代仕高，周厚蘭，蘭吉萍

(1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川成都 610081;2.內(nèi)江市林業(yè)局，四川內(nèi)江 641000)

土壤中幾乎所有的生化反應(yīng)和物質(zhì)循環(huán)都是通過土壤酶的催化作用來完成的，土壤酶活性是土壤肥力的重要指標［1］。土壤酶是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動等生態(tài)過程中最活躍的生物活性物質(zhì)，在一定程度上反映了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化動態(tài)，可直接反映土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化狀況;同時，土壤酶還是土壤生物化學(xué)特征的重要組成部分［1］;另外，土壤酶活性和土壤肥力有著直接的關(guān)系，對土壤酶活性的研究間接研究了土壤的肥力。因此，土壤酶活性幾乎成了生態(tài)系統(tǒng)研究中必不可少的土壤生物活性指標，對土壤研究有著重要的生態(tài)意義。

人類活動對森林越來越頻繁的干擾是造成土壤質(zhì)量退化的主要原因，工業(yè)廢物排放、肥料和農(nóng)藥的大量使用、植物的富集作用、大氣沉降等導(dǎo)致的土壤重金屬污染，已成為十分嚴重的環(huán)境問題［2，3］，其對土壤酶活性的抑制或激活作用也十分明顯。有關(guān)統(tǒng)計表明土壤中脲酶、蔗糖酶、和磷酸酶活性均隨著重金屬離子濃度增加均逐漸減小［4］。林地清理和耕作撫育等人為措施也是引起土壤酶活性變化的原因［5］。與傳統(tǒng)耕作相比，免耕可使土壤酶活性增加，對于表層土而言，效果更為明顯［6］。近年來人們對土地資源的不合理利用和對地面植被的破壞導(dǎo)致嚴重的水土流失，進而使土層變薄、養(yǎng)分流失、保水能力變差及坡耕地生產(chǎn)力低下，嚴重阻礙農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展;也使廣大農(nóng)民無法脫貧致富，造成惡性循環(huán)，加速坡耕地的水土流失。隨著退耕還林措施的順利開展，水土流失和生態(tài)環(huán)境在一定程度上得到了控制和改善，但農(nóng)民擁有的可耕土地卻變得越來越少［2，3］。針對存在的各種生態(tài)問題，研究者們對不同的種植模式進行研究，這對解決嚴重的水土流失及生態(tài)環(huán)境的脆弱問題具有重要作用。

本研究以套種魔芋的兩種梨樹林為研究對象，探索林下種植對參與碳、氮、磷元素循環(huán)的幾種關(guān)鍵土壤酶活性的影響。其中，蔗糖酶能明顯地反映土壤的肥力水平和生物活性強度，磷酸酶的酶促作用能加速有機磷循環(huán)速度和提高磷素有效性，脲酶能促進尿素水解生成氨、二氧化碳和水等［7］。研究這3種酶活性的變化可以判斷土壤的肥力變化，可以為減少水土流失和改善生態(tài)環(huán)境提供一些理論依據(jù)［8］。本研究可為退耕還林區(qū)發(fā)展林下種植業(yè)、穩(wěn)定退耕還林的成果、促進山區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

以德陽綿竹市武都鎮(zhèn)一片豐水梨樹林和昌吉梨樹林為研究試驗地，種植區(qū)魔芋均為半年生。武都鎮(zhèn)地理坐標為 104°3'～104°7'E、30°16'～31°20'N。平均海拔1 700 m左右，年平均氣溫6.6℃，日照時間長，年平均降水2 000 mm～3 000 mm，無霜期160 d。屬于沖積平原，地勢平坦，淤積層厚，土壤肥沃，黃土資源豐富，自然條件較好，土地大部分為平川河水灌區(qū)，宜于發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。種植魔芋后試驗地的土壤物理性質(zhì)變化如表1所示。

