),字母相同表示差异不显著(P＞０．０５).下同.
　Note:FivedifferentlandusetypesareSecondaryForest(SF),Bushwood(B),WasteGrassland(WG),WasteLand(WL)andCropland(C)．
Datafolowedbydifferentsmallettersinthesamecolumnsmeansignificantdifferences(P＞０．０５)．Thesamebelow．
生林.土壤总孔隙度大小关系表现为次生林＞灌丛
＞农田＞荒草地＞裸地.土壤含水量大小关系表现
为次生林＞灌丛＞荒草地＞农田＞裸地.
２．２土壤养分含量的变化
从表２看出,不同土地利用方式下,土壤养分含
量发生了较大的变化.除了土壤全氮大小呈现为次
生林＞农田＞灌丛＞荒草地＞裸地的趋势外,土壤
有机碳、全磷、全钾、速效氮、速效磷和速效钾均一致
表现为次生林＞灌丛＞农田＞荒草地＞裸地.土壤
全氮较高的原因,主要与耕作土壤大量施氮肥有关.
通过适当增加退耕还林还草的比例,调整耕地面积,
会更有利于土壤质量的提高和改善.
表２　不同土地利用方式下土壤养分含量
Table２　SoilnutritioncontentsindifferentlandＧusetypes
土地利用类型
LandＧusetype
有机碳 (g􀅰kgＧ１)
Organic
carbon
全氮 (g􀅰kgＧ１)
Total
nitrogen
全磷 (g􀅰kgＧ１)
Total
phosphorus
全钾 (g􀅰kgＧ１)
Total
potassium
速效氮 (mg􀅰kgＧ１)
Available
nitrogen
速效磷 (mg􀅰kgＧ１)
Available
phosphorus
速效钾 (mg􀅰kgＧ１)
Available
kalium
SF ４２．０１±３．２６a ４．１３±０．５５a １．４６±０．４７a ４．４４±０．２８a ４１１．２５±２０．１４a ５．２２±０．５５a ８８．３５±５．２１a
B ３１．１１±２．５４b ２．２１±０．２４b １．３５±０．４５a ４．１３±０．３１a ２８８．３７±１８．３６b ４．１３±０．４８a ８０．１２±４．２２a
WG １０．３２±１．７８d ２．０６±０．３２c １．１５±０．２９c ２．０４±０．２２c １９６．３２±１５．５５d ２．６７±０．３９c ３２．２６±２．３６c
WL ４．０１±１．４５e １．３４±０．１１d ０．６７±０．３０d １．０６±０．２７d １０１．２１±１４．９８e １．２６±０．４０d １０．４４±３．２２d
C １８．３６±２．４４c ２．５５±０．２６b １．２４±０．３４b ３．１９±０．１９b ２２６．６７±２０．０１c ３．０１±０．３３b ４０．８８±２．３４b
３３３３期　　　　　徐广平等:桂西南岩溶山地不同土地利用方式土壤微生物量及其活性特征
２．３土壤微生物量及活性
土壤微生物量反映了土壤同化和矿化能力的大
小,是土壤活性大小的标志,也是土壤肥力的一项重
要参数.表３反映了不同土地利用方式下土壤微生
物量及活性指标的变化,可以看出,土壤微生物量
碳、土壤微生物量氮、土壤微生物量磷和土壤基础呼
吸,大小关系一致表现为次生林＞灌丛＞农田＞荒
草地＞裸地,和土壤养分的变化趋势基本一致.代
谢熵大小关系则表现为灌丛＞农田＞次生林＞荒草
地＞裸地.微生物碳熵大小关系表现为次生林＞农
田＞灌丛＞荒草地＞裸地.以上不同变化表明随着
植被的恢复,次生林土壤有机碳在不断累积,反映出
