西藏半干旱河谷地区植被恢复对土壤养分和微生物的影响

陈彦芹， 叶彦辉， 韩艳英， 李文凤

(1.西藏农牧学院，西藏林芝 860000； 2.杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100)

土壤微生物是指生活在土壤中的细菌、真菌、放线菌、藻类的总称，其个体微小，种类和数量随成土环境及土层深度的不同而变化，一般以细菌数量最多[1-2]。土壤微生物是土壤活跃的重要组成成分，在其生命活动过程中有促进土壤有机质分解、养分转化和改变土壤理化性质的作用，是土壤肥力体现的重要因素，与土壤的形成和发育有密切关系[3]。

土壤微生物在植物群落结构多样性和其生长发育过程中都有着重要作用，在土壤-植物生态系统中土壤微生物是体现土壤环境生态系统的重要指标之一，它和植物相互进化，协同作用[4]。土壤微生物利用凋落物提供营养，又参与植物生长能量元素转换，最终促进土壤微生物的多样性发展[5-6]。

西藏半干旱河谷地区位于雅鲁藏布江支流拉萨河流域，全年多晴朗天气，温暖干燥，属于高原季风半干旱气候。该区域是典型的干旱地区生态环境，因此，研究合适的抗旱造林技术，选择合适的植被类型对修复退化的生态环境建设十分重要。该试验区是西藏“一江两河”的重点区域之一，对于国家生态安全屏障建设有着重要作用[7]。本试验以拉萨半干旱河谷地区围封为采样地，以人工造林6年后藏川杨林地、沙棘林地、榆树林地、细叶红柳林地、银白杨林地、砂生槐林地和对照(未造林地)为研究对象，分析了不同植被类型人工造林地的土壤养分和微生物变化规律，为退化生态系统的植被恢复模式提供一定的参考，对从生态建设的角度选择合适的造林类型、实现植被恢复有着重要的作用。

1 材料与方法

1.1 试验设置与材料

本试验地及材料均采集于西藏达孜县章多乡试验林地，该区域位于29°48.195′N、91°32.383′E，属高原温带半干旱季风气候，海拔3 750 m，全年日照时长，温差大，冬春干燥多风，雨季多集中在夏末，年降水量200～500 mm。试验地土壤肥力和保肥能力较差，植被多为天然次生植物和较单一的种植植物。

2015年8月，在试验地采集2009年拉萨半干旱河谷区的封育造林地土样，分别选取藏川杨(Populusszechuanica)、沙棘(Hippophaerhamnoides)、榆树(UlmuspumilaL.)、细叶红柳(Salix-microstachya)、银白杨(Populusalba)、砂生槐(Sophoramoorcroftiana)和对照林地(未造林地)的土样。每个采样地段随机设置30 m×30 m的样地3个，每个样地随机设置5个1 m×1 m的采样点，采用多点混合法采集土壤样品，除去土壤表层凋落物和石砾等杂质后，每个样点分别采集0～20、20～40 cm的土壤样品各2份，装入无菌自封袋中并标注。采集的2份土样，1份风干后进行土壤养分和土壤酶活性测定；另1份土样保存在4 ℃冰箱中，在2～3 d内完成土壤微生物量的测定。

1.2 测定方法

1.2.1 土壤微生物数量测定 土壤微生物分离和计数选用平板计数法[8-12]，根据细菌、放线菌、真菌选择不同的培养基进行涂板计数，称取土样10 g，加入90 mL生理盐水(0.85%)后振荡15 min，静置后提取上层清液，在无菌操作台中按照梯度稀释，分别涂至牛肉膏蛋白胨琼脂培养基(细菌)、高氏1号琼脂培养基(放线菌)和马铃薯葡萄糖琼脂培养基(真菌)，按照不同菌种培育要求进行培养，对样品重复处理2次后进行菌落计数，按照其稀释梯度得出土壤微生物数量。

