連栽馬尾松林根際與非根際土壤養(yǎng)分及酶活性研究

何佩云，諶紅輝

（1. 貴州師范大學生命科學學院，貴州 貴陽 550001；2. 中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)實驗中心，廣西 憑祥 532600）

連栽馬尾松林根際與非根際土壤養(yǎng)分及酶活性研究

何佩云1，諶紅輝2

（1. 貴州師范大學生命科學學院，貴州 貴陽 550001；2. 中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)實驗中心，廣西 憑祥 532600）

通過配對樣地法，對連栽馬尾松林根際與非根際土壤養(yǎng)分及酶活性的差異性進行分析。結(jié)果表明：根際與非根際土壤全N、全K、全Ca和全Mg含量2代低于1代，而有機質(zhì)、堿解N、速效P、全P和速效K含量2代卻高于1代，且有機質(zhì)、堿解N和速效P含量在1、2代之間的差異均達顯著或極顯著水平；連栽后根際土壤全Al、全Cu和全Zn含量2代高于1代，而全Fe和全Mn含量2代卻低于1代，且全Mn含量在1、2代之間的差異達顯著水平；非根際土壤除全Cu含量2代高于1代外，其余全Fe、全A l、全Zn、全Mn含量2代均低于1代，且差異均達顯著或極顯著水平；根際與非根際土壤脲酶、蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶活性2代均高于1代，且脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性在1、2代之間的差異均達顯著或極顯著水平。

馬尾松；連栽；土壤養(yǎng)分；酶活性；根際土壤

隨著世界范圍內(nèi)人工林面積的不斷擴大，同時由于人類不合理的經(jīng)營，致使世界范圍內(nèi)人工林地力衰退現(xiàn)象十分嚴重，我國主要造林樹種杉木、落葉松、桉樹等存在著較明顯的地力衰退[1～3]。馬尾松是我國松屬樹種中分布最廣的鄉(xiāng)土工業(yè)用材樹種（21° 41′ N～33° 56′，102° 10′～123° 14′ E），廣泛分布于全國17個?。▍^(qū)），它具有適生能力強、速生、豐產(chǎn)、用途廣泛等優(yōu)點，而成為南方最主要用材樹種之一[4]，因此，一些學者紛紛開展了這方面的研究[5～7]。但馬尾松能否連栽以及連栽后林地土壤肥力、生產(chǎn)力是否下降等已成為學術(shù)和生產(chǎn)上十分關(guān)注的熱點研究內(nèi)容和問題。林木根際是林木和土壤進行物質(zhì)、能量交換的場所，也是生化活性最強的區(qū)域，林木根系通過分泌各類有機物質(zhì)和對元素的不平衡吸收來影響土壤性質(zhì)，而這種影響首先會以根際土壤性質(zhì)的變化反映出來[8～9]。近年來，根際微生態(tài)系統(tǒng)的土壤環(huán)境引起了人們的廣泛關(guān)注，但有關(guān)馬尾松連栽對林地根際、非根際土壤性質(zhì)動態(tài)變化的研究報導甚少，從根際與非根際土壤生物活性角度揭示連栽馬尾松林土壤性質(zhì)變化趨勢的研究僅見少數(shù)報道[10]。因此針對這些問題，本研究通過選擇不同栽植代數(shù)（1、2代）的馬尾松林作為研究對象，對連栽馬尾松林根際、非根際土壤養(yǎng)分及酶活性的差異性進行比較研究，以揭示連栽馬尾松人工林地力變化的內(nèi)在機制。

1 研究地區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西憑祥市熱帶林業(yè)實驗中心伏波實驗場、廣西壯族自治區(qū)忻城縣歐洞林場。伏波實驗場地處106° 43′ E，22° 06′ N，海拔500 m，低山，屬南亞熱帶季風氣候區(qū)，年平均氣溫19.9℃，年降水量1 400 mm。造林地母巖為花崗巖，土層厚在1 m以上，腐殖質(zhì)厚度在10 cm以上。歐洞林場地處108° 42′～108° 49′ E，24° 14′～24° 19′ N，位于忻城縣北端，屬丘陵地貌，海拔一般在300～700 m。地處南亞熱帶氣候區(qū)，年平均氣溫19.3℃，年均降水量1 445.2 mm，土壤主要是石英砂巖發(fā)育形成的紅壤，土層較薄。

