李　潔　周彤彤　侯曉麗　薛　立

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東廣州510642）

冰雪災(zāi)害對(duì)粵北杉木林土壤養(yǎng)分狀況和酶活性的影響

李潔周彤彤侯曉麗薛立

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東廣州510642）

2008年1—2月，雨雪冰凍天氣襲擊廣東粵北地區(qū)，造成大面積的杉木林被破壞。為了給杉木林的恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)，研究了冰雪災(zāi)害對(duì)杉木林地土壤特性的影響。結(jié)果表明：2008—2011年，受災(zāi)杉木林地上層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解N，上、下層土壤速效磷隨時(shí)間推移均呈現(xiàn)上升-下降-上升的變化趨勢(shì)；上、下層土壤全磷則為先升后降；下層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮，上、下層土壤全鉀和速效鉀為先降后升；下層土壤堿解N持續(xù)上升。上、下層土壤脲酶和過氧化氫酶活性為先降后升，上、下層土壤磷酸酶活性為先降后升，然后小幅變化?？傮w來說冰雪災(zāi)害對(duì)土壤養(yǎng)分狀況和酶活性產(chǎn)生了顯著影響。

冰雪災(zāi)害；杉木；土壤養(yǎng)分；酶活性

冰雪災(zāi)害是一種重要的自然干擾因子，嚴(yán)重破壞森林［1］。我國冰雪災(zāi)害多發(fā)生在東北、西北地區(qū)，而在2008年1—2月，我國南方地區(qū)卻暴發(fā)了長時(shí)間和大范圍的冰雪災(zāi)害，19個(gè)省區(qū)的森林受災(zāi)，面積達(dá)1 860萬hm2，占全國森林總面積的1/10［2］。國內(nèi)外眾多學(xué)者從多方面研究了冰雪災(zāi)害對(duì)森林的影響，包括冰雪災(zāi)害對(duì)不同森林的損害程度［3-7］，冰雪災(zāi)害引起的林冠殘?bào)w和土壤的變化［8-12］，以及森林生物群落［13-15］等方面。

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國特有的速生優(yōu)良用材樹種，在我國木材生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位［16-17］，廣泛分布于我國南方17個(gè)省區(qū)。廣東省粵北的杉木林在此次冰雪災(zāi)害中許多林木折干，林內(nèi)積蓄了大量林冠殘?bào)w，造成林下光照、溫度、濕度的劇烈變化，直接影響林下的土壤理化性質(zhì)和酶活性。進(jìn)行冰雪災(zāi)害對(duì)杉木林土壤影響的研究，可以為杉木林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供參考。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)地處廣東省最北部的樂昌市樂昌林場，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降水量2 522.3 mm，年平均蒸發(fā)量1 417.9 mm，年平均溫度19.6℃，7月平均氣溫28.2℃，1月平均氣溫9.3℃，土壤為花崗巖發(fā)育而成的中厚腐殖質(zhì)層厚土層山地黃紅壤。

試驗(yàn)林地處西南坡，坡度約30°，海拔約為700 m。林下植被主要為樓梯草 （Elatostema involucratum）和狗脊 （Cibotium barometz），蓋度分別占林地面積的15%～20%和10%～15%。杉木人工林全部折干，殘干的平均胸徑為17.99 cm，平均樹高為12.69 m，密度1 667株/hm2。

2　研究方法

2008年3月在冰雪災(zāi)害后的杉木林內(nèi)建立3個(gè)面積為20 m×20 m的固定標(biāo)準(zhǔn)地。2008—2011年的每年3月，于標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)采用5點(diǎn)取樣法按上、下2層（0～20 cm和20～40 cm）分別取土樣，混合成上、下層樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤化學(xué)性質(zhì)和土壤酶活性分析。

