季琳琳，陳素傳，吳志輝，常 君，陶汝鵬

（1.安徽省林業(yè)科學研究院，安徽 合肥 230031；2.寧國市林業(yè)局，安徽 寧國 242300；3.中國林業(yè)科學研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江 杭州 311400）

山核桃（Carya cathayensis） 屬胡桃科（Juglandaceae）山核桃屬（Carya）植物，主要栽培范圍集中在天目山山脈、黃山余脈，主產(chǎn)區(qū)在浙江的西部、安徽的南部等[1-4]。山核桃仁中含有不飽和脂肪酸等物質(zhì)，具有降低膽固醇、疏通血管及健腦等作用，目前市場暢銷的手剝山核桃及山核桃仁制品很受百姓青睞。山核桃含油率較高，其不飽和脂肪酸含量超過油茶4 倍，可作為高檔的食用油開發(fā)。山核桃作為我國重要的干果和木本油料樹種，具有較高的經(jīng)濟價值和生態(tài)價值[5-15]。隨著人們生活水平的提高，山核桃市場進一步擴大，農(nóng)戶的種植熱情高漲，集約化經(jīng)營強度也越高；原有的山核桃復層林轉(zhuǎn)變?yōu)閱螌恿郑^度施用化肥除草劑和農(nóng)藥，林下灌木、雜草消失殆盡，從而使土壤裸露，水土流失嚴重，林地土壤受到中度至劇烈侵蝕，山核桃產(chǎn)區(qū)生態(tài)環(huán)境問題日益嚴重，進而影響果實的產(chǎn)量和品質(zhì)，影響了產(chǎn)區(qū)山核桃產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展[16]。

林下生草有較好的保水效果，不僅可以降低除草成本，而且用作綠肥還可以提高土壤有機質(zhì)，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分，增加土壤肥力，進一步改善土壤退化等問題，是一種兼具經(jīng)濟和生態(tài)價值的林地土壤管理模式[17-18]。已有研究表明，生草可改善土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤侵蝕，甜柿果園人工生草與自然生草相比，可以增加土壤過氧化氫酶、土壤脲酶、土壤蔗糖酶和土壤磷酸酶的活性。土壤酶是監(jiān)測土壤質(zhì)量的較好指標，能準確地檢測生境的變化，并直接參與土壤C、N 的遷移轉(zhuǎn)化，可以作為土壤肥力的評價指標[19-21]。為了研究不同生草處理對山核桃林地土壤養(yǎng)分及土壤酶活性的影響，采用人工生草和自然生草的方法，對比分析了林地土壤養(yǎng)分及土壤酶活性，以期為山核桃生態(tài)栽培管理中林下生草模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

研究區(qū)為寧國市，位于安徽東南部，屬皖南山地丘陵區(qū)，介于東徑118°36′～119°24′，北緯30°16′～30°47′之間。屬北亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，年平均氣溫15.4 ℃，年均日照時數(shù)1 889 h 以上，年均降雨量1 590 mm，無霜期226 d，pH 值5.5 ～6.5，地帶性土壤為紅壤。試驗區(qū)位于寧國市萬家鎮(zhèn)桐子塢基地，東經(jīng)119°4′55″，北緯30°21″33″，海拔320 m。

1.2 樣地選擇

選擇典型生態(tài)退化山核桃林地，2016年起在山核桃林下設(shè)置油菜（Brassica napusL.）、綿棗兒（Scilla scilloides）、 野豌豆（Vicia sepiumLinn）3 種不同生草處理，均為撒播，清耕區(qū)為對照，清耕區(qū)林內(nèi)有部分禾本科雜草，2020年8月14日在已連續(xù)4年人工生草的典型樣地取樣，每樣地面積1 hm2。采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，采集樣地面積為20 m×10 m，每個處理3個重復，各處理水肥等管理措施基本一致。種植方式為人工撒播，撒種量為30 kg·hm-2。

