陳 莉，蘭國玉,譚正洪，吳志祥，祁棟靈，楊 川

(1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 橡膠研究所，海南 儋州 571737；2.海南大學(xué) 熱帶農(nóng)林學(xué)院，海南 ?？?570228；3.農(nóng)業(yè)部儋州熱帶作物科學(xué)觀測實驗站，海南 儋州 571737)

橡膠林混交合理則可以提高橡膠林下土地資源的利用，降低橡膠價格波動帶來的風(fēng)險，增加割膠工人的收益。我國的橡膠種植面積和產(chǎn)量居于世界第五，海南和云南是其主要的種植區(qū)，約占全國橡膠種植總面積的91.3%[1]，橡膠林是熱帶地區(qū)林業(yè)經(jīng)濟(jì)重要的來源。然而近年橡膠價格持續(xù)降低，給種植園帶來了大量的挑戰(zhàn)，因此進(jìn)行林下混交是林下經(jīng)濟(jì)的首選，但是目前可以選擇林下間種的植物很少，篩選新的植被和種植模式成為了新的研究熱點[2-3]。土壤微生物生物量碳(簡稱土壤微生物量碳)是指土壤中體積<5 000 μm3活的和死的微生物體內(nèi)碳的總和[4]，微生物量的高低則是通過微生物量碳含量來反映的。微生物生物量碳雖然只占土壤有機(jī)碳的3%左右，但卻是反映土壤質(zhì)量的最敏感的指標(biāo)之一[5]。

在國內(nèi)，主要集中對作物栽培和施肥等土壤性質(zhì)的土壤微生物量的研究，而對橡膠林混交的研究報道的比較少。本文從橡膠林混交對土壤微生物量碳的影響進(jìn)行評價，并為橡膠林種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地設(shè)在海南省文昌市(108°21′-111°03′E，19°20′-20°10′N)，樣地為文昌橡膠所二隊3段試驗基地。東、南、北三面臨海，氣候類型屬于熱帶季風(fēng)島嶼型氣候，具有熱帶和亞熱帶的氣候特點，四季分明。年平均溫度為23.9℃，年最低氣溫0.3～6.6℃，出現(xiàn)在1月份。4-11月降雨量約占全年的20%，容易造成春旱；5-10月常受到強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和臺風(fēng)的影響，降雨量占全年的80%。干、濕季明顯，春旱突出，常年降雨量為1 721.6 mm。地處濕潤區(qū)，冬季時常會有寒流的侵襲，年平均濕度為87%。該試驗地土壤多為沙壤土，大多數(shù)土壤pH值在6.5以下，偏酸性，土壤有機(jī)質(zhì)含量少。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置與基本情況 在文昌橡膠園試驗地設(shè)置了2種處理，詳細(xì)試驗布置如下：

處理1：橡膠樹與米老排混交。處理2：橡膠樹與火力楠混交。設(shè)純種橡膠林空白對照，進(jìn)行空白行間常規(guī)膠樹撫育。

樣地土壤養(yǎng)分特征見表1。2種采樣土壤pH值最高的是橡膠×火力楠混交林樣地，與橡膠×米老排混交林樣地和橡膠純種林之間有顯著性差異(P<0.05)，而橡膠×米老排混交林和橡膠純種林之間無差異性(P>0.05)；2種不同混交類型的全P含量中，橡膠×火力楠混交林與橡膠×米老排混交林和橡膠純種林之間差異性顯著，橡膠×米老排混交林全K含量明顯高于橡膠×火力楠混交林和純種林；而有機(jī)質(zhì)和全N之間沒有差異性。樣地土壤酸堿度在4.48～5.06，屬酸性土壤。

表1 土壤養(yǎng)分特征

注：相同小寫字母表示無顯著差異(P>0.05)，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

1.2.2 樣品采集 在每個樣方內(nèi)選取3個取樣點(即3個重復(fù))，分別采集0～10、10～20、20～30 cm 3個土壤層土樣，并將同一土層的土壤混合均勻，挑去里面的雜物和樹根，迅速帶回實驗室。一部分土壤過2 mm篩后低溫(4℃)儲存，其后用于土壤微生物生物量碳的分析，另一部分風(fēng)干做土壤養(yǎng)分分析。

