林惠章 郭孝玉 歐陽(yáng)勛志 吳自榮

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，南昌，330045)

責(zé)任編輯:程 紅。

土壤酶對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)換以及土壤肥力的形成起著重要作用，是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要生物學(xué)指標(biāo)之一［1］。長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于土壤酶與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系倍受學(xué)者們的關(guān)注［2－5］。作為土壤環(huán)境的重要組成部分，土壤酶及土壤養(yǎng)分對(duì)林分植被有著重要的作用［6］，同時(shí)，林型［7］及經(jīng)營(yíng)措施［8－9］的差異反過(guò)來(lái)也影響著土壤酶活性的發(fā)揮。

馬尾松(Pinus massoniana)是我國(guó)亞熱帶森林主要針葉樹(shù)種，具有耐干旱瘠薄，適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，也是亞熱帶地區(qū)主要的飛播造林樹(shù)種。不少學(xué)者對(duì)馬尾松林的土壤養(yǎng)分［10－11］、土壤酶活性［12］及其二者關(guān)系［13］進(jìn)行了研究，如葛曉改等［13］發(fā)現(xiàn)馬尾松林土壤養(yǎng)分與酶活性之間關(guān)系密切;林德喜等［11］研究得出馬尾松林下補(bǔ)植閩粵栲(Castanopsis fissa)、青栲(Cyclobalanopsis myrsinaefolia)和苦櫧(Castanopsis sclerophylla)等闊葉樹(shù)能顯著提高養(yǎng)分周轉(zhuǎn)率，改善土壤養(yǎng)分狀況;相關(guān)研究表明，馬尾松純林補(bǔ)種闊葉樹(shù)，能有效促進(jìn)其進(jìn)展演替，是提高土壤養(yǎng)分和改善生態(tài)環(huán)境的有效形式［14－15］。然而，樹(shù)種組成不同凋落物及根系不同，都將直接或間接影響土壤養(yǎng)分含量與土壤酶的活性［16－17］。

贛南曾是我國(guó)水土流失較為嚴(yán)重的地區(qū)，為改善生態(tài)環(huán)境，減少水土流失，自1965年開(kāi)展馬尾松飛播造林工作，并取得顯著效果，但單一針葉純林的弱點(diǎn)也逐漸暴露出來(lái)。20世紀(jì)90年代初，為優(yōu)化森林結(jié)構(gòu)，對(duì)部分純林補(bǔ)植木荷(Schima superba)形成了馬尾松—木荷混交林，而這種混交林的土壤酶活性及土壤養(yǎng)分與純林有何不同目前尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。因此，以贛南飛播馬尾松種子造林及補(bǔ)植木荷具有代表性的興國(guó)縣為研究區(qū)，探討飛播馬尾松純林、馬尾松—木荷混交林2種林型土壤酶活性和土壤養(yǎng)分的關(guān)系，以期了解補(bǔ)植木荷對(duì)土壤酶活性和土壤養(yǎng)分的影響，為飛播馬尾松林的經(jīng)營(yíng)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于贛南的興國(guó)縣(26°03'～26°42'N，115°01'～115°51'E)境內(nèi)，地處武夷山支脈雩山地段，以低山、丘陵為主，屬亞熱帶溫暖濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫18．9℃，年平降水量1 539 mm，海拔130～1 200 m，境內(nèi)土壤以紅壤為主，森林類(lèi)型主要為馬尾松林、杉木(Cunninghamia lanceolata)林、針闊混交林、常綠闊葉林等。據(jù)興國(guó)縣林業(yè)局相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，至2001年，興國(guó)縣馬尾松飛播造林面積達(dá)77 633．3 hm2，其中保存面積64 000 hm2，占全縣現(xiàn)有林地面積的29．5%［18］，其林下植被主要有檵木(Loropetalum chinense)、鐵芒萁(Dicranopteris linearis)、五節(jié)芒(Miscanthus floridus)等。上世紀(jì)90年代初，對(duì)部分飛播馬尾松純林進(jìn)行間伐、補(bǔ)植木荷的試驗(yàn)，形成了馬尾松—木荷混交林。

2 材料與方法

2．1 樣地布設(shè)