1.3 土樣采集

采集土樣時，先將土壤表面枯枝落葉等清除，在小區(qū)內(nèi)采用S 形隨機選擇5個取樣點，分0 ～10、10 ～20、20 ～40 cm 土層獨立采樣，取500 g，用自封袋密封，土樣自然風干后，過2 mm 和0.15 mm篩用于土壤酶及土壤養(yǎng)分元素含量的測定。

1.3 土樣分析

2020年8月14日采用環(huán)刀取樣。土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定；土壤中性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定；土壤pH 值含量采用玻璃電極法測定；土壤全氮含量采用硫酸-加速劑消解，凱氏法測定；土壤全磷含量采用NaOH 堿熔，鉬銻抗分光光度法測定；土壤全鉀含量采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法測定；土壤水解性氮含量采用堿解擴散法測定；土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉溶液浸提，鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定；有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定[22-25]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

相關(guān)數(shù)據(jù)使用Excel 2007、dps、spss16.0 處理軟件進行方差分析、相關(guān)性分析等計算各土層酶和養(yǎng)分情況[26-27]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生草區(qū)的土壤酶活性

土壤酶主要通過土壤動物、植物和土壤微生物的分泌或殘體等途徑獲取，不同生草區(qū)處理對土壤酶活性的影響見表1。由表1 可知，山核桃林下不同生草處理后，0 ～10 cm 土壤脲酶活性高于10 ～20 和20 ～40 cm 土層。其中0 ～10 cm土壤中，油菜土壤脲酶活性顯著高于清耕，10 ～20 cm 土壤中，油菜、綿棗兒土壤脲酶活性顯著高于清耕，20 ～40 cm 土壤中，油菜土壤脲酶活性極顯著高于綿棗兒和清耕。

表1 山核桃樣地情況Table 1 General situation of pecan plots

不同生草區(qū)處理對中性磷酸酶活性的影響見表1。由表1 可知，0 ～10 cm 土壤中，油菜土壤中性磷酸酶活性極顯著高于清耕，10 ～20 cm 土壤中，綿棗兒土壤中性磷酸酶活性顯著高于清耕，20 ～40 cm 土壤中，綿棗兒土壤中性磷酸酶活性顯著高于野豌豆和清耕。

不同生草區(qū)處理對過氧化氫酶活性的影響見表1。由表1 可知，0 ～10 cm 土壤中，野豌豆土壤過氧化氫酶活性高于其他3 種模式，但差異不顯著；10 ～20 cm 土壤中，清耕和野豌豆土壤過氧化氫酶活性顯著高于綿棗兒；20 ～40 cm 土壤中，油菜土壤過氧化氫酶活性顯著高于野豌豆和清耕。

2.2 不同生草處理對土壤不同層次pH 值和養(yǎng)分含量的影響

pH 值表示土壤的酸堿度，酸堿度影響酶及養(yǎng)分的活性進而影響植物的生長，土壤養(yǎng)分及有機質(zhì)影響土壤的酶活性、微生物含量，是土壤肥力的重要指標。不同生草區(qū)處理對土壤不同層次pH值和養(yǎng)分含量的影響見表2。由表2 可知，山核桃林下不同生草處理后，隨著土層厚度的增加，pH值整體上呈增高的趨勢。山核桃林下各土層養(yǎng)分含量，隨著土層厚度增加變化規(guī)律基本一致，不同生草處理下土壤養(yǎng)分元素在0 ～10 cm 土層含量最高，隨著土層厚度的增加養(yǎng)分元素逐漸減低。

表2 不同生草處理對土壤酶活性的影響?Table 2 Effects of different grasses on soil enzymes mg·g-1·h-1

