小興安嶺紅松林土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)的時(shí)空變化

崔嶸　鄒莉　于洋　郭靜　任清政　王世新

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

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小興安嶺紅松林土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)的時(shí)空變化

崔嶸鄒莉于洋郭靜任清政王世新

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

摘要采用土壤學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)研究了小興安嶺原始紅松林和人工紅松林土壤酶活性和土壤理化性質(zhì)的時(shí)空變化及兩者之間的相關(guān)性。結(jié)果表明：土壤酶活性及土壤理化性質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)整體上表現(xiàn)為9月份最高，表層土壤(0

關(guān)鍵詞原始紅松林；人工紅松林；土壤酶活性；土壤理化性質(zhì)；小興安嶺

小興安嶺原始紅松林是我國(guó)溫帶地區(qū)針闊混交林帶內(nèi)最典型而重要的森林生態(tài)系統(tǒng)之一，在我國(guó)只分布于長(zhǎng)白山到小興安嶺一帶。小興安嶺得天獨(dú)厚的自然生態(tài)環(huán)境使該地區(qū)形成了穩(wěn)定的原始紅松林陸地生態(tài)系統(tǒng)。長(zhǎng)期以來，有關(guān)土壤酶活性及其與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系一直是土壤學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一[1-6]。張成娥對(duì)森林砍伐開墾后土壤酶和理化性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)，開墾或砍伐后土壤酶活性和土壤有機(jī)質(zhì)分布與之前沒有變化[7]。趙林森、許景偉等人研究了楊槐混交林、黑松林土壤酶與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系，得出了不同林分下土壤酶活與土壤理化性質(zhì)具有顯著差異的結(jié)論[8-10]。但對(duì)小興安嶺紅松林此前多數(shù)研究?jī)H局限于土壤理化性質(zhì)的某些方面[11]，或大都集中于單一酶類酶促反應(yīng)特征與土壤理化性質(zhì)關(guān)系的比較。雖有少數(shù)研究將多種酶類作為整體，卻未分析其土壤理化性質(zhì)[12-13]，或僅局限農(nóng)藥相關(guān)影響的問題[14-15]，并未探究土壤多種酶的活性與土壤理化性質(zhì)隨時(shí)間和土層深度不同的變化情況及二者的相關(guān)性。

因此，開展原始紅松林和人工紅松林土壤酶活性、土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)性研究，可以正確評(píng)價(jià)紅松林土壤生態(tài)系統(tǒng)的肥力和健康狀況，為原始紅松林的保護(hù)和人工紅松林的合理營(yíng)建和利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于黑龍江省伊春市帶嶺區(qū)涼水國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，地處40°10′50″N，128°53′20″E。保護(hù)區(qū)距帶嶺區(qū)25km，距哈爾濱321km。氣候類型屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均最高氣溫7.5 ℃，年均最低氣溫-6.6 ℃。年均降水量676mm，相對(duì)濕度78%，無霜期100～120d，積雪期130～150d。凍土深度2m左右。植被類型是以溫帶針闊混交林為代表，土壤類型多以暗棕色森林土為主，約占全區(qū)土壤總面積的85%[16]。在河流兩岸的階地上有草甸土的分布，而在河流兩岸的低洼地和山間谷地等排水不良地段則有沼澤土和泥炭土的分布。

2研究方法

2.1樣地選設(shè)

本試驗(yàn)選取2塊樣地，一塊為原始紅松林樣地，另一塊為人工紅松林樣地作為對(duì)照。原始紅松林樣地位于414林班，作業(yè)面積54.9hm2，作業(yè)區(qū)位于山的中腹，坡度14°，土壤為暗棕壤。人工紅松林樣地試驗(yàn)區(qū)位于427林班，作業(yè)面積19.33hm2，作業(yè)區(qū)位于山的下腹，坡度10°，土壤為暗棕壤。

在植被群落具有代表性的地段，各設(shè)置1塊規(guī)格為10m×10m的樣地，并進(jìn)行土壤采集。

2.2土壤采集

采用“Z”字型5點(diǎn)取樣法，分別在3、5、7、9月份進(jìn)行土樣采集。采集時(shí)，取土深度為0

2.3土壤酶活性測(cè)定

采用常規(guī)方法進(jìn)行土壤酶活性測(cè)定，其中土壤酸性磷酸酶、葡萄糖苷酶活性測(cè)定使用新鮮土樣，土壤脲酶、多酚氧化酶、過氧化氫酶活性則使用風(fēng)干土樣。酶的活性測(cè)定方法如下：脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法，葡萄糖苷酶活性采用對(duì)硝基酚比色法，酸性磷酸酶活性采用對(duì)硝基苯磷酸氫二鈉鹽基質(zhì)比色法，多酚氧化酶活性采用鄰苯三酚比色法，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法[17-19]。

