板栗(Castanea mollissima)是我国最早栽培的经济林树种之一。有较多的学者在土壤条件与板栗产量及品质关系方面进行了探讨，研究表明，土壤酸碱性、土壤营养元素与板栗产量有密切关系(樊卫国等，2001；孙鲁平, 1998；吴黎明等，2000)。有的学者发现板栗低产除了受品种、修剪等因素影响以外，还与土壤物理性质不良，养分含量偏低等有关(张长青，2001；陆发利等，1997)。另外还有许多学者通过改善土壤条件提高板栗产量(陈伟祥等，2000)，丰富了我国板栗丰产栽培的技术理论。近年来，随着产业结构调整，板栗林栽培的集约化程度越来越高，集约栽培中常去除林下灌木、杂草、翻耕土壤、施用化肥和除草剂，造成板栗林水土流失严重(徐秋芳等，2002)，土壤微生物量碳、氮含量下降(俞益武等，2003)。针对这些问题，有学者提出了林下留养杂草、种绿肥等观点(范明华等，1998；陈欣等，1999)，但缺乏系统研究，特别是有关板栗林土壤退化机理方面的研究实属空白。

以往评价高强度耕作经营条件下的土壤质量演化规律，常以土壤养分与物理性质作为指标，但随着土地不断耕作特别是长期大量施用化肥和除草剂，理化性质已逐渐失去敏感性(任天志，2000)，而具有早期预警作用的生物指标被日益重视。在土壤生物指标中最具潜力的是土壤微生物多样性(孙波等，1997；Kennedy et al., 1995)。土壤微生物多样性是指土壤微生物生命体在遗传、种类和生态层次上的变化，它代表了微生物群落的稳定性，也可以定义为微生物的丰富度。土壤微生物与地表植物之间存在着相互依存和制约关系。一方面，植物的种类和数量制约着土壤微生物群落的生态特征(Hoop et al., 1997)；另一方面，土壤微生物通过相互竞争、协调、驱动养分循环等作用影响着植物多样性(Clay，1999)。长期不良施肥将使土壤微生物多样性受到破坏，从而丧失微生物的某些功能(章家恩，1995)。除草剂特别是结合态除草剂可以在土壤中较长时间残留，使土壤微生物生物量和多样性减少(徐建明等，2000；EL-Ghamry et al., 2002)。因而土壤微生物多样性是表征强度耕作土壤质量的理想指标。

本文分析不同栽培历史板栗林土壤微生物量碳和微生物多样性的变化规律，目的在于揭示板栗林长期栽培后土壤质量的变化规律，探明集约化栽培下土壤退化的机理。

1 样地概况

研究区设在浙江省安吉市。该区属北亚热带季风气候(119°54′E，30°55′ N)，年均气温15.3 ℃，年降水量1 286 mm，无霜期230 d。研究区原为灌木林，不同时间砍去灌木, 种植板栗林。目前，研究区内集约经营的板栗林无林下灌木、杂草，每年5月上、中旬施复合肥1次(N:P₂O₅:K₂O=15:15:15)，肥料施用量为氮素(N)450kg·hm^-2，磷素(P)150kg·hm^-2，钾素(K)200kg·hm^-2，撒施于地表后深翻，翻耕深度为30~35 cm。

2 研究方法

2005年4月在研究区内选择立地条件一致，集约经营历史分别为5、10和20年的板栗林样地各9个。分别在每个样地中随机多点(共采集10个点)采集0 ~20 cm的表层土壤和20~40 cm的表下层土壤样本。同时选择3个有代表性的灌木林样地作为对照，并也分别在每个样地中随机多点(共采集10个点)采集0~20 cm的表层土壤和20~40 cm的表下层土壤样本。样品采集后，带回室内过2 mm钢筛并分成2份，1份鲜样供土壤微生物量碳和微生物多样性测定使用，另1份风干处理后用于土壤总有机碳、水解氮、有效磷和速效钾含量测定。

分析方法如下：土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸法(Vance et al., 1987)，对照土壤和熏蒸后土壤分别用0.5 mol·L^-1的K₂SO₄溶液浸提，滤液用TOC-V_CPH有机碳分析仪测定。微生物多样性采用Biolog法测定(Garland et al., 1991)。称相当于10 g干土重的鲜新土，在超净工作台中将土壤加入存有100 mL无菌蒸馏水的三角瓶中，加盖振荡30 min(转速为250 r·min^-1)，静止澄清后，取10 mL上清液加入90 mL的无菌蒸馏水中；重复以上过程使溶液的最终浓度为10^-3g·mL^-1。将含有土壤微生物的溶液接种至Biolog生态盘中，放入25 ℃培养箱中培养7 d，每隔24 h在595 nm处用VAMAX自动读盘机进行自动读数(Microlog ReL 3.5软件)(杨永华等，2000；Garland et al., 1991)。土壤总有机碳采用重铬酸钾外加热法测定，水解氮采用碱解法测定；有效磷采用盐酸-氟化铵浸提，钼锑抗比色法测定；速效钾采用乙酸铵浸提，火焰光度法测定(中国土壤学会，1999)。土壤基本理化性质见表 1。