0 ～10 cm 土層中，油菜土壤有機質(zhì)極顯著高于綿棗兒、野豌豆、清耕，其中清耕含量最低，油菜土壤中有機質(zhì)高于綿棗兒、野豌豆、清耕，分別為49.82%、69.84%、90.74%；10 ～20 和20 ～40 cm 土層中有機質(zhì)含量，油菜＞綿棗兒＞野豌豆＞清耕，但差異不顯著。全N、全P、全K 的含量基本上隨著土層厚度增加而降低，0 ～10 cm土層中，油菜全N 含量顯著高于清耕，10 ～20和20 ～40 cm 土層中全N 各生草處理下差異不顯著；各土層油菜土壤中全P 含量極顯著高于清耕，綿棗兒、野豌豆、清耕土壤中全P 含量差異不顯著，0 ～10 cm 土層中，油菜土壤中全P 含量較清耕高69.59%。0 ～10 cm 土層中，油菜全K 含量顯著高于綿棗兒；10 ～20 和20 ～40 cm 土層中油菜處理土壤全K 含量最高，但差異不顯著。0 ～10 cm 土層中，油菜堿解氮含量極顯著高于清耕，較清耕高78.08%，10 ～20 cm 土層中綿棗兒土壤堿解氮含量最高，20 ～40 cm 土層中油菜土壤堿解氮含量最高，分別高于清耕59.74%、59.02%，但差異不顯著；各土層中野豌豆處理下土壤有效磷含量最高，但差異不顯著；0 ～10 和10 ～20 cm土層中，綿棗兒土壤速效鉀含量最高，20 ～40 cm土層中野豌豆土壤速效鉀含量最高，但不同生草處理下差異不顯著。

2.3 不同生草處理下土壤養(yǎng)分元素與酶活性的相關(guān)性

土壤養(yǎng)分元素與酶活性相互影響，各因子之間也存在相互影響的機理。山核桃不同生草處理下土壤養(yǎng)分元素與酶活性的相關(guān)性見表3，由表3 可知，過氧化氫酶與脲酶呈極顯著性正相關(guān)，有機質(zhì)與脲酶、中性磷酸酶及過氧化氫酶呈極顯著正相關(guān)；全N 含量與脲酶、中性磷酸酶、過氧化氫酶及有機質(zhì)呈極顯著正相關(guān)；全P 與中性磷酸酶、有機質(zhì)、全P 呈極顯著正相關(guān)；全K 與中性磷酸酶和全P 呈極顯著正相關(guān)，與脲酶、過氧化氫酶呈負相關(guān)，但相關(guān)性不顯著；堿解氮與中性磷酸酶、有機質(zhì)、全N 和全P 呈極顯著正相關(guān)；有效磷與脲酶、過氧化氫酶、全N、堿解氮呈極顯著正相關(guān)，與中性磷酸酶呈顯著性正相關(guān)，與全K 呈負相關(guān)，但不顯著。

表3 不同生草處理對土壤不同層次pH 值和養(yǎng)分含量的影響Table 3 Effects of different grassed on soil pH and nutrient characteristics in different soil layers

3 結(jié) 論

本試驗研究了山核桃林下不同生草處理土壤養(yǎng)分及土壤酶活性，試驗結(jié)果表明，人工生草相較于清耕，可以提高土壤養(yǎng)分、有機質(zhì)含量及土壤酶活性。土壤酶主要來源于動植物腐解、植物根系分泌及土壤微生物的活動，在土壤物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用，其活性可表征土壤生物學功能，可作為評價土壤質(zhì)量的有效性指標。脲酶促進肽鍵的水解，將酰胺態(tài)有機氮化物轉(zhuǎn)化為無機氮化物，供植物直接吸收利用，脲酶活性決定土壤供氮水平。本研究中，不同人工生草植株腐解后，土壤表層具備了營養(yǎng)源，加之表土層具有良好的水熱和通氣條件，為脲酶提供了酶促底物，林下土壤有機質(zhì)增加，整體上，人工生草脲酶活性高于清耕，其中油菜不同土層脲酶活性顯著高于清耕。土壤脲酶隨著土層的增加脲酶活性降低，在人工生草中，深層土壤中油菜的土壤脲酶活性顯著高于綿棗兒。隨著土壤深度的增加，土壤溫度及水分減少，降低了土壤生物的代謝能力，土壤生物量及有機質(zhì)含量下降。司鵬等[28]研究也表明清耕和生草管理措施下沙地葡萄園土壤脲酶0 ～20 cm 土層最高，隨著土層深度的增加而逐漸降低。磷酸酶參與有機磷化合物的水解過程，表現(xiàn)較為活躍，土壤磷的循環(huán)過程中將有機磷轉(zhuǎn)化為無機磷，從而提高磷的利用率[29]。本試驗研究表明，油菜、綿棗兒土壤中中性磷酸酶活性顯著高于清耕，2 種生草模式下磷的利用率高。過氧化氫酶是土壤氧化還原酶，參與土壤中各種化合物的氧化，促進土壤有機質(zhì)和腐殖質(zhì)的形成，消除或減輕過氧化氫對土壤的毒害。山核桃林下不同生草處理后0 ～10 cm 土壤過氧化氫酶活性最高，隨著土層加深氧化氫酶活性降低，在淺土層野豌豆土壤過氧化氫酶活性高于其他3 種模式，說明野豌豆處理下過氧化氫酶活性較大，有機質(zhì)轉(zhuǎn)化速率較高。不同土壤深度、不同生草對土壤過氧化氫酶活性影響有差異。山核桃林下生草處理對土壤形成了影響，林下溫度、濕度及水肥情況都發(fā)生了改變，引起酶的變化，為山核桃生態(tài)栽培提供理論依據(jù)。