1.2.3 樣品分析與數(shù)據(jù)處理 土壤微生物生物量碳的測定采用精氨酸誘導(dǎo)氨化法[6]。稱取10 g烘干的土壤，擱置于三角瓶中，加入精氨酸溶液(按3 mg·kg-1土壤量加入)，調(diào)節(jié)土水比至1∶1，在25℃條件下培養(yǎng)2 h。培養(yǎng)結(jié)束后放入-15℃的冰箱中擱置4 h，以終止氨化作用，取出后在室溫下解凍。然后加入20 mL濃度為2 mol/L的氯化鉀溶液，在25℃溫度下振蕩浸提15 min后過濾。測定濾液中NH4+-N的含量，換算得到微生物生物量碳的含量。計算方法：

式中，ω(C)：土壤中微生物生物量碳的含量(mg/kg)；p：測得的濾液中銨態(tài)氮的濃度(mg/L)；v：顯色液的體積(mL)；ts：分取倍數(shù)10；m：稱取土壤質(zhì)量(g)；0.01：精氨酸誘導(dǎo)氨化法轉(zhuǎn)換為微生物生物量碳的系數(shù)。

采用SPSS v21.0和Excel 2007進(jìn)行Duncan多重比較與相關(guān)分析以及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同混交林地土壤微生物量碳的比較

如圖1所示，2種不同混交林地土壤微生物量碳在86.56～96.04 mg·kg-1，土壤深度為0～30 cm。橡膠純種林的土壤微生物生物量碳含量顯著高于橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林，具體大小關(guān)系為橡膠純種林>橡膠×火力楠混交林 > 橡膠×米老排混交林。經(jīng)過多重比較結(jié)果顯示，橡膠純種林林樣地與其他樣地有明顯的差異(P<0.05)，橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林之間差異性不顯著(P>0.05)。

2.2 土壤深度變化對土壤微生物量碳的影響

如圖2所示，橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林各土層微生物量碳之間沒有顯著的差異性(P>0.05)。橡膠純種林各土層微生物量碳含量比橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林要高。橡膠純種林的土壤微生物量碳含量隨土層深度增加而減少，而橡膠×米老排混交林的土壤微生物量碳含量也隨土層深度增加而下降；橡膠×火力楠混交林土壤微生物量碳含量在10～20 cm 土層中最高，其次是20～30 cm 和0～10 cm。橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林各土層土壤微生物量碳含量均少于橡膠純種林。

注：相同小寫字母表示無顯著差異(P>0.05)，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖2～圖4同。

圖1不同混交林土壤微生物生物量碳

Fig.1 The soil microbial biomass carton of different mixed forests

圖2 不同混交林不同土壤深度土壤微生物量碳

2.3 橡膠林混交鄉(xiāng)土樹種對土壤養(yǎng)分(N、P、K)的影響

如圖3所示，在2種不同混交模式下全P的含量比全N和全K的含量高。全N含量較高的是橡膠純種林，但橡膠×火力楠混交樣地、橡膠×米老排混交樣地與純種林之間的差異不顯著(P>0.05)；全P含量最高的是橡膠×火力楠混交樣地，與橡膠×米老排混交樣地和純種林之間的明顯的差異性(P<0.05)，但橡膠×米老排混交樣地和純種林之間無顯著差異性；全K含量最高的橡膠×米老排混交樣地，橡膠×米老排混交與橡膠×火力楠混交之間有明顯的差異，橡膠×火力楠混交和純種林之間無顯著差異性。