土壤质量在逐渐恢复,土壤生态环境得到改善.稀
疏次生林由于恢复较好的群落层次结构、较少的人
为干扰活动,水土流失相对较低,林下水分等环境因
素较好,随着枯枝落叶等物质的回归和分解,使其土
壤养分和微生物含量增加,微生物活性较强,表现为
较强的基础呼吸强度.现有的农田利用方式不利于
土壤有机碳的积累,而农田长期单施化肥,使土壤团
聚体受到破坏,微生物的生存环境变得恶劣,可能也
表３　不同土地利用方式下土壤微生物学指标
Table３　SoilmicrobialpropertiesindifferentlandＧusetypes
土地利用类型
LandＧusetype
微生物量碳
Microbialbiomass
carbon
(mg􀅰kgＧ１)
微生物量氮
Microbialbiomass
nitrogen
(mg􀅰kgＧ１)
微生物量磷
Microbialbiomass
phosphate
(mg􀅰kgＧ１)
土壤基础呼吸
Basalsoil
respiration
(μgC􀅰gＧ１soil􀅰hＧ１)
代谢熵
Metabolic
quotient
(μgC􀅰mgＧ１MBC􀅰hＧ１)
微生物碳熵
Microbial
biomassC
(％ofSOC)
SF ７８０．０１±３２．６２a ５０．２６±２．２０a ８０．０１±４．２３a ４．１１±１．０５a ５．２７±０．０３ab ２．９０±０．１２a
B ５２１．２９±２５．６６b ４２．６９±２．３７b ５５．７４±３．７９b ２．９４±１．１１b ５．６４±０．０４a １．７２±０．１２b
WG ２９８．７８±２０．４２d ３０．０１±１．９８c １１．０５±３．１１d １．２６±１．２４c ４．２２±０．０６b １．８６±０．０８b
WL １０１．０２±２２．５８e ２２．３５±１．３４d ７．３３±１．０５e ０．１８±０．０７d １．７８±０．０１c １．６１±０．１１c
C ３１６．２９±２０．８８c ３６．７７±３．０１c ２２．０５±２．５６c １．７５±０．８９c ５．５３±０．０４a ２．５２±０．１４a
是土壤微生物生物量碳较低的原因之一.
２．４土壤微生物量及活性与土壤养分之间的相关分析
由表４可得,MBC与土壤有机碳、全氮、全钾、速
效氮、速效磷、速效钾和土壤含水量呈极显著正相关,
与全磷呈显著正相关,与土壤容重呈负相关.MBN
与土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速
效钾和土壤含水量呈极显著正相关,与土壤孔隙度呈
显著正相关,与土壤容重呈负相关.MBP与土壤有
机碳、速效磷和土壤含水量呈极显著正相关,与全氮、
全磷、全钾、速效氮和速效钾呈显著正相关,与土壤容
重呈负相关.土壤基础呼吸与土壤有机碳、全氮、全
钾、速效氮、速效磷、速效钾和土壤含水量呈极显著正
相关,与全磷和土壤孔隙度呈显著正相关,与土壤容
重呈显著负相关.代谢熵与土壤有机碳、全磷、全钾、
速效氮、速效磷和土壤孔隙度呈显著正相关,与土壤
容重呈显著负相关.而微生物C熵与各指标之间均
呈现负相关关系,与土壤有机碳、全钾、速效钾和土壤
容重呈显著负相关.相对而言,代谢熵和微生物C熵
表４　土壤微生物特征与土壤养分含量的相关性分析
Table４　Correlationcoefficientamongmicrobialpropertiesandsoilnutritioncontents
有机碳
SOC
全氮
TN
全磷
TP
全钾
TK
速效氮
AN
速效磷
AP
速效钾
AK
容重
BD
孔隙度
SP
含水量
