毛竹鞭根区土壤微生物数量及其与土壤养分含量的关系

孟 勇， 艾文胜， 李美群， 杨 明， 胡 伟， 涂 佳

(湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004)

毛竹鞭根区土壤微生物数量及其与土壤养分含量的关系

孟 勇， 艾文胜*， 李美群， 杨 明， 胡 伟， 涂 佳

(湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004)

以毛竹鞭根根际和非根际土壤为研究对象，研究土壤微生物数量的变化及其与土壤养分的关系。结果表明：毛竹鞭根区根际土壤微生物数量显著高于非根际土壤，细菌、真菌、放线菌数量分别提高231.7%、116.7%、8.3%，根际土壤细菌、放线菌数量表现为随毛竹竹鞭年龄的增加呈下降趋势，根际土壤真菌数量表现为随毛竹竹鞭年龄的增加呈先上升后下降的趋势。毛竹鞭根区根际土壤有效养分含量显著高于非根际土壤，水解氮、速效钾、有效磷含量分别提高43.7%、268.3%、37.4%，土壤有机质和土壤细菌对土壤有效养分的积累起主要作用。

毛竹； 鞭根； 土壤微生物； 土壤养分； 相关性

竹类植物生长快，产量高，吸收土壤养分多[1]。毛竹地下根系系统主要包括竹(篼)根系统和鞭根系统[2]，其中鞭根根系在竹林土壤中分布广泛且更新速度快，是毛竹吸收土壤水分、养分的主要器官。土壤微生物是土壤分解系统的主要成分[3]，土壤微生物种类和数量直接影响土壤的生物化学活性及土壤养分的组成与转化，从而直接影响土壤养分的有效性和肥力状况[4-5]。土壤微生物群落组成、活性可以在土壤有机质变化被测出前对土壤的变化提供可靠的直接证据[6-7]。本文通过研究不同年龄竹鞭根际与非根际土壤微生物的变化及其与土壤养分的关系，旨在为竹林科学施肥与可持续生态经营提供理论依据。

1 采样地概况

采样地位于湖南省临湘市五里牌乡鸿鹤岭林场。地理位置为东经113°29′49″, 北纬29°27′47″, 该区为中亚热带向北亚热带过渡的气候带，属亚热带季风性湿润气候，气候温和，热量丰富，年平均气温16.4℃，无霜期259天，日照率41%，降水量1 469 mm，一般7至9月少雨干旱，4至6月雨量占全年总雨量的44.1%。土壤为山地黄壤，土壤pH值4.3～4.8，土壤有机质含量为26g/kg左右。

2 样品采集与分析

2.1 采样方法

于2015年4月在竹林中设置3个50 m×50 m的采样区进行土壤样品采集。采用S形均匀选择取样点，在取样点周围挖开土壤寻找竹鞭，找到合适竹鞭后用利铲铲断，刨开竹鞭两侧外围40 cm处土壤并小心取出鞭段。轻轻抖动鞭段，落下的土壤为非根际土壤，用枝剪从鞭段上剪下鞭根，轻轻抖动后仍附着在根系上4 mm范围内的土壤为根际土壤，用毛刷收集到样品袋保存[8-9]。每个采样区中各年龄段的竹鞭鞭段不少于7段或每个年龄段根际土壤样品总质量不少于300 g，非根际土壤样品过多时采用四分法选取土壤样品。

2.2 分析方法

样品带回实验室，将相同采样区和年龄区段的竹鞭根际土壤和非根际土壤样品分别混匀，然后分成两份，一份鲜样分析土壤微生物，另一份风干、去杂、过筛后测土壤含水率、pH值、有机质、水解氮、有效磷、速效钾等指标。土壤微生物计数采用平板法，以每克干基土壤中微生物菌落形成单位(CFU)数量表示，其中细菌采用牛肉蛋白胨培养基，真菌采用马丁氏琼脂培养基，放线菌采用高氏1号琼脂培养基[10-11]。土壤pH值、有机质、水解氮、有效磷、速效钾的测定根据国家林业行业标准进行，其中土壤pH值采用电位法测定，土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定，土壤水解氮采用扩散法测定，土壤有效磷采用双酸浸提法测定，土壤速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定。

3 结果与分析

3.1 毛竹鞭根区土壤微生物数量变化

由表1可以看出，毛竹鞭根区土壤微生物以细菌为主，其次是放线菌，真菌最少。在根际土壤中细菌、真菌、放线菌占微生物总量的比例分别为87.48%、1.16%、11.36%，在非根际土壤中分别为70.52%、1.43%、28.05%。毛竹鞭根根际土壤细菌、真菌、放线菌及总微生物数量均显著高于非根际土壤，分别提高231.7%、 116.7%、 8.3%、 167.4%。不同年龄段竹鞭根际土壤细菌、真菌及总微生物数量存在显著差异，表现为幼龄段竹鞭根际土壤细菌数量显著高于壮龄和大龄段，壮龄段竹鞭根际土壤真菌数量显著高于幼龄和大龄段。不同年龄段竹鞭非根际土壤细菌、真菌、放线菌及总微生物数量差异均不显著。这表明幼龄段竹鞭根际土壤微生物总量最高，随着竹鞭年龄的增加，鞭根根际土壤微生物数量表现为逐渐下降的趋势，老龄段竹鞭根际土壤微生物总量与非根际土壤之间已无显著差异。