2012年7月份在對(duì)飛播馬尾松純林、馬尾松—木荷混交林典型分布區(qū)(中丘地貌，海拔100～300 m)踏查的基礎(chǔ)上，選取林分設(shè)置典型樣地，每種類(lèi)型3個(gè)重復(fù)，樣地大小為30 m×30 m，調(diào)查記錄各樣地林分胸徑、林齡、郁閉度及林下植被等因子。馬尾松—木荷混交林林下植被主要有檵木、美麗胡枝子(Lespedeza formosa)、鐵芒萁、五節(jié)芒。馬尾松純林林下植被主要有檵木、鐵芒萁、五節(jié)芒。2種林型樣地概況見(jiàn)表1。

表1 飛播馬尾松純林及馬尾松—木荷混交林樣地基本概況

2．2 土樣采集

在每塊典型樣地的上、中、下部采用土鉆法(土鉆直徑5 cm)分0～10、＞10～20、＞20～40 cm 3個(gè)土層采集土壤樣品，每個(gè)層次各取3鉆。將各層土壤樣品混合并均分為2份:其中一份樣品去掉石礫、動(dòng)植物根系及殘?bào)w，混均過(guò)篩后裝入保鮮袋低溫處理(置于冰箱中3～4℃)，用于測(cè)試土壤酶活性;另一份樣品經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過(guò)篩后裝入保鮮袋用以測(cè)定土壤養(yǎng)分。

2．3 土壤酶活性與養(yǎng)分測(cè)定

土壤酶及土壤養(yǎng)分測(cè)定方法為［18－19］:脲酶采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法(靛酚藍(lán)比色法);蔗糖酶采用3，5—二硝基水楊酸比色法;酸性磷酸酶采用對(duì)硝基苯磷酸二鈉比色法;全氮采用硫酸消化—?jiǎng)P氏定氮法;速效氮采用堿解擴(kuò)散法;全磷采用酸溶—鉬銻抗比色法;速效磷采用氟化銨鹽酸比色法;全鉀采用氫氧化鈉熔融—火焰光度法;速效鉀采用醋酸銨提取—火焰光度法;土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀硫酸氧化—硫酸亞鐵滴定法。

2．4 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 17．0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。采用單因素方差分析(One－way ANOVA)分析同一林型不同土層間土壤養(yǎng)分及酶活性的差異顯著性;采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)分析同一土層土壤養(yǎng)分與酶活性在不同林型間的差異性;采用Pearson相關(guān)分析土壤酶與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3．1 土壤酶活性

2種林型不同土層土壤酶活性變化規(guī)律(表2)顯示，同一土層土壤脲酶、蔗糖酶活性均表現(xiàn)為混交林大于純林，而酸性磷酸酶表現(xiàn)為純林大于混交林?；旖涣?～10、＞10～20、＞20～40 cm土層土壤脲酶依次為0．199、0．159、0．125 mg·g－1，蔗糖酶為17．036、15．326、8．108 mg·g－1，酸性磷酸酶分別為0．151、0．085、0．070 mg·g－1;純林0～10、＞10～20、＞20～40 cm土層土壤脲酶分別為0．132、0．126、0．112 mg·g－1，蔗糖酶為11．281、4．563、2．935 mg·g－1，酸性磷酸酶為0．173、0．130、0．109 mg·g－1?？梢钥闯?，2種林型土壤脲酶、蔗糖酶及酸性磷酸酶的活性均隨土層的加深而降低。單因素方差分析表明:不同林型同一土層蔗糖酶差異顯著(P＜0．05);而脲酶在0～10 cm土層差異顯著(P＜0．05)，＞10～20、＞20～40 cm土層差異不顯著(P＞0．05);酸性磷酸酶在0～10 cm土層差異不顯著(P＞0．05)，＞10～20、＞20～40 cm土層差異顯著(P＜0．05)。

表2 飛播馬尾松純林及馬尾松—木荷混交林土壤酶活性

3．2 土壤養(yǎng)分

由表3可知，不同林型同一土層同一養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為混交林大于純林，且各土層全氮、速效鉀差異顯著(P＜0．05)，全鉀、速效氮、速效磷差異不顯著(P＞0．05)，而全磷、有機(jī)質(zhì)在0～10、＞10～20 cm土層差異顯著(P＜0．05)、＞20～40 cm土層差異不顯著(P＞0．05)。同一林型不同土層土壤養(yǎng)分含量均隨土層加深而降低，且全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀土層間差異不顯著(P＞0．05)，＞10～20 cm土層的速效氮、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于0～10 cm土層(P＜0．05)，與＞20～40 cm土層差異不顯著(P＞0．05)。

