方航空

(陜西省淳化縣林業(yè)局,陜西 淳化 711200)

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黃土高原主要人工林土壤養(yǎng)分與酶活性的研究

方航空

(陜西省淳化縣林業(yè)局,陜西 淳化 711200)

本文以荒地為對照，對黃土高原沙棘、刺槐和油松三種人工林0～80 cm土壤養(yǎng)分與酶活性進行了研究。結果表明：沙棘、刺槐和油松人工林土壤有機質含量8.1～11.9 g·kg-1，全氮含量0.53～0.82 g·kg-1，全磷含量1.34～1.75 g·kg-1，含速效鉀85.5～175.5 ug·g-1，堿解氮32.9～66.4 ug·g-1，速效磷3.08～5.14 ug·g-1。與荒地相比三種人工林林地有機質和土壤養(yǎng)分明顯增加。土壤表層(0～20 cm)與下層養(yǎng)分含量差異顯著，表層以下差異不顯著；人工林地表層土壤土壤養(yǎng)分含量相對較高，向下逐漸降低。土壤中過氧化氫酶、轉換酶、脲酶和酶活性總體水平表現(xiàn)為刺槐林>沙棘林>荒地>油松林；土壤酶活性與土壤肥力有較好的相關性。

黃土高原;林種;土壤養(yǎng)分;酶活性

土壤養(yǎng)分、微生物和酶是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。其中土壤養(yǎng)分含量對林木生長發(fā)育具有重要的影響[1]。土壤酶參與土壤許多重要的生物化學過程和物質循環(huán)，其活性可反映土壤生物代謝作用強度。有關土壤養(yǎng)分與酶的研究受到廣泛重視。黃土高原是我國沙塵暴的塵源地之一，受惠于國家政策，現(xiàn)已建成不同規(guī)模的人工林，這對改善生態(tài)環(huán)境和減少風沙災害起到了關鍵作用。因此，研究其土壤養(yǎng)分與酶活性顯得尤為重要和迫切。

近年來有關黃土區(qū)森林土壤理化性質方面已有報道。楊東等[2]研究表明，土壤有機質、全氮、速效氮、速效磷和速效鉀含量,隨著剖面深度增加呈有規(guī)律的遞減變化。董莉麗[3]認為檸條刺槐混交林表層土壤轉化酶、堿性磷酸酶活性較檸條純林有顯著提高。這為后續(xù)研究提高了較好地借鑒和參考。位于陜西渭北黃土高原的淳化縣黃花山，已形成一定規(guī)模的人工林，主要為沙棘、刺槐和油松。針對該區(qū)的人工林土壤養(yǎng)分與酶活性的相關研究鮮見報道。為此，本文分析沙棘、刺槐和油松林土壤養(yǎng)分和酶的狀況以及它們的關系，并與荒地進行對比，以期為黃土區(qū)合理營造人工林，提高土壤肥力，實現(xiàn)樹木優(yōu)質、速生、豐產提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省淳化縣，屬渭北黃土高原溝壑區(qū)南緣，子午嶺山系余脈，地理坐標介于東徑108°18′～108°50′，北緯34°43′～35°03′之間。境內東西長46.5 km，南北寬約30 km，總土地面積983.81 km2。淳化縣地勢向南傾斜，地貌以塬、梁、溝、峁為主，塬面大而山地少，溝谷多而水流少。全縣最高海拔1 808 m，最低海拔600 m，高差1 208 m。由于遭受長期風化和雨水的侵蝕，全縣形成了六條大溝，1 km以上支毛溝多達234條，溝壑密度高達2.7 km·km-2，年土地侵蝕模數(shù)4 500 t·km-2，是黃河中上游水土流失重點縣。

淳化縣屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，由于全縣境內地貌類型多樣，地形破碎復雜，氣候有明顯的地域差異。四季冷暖干濕分明，冬季氣候寒冷干燥少雨，春季溫度回升，降水增多，日較差大易出現(xiàn)寒潮霜凍、大風，夏季雨量大而集中并多雷陣雨且伴有大風、冰雹，初秋多連陰雨，晚秋天氣較為清朗，南北部山區(qū)有小氣候特征。全縣年平均氣溫9.8℃；年平均降水量600.6 mm，80%的保證率降水量為406.2 mm；年太陽總輻射量多年平均為504.51 kJ·km-2·a-1，年日照時數(shù)2 372.7 h。對農林業(yè)生產影響最大的災害性天氣主要是旱災，其次有冰雹、大風和春季寒潮。土壤屬暖溫帶半濕潤落葉闊葉林黑壚土、褐色土地帶。