1.2.2 土壤养分测定 土壤有机质和土壤氮、磷、钾是供植物生长的营养元素，也是体现土壤肥力等方面的重要因素，对于实现农林业可持续发展也有着极其重要的作用。本试验参照文献[13-16]，测定土壤有机质、速效磷、速效钾、速效氮的含量。土壤有机质含量采用重铬酸钾外加热氧化法测定，速效氮含量采用碱解扩散法测定，速效磷、速效钾的含量分别采用NaHCO3浸提钼锑抗比色法和1 mol/L CH3COONH4浸提火焰光度法测定。

1.2.3 土壤酶活性测定 将风干土样过2 mm细筛后筛除杂质及根系，称取10 g土样进行土壤酶活性测定，本试验主要测定土壤脲酶、蛋白酶、过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性，分别采用苯酚-次氯酸钠比色法、茚三酮比色法、容量法、3，5-二硝基水杨酸比色法、磷酸苯二钠比色法[16-17]。

1.3 数据统计分析

所有试验数据均采用SPSS、Excel软件处理，对同一植被类型不同土层深度的土壤养分和土壤酶活性采用单因素方差分析，对土壤养分和土壤酶活性采用相关性分析(只分析0～20 cm土层)。

2 结果与分析

2.1 不同植被类型恢复对土壤养分的影响

土壤养分是由土壤供给植物成长的必要的营养成分，直接体现植被成长状况。试验地属于藏南宽谷，土质多为沙土或沙壤土，保水保肥能力较差，因此，选择合适的抗旱植被对于之后造林技术的选择非常重要。由图1可知，以对照林土壤为参照，0～20 cm土层中土壤有机质含量从大到小依次为砂生槐>榆树>藏川杨>细叶红柳>银白杨>沙棘>对照；速效氮含量依次为砂生槐>榆树>银白杨>沙棘>对照>细叶红柳>藏川杨；速效磷含量依次为砂生槐>榆树>银白杨>细叶红柳>藏川杨>沙棘>对照；速效钾含量依次为砂生槐>榆树>银白杨>对照>细叶红柳>沙棘>藏川杨；20～40 cm 土层中砂生槐林地土壤的有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量远高于对照和其他林地。这表明以相同的植被恢复年限来看，砂生槐和榆树的土壤养分指标呈增长趋势；随着土层深度增加，砂生槐的土壤有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量均高于其他林地土壤，表明砂生槐林地对于土壤改良效果较好，能够明显保持土壤养分。不同林地类型由于生长和管理模式不同，其土壤养分也存在差异。

2.2 不同植被类型恢复对土壤微生物数量的影响

细菌是土壤中数量最大、最广泛存在的微生物，在土壤氨化过程中起重要作用；真菌主要作用于土壤能量循环过程，是土壤森林的主要分解者[18]；放线菌和植物关系最密切，是重要的植物病原菌和共生菌根菌，特别是在植物有机体分解的早期活动尤为活跃，主要参与土壤有机质分解、腐殖质合成，进而实现养分转化并加快土壤的发育和成长，促进植树造林。

根据平板计数方法得到7种林地显示的土壤微生物量信息(表1)，信息表明人工造林6年后林地土壤微生物中细菌和真菌数量均高于对照林。土壤放线菌数量由大到小依次为细叶红柳>沙棘>藏川杨>对照>榆树>砂生槐>银白杨。这可能由于不同植被的枯枝落叶和根系分泌物不同，从而影响了放线菌的生态环境。细叶红柳林地土壤放线菌数量最高，说明该林地根区的分泌物更利于放线菌生长和繁殖。6种林地土壤微生物量结果表明不同植物生长环境对土壤环境的改良效果不同，对于高于对照林地的植被林地，说明该类型植被能很好地改善土壤生长环境，促进土壤微生物的生长。

