馬小芳，陳凱鵬，陳丹，王聰*，李勇，何斌，楊梅

（1. 廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004；2. 南寧師范大學(xué)北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530001；3. 中國科學(xué)院大氣物理研究所，大氣邊界層物理與大氣化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

桉樹（Eucaiyptusspp.）是桃金娘科桉屬植物，常綠喬木，種類多，適應(yīng)性強(qiáng)，具有調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源和保持水土的作用。桉樹人工林是我國南方重要的速生用材林，廣西桉樹速豐林面積達(dá)到 256 萬hm2，年產(chǎn)桉樹木材 2 100 萬m3以上，約占全國木材總產(chǎn)量的 25%，有力保障了我國木材生產(chǎn)基本儲備與供應(yīng)安全[1]。但是，在桉樹帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，由于桉樹生長速度快，輪伐期短（6～7 a），對土壤養(yǎng)分需求量大等特點(diǎn)導(dǎo)致桉樹人工林地力衰退、林分產(chǎn)量下降等問題[2]。根區(qū)土壤是桉樹吸收養(yǎng)分的核心區(qū)域，桉樹可以通過根系生理活動(dòng)將部分光合產(chǎn)物傳輸?shù)酵寥乐校耐寥乐形账峙c養(yǎng)分，根區(qū)土壤屬性特征直接影響桉樹的生長狀況。由于桉樹生長速度較快，幼齡桉樹非根區(qū)土壤會(huì)在桉樹種植后第2～3 年轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶇^(qū)土壤，該區(qū)域土壤理化性質(zhì)和細(xì)菌豐度能直接對桉樹生長產(chǎn)生重要影響[3]。因此，研究幼齡桉樹根區(qū)、非根區(qū)土壤屬性及微生物群落特征對桉樹人工林經(jīng)營有重要意義。

幼齡期人工林地非根區(qū)地上部分通常遍布草本植物，植物群落結(jié)構(gòu)和組成較根區(qū)更復(fù)雜，這會(huì)引起根區(qū)、非根區(qū)植物吸收養(yǎng)分量、凋落物和根系分泌物差異，進(jìn)而影響土壤理化性質(zhì)。Gao 等[4]在蘋果樹—花生間作系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，蘋果非根區(qū)植物根系較少，吸收養(yǎng)分量較少，因此土壤有機(jī)碳（SOC）和全氮（TN）含量較高。郭新送等[5]在桃園生草還田對土壤微生物的影響研究中發(fā)現(xiàn)，桃樹非根區(qū)生草自然還田可以促進(jìn)非根區(qū)SOC 的積累并減少土壤氮素?fù)p失。由于植物根區(qū)、非根區(qū)土壤物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，以及植物根系對養(yǎng)分的吸收作用，非根區(qū)土壤養(yǎng)分含量增加可能會(huì)間接改善根區(qū)土壤養(yǎng)分循環(huán)狀況，從而促進(jìn)植物生長[6]。因此，研究桉樹根區(qū)、非根區(qū)土壤理化性質(zhì)對桉樹生長具有一定的指導(dǎo)作用。

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是研究生態(tài)系統(tǒng)中多種化學(xué)元素平衡的科學(xué)，C、N、P 是土壤主要的養(yǎng)分元素，其相對組成能影響有機(jī)質(zhì)分解、微生物種群動(dòng)態(tài)和根系養(yǎng)分吸收等一系列生物化學(xué)進(jìn)程[7]。Zheng 等[8]在比較不同氣候帶的林地和旱地土壤C ∶N ∶P 的研究中，通過與全球尺度上溫帶森林，熱帶、亞熱帶森林[9]或全球森林[10]平均土壤C ∶N ∶P 的比較發(fā)現(xiàn)旱地土壤低N ∶P 和高P 含量，表明旱地土壤相對的氮限制。朱育鋒等[11]對不同林齡桉樹人工林土壤C ∶N ∶P 生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，與我國陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤C∶N∶P均值相比，土壤C∶N、C ∶P 偏高，N ∶P 偏低，整體呈現(xiàn)高 C、低 N 和低P 的土壤元素格局。桉樹根系發(fā)達(dá)能吸收深層土壤養(yǎng)分，而該研究僅比較了0～10 cm 土壤C ∶N ∶P，且未對桉樹根區(qū)和非根區(qū)進(jìn)行研究。研究桉樹人工林土壤化學(xué)計(jì)量比可以揭示桉樹生長過程中土壤養(yǎng)分的限制作用。目前，僅有針對不同林齡桉樹人工林土壤C、N、P 化學(xué)計(jì)量特征的少量研究，而對桉樹幼齡林根區(qū)、非根區(qū)土壤化學(xué)計(jì)量學(xué)特征的研究較少。