人工林林下主要植物為酸棗、懸鉤子、莎草、早熟禾、蒿類、委陵菜等。

1.2 樣地設置和土樣采集

在試驗區(qū)內選擇10 a生沙棘林刺槐和油松人工純林各3塊， 在附近選相同土壤類型的無林荒地作為對照。

每個樣地按S型布設5個樣點，每個樣點用土鉆分別取0～20、20～40、40～60、60～80 cm層土壤樣品，將每層采集的5個樣點土壤樣品混合均勻，按四分法分3袋裝，帶回實驗室，自然風干。風干后，磨碎過1 mm篩,備用。

1.3 測定項目與方法

土壤養(yǎng)分含量分析采用常規(guī)土壤化學分析法[4]。有機物采用重鉻酸鉀外加熱氧化法，全氮采用凱氏蒸餾法，全磷采用NaOH燒融鉬銻抗比色法，速效鉀采用NH4Ac浸提火焰光度法，堿解氮采用康維皿法，速效磷采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法。

土壤過氧化氫酶采用滴定法，轉化酶-滴定法，脲酶采用比色法測定，每個指標測定重復5次。

2 結果與分析

2.1 三種人工林土壤有機質和養(yǎng)分特征

土壤有機質含量是土壤質量的重要指標之一。從表1可以看出，不同人工林的土壤有機質和養(yǎng)分含量有一定的差異。刺槐林的有機質、全氮、速效鉀和堿解氮含量分別為11.9 g·kg-1,0.82 g·kg-1,175.5 ug·g-1和3.6 ug·g-1，均高于沙棘林和油松林；油松林土壤全磷含量1.75 g·kg-1,高于沙棘和刺槐林；刺槐林土壤的堿解氮含量為66.4 ug·g-1,高于沙棘和油松。土壤全氮和速效磷含量表現(xiàn)出相同的變化趨勢，為油松林>刺槐林>沙棘林>荒地；而速效鉀和速效磷均為刺槐純林含量最高。另外，三種人工林土壤有機質、全氮、全磷、堿解氮和速效氮含量都大于荒坡，只有沙棘林地的速效鉀含量85.5 ug·g-1，略低于荒坡。刺槐純林土壤有機質平均值最大(11.9 g·kg-1)，沙棘和油松次之，荒地最低(5.1 g·kg-1)。可見相對于緩坡而言，人工林種能顯著地提高土壤的有機質含量，并能改善土壤的養(yǎng)分狀況。

從土壤垂直分布來看，三種人工林的不同層次土壤養(yǎng)分也有一定的差異，剖面中土壤有機質和養(yǎng)分含量具有層次性，表層(0～20 cm)土壤養(yǎng)分含量相對較高，向下逐漸降低。經顯著性檢驗，0～20 cm的表層土壤與下層養(yǎng)分含量差異顯著，而20～40、40～ 60、60～ 80 cm間養(yǎng)分含量差異不顯著。表層土壤有機質含量和土壤養(yǎng)分均大于下層土壤。沙棘林和刺槐林的表層土壤有機質含量分別為12.5 g·kg-1和18.7 g·kg-1，高于油松林。表層土壤的全氮量的變化范圍0.96～1.16 g·kg-1,全氮量的變化范圍1.33～1.70 g·kg-1三種人工林分差異不大；刺槐林的速效鉀、堿解氮和速效磷含量稍高于沙棘林和油松林。

表1 三種人工林土壤養(yǎng)分狀況

注:不同林種及荒地的同列不同小寫字母表示差異顯著(\%P\%<0.05),下同。

2.2 三種人工林土壤酶含量比較

由表2可以看出，三種人工林土壤中過氧化氫酶、轉換酶、脲酶和酶活性總體水平差異顯著。油松林土壤中過氧化氫酶活性為0.53 ml·g-1，顯著高于刺槐林和沙棘林(\%P\%<0.05)；刺槐林的轉換酶和脲酶活性分別為3.03 ml·g-1和7.53 ug·g-1，均顯著高于沙棘林和刺槐林(\%P\%<0.05)，其活性水平和荒坡相當。從土壤酶活性總體水平來看，刺槐林>沙棘林>油松林；油松林的土壤酶活性總體低于荒坡。