表1 毛竹鞭根区土壤微生物数量Tab.1 Thesoilmicrobialquantityinrhizomerootzone土样类别细菌(10-6cfu/g)真菌(10-6cfu/g)放线菌(10-6cfu/g)总微生物数量(10-6cfu/g)幼龄86.02±20.34(a)0.74±0.23(b)6.76±2.3593.52±21.46(a)根际土壮龄44.75±17.13(b)0.85±0.08(a)6.48±2.9952.07±18.07(b)大龄16.59±6.99(b)0.35±0.04(b)5.92±2.6522.87±9.65(b)平均值49.12±33.22a0.65±0.26a6.38±2.35a56.15±34.14a幼龄14.03±3.710.53±0.095.14±1.0519.71±3.91非根际土壮龄15.90±3.210.26±0.317.30±1.3823.45±2.74大龄14.51±3.700.12±0.155.24±2.4219.86±6.12平均值14.81±3.19b0.30±0.26b5.89±1.83a21.00±4.29b 注:同列中,不带括号英文字母表示根际与非根际土壤之间的差异显著性(P<0.05),带括号的英文字母表示不同年龄段之间的差异显著性(P<0.05)。

3.2 毛竹鞭根区根际土壤养分含量变化

由表2可以看出，毛竹鞭根根际土壤pH值、水解氮、速效钾、有效磷、有机质含量均显著高于非根际土壤，土壤水解氮、速效钾、有效磷分别提高43.7%、268.3%、37.4%。不同年龄段竹鞭根际土壤有效养分，除速效钾之外，含量均无显著差异，速效钾含量表现为在幼龄段竹鞭根际土壤中显著高于壮龄段。不同年龄段竹鞭非根际土壤有效养分含量差异均不显著。这表明幼龄段竹鞭根际土壤速效钾含量最高，随着竹鞭年龄的增加表现为先下降后上升的趋势，根际土壤其它养分含量在不同年龄段之间无明显变化。

表2 毛竹鞭根区土壤养分含量Tab.2 Thesoilnutrientcontentinrhizomerootzone土样类别水解氮(mg/kg)速效钾(mg/kg)有效磷(mg/kg)pH有机质(g/kg)幼龄216.92±57.79105.99±23.74(a)10.90±1.574.46±0.1230.99±6.50根际土壮龄187.60±28.46 69.49±6.46(b)10.09±1.014.70±0.2928.42±2.04老龄187.73±29.23 81.63±9.20(ab) 9.77±0.874.73±0.1831.72±4.42平均值197.42±38.27a 85.70±20.77a10.25±1.14a4.63±0.22a30.38±4.33a幼龄149.25±16.27 26.13±9.25 8.37±0.224.33±0.0625.13±1.08非根际土壮龄139.35±16.91 17.53±3.01 7.06±0.924.51±0.1226.53±1.53老龄123.70±21.23 26.15±12.18 6.95±0.514.48±0.1226.07±2.81平均值137.43±19.36b 23.27±8.90b 7.46±0.87b4.44±0.12b25.91±1.80b 注:同列中,不带括号英文字母表示根际与非根际土壤之间的差异显著性(P<0.05),带括号的英文字母表示不同年龄段之间的差异显著性(P<0.05)。

3.3 土壤微生物数量与土壤养分含量的相关关系

由表3可以看出，土壤细菌数量与土壤水解氮、速效钾、有效磷含量呈极显著正相关关系，土壤真菌数量与土壤水解氮、速效钾、有效磷含量呈显著正相关关系，放线菌数量与土壤水解氮、速效钾、有效磷含量相关性不显著。土壤有机质含量与土壤水解氮、速效钾、有效磷含量呈极显著正相关关系。这表明土壤细菌数量、真菌数量、有机质含量与毛竹鞭根区土壤有效养分含量关系密切，是毛竹鞭根区土壤养分转化的重要影响因子。

表3 土壤微生物数量与土壤养分含量的相关关系Tab.3 Relationshipbetweenmicrobialfactorsandsoilnutri-entsinrhizomerootzone水解氮速效钾有效磷细菌0.634**0.685**0.710**真菌0.481*0.524*0.618*放线菌0.2980.1550.255有机质0.710**0.699**0.767** 注:**表示极显著相关(P<0.01),*表示显著相关(P<0.05)。

3.4 土壤养分含量与土壤微生物数量的通径分析

以细菌、真菌、有机质含量为自变量，土壤有效养分含量为因变量进行通径分析[12-14]，研究细菌、真菌、有机质含量对土壤有效养分含量的重要性。首先以水解氮、速效钾、有效磷为因变量进行正态分布检验，结果各因变量进行W检验的p值均大于0.05，表明各因变量符合正态分布，可进行回归分析。分别以土壤水解氮(Y1)、速效钾(Y2)、有效磷(Y3)为因变量，以土壤细菌(X1)、真菌(X2)、有机质(X3)为自变量进行多元线性回归分析，得回归方程：