細(xì)菌在土壤微生物中數(shù)量最多、分布最廣，主要參與土壤有機(jī)物質(zhì)的礦化、無機(jī)養(yǎng)分的循環(huán)與轉(zhuǎn)化等過程，是養(yǎng)分元素生物地球化學(xué)循環(huán)的主要驅(qū)動(dòng)者[3]。Zhou 等[12]報(bào)道了荒漠豆科植物根區(qū)細(xì)菌多樣性及結(jié)構(gòu)差異，研究發(fā)現(xiàn)土壤含水量（SWC）、SOC、TN、全磷（TP）含量高的根區(qū)土壤細(xì)菌豐度更高。Elliott 等[13]通過研究不同施氮量對植物根區(qū)細(xì)菌數(shù)量的影響發(fā)現(xiàn)，高施氮量處理會(huì)提高細(xì)菌豐度。Wang 等[14]對不同耕作方式下根區(qū)土壤細(xì)菌豐度變化的研究表明，免耕保留了凋落物和地下根系，能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而增加根區(qū)土壤細(xì)菌豐度。段春燕等[15]在不同林齡桉樹人工林土壤 養(yǎng)分含量及生物學(xué)特性的研究中發(fā)現(xiàn)幼齡林（1 a）SOC、TN、TP、TK 含量和細(xì)菌數(shù)量隨土壤深度增加而降低，但該研究僅比較了不同土壤深度間土壤養(yǎng)分含量和細(xì)菌數(shù)量的差異，未對根區(qū)與非根區(qū)土壤進(jìn)行研究，且采用稀釋平板計(jì)數(shù)法測定細(xì)菌數(shù)量存在可培養(yǎng)微生物少、分析精度低等缺點(diǎn)。幼齡期（1～2 a）是桉樹生長最為脆弱、對環(huán)境變化最敏感的階段[16]，該階段生長狀況對桉樹人工林生產(chǎn)力有重要影響[17]。因此，桉樹人工幼齡林根區(qū)和非根區(qū)細(xì)菌豐度特征的研究值得探討。鑒于此，本文基于廣西東門林場林業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地，研究冬季和夏季桉樹幼齡林階段根區(qū)、非根區(qū)0～20 cm、20～40 cm 深度土壤細(xì)菌豐度和理化屬性特征，探討桉樹人工幼齡林土壤碳氮磷豐缺狀況，以期為桉樹人工林的撫育管理優(yōu)化和地力維持提供決策參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)崇左市扶綏縣東門林場（107°15′～108°00′ E，22°17′～22°30′ N），該區(qū)域?qū)儆诘湫偷膩啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均溫度為21.2～22.3 ℃，1 月平均氣溫12.8～13.5 ℃，7 月平均氣溫27.9～ 28.3 ℃。年降雨量為 1 100～1 300 mm，主要集中在 6—8 月份。研究區(qū)域的桉樹人工林均采用尾巨桉 （E. urophylla × E. grandis）在2019 年5 月進(jìn)行造林，株行距為 2 m×3 m。造林時(shí)每株桉樹施1.0 kg 生物有機(jī)肥和0.5 kg 復(fù)混肥作為基肥。造林后連續(xù)追肥兩年，2020 年5 月每株桉樹分別追施0.5 kg 生物有機(jī)肥和復(fù)混肥，2021 年5 月每株桉樹追施1.5 kg 生物有機(jī)肥和0.5 kg 復(fù)混肥。其中，生物有機(jī)肥的N、P2O5和K2O 含量分別為10.52 g/kg、14.29 g/kg 和13.12 g/kg，復(fù)混肥的N、P2O5和K2O 含量分別為208.99 g/kg、32.10 g/kg 和96.67 g/kg。桉樹林下灌木層優(yōu)勢種有潺槁、柘樹、三叉苦、木姜子、雀梅、鹽膚木、石巖楓、大青、白背桐和毛桐等；草本層優(yōu)勢種有五節(jié)芒、黃茅、飛機(jī)草、海金沙和鐵線蕨 等。一年除草兩次，分別在5 月和10 月進(jìn)行。研究區(qū)域以丘陵為主，海拔81～96 m，坡度＜5°，土壤為砂頁巖發(fā)育而來的磚紅壤。

