黃土丘陵溝壑區(qū)歐李栽植對土壤質(zhì)量改良作用的評價

王鵬飛,賈璐婷,杜俊杰,張建成,穆霄鵬,丁偉

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西 太谷 030801)

黃土丘陵溝壑區(qū)歐李栽植對土壤質(zhì)量改良作用的評價

王鵬飛**,賈璐婷**,杜俊杰*,張建成,穆霄鵬,丁偉

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西 太谷 030801)

黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)恢復(fù)過程中植被的選擇至關(guān)重要。近年來，歐李已在黃土丘陵溝壑區(qū)的植被恢復(fù)中被利用，但其生態(tài)作用有待系統(tǒng)評價。本試驗選取山西省柳林縣留譽鎮(zhèn)黃土丘陵溝壑區(qū)內(nèi)通過水平階整地栽植的5 年生歐李灌叢地作為試驗樣地，并與相同栽培條件下的5年生油松林地進(jìn)行對比，通過歐李根際與非根際、歐李灌叢下與歐李灌叢行間相同土層及歐李灌叢下與油松林下相同土層、層間土樣差異分析，探究黃土丘陵溝壑區(qū)歐李種植后土壤養(yǎng)分與酶活性特征，并通過主成分分析對土壤質(zhì)量做出綜合評價，以便為歐李作為生態(tài)恢復(fù)樹種提供理論依據(jù)。研究表明，1)與歐李行間土壤相比，歐李灌叢下土壤pH與土壤養(yǎng)分(除速效磷)、土壤酶活性(除20～40 cm土層過氧化氫酶)均得到不同程度改善；2)歐李灌叢下與油松林下土壤各具優(yōu)勢，歐李灌叢下土壤在堿解氮、全磷含量及酶活性方面優(yōu)于油松林下，而在土壤含水量、電導(dǎo)率及其他養(yǎng)分含量方面次于油松林下；3)主成分分析得出，引起土樣間差異的關(guān)鍵因子依次為：蔗糖酶、有機質(zhì)、pH、全磷、堿解氮、堿性磷酸酶、速效磷；第一主成分得分從高到低依次為：歐李灌叢下0～20 cm土層>油松林下0～20 cm土層>歐李灌叢下20～40 cm土層>歐李行間0～20 cm土層>油松林下20～40 cm土層>歐李行間20～40 cm土層。綜上所述，歐李種植使丘陵溝壑區(qū)土壤綜合質(zhì)量得到顯著的提升。

土壤養(yǎng)分；土壤酶活性；根際；植被恢復(fù)；主成分分析

黃土丘陵溝壑區(qū)地形支離破碎且干旱缺水，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，是中國甚至全球水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)[1-3]。水土流失、土地退化成為困擾該區(qū)可持續(xù)發(fā)展的主要問題[4]。近年來，隨著“退耕還林還草”工程及生態(tài)環(huán)境重建工作的實施，大規(guī)模的退耕和植被恢復(fù)工作取得一定成效，關(guān)于黃土丘陵溝壑區(qū)植被恢復(fù)的研究也越來越多[2-7]。研究表明，植被恢復(fù)是防止土地退化、控制水土流失、徹底改善生態(tài)環(huán)境的根本性措施[8]。在植被恢復(fù)過程中，由于根系交錯穿插的直接作用和枯枝落葉分解腐化的間接作用，使得土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加，抗沖蝕能力增強，土壤質(zhì)地得以改善，而死亡根系和凋落物產(chǎn)生的有機質(zhì)及根際分泌物又改善了土壤養(yǎng)分條件[5]。但植被恢復(fù)過程應(yīng)遵循植被演替規(guī)律，不應(yīng)盲目建造頂級群落[6-7]。如果樹種選擇不當(dāng)或者立地條件利用不合理就會降低生態(tài)恢復(fù)的效果[9]。程積民等[10]對退化灌草植被在黃土高原半干旱區(qū)恢復(fù)與重建研究表明，灌草立體配置結(jié)合工程整地措施，可改善灌草植被的生存環(huán)境，對干旱陽坡植被的快速恢復(fù)有重要意義。因此，合理的植被選擇，配合適宜的整地和造林措施促進(jìn)植被恢復(fù)進(jìn)程，進(jìn)而影響土壤質(zhì)量的改善，其對土壤環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在土壤物理、化學(xué)、生物性質(zhì)3個方面[6]。土壤養(yǎng)分與植被恢復(fù)密切相關(guān)[3]，且土壤酶活性被認(rèn)為是土壤生物學(xué)特性的重要標(biāo)志，兩者結(jié)合共同反映土壤質(zhì)量改善的效果[11-12]。因此，研究植被恢復(fù)條件下土壤養(yǎng)分和酶活性特征，有助于了解植被恢復(fù)對惡劣生態(tài)環(huán)境下土壤質(zhì)量改善效果，對客觀評價植被恢復(fù)優(yōu)劣具有重要意義。