表1 不同林地下土壤物理性質(zhì)Tab.1 Soil physical properties of different plantations

1.2 試驗設(shè)計與樣品采集

于2013年8月底，在豐水梨和昌吉梨林地內(nèi)，按種植魔芋與否在不同林地(豐水梨未種植魔芋林地，F(xiàn)SL-CK;豐水梨種植魔芋林地，F(xiàn)SL;昌吉梨無翻耕措施林地，CJL-CL;昌吉梨進行翻耕措施林地，CJL-CK;昌吉梨翻耕并且種植魔芋林地，CJL)中分別隨機選3個點，用土刀刮去地表雜物，然后在各個點挖一個20 cm深的土壤剖面取大約500 g的土樣裝于自封袋中，另用100 cm3環(huán)刀在各剖面中部取土樣，并分別編號后帶回實驗室。

將所有帶回的樣品在去掉石塊、根系和動物殘體后，放在紙上自然風干，待土樣風干后，除去可見沙礫和動植物殘體，碾碎過2 mm孔徑篩，分出一小部分進一步磨細過0.25 mm孔徑篩，充分拌勻后裝袋備用。

1.3 測定方法

土壤蔗糖酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法，酶的活性以1 g土在37℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h釋放的葡萄糖的毫克數(shù)表示［9］。土壤磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法，酶的活性以24 h后1 g土壤中釋放的出的酚的毫克數(shù)表示［9］。土壤脲酶活性測定采用苯酚鈉比色法，酶的活性以1 g土在37℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h釋放的NH+4-N的毫克數(shù)表示［9］。每個指標設(shè)置2個重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析采用SPSS 16.0完成，利用單因素方差分析(one-way ANOVA)對土壤酶活性進行統(tǒng)計分析，利用最小顯著差異法(LSD)進行多重比較，統(tǒng)計顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 梨樹林下種植魔芋對脲酶活性的影響

脲酶是一種專性酶，能專一性水解尿素，促其水解生成氨和CO2，而其中氨是植物氮素營養(yǎng)的直接來源。在微生物產(chǎn)生的脲酶作用下，分解植物可利用的物質(zhì)，從而提高了土壤肥力［7］。因此，脲酶活性可用來表征土壤中有機態(tài)氮的轉(zhuǎn)化狀況和土壤氮肥的供應(yīng)程度。如圖1所示，F(xiàn)SL與FSL-CK、CJL與CJL-CL、CJL-CL與CJL-CK相比的脲酶活性變化不顯著;CJL與CJL-CK相比的脲酶活性顯著降低，CJL較CJL-CK下降了21.56%。說明種植魔芋對豐水梨土壤脲酶的影響不顯著，卻顯著抑制昌吉梨林下土壤脲酶活性;翻耕對脲酶活性無顯著影響。

圖1 不同林地類型土壤中的脲酶活性Fig.1 Soil urease activity of two different types of forests

2.2 梨樹林下種植魔芋對蔗糖酶活性的影響

土壤蔗糖酶源于植物根系和微生物的胞外酶，廣泛存在于土壤中，是表征土壤微生物學(xué)活性的重要水解酶之一，對豐富土壤中能被植物和微生物利用的易溶性營養(yǎng)物質(zhì)有著重要的作用［7］。如圖2所示，F(xiàn)SL與FSL-CK、CJL-CL與 CJL-CK相比蔗糖酶活性顯著增加，F(xiàn)SL較 FSL-CK增加了13.70%，CJL-CL較CJL-CK增加了18.59%?？梢钥闯觯N植魔芋顯著增加了豐水梨林下土壤蔗糖酶活性，昌吉梨林下土壤翻耕后蔗糖酶活性顯著降低。

