天台山不同林型土壤微生物区系及其商值_qMB_qCO_2_张崇邦_1

天台山不同林型土壤微生物区系及其商值(qMB,qCO 2)*
张崇邦
**
金则新 施时迪
(浙江省台州学院生化系,临海317000)
摘 要 研究了天台山8种林型下土壤微生物数量、微生物量碳、微生物量氮、微呼吸速率和微生物商值(qM B,qCO 2),结果表明,均以云锦杜鹃林、黄山松林、茶园和竹林土壤中较大,以柳杉林土壤最小。

天然林土壤的上述指标的平均水平均高于人工林土壤,所产生的差异是不同林型的立地条件和土壤性状综合影响的结果。

qCO 2值以柳杉林、日本花柏林和茶园土壤最高(4152%,4143%,4126%),云锦杜鹃林、黄山松林和七子花林土壤相对较低(31475%,3182%,3170%),比前者土壤质量较好,可持续利用潜力大。

关键词 天台山,土壤微生物,微生物商值(qM B,qCO 2),土壤质量,可持续利用
中图分类号 S15411 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2003)02-0028-04Microflora and microbial quotient (qMB,qCO 2)values of soils in dif ferent forest types on Tiantai Mountain in Zhejiang.ZHAN G Chongbang ,JIN Zex in,SHI Shidi (Dep art ment of Biochemistry ,T aiz hou College,L inhai,Zhe j iang 317000,China).Chinese Jour nal of Ecology ,2003,22(2):28~31.
T he so il microbial quotient (qM B,qCO 2)values,number,biomass -C,biomass -N ,and respir atio n r ate were preliminarily analyzed.T he results indicated that these items were hig her in Rhododendron f or-tunei forest soil,Pinus taiw anersis for est so il,tea plantation so il,and bamboo forest forest soil,com -pared to other 5ty pes of forest soils.T hat of soil microorganism was the lowest in Cryp tomer ia f or-tunei fo rest soil.T he mean value of microbial indices was higher in the natural w oods so ils t han that of the artificial woods soils.T he so il localit y condition and soil characteritics show ed sy nthesis effect on t he difference of the microbial indices from 8for est soils.T he qCO 2values were higher(4152%,4143%,41265)in C.f or tunei forest soil,Chamaecy p ar is p isif er a for est so il,tea planation so il,and bamboo forest soil than in to other soils.T he qCO 2values were lower (31475%,3182%,3170%)in R.f or tunei forest soil,Pinus taiwanersis forest soil and H ep tacodium miconioides forest soil w hose quality were better ,and the potent iat for sustainable use of soils was higher.T he qCO 2value not only acted as a harmonious coefficient betw een the microbial respiration rate and microbial biomass,but also had an ecological importance for reflecting the soil character istics and the sustainable use of soils.Key words T iantai M ountain,soil microor ganism,microbial quotient(qM B,qCO 2),soil quality,sus -tainable use.
*浙江省自然科学基金项目(399203)和浙江省教委科研计划资助项目(19990367)。

**通讯作者
收稿日期:2001-10-19 改回日期:2002-01-23
1 引 言
土壤微生物控制着土壤生态系统的许多过程,行使的功能包括:有机物料的分解,土壤化学循环,土壤结构的形成,污染物的脱毒等。

土壤微生物群体尤其是微生物的生理生态指标的改变可以作为预
示土壤变化的标志[10]。

20世纪90年代以来,国外学者应用微生物生理生态指标对不同管理措施、耕作时间长短、杀虫剂和除草剂的应用、重金属污染等情况下的土壤健康状况进行了许多有意义的探讨[5,12,13],而我国学者在这方面的研究工作却相对
滞后,为此我们于2000年对天台山国家森林公园的天然林、人工林和人为干扰下的茶园土壤微生物及其商值(qMB,qCO 2)进行了初步的研究,为了解天台山不同森林覆盖下,土壤微生物指标与土壤质量状况、可持续发展潜力的关系提供依据。

2 研究地区与方法211 自然概况
生态学杂志Chinese Journal of Ecology 2003,22(2):28~31
天台山位于浙江省天台县境内,1992年被定为国家级森林公园,其森林茂密,区系成分复杂,生物资源比较丰富,具有典型的亚热带山地特征。