SWC
微生物碳 MBC ０．９８∗∗ ０．９８∗∗ ０．８１∗ ０．９２∗∗ ０．９９∗∗ ０．９９∗∗ ０．９６∗∗ Ｇ０．５９ ０．８４ ０．９９∗∗
微生物氮 MBN ０．９９∗∗ ０．９４∗∗ ０．８８∗∗ ０．９８∗∗ ０．９８∗∗ ０．９９∗∗ ０．９７∗∗ Ｇ０．７４ ０．９２∗ ０．９６∗∗
微生物磷 MBP ０．９９∗∗ ０．９３∗ ０．６９∗ ０．９１∗ ０．９５∗ ０．９５∗∗ ０．９６∗ Ｇ０．５３ ０．７７ ０．９６∗∗
土壤呼吸BSR ０．９９∗∗ ０．９６∗∗ ０．８４∗ ０．９６∗∗ ０．９９∗∗ ０．９９∗∗ ０．９８∗∗ Ｇ０．６５∗ ０．８７∗ ０．９８∗∗
代谢熵 MQ ０．７４∗ ０．６４ ０．９４∗ ０．８９∗ ０．７６∗ ０．８１∗ ０．７９ Ｇ０．８５∗ ０．８５∗ ０．６９
微生物C熵 MBCQ Ｇ０．７１∗ Ｇ０．５０ Ｇ０．５９ Ｇ０．８０∗ Ｇ０．６０ Ｇ０．６３ Ｇ０．６９∗ Ｇ０．７８∗ Ｇ０．７１ Ｇ０．５２
　注:∗表示差异显著(P＜０．０５),∗∗表示差异极显著(P＜０．０１).表５中同.
　Note:∗and∗∗indicatesignificantdifferencesatP＜０．０５andP＜０．０１respectively．ThesameasTable５．
与各生物指标相关性较弱.
　　表５土壤微生物特征指标之间的相关性表明,
MBC、MBN、MBP和土壤基础呼吸均呈极显著正相
关.代谢熵与 MBC、MBN 和土壤基础呼吸呈显著
正相关.可见本研究选择的不同土壤微生物量、基
础呼吸强度等微生物学指标,不仅相互之间关系密
切,而且与主要土壤养分因子相关性显著,说明在桂
西南喀斯特地区土壤微生物量及其活性与土壤养分
４３３ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３３卷
表５　土壤微生物特征之间的相关性分析
Table５　Correlationcoefficientamongmicrobialproperties
微生物碳
MBC
微生物氮
MBN
微生物磷
MBP
土壤呼吸
BSR
代谢熵
MQ
微生物C熵
MBCQ
微生物碳 MBC １．００ ０．９７∗∗ ０．９７∗∗ ０．９９∗∗ ０．７１∗ ０．５７
微生物氮 MBN １．００ ０．９５∗∗ ０．９９∗∗ ０．８３∗ Ｇ０．７２
微生物磷 MBP １．００ ０．９７∗∗ ０．６２ Ｇ０．６６
土壤呼吸BSR １．００ ０．７７∗ ０．６６
代谢熵 MQ １．００ Ｇ０．６９
微生物C熵 MBCQ １．００
循环和能量转化关系密切,具有协同性,可作为评价
土壤肥力的指标.
３　结论与讨论
３．１土壤理化性质的变化
土壤有机质与土壤砂粒含量呈负相关,与土壤
粉粒、粘粒含量呈正相关(Dolan,２００６).本研究结
果与此基本吻合,经相关性分析,土壤养分含量和粉
粒、粘粒呈正相关.从裸地到次生林阶段,砂粒含量
逐渐降低,粉粒和粘粒含量依次增加.这主要是由
于随着植被的恢复,逐渐形成凋落物层,增加了凋落
物的养分回归,有利于土壤团粒结构的形成.土壤
容重的大小反映了土壤结构、透气性、透水性能以及
保水能力的高低.农田０~１５cm层土壤由于受人
为耕作影响,影响了土层通透性能,容重较小,不利
于土壤的气体交换和渗透性的提高.荒草地是由于
人为的干扰活动(如放牧等)和缺乏有效的管理措
施,增加了对土壤表层的容重.在次生林和灌丛土
地利用方式下,使土壤容重的改善能力得到提高,这
与其它退耕还林的研究结果类似(王静等,２００８).