表1 不同植被类型恢复下土壤微生物数量变化

2.3 不同植被类型恢复对土壤酶活性的影响

土壤酶参与土壤的各种生化反应，其活性体现了反应的强度和转化情况[19]。土壤中的各种物质转化主要由蛋白酶、磷酸酶、脲酶、转化酶等参与的酶促反应产生，其活性是土壤肥力的重要评价因子之一，对土壤肥力状况评判、农林措施实施和土壤理化特性反映都具有重要作用。根据采样数据分析，随着土层深度增加，5个指标的土壤酶活性除个别略有增加外，基本呈降低趋势，由表2可知，0～20 cm土层银白杨、细叶红柳、榆树、对照的脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、磷酸酶活性与砂生槐差异显著，细叶红柳和银白杨过氧化氢酶活性差异不显著，砂生槐5种酶活性与对照差异显著；20～40 cm土层中，5种土壤酶活性变化无明显规律，这与植被土壤氮素、有机质含量和其他土壤理化性质有关。从表2可以看到，在 0～20 cm土层砂生槐的脲酶、蛋白酶、过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶活性与对照均差异显著，藏川杨过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶、脲酶活性均高于对照，蛋白酶活性略低，这和林地土壤的碱性程度有关。在不同深度土层，藏川杨的过氧化氢酶活性与其他树种和对照均差异显著，且远高于对照，这和林地种植坡度以及土壤有机质和全氮含量有关。

表2 不同植被类型恢复下土壤酶活性分布

注：同列数据后标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.4 不同植被类型恢复下土壤养分和土壤酶活性相关性分析

由表3可知，速效氮含量与速效磷含量显著相关，有机质含量与速效磷含量、蔗糖酶活性极显著相关，速效钾含量与有机质含量和蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性显著相关，蔗糖酶活性和速效磷、速效钾含量及脲酶活性呈显著正相关，和有机质含量呈极显著正相关；磷酸酶活性和过氧化氢酶活性呈极显著正相关；脲酶活性和速效氮、速效钾含量呈显著正相关。

由以上分析可知，土壤微生物代谢活动对土壤养分变化和土壤环境有极大的改善，脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶活性与土壤有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量有显著或极显著相关，说明这几种酶能很好地反应土壤养分状况，土壤养分和土壤酶活性之间可达到显著或极显著相关，可视为土壤肥力变化的指标。

3 结论

不同植被类型恢复林地，其土壤环境也有所变化，土壤微生物量、酶活性、养分含量均发生改变。本试验结果得出以下结论：(1)所选树种均是适合该区域种植的植被，与对照林相比，砂生槐、藏川杨、沙棘对于土壤养分的保持效果较好，但这3种树种和细叶红柳土壤养分含量未随土层增加而减少，这是由于该研究区域土层较薄，土壤相对贫瘠，在树种种植和生长过程中向土壤释放养分有所差异产生的。(2)在0～20 cm土层砂生槐的5种土壤酶活性与对照均有显著差异，20～40 cm 土层其磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性与对照差异显著。结合土壤微生物量结果可知，砂生槐、藏川杨、沙棘林地细菌、真菌数量远高于对照林地，表明在土壤氨化过程和能量循环中其土壤微生物的作用远大于对照。(3)不同类型植被恢复对于土壤养分和土壤微生物量均有一定影响，6种树种林地、对照林土壤的土壤酶活性和土壤养分间的相关性分析结果表明，土壤酶活性与土壤养分含量关系密切，表明土壤酶活性可以作为衡量土壤肥力变化的标准，这与其他研究结果[20-30]基本一致。

表3 土壤酶活性与土壤养分相关性分析

注：*、**分别表示相关性达显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)水平。

本次试验仅对不同植被类型、相同时间的植被恢复对土壤微生物和土壤养分的影响进行分析，之后的试验进展可考虑结合不同造林措施，根据试验得出保肥能力较好的树种，采取不同造林措施根据不同树龄树种为抗旱造林提供更全面的数据和支撑。