主峰华顶山海拔高度1098m,地理位置29b15c N,121b 06c E。

属亚热带季风性湿润气候,年降水量为1700mm,平均相对湿度为85%以上,年均气温为13e,无霜期为230d。

土壤为黄壤到黑壤。

212方法
研究样地设在天台华顶山,所选土壤环境是按地上植被优势种的不同而确定的,共分为:七子花(Hep tacodiu m miconioides)林(天然林,50年,大约3km2)土壤,黄山松(Pinu staiw anensis)林(人工林,15年,大约10km2)土壤,金钱松(Pseudolar ix amabilis)林(人工林,15年,大约2km2)土壤,竹林(天然林,20年,大约5km2)土壤,柳杉(Cryp tomeri-a f ortunei)林(人工林,100年,大约5km2)土壤,茶园(人工林,20年,大约2km2)土壤,云锦杜鹃(Rhododendron f ortunei)林(天然林,1000年,大约10km2)土壤,日本花柏(Cham aecyp ar is p isif era)林(人工林,15年,大约2km2)土壤。

其中云锦杜鹃林和黄山松林具有较强的代表性,各植被呈镶嵌分布于华顶山上。

8种植被土壤环境的立地条件见表1。

表18种林型土壤环境立地条件
Tab.1Local condition of soil environments under8forest types
土壤环境土壤
类型
海拔
(m)
坡位植被盖度
(%)
凋落物pH含水量
(%)
地温
(e)
容重
(g#m-3)
土壤空隙度
(%)
七子花林浅黄壤930西北坡80~90多512422102231411154119竹林黄壤824东南坡35~50较多417529193261501695014柳杉林黑壤850西南山脚35~40少415828191251511113816云锦杜鹃林黑壤925北坡90~100很多41352417221611085212黄山松林黄壤880西南坡75~85较多414827131251111293613金钱松林黄壤834东北坡45~70多416628120231811103611茶园林黄壤915山顶平地30~35很多419227131251211133717日本花柏林浅黄壤850东南坡75~90较多414320147241211094011
每种样地设3个样方,面积为25m@25m,每个样方设3个样点。

在每个样点中,挖30cm@ 30cm的样坑,剖面深度为15cm,所取的鲜土分别装于聚乙烯塑料袋中,带回实验室进行微生物等指标的分析。

同时用环刀和铝盒分别取土,用于土壤的容重、孔隙度和含水量的测定。

用地温计原位测定土壤温度。

土壤理化背景值按常规的土壤化学分析方法进行测定[1]。

土壤细菌、真菌和放线菌数量采用稀释平板法分离计数[2]。

土壤微生物生物量碳参照Brookes等[8]的方法,称已过筛(53mm)新鲜土壤6份(每份约折合10g干土)置于515cm的培养皿中,并摊平,其中3份土壤,连同盛有50ml的无醇氯仿三角烧杯和盛有蒸馏水(壁上放一滤纸条)的烧杯一起放入25e真空培养箱中,抽真空,直到氯仿沸腾为止,培养5d。

然后取出氯仿和蒸馏水烧杯,反复抽真空以去除残余氯仿。

另外3份土壤除不经氯仿处理以外,其它条件都相同,进行培养。

用4倍于土壤干重的015mol K2SO4溶液进行振荡提取30m in,过滤得上清液,用H2SO4-K2Cr2O7氧化滴定法测定上清液中的总有机碳,将熏蒸土壤与未熏蒸土壤的有机碳之差(F c)除以转换系数K c(0145),即得土壤微生物生物量碳含量[L g#kg干土-1]。

用公式:
C m i c=F c/0145
微生物生物量氮(N m i c)测定用的土壤处理方法与微生物生物量碳相同。

上清液中的氮用开氏定氮法测定,熏蒸土壤与未熏蒸土壤的氮含量之差(F N)除以转换系数K N(0154),即得土壤微生物生物量氮[9]。

用公式:
N mic=F N/0154
微生物呼吸速率用GXH-305型红外线CO2分析器连续测定[16]。

微生物生物量商(%)用公式:
qMB=C mi c/C org
式中,C org为土壤有机碳。

微生物呼吸商用公式:
q CO2=CO2-C/C m i c
式中,CO2-C为微生物呼吸放出的碳[14]。

3结果与分析
311不同土壤环境中细菌、真菌和放线菌的分布由表2可知,在天然林土壤中,土壤细菌、真菌、放线菌均以云锦杜鹃林土壤中数量较多,七子花林土壤最少。

3种土壤环境中的微生物群平均值分别
29
张崇邦等:天台山不同林型土壤微生物区系及其商值(qM B,qCO2)
为:3122@107,5163@107个#g-1干土和3116@107个#g-1干土。

在人工林土壤环境中,土壤细菌、真菌、放线菌均以黄山松林、茶园土壤较多。

柳杉林土壤较少。

5种土壤环境中微生物群数量的平均值分别为:2148@107,412@104,2197@106个#g-1干土。

可以看出,天台山天然林土壤微生物数量的平均值均大于人工林土壤。

说明天然林土壤微生物生长繁殖较快。

土壤微生物数量与土壤的肥力因素(表2,表3)相关分析表明,土壤细菌、真菌和放线菌数量在8种土壤环境中的分布主要受土壤有机质和全氮影响较大(细菌:017710,019188;真菌:018346, 018054;放线菌:017751,016236),与土壤的其它因素关系不大,尤其是土壤的水热条件,相关性极不显著。