將水土以2.5∶1.0混合后用電位法測(cè)定土壤PH，用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)，半微量凱氏法測(cè)定全N。用氫氧化鈉堿熔法將土壤樣品溶融后提取待測(cè)液，用鉬藍(lán)比色法測(cè)定全P，火焰光度計(jì)法測(cè)定全K。用堿解-擴(kuò)散法對(duì)堿解N、碳酸氫鈉法對(duì)速效P以及乙酸銨-火焰光度法對(duì)速效K進(jìn)行測(cè)定［18］。脲酶采用比色法測(cè)定，酶活性以37℃下培養(yǎng)24 h后1 kg土釋放的NH3-N的質(zhì)量表示；酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，酶活性以37℃下培養(yǎng)2 h后100 g土消耗P2O5的質(zhì)量表示；過氧化氫酶活性采用 0.1 mo1/L KMnO4滴定法測(cè)定，酶活性以常溫條件培養(yǎng)1 h后1 g土消耗0.1 mo1/L KMnO4的體積表示［19］。每個(gè)樣品做3次重復(fù)測(cè)定，結(jié)果取重復(fù)測(cè)定的算術(shù)平均值。

測(cè)定數(shù)據(jù)用Microsoft Exce1 2003作圖，采用SAS 8.1軟件進(jìn)行多重比較。

3　結(jié)果與分析

3.1不同土層土壤化學(xué)性質(zhì)

不同土層土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定結(jié)果見圖1。由圖1可知，2008—2011年測(cè)得上層土壤PH為4.54～4.98，下層土壤PH為4.53～4.88，均屬強(qiáng)酸性土壤，且隨時(shí)間推移土壤PH呈現(xiàn)先下降后升高（P＜0.05）的趨勢(shì)。上層土壤有機(jī)質(zhì)含量隨時(shí)間推移呈現(xiàn)升-降-升的趨勢(shì)，下層土壤則為先升后降。上下層土壤全N含量與上層土壤有機(jī)質(zhì)的變化趨勢(shì)相同。2008—2011年上下層土壤全P含量均為先升高后降低。上下層土壤全K含量為先降后升。上層土壤堿解N含量呈現(xiàn)升-降-升的趨勢(shì)，下層土壤堿解N含量持續(xù)升高。上下層土壤速效P含量呈現(xiàn)升-降-升的趨勢(shì)，各年度下層土壤速效P含量均低于上層。上下層土壤速效K含量均為先降后升，各年下層土壤PH、有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K、堿解N、速效P和速效K均低于上層。

3.2不同土層土壤微酶活性

不同土層土壤微酶活性測(cè)定結(jié)果見圖2。由圖2可知，2008—2011年上下層土壤脲酶活性均為先降后升，上層土壤磷酸酶活性呈現(xiàn)降-升-穩(wěn)定的趨勢(shì)，下層土壤磷酸酶活性呈現(xiàn)降-升-降的趨勢(shì)，上下層土壤過氧化氫酶活性則均為先降后升，各年份下層土壤脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性均低于上層。

圖1　2008—2011年不同土層土壤化學(xué)性質(zhì)Fig.1　Soi1 chemica1 ProPerties of different soi1 horizons from 2008 to 2011

圖2　2008—2011年不同土層土壤微酶活性Fig.2　Soi1 enzyme activities of different soi1 1ayers from 2008 to 2011

4　討　論

4.1土壤化學(xué)性質(zhì)的變化

本研究中，土壤PH隨時(shí)間推移表現(xiàn)為先降后升，2009年杉木林地上層土壤PH較2008年無顯著變化，而下層土壤酸性則有所增強(qiáng)。這是因?yàn)樯寄臼芎笳麄€(gè)林分的郁閉度減小，從而使林地的光照增加，水、熱、氣等條件發(fā)生變化，地表溫度升高，凋落物及一些非正常凋落物加速分解，從而產(chǎn)生大量的酸性物質(zhì)，使得土壤PH降低，酸性增強(qiáng)。另一方面，隨著大量雜草的侵入，灰分元素不斷增加，使上層的酸度降低，土壤PH有所回升，直至恢復(fù)到冰雪災(zāi)害初期的狀態(tài)［20］。另外，土壤上層的PH高于下層，原因是華南地區(qū)多雨，雨水淋洗會(huì)造成氫離子向下層遷移，可能導(dǎo)致其PH的降低。2010年與2009年相比，上下層酸度均有所增強(qiáng)。這是由于杉木林下灌草層物種增多，使得地表層凋落物儲(chǔ)量增多，而陽光輻射會(huì)通過改變微生物群落組成、細(xì)胞外發(fā)酵活動(dòng)和凋落物的性狀來影響凋落物的分解［21］，從而導(dǎo)致產(chǎn)生的酸性物質(zhì)增多，土壤PH降低，酸性進(jìn)一步增強(qiáng)。2011年與2010年相比，上下層酸度均有所降低，可能是由于折干殘?bào)w的數(shù)量降低，而新增加的凋落物數(shù)量有限，產(chǎn)生的酸性物質(zhì)比2010年有所下降造成的。

