混交对桉树林地土壤酸度及微生物多样性的影响

冯锦波

(广东省云浮林场,广东 云浮 527400)

1 引言

桉树作为我国南方主要的造林用材树种，在林业经济建设中发挥着巨大作用。桉树原产于澳大利亚，自20世纪50年代作为速生树种引种以来，种植产业发展迅速[1]。目前，桉树经营多以短周期为主，对地力消耗过大，加之连作、火烧全垦等粗放管理措施，导致地力衰退严重，林地生产力下降，生态问题日趋明显，严重阻碍了桉树产业的可持续发展[2，3]。

目前，我国桉树人工林经营多以纯林为主。研究证实，通过与枯落物量大，氮归还率高的树种进行混交，能显著改善土壤肥力条件，提升林地利用效率，从而实现林地生产力和林分生态稳定性增加[4～7]。土壤酸化是导致桉树林地肥力下降的一个重要因素[8]。土壤微生物参与土壤发生、发展、发育的全过程，在维持土壤功能中起到核心关键作用。土壤微生物多样性是反映土壤微生物群落稳定性及土壤质量变化的重要指标。土壤微生物多样性是自然与人为因素综合作用的结果，易受地表植被类型、覆盖度的影响，也会随着土地利用方式变化而改变[9]。目前有不少关于桉树地力、微生物方面的研究[10]，但有关混交与桉树林土壤酸度、微生物多样性方面的关联性分析研究仍鲜少报道。基于此，本研究以枯落物量大、氮归还量高的红锥[11，12]为混交树种，通过分析不同混交比例桉树×红锥林地土壤酸度及微生物多样性变化，以期揭示混交对改善桉树林地质量与生态稳定性方面的作用，为桉树科学高效经营提供技术支撑。

2 材料与方法

2.1 试验地概况

试验地位于广东云浮市，地理位置112° 22′17″ E，22° 33′07″ N，属南亚热带季风气侯，温暖多雨、光照充足，夏季长、霜期短，年平均气温22 ℃，极端最低温0 ℃，最高温39 ℃，年均降雨量1980 mm，相对湿度71%，海拔215～228 m，坡度25～28°，土壤为红棕壤，土层厚度40～60 cm。

2.2 试验方法

2.2.1 试验林营建

2016年以红锥为混交树种，采用行间、带状混交方式，以桉树纯林(M0)为对照，设置了M1(5桉1锥，5∶1)、M2(1桉1锥，1∶1)、M3(3桉3锥，3∶3)3种不同混交比例桉树×红锥混交林，株行距2 m×3 m。造林后前3年连续每年除草抚育和施肥各1次，肥料采用氮磷钾复合肥(N∶P∶K=15∶15∶15)，基肥用量250 g/株，追肥为500 g/株，造林后桉树、红锥成活率在95%以上。

2.2.2 样品采集

2021年8月份在套种和不套种桉树林下设置20 m×30 m大小固定样地，每个处理3个样地。在每个样地中采用对角线法，利用环刀采集5个样点的0～20 cm土壤样品，将各样点土壤样品混合后，取2份土样带回实验室，一份去除杂物后存于4 ℃冰箱保存，用于土壤微生物群落多样性测定，另一份自然风干后用于土壤酸度分析。

2.2.3 指标测试

土壤微生物群落多样性测定。参考徐文娴等[10]方法，以Biolog-ECO微平板作为载体。将10 g土样置于装有灭菌生理盐水的三角瓶中，200 r/min 振荡1 h后在操净台用灭菌生理盐水稀释成菌悬液，将菌悬液倒滴入Biolog-ECO微平板后在20 ℃恒温培养箱中培养，每隔1 d用酶标仪读取590 nm和750 nm波段吸光值，连续观测10 d。用Biolog-ECO微平板单孔平均颜色变化率(average well color development，AWCD)表示土壤微生物群落利用碳源的整体能力。采用Biolog-ECO微平板培养10 d的数据进行统计分析，计算土壤微生物群落丰富度和多样性指数。

2.3 数据处理

数据利用Excel2007和SPSS19.0软件进行方差分析与LSD多重比较(p<0.05)。

3 结果与分析

3.1 土壤酸度变化

表1 混交对桉树林地土壤酸度的影响

3.2 土壤微生物多样性变化

3.2.1 土壤微生物平均颜色变化率

以Biolog Eco平板为载体检测到的平均颜色变化率(AWCD)是反映微生物利用碳源能力的重要指标[20]。从图1可以看出，在培养初始(1 d)阶段，由于微生物处于适应培养状态，各混交比例林地土壤微生物均未能有效利于碳源，AWCD值均为0，而从第2 d开始，随着培养时间延长，AWCD值逐渐增大。在为期10 d的培养过程中，桉树纯林AWCD整体处于一个较低水平，而3∶3和1∶1混交模式林分的AWCD值从培养6 d后始终处于一个较高水平，并在培养10 d时AWCD值达到0.98～1.0，分别比桉树纯林和5∶1混交模式桉树×红锥林高出了25%和15%左右。这说明，3∶3和1∶1混交模式显著增强了桉树林地土壤微生物对碳源利用能力，微生物代谢活性增强。