2.3 梨樹林下種植魔芋對土壤磷酸酶活性的影響

圖2 不同林地類型土壤中的蔗糖酶活性Fig.2 Invertase activity in different types of forest soil

土壤磷酸酶是催化土壤中磷酸單酯和磷酸二酯水解的酶，它能將有機磷酯水解為無機磷酸，土壤中有機磷是在它的作用下才能轉(zhuǎn)化成可供植物吸收的無機磷［7］。如圖 3所示，F(xiàn)SL與 FSL-CK、CJL 與CJL-CK相比磷酸酶活性變化不顯著;CJL與CJL-CL相比磷酸酶活性顯著增加，CJL較CJL-CL增加了50.96%。這說明，種植魔芋對豐水梨和昌吉梨林下翻耕地的土壤磷酸酶活性無顯著影響;但相對于未翻耕過的昌吉梨純林，種植魔芋后土壤磷酸酶活性顯著增加。

圖3 不同林地類型土壤中的磷酸酶活性Fig.3 Phosphatase activity in different types of forest soil

3 討論

梨樹為喜溫、喜光果樹，需水量較多，對土壤的適應(yīng)性強，以土層深厚、土質(zhì)疏松、透水和保水性能好、地下水位低的沙質(zhì)壤土最為適宜［10］。魔芋地下部分為球莖且根系較長，適宜在日照較少、雨量豐富、濕度較大、土層深厚、質(zhì)地疏松、排水透氣良好、有機質(zhì)豐富的輕砂土壤生長，魔芋的適應(yīng)性廣、生命力強、病蟲害較少、易于栽培和管理、便于貯藏、運輸和加工，栽培經(jīng)濟效益高，很有開發(fā)前景［11］。從二者的生態(tài)習(xí)性和生態(tài)學(xué)特性看梨樹林下種植魔芋模式具有空間配置合理、種間關(guān)系協(xié)調(diào)、對環(huán)境資源利用充分的良好生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。梨樹林下種植魔芋這種種植模式可以形成較為穩(wěn)定的群體結(jié)構(gòu)，增加的魔芋層與梨樹層層攔截，可以減少降雨對地表的直接沖刷，起到保持水土的作用。同時梨樹林下魔芋的植物殘體增加了地表的腐殖質(zhì)含量，有利于提高土壤肥力［12］，促進梨樹生長。

從試驗數(shù)據(jù)可以看出，種植魔芋后3種土壤酶活性的變化各異，說明種植魔芋對不同的土壤酶活性有著不同的影響。近年來，關(guān)于不同林型土壤酶活性的研究報道較多，其中研究較多的樹種包括刺槐［13］、楊樹［14］、桉樹［15］、沙棘［16］、落葉松［17］等，研究結(jié)果顯示，不同林地類型土壤酶活性各異，而在同種林地類型中，混交、間種的酶活性一般大于純林酶活性。在本次研究中種植魔芋對豐水梨林下土壤脲酶和磷酸酶活性的影響不顯著，蔗糖酶活性卻顯著增加;昌吉梨林下土壤磷酸酶和蔗糖酶活性在種植魔芋后變化不顯著，脲酶活性則顯著下降;昌吉梨林下土壤翻耕后蔗糖酶活性顯著下降，脲酶和磷酸酶活性則無明顯變化。魔芋種植使得土壤酶活性有的上升有的下降可能與以下兩個因素有關(guān):第一個是土壤酶的來源，周禮凱［18］等歸納土壤酶的來源主要是植物根系、土壤動物、微生物和動物、植物的殘體等，而這些酶的來源是不均勻地分布于土壤中的，所以酶活性表現(xiàn)分布也是不均勻的，本試驗在取樣時是隨機取樣，取回的土樣由于分布的原因存在一定的不穩(wěn)定性。崔鳴等［19］的研究結(jié)果表明雖然種植魔芋后土壤碳、氮含量減小，土壤微生物碳和總微生物量小，但是土壤微生物氮、微生物碳、有機碳以及微生物氮、全氮的比值較大、細菌增加的量還是大于真菌。第二個是魔芋的種植時間，有研究表明，有根系的土壤酶活性大于沒有根系的土壤［20］。由于本試驗?zāi)в鬄橐荒晟苑N時間不夠長，魔芋不夠成熟，根系還不發(fā)達，對土壤產(chǎn)生的影響還不夠明顯，所以酶的活性增加不顯著。從結(jié)果中還可以看出，翻耕梨樹林土壤使得土壤酶活性較免耕降低，這與王薈等［6］的研究結(jié)果相同。