鄭海峰等[13]指出，植被建設(shè)不僅要解決喬灌草的空間部署與搭配比例問題, 而且物種選擇和植被的經(jīng)濟效益也應(yīng)作為考慮因素。歐李(Cerasushumilis)是一種適應(yīng)性極強的灌木樹種，具有耐寒、耐旱、耐瘠薄等特性，且成叢快，覆蓋高，根系發(fā)達(dá)[14-15]，具備生態(tài)恢復(fù)樹種的某些特性，且其集果用、牧用、花用、藥用于一身[16]，是生態(tài)經(jīng)濟型灌木果樹資源。植被恢復(fù)過程中，灌木類樹種研究較多的有紫穗槐(Amorphafruticosa)、胡枝子(Lespedezabicolor)、檸條(Caraganakorshinskii)、沙棘(Hippophaerhamnoides)等，而關(guān)于歐李的研究報道較少。且目前針對歐李的研究多側(cè)重于歐李經(jīng)濟性狀和農(nóng)藝性狀，其在生態(tài)恢復(fù)過程中的成效有待進(jìn)行系統(tǒng)評價。本試驗選取具有代表性的山西省柳林縣干旱半干旱黃土高原丘陵溝壑區(qū)進(jìn)行水平階整地歐李種植(行間自然生草)，通過歐李根際與非根際、相同土層歐李灌叢下與歐李行間及歐李灌叢下與油松(Pinustabulaeformis)林下、層間差異分析，揭示歐李種植后該區(qū)土壤養(yǎng)分與酶活性特征，并對其改良效果做出綜合評價，為歐李作為生態(tài)恢復(fù)樹種提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗區(qū)位于山西省呂梁市柳林縣留譽鎮(zhèn)，該區(qū)屬于西北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，干旱半干旱溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏短冬長，冬春季節(jié)干旱少雨，年平均日照時間2449.5 h，年平均氣溫9.8 ℃，年降水量500 mm，無霜期183 d?？h境內(nèi)溝壑縱橫，地形復(fù)雜，山丘面積占75% 以上，丘陵溝壑面積約6.7億m2，林草覆蓋度低，水土流失嚴(yán)重，土地質(zhì)量差。該地土質(zhì)屬于第四紀(jì)次生黃土。選取坡面向陽，坡度35～40°的坡地作為樣地，于2011年春季采取水平階反向坡工程整地措施進(jìn)行歐李實生苗栽植，株行距0.5 m×1.5 m，歐李植于水平階邊沿，行間(水平階面)自然生草。同時選取同一時期栽植的臨近的相同坡度與坡向以水平階整地栽植的油松林地進(jìn)行對比，株行距1.5 m×1.5 m。人工栽植過程中均未施肥。

