Study on Soil Microbial Biomass in Rubber Plantation Intercropping with Amomum villosum or Coffea arabica




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土壤与环境 2000, 9(2): 114~116 http://www.environment.soil.gd.cn

Soil and Environmental Sciences E-mail: ses@soil.gd.cn



文章编号:1008-181X(2000)02-0114-03

橡胶林在间种砂仁与咖啡的模式下土壤微生物生物量

潘超美1,杨风1,郑海水2,杨曾奖2,李幼菊1

(1:广东省生态环境与土壤研究所,广州 510650;2:中国林业科学研究院热带林业研究所,广州 510520)

摘要:探讨了橡胶与砂仁、橡胶与咖啡间种和纯橡胶林3种栽培模式下的土壤微生物生物量及其与土壤有机碳和土壤微生物呼吸强度的关系。结果表明,在这3种模式下,土壤微生物生物量平均值由高到低的顺序为:橡胶+砂仁林地>纯橡胶林>橡胶+咖啡林地。其Cmic范围是380.8~568.3 mg/kg。橡胶+咖啡林地土壤微生物生物量在旱季高于雨季,而其余两种林地则在雨季较高。橡胶林间种作物后,林地土壤表现出比纯橡胶林地有较高的土壤微生物生物量和较短的土壤微生物的转化周期,年转化代数较多;同时,间种也大大改善了林内生态环境。

关键词:橡胶林;间种;砂仁;咖啡;土壤微生物生物量

中图分类号:S154.3 文献标识码:A

Study on Soil Microbial Biomass in Rubber Plantation Intercropping with Amomum villosum or Coffea arabica

PAN Chao-mei1, YANG Feng1, LI You-ju1, ZHENG Hai-shui2, YANG Zeng-jiang2



( 1: Guangdong Institute of Eco-environmental and Soil Sciences, Guangzhou 510650,China;

2: The Research Institute of Tropical Forestry, CAF, Guangzhou 510520, China )

Abstract: The relationship between soil microbial biomass and soil organic C and respiration in three different agroforestry models, namely rubber tree + Amomum villosum, rubber tree + Coffea arabica and pure rubber plantation was investigated. The results showed that mean soil microbial biomass under the three models is in the order: rubber tree + Amomum villosum > pure rubber > rubber tree + Coffea arabiea, and their Cmic content is in the range of 380.8~586.3 mg/kg dry soil. Higher microbial biomass in the model of rubber tree +coffee was found in dry season than that in rainy season, while other two models are quite the opposite. It was also found that there were higher microbial biomass, shorter microbial transformation period and higher turnover rate in the soils of rubber forests intercropping with Amomum villosum and coffee than that in the pure rubber forest soil. Meanwhile, the ecological environment of the forests was greatly improved under the intercropping.

Key words: rubber tree forest; intercropping; Amomum villosum; Coffea arabica; soil microbial biomas

土壤微生物是物质能量转化的积极参与者,它们在土壤肥力形成、植物营养供应上起着重要的作用。近年来,随着系统生态学研究的日益深化,有关学者十分重视并致力于不同生态条件下土壤微生物量的差异和变化的研究,这对从微观或宏观上了解物、能转化规律,都有着重要的意义。土壤微生物的差异和变化,对整个生态系统物质能量的“库存”、“流失”状况及它们间的平衡关系起着决定性作用[1]。本文研究了雷州半岛南华农场橡胶+砂仁(rubber + Amomum villosum)、橡胶+咖啡(rubber + Coffea arabica)和纯橡胶林(pure rubber)3种模式下土壤微生物生物量及其与土壤有机碳、呼吸强度的关系,从而了解土壤微生物库物质循环和能量流动情况,为热带经济农用林的经营管理,以及土壤肥力和定向培育生长的调控,提供科学根据。

  1. 试验地概况

试验区设在广东省徐闻县南华农场,位于北纬20°11′,东经110°11′,属热带季风气候区。年均温度22.7 ℃,年平均降雨量1579.3 mm,相对湿度85%,地势极为平缓。土壤为玄武岩发育而成的铁质砖红壤,土层深厚,质地粘重[2]。橡胶树为60年代初以3 m×6 m的株行距种植的。80年代初在胶园分别间种砂仁和咖啡。间种作物前,林地土壤肥力无明显的差异,有机质质量分数为26.79 g/kg, 全氮1.045 g/kg, 速效磷2.53 mg/kg, 速效钾18.7 mg/kg。间种后林地土壤肥力状况见表1。

  1. 研究方法


表1 试验地概况




样地

土壤深度

pH

有机碳C

全氮N




速效氮N

速效磷P

速效钾K







/cm




/(gkg-1)




