西南山地林下經濟模式對土壤養分和土壤微生物數量的影響

秦華軍， 何丙輝， 趙旋池， 楊明山， 張 野， 鄧雪梅

(1.西南大學 資源環境學院 三峽庫區生態環境教育部重點實驗室, 重慶 400715;2.貴州省畢節市金沙縣城關鎮農業服務中心, 貴州 畢節 551800)

林下經濟就是利用現有的林地資源和林蔭優勢，進行林下養殖和種植等立體生產經營，使農林牧業實現資源共享的生態農業模式。土壤是微生物和養分活動的主要場所，微生物作為土壤的重要組成成分，它對土壤肥力的形成和植物營養的轉化起著重要的作用，直接影響著土壤的養分狀況，揭示了土壤發育現狀及趨勢[1-2]。土壤微生物除了受到土壤本身性質影響外，還受到許多外在因素的影響，其中土地利用方式的影響尤為突出。章家恩等[3]的研究認為，不同土地利用方式能夠增加土壤微生物多樣性，提高土壤質量。張丹桔[4]研究了不同植物的腐殖質對土壤微生物多樣性的影響，結果發現，不同植物腐殖質下土壤微生物的數量和活性均大于對照，而所有種類腐殖質的混合對土壤生物多樣性最有利。嚴君等[5]認為，植物的品種是影響土壤微生物群落的最重要因素。Minoshima等[6]比較傳統耕作模式和農林混合模式對土壤微生物群落的影響發現，農林混合模式后因為地上植被的生物多樣性下降，使土壤微生物群落的大小及組成削弱。土壤微生物極易受土壤環境因子的影響，如土地利用方式、施肥制度、植物多樣性、土壤pH值、土壤類型、有機無機肥料施用以及環境污染物等因子均會對土壤微生物產生較大的影響。土壤微生物作用于土壤物質轉化和能量流動，并參于許多重要的生物化學反應過程，在一定程度上反映作物對氮素的吸收利用與生長發育狀況等，是土壤肥力的一個重要指標[7]。

土壤微生物3大類群的數量與其發揮的生態功能密切相關，3大類微生物區系比例是土壤肥力的一個衡量指標，土壤中細菌和放線菌密度高表明土壤肥力水平較高[8]。土壤微生物是土壤有機質和養分轉化、循環的動力，在土壤肥力形成和發展的許多方面起著極重要的作用[9]。同時，土壤微生物能夠迅速對周圍環境的變化做出反應[10]，因此，研究分析林下經濟模式對土壤養分和土壤微生物的影響已成為當前土壤科學的研究熱點[11]。本文對重慶市榮昌縣林下經濟模式土壤養分和土壤微生物數量及其相互關系進行了研究，為農林牧業實現資源共享的生態農業提供科學依據。

1 研究區概況

榮昌縣位于四川盆地川中丘陵的川東平行嶺谷區交接處，重慶市西部。全境地貌以淺丘為主，土地肥沃，地勢起伏平緩，平均海拔380 m。屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均降水量1 099 mm，年平均氣溫17.8 ℃，年總積溫6 482 ℃，平均氣溫穩定通過溫度的總積溫5 633 ℃，無霜期327 d，月極端最高溫度39.9 ℃(1972年)，月極端最低溫度-3.4 ℃(1975年)，歷年日平均氣溫穩定通過12 ℃，為265 d。該區域林下經濟模式主要有：桉樹林下禽，主要植被有桉樹(Eucalyptusrdousta)、飛蓬(Erigeronacer)、燕麥草(Arrhenatherumelatius)、艾蒿(Artemisiaargyi)；桉樹林下菌，主要植被有桉樹、空心蓮子草(Alternantheraphiloxeroides)；麻竹林下禽，主要植被有麻竹(Dendrocalamus)、桑樹(Moraceae)；麻竹林下菌，主要植被有麻竹；馬尾松林下畜，主要植被有馬尾松(Pinusmassoniana)、飛蓬(Erigeronacer )和竹葉草(Oplismenuscompositus)；黃葛樹林下草，主要植被有黃葛樹(Ficusvirens)、牛鞭草(Hemarthriaaltissima)、艾蒿、苦職(Physalisangulata)、三葉草(Triofliumrepens)、飛蓬、龍葵(Solanumnigrum)、霧水葛(Pouzolziazeylanica)、野菊(Chrysanthemumindicum)、澤漆(Euphorbiahelioscopia)、蒲兒根(Sinoseneciooldhamianus)。

