不同土地利用方式下劍湖濕地土壤微生物活性研究

朱云軒

摘要：采用Li-8100A土壤CO2通量自動測量系統，對劍湖濕地省級自然保護區內7種主要土地利用方式下的土壤微生物活性進行了測量，并對其相關影響因子進行了分析與討論。研究結果表明：6月7種土地利用方式的土壤呼吸速率依次為：YC>YSL>LH>YM>LXD>SDT>LSL；10月7種土地利用方式的土壤呼吸速率依次為：YM>LXD>LH>YC>YSL>LSL>SDT。6月土壤微生物活性與土壤含水率、氨氮呈極顯著線性相關，與土壤全氮、堿解氮、有效磷呈顯著線性相關；10月土壤微生物活性與土壤含水率、pH值和氨氮呈極顯著線性相關，與土壤堿解氮、有機碳呈顯著線性相關。

關鍵詞：土地利用方式；土壤微生物；活性

中圖分類號：S154.3

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）10012303

1 引言

微生物活性又稱為微生物代謝活力，嚴格說是指微生物在某一時段內所有生命活動的總和，或在環境介質中微生物介入的所有過程的總和。可見，直接測定微生物活性近乎是不可能的，因而需要以其他指標間接地來表征。土壤呼吸速率即是表征土壤微生物活性的重要指標，土壤呼吸包括土壤微生物的呼吸、植物根系的呼吸以及原生動物的呼吸等，其中土壤微生物呼吸是土壤呼吸的主要來源。

嚴格意義上說，土壤呼吸包括未擾動土壤中產生CO2的3個生物學過程和1個化學氧化過程，即微生物呼吸和土壤有機質分解過程（微生物異養呼吸 Rh）、植物根系和根際有機體呼吸過程（根系自養呼吸 Ra）、土壤動物呼吸過程（Rf）和含碳物質的化學氧化過程。研究中即以Li-8100A土壤CO2通量自動測量系統野外測得土壤呼吸數值來表征土壤微生物活性。

劍湖是典型的高原湖泊，地處云南省西北部（簡稱滇西北），為滇西湖群之一。隨著經濟的發展，人民生活水平不斷提高，生活在劍湖周邊的人們也從未停止過對劍湖的利用，但是劍湖自身生態環境脆弱，在人為活動的強烈干擾下，其功能不斷衰減，生態環境也逐漸惡化，該研究從土地利用方式對土壤微生物的活性影響出發，對各種影響因子展開探討，旨在為優化劍湖的科學合理開發利用提供科學依據。

2 材料與方法

2.1 研究區概況

劍湖是云南高原濕地中的典型濕地，也是滇西北高原最具代表性的濕地類型之一，位于滇西北橫斷山脈中南段，大理白族自治州劍川縣境內，緊靠縣城，地理位置介于東經99°55′～99°59.5′，北緯26°25′～26°31.5′。劍湖南北長12.3 km，東西寬6.2 km，湖面海拔2168 m，2006年劍湖連同玉華水庫與二者周圍面山流域匯區及面山森林組成劍湖濕地省級自然保護區。本區域氣候受印度洋季風氣候影響，屬南溫帶冬干夏濕季風氣候類型，干濕兩季分明，年溫差小，日溫差大，多年平均氣溫12.3℃，極端高溫35.7℃，最冷均溫4.5℃，最熱均溫18.5℃，7月氣溫最高，1月氣溫最低。多年平均降雨量724.4 mm，無霜期151 d，年平均日照時數2218 h。該研究區域土壤均為沖積土。

2.2 土壤樣品采集

分別于2016年6月下旬及10月中旬進行2次土壤樣品采集，在環湖路內考察后選擇了撂荒地（LH）、楊樹林（YSL）、柳樹林（LSL）、玉米地（YM）、煙草地（YC）、輪歇地（LXD）、水稻田（SDT） 7種土地利用方式類型作為7個樣地。在每個樣地設立5個平行樣點，每個樣點采用正方形5點采樣法進行5次重復取樣，由采樣點中心及其四周共5個點的土樣現場混勻，作為一個混合土壤樣品。采樣前先將土壤表面的植被小心去除，使用土鉆采集土壤表層0～20 cm土壤，充分混勻，剔除其中明顯的石礫和植物根系，土樣裝入無菌自封袋，約500g，并用冰盒迅速運回實驗室，風干后用于測定土壤理化性質。