Y1=0.273X1+45.224X2+6.489X3-45.369，

Y2=0.306X1+39.105X2+5.071X3-116.526，

Y3=0.009X1+2.716X2+0.292X3-0.931。

显著性检验显示回归方程均有效，各自变量对Y的标准系数，即直接通径系数见表4。

直接通径系数反映各影响因子对土壤有效养分产生的直接影响作用的大小，间接通径系数反映各影响因子通过其它因素对土壤有效养分产生的间接影响作用。由表4可以看出，土壤细菌、真菌、有机质对土壤有效养分含量的影响均为正面的，各因素对有效养分的直接通径系数表现为有机质>真菌>细菌，间接通径系数表现为细菌>真菌>有机质。这表明有机质是影响土壤有效养分的主要直接影响因素，土壤真菌次之，土壤细菌的直接影响作用最小，土壤细菌对土壤有效养分的间接影响作用最大。土壤有机质和土壤细菌对土壤有效养分的积累起主要作用，其中土壤有机质直接影响土壤有效养分的积累，而土壤细菌对土壤有效养分的积累主要是通过其它因素的间接作用产生。

表4 土壤微生物数量、有机质对土壤有效养分含量的通径系数Tab.4 Pathcoefficientsofsoilmicrobialquantityandorganicmattertosoilavailablenutrientcontent土壤养分变量直接通径系数相关系数间接通径系数细菌真菌有机质细菌真菌有机质总计细菌0.1850.5690.4380.1850.2630.448水解氮真菌0.3250.5690.0840.1050.0500.155有机质0.6010.4380.0840.0810.0270.108细菌0.2480.5690.4380.1910.2460.437速效钾真菌0.3360.5690.0840.1410.0470.188有机质0.5620.4380.0840.1090.0280.137细菌0.1480.5690.4380.2720.2900.562有效磷真菌0.4780.5690.0840.0840.0560.140有机质0.6620.4380.0840.0650.0400.105

4 结论与讨论

(1) 毛竹鞭根区根际土壤微生物数量显著高于非根际土壤，鞭根区根际土壤微生物数量随着毛竹竹鞭年龄的改变发生显著变化，这说明毛竹鞭根根系的生长及生理代谢活动显著影响毛竹鞭根区土壤微生物数量的变化，对土壤细菌、真菌活动影响较大，对放线菌影响较小，这与相关研究结果一致[15]。其中根际土壤真菌、放线菌数量的变化趋势与竹根区土壤微生物数量的变化趋势[16]相似；细菌数量表现为随竹鞭年龄的增加呈下降趋势，而竹根区土壤细菌数量随毛竹年龄的增加表现为先上升后下降的趋势。

(2) 毛竹鞭根区根际土壤有效养分含量显著高于非根际土壤，这与毛竹竹根区土壤有效养分的研究结果[17]一致。毛竹鞭根区土壤细菌、真菌数量及有机质含量显著或极显著影响土壤有效养分的积累。土壤有机质和土壤细菌对土壤有效养分的积累起主要作用，其中土壤有机质直接影响土壤有效养分的积累，而土壤细菌对土壤有效养分的积累主要是通过其它因素的间接作用产生。

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VariationofsoilmicrobialpopulationsandrelationshipbetweenmicrobialfactorsandsoilnutrientsinrhizomerootzoneofPhyllostachysedulis

MENG Yong, AI Wensheng*, LI Meiqun, YANG Ming, HU Wei, TU Jia

(Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China)

The rhizosphere and non-rhizosphere soil in bamboo rhizome root zone ofphyllostachyseduliswas studied as a research object. The variation of soil microbial populations and relationship between microbial factors and soil nutrients in rhizome root zone were studied. The results showed that the microbial populations quantity in rhizosphere soil significantly higher than the non rhizosphere soil. The population quantity of bacteria, fungi and actinomycetes were increased by 231.7%, 116.7%, 8.3%. The population quantity of bacteria and actinomycetes in the rhizosphere soil showed a decreasing trend with increasing age of bamboo rhizome. The population quantity of fungi in the rhizosphere soil showed the trend that increased firstly and then decreased with increasing age of bamboo rhizome. The content of available nutrient in rhizosphere soil significantly higher than that in non rhizosphere soil. The contents of hydrolyzable nitrogen, available phosphorus and available potassium were increased by 43.7%, 268.3% and 37.4%. Soil organic matter and soil bacteria were the main influencing factors in the accumulation of soil available nutrients in rhizome root zone ofphyllostachysedulis.

phyllostachysedulis； bamboo root； soil microorganism； soil nutrient； correlation

2015-08-10

国家林业局公益性行业科研专项(201204106)；湖南省林业科学院青年科研创新基金项目(2013LQJ07)。

孟 勇(1984-)，男，江苏省赣榆县人，助理研究员。研究方向：竹林培育、竹林生态。

* 为通讯作者。

S 714.3

A

1003 — 5710(2015)05 — 0001 — 05

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2015. 05. 001

(文字编校：龚玉子)