土壤孔隙度按其当量直径大小可分为毛管孔隙
与非毛管孔隙(鲍士旦,２０００).土壤总孔隙度反映
了土壤吸收和保持水分状况,也表征了土壤滞留和
下渗水分状况,决定着土壤保(肥)蓄(水)功能的高
低和土壤通(气)透(水)功能的强弱(郭静等,２００８).
本研究中,次生林和灌丛显著增加了土壤总孔隙度,
这归结于不同植物群落类型根系的穿插作用,使土
壤中形成了许多大的孔隙,尤其是根系残体、分泌物
等对土壤颗粒的胶结作用,促使形成了更多的大孔
隙.土壤含水量是反映土壤理化性能的重要指标,
土壤含水量越大,水土保持的能力越好.除了撂荒
地(裸地)外,其它利用方式均提高了土壤表层含水
量,这主要是由于植被盖度增加,有效增加了对降雨
量的截留,使表层的腐殖质含量相对较高.
当农田转变为森林后,土壤有机碳才会积累
(Post&Kwon,２０００).李跃林等(２００２)研究发现,造
林１４年后土壤有机碳贮量显著提高.土壤中的有机
碳主要来源于动植物残体的分解,包括土壤微生物
及其各级代谢产物和土壤腐殖质.在桂西南喀斯特
岩溶山地,多年的刀耕火种,农田化学肥料施用量的
增加,虽然农田土壤全氮暂时不是很低,但其他养
分,尤其是有效含量较低.在提高土壤有机碳含量
和改善土壤结构方面,植被恢复林地,如次生林则表
现了较大潜力.有机碳是土壤肥力的重要指标,土
壤中微生物数量和活性受到土壤有机碳制约.
３．２土壤微生物量及活性特征
土壤微生物量能灵敏地反映环境因子、土地经
营模式和生态功能的变化过程,常被用来评价土壤
质量和反映微生物群落状态与功能的变化.一般土
壤微生物量碳(MBC)为土壤有机碳的１％~４％,土
壤微生物量氮(MBN)为土壤全 N 的２％~６％(李
阜棣,１９９６).土壤有机质会强烈影响土壤微生物量
的数量和活性(VásquezＧMurrietaetal．,２００７).本
研究结果表明,土壤微生物生物量在不同土地利用
方式间差异显著(P＜０．０５),并随着植被的恢复而
增大.这与魏媛等(２００８)和梁月明等(２０１０)的研究
结果基本一致.土壤微生物量碳、土壤微生物量氮
和土壤微生物量磷分别在次生林较高,且差异显著
(P＜０．０５).可能的原因是在次生林土壤中粉粒、
粘粒和有机碳含量较高,较高的粉粒和粘粒含量可
以固持较多的有机物质.同时,次生林和灌丛,人为
干扰相对较少,以自然恢复过程为主,枯落物回归
多,有利于土壤微生物的活动与繁殖.
土壤基础呼吸常用来判断土壤有机残体的分解
速度和强度,是土壤生物活性的总指标(Davidetal．,
２００２).不同土地利用方式土壤基础呼吸与土壤有机
碳、全氮、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、土壤含水量、
微生物量碳、微生物量氮和微生物量磷呈极显著正相
关,这类似梁月明等(２０１０)对广西环江喀斯特峰丛洼
５３３３期　　　　　徐广平等:桂西南岩溶山地不同土地利用方式土壤微生物量及其活性特征
地植被恢复过程中土壤微生物学特性变化结果.