这可能是由于天台山地处亚热带地区,属季风湿润性气候,土壤温度较高,水分充足,对土壤微生物生长的制约性较小的缘故。

从天台山8种森林土壤环境的细菌、真菌和放线菌占微生物总量的比例来看,细菌数量最多,占微生物总数的80%~ 92%;放线菌居中,占微生物总数的7%~12%;真菌较少,占微生物总数的01049%~012%。

而东北长白山森林土壤环境中微生物的组成则不同,其细菌占微生物总数的80%以上,真菌占0157%~ 310%,放线菌仅占0104%~115%[3],这说明天台山森林土壤细菌、真菌和放线菌与土壤微生物总数量的比例关系具有独特的亚热带特征。

表38种林型土壤的肥力因素(g#kg-1干土)
Tab.2Fertility factors in soil8of woods environments
土壤环境有机质全氮全磷全钾
七子花林419668015956010522014826
竹林41998511211901567015263
柳杉林410132015944010549017638
云锦杜鹃林513212113740011001018649
黄山松林319602019474011016015631
金钱松林319602016234010928013974
茶园林512121019855010628016524
日本花柏林410180019568010676017638
312土壤微生物生物量及微生物商(qM B)
土壤微生物生物量碳、氮在土壤中的含量较大程度上代表着土壤活性有机碳和氮的储量,而微生物生物量商(qMB)是微生物生物量碳与土壤有机碳之比,在不同土壤进行比较时,qM B参数可以避免由于土壤有机质含量的差异而难以说明的缺点[4]。

从表4可见,在天然林土壤中,云锦杜鹃林土壤的微生物生物量碳、氮含量最高(88916,42912L g#kg-1干土),qMB最大(11672%),其次是竹林土壤,七子花林土壤的微生物生物量碳、氮含量最低(61912, 13717L g#kg-1干土),qM B最小(11247%)。

在人工林土壤,黄山松、茶园土壤微生物生物量碳、氮含量最高(80119,73612;19718,21012L g#kg-1干土), qMB最大(11548%,11412%);其次是日本花柏林;金钱松土壤,柳杉林土壤的微生物生物量碳、氮含量最低(53017,49815;16419,11917L g#kg-1干土), qMB最小(1134%,11242%),表明天台山8种林型土壤环境中,微生物生物量和商值存在较大的差异,这种差异是土壤的立地条件、土壤性状等因素综合影响的结果,如云锦杜鹃林、黄山松林、茶园土壤表面积累的枯枝落叶较多,有机质含量、全氮、全磷含量明显高于其它林型土壤。

因而土壤微生物生物量及微生物商值可以反映土壤肥力状况。

原因是微生物生物量碳和氮是土壤碳库、氮库中活性最高的有机成分,易矿化,周转快[6]。

表28种林型土壤环境中的微生物数量(n=9)
Tab.3Microorganism nu mber in8woods soil environments
土壤环境细菌
(@107个#g-1干土)
真菌
(@104个#g-1干土)
放线菌
(@106个#g-1干土)
七子花林2111?011133132?011062112?01152
竹林3169?012115162?011533162?01301
柳杉林1139?011740176?010721154?01236
云锦杜鹃林3187?011517195?012114183?01153
黄山松林3154?012137168?011124183?01153
金钱松林1196?011333101?011202163?01107
茶园林2195?011245198?010713191?01102
日本花柏林2157?011173656?012411196?01114 313土壤微生物呼吸速率及呼吸商(qCO2)土壤微生物呼吸速率是反映微生物对土壤有机质转化程度,土壤能量传递强度的一个重要参数,而qCO2是微生物呼吸速率与微生物生物量碳的比率,即单位微生物生物量碳的具体呼吸速率,它将微生物呼吸速率与微生物生物量有机地结合起来,是反映环境因素、管理措施变化等因素对微生物活性影响的一个敏感性指标[7]。

在3种天然林土壤环境中,微生物呼吸速率在云锦杜鹃林土壤最高(308175 L g#kg-1干土#h-1),其次是竹林土壤,七子花林土壤最低(235129L g#kg-1干土#h-1),主要与土壤孔隙度、有机质、全氮、全磷含量有关。

在5种人工林土壤环境中,茶园和黄山松林土壤的呼吸速率最高(313135,306135L g#kg-1干土#h-1),其次是日本花柏林土壤,柳杉林和金钱松林土壤最低(225115, 208107L g#kg-1干土#h-1),主要与土壤有机质、全氮含量有关。

