不同林龄马尾松人工林土壤微生物量碳氮含量变化规律研究

摘要 土壤微生物量是森林生态系统中重要的组成部分，在森林生态系统的碳氮循环中起着重要作用。采用氯仿熏蒸浸提法测定了红壤丘陵区不同林龄马尾松人工林土壤微生物碳和氮，并分析了其与土壤理化性质之间的相关性。结果表明：①马尾松人工林土壤微生物量碳（MBC）和氮（MBN）含量均呈现成熟林显著高于中龄林和幼龄林（P<0.05）；②土壤微生物量碳和氮之比（MBC/MBN）在不同林龄之间也存在显著差异，且成熟林最大，为28.41±1.03；③微生物量碳氮之间以及土壤微生物量碳氮与土壤有机碳、全氮、土壤pH值、土壤含水率、土壤C/N呈极显著正相关（P<0.01），而与土壤容重之间呈显著负相关（P<0.05）。上述结果表明，研究区马尾松人工林土壤微生物量碳氮与土壤理化性质密切相关，成熟林土壤养分状况最优。

关键词 土壤微生物量碳；土壤微生物量氮；林龄；马尾松

中图分类号 S791.248 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）10-0164-02

Abstract Soil microbial biomass is an important component of forest ecosystem and plays an crucial role in the cycle of carbon and nitrogen in the forest ecosystem. By the method of chloroform fumigation extraction，the microbial biomass carbon（MBC）and the microbial biomass nitrogen（MBN）of Pinus massoniana Lamb. at different ages were tested in red soil hilly region，and the relationship between soil microbial biomass and the soil physical and chemical properties were also analyzed in this study. The result showed that：①the microbial biomass carbon and nitrogen of Pinus massoniana Lamb. were significantly higher in the mature plantation forests than those in the young and in the middle-aged forests（P<0.05）；②the MBC/MNB of Pinus massoniana Lamb. at different ages were significantly different with the highest in the mature forest was 28.41±1.03；③The MBC and MNB were significantly positively correlated with each other（P<0.01），the MBC and MNB were significantly positively correlated with soil organic carbon（SOC），total nitrogen（TN），soil pH，soil water content，soil C/N（P<0.01），and significantly negatively correlated with soil bulk density（P<0.05）. The above results suggested that the MBC and MNB had a closely relation with soil physical and chemical properties，and the soil nutrients in the mature plantation forests were the best.

Key words soil microbial biomass C；soil microbial biomass N；stand age；Pinus massoniana Lamb.

土壤微生物是陆地生态系统中的重要组成部分，参与动植物残体的分解，有助于有机质的分解和转化，因而在陆地生态系统的碳氮循环中起着重要的作用[1-2]。土壤微生物量是指除了植物根系和体积大于5×103 μm3的土壤动物以外的土壤中的所有活有机体的量，其对环境因子的改变非常敏感。土壤微生物量是土壤同化和矿化能力以及土壤活性大小的指标，可以比较灵敏地反映土地利用模式、农业生产活动和气候条件等的变化，被用作评价土壤肥力和反映土壤微生物群落状态与功能的指标，同时其也是土壤养分的供应源和储存库[3-6]。

马尾松（Pinus massoniana Lamb.）具有分布广泛、适应能力强以及生长迅速等特性，是我国亚热带红壤丘陵区主要的造林树种，是恢复退化土地的首选树种。近年来，有关马尾松的研究主要集中在土壤酶活性、生态系统碳储量、土壤理化性质以及凋落物量与养分归还动态等方面[6-9]，而对于不同林龄马尾松林土壤微生物量碳和氮的研究鲜见报道。选取亚热带地区不同林龄马尾松人工林为研究对象，探讨土壤微生物量碳氮随年龄变化的规律和影响因子，为进一步阐明不同年龄阶段土壤有机碳动态及其碳氮循环特征提供理论依据，为系统地认识亚热带红壤丘陵区马尾松林土壤碳氮循环规律提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于江西省鹰潭市余江县（东经116°55′，北纬28°15′）。该区属于中亚热带湿润季风气候区，降水主要集中在4—6月，雨量分配极不均匀，年均降水量1 794 mm，年均蒸发量为1 318 mm，干湿交替明显。年均温17.6 ℃，年日照时数为1 689～2 109 h，≥10 ℃积温为5 528 ℃，年均无霜期262 d。该区地形以岗地为主，海拔在35～60 m，坡度为2～15°，土壤类型以第四纪红黏土发育而成的典型红壤为主。该研究以马尾松（Pinus massoniana）幼龄林、中龄林、成熟林为研究对象，林下植被主要有芒（Dicranopteris dichotoma）、白茅草（Imperata cylindrica）和野谷草（Arundinella hirta）等，样地概况见表1。

1.2 土壤样品采集与分析

2013年7月上旬，在20 m×20 m不同林龄马尾松样地内用“S”形采样法选取5点，利用土钻取0～20 cm的土样，每个土样3次重复。将每个土样去掉石砾、动植物残体及杂质后混匀，四分法留取约500 g土样，将土样分成2份装入塑封袋内带回实验室。一份存于4 ℃冰箱内用于土壤微生物量碳和氮测定分析，另一份自然风干，研磨，先后过1.00、0.25 mm筛，用于土壤理化性质分析。在采样的同时，测定样点土壤含水率、土壤温度。