2 研究方法

2.1 樣地設置

試驗通過配對樣地法，選擇不同栽植代數(shù)（1、2代）的馬尾松幼齡林作為研究對象，共選取3組配對樣地，分別用A1、A2、B1.、B2.、C1、C2表示，樣地基本概況見表1。

表1 試驗樣地概況Table 1 General conditions of sample plots

2.2 樣品采集和處理

在林相基本一致的林分內(nèi)，選擇代表性強、立地條件相似的1、2代馬尾松幼齡林標準樣地共3組，每塊標準樣地面積為20 m×30 m。在每塊標準地進行每木檢尺，找出平均木，分別選擇馬尾松標準木多株按多點混合采樣法采集根際與非根際土壤，供酶活性及土壤化學性質(zhì)的分析測定[11～12]。

2.3 土壤養(yǎng)分測定方法

土壤有機質(zhì)：重鉻酸鉀氧化—外加熱法；全N：凱氏法；堿解N：堿解—擴散法；全P：氫氧化鈉堿熔—鉬銻抗比色法；速效P：0.05 mol/L HCl—0.025 mol/L 1/2 H2SO4浸提法；全K：氫氧化鈉堿熔—火焰光度計法；速效K：乙酸浸提—火焰光度計法；土壤全Ca、Mg測定：Na2CO3熔融—原子吸收分光光度法；土壤全Fe測定：Na2CO3熔融—啰鄰啡啉比色法法；土壤全Cu、Zn、Mn測定：原子吸收分光光度法；土壤全Al測定：Na2CO3熔融—氟化鉀取代ETDA容量法[13～14]。

2.4 土壤酶活性測定方法

脲酶：苯酚—次氯酸鈉比色法，活性用24h 內(nèi)1g土中NH3-N量（mg/g）表示；蛋白酶：比色法，活性用24 h 內(nèi)1 g土中NH2-N量（mg/g）表示；過氧化氫酶活性用0.1 N KM nO4滴定法測定，用m L/g表示；多酚氧化酶活性用0.01N I2滴定法測定，用m L/g表示；磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測定，用mg/g表示[15]。

2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2003和SPSS13.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和one-way ANOVA分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同代數(shù)根際與非根際土壤大量養(yǎng)分的比較

林木在生長過程中，根系一方面從土壤中攝取養(yǎng)分和水分，同時也向土壤中分泌質(zhì)子、離子并釋放大量的有機物質(zhì)，這些有機物質(zhì)不僅為根際微生物提供豐富的碳源，而且極大地改變根際微區(qū)的物理和化學環(huán)境，進而對根際土壤養(yǎng)分產(chǎn)生重大影響[16]。

表2 不同連栽代數(shù)馬尾松根際與非根際土壤大量元素的比較Table 2 Comparison on the macro-elements content in rhizosphere and non-rhizosphere soil of different generations

連栽對馬尾松林根際與非根際土壤大量養(yǎng)分的影響見表2。從表2可看出，根際與非根際土壤全N、全K、全Ca和全Mg平均含量2代均低于1代，其中根際土壤全N、全K、全Ca和全Mg平均含量2代分別較1代下降47.80%、3.64%、52.41%和27.91%，非根際土壤全N、全K、全Ca和全Mg平均含量2代分別較1代下降38.51%、6.20%、33.14%和28.09%，且根際土壤全N含量在1、2代之間的差異達顯著水平。而根際與非根際土壤有機質(zhì)、堿解N、速效P、全P和速效K平均含量2代卻高于1代，其中根際土壤有機質(zhì)、堿解N、速效P、全P和速效K平均含量2代分別較1代上升23.92%、35.46%、35.80%、11.11%和48.43%，非根際土壤分別較1代上升22.16%、40.49%、31.44%、10.64%和41.30%，且根際與非根際土壤有機質(zhì)、堿解N和速效P含量在1、2代之間的差異達顯著或極顯著水平。

可見，馬尾松連栽能有效提高根際土壤有機質(zhì)含量和養(yǎng)分水平的能力，土壤肥力得到一定程度的改善，楊承棟等在研究時也曾得出類似結(jié)論[17]。但連栽后林地土壤全N、全K、全Ca和全M g含量在2代林分相對有所下降，這可能與1、2代林下植被種類、凋落物的數(shù)量及化學組成、根系分泌物的種類和數(shù)量、元素歸還速度以及土壤風化速度等因素有關(guān)，而這些因素又直接影響土壤養(yǎng)分的貯量及有效性等，因此，對連栽馬尾松林增施氮肥、鉀肥及鈣鎂肥對于提高林木生長、防治地力衰退是非常必要的。