1.2 試驗設(shè)計與土樣采集

試驗進(jìn)行歐李根際與非根際土樣差異比較，且進(jìn)行歐李灌叢下與歐李行間相同土層以及歐李灌叢下與油松林下相同土層土壤差異分析及層間差異分析。每個樣地呈“品”字形設(shè)置3個小區(qū)(重復(fù))，每小區(qū)隨機設(shè)置20個采樣點，歐李灌叢地小區(qū)面積約為10 m×6 m，油松林地小區(qū)面積約為20 m×12 m。樣點設(shè)置：于上述各個歐李灌叢與油松林小區(qū)，分別隨機選取20棵植株，以所選每棵植株為中心水平距離10～20 cm處設(shè)置樣點，且按照0～20 cm、20～40 cm土層和根際(僅歐李)進(jìn)行土壤采集，歐李灌叢下0～20 cm土層、歐李灌叢下20～40 cm土層、歐李根際、油松林下0～20 cm土層、油松林下20～40 cm土層分別記為UCC20、UCC40、RC、UCP20、UCP40；歐李行間空地，每個樣點位于歐李灌叢行間(水平階面)中軸線上且與歐李林下樣點臨近，按0～20 cm與20～40 cm土層進(jìn)行取樣，歐李行間0～20 cm土層記為IRC20，歐李行間20～40 cm土層記為IRC40。先用土鉆采取不同土層土樣，后挖取根系，用力抖掉大塊土壤，剪取附著有土壤的毛細(xì)根，其上土壤即為根際土。將同一小區(qū)同一土層土樣或根際土混勻，裝入塑封袋，帶回實驗室。將帶回的土樣立即去除植物殘體、根系和可見動物(如蝸牛)，分取一部分鮮樣進(jìn)行含水量測定，剩余土樣風(fēng)干過1 mm篩于干燥器中保存?zhèn)溆?，以便進(jìn)行其余指標(biāo)測定。采樣于2015年8月20日進(jìn)行。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤理化指標(biāo)測定方法 土壤理化性狀按常規(guī)方法測定：土壤含水量采用鋁盒烘干法進(jìn)行測定[17]；土壤pH采用pH計法測定(水土比為2.5∶1)[18]；土壤電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀法測定(水土比為5∶1)[18]；有機質(zhì)含量用重鉻酸鉀容量法-加熱法[18]；全氮用半微量凱氏定氮法[18]；全磷用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法[18]；全鉀采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法[18]；土壤堿解氮用堿解擴散法[18]；速效磷用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法[18]；速效鉀用乙酸銨浸提-火焰光度法[18]。

1.3.2 土壤酶活性測定 脲酶采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法[19]，蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法[19]，堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法[19]，過氧化氫酶采用紫外分光光度法[20]。

1.4 數(shù)據(jù)整理與分析

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，運用SAS 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 歐李種植對土壤含水量、pH、電導(dǎo)率的影響

如表1所示，歐李根際(RC)土壤pH極顯著低于非根際土，而電導(dǎo)率極顯著高于歐李非根際土。歐李灌叢下(UCC20與UCC40)土壤與其行間土壤(IRC20與IRC40)相比，0～20 cm與20～40 cm 土壤含水量與pH均顯著降低，而土壤電導(dǎo)率有所提升但未達(dá)顯著水平。與油松林地相比，0～20 cm土層歐李灌叢下(UCC20)土壤含水量顯著低于油松林下(UCP20)，電導(dǎo)率極顯著低于油松林下(UCP20)，但該層pH差異不顯著；20～40 cm土層含水量、pH、電導(dǎo)率差異均不顯著。在垂直方向，除油松林下0～20 cm土層(UCP20)含水量略高于20～40 cm土層(UCP40)外，土壤含水量與pH均為0～20 cm土層低于20～40 cm土層，而電導(dǎo)率值均為0～20 cm 土層高于20～40 cm 土層。pH在土層間差異顯著，而含水量僅在歐李行間土壤(IRC20與IRC40)表現(xiàn)出顯著層間差異，電導(dǎo)率值僅在油松林下(UCP20與UCP40)表現(xiàn)出顯著層間差異。由以上分析可以看出，歐李種植后可能先通過改變根際土壤性質(zhì)進(jìn)而影響根區(qū)土壤，最終會導(dǎo)致土體質(zhì)量改善。含水量、pH、電導(dǎo)率在歐李灌叢下與油松林下土壤間雖有差異但變化規(guī)律相似。植被使土壤pH的降低和電導(dǎo)率值的提升為土壤有效養(yǎng)分的提升創(chuàng)造了條件，而長期干旱的土壤條件下，由于植株生長對土壤水分的吸收與蒸騰，使得根系分布層土壤含水量顯著降低。