1.3 数据处理

相关性分析及差异性比较采用SPSS13.0（SPSS Inc.，USA）软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 土壤理化性质

由表2可知，不同林龄马尾松林中，成熟林中土壤有机碳的含量显著高于中龄林和幼龄林（P<0.05），为（26.12±0.33）g/kg；土壤全氮随林龄的增加而增加，成熟林最大，为（3.07±0.21）g/kg，是幼龄林的1.73倍，是中龄林的1.21倍；土壤含水率在不同林龄之间存在显著差异（P<0.05），表现为成熟林>中龄林>幼龄林；不同年龄马尾松林之间C/N存在显著差异（P<0.05），成熟林的C/N最高，为3.12±0.05；土壤pH值在不同林龄马尾松林之间不存在显著差异（P>0.05）。

2.2 不同林龄马尾松林土壤微生物量碳和氮含量

由图1可知，马尾松林地土壤微生物量随林龄的变化，存在一定的变化趋势。马尾松林土壤微生物量碳（MBC）随年龄增大而逐渐增大，成熟林土壤微生物量碳的含量显著高于中龄林和幼龄林（P<0.05）。与幼龄林相比，成熟林土壤微生物量碳增加了40.6%；土壤微生物量氮（MBN）在不同林龄间的变化趋势和微生物量碳的一样，也是随年龄增大而增大，成熟林最大为（29.07±2.21）mg/kg，各林龄间差异显著（P<0.05）。不同林龄马尾松林地土壤微生物量碳氮比（MBC/MBN）存在显著差异（P<0.05）。

2.3 土壤微生物量和土壤理化性质的相关性

由表3可知，不同林龄马尾松林的土壤微生物量碳与土壤微生物量氮、土壤有机碳、全氮、土壤pH值、土壤含水率和C/N呈现出极显著的线性正相关性（P<0.01），与土壤容重呈现出极显著的线性负相关性（P<0.01）；土壤微生物量氮与土壤有机碳、全氮、土壤含水率和C/N呈极显著的线性正相关性（P<0.01），与土壤pH值呈极显著的线性负相关性（P<0.01）。

3 讨论

3.1 不同林龄马尾松林土壤微生物量碳氮

土壤微生物量碳氮是土壤中容易被矿化和转化的部分，同时又是土壤的重要碳氮源，是土壤营养库的重要组成部分，在全球碳氮循环中起着重要作用[11-12]。毛 瑢等[13]对不同林龄杨树农田防护林土壤微生物量碳氮的研究发现，随林分年龄增加，土壤微生物量碳和氮含量逐渐增大。该研究结果同样表明，土壤微生物量碳氮随林分年龄的增加而增加。这可能是因为随着林分的发育，林木可以通过根系分泌物、细根以及凋落物分解等途径提高土壤的有机碳和氮含量，增加土壤的微生物可利用的营养物质，从而增加土壤微生物量碳和氮[14]。但杨 凯等[3]对不同落叶松人工林土壤微生物量碳氮的研究发现，成熟林土壤微生物量碳和氮的含量低于幼龄林，产生这种结果的原因可能是幼龄林落叶松林郁闭度较低，林内光照条件较好，使得林下的草本和灌木较为丰富，有利于土壤微生物的活动，土壤微生物数量较成熟林增加[15]。因此，对于土壤微生物量碳、氮随年龄的变化趋势，对于不同的研究地区和树种组成还需深入仔细的研究。

3.2 土壤微生物量与土壤理化性质相关性

土壤理化性质、植被以及气候等诸多自然因素影响土壤微生物量碳和氮的含量，且各因素之间存在互作效应[5]。杨 凯等[3]研究表明，不同林龄落叶松人工林土壤微生物量碳氮与土壤有机碳和全氮呈显著的正相关关系。刘秉儒[5]、赵 吉等[16]研究认为土壤微生物量碳氮与土壤理化性质存在密切关系，其中与土壤有机质、土壤全氮存在显著相关。该研究所得结果也支持以上结论。这表明土壤有机碳和全氮是影响土壤微生物量碳和氮的主要因素，这可能主要是因为土壤有机碳和全氮是土壤微生物在进行自身合成与代谢过程中的主要碳源和氮源[17-18]。土壤微生物量碳氮与土壤含量率的研究报道较多[3，10，19-20]，但各学者的研究结果存在差异。杨 凯等[3]研究表明，土壤微生物量碳氮和土壤水分无显著相关性，认为土壤湿度不是土壤微生物量的限制因子。刘 纯等[10]对小兴安岭6种森林类型土壤微生物量的研究表明，土壤水分含量和土壤微生物量碳氮存在显著的正相关关系，这与该研究结果类似。这可能是因为土壤水分条件较好有利于微生物的生长，还可以促进地表凋落物的分解，增加了土壤有机碳和全氮，从而增加土壤微生物量碳氮[4]。赵 彤等对黄土丘陵区植被类型对土壤微生物碳、氮、磷的研究表明，土壤微生物量碳氮与pH值呈现不同程度的负相关。本研究中，土壤微生物量碳氮与土壤pH值之间也存在显著负相关关系，这可能是因为土壤pH值的升高不利于土壤微生物的生长繁殖，从而导致土壤微生物量碳氮含量的降低[21-25]。

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