2.4土壤理化性質(zhì)測(cè)定

采用土壤學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行土壤養(yǎng)分測(cè)定[18]，首先需要測(cè)定各個(gè)風(fēng)干土樣的含水率，然后測(cè)量土壤的相關(guān)理化性質(zhì)。其中有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定用重鉻酸鉀容量法—外加熱法，pH值測(cè)定用m(水)∶m(土)=1.0∶2.5水土比電位法，水解性氮測(cè)定用堿解擴(kuò)散法，有效磷測(cè)定采用氟化銨—鹽酸法測(cè)定，速效鉀測(cè)定用醋酸銨浸提—火焰光度計(jì)法。

2.5數(shù)據(jù)處理

用MicrosoftExcel2003軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等基本統(tǒng)計(jì)處理，并制圖；用Duncan檢測(cè)法對(duì)兩個(gè)林型不同土層、不同采樣時(shí)間下土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性等指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)；用Person相關(guān)性分析對(duì)土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性的關(guān)系進(jìn)行研究。

3結(jié)果與分析

3.1不同林型土壤酶活性的時(shí)空動(dòng)態(tài)

3.1.1土壤脲酶

土壤脲酶活性以單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的NH4+—N量與干土質(zhì)量的比值來表示。從表1可以看出，原始紅松林土壤脲酶活性隨著土層的加深逐漸降低，0

表1原始紅松林和人工紅松林土壤脲酶活性的時(shí)空變化規(guī)律

月份土層深度(h)/cm土壤脲酶活性/μg·g-1·h-1原始紅松林人工紅松林30

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；第一個(gè)字母為相同林型、土壤深度，不同月份差異性比較，同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；第二個(gè)字母為相同林型、月份，不同土壤深度的差異性比較，同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；第三個(gè)字母為相同月份、土壤深度，不同林型的差異性比較,同行不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

3.1.2土壤葡萄糖苷酶

土壤葡萄糖苷酶活性以單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的對(duì)-硝基酚量與干土質(zhì)量的比值來表示。從表2可以看出，原始紅松林土壤葡萄糖苷酶活性隨著土層的加深而降低，0

表2原始紅松林和人工紅松林土壤葡萄糖苷酶活性的時(shí)空變化規(guī)律

月份土層深度(h)/cm土壤葡萄糖苷酶活性/μg·g-1·h-1原始紅松林人工紅松林30

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；第一個(gè)字母為相同林型、土壤深度，不同月份差異性比較，同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；第二個(gè)字母為相同林型、月份，不同土壤深度的差異性比較，同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；第三個(gè)字母為相同月份、土壤深度，不同林型的差異性比較,同行不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

3.1.3土壤酸性磷酸酶

土壤酸性磷酸酶活性以單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的對(duì)-硝基酚量與干土質(zhì)量的比值來表示。從表3可以看出，原始紅松林和人工紅松林土壤酸性磷酸酶活性均隨著土層的加深而降低，0

3.1.4土壤多酚氧化酶

土壤多酚氧化酶活性以單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的紅紫倍精的量與干土質(zhì)量的比值來表示。從表4可以看出，原始紅松林和人工紅松林土壤多酚氧化酶活性均隨著土層的加深而降低，但0

表3原始紅松林和人工紅松林土壤酸性磷酸酶活性的時(shí)空變化規(guī)律

月份土層深度(h)/cm土壤酸性磷酸酶活性/μg·g-1·h-1原始紅松林人工紅松林30

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；第一個(gè)字母為相同林型、土壤深度，不同月份差異性比較，同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；第二個(gè)字母為相同林型、月份，不同土壤深度的差異性比較，同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；第三個(gè)字母為相同月份、土壤深度，不同林型的差異性比較,同行不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

表4原始紅松林和人工紅松林土壤多酚氧化酶活性的時(shí)空變化規(guī)律

月份土層深度(h)/cm土壤多酚氧化酶活性/mg·g-1·h-1原始紅松林人工紅松林30

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；第一個(gè)字母為相同林型、土壤深度，不同月份差異性比較，同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；第二個(gè)字母為相同林型、月份，不同土壤深度的差異性比較，同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；第三個(gè)字母為相同月份、土壤深度，不同林型的差異性比較,同行不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

3.1.5土壤過氧化氫酶

土壤過氧化氫酶活性以單位時(shí)間內(nèi)滴定的KMnO4質(zhì)量與干土質(zhì)量的比值來表示。從表5可以看出，原始紅松林和人工紅松林土壤過氧化氫酶活性均隨著土層的加深而降低；原始紅松林7月份和9月份的0

表5原始紅松林和人工紅松林土壤過氧化氫酶活性的時(shí)空變化規(guī)律

月份土層深度(h)/cm土壤過氧化氫酶活性/mg·g-1·h-1原始紅松林人工紅松林30

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；第一個(gè)字母為相同林型、土壤深度，不同月份差異性比較，同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；第二個(gè)字母為相同林型、月份，不同土壤深度的差異性比較，同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；第三個(gè)字母為相同月份、土壤深度，不同林型的差異性比較,同行不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