说明天台山8种土壤环境中,茶园、云
30生态学杂志第22卷第2期
锦杜鹃林和黄山松林土壤微生物代谢效率最高,对土壤有机物料的分解最快。

柳杉林和金钱松林土壤微生物代谢效率最低,对土壤有机物料的分解最慢。

而呼吸商在3种天然林土壤环境中,以竹林土壤最高(3186%),其次是七子花林土壤,云锦杜鹃林土壤最低(3147%)。

在5种人工林土壤中,qCO2值以柳杉林、日本花柏林和茶园土壤最大(4152%,4143%和4125%),其次是金钱松林土壤,黄山松林土壤最小(3182%)。

表明在天台山8种土壤环境中,柳杉林、日本花柏林和茶园土壤微生物总碳中,用于微生物呼吸消耗的碳比例较大,而用于建造微生物细胞的碳比例相对较小;云锦杜鹃林土壤用于微生物呼吸消耗的碳比例最小,用于建造微生物细胞的碳比例相对较大。

表48种林型土壤环境中的微生物生物量、呼吸速率和qMB,qCO2值(n=9)
Tab.4Microorganism number,respiration rates and qMB、qCO
2
values in soil environments of8forest types
土壤环境C mic
(L g#kg-1干土)
N mic
(L g#kg-1干土)
CO2-C
(L g#kg-1干土#h-1)
qCO2
(%)
qM B
(%)
七子花林61912?0124113717?01322235129?0118331780?0113511247?01118竹林69617?0127318311?0121226911?011333186?0111011394?01115柳杉林49815?0123811917?01121225115?013734152?0110111242?01117云锦杜鹃林88916?0154242912?01311308175?012133147?0113211672?01023黄山松林80119?0129119718?01274306135?014313182?0110511548?01110金钱松林53017?0132116419?01199208107?013333192?010*******?01100茶园林73612?0131421012?0127313135?012414125?010*******?01113日本花柏林55612?01259417212?0131124614?013014143?010*******?0101
研究表明,微生物呼吸商值是对土壤微生物呼吸速率与微生物生物量的一种有效调和,qCO2值大,意味着微生物呼吸消耗的碳比例较大,建造微生物细胞的碳比例相对较小;qCO2值小,意味着微生物呼吸消耗的碳比例小,建造微生物细胞的碳比例相对较大。

从生态学角度来说,只有土壤微生物呼吸速率高,但微生物呼吸消耗的碳占土壤微生物总碳的比例相对较小才最为重要,因为这样既可以保证土壤有较高的代谢效率,又使土壤有充足的活性有机质,对维持土壤的优良性状和可持续利用潜力有益[15],如云锦杜鹃林(天然林)和黄山松林(人工林)土壤即具备这样的特点,因此这两种林型土壤的可持续利用潜力较大。

相反,茶园土壤不仅微生物呼吸速率最高,而且微生物呼吸商值也较大,根据Grego等[11]的研究表明,土壤质量降低,qCO2值有增大的趋势,说明茶园土壤质量和可持续利用潜力有降低的趋势,这可能与茶园土壤年复一年地采茶、松土、施肥、喷洒杀虫剂和除草剂,人为干扰强度大有关。

4结论
411天台山不同林型下土壤微生物数量的平均值天然林土壤大于人工林土壤。

同时土壤细菌、真菌和放线菌占微生物总数量的比例与我国北方寒温带森林土壤不同,具有独特的亚热带特征。

412不同林型下土壤微生物碳、氮和qMB值有较大的差异,天然林土壤大于人工林土壤。

所产生的差异是不同林型的立地条件和土壤性状综合影响的结果。

因而土壤微生物生物量及qM B可以较好地反映土壤的肥力状况。

不同林型下土壤微生物呼吸速率以茶园云锦杜鹃林黄山松林土壤最高,以柳杉林和金钱松林土壤最低,说明土壤代谢活性存在较大差异。

413土壤微生物的qCO2值以柳杉林、日本花柏林和茶园土壤最大,云锦杜鹃林、黄山松林和七子花林土壤最小。

qCO2值能较好地反映土壤微生物呼吸速率与微生物生物量之间的协调关系,是用来表示土壤性状和可持续利用潜力的重要指标,茶园土壤中的qCO2值较大,土壤质量有下降趋势。

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作者简介梁继东,女,1977年,硕士生。

主要研究方向为污染控制生态化学。

责任编辑王伟
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作者简介张崇邦,男,1964年10月生,硕士,副教授。

主要从事土壤生态学研究,发表论文近30篇。

E-mail:L hzcb @
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梁继东等:人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析。