2008—2009年，上層土壤有機(jī)質(zhì)含量有所增加，而下層則有所下降，主要由于杉木林受災(zāi)后的恢復(fù)期內(nèi)，水、熱條件都有利于凋落物層和大量非凋落物的分解及有機(jī)質(zhì)的礦化作用，使得上層的有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為顯著增加［22］。2009—2010年，上下層土壤的有機(jī)質(zhì)含量都表現(xiàn)為下降，2011年又表現(xiàn)為增加，這是因?yàn)榱窒鹿嗖輰游锓N增多，對(duì)有機(jī)質(zhì)含量的需求增大，后來又形成了凋落物歸還土壤，造成有機(jī)質(zhì)含量先降后升。

2008—2009年，不同土層土壤全氮變化和有機(jī)質(zhì)含量變化的規(guī)律相似，因?yàn)閹缀跛械耐寥赖純?chǔ)存于有機(jī)質(zhì)中［23］，這與 Xue et a1.［24］的研究結(jié)果相同。2009年上層土壤的堿解氮含量為2008年的2.1倍。這是因?yàn)檠?zāi)后林冠減少增強(qiáng)了光照，林冠殘?bào)w有利于儲(chǔ)存水分，改善了土壤的水、熱條件，有利于土壤微生物的活動(dòng)，提高了土壤和凋落物層中有機(jī)質(zhì)的礦化能力，使得表層土壤的堿解氮含量顯著升高。另外，由于雨水的作用，氮由表層向下層遷移，導(dǎo)致下層堿解氮含量逐年增加。

2009年不同土層土壤全P和速效P含量均有所增加，說明凋落物釋放出的P對(duì)土壤P含量的增加有重要作用。另一方面，枯落葉尤其是因冰雪災(zāi)害凋落的鮮葉分解速度快于正常凋落葉，加快了P轉(zhuǎn)移到土壤的速度［25］，這也是冰雪災(zāi)害后導(dǎo)致土壤P有效性增加的原因。之后上、下層土壤的全P、速效P有所減少，這可能是由于2009年林下植物生長加速和微生物增加等消耗了大量的P所致。

全K、速效K含量均隨時(shí)間推移先降低后升高，可能是凋落物分解初期的鉀元素受淋溶流失的影響較強(qiáng)所致［26］。隨著時(shí)間推移，凋落物和土壤釋放的K與淋溶流失的鉀數(shù)量達(dá)到平衡，全K和速效K含量趨于穩(wěn)定。

2008—2010年，土壤上層的有機(jī)質(zhì)、N、P和K含量均高于下層。冰雪災(zāi)害后森林土壤的表層溫度增高，凋落物分解較快，有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分積累于土壤表層［27］，并在雨水淋溶時(shí)向土壤下層遷移的過程中不斷減少。另外表層土壤風(fēng)化強(qiáng)度大，釋放的速效養(yǎng)分較下層多。

