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(guò)土壤酶的催化作用來(lái)完成的，土壤酶活性是土壤肥力的重要指標(biāo)［1］。土壤酶是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)等生態(tài)過(guò)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(dòng)態(tài)，可直接反映土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化狀況;同時(shí)，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(duì)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(biāo)，對(duì)土壤研究有著重要的生態(tài)意義。

人類(lèi)活動(dòng)對(duì)森林越來(lái)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(yán)重的環(huán)境問(wèn)題［2，3］，其對(duì)土壤酶活性的抑制或激活作用也十分明顯。有關(guān)統(tǒng)計(jì)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?。?］。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(duì)于表層土而言，效果更為明顯［6］。近年來(lái)人們對(duì)土地資源的不合理利用和對(duì)地面植被的破壞導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失，進(jìn)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(yán)重阻礙農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展;也使廣大農(nóng)民無(wú)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(kāi)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(lái)越少［2，3］。針對(duì)存在的各種生態(tài)問(wèn)題，研究者們對(duì)不同的種植模式進(jìn)行研究，這對(duì)解決嚴(yán)重的水土流失及生態(tài)環(huán)境的脆弱問(wèn)題具有重要作用。

本研究以套種魔芋的兩種梨樹(shù)林為研究對(duì)象，探索林下種植對(duì)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(qiáng)度，磷酸酶的酶促作用能加速有機(jī)磷循環(huán)速度和提高磷素有效性，脲酶能促進(jìn)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(jìn)山區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

以德陽(yáng)綿竹市武都鎮(zhèn)一片豐水梨樹(shù)林和昌吉梨樹(shù)林為研究試驗(yàn)地，種植區(qū)魔芋均為半年生。武都鎮(zhèn)地理坐標(biāo)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(shí)間長(zhǎng)，年平均降水2 000 mm～3 000 mm，無(wú)霜期160 d。屬于沖積平原，地勢(shì)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(yàn)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(yàn)設(shè)計(jì)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(wú)翻耕措施林地，CJL-CL;昌吉梨進(jìn)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(jī)選3個(gè)點(diǎn)，用土刀刮去地表雜物，然后在各個(gè)點(diǎn)挖一個(gè)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(hào)后帶回實(shí)驗(yàn)室。

將所有帶回的樣品在去掉石塊、根系和動(dòng)物殘?bào)w后，放在紙上自然風(fēng)干，待土樣風(fēng)干后，除去可見(jiàn)沙礫和動(dòng)植物殘?bào)w，碾碎過(guò)2 mm孔徑篩，分出一小部分進(jìn)一步磨細(xì)過(guò)0.25 mm孔徑篩，充分拌勻后裝袋備用。

1.3 測(cè)定方法

土壤蔗糖酶活性測(cè)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(cè)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(cè)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(gè)指標(biāo)設(shè)置2個(gè)重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

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

2 結(jié)果與分析

2.1 梨樹(shù)林下種植魔芋對(duì)脲酶活性的影響

脲酶是一種專(zhuān)性酶，能專(zhuān)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(yíng)養(yǎng)的直接來(lái)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(lái)表征土壤中有機(jī)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(shuō)明種植魔芋對(duì)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(duì)脲酶活性無(wú)顯著影響。

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

2.2 梨樹(shù)林下種植魔芋對(duì)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(duì)豐富土壤中能被植物和微生物利用的易溶性營(yíng)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?，種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(shù)林下種植魔芋對(duì)土壤磷酸酶活性的影響

圖2 不同林地類(lèi)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(jī)磷酯水解為無(wú)機(jī)磷酸，土壤中有機(jī)磷是在它的作用下才能轉(zhuǎn)化成可供植物吸收的無(wú)機(jī)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(shuō)明，種植魔芋對(duì)豐水梨和昌吉梨林下翻耕地的土壤磷酸酶活性無(wú)顯著影響;但相對(duì)于未翻耕過(guò)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(lèi)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(shù)為喜溫、喜光果樹(shù)，需水量較多，對(duì)土壤的適應(yīng)性強(qiáng)，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(zhǎng)，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(jī)質(zhì)豐富的輕砂土壤生長(zhǎng)，魔芋的適應(yīng)性廣、生命力強(qiáng)、病蟲(chóng)害較少、易于栽培和管理、便于貯藏、運(yùn)輸和加工，栽培經(jīng)濟(jì)效益高，很有開(kāi)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(shù)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(duì)環(huán)境資源利用充分的良好生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。梨樹(shù)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(shù)層層攔截，可以減少降雨對(duì)地表的直接沖刷，起到保持水土的作用。同時(shí)梨樹(shù)林下魔芋的植物殘?bào)w增加了地表的腐殖質(zhì)含量，有利于提高土壤肥力［12］，促進(jìn)梨樹(shù)生長(zhǎng)。

從試驗(yàn)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(shuō)明種植魔芋對(duì)不同的土壤酶活性有著不同的影響。近年來(lái)，關(guān)于不同林型土壤酶活性的研究報(bào)道較多，其中研究較多的樹(shù)種包括刺槐［13］、楊樹(shù)［14］、桉樹(shù)［15］、沙棘［16］、落葉松［17］等，研究結(jié)果顯示，不同林地類(lèi)型土壤酶活性各異，而在同種林地類(lèi)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(duì)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(wú)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(gè)因素有關(guān):第一個(gè)是土壤酶的來(lái)源，周禮凱［18］等歸納土壤酶的來(lái)源主要是植物根系、土壤動(dòng)物、微生物和動(dòng)物、植物的殘?bào)w等，而這些酶的來(lái)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(yàn)在取樣時(shí)是隨機(jī)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(jī)碳以及微生物氮、全氮的比值較大、細(xì)菌增加的量還是大于真菌。第二個(gè)是魔芋的種植時(shí)間，有研究表明，有根系的土壤酶活性大于沒(méi)有根系的土壤［20］。由于本試驗(yàn)?zāi)в鬄橐荒晟?，栽種時(shí)間不夠長(zhǎng)，魔芋不夠成熟，根系還不發(fā)達(dá)，對(duì)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(shù)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(shù)林下種植魔芋對(duì)土壤酶活性影響較小，但卻能帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)收入，節(jié)約土地資源，是個(gè)可行的種植模式。但是本試驗(yàn)只研究了3種土壤酶活性，其對(duì)種植魔芋對(duì)梨樹(shù)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(duì)梨樹(shù)林下土壤酶活性的影響還需要做進(jìn)一步的研究與調(diào)查。

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