表1 不同土樣土壤含水量與pH、電導(dǎo)率

注：同行不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，同行不同大寫字母表示差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)。UCC20、UCC40、RC、IRC20、IRC40、UCP20、UCP40分別表示歐李灌叢下0～20 cm土層、歐李灌叢下20～40 cm土層、歐李根際、歐李行間0～20 cm土層、歐李行間20～40 cm土層、油松林下0～20 cm土層、油松林下20～40 cm土層。下同。

Note: Values followed by different small letters in a row indicate significant differences (P<0.05), and values followed by different capital letters in a row mean extremely significant differences (P<0.01). UCC20, UCC40, RC, IRC20, IRC40, UCP20and UCP40represents 0-20 cm soil layer under the canopy of Chinese dwarf cherry brush, 20-40 cm soil layer under the canopy of Chinese dwarf cherry bushes, rhizosphere of Chinese dwarf cherry bushes, 0-20 cm soil layer in inter-row of Chinese dwarf cherry, 20-40 cm soil layer in inter-row of Chinese dwarf cherry, 0-20 cm soil layer under the canopy ofP.tabulaeformisplantation and 20-40 cm soil layer under the canopy ofP.tabulaeformisplantation respectively. The same below.

2.2 歐李種植對土壤養(yǎng)分含量的影響

如表2所示，歐李灌叢下(UCC20與UCC40)與其行間土壤(IRC20與IRC40)相比，0～20 cm土層堿解氮、速效鉀含量極顯著提升，全氮、全磷、全鉀和有機質(zhì)含量顯著提升，其提升率分別達(dá)49.96%、78.95%、17.48%、52.09%、10.99%和54.67%，而對速效磷影響不顯著；20～40 cm土層全磷含量極顯著提升，堿解氮含量顯著提升，分別提升106.67%和24.98%，而其余養(yǎng)分指標(biāo)雖略有提升但影響不顯著。與油松林地相比，歐李灌叢下0～20 cm (UCC20)土層土壤速效磷、速效鉀、全氮含量極顯著低于油松林下(UCP20)，分別降低了20.15%、55.26%、20.52%，而全鉀含量極顯著高于油松林下(UCP20)，且高出14.62%，其余指標(biāo)間差異不顯著；20～40 cm土層歐李灌叢下(UCC40)堿解氮、全磷、全鉀含量顯著高于油松林下(UCP40)，且分別高出24.98%、65.01%、11.99%，而速效磷、速效鉀含量極顯著低于油松林下(UCP40)，分別降低24.22%、51.94%，其余指標(biāo)差異不顯著。以上結(jié)果說明，種植歐李對丘陵溝壑區(qū)土壤養(yǎng)分有顯著改善效果，但由于樹體種類的不同，其吸收和利用土壤養(yǎng)分存在差異，勢必會造成歐李與油松林下土壤中保留養(yǎng)分的不同。此外，整體看來，植被種類均未改變土壤養(yǎng)分在土壤中垂直分布趨勢，同一條件下堿解氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀、有機質(zhì)含量整體表現(xiàn)為0～20 cm土層高于20～40 cm土層。土層間土壤養(yǎng)分在歐李行間土壤(IRC20與IRC40)(除全鉀外)不存在顯著差異；堿解氮、速效鉀、全氮、全鉀在歐李林下(UCC20與UCC40)均存在顯著差異，其他指標(biāo)不存在顯著差異；油松林下(UCP20與UCP40)土層間土壤養(yǎng)分(除速效磷外)均存在顯著差異。進(jìn)一步說明，植被和植被種類的不同對不同土層同一土壤養(yǎng)分影響效果不同。