表3 飛播馬尾松純林及馬尾松—木荷混交林土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

3．3 土壤酶活性與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

2種林型土壤酶活性與土壤養(yǎng)分的Pearson相關(guān)分析表明，脲酶和蔗糖酶均與全氮、全磷、速效氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)(P＜0．01)，與全鉀呈顯著正相關(guān)(P＜0．05)，而速效磷與蔗糖酶呈極顯著正相關(guān)(P＜0．01)，與脲酶相關(guān)性不顯著(P＞0．05);酸性磷酸酶與全磷、速效磷、有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)(P＜0．01)，與速效氮呈顯著正相關(guān)(P＜0．05)，與全氮、全鉀、速效鉀無(wú)顯著相關(guān)性(P＞0．05)(表4)。

表4 土壤酶活性與土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性

4 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，同一土層脲酶、蔗糖酶活性與土壤養(yǎng)分均表現(xiàn)為混交林大于純林，而酸性磷酸酶卻相反;2種林型同一土層蔗糖酶、全氮、速效鉀差異顯著(P＜0．05)，脲酶在0～10 cm土層差異顯著(P＜0．05)，酸性磷酸酶則在＞10～20、＞20～40 cm土層差異顯著(P＜0．05)，全磷、有機(jī)質(zhì)在0～10、＞10～20 cm土層差異顯著(P＜0．05)。混交林土壤脲酶、蔗糖酶活性及土壤養(yǎng)分高于純林的主要原因可能是純林凋落物較單一，松針?lè)纸馑俾事?，養(yǎng)分歸還周期較長(zhǎng)［10］，從而影響土壤酶的活性［20］;補(bǔ)植木荷后，增加了主林層的生物多樣性以及凋落物種類(lèi)及數(shù)量，改善了林分結(jié)構(gòu)和凋落物組成，加快了凋落物的分解，增加了微生物活性，從而促進(jìn)部分酶的活性［21］;而純林土壤酸性磷酸酶活性高于混交林這一特殊情況，與胡亞林等［22］的研究結(jié)果有著相似之處，說(shuō)明土壤酶活性不僅與凋落物種類(lèi)及樹(shù)種組成有關(guān)，而且還受酶的來(lái)源、生物學(xué)特性以及微地形變化的影響［23］;整體而言，馬尾松—木荷混交林土壤質(zhì)量及土壤環(huán)境優(yōu)于馬尾松純林，與戴凌等［16］研究結(jié)果相一致。本研究發(fā)現(xiàn)，同一林型土壤酶活性及土壤養(yǎng)分均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而降低，主要是因?yàn)橥寥辣韺永鄯e較多的凋落物及其光照、水分及通透性較好，能有效促進(jìn)凋落物的分解，增加土壤養(yǎng)分含量，為土壤酶促反應(yīng)提供較多的底物［24］，隨著土層加深，通氣狀況下降，土壤養(yǎng)分含量減少，土壤酶活性也呈下降趨勢(shì)，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果相一致［25－26］，表明酶活性在一定程度上能夠表征土壤養(yǎng)分狀況。相關(guān)性分析表明，土壤酶活性與土壤養(yǎng)分存在一定的相關(guān)性，與周靜等［27－29］的研究結(jié)果基本一致。3種土壤酶活性均與有機(jī)質(zhì)、全磷、速效氮存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0．05)，表明有機(jī)質(zhì)和N、P可能是影響土壤酶活性的重要因子;而酸性磷酸酶與全磷、速效磷呈極顯著正相關(guān)(P＜0．05)，與全氮、全鉀、速效鉀相關(guān)性不顯著(P＞0．05)，可知土壤中P元素可能是影響酸性磷酸酶活性的主要因子。

綜上所述，研究區(qū)土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶等3種土壤重要酶與土壤養(yǎng)分間有著顯著相關(guān)關(guān)系，在馬尾松純林中補(bǔ)植木荷有利于提高土壤養(yǎng)分含量及脲酶、蔗糖酶的活性，因此在今后對(duì)飛播馬尾松林的經(jīng)營(yíng)管理中可考慮適當(dāng)補(bǔ)植木荷，以達(dá)到提高林地土壤質(zhì)量，加快群落演替進(jìn)程的目的。

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