3.2 不同代數(shù)根際與非根際土壤微量元素的比較

土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)中相對穩(wěn)定的組成要素，是微量元素的重要來源，也是微量元素遷移、轉(zhuǎn)化和積累的重要場所。土壤中微量元素的含量，既與母巖和成土母質(zhì)有密切的關(guān)系，又受到局部地形和生物地球化學循環(huán)的深刻影響。馬尾松生長發(fā)育所需的微量元素主要來自土壤，尤其是根際土壤，故根際土壤中微量元素的含量對馬尾松生長有重要影響。土壤中微量元素含量，主要與成土母質(zhì)有關(guān)，同時受成土過程的淋洗，風化及植物吸收富集、歸還等因素影響[18]。

連栽對根際土壤微量元素的影響見表4。從表4可看出，根際土壤全Al、全Cu和全Zn平均含量2代高于1代，其全A l、全Cu和全Zn平均含量2代分別較1代上升4.82%、3.18%和3.90 %，但各含量在1、2代之間的差異均未達顯著水平；而全Fe和全Mn平均含量2代卻低于1代，其全Fe和全Mn平均含量分別較1代下降2.26%和51.95%，且全Mn含量在1、2代之間的差異達顯著水平。對非根際土壤微量元素的影響，除全Cu平均含量2代高于1代外，其全Fe、全A l、全Zn和全Mn平均含量2代均低于1代，其全Fe、全Al、全Zn和全Mn平均含量2代分別較1代下降32.35%、29.04%、29.25%和57.59%，且各含量在1、2代之間的差異均達到顯著或極顯著水平。

表3 不同連栽代數(shù)馬毛松根際與非根際土壤微量元素的比較Table 3 Comparison on the microelement content in rhizosphere and non-rhizosphere soil of different generations

由此可見，馬尾松連栽后由于林下植被種類的不同、營養(yǎng)元素歸還速度的不同及林木的選擇吸收，除對土壤中的大量元素產(chǎn)生影響外，同時對土壤微量元素也產(chǎn)生明顯影響，相關(guān)研究表明林下植被類型不同會影響土壤中微量元素的富集。連栽后林地根際土壤Cu含量2代高于1代，而Fe、A l、Zn和Mn含量2代明顯低于1代，尤其是Mn含量隨栽植代數(shù)的增加，隨林分的生長發(fā)育趨于更加缺乏。這可能與連栽后1、2代林下的植被類型不同以及林木在生長發(fā)育過程對各微量元素的需求量不同等因素有關(guān)，同時由于某些元素在植物體內(nèi)的積累，使其吸收系數(shù)和歸還系數(shù)相差很大，從而導致某些元素供應不足。

3.3 不同代數(shù)根際與非根際土壤酶活性的比較

在土壤的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程中，土壤酶起著重要作用，在它們參與下不斷進行著土壤的生物呼吸、有機物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化過程，因此研究土壤酶的活性強度將有助于了解土壤肥力狀況和演變[19]。根際土壤中酶活性的變化主要有2方面的原因：一是林木根系能夠分泌酶類物質(zhì)進入土壤，二是土壤酶活性與微生物是分不開的，林木根系直接影響的土壤范圍是微生物特殊的生境，根際內(nèi)微生物數(shù)量總是比根際外要高得多，當微生物受到環(huán)境因素刺激時，便不斷向周圍介質(zhì)分泌酶，致使根際內(nèi)外酶活性存在很大的差異[16,20～21]。林木根際的大量沉積物及活躍的微生物活動，使得根際土壤酶活性處在一個特殊環(huán)境中[22]。

表4 連栽不同代數(shù)馬尾松根際與非根際土壤酶活性的比較Table 4 Comparison on the enzyme activities in rhizosphere and non-rhizosphere soil of different generations

馬尾松連栽對根際與非根際土壤酶活性的影響見表4。從表4可看出，連栽后，根際與非根際土壤脲酶、蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶活性2代均高于1代，其中根際土壤脲酶、蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶活性2代分別較1代上升109.27%、41.05%、46.46%、70.00%和9.30%，非根際土壤脲酶、蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶活性2代分別較1代上升119.70%、20.78%、63.10%、63.64 %和6.47%，且脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性在1、2代之間的差異均達顯著或極顯著水平。