1.2 樣地設(shè)置與樣品采集

研究以桉樹幼齡林（1～2 年樹齡）為研究對象，選取5 個(gè)立地條件、栽植樹種和營林措施基本一致，且周圍干擾較少的幼齡林尾巨桉人工林樣地，樣地大小為400 m2（20 m×20 m）。于2020 年1 月初（冬季）和2020 年7 月初（夏季）采集根區(qū)、非根區(qū)0～20 cm、20～40 cm 深度土壤樣品。在每塊樣地按“S”形隨機(jī)設(shè)置5 個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)選取2 株長勢中等的桉樹，在植株垂直冠幅下（約距離桉樹樹干10～40 cm）使用直徑為5 cm 的土鉆采集0～20 cm（R1）和20～40 cm（R2）深度根區(qū)土壤；在距離桉樹樹干最遠(yuǎn)點(diǎn)（無桉樹根系分布的位置，約1.8 m 處）使用直徑為 5 cm 的土鉆采集0～20 cm（NR1）和20～40 cm（NR2）深度非根區(qū)土壤[18]。挑出肉眼可見的動(dòng)植物殘?bào)w和石頭，然后將每塊樣地5 個(gè)采樣點(diǎn)的根區(qū)、非根區(qū)不同深度的土樣分別混勻并裝入聚乙烯封口袋中。每個(gè)樣品分成3 份，1 份土樣迅速用錫箔紙包好，放入纖維袋子，投入到液氮罐中，運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室，置于-80 ℃冰箱保存，用于后續(xù)測定土壤細(xì)菌豐度；1 份土樣放入4 ℃冰箱保存，用于測定土壤DOC 和DON 含量；1 份置于室外風(fēng)干，而后研磨過100 目篩，分別裝入塑料封口袋保存，用于測定TN、TP、TK 和SOC 含量。

1.3 土壤理化性質(zhì)測定

土壤理化性質(zhì)按照《土壤農(nóng)化分析》進(jìn)行測定[19]。 采用環(huán)刀法測定非根區(qū)土壤容重（BD）；烘干法測定SWC；土壤TN 采用硫酸消解-連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀（AA3，SEAL Analytical Ltd.，Germany）測定；通過0.5 mol/L K2SO3浸提-連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀測定DON；0.5 mol/L K2SO3浸提-TOC 儀（MULTIN/C3100）測定DOC；SOC 采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；TP 采用 NaOH 熔融-鉬銻抗顯色-紫外分光光度法測定；采用 NaOH 熔融-原子吸收法測定TK。

1.4 土壤DNA 提取與定量PCR

土壤微生物的總DNA 采用土壤DNA 提取試劑盒（UltraClean DNA Isolation kit，MOBIO）進(jìn)行提取，提取方法嚴(yán)格按照操作說明進(jìn)行。提取出來的DNA經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳和NanoDrop 核酸蛋白測定儀（NanoDrop ND-1000，Germany）進(jìn)行濃度和純度檢測。實(shí)時(shí)熒光定量PCR 在耶拿熒光定量PCR儀（QTOWER3G，Germany）上進(jìn)行。使用細(xì)菌通用 引 物1369F （5’-CGGTGAATACGTTCYCGG-3’）和1492R（5’- GGWTACCTTGTTACGACT-3’）細(xì)菌16S rRNA 進(jìn)行擴(kuò)增[20]。選取含有目的基因片段的質(zhì)粒，梯度濃度稀釋后，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。標(biāo)準(zhǔn)曲線R2為0.999，擴(kuò)增效率為1，最后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算細(xì)菌拷貝數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用R 軟件。運(yùn)用單因素方差分析和獨(dú)立樣本T 檢驗(yàn)對冬季和春季根區(qū)與非根區(qū)不同土壤深度土壤理化性質(zhì)和細(xì)菌豐度差異顯著性進(jìn)行分析（P＜0.05）。通過三因素方差分析檢驗(yàn)根區(qū)、土壤深度、季節(jié)及其交互作用對土壤理化性質(zhì)、細(xì)菌豐度的影響。運(yùn)用皮爾遜（Pearson）相關(guān)分析來分析土壤理化性質(zhì)和細(xì)菌豐度之間的關(guān)系。圖表數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤（n=5）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)分析