/(mg kg –1)

橡胶+砂仁(Ⅰ)

0~20

4.9

36.09

1.474




9.540




6.100

51.33




橡胶+咖啡(Ⅱ)

0~20

4.9

30.63

1.187




8.710




3.220

42.50




纯橡胶林(Ⅲ)

0~20

4.9

33.33

1.347




7.875




2.275

13.96







在农场的同一地点内,选择营造规格、管理水平和树龄都相同的代表性地段;模式包括橡胶+砂仁林地,橡胶+咖啡林地,纯橡胶林地;每种模式样地重复4次。在1991年相对旱季的3月和雨季的9月分别进行调查取样测定,采土深度为0~20 cm,每个样地取6个点。

土壤微生物生物量采用荧光显微直接计数法测定,微生物数量与组成采用平板计数法[3]测定;土壤呼吸强度采用碱吸收法[4]测定。

3 结果与讨论

3.1 土壤微生物生物量与土壤微生物数量的变化




表3 不同模式下主要土壤微生物类群的数量和组成的变化*

模式

时间

微生物总数

细菌




真菌




放线菌

总菌数增殖

/%





/(106个g-1)

数量/(106个g-1)

占总数/%




数量/(106个g-1)

占总数/%

数量/(106个g-1)

占总数/%



旱季

1.970

1.423

72.21




0.0065

0.33

0.5409

27.46

100.7

雨季

3.954

2.129

53.90




0.0198

0.50

1.8052

45.70



旱季

1.501

1.051

70.03




0.0081

0.54

0.4415

29.43

5.263

雨季

1.580

1.091

69.03




0.0153

0.97

0.4743

30.02



旱季

1.930

1.283

66.45




0.0062

0.32

0.6413

33.23

32.64




雨季

2.560

1.049

40.97




0.0221

0.86

1.4892

58.17




*模式编号同表1。

3种模式的林地土壤微生物生物量测定结果见2。从表2可知,3种模式下土壤微生物生物量平均值的变化范围为380.8~568.3 mg/kg,由高到低的顺序是:橡胶+砂仁林地>纯橡胶林地>橡胶+咖啡林地。这个结果与平板计数法测得的土壤微生物三大类菌组成的数量的结果(表3)是相类似的。有学者指出,土壤微生物生物量的大小与气候、植被和土壤有密切的联系,其中土壤有机碳的状况对维持土壤微生物生物量起决定性作用[5]。从表1中也可见,有机碳测定值的大小顺序也是橡胶+砂仁林地>纯橡胶林地>橡胶+咖啡林地。表2中土壤微生物生物量的排序与此相吻合。


表2 不同模式林地土壤微生物生物量的变化* mgkg-1

模式

时 间

平均

增加

/%


旱季

雨季



533.4

603.1

568.3

13.07



493.5

322.1

380.8

-26.71



432.4

463.8

448.1

7.262

*模式编号同表1。

从土壤微生物生物量的季节变化来看,橡胶+砂仁林地和纯橡胶林地的土壤微生物生物量都是雨季大于旱季,而橡胶+咖啡林地则出现了负增长。这是由于每年收获砂仁后,大量干枯的砂仁植株被收割堆沤成有机肥并回归林地,同时,间种砂仁使橡胶的调落物得以很好地保存。而在橡胶+咖啡林地,咖啡的枯枝落叶常被收集作它用,从而影响了有机质养分的积累,使土壤微生物生物量在雨季呈现出负增长。但从表2的结果可以看到,在旱季,橡胶+咖啡林地有较高的土壤微生物生物量水平。说明不同林型下,由于凋落物的组成不同,形成土壤微生物优势种群的组成也有所不同,因而各林地土壤也表现出微生物生长和活动的高峰期也不一致。橡胶+咖啡林地的土壤微生物的生长和活动高峰期可能在旱季,这还有待进一步去验证。

从3种模式的林地土壤微生物主要类群的数量及组成的变化(表3)来看,3种模式的变化趋势比较一致,在旱季的总菌数低于雨季。而且在旱季到雨季的过程中都表现出土壤微生物各主要类群所占的比例是细菌由高到低,而真菌和放线菌则由低到高发生变化。一般来讲,植物生长在雨季较旺盛,而在旱季较缓慢。但土壤微生物的活动却不同,它们比植物更能忍耐干旱低温胁迫,在旱季继续生长并积累营养,并于雨季到来时通过更新换代而供给植物生长所需的更多养分。3种模式林地相比较,由于橡胶砂仁林地的凋落物量大,易于被微生物分解和利用,在雨季时总菌数增殖达100.7%,而且土壤微生物生物量和有机碳质量分数都比其余两种林地高。这表明土壤微生物不仅参与了凋落物的分解,而且从中吸收利用和固定了能源(碳源)。