2.3 研究方法

2.3.1 土壤理化性質測定

土壤含水率、pH值、氨氮、硝氮、全氮、堿解氮、有效磷、有機碳均根據《土壤學實驗指導教程》內方法測定。

2.3.2 土壤微生物活性測定

使用PVC環及Li-8100A土壤CO2通量自動測量系統在樣地原位測定土壤呼吸，布點方式對照土樣采樣時使用的正方形五點采樣法，每個樣地做5個重復。開始測定前將環刀內的植物盡數剪除，以去除植物呼吸對測定的影響，并且在環刀位置固定后穩定20～30 min，減少環刀內環境的擾動。

2.3.3 數據處理

使用SPSS 22.0軟件進行方差及相關性分析，使用Microsoft Excel 2003軟件作圖。

3 結果與分析

3.1 主要土壤理化參數

3.2 不同土地利用方式下土壤微生物活性

由圖1 可知，6月不同土地利用方式下土壤微生物活性分別為14.968、9.256、7.172、5.52、3.352、1.706、1.256 μmol/（m2·s），其特征為YC>YSL>LH>YM>LXD>SDT>LSL，YC最高，SD和LSL最低；10月不同土地利用方式下土壤微生物活性分別為5.602、4.76、4.34、3.844、3.66、2.322、1.102μmol/（m2·s），其特征為YM>LXD>LH>YC>YSL>LSL>SDT，LSL和SDT最低，其他樣地差異不大。可見，不論是在6月還是在10月，SDT和LSL的土壤微生物活性都處于最低水平， 這與兩種樣地常年淹水的利用方式有關，有研究指出，基質、水分、溫度等因素都會對土壤呼吸產生影響。此外，水稻的種植模式與SDT的土壤呼吸速率較低也有關，秧苗期的水稻需要很高的田間持水量，此時水層長期覆蓋土層，表層土壤中的微生物存活收到很大影響，而收獲期的水稻，土層覆蓋的水雖然被排出，但是土壤中好氧微生物無法在短期內恢復，因此導致了SDT土壤的呼吸速率較低，這與朱英等（2015）對上海市郊不同耕地類型土壤微生物活性的研究結果相一致。對于LSL樣地，因其地處劍湖湖濱帶，常年淹水，土壤呼吸速率低的原因與SDT相類似。YC在6月呼吸速率明顯高于其他6種樣地，很可能是6月是煙草的生長旺盛期，煙農施以肥料增加YC樣地的肥力，肥料的施用不僅促進了煙草的生長，也使土壤微生物活性增強，呼吸速率增強，而10月YC的呼吸速率處于較低水平，與煙草連作的種植制度有關，煙草連作對土壤肥力消耗較大，煙葉收割后，土壤肥力無法在短期內恢復，土壤微生物也無法獲取更多的養分，故而活性降低，呼吸速率降低，與6月時活性產生了明顯的差別。YC樣地的土壤呼吸速率在7種樣地中均處于中間水平，且6月與10月差異不大，這可能與玉米地的利用方式有關，6月是玉米生長旺盛期，有肥料施用，10月雖然玉米收取后土地閑置，但是有秸稈還田，在微生物的作用下，秸稈被分解，其中的養分也隨之再次進入土壤，土壤微生物的生存狀態所受影響并不大，所以土壤呼吸速率變化也不明顯。

可見，不論是6月還是10月，土壤呼吸速率都與土壤含水率有著極顯著的線性相關關系（p<0.01），說明7種土地利用方式樣地的土壤呼吸速率都容易受到土壤含水率的影響。這也與朱英等對上海市郊不同耕地類型土壤微生物活性的研究結果相一致。但是，對比李會杰等對北京西部山區不同降雨處理的典型側柏林的土壤呼吸速率進行的研究，其結果表明土壤呼吸隨著土壤含水率的增大而增大，呈現出正相關關系，這與該研究相反，研究結果表明，土壤呼吸速率隨著土壤含水率的增大而降低，呈現出負相關關系，這可能與不同地區土壤微生物區系不同有關。

4 結論

（1）6月不同土地利用方式下土壤微生物活性以YC為最高，SDT、LSL最低；10月不同土地利用方式下土壤微生物活性以YM為最高，LSL、SDT最低。

（2）6月、10月土壤微生物活性均與土壤含水率、氨氮呈極顯著線性相關；10月土壤微生物活性與土壤pH值也有顯著線性相關關系。

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