土壤微生物群落Biolog代谢的表达：Biolog生态盘微平板中31种单一碳源反应程度(即土壤微生物利用碳源的能力)采用每孔的平均吸光值(AWCD)来描述，其计算式为

式中C为所测31个反应孔的吸光值，R是对照孔的吸光值。Shannon多样性指数为

式中Pi为每孔的相对吸光值(C-R)与所有31孔的吸光值总和之比, McIntosh指数为

数据分析采用DPS统计软件(唐启义等，1997)。

3 结果分析 3.1 不同栽培历史板栗林土壤微生物量碳含量分析

土壤微生物量碳含量是反映土壤质量变化的理想指标。表 2为集约经营0(灌木做对照)、5、10和20年板栗林土壤微生物量碳的变化规律，随着栽培历史增加，表层土壤微生物量碳总体呈下降趋势，与灌木林相比，经营5年的土壤平均下降15.89%，经营10年的土壤平均下降49.16%，经营20年的土壤平均下降55.31%，下降幅度最大发生在5—1 0年间，并均具有显著性差异。说明集约经营导致表层土壤微生物活性减弱，微生物量碳含量下降，这说明了随着板栗林集约栽培历史延长，土壤生物学活性有明显下降的趋势。

表层土壤的微生物量碳均高于表下层，其中灌木林土壤的差异最大，其次为经营5年的土壤。随着集约经营历史增加，2层的差异逐渐缩小，说明天然林改为人工林后，表层丰富的有机质被翻入下层，提高了下层土壤的有机质含量，促进了该层土壤微生物的活动。经营5年的表下层土壤微生物量碳高于灌木林表下层土壤，但随着集约经营的持续进行，大量化肥施入土壤，加上土壤总有机质不断被矿化，表下层土壤的微生物量碳逐渐下降。

从表 2可见，板栗林集约经营初期(5年)，土壤微生物量碳占总有机碳比率与灌木林无显著性差异，集约经营10年时，比率显著下降，10年后又趋于稳定。微生物量碳占总有机碳比率比微生物量碳含量更能体现土壤生物学肥力特性。集约经营初期，研究区集约经营强度不大，比率没有明显下降，但随着施肥时间延长，比率明显下降，10年后比率趋于稳定，启示着集约经营10年后板栗林土壤退化趋于稳定。

3.2 不同栽培历史板栗林土壤微生物群落功能多样性比较分析 3.2.1 不同栽培历史板栗林土壤微生物群落代谢(AWCD)分析

Biolog盘中每孔的平均吸光值(AWCD)是反映土壤微生物群落功能多样性的一个重要指标(杨永华等，2000)。从理论上分析，土壤微生物个体数量多且种群丰富，AWCD值可达到较大值；若土壤微生物个体数量少而种群丰富，则开始时AWCD值较小，但随着培养时间延长，微盘中丰富的碳源使微生物不断繁殖，所以AWCD值逐渐增加；若种群丰富度差(即种类少)，而某些种类的微生物数量多，则培养开始时AWCD值增加较快，但较早达到最大恒定值，因为当能被利用的碳源消耗尽后，AWCD值不再增加。因此，土壤不同的群落结构会产生不同的碳源利用模式(图 1)。从图 1可以看到，耕作栽培5年的板栗林土壤，培养前期微生物活性较强，AWCD值上升快且值大，直到96 h还高于未耕作的灌木林土壤，但96 h以后开始低于灌木林，说明耕作栽培5年的板栗林土壤中某些种类的微生物数量多，但是种群丰富度比灌木林差，而未耕作的灌木林土壤微生物活性较弱，但微生物种类却很多，所以后期AWCD值迅速上升，120 h后灌木林土壤AWCD一直高于所有耕作栽培的板栗林。192 h时，AWCD值基本稳定，此时灌木林土壤、集约经营5、10和20年土壤的AWCD平均值分别为1.45 1、1.150、0.917和0.994，并有显著性差异，多重比较结果得出，灌木林与板栗集约栽培5、10、20年之间，集约栽培5年与集约栽培10和20年之间，土壤的AWCD值差异达显著水平(P＜0.05)；而集约栽培10和20年间无显著性差异。总的来说，板栗的集约栽培使土壤微生物生态功能多样性下降，栽培的头10年内下降幅度较大，栽培10年至20年下降幅度明显变小。