2 材料與方法

2.1 土壤樣品的采集

2012年7月上旬，在重慶市榮昌縣境內，采用相鄰樣地比較法，選擇土壤類型相同、地形相似、利用類型不同的樣地進行調查研究。按照不同土地利用類型，結合該區地形地貌、土壤類型和耕作制度，在對當地居民的詳細調查下，選出有代表性的并能充分反映土壤利用特性的地點進行采樣。在樣地中以“S”型曲線進行多個點采樣，采集土壤表層腐殖質混合樣品和0—20 cm表層土壤混合樣品用聚乙烯無菌塑料袋密封保存，將土壤樣品帶回實驗室內。將每種樣品充分混勻后分為兩份，一份放入冰箱冷藏用于測定土壤微生物數量，另一份風干后用來測定土壤理化性質。采集樣地基本情況如表1所示。

表1 四川盆地川中丘陵各林地概況

2.2 土壤理化性質分析

土壤養分各項指標測定均采用常規方法：重鉻酸鉀容量法測定有機質(OM)；濃硫酸消化——擴散法測定全氮(TN)；NaOH熔融——鉬銻抗比色法測定全磷(TP)；NaOH熔融——火焰光度法測定全鉀(TK)；堿解擴散法測定堿解氮(AN)；NaHCO3——鉬銻抗比色法測定有效磷(AP)；NH4Ac——火焰光度法測定速效鉀(AK)。

2.3 土壤微生物的分離

無菌環境中稱取10 g土樣裝于90 ml無菌水的三角瓶中，三角瓶內放置少量無菌玻璃珠，震蕩15 min使土水混合均勻。用稀釋平板法，每個樣品做3個重復。在預備性實驗的基礎上，選擇合適稀釋度，分離培養微生物。細菌分析用牛肉膏蛋白胨培養基；真菌用馬丁氏—孟加拉紅培養基；放線菌用改良高氏一號培養基[12]。

本研究用Excel進行數據分析和制圖處理，用SPSS軟件進行相關性分析。

3 結果與分析

3.1 林下經濟模式對土壤養分的影響

林下經濟模式下土壤養分含量均高于對照下的土壤養分含量，pH值在3.7～7.8，除黃葛樹林下草模式外其余樣地均小于7.0，呈中性偏堿性，每個模式與相應對照下的pH間差異顯著(p<0.05。下同)；有機質在T1—T5模式下均顯著高于對照，在T2和T3中含量顯著高于其他模式；全磷在T2下含量顯著高于其余模式；全氮則在T5和T6中顯著高于其余模式；全鉀在T3和T5中含量顯著高于其余模式；有效磷在T3中含量顯著高于其余模式，達到59.26 mg/kg；堿解氮、速效鉀含量均在T5中含量最高，分別為59.3，66.11 mg/kg。

所有土壤養分含量均比對照處理下土壤養分含量高，與在飼養禽、畜，栽種菌和草等過程中人為加入了飼料和肥料等有關。不同林下經濟模式對土壤養分的影響見表2。

表2 不同林下經濟模式對土壤養分的影響

3.2 林下經濟模式對土壤微生物組成和數量的影響

真菌、細菌和放線菌是土壤中含量最大的3類微生物，它們對土壤中有機質的分解和其他元素的轉化有著重要作用。不同的土地利用方式下土壤微生物的組成比例略有不同，但大體一致，其中細菌數量在土壤微生物中占絕對優勢，是微生物總數的90%左右，放線菌占總量的8%左右，真菌最少，占1%左右；不同林下經濟模式下微生物總量存在著一定差異：T1>T2>T5>T3>T6>T4，土壤層中，真菌數量在所有模式中均無明顯差異(p>0.05)；細菌數量在T1中顯著高于其余模式(p<0.05)；放線菌在T2中顯著高于其余模式(p<0.05)；微生物總數在T1和T2中含量顯著高于T3,T4和T6(p<0.05)。腐殖層中，真菌數量在T2中顯著高于其余模式(p>0.05)；細菌數量和微生物總數在T3中顯著高于T1,T2,T4和T5模式(p<0.05)與T6無明顯差異(p>0.05)；放線菌在T2和T3中顯著高于其余模式(p<0.05)。微生物總數從土壤層與對照看，除T4和T6處理外，各處理土壤層微生物數量均顯著高于對照處理(p<0.05)；腐殖層與對照看，T1,T5和T6顯著低于對照(p<0.05)(圖1)。