分析結(jié)果表明，與冬季相比，夏季根區(qū)和非根區(qū)的SWC、DON 和SOC 含量顯著提高，增幅分別為 18.0%～55.6%、33.4%～63.3%和7.7%～17.5%（表1）。 夏季充足的水熱條件較冬季更適宜土壤微生物生長，從而加速動(dòng)植物殘?bào)w分解使夏季土壤DON 和SOC 含量增加。夏季土壤TK 含量較冬季顯著降低，降幅為18.0%～20.5%。夏季非根區(qū)0～20 cm 和20～40 cm 土壤DOC 含量較冬季分別顯著增加了20.8%和23.9%，這是由于夏季非根區(qū)草本植物根系分泌物較冬季多。與冬季相比，夏季根區(qū)0～20 cm、20～40 cm 和非根區(qū)0～20 cm 土壤TN 含量分別顯著降低了21.2%、25.5%和12.5%。夏季根區(qū)和非根區(qū)0～20 cm 土壤TP 含量較冬季分別顯著減少了16.7%和14.6%。

表1 土壤理化屬性Table 1 Soil physicochemical properties

在冬季和夏季，非根區(qū)0～20 cm 土壤DOC、DON、SOC、TN、TP 含量較根區(qū)分別顯著增加了15.3%和42.7%、63.7%和43.8%、19.9%和23.8%、13.9% 和26.5%、22.1% 和25.1%；非 根 區(qū)20～40 cm 土壤DOC、SOC、TN 含量較根區(qū)顯著增加了33.7% 和54.7%、11.1% 和18.9%、9.5% 和51.5%。說明桉樹人工幼齡林根區(qū)土壤養(yǎng)分含量低于非根區(qū)。在冬季和夏季，土壤DOC、DON、SOC、TN和TP 含量均表現(xiàn)為R2＜R1、NR2＜NR1（P＜0.05）；土壤BD 表現(xiàn)為R1＜R2、NR1＜NR2（P＜0.05，表1）。結(jié)果表明，土壤DOC、DON、SOC、TN 和TP 含量隨土壤深度增加而降低。

2.2 土壤C ∶N ∶P 化學(xué)計(jì)量特征

在夏季，與R2 相比，R1 和NR2 的C ∶N 顯著降低（圖1）。在冬季，桉樹人工幼齡林各土壤深度根區(qū)和非根區(qū)C ∶N 沒有顯著差異。與冬季相比，夏季桉樹人工幼齡林各土壤深度根區(qū)和非根區(qū)C ∶N和C∶P顯著增加。在冬季和夏季，NR2的N∶P和C∶P顯著高于NR1 和R2。在夏季，與R2 相比，R1 的N ∶P顯著增加。夏季R2 的N ∶P 顯著低于冬季。

圖1 土壤C ∶N ∶P 化學(xué)計(jì)量特征（C ∶N ∶P 的摩爾數(shù)據(jù)）Fig. 1 Soil C ∶N ∶P stoichiometry characteristic

在冬季和夏季，桉樹人工林根區(qū)、非根區(qū)0～ 20 cm 土壤C ∶N ∶P 化學(xué)計(jì)量比的范圍為52 ∶4.8 ∶1～ 73 ∶4.5 ∶1（圖2）。桉樹人工幼齡林冬季根區(qū)和非根區(qū)0～20 cm 土壤C ∶N ∶P 化學(xué)計(jì)量比分別為61 ∶5.5 ∶1 和61 ∶5.2 ∶1，夏 季 根 區(qū) 和 非 根 區(qū)0～20 cm 土 壤C ∶N ∶P 化學(xué)計(jì)量比分別為79 ∶5.2 ∶1 和78 ∶5.2 ∶1，冬季根區(qū)和非根區(qū)土壤C ∶N ∶P 均低于Cleveland 和Liptzin 等[10]報(bào)告的全球森林土壤C ∶N ∶P 平均值（212 ∶14.6 ∶1）。冬季桉樹人工林根區(qū)和非根區(qū)土壤C ∶N ∶P 化學(xué)計(jì)量比小于夏季。夏季桉樹人工林根區(qū)土壤C ∶N ∶P 化學(xué)計(jì)量比較非根區(qū)高。