土壤微生物利用碳源的主成分分析(以120 h的吸光值为依据)表明:总体上, 不同经营历史板栗林的碳源利用模式分成3个组，即0年组、5年组及10年和20年组(图 2)，且3组之间差异明显。灌木林土壤的第1主成分值为5~10，经营5年的板栗林为0~5，而经营10和20年的板栗林土壤则为-5~0，有3个经营5年的样地落在第3组。经营10和20年的林地的第1和第2主成分都没有明显差别。以上分析结果说明，天然灌木林改种板栗后，土壤微生物利用碳源的模式发生明显改变，且随着经营时间的增加而变化，板栗林集约经营10年后，土壤微生物区系趋于稳定，这与板栗集约栽培过程中AWCD值的变化相吻合，也与板栗集约栽培过程中微生物量碳占总有机碳比率的变化一致。

3.2.2 不同栽培历史板栗林土壤微生物多样性指数比较分析

以120 h吸光值为依据的Shannon和McIntosh指数见表 3。Shannon指数反映了群落中物种的变化度或差异度，受样本总数、拟种数和均匀度的影响，一般来说，物种数多且分布较均匀的群落Shannon指数较高，当物种的数量或均匀度下降时Shannon指数也下降。Biolog生态盘中能被利用的碳源(即拟物种数)越多且利用强度越大，则Shannon指数也越大。McIntosh是基于群落物种多维空间上的Euclidian距离的多样性指数，物种数(能利用的碳源数)越多且某些物种优势明显(即碳源利用强度大)群落的McIntosh值大。因此McIntosh既能反映碳源利用种类数上的差别，也能区分利用程度上的不同，若碳源利用种类数相同，则利用程度越大的McIntosh指数也越大。从表 3可知，灌木林土壤的Shannon和McIntosh指数均显著高于板栗林土壤，而同栽培历史板栗林土壤间没有显著性差异。综合表 3中的Shannon和McIntosh指数可知，板栗林集约栽培后，土壤微生物种群丰富度小且碳源利用能力减弱。10年前随着经营时间的延长土壤微生物的多样性呈下降趋势，10年以后略微增加，但没有达到显著差异，可以推测10年之后土壤微生物区系已经形成板栗林特殊经营模式下的稳定结构，并且某些优势群落活性较强(经营20年的McIntosh指数为4.8 15 1，大于经营10年的土壤4.564 3)。

3 结论与讨论

板栗林集约经营后土壤活性有机碳含量显著下降，并随着集约经营历史延长，含量进一步下降。与灌木林相比，集约经营5、10和20年后表层土壤微生物量碳含量平均下降了15.89%、49.16%和55.31%，并均具有显著性差异；板栗林集约经营初期(5年)，土壤微生物量碳占总有机碳比率与灌木林无显著性差异，到集约经营10年后，比率显著下降，10年后比率又趋于稳定。

板栗林集约经营后，反映土壤微生物群落功能多样性的AW CD值明显下降，测定192 h时，AWCD值基本稳定，此时，集约经营5、10和20年后板栗林土壤的AWCD值分别是灌木林的79.26%、63. 20%和68.50%，说明随着集约栽培年龄的增加，土壤微生物利用碳源的能力总体呈下降趋势。而土壤微生物利用碳源的模式则经营10年后变化不大。从灌木林与集约栽培板栗林的Shannon和McIntosh指数比较可知，板栗林集约栽培后，土壤微生物不仅种群丰富度差，而且碳源利用能力减弱，但经营10年后趋于稳定。总之，随着板栗林集约栽培时间延长，土壤质量明显下降，但到10年后趋于稳定。

俞益武等(2003)研究发现，天然林改为集约经营板栗林后，土壤微生物量碳有明显下降趋势。本文也有类似结果。有关天然林改为商品林后，特别是商品林集约经营后，土壤微生物量碳和微生物多样性演变的研究有不少报道(Xu et al., 2003；2005；俞益武等，2003)。商品林土壤常有翻耕、去除林下杂草及施用化肥的习惯，不断翻耕造成土壤有机碳矿化加剧，土壤碳库容量减少，从而使土壤微生物量碳也相应减少，特别是施用化肥，进一步加剧了有机碳矿化，使土壤微生物量碳锐减(沈宏等，2000；Liang et al., 1993)，去除林下杂草，减少了地表植被多样性，而地表植物多样性与土壤微生物多样性有着协同作用(Heiden et al., 1998)，长期去除杂草，单一模式的耕作与施用化肥，必然使商品林土壤微生物多样性下降。

为了使商品林土壤质量可持续保持，在林下引种绿肥，少用化肥，多用有机肥等都是必须提倡的经营措施。