3.2 土壤微生物在林地土壤碳素循环和能量流动中的作用

土壤微生物具有繁殖快、周转期短的特点,因而在林地生态系统的物质循环和能量流动中起重要作用。土壤微生物转化周期是了解土壤微生物库的动态变化及其养分归还量的重要根据。表4是根据Wagner[6]的微生物转化理论,通过对土壤微生物呼吸强度及微生物生物量的测定,计算出土壤微生物的转化周期及年转化代数。




表4 土壤微生物的转化周期和年转化代数*

模式

呼吸强度(产CO2)

/(gm-2d-1)



新物质产量

/(gkg-1d-1)



细胞物质干质量

/(gkg-1)



转化周期

/d


年转化代数

/(代a-1)





5.352

0.02676

1.1365

41.97

8.697



4.627

0.02314

0.7616

32.41

11.26



4.026

0.02013

0.8962

44.02

8.292

*模式编号同表1。

从表4可见,橡胶林间种的作物种类不同,其土壤微生物呼吸强度及微生物生物量也不同,土壤微生物的转化周期也有较大的差异。纯橡胶林地的土壤微生物转化周期最长(约44 d),橡胶+咖啡林地最短(约32 d)。一般来说,林木生长越快,提供给微生物的能量就越多;而土壤微生物的年转化代数越大,提供给植物生长的碳素及其它营养元素也越多。林地间种后,呼吸强度和生物量都增大,转化周期短,年转化代数较多,所以林地的养分归还量也会提高。从这点可以看出,正是土壤生物(包括微生物和动物)与植物的相互作用,促进林地生态系统的物质循环和能量流动,从而促进了林地生态系统的持续发展。

3.3 土壤微生物生物量与土壤有机碳的比值

土壤微生物生物量(Cmic)与土壤有机碳(Corg)的比值是衡量林地土壤有机碳积累或缺失的一个重要指标。高的Cmic/Corg值表示土壤中碳的积累[7]。从表5的结果可知,3种林地的碳素积累由高到低的顺序为橡胶+砂仁林地>纯橡胶林地>橡胶+咖啡林地。橡胶+咖啡林地的生物量及有机碳质量分数都较之其它两个林地土壤低,这也许是经营管理

的差异所造成。在橡胶+砂仁林地,砂仁收割后,大量的干枯植株堆沤在林地;纯橡胶林地的凋落物也较多;而橡胶+咖啡林地的枯枝落叶常被人为地收集起来留作它用,林间的凋落物未能很好地保存,从而影响了有机养分的积累。但林地的微生物呼吸强度和微生物转化周期(表4)以及旱季的土壤微生物生物量(表2),都显示了橡胶+咖啡林地的微生物活性要比纯胶林的高。这是否是由于林地土壤微生物优势组成不同,或是各林地土壤微生物活动的高峰期不同而造成的差异,还需要进一步研究。




表5 不同模式下土壤微生物生物量与土壤有机碳的比值*

模式


微生物生物量Cmic

土壤有机碳Corg

微生物生物量/土壤有机碳

/(mgg-1)



/(gkg –1)



0.5683

36.09

15.75



0.3808

30.63

12.43



0.4481

33.33

13.44

*模式编号同表1。

参考文献:

  1. 许光辉. 森林生态系统研究中的微生物学问题 [J]. 森林生态系统研究,1980(1):247~256

  2. 李庆逵. 中国红壤 [M]. 北京: 科学出版社,1983. 299~320

  3. 许光辉,郑洪元. 土壤微生物分析方法手册 [M]. 北京:农业出版社,1986

  4. PAGE A L. Methods of soil analysis [M]. USA:American Society of Agronomy Inc. and Soil Science Society of America Inc. Publisher, 1982. 841~845

  5. SINGH J S, REGHBANSHI A S, SINGH R S, et al. Microbial biomass acts as a source of plant nutrients in dry tropical forest and savanna [J]. Nature, 1989, 338: 499~500

  6. WAGNER G H. 微生物生长与碳素转化 [M]. 岳莹玉译. 北京:农业出版社,1984. 481~498

[7] DING MING-MAO,YI WEI-MIN. Effects of afforestation on microbial biomass and activity in soils of tropical China [J]. Soil Biol Biochem, 1992, 24(9): 865~872


基金项目:加拿大国际发展研究中心(IDRC)农用林业研究资助项目

作者简介:潘超美(1956~),女,硕士,高级实验师。



收稿日期:2000-03-16


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