不同海拔对戴云山黄山松林土壤速效养分和微生物生物量的影响*

李文周，赵盼盼，徐建国，赖雅芬，陈亚婷，林开淼，3

（1.福建戴云山国家级自然保护区管理局，福建 德化 362500 2.福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350007 3.武夷学院旅游学院，福建 武夷山 354300）

黄山松（Pinus taiwanensis）为中国特有针叶树种，是亚热带中山地区的主要建群种之一[1]，对中高海拔地区绿化、造林和生态恢复具有重要的作用，是研究亚热带地区中山植物对气候变化响应的热点物种之一[2]。戴云山山脉保存有面积超过6000 hm2的原生性黄山松林群落，主要分布在海拔1000 ～1800 m[3]。随着气候变化、人为干扰和自然演替的进行，黄山松群落具有逐步被阔叶林和毛竹林替代的趋势[4]，因此，开展黄山松林生态系统定位研究具有重要科学意义。海拔梯度变化改变森林生态系统环境因子以及植被密度，从而影响到土壤养分组成和数量变化[5]，进而直接或间接影响微生物生物量、微生物群落结构以及土壤酶活性[6～8]。土壤养分是影响植物个体和种群繁衍、群落动态与物种共存乃至生态系统结构和功能的关键因素[9～10]。土壤养分、微生物分布规律随环境条件的变化而改变，戴云山不同海拔梯度对森林土壤养分和微生物生物量的影响仍未知。因此，研究中亚热带地区戴云山黄山松林土壤速效养分和微生物生物量的随海拔梯度变化规律，为戴云山黄山松群落应对未来气候变化影响提供保护和管理理论依据。

1 试验地概况

试验地位于福建省戴云山国家级自然保护区北纬25°38′～25°43′N，118°05′～118°05′东经，该保护区地处福建中部，为中亚热带向南亚热带的过渡地带。气候类型为亚热带海洋性季风气候，具有冬冷夏热，水热同期，湿润多雨等特点。年平均气温20°C，年降水量达1700 ～2000 mm，年平均相对湿度80%[11]。不同海拔梯度的黄山松林的主要优势树种均为黄山松，林内其他乔木较少，林下植被相似，1450 m、1300 m 海拔林下灌木层灌木密度比1600 m 海拔多[12]，以肿节少穗竹（Oligostachyum oedogonatum）为主，草本层以里白（Hicriopteris glauca）为主，土壤均为花岗岩发育的黄壤。样地基本情况详见表1。

表1 不同海拔土壤样地基本情况

2 试验方法

2017年12月，选取戴云山1300、1450、1600 m 三个海拔高度的黄山松林，分别设置20 m×20 m 的标准样地，并于样地内布设5 个2 m×2 m 小样方用于土壤取样，去除表面凋落物，每个小样方采用“S”型混合采样方法设置5 个点混合取样，按土壤的发生层划分为淋溶层（A 层），取土深度约为10 cm；淀积层（B 层），取土深度约为10 ～25 cm。将采集的土壤样品迅速带回实验室保鲜。去除可见根系、石粒等及动植物残体后，将土壤过2 mm 筛。然后将土样用四分法分为两部分，用于土壤速效养分、含水率、土壤微生物生物量的测定方法[12～13]。

采用SPSS21.0 软件分析不同海拔土壤各项指标的差异性（用LSD 法进行多重比较，α=0.05），用Origin 9.0软件完成绘图。

3 结果与分析

3.1 不同海拔对土壤速效养分的影响

图1 不同海拔对土壤速效养分的影响

从图1可以看出，不同海拔对A 层和B 层速效养分影响一致的，即随着海拔的升高，有效磷（AP）显著增加（P＜0.05），可溶性有机氮（DON）、硝态氮（NO3--N）和铵态氮（NH4+-N）随海拔梯度呈驼峰型，1450 m 海拔含量均高于1300 m 和 1600 m 海拔，其中 DON 和 NO3--N 达到显著差异（P＜0.05）。随着海拔的升高，在 A 层土壤中可溶性有机氮（DOC）在1450 m 海拔含量最高，但未达到显著水平，而B 层土壤土壤中，1450 m 海拔显著低于1300 m 和1600 m 海拔（P＜ 0.05）。

3.2 不同海拔对微生物生物量的影响

不同海拔高度微生物生物量见图2。从图2可以看出，在A 层土壤中，微生物生物量在1450 m 海拔含量均显著高与1300 m 和1450 m 海拔（P＜0.05），在1300 m 海拔其含量最低。在B 层土壤中，海拔对微生物生物量的影响不一致，微生物生物量碳（MBC）在1450 m 海拔最高，而微生物生物量氮（MBN）随海拔升高而显著增加（P＜0.05），微生物生物量磷（MBP）随海拔升高显著下降（P＜0.05）。

图2 不同海拔对微生物生物量的影响

4 讨论与结论

土壤养分是森林生态系统中植物生长发育所必需的养分来源。研究发现与碳氮相关的有效养分（如：DOC、DON、NO3--N 和NH4+- N）均随海拔梯度呈驼峰型，DOC 和DON 作为土壤中可以被直接利用的养分，NO3--N 和NH4+- N 是土壤中的有效氮，它们在1450 m 海拔含量均高于1300m 和1600m 海拔，这是因为该地区植被郁闭度高，凋落物偏多，被分解后有利于增加土壤有机质，这种环境更适合微生物的生长，因此加快了微生物分解过程，影响了养分循环，使得速效养分含量较多。但随海拔升高，AP 显著增加，本地区之前研究表明ACP 酶的活性随海拔升高而增强[12]，可能使更多的有机磷矿化为无机磷，释放到土壤中，因此AP 含量随海拔升高显著增加。

土壤微生物是生态系统中分解过程和养分循环的重要参与者，起着主要推动作用[13]。土壤微生物生物量是土壤微生物发挥作用的重要基础，由于其周转快、灵敏度高，可以反映土壤肥力和土壤环境质量的微小变化[14]。有研究表明 MBC、MBN 与 SOC 和 TN 含量间存在良好的正相关关系[15～16]。研究发现 TC、TN 和 TP 在 1450 m 海拔地区含量最高[12]，同样MBC、MBN、MBP 在1450m 海拔地区含量也最高，这意味着土壤有机质含量可能是影响土壤微生物量的重要因素[17～18]，这与赵盼盼在同一区域的研究结果一致[12]。此外本研究还发现含水量在1300m 和1600m海拔较低，水分是影响土壤微生物量的重要生态因素，一般缺水情况下微生物的繁殖会受到抑制，因此这也可以解释L 和H 海拔微生物生物量较低的原因。总而言之，不同海拔梯度的土壤养分和微生物生物量具有一定的海拔梯度特征，受凋落物和温度的影响使它们得含量随海拔升高均呈驼峰型。同时应进一步剖析土壤酶活性的差异，进一步分析微生物的功能性对土壤养分的影响，建立微生物群落结构、微生物功能性和土壤养分三者的关系，为黄山松林土壤管理提供依据。