圖2 基于不同季節(jié)根區(qū)、非根區(qū)土壤C ∶N ∶P（C ∶N ∶P 的摩爾數(shù)據(jù)）三元相圖Fig. 2 Ternary plots of C ∶N ∶P (based on original C ∶N ∶P molar data) in root zone and non-root zone of different seasons

2.3 土壤細(xì)菌豐度

冬季和夏季細(xì)菌豐度分別為1.63×109～3.87×109copies/g 和5.49×109～8.20×109copies/g（圖3）。NR1的細(xì)菌數(shù)量較R1、NR2 分別顯著增加了113.9%和49.3%、138.1%和24.2%（P＜0.05），這是因?yàn)殍駱溆g林非根區(qū)凋落物量較根區(qū)多，且主要分布在表層土壤。夏季R1、NR1、R2 和NR2 的細(xì)菌豐度較冬季分別顯著增加了203.5%、111.9%、233.7%和306.2%，說明夏季充足的水熱條件更適宜細(xì)菌生長。

圖3 土壤細(xì)菌16S rRNA 基因拷貝數(shù)Fig. 3 Abundance of the 16S rRNA gene

2.4 根區(qū)、土壤深度和季節(jié)對土壤屬性的影響

三因素方差分析結(jié)果表明，根區(qū)、土壤深度、季節(jié)均顯著影響DOC、DON、SOC、TN、TP 含量和土壤細(xì)菌豐度。此外，根區(qū)對C ∶N、N ∶P 和C ∶P均有顯著影響；土壤深度對BD、N ∶P 和C ∶P 影響顯著；季節(jié)對SWC、TK、C ∶N 和C ∶P 有極顯著影響（表2）。根區(qū)和土壤深度的交互作用對SWC、DON、SOC、TP、C ∶N、N ∶P、C ∶P 和土壤細(xì)菌豐度均產(chǎn)生顯著影響；根區(qū)和季節(jié)的交互作用顯著影響DOC、SOC、TN 和C ∶N；土壤深度和季節(jié)的交互作用顯著影響TN 和TP 含量。根區(qū)、土壤深度和季節(jié)三者的交互作用顯著影響TN 含量和C ∶N。

2.5 土壤理化性質(zhì)、C ∶N ∶P 化學(xué)計(jì)量特征與細(xì)菌豐度的關(guān)系

運(yùn)用Pearson 相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，SWC 與TN、TK含量顯著負(fù)相關(guān)，與C ∶N、C ∶P 和細(xì)菌豐度顯著 正相關(guān)。BD 與DOC、DON、SOC、TN、TP 含量顯著負(fù)相關(guān)。DOC 含量與DON、SOC、TN、TP 含量、C ∶P、細(xì)菌豐度顯著正相關(guān)。DON 含量與SOC、TP 含量、細(xì)菌豐度顯著正相關(guān)，與TK 含量顯著負(fù)相關(guān)。SOC 含量與TN、TP 含量、C ∶N、細(xì)菌豐度顯著正相關(guān)，與TK 含量顯著負(fù)相關(guān)。TN 含量與TP、TK 含量和N ∶P 顯著正相關(guān)，與C:N 顯著負(fù)相關(guān)。TP含量與N∶P和C∶P顯著負(fù)相關(guān)。TK含量與C∶N、C ∶P 和細(xì)菌豐度顯著負(fù)相關(guān)。C ∶N 與C ∶P 和細(xì)菌豐度顯著正相關(guān)，與N ∶P 顯著負(fù)相關(guān)。N ∶P 與C ∶P顯著正相關(guān)。C ∶P 與細(xì)菌豐度顯著正相關(guān)（圖4）。

表2 土壤理化性質(zhì)和細(xì)菌豐度對根區(qū)（R）、土壤深度（D）、季節(jié)（S）響應(yīng)的三因素方差分析（F 值）Table 2 Significant effects of root zone (R), soil depth (D), and season (S) on soil physicochemical properties and bacterial abundances (three-way ANOVA root zone × soil depth × season)

圖4 桉樹人工幼齡林土壤理化性質(zhì)與細(xì)菌豐度之間的Pearson 相關(guān)性分析矩陣Fig. 4 Matrix of Pearson’ s correlation analysis of soil physicochemical properties and bacterial abundances in a young Eucalyptus plantation.