2.4 不同混交林類型的土壤微生物熵變化特征

微生物熵(Cmic/Corg)是土壤微生物量碳(Cmic)與土壤總有機(jī)碳(Corg)的比值，是土壤有機(jī)碳損失和獲得的有效指標(biāo)，而有些研究證明了微生物熵可作為土壤碳動態(tài)和質(zhì)量的指標(biāo)[7]，有研究者認(rèn)為用土壤微生物熵來表示土壤動態(tài)變化，比單獨使用土壤微生物量碳和總有機(jī)碳有效的多[8]。如圖4所示，2種混交林土壤微生物熵分別在19.80%～26.29%、21.13%～25.97%波動，而橡膠純種林為23.20%～29.17%。土層0～10 cm土壤微生物熵為19.80%～25.67%，10～20 cm土壤微生物熵為21.13%～29.17%，20～30 cm微生物熵為23.20%～25.97%。橡膠×火力楠混交林和橡膠純種林10～20 cm 土層土壤微生物熵含量最高，橡膠×米老排混交林10～20 cm土層含量最低。橡膠×火力楠混交林、橡膠×米老排混交林和純種林之間的微生物熵差異不顯著(P>0.05)，且各土層微生物熵之間差異不顯著(P>0.05)。

圖3 不同混交林的土壤養(yǎng)分(N、P、K)

圖4 不同混交林土壤微生物熵變化動態(tài)

2.5 土壤微生物量碳與土壤含水率、有機(jī)質(zhì)、全N、全P和全K的相關(guān)性

如表2所示，橡膠混交林土壤微生物生物量碳與全N、全P和全K之間均無顯著性相關(guān)關(guān)系(P>0.05)，土壤微生物量碳與全P和全K是負(fù)向低度相關(guān)。土壤微生物量碳同樣與有機(jī)質(zhì)和含水率之間相關(guān)關(guān)系不顯著。

表2 土壤微生物生物量碳與土壤含水率、有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

地上存在的植被類型對土壤微生物活動起著重要的作用，影響著土壤的理化性質(zhì)，植物多樣性的變化也會使之微生物量變化。本研究顯示，不同混交林類型使橡膠林土壤微生物量碳有所下降，橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林分別下降了9.61%和9.87%。橡膠純種林的土壤微生物量碳含量顯著高于橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林，而橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林之間的土壤微生物量碳含量沒有顯著的差異，說明橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林對土壤微生物量碳影響較大，相對于純種林呈下降趨勢。不同植物的根系在土壤中交互生長，而根系的密度有所增加，使土壤的養(yǎng)分狀況有所改善，對土壤微生物活動有一定的作用。植被類型和土地利用類型的改變都可能對土壤微生物量碳產(chǎn)生巨大的影響。調(diào)節(jié)土壤微生物量的主要因素來自土壤中可利用碳的質(zhì)量和數(shù)量，不同植被類型凋落物的分解刺激群落的活性，對土壤微生物量碳含量產(chǎn)生影響[9]。有些研究得出，不同的植被類型的變化，影響凋落物的輸入和土壤結(jié)構(gòu)。

土層深度的變化影響著不同混交類型土壤微生物量碳空間動態(tài)，是其變化的一個重要因素。土壤微生物營養(yǎng)和能量主要來源于土壤有機(jī)質(zhì)，以致于土壤有機(jī)質(zhì)顆粒是微生物的棲息場所[10]。混交火力楠和米老排后，橡膠×米老排混交林和純種林微生物量碳隨著土壤深度增加而減少；而橡膠×火力楠混交林微生物量碳隨著土壤深度增加而不規(guī)律。土壤微生物量碳隨著土層深度加深而減少，而很多研究表明[11-15]也得出這一規(guī)律，主要由于0～10 cm土層微生物功能最強(qiáng)，微生物活動較頻繁?？傮w而言,不同混交鄉(xiāng)土樹種后各土層微生物量含量比純種林低，由土壤淺層到深層橡膠×火力楠混交林分別降低了15.2%、8.78%、4.38%，橡膠×米老排混交林分別降低了11.95%、11.4%、5.97%。這些微生物量碳的變化可能與環(huán)境因子、凋落物量和林下植被的代謝過程的變化有關(guān)，而由于長期各種營養(yǎng)元素的積累，導(dǎo)致不同土層的微生物量碳的含量有明顯的不同[16-18]。土壤微生物量碳隨土層變化主要取決于土壤的溫度、水分、植物、動物和微生物相互作用形成的條件，人類活動也有不同程度的影響。研究表明，雖然不同混交林對土壤微生物量碳含量有影響，但未對土壤微生物量碳垂直分布有太大影響。