圖1 不同林下經濟模式對土壤微生物的影響

注：大寫字母表示同一模式下腐殖層與土壤層間差異顯著(p<0.05)； 小寫字母表示同一土層不同模式間差異顯著(p<0.05)。

3.3 土壤養分與土壤微生物數量的關系

土壤微生物的生長依賴于土壤的養分水平和環境狀況，土壤微生物和土壤養分之間具有協同發展和相互促進作用的關系。

結果表明，有機質含量與真菌數量之間呈顯著正相關(p<0.05)，與林下種菌中人為增加的物質有關，有機質與細菌放線菌數量呈正相關(p>0.05)，有效磷和堿解氮與微生物數量間均呈正相關(p>0.05)，速效鉀與微生物數量間呈負相關(p>0.05)(表3)。

表3 土壤主要肥力指標與土壤微生物數量間的相關關系

4 結 論

林下經濟模式明顯提高了土壤養分含量，在不同林下經濟模式下，由于林分類型、林下經濟模式、林分凋落物和管理模式等的差異使土壤中有機質的來源和轉化也有所不同，從而影響了土壤有機質和土壤中其他養分的含量。研究表明，不同的林下經濟模式下土壤養分有著不同的變化，有機質變化均顯著增加(除T6外)，這與在進行林下種養植過程中人為加入養分有關，使土壤中養分含量升高。說明林下經濟模式對土壤有機質的積累有顯著促進作用，間接地提高了林下生產力。桉樹林下種菌模式中有機質顯著大于桉樹林下養禽模式，說明在桉樹林下種菌比養禽提高土壤養分快，這與種菌過程中添加了大量腐殖質，從而提高了土壤中有機質含量；麻竹林下禽模式中有機質顯著大于麻竹林下菌模式，說明在麻竹林下養禽比種菌提高土壤養分快；全磷、有效磷和堿解氮在桉樹林和黃葛樹林中有顯著增加，說明桉樹林和黃葛樹林下經濟模式對土壤全磷、有效磷和堿解氮的生成有顯著的促進作用。由于物質循環過程特性和人為施肥管理水平的差異，不同土地利用方式下土壤的生物和生物化學性狀顯著不同[13]。林下經濟模式與土壤微生物之間通過植物多樣性來影響土壤微生物的多樣性，從而進一步影響到土壤的理化性狀，人類的生產與生活可以改變地面的植被組成和生長狀況，植物群落的結構和組成的變化會導致植物物種組成的差異，并對土壤微生物產生重大影響。在6種不同的林下經濟模式中，腐殖層微生物數量在桉樹林下養禽、馬尾松林和黃葛樹林下養種植中處理組顯著低于對照組微生物數量，這與處理組人為生產活動有關；土壤層微生物數量在桉樹林下養種植、麻竹林下養禽和馬尾松下養殖均顯著高于對照處理下微生物數量，說明土壤中微生物數量可通過養種植來提高。真菌數量在桉樹林下菌中最大，與桉樹林下菌模式投放大量提供真菌生長的物質有關。

本試驗結果表明，不同林下經濟模式對土壤微生物數量有很大的影響，土壤養分和微生物數量間存在一定的相關性。林下經濟模式有利于提高土壤中微生物數量，微生物數量與有機質[14]、全氮、堿解氮[15]、全鉀和有效磷成正相關關系；與土壤pH值呈負相關關系，說明堿性土壤不利于土壤微生物的生長，微生物比較適宜于中性或偏酸性的土壤中生長，這與William等[16]研究的結果不一致。土壤微生物多樣性越高則土壤的肥力也越高，其生產力也較高。這是林下生態環境、土壤環境、土壤微生物和土壤養分協同發展的結果。因此，土壤微生物群落在一定程度上調節著土壤乃至整個生態系統功能。

林下經濟作為一種人工生態經濟復合系統，其產業是一種有別于傳統林業生產的經營方式，在保護林業資源、改善生態環境、解決林區貧困等諸多方面均發揮了重要作用，但由于林下經濟產生歷史不長，不同地區氣候、林地資源狀況不同，相關研究和文獻報道不多，林下經濟發展模式要因地制宜。所以，進一步加強林下經濟發展的研究和分析，對于促進其健康有序地發展十分必要。

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