图1 混交对桉树林地土壤平均颜色变化率的影响

3.2.2 土壤微生物多样性指数

多样性指数表明土壤中微生物群落的多样性，丰富度指数反映了微生物利用碳源种类数的不同，表明土壤微生物功能的多样性。以丰富度指数和多样性指数可表征不同混交比例桉树林地土壤微生物的多样性。从图2可知，低混交比例桉树林(M1)的丰富度指数和多样性指数与桉树纯林(M0)无明显差异，而较高混交比例桉树林(M2、M3)丰富度指数与多样性指数显著增加。这说明，适宜桉树、红锥混交比例能丰富桉树林地土壤微生物群落，增加可利用不同碳源类型微生物种类，多样性提高。

图2 混交对桉树林地土壤微生物多样性指数的影响

3.3 桉树高径生长变化

为直接客观反映混交对桉树的影响，进一步分析了不同混交比例桉树树高、胸径生长量的变化。由图3得知，与桉树纯林相比，5桉1锥混交模式并未改变桉树树高、胸径生长量，但3桉3桉和1桉1锥混交林中桉树树高、胸径生长量显著增加。这反映了，1∶1和3∶3的桉树、红锥混交林能有效提升桉树生长量。

图3 混交对桉树高径生长的影响

4 结论与讨论

土壤pH值和交换性酸含量是直接反映土壤酸度的重要指标[8,13]。土壤酸碱性的改变影响土壤中矿物质、有机质等的分解，与土壤理化性质、微生物群落结构及植物生长密切相关[14]。通过土壤酸碱性的变化，可以对林分改造、植被恢复和地力维持等方面起到很好的指示性。采用等比方式与红锥混交后，桉树林地土壤pH值显著上升至4.5～4.6。结合本研究中该混交比例下桉树明显增加的高径生长量来看，表明林地pH值为4.5以上时，是适宜桉树生长的土壤酸度范围。

氮素在植物生长过程中起到关键调控作用。土壤铵态氮、硝态氮作为可以被植物直接吸收利用的有效态养分，其含量高低反映了土壤养分的供给能力[15]。通过红锥混交，桉树林地土壤中硝态氮和铵态氮含量差异显著，其中以等比模式下土壤中硝态氮含量较低，而铵态氮含量高。这反映了通过混交降低了土壤中硝态氮含量，增加了铵态氮含量。利用混交改善土壤肥力的本质是通过枯落物进行养分归还。研究证实，植物通过枯落物进行养分归还时，有机氮会发生氨化转化为铵态氮，并释放一个OH-，土壤pH值升高，而铵态氮硝化为硝态氮时，会释放两个H+，土壤pH值下降。因此，从有机氮→铵态氮→硝态氮的转化过程中，会产一个H+，进而导致土壤逐渐酸化。土壤有机氮的转化是引起土壤pH值动态变化得的一个重要因素。通过本研究有关混交对硝态和铵态氮的含量影响可以看出，在等比混交模式下，明显加快了林地枯落物分解，有机氮转化为铵态氮效率提升，这可能是混交导致供试桉树林地土壤pH值上升的关键。

微生物通过分解枯落物，参与土壤性质的改变。微生物多样性反映了微生物群落稳定性及土壤质量[16]。本试验研究结果表明，利用与红锥等比混交模式，桉树林地土壤微生物代谢活性增强，微生物丰富度指数和多样性指数增加，这表明混交导致微生物数量、种类增加，微生物群落功能性多样性提高。影响土壤微生物功能多样性的因素有很多，本试验是以Biolog-ECO平板为载体，以碳源利用差异为基础的观测方法，因此仅能反映利用31种供试碳源的微生物种类，未能揭示其它碳源利用类型微生物。今后为进一步揭示不同混交模式下桉树林地土壤微生物群落特征，还需通过其它途径进行深入探索。

综上所述，以1∶1和3∶3混交比例营建的桉树×红锥混交林，相较桉树纯林土壤酸度降低、微生物多样性增加。考虑到生产上操作性，建议以3∶3混交比例进行桉树×红锥混交林种植。