橡膠混交林土壤微生物量碳與土壤全N、全P和全K養(yǎng)分元素含量之間無顯著性相關(guān)關(guān)系，說明影響混交林土壤微生物量碳含量的限制因子不是全N、全P和全K；而橡膠混交林土壤微生物量碳與土壤含水率和有機(jī)質(zhì)之間相關(guān)關(guān)系不顯著，說明含水率和有機(jī)質(zhì)對其影響不大，但有些研究表明土壤濕度是有一定的限制作用[19]。本研究中對微生物量碳含量的影響可能與環(huán)境因子、凋落物量和代謝有關(guān)，同時細(xì)根生物量也會對微生物量碳產(chǎn)生影響[20]，因此需對這些影響機(jī)制進(jìn)一步研究。凋落物的質(zhì)量和數(shù)量與土壤微生物量碳有直接的關(guān)聯(lián)，形成“披被”，隨著土層深度的增加，養(yǎng)分也會增減。季節(jié)的動態(tài)變化對養(yǎng)分的儲存有影響，土壤微生物量碳對環(huán)境因子的影響十分明顯，有研究表明季節(jié)對微生物量碳的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)[21]。養(yǎng)分進(jìn)入土壤-植物系統(tǒng)內(nèi)的運動，以及土壤-植物系統(tǒng)內(nèi)部的養(yǎng)分運動過程，土壤微生物量碳的變化特征表明養(yǎng)分與植被之間的關(guān)系。

研究表明，純種林土壤微生物熵分別比橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林高7.48%和3.79%。微生物熵通常反應(yīng)土壤微生物對土壤有機(jī)碳的利用效率，而橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林土壤微生物量碳低于純種林，表明土壤微生物量碳的下降速度大于有機(jī)質(zhì)下降的速度，土壤質(zhì)量正在退化；并且純種林土壤微生物熵高于橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林，說明橡膠×火力楠混交林和橡膠×米老排混交林底物碳的可利用度或被微生物固定的總有機(jī)碳的比例越低。橡膠×火力楠混交林0～10 cm土壤微生物熵低于10～20 cm和20～30 cm，橡膠×米老排混交林土壤微生物熵10～20 cm低于20～30 cm，微生物熵隨著土層深度的增加而升高，很多研究都說明了[22]土壤中的有機(jī)碳處于相對積累的狀態(tài)，并且表層土壤中有機(jī)碳積累強(qiáng)度低于深層土壤。有機(jī)養(yǎng)分的循環(huán)利用提高了土壤中微生物量碳的含量[23]，需要加重認(rèn)識。土壤層的理化性質(zhì)和根系的發(fā)育，有利于微生物的繁殖和生存。不同混交林類型對土壤微生物熵的影響顯著，但土壤微生物熵變化規(guī)律是否與土壤理化性質(zhì)有關(guān)，還需后續(xù)的研究。

本研究結(jié)果表明，橡膠林與其他鄉(xiāng)土樹種(火力楠和米老排)混交改變了植膠區(qū)的土壤微環(huán)境，降低了土壤微生物生物量碳，減弱了土壤微生物作用；混交改變了土壤養(yǎng)分，從而土壤微生物量碳含量也降低，不同土層微生物量碳含量也在減少。因此，不應(yīng)提倡在橡膠林混交火力楠和米老排，會對橡膠業(yè)造成不良影響?？梢钥紤]在橡膠林混交其他的植物物種，以確保橡膠樹的生長。