表4 不同生草處理下土壤養(yǎng)分元素與酶活性的相關(guān)性分析?Table 4 Correlation between soil nutrients and soil enzyme activities

土壤有機質(zhì)的多少及質(zhì)量的高低直接影響土壤理化性質(zhì)及養(yǎng)分等指標，是各種養(yǎng)分元素的主要來源，是土壤肥力高低的重要指標[30]。刁芬蘭等[31]研究發(fā)現(xiàn)隨著生草時間的加長，可顯著提高土壤的養(yǎng)分含量，全N、全P、全K、堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量增加。本研究山核桃生草區(qū)，不同土層油菜、綿棗兒、野豌豆土壤有機質(zhì)、全N、全P、全K、堿解氮均高于清耕區(qū)，并隨著土層厚度增加而降低，各土層中野豌豆處理下土壤有效磷含量最高，綿棗兒淺土層土壤速效鉀含量最高，研究結(jié)果表明，生草對土壤養(yǎng)分含量的提高均有很大作用，這與前人的大部分研究結(jié)果一致。

土壤酶、土壤養(yǎng)分以及彼此之間的相關(guān)性能夠很好地表征土壤的肥力水平，趙睿宇等研究表明，土壤脲酶活性和土壤各養(yǎng)分元素呈現(xiàn)極顯著或顯著相關(guān)關(guān)系，土壤脲酶與土壤全氮、有效磷含量之間相關(guān)性差異極顯著，土壤中有機質(zhì)、全氮、全磷含量直接或間接地影響著土壤脲酶、土壤酸性磷酸酶的生活活性[32-35]。本研究中，有效磷與脲酶、過氧化氫酶、中性磷酸酶呈極顯著或顯著正相關(guān)關(guān)系，有機質(zhì)與脲酶、中性磷酸酶及過氧化氫酶呈極顯著正相關(guān)，全N、全P、全K 與中性磷酸酶呈極顯著或顯著正相關(guān)關(guān)系。

4 討 論

山核桃林下生草對土壤養(yǎng)分及土壤酶活性有明顯的影響，各因素及因素之間的相關(guān)性很好地表征土壤的肥力，不同生草處理對山核桃林地土壤養(yǎng)分及土壤酶活性影響較大，選擇適宜的生草種類可以提高土壤養(yǎng)分及土壤酶活性，生產(chǎn)中優(yōu)先推薦油菜。本研究的局限性在于沒有在幼林時設(shè)置生草處理，且只研究生草后短期5年對土壤的影響，而生草對土壤養(yǎng)分及土壤酶活性的影響實際上是一個長期的過程，下一步將研究幼林下不同生草處理對土壤的影響，不同草種混播處理對林下土壤及山核桃品質(zhì)的影響及長期生草對林木及土壤的影響等。