3 討論

3.1 桉樹人工林根區(qū)和非根區(qū)土壤理化性質(zhì)的季節(jié)變化

桉樹幼齡林時(shí)期由于郁閉度低，非根區(qū)土壤生長雜草較根區(qū)多，因此非根區(qū)的植物殘?bào)w與根系分泌物較根區(qū)多[14]，非根區(qū)土壤DOC、SOC、TN 含量顯著大于根區(qū)土壤。由于非根區(qū)的植物殘?bào)w與根系分泌物較根區(qū)多的緣故，非根區(qū)0～20 cm 土壤 DON、TP 大于根區(qū)土壤，但是非根區(qū)20～40 cm 土壤 DON、TP 與根區(qū)土壤并沒有顯著差異（表1）。這是因?yàn)镈ON 和土壤磷的移動(dòng)性較弱，使非根區(qū)土壤 DON、TP 與根區(qū)土壤的顯著差異主要發(fā)生在0～20 cm 土壤深度[21]。主要由于酸性土壤鉀的水溶性較強(qiáng)[22]，因此根區(qū)和非根區(qū)0～20 cm 土壤TK 含量與20～40 cm 土壤無顯著差異。

由于夏季降雨較冬季多，所以夏季的SWC 更高（表1）。夏季較冬季有更合適的溫度和SWC（21.4%～26.3%）使土壤微生物數(shù)量增加（如細(xì)菌），同時(shí)桉樹幼齡林時(shí)期根區(qū)的易降解有機(jī)物質(zhì)較少（主要為桉樹根系分泌物和枯枝落葉），而非根區(qū)易降解有機(jī)物質(zhì)較多（主要為雜草根系分泌物和殘?bào)w）[23]，因此夏季非根區(qū)DOC 含量較冬季顯著增加，而夏季與冬季根區(qū)DOC 含量無顯著差異（表1 和表2，圖3）。雖然桉樹幼齡林時(shí)期根區(qū)的易降解有機(jī)物質(zhì)較少，非根區(qū)易降解有機(jī)物質(zhì)較多，但是由于桉樹根區(qū)微生物釋放枯枝落葉中氮較碳更容易[14]，因此夏季根區(qū)和非根區(qū)土壤DON 含量均較冬季顯著增加。與之相似，夏季土壤微生物較冬季增加（如細(xì)菌），導(dǎo)致根區(qū)與非根區(qū)動(dòng)植物殘?bào)w分解形成SOC，因此夏季SOC 含量較冬季顯著增加。該結(jié)果在Pearson 相關(guān)性分析中被驗(yàn)證：SWC、DOC、DON、SOC 與細(xì)菌數(shù)量顯著正相關(guān)。

夏季充分的水分和光照下桉樹和雜草生長較冬季旺盛，它們通過根系促進(jìn)微生物礦化土壤氮為可利用態(tài)，然后吸收了大量土壤氮素[24]；同時(shí)，由于桉樹根系較草本植物更發(fā)達(dá)，能延伸到并顯著促進(jìn)更深土壤層次微生物礦化有機(jī)質(zhì)釋放氮素供其吸收利用[17]，因此除非根區(qū)20～40 cm 土壤，夏季根區(qū)與非根區(qū)土壤TN 含量較冬季顯著減少（表1 和表2，圖3）。該結(jié)果在Pearson 相關(guān)性分析中被驗(yàn)證：SWC 與TN 顯著負(fù)相關(guān)。與之相似，由于桉樹幼齡林需求氮素較磷素多，磷素吸收主要集中在0～20 cm 土壤深度，且磷素在酸性土壤中移動(dòng)性較差[21]；雜草由于根系較淺，主要吸收0～20 cm 土壤磷素，因此夏季桉樹根區(qū)與非根區(qū)0～20 cm 土壤TP 較冬季更低（表1 和表2）。與冬季相比，夏季適宜的溫度和SWC 更有利于微生物礦化作用使土壤鉀有效化[25]。土壤有效態(tài)鉀在酸性土壤（pH=4.5）易隨水流失，且被生長旺盛的植物吸收[22]，因此夏季TK含量顯著低于冬季。該結(jié)果在Pearson 相關(guān)性分析中被驗(yàn)證：TK 與SWC、細(xì)菌豐度顯著負(fù)相關(guān)。