3.2紅松林土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的時(shí)空動(dòng)態(tài)

兩種林型土壤含水率具有明顯的時(shí)空分布特征。這兩種林型均表現(xiàn)為0

從表7可以看出，各月份0

表6　原始紅松林和人工紅松林土壤含水率的時(shí)空變化規(guī)律

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；第一個(gè)字母為相同林型、土壤深度，不同月份差異性比較，同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；第二個(gè)字母為相同林型、月份，不同土壤深度的差異性比較，同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；第三個(gè)字母為相同月份、土壤深度，不同林型的差異性比較,同行不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

表7　原始紅松林不同土層和月份主要土壤化學(xué)性質(zhì)的比較

注：第一個(gè)字母為相同土壤深度不同月份差異性比較；第二個(gè)字母為相同月份不同土壤深度的差異性比較；同例不同字母表示差異達(dá)顯著水平；除pH值外，表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

從表8可以看出，各月份0

表8　人工紅松林不同土層和月份主要土壤化學(xué)性質(zhì)的比較

注：第一個(gè)大寫字母為相同土壤深度不同月份差異性比較；第二個(gè)小寫字母為相同月份不同土壤深度的差異性比較；同例不同字母表示差異達(dá)顯著水平；除pH值外，表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

3.3土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

從表9中可以看出，原始紅松林5種土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)之間存在著密切的相關(guān)關(guān)系。含水率與過氧化氫酶活性呈顯著正相關(guān)，與酸性磷酸酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。pH值與葡萄糖苷酶、過氧化氫酶活性呈顯著正相關(guān)，與酸性磷酸酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)，與多酚氧化酶、過氧化氫酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)。速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)，與脲酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)與酸性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)。

表9　原始紅松林土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性的相關(guān)性

注：相關(guān)系數(shù)>0.5或<-0.5表示相關(guān)性顯著。

從表10可以看出，人工紅松林土壤酶活性與理化性質(zhì)之間具有密切的相關(guān)關(guān)系。含水率與過氧化氫酶活性呈顯著正相關(guān)，與酸性磷酸酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)。pH值與脲酶、過氧化氫酶活性呈顯著正相關(guān)，與葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與脲酶、葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)，與多酚氧化酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葡萄糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)，與酸性磷酸酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)與過氧化氫酶活性呈顯著正相關(guān)。有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)與酸性磷酸酶活性呈顯著的正相關(guān)，與脲酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。

表10　人工紅松林土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性的相關(guān)性

注：相關(guān)系數(shù)>0.5或<-0.5表示相關(guān)性顯著。

4結(jié)論

原始紅松林和人工紅松林中，土壤脲酶、土壤葡萄糖苷酶、土壤酸性磷酸酶、土壤多酚氧化酶、土壤過氧化氫酶活性呈現(xiàn)出明顯的時(shí)間和空間變化規(guī)律。5種土壤酶活性的時(shí)空分布規(guī)律在原始紅松林和人工紅松林2種不同林型之間存在差異：原始紅松林下0

原始紅松林和人工紅松林中，各項(xiàng)理化性質(zhì)同樣呈現(xiàn)明顯的時(shí)間和空間變化規(guī)律。在相同土層與月份情況下，原始紅松林的有機(jī)質(zhì)、水解氮、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)多數(shù)大于人工紅松林，人工紅松林有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)多數(shù)大于原始紅松林，原始紅松林pH值多數(shù)大于人工紅松林。在相同林型與月份情況下，0

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第一作者簡(jiǎn)介：崔嶸，男，1993年2月生，東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，碩士研究生。E-mail：1226845375@qq.com。 通信作者：鄒莉，東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，教授。E-mail：zouli6616@yahoo.com。

收稿日期：2015年7月13日。

分類號(hào)S714.5

VariationsofSoilEnzymeActivitiesandSoilPhysicalandChemicalPropertiesinKoreanPineForestofXiaoxing’anMountains//

CuiRong,ZouLi,YuYang,GuoJing,RenQingzheng,WangShixin

(NortheastForestryUniversity,Harbin150040,P.R.China)//JournalofNortheastForestryUniversity，2016,44(8)：49-54.

Weusedaconventionalsoilscienceexperimentalmethodstostudythetemporalandspatialvariationofthesoilenzymeactivity,thesoilphysicalandchemicalproperties,andthecorrelationbetweenoriginalandartificialKoreanpineforests.ThesoilenzymeactivitiesandthesoilphysicalandchemicalpropertiesoftheindicatorsarethehighestoverallperformanceinSeptember,thesurface(0

KeywordsOriginal Korean pine forest； Artificial Korean pine forest； Soil enzyme activity； Soil physical and chemical properties； Xiaoxing’an Mountains

責(zé)任編輯：戴芳天。