從本研究中可以看出梨樹林下種植魔芋對土壤酶活性影響較小，但卻能帶來一定的經(jīng)濟收入，節(jié)約土地資源，是個可行的種植模式。但是本試驗只研究了3種土壤酶活性，其對種植魔芋對梨樹林地土壤酶活性的影響還很片面，如果想要確切的探討種植魔芋對梨樹林下土壤酶活性的影響還需要做進一步的研究與調(diào)查。

［1］李傳武.皖西大別山區(qū)水土流失機理分析及治理［J］.皖西學(xué)院學(xué)報，2003，2(19):70～74.

［2］申洪源.我國水土流失現(xiàn)狀及生態(tài)環(huán)境建設(shè)研究［J］.哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，2001，2(17):104～110.

［3］朱克友，李志剛.皖西南大別山區(qū)水土保持現(xiàn)狀分析［J］.水土保持科技情報，2000，35～61.

［4］Sun Ruijuan，Wang Dejian，Lin Jinghui.Evolution of Soil Fertility in Taihu Region and Its Causes［J］.Soils，2006，38(1):106-109.

［5］劉震.從我國水土流失現(xiàn)狀看水土保持生態(tài)建設(shè)戰(zhàn)略布局及主要任務(wù)［J］.中國水利，2002，731～32.

［6］王薈，韓賓，史志強，等.保護性耕作對土壤微生物特性及酶活性的影響［J］.水土保持學(xué)報，2006，12～122.

［7］李勇.試論土壤酶活性與土壤肥力［J］.土壤通報，1986，17(03):137～141.

［8］Gong W，Yan YY，Wang JY，et al.Long-term manure and fertilizer effects on soil organic matter fractions and microbes under a wheat– maize cropping system in northern China.Geoderma，2009，149:318～324.

［9］周禮愷，張志明.土壤酶活性的測定方法［J］.土壤通報，2009，11(05):3～9.

［10］張俊英，郭超.林下種植魔芋技術(shù)［J］.河北林業(yè)科技，2011，(4):103～104.

［11］孫瑞娟，王德建，林靜慧.太湖流域土壤肥力演變及原因分析［J］.土壤，2006，38(1):106～109.

［12］吳麗云.鹽脅迫下刺槐混交林土壤水鹽運動—土壤養(yǎng)分及土壤酶變化規(guī)律的研究［D］.泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

［13］劉久俊，方升佐，謝寶東，等.生物覆蓋對楊樹人工林根際土壤微生物、酶活性及林木生長的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2008，19(6):1204～1210.

［14］李躍林，李志輝，彭少麟，等.典范相關(guān)分析在按樹人工林地土壤酶活性與營養(yǎng)元素關(guān)系研究中的應(yīng)用［J］.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2008，8(5):544～549.

［15］葉存旺，翟巧絨，郭梓娟，等.沙棘—側(cè)柏混交林土壤養(yǎng)分、微生物與酶活性的研究［J］.西北林學(xué)院學(xué)報，2007，12(6);407～420

［16］吉艷芝，馮萬忠，陳立新，等.落葉松混交林根際與非根際土壤養(yǎng)分、微生物和酶活性特征［J］.生態(tài)環(huán)境，2008，17(1):339～343.

［17］周禮凱，張志明.黑土中酶活性的存在部位［J］.土壤通報.1930，30(05):201～209.

［18］崔鳴，趙興喜，都大俊，等.氮磷鉀肥料對魔芋產(chǎn)量的影響效應(yīng)研究［J］.水土保持研究，2006，13(6):185～187.

［19］樊石磊.內(nèi)蒙古西部胡楊根系分泌物空間分布特征及土壤酶活性研究［D］.呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

［20］ADELAIDE M.Assessing nutrient losses with soil erosion under different tillage systems and their implications on water quality［J］.Physics and Chemistry of the Earth，2007，32:1135～1140.