3.2 桉樹人工林根區(qū)和非根區(qū)土壤C ∶N ∶P 化學(xué)計(jì)量特征

與全球森林土壤C ∶N ∶P 平均值相比[10]，冬季根區(qū)、非根區(qū)土壤C ∶N ∶P 明顯偏低，這可能與桉樹人工幼齡林土壤C、N 含量較低有關(guān)。夏季桉樹生長速度快，根系發(fā)達(dá)，吸收氮素較非根區(qū)草本植物快，且能通過根系促進(jìn)微生物礦化有機(jī)質(zhì)從而吸收土壤氮素[24]，導(dǎo)致夏季根區(qū)0～20 和20～40 cm 土壤TN 含量減少，而0～20 cm 土壤的氮素由土壤表層動(dòng)植物殘?bào)w補(bǔ)充較20～40 cm 土壤快，因此夏季根區(qū)20～40 cm 土壤C ∶N 顯著高于夏季根區(qū)0～20 cm、非根區(qū)0～20 和20～40 cm 土壤。冬季根區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，依據(jù)全國第二次土壤普查技術(shù)規(guī)程規(guī)定的養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[26]，評價(jià)結(jié)果表明桉樹幼齡林冬季根區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量處于四級較缺乏水平（10～20 g/kg）。本研究桉樹人工幼齡林冬季根區(qū)0～20 cm 土壤C ∶N 均值為11.1，低于全球森林土壤C ∶N 平均值（14.5）[10]，因此，桉樹人工幼齡林冬季根區(qū)土壤可能缺乏碳。參照全國土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[26]，桉樹幼齡林夏季根區(qū)土壤TN 含量為四級較缺乏水平（0.75～1.0 g/kg）。夏季根區(qū)0～20 cm 土壤C ∶N 為15.3，高于全球森林土壤C ∶N 平均值，這可能與桉樹人工林土壤TN 含量偏低有關(guān)，且桉樹速生階段（如幼齡林階段）需吸收大量氮素促其生長[25]，因此夏季桉樹生長可能受到氮素限制。該結(jié)果在三元相圖中得到驗(yàn)證。

與全球森林土壤N ∶P 平均值（14.6）相比[10]，本研究中桉樹根區(qū)、非根區(qū)0～20 cm 土壤N ∶P 均較低?？赡艿脑颍?）桉樹幼齡林和草本植物生長旺盛，吸收養(yǎng)分以氮素為主，因此消耗了土壤大量氮素[27]；2）與土壤磷素相比，長期桉樹短周期連栽會(huì)消耗更多氮素[28]；3）由于與南方紅壤屬于酸性土壤，氮素以淋失和排放等方式損失多，使土壤氮含量偏低[29]。因此，與土壤TP 相比，土壤TN 含量降低更多，使土壤N ∶P 偏低。結(jié)合夏季根區(qū)土壤TN 含量處于較缺乏水平的現(xiàn)狀，推斷夏季根區(qū)土壤可能缺氮。該結(jié)果在三元相圖中得到驗(yàn)證，這與Smethurst 等[30]對不同林齡桉樹人工林的氮素管理研究結(jié)果一致。夏季桉樹人工幼齡林生長過程中表現(xiàn)出相對的氮限制，可根據(jù)桉樹幼齡時(shí)期對養(yǎng)分需求的特性合理施用氮肥改善土壤養(yǎng)分供給，同時(shí)在桉樹人工林非根區(qū)種植固氮綠肥（如紫云英等豆科綠肥）來提升土壤氮含量[31-32]。