4.2土壤酶活性的變化

土壤酶參與有機(jī)物質(zhì)的分解和腐殖質(zhì)的形成，它對(duì)土壤形成、土壤肥力狀況起著重要作用，其活性是表征土壤生物學(xué)特性的重要指標(biāo)之一，并隨土壤環(huán)境的改變而變化［28］。一般認(rèn)為，脲酶和磷酸酶的活性能夠表征土壤碳、氮、磷等養(yǎng)分的循環(huán)狀況［29］。脲酶是一種酰胺酶，能酶促酰胺態(tài)有機(jī)氮化物水解轉(zhuǎn)化為植物可以直接吸收利用的無機(jī)氮化物［30］，在一定程度上反映了土壤的供氮能力［31］。磷酸酶可加速土壤有機(jī)磷的分解速度，提高土壤磷素的有效性［32-33］。因此，磷酸酶活性的高低直接影響著土壤有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化［34］，是土壤磷素生物轉(zhuǎn)化方向的重要指標(biāo)。過氧化氫酶的活性和土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化有關(guān)，有利于土壤肥力的提高。本研究中，杉木林地上下層土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性均為先降后升，最后恢復(fù)到冰雪災(zāi)害初期的水平甚至更高，表明其有機(jī)N的分解活躍，供P能力強(qiáng)，碳素循環(huán)快和土壤腐殖質(zhì)合成能力較高。土壤酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量和微生物數(shù)量密切相關(guān)，微生物數(shù)量減少造成了脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性下降［35］。林冠折損引起了林木光合作用下降，供給根系的有機(jī)物質(zhì)減少，影響了其生長發(fā)育，同時(shí)林地光照增強(qiáng)，溫度變化劇烈，不利于微生物的生存，造成2009年3種酶活性下降。此后酶活性趨于提高，可能與林冠逐漸郁閉、植物恢復(fù)生長加快而增加了根系分泌物及微生物的日趨活躍有關(guān)。由于土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的變化滯后于土壤酶，其含量2010年才開始增加，此后將不斷改善土壤肥力。

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（責(zé)任編輯趙粉俠）

ImPact of Ice-Snow Damage on Soi1 Nutrient and Enzyme in a Cunninghamia lanceolata Wood1and in Northern Guangdong Province，China

Li Jie，Zhou Tongtong，Hou Xiao1i，Xue Li

（Co11ege of Forestry and LandscaPe Architecture，South China Agricu1tura1 University，Guangzhou Guangdong 510642，China）

A severe ice storm damaged forests across northern area of Guangdong Province from January to February 2008，and resu1ted in extensive and severe damage of Cunninghamia lanceolata forests.This PaPer studied effect of ice-snow damage on soi1 characteristics in a C.lanceolata stand in the north of Guangdong Province，to Provide a scientific basis for recovery of C.lanceolata stands suffering from ice storm damage.From 2008 to 2011，the contents of organic matter，tota1 N and a1kahi-hydro1yzab1e N of the uPPer soi1 1ayer and avai1ab1e P of the uPPer and 1ower soi1 1ayers increased fo11owed by a decrease and then increased，whereas content of tota1 P of the two soi1 1ayers increased and then decreased.The contents of organic matter，tota1 N of 1ower soi1 1ayer and tota1 K and avai1ab1e K of the two soi1 1ayers decreased fo11owed by an increase，and a1kahi-hydro1yzab1e N of 1ower soi1 1ayer continuous1y increased.Activities of urease and cata1ase decreased，and then increased in uPPer and 1ower soi1 1ayers.PhosPhatase activity decreased fo11owed by an increase and then s1ight1y changed in the uPPer and 1ower soi1 1ayers.Our resu1ts suggest that ice storm can 1ead to significant changes in soi1 nutrient and enzyme activity.

ice-snow damage，Cunninghamia lanceolata，soi1 nutrient，enzyme activity

S714.5

A

2095-1914（2016）04-0036-06

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.04.006

2015-12-30

中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范項(xiàng)目（2015-GDTK-07）資助。
第1作者：李潔（1992—），女，碩士生。研究方向：風(fēng)景園林和植物生理。Emai1：houis_56028923@qq.com。

薛立 （1958—），男，博士，教授。研究方向：森林培育和生態(tài)學(xué)。Emai1：forxue@scau.edu.cn。