4 小結(jié)與討論

（1）馬尾松連栽后，根際與非根際土壤全N、全K、全Ca和全Mg含量2代均低于1代，而有機質(zhì)、堿解N、速效P、全P和速效K平均含量2代卻高于1代，且根際與非根際土壤有機質(zhì)、堿解N和速效P含量以及根際土壤全N含量在1、2代之間的差異達顯著或極顯著水平。

（2）連栽后，根際土壤全Al、全Cu和全Zn含量2代高于1代，而全Fe和全Mn含量2代卻低于1代，且全Mn含量在1、2代之間的差異達顯著水平。對非根際土壤微量元素的影響除全Cu含量2代高于1代外，其全Fe、全Al、全Zn和全Mn含量2代均低于1代，且各含量在1、2代之間的差異均達到顯著或極顯著水平。

（3）連栽對根際土壤酶活性與非根際土壤酶活性的影響作用一致。連栽后，根際與非根際土壤脲酶、蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶活性2代均高于1代，且脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性在1、2代之間的差異均達顯著或極顯著水平。

研究結(jié)果表明：馬尾松連栽后林地根際土壤多數(shù)大量養(yǎng)分含量、土壤酶活性有所上升，其中脲酶和蛋白酶活性升高，相應影響了土壤中水解氮、堿解氮等的轉(zhuǎn)化及其動態(tài)平衡，多酚氧化酶活性上升則減少了土壤中多酚氧化酶類物質(zhì)的積累，從而不致引起土壤中毒，與此同時，過氧化氫酶活性增強，則加速了土壤中有毒物質(zhì)的分解，磷酸酶活性增強，又可加速土壤中多糖類物質(zhì)和磷酸化物等的分解和轉(zhuǎn)化，且土壤各類酶活性的提高，這對于改良森林土壤性質(zhì)是很有價值的，無疑將對土壤酶的催化產(chǎn)物無機態(tài)氮、無機磷等養(yǎng)分在根際中累積有積極作用，有助于土壤養(yǎng)分的循環(huán)[15,17]。但全N、全K、全Ca、全Mg及多數(shù)微量元素趨于下降，尤其是全Mn含量下降特別明顯，因此對連栽馬尾松林增施各種微量元素、氮肥、鉀肥及鈣鎂肥對于提高林木生長、防治地力衰退是非常必要的。但馬尾松連栽后為什么根際土壤各類酶活性有所提高、有些養(yǎng)分呈上升趨勢而有些養(yǎng)分則呈下降趨勢，則有待進一步研究。通過1、2代馬尾松林根際土壤性質(zhì)的比較研究，對揭示馬尾松人工林土壤性質(zhì)動態(tài)變化趨勢、防治地力衰退及今后馬尾松人工林的經(jīng)營、林地養(yǎng)分管理等可提供較明確的科學依據(jù)。

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Research on Nutrients and Enzyme Activities of Rhizosphere and
Non-rhizosphere Soil under Successive Rotation Plantation of Pinus massoniana

HE Pei-yun1，CHEN Hong-hui2
（1. College of Life Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China; 2. The Experimental Centre of Tropical Forestry, CAF, Pingxiang 532600, China）

Analysis was made on nutrients and enzyme activities of rhizosphere and non-rhizosphere soil under successive rotation p lantation of different generationsPinus massonian. The results showed that total N, K, Ca and M g content in the rhizophere and non-rhizosphere soil under the second rotation was less than that under the first rotation, while organic matter, A lkali-hydr.N, available P, total P and available K content under the second rotation was greater than that under the first rotation. Organic matter, Alkali-hydr.N, available P content had evident different between the first and second generation. Total Al, Cu, Zn content in rhizosphere soil under second rotation was greater than that under first rotation, but total Fe, Mn content was lower, and the difference of the total Mn content between first and second generation was significant. The non-rhizosphere soil of the second generation had lower total Fe, Zn, Al and Mn content except total Cu content w ith great differences. The activities of urease, protease, phosphatase, catalase and polyphenol oxidase in rhizosphere and non-rhizosphere soil of the second generation were higher than that of the first generation, w ith significant differences.

Pinus massoniana; successive rotation; soil nutrient; enzyme activity; rhizosphere soil

S714.6

A

1001-3776（2011）01-0039-05

2010-08-21；

2010-11-25

貴州省科學技術(shù)基金“一、二代馬尾松人工林穩(wěn)定性及地力維護研究”（黔科合J字[2009]2084號）

何佩云（1975－），女（水族），副教授，博士生，從事植物生理生態(tài)方面的教學與研究。