表2 不同林種土壤酶活性的變化

2.3 人工林土壤酶活性與土壤肥力因素的相關性分析

由表3來看，土壤中過氧化氫酶、轉換酶和脲酶活性與土壤有機質、全氮、全磷、速效氮、速效磷及速效鉀含量之間具有較高的相關性。除堿解氮速效鉀分別與過氧化氫酶正相關不顯著外,土壤有機質全N、速解N、速效K分別與脲酶、轉化酶和過氧化酯都呈極顯著或顯著正相關；除全P與過氧化酶活性呈顯著負相關，速效P與轉化酶活性呈顯著正相關外，全P、速效P與這三種酶的活性的相關性都不強，表明有機質、全N、速效N、全K對土壤酶活性有促進作用，且相對大于全P和速效P的作用。

表3 土壤酶活性與土壤肥力因素的相關系數(shù)

注：*\%p<0.05, **p\%<0.01。

3 結論與討論

沙棘、刺槐和油松人工林土壤有機質平均含量8.1～11.9 g·kg-1，全氮含量0.53～0.82 g·kg-1，全磷含量1.34～1.75 g·kg-1，含速效鉀85.5～175.5 ug·g-1，堿解氮32.9～66.4 ug·g-1，速效磷3.08～5.14 ug·g-1。它們分別都高于荒地。人工林地土壤養(yǎng)分在垂直方向上有著明顯的層次性，表層土壤土壤養(yǎng)分含量相對較高，向下逐漸降低。刺槐林表層土壤的有機質含量18.7 g·kg-1，全氮含量1.16 g·kg-1，速效鉀293.0 ug·g-1，速效磷6.9 ug·g-1，高于沙棘林和油松林；而油松林全磷含量1.7 g·kg-1，堿解氮61.5 ug·g-1，高于沙棘林和刺槐林；沙棘林地的有機質含量較低，林地養(yǎng)分較差。

人工林土壤酶活性總體水平表現(xiàn)為刺槐林>沙棘林>油松林。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是刺槐、沙棘為闊葉林，林下枯落物利于土壤熟化和肥力提高，有利于微生物的活動與繁殖，從而導致酶活性的提高，而油松人工林，其落葉難分解，表現(xiàn)為酶活低于荒地[7-8]。

研究發(fā)現(xiàn)土壤酶活性與土壤有機質、全氮、速效氮及速效鉀含量之間存在較好的正相關關系，表現(xiàn)出較好地協(xié)調效應,而全P和速效P與土壤酶活性關系較復雜。這表明測定土壤酶活性，可以一定程度間接了解或預測某些營養(yǎng)物質的轉化情況以及土壤肥力狀況，因此，選用與土壤肥力因素有關的土壤酶活性可作為評價土壤肥力的輔助指標。

[1] 葉存旺,翟巧絨,郭梓娟,等. 沙棘-側柏混交林土壤養(yǎng)分、微生物與酶活性的研究[J]. 西北林學院學報,2007,22(5):1-6.

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Soil Nutrients and Enzyme Activities of Major Plantations on Loess Plateau

FANG Hang-kong

(ForestryBureauofChunhuaCounty,Xianyang,Shaanxi711200)

This paper aimed at probing soil nutrient and enzyme activities in 0-80cm soil of \%Hippophae rhamnoides, Robinia pseudoacacia \%and \%Pinus tabulaeformis\% plantations in loess plateau, with barren land as the CK. The results showed that: (i) compared with CK, organic matter, total nitrogen content, content of total phosphorus, available potassium content, alkali-hydrolyzable nitrogen, available phosphorus content of Hippophae rhamnoides, Robinia pseudoacacia and Pinus tabulaeformis plantations were 8.1～11.9 g/kg, 0.53～0.82 g/kg, 1.34～1.75 g/kg, 32.9～66.4ug/g, 3.08～5.14ug/g, respectively. Nutrients between surface layer (0-20 cm) and underneath soil layers were significantly different. Nutrients in at surface soil had high content of nutrients, decreasing with the depth; (ii) catalase, transferase, urease and enzyme activities in three plantations performed as the order Robinia pseudoacacia>Hippophae rhamnoides >Pinus tabulaeformis; (iii) enzyme activities were correlated with soil fertility.

Loess Plateau;afforestaion species;soil nutrients; enzyme activities

2016-05-18

陜西省科學院科技計劃項目(2015K-26)

方航空(1981-), 男,陜西周至人, 助理工程師,主要從事林業(yè)及園林工作。E-mail:fanghk@163.com

S728.08

A

1001-2117(2016)05-0007-04