代谢熵代表了微生物群落的维持能力大小和对
基质的利用效率,是生态系统演替土壤中的一个生
态物理指标(Anderson&Domsch,１９９３).不同土
地利用方式下,次生林土壤有机碳含量较高,其土壤
微生物量碳、微生物量氮、微生物量磷、基础呼吸和
代谢熵也最高,并与其余三种土地利用方式下土壤
微生物基础呼吸和代谢熵具有显著差异.这可能是
因为随着地表聚积大量的枯枝落叶,增加了土壤有
机碳含量,且有充分的营养源及适宜的水分和通气
状况较好,有利于微生物量的增加.而在合适的温
度和湿度下,土壤呼吸取决于微生物量的大小.这
也暗示在喀斯特石漠化地区,通过增加枯枝落叶的
回归(或秸秆还田和施有机肥)是提高土壤微生物生
物量及其对养分固持能力的一个有效途径.土壤微
生物量呈现出与土壤有机碳密切相关,次生林较多
的凋落物为其提供大量的能量,并且其相对发达的
根系也为土壤微生物提供大量的根系分泌物,尤其
在喀斯特地区,植物根系对植被恢复有重要的生态
作用.在桂西南喀斯特地区,降雨量多但分配不均,
土壤含水率在一年中的动态变化也是制约土壤呼吸
的一个主导因子.
粗质地的土壤比细质地的土壤会有较多的活性
微生物种群(Franzluebbersetal．,１９９９).本研究
结果表明,在次生林,土壤质地比其它三种利用方式
下土壤质地较细(粘粒、粉粒的含量分别为５０．８７％、
４６．２５％),但其土壤中具有较多的活性微生物种群,
依赖有机质的微生物总量较高,所以其土壤呼吸强
度较大,土壤微生物代谢熵也较高.在农业用地中
微生物碳熵随着耕作年限增加而迅速下降(Insamh
&Domsch,１９８８),虽然土壤微生物熵并不能完全
代替土壤有机碳来反映土壤质量的变化趋势,但土
壤微生物熵的变化可以作为有机碳变化的早期指标
(刘守龙等,２００６).在本研究中,随着多年的种植耕
作,农田微生物碳熵也较低,这可能主要与喀斯特地
区简单粗放的传统耕作方式有关.农田由于人类的
生活需求而采取以物质产出为主的耕作方式,为开
放的生态系统,人为活动影响较大,对土壤的胁迫作
用较强,由于作物产生的有机物质大部分被取走,归
还到土壤中的物质较少,微生物量和活性并不是很
高.本研究中,与林地相比,农田 MBC降低,这与
其它研究结果一致(吴金水,１９９４).撂荒草地,因其
地表裸露面积较大,水土流失严重,也导致其微生物
量和活性降幅较大.而次生林土壤的养分含量相对
较高,其土壤中微生物碳熵也较高,并且与其它土地
利用方式下土壤微生物碳熵差异显著(P＜０．０５).
这是由于次生林土壤中有机碳含量较高,其土壤有
机碳的有效性可能处于支配地位,驱动了土壤中微
生物碳熵的增加.
可见,在桂西南喀斯特岩溶山地,不同土地利用
方式下,随着植被恢复,土壤理化性质有显著改善,
土壤微生物特性对土壤土地利用方式的变化敏感,
土壤微生物生物量、微生物碳熵、土壤呼吸逐渐增
大.土壤微生物特性变化规律基本一致,而且均与
土壤基质的养分含量,如有机碳等存在密切相关关
系.这表明土壤养分含量是影响微生物生物量的重
要因素,有机碳和总氮、总磷含量高就能够为微生物
在进行自身合成与代谢中提供足够的碳、氮、磷物质
来源.这表明通过植被恢复措施在该区域有利于土
壤生物学特性的改善,预示着喀斯特地区的土壤质
量和肥力随着植被恢复过程在逐渐提高.如果通过
加强植被恢复生态工程措施和合理的人为管理措
施,宜林则林,宜草则草,通过荒山植树造林或者退
耕还林还草工程措施,调整和改善现有的土地利用
方式,则可以增加土壤总孔隙度、土壤表层的含水
量,增强土壤的供水和保墒能力,提高土壤养分含量
和土壤质量,会更有利于改善石漠化地区岩溶山地
的土壤生态环境.因此,继续加强植被恢复生态工
程措施或退耕还林后续工程的科研观测与系统评
价,是十分必要的.
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