2.3 歐李種植對土壤酶活性的影響

由圖1得出，歐李灌叢下(UCC20與UCC40)與其行間土壤(IRC20與IRC40)相比，0～20 cm土層土壤脲酶、堿性磷酸酶活性均極顯著提升，蔗糖酶、過氧化氫酶活性顯著提升；20～40 cm土層堿性磷酸酶活性極顯著提升，脲酶、蔗糖酶活性顯著提升。與油松林地相比，0～20 cm土層歐李灌叢下(UCC20)土壤脲酶、堿性磷酸酶活性、過氧化氫酶活性極顯著高于油松林下(UCP20)，該層蔗糖酶活性差異不顯著；20～40 cm土層歐李灌叢下(UCC40)土壤脲酶、堿性磷酸酶活性極顯著高于油松林下(UCP40)，蔗糖酶活性顯著高于油松林下(UCP40)，該層過氧化氫酶活性差異不顯著。此外，歐李土壤酶活性存在一定根際效應(yīng)，除歐李灌叢下0～20 cm(UCC20)土層外，根際土壤脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶活性顯著或極顯著高于歐李灌叢地其他非根際土。同一條件下，0～20 cm土層堿性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶[油松林地(UCP20)除外]活性顯著或極顯著高于20～40 cm土層。上述分析得出，種植歐李對丘陵溝壑區(qū)土壤酶活性具有顯著提升作用，且歐李種植對所測定的土壤酶活性的影響強于油松。因此得出，種植歐李后，首先改變根際土的酶活性，進(jìn)而影響到非根際土壤的酶活性[歐李灌叢下0～20 cm(UCC20)土層的非根際土與根際土RC間3種酶活性差異不顯著]，最終使根系分布區(qū)的養(yǎng)分得到改善。

表2 不同土樣土壤養(yǎng)分含量

圖1 不同土樣土壤酶活性Fig.1 Enzyme activities of different soil samples 不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，不同大寫字母表示差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)。Different small letters in a column chart mean significant differences (P<0.05), while different capital letters mean extremely significant differences (P<0.01).

2.4 土壤理化性狀與土壤酶活性相關(guān)性分析

土壤理化性狀與土壤酶活性各指標(biāo)之間并非相互獨立，而是彼此關(guān)聯(lián)、交叉影響的。為探討土壤理化性狀與土壤酶活性之間的聯(lián)系，對土壤理化性狀與土壤酶活性之間進(jìn)行了相關(guān)性分析(表3)。分析得出，土壤pH與堿性磷酸酶、蔗糖酶之間分別呈顯著、極顯著負(fù)相關(guān)；脲酶與全鉀呈極顯著正相關(guān)；堿性磷酸酶與堿解氮、全鉀、有機質(zhì)均呈顯著正相關(guān)；蔗糖酶與電導(dǎo)率、堿解氮、全氮顯著正相關(guān)且與全磷、有機質(zhì)極顯著正相關(guān)；過氧化氫酶與全鉀顯著正相關(guān)。

表3 土壤養(yǎng)分與酶活性相關(guān)性分析

注：*表示顯著相關(guān)(P<0.05)，**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)。

Note: * means that correlation is significant at the 0.05 level, while ** means that correlation is significant at the 0.01 level.