由于非根區(qū)草本植物根系及根系分泌物多分布在0～20 cm 土壤，20～40 cm 土壤微生物活性較低，礦化能力弱，能積累較多SOC，同時(shí)磷素在酸性土壤中的移動(dòng)性較弱[21,23]，多滯留在表層土壤，而桉樹根系可分布于0～20 cm 和20～40 cm 土壤，因此非根區(qū)20～40 cm 土壤C ∶P 顯著高于根區(qū)0～20 cm、20～40 cm 和非根區(qū)0～20 cm 土壤。夏季SWC顯著高于冬季，根區(qū)、非根區(qū)動(dòng)植物殘?bào)w較冬季更易分解形成SOC，且夏季植物生長需要吸收更多的土壤磷素[24]，因此夏季土壤C ∶P 均顯著高于冬季（表1，圖1）。該結(jié)果在Pearson 相關(guān)性分析中被驗(yàn)證：C ∶P 與SWC、lgBacteria 顯著正相關(guān)。與全球森林土壤C ∶P 平均水平（211.7）[10]相比，本研究根區(qū)和非根區(qū)0～20 cm 土壤C ∶P 均較低。C ∶P 低的原因可能是長期短周期種植桉樹，導(dǎo)致桉樹人工林土壤退化，SOC 含量降低[2]。根據(jù)全國土壤養(yǎng)分 分級標(biāo)準(zhǔn)，冬季根區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量處于四級較缺乏水平，綜合以上分析推斷桉樹人工幼齡林冬季根區(qū)土壤存在相對的碳限制。該結(jié)果在三元相圖中得到驗(yàn)證。桉樹人工幼齡林土壤C ∶P 低，細(xì)菌生長相對受碳限制，土壤磷釋放潛力大。Fan 等[33]和Costa 等[34]通過比較不同林齡桉樹葉片N ∶P 發(fā)現(xiàn)中齡林和近熟林N ∶P＞16，表明桉樹生長后期可能出現(xiàn)P 限制[35]。因此在桉樹人工林經(jīng)營中可通過施加有機(jī)肥、土壤調(diào)理劑等措施提高南方酸性土壤pH 來提高土壤有效磷。

3.3 桉樹人工林根區(qū)和非根區(qū)土壤細(xì)菌豐度特征

細(xì)菌主要分解較容易降解的有機(jī)物質(zhì)（如DOC、DON 和SOC 的易降解組分）[36]，非根區(qū)0～20 cm 土壤易降解有機(jī)物質(zhì)較多（主要為雜草殘?bào)w），而桉樹幼齡林時(shí)期非根區(qū)20～40 cm 土壤（20～ 40 cm 土壤易分解的有機(jī)物質(zhì)一般較0～20 cm 土壤少）和根區(qū)0～20 cm、20～40 cm 土壤易降解有機(jī)物質(zhì)較少（主要為桉樹枯枝落葉）。因此，桉樹非根區(qū)0～20 cm 土壤細(xì)菌豐度顯著大于根區(qū)0～20 cm、20～40 cm 和非根區(qū)20～40 cm 土壤（表2，圖3）。 該結(jié)果在Pearson 相關(guān)性分析中被驗(yàn)證：DOC、DON、SOC 與細(xì)菌豐度顯著正相關(guān)。與冬季相比，夏季充足的水熱條件促進(jìn)了動(dòng)植物和微生物生長，進(jìn)而通過增加凋落物、根系分泌物、加快土壤養(yǎng)分周轉(zhuǎn)速率等方式[14]，顯著增加桉樹根區(qū)和非根區(qū)0～20 cm 和20～40 cm 土壤DON 和SOC 含量，以及非根區(qū)0～20 cm 和20～40 cm 土壤DOC 含量（表1，圖3）。夏季增加的SWC、DOC、DON、SOC 含量可為土壤細(xì)菌生長提供適宜的條件[12]，因此夏季桉樹根區(qū)和非根區(qū)土壤細(xì)菌豐度較冬季顯著增加（表1 和表2，圖3）。該結(jié)果在Pearson 相關(guān)性分析中被驗(yàn)證：SWC、DOC、DON、SOC 與細(xì)菌豐度顯著正相關(guān)。

4 結(jié)論

研究表明，桉樹人工幼齡林非根區(qū)土壤DOC、SOC、TN 含量高于根區(qū)，非根區(qū)0～20 cm 深度土壤DON 和TP 含量高于根區(qū)。與冬季相比，夏季根區(qū)、非根區(qū)土壤SWC、DON、SOC 和非根區(qū)DOC含量更高。冬季根區(qū)土壤SOC 和夏季根區(qū)土壤TN含量為四級較缺乏水平，桉樹人工幼齡林冬季根區(qū)土壤存在碳限制、夏季根區(qū)土壤存在氮限制。細(xì)菌豐度特征表現(xiàn)為桉樹非根區(qū)0～20 cm 土壤細(xì)菌豐度最高，夏季土壤細(xì)菌豐度高于冬季。根區(qū)、土壤深度和季節(jié)是影響桉樹人工幼齡林土壤細(xì)菌豐度及理化性質(zhì)的重要因素。本研究結(jié)果可為優(yōu)化根區(qū)水肥管理、非根區(qū)綠肥種植等營林措施，進(jìn)而提高桉樹人工林生產(chǎn)力提供參考。