2.5 主成分分析

本研究采用土壤養(yǎng)分與土壤酶活性多個指標(biāo)來反映土壤質(zhì)量，多重比較結(jié)果顯示不同指標(biāo)中具優(yōu)勢土樣不同，且相關(guān)性分析結(jié)果顯示各指標(biāo)間關(guān)系錯綜復(fù)雜，不利于對不同土樣做出優(yōu)劣評價。而主成分分析可通過選用少數(shù)幾個互不相關(guān)的綜合指標(biāo)來反映原變量信息，達(dá)到降維而簡化分析過程的效果。主成分分析結(jié)果如表4，第一主成分貢獻(xiàn)率達(dá)62.75%，占據(jù)將近2/3的比例，其解釋原變量變異的能力強于其他主成分。主成分1、2的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到91.43%，超過常用閾值85%，故前2個主成分足以用來描述不同土樣變異信息。第一主成分中絕對值較大的權(quán)值依次為：0.3327(蔗糖酶)、0.3275(有機質(zhì))、-0.3213(pH)、0.3163(全磷)、0.3068(堿解氮)、0.3028(堿性磷酸酶)，第二主成分中較大的正權(quán)為0.4410(速效磷)，而絕對值較大的負(fù)權(quán)為-0.3976(脲酶)。因此，引起土樣間差異的關(guān)鍵因子依次為：蔗糖酶、有機質(zhì)、pH、全磷、堿解氮、堿性磷酸酶、速效磷、脲酶。

表4 主成分特征向量及特征根

表5 不同土樣主成分分析得分

不同土樣在主成分1、2中得分如表5所示，第一主分成分得分從高到低依次為：歐李灌叢下0～20 cm(UCC20)>油松林下0～20 cm(UCP20)>歐李灌叢下20～40cm(UCC40)>歐李行間0～20 cm(IRC20)>油松林下20～40 cm(UCP40)>歐李行間20～40 cm(IRC40)。第二主成分得分中油松林下0～20 cm(UCP20)土層得分最高而歐李灌叢下0～20 cm(UCC20)得分最低，鑒于第一主成分方差貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)高于第二主成分，所以綜合分析結(jié)果以第一主成分為主。分析說明，歐李種植對丘陵溝壑區(qū)土壤質(zhì)量具有顯著綜合提升效果。

3 討論

植被恢復(fù)是生態(tài)恢復(fù)的首要內(nèi)容，而土壤質(zhì)量既是植被恢復(fù)的重要基礎(chǔ)，同時也受到植被恢復(fù)的深刻影響[21]。本研究得出，黃土丘陵溝壑區(qū)歐李種植后土壤養(yǎng)分與土壤酶活性都得到顯著提升。于君寶等[22]和楊寧等[23]指出土壤養(yǎng)分狀況是度量退化生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)功能恢復(fù)與維持的關(guān)鍵指標(biāo)之一，土壤酶活性在土壤質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價中有重要意義。說明歐李種植使得該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)得以恢復(fù)與維持，且土壤質(zhì)量的改良可能進(jìn)一步推進(jìn)植被恢復(fù)進(jìn)程。

根際作為土壤水分和礦質(zhì)元素介入植物生物循環(huán)的端口，同時也是根系生命活動和代謝對土壤影響最直接、最強烈的區(qū)域[24]。根際土壤由于植物根系的影響，在物理、化學(xué)和生物學(xué)方面與土壤主體不同[6]。大量研究表明，根際土壤表現(xiàn)出養(yǎng)分富集作用[25-26]，且植物根際土壤與非根際土壤酶活性之間存在顯著差異[27-28]。張福鎖[29]指出，耐低營養(yǎng)的基因型植物能主動改變其根際pH值，并且通過降低根際 pH 值可以提高根際養(yǎng)分有效性，有利于植物在惡劣環(huán)境下實現(xiàn)對土壤養(yǎng)分的高效利用。本研究得出，歐李在pH、電導(dǎo)率、土壤酶活性等方面表現(xiàn)出一定的根際效應(yīng)，根際土壤較非根際土的pH值顯著降低而電導(dǎo)率與20～40 cm土層酶活性顯著升高，這與前人研究結(jié)果一致[24-28]。但是0～20 cm土層酶活性與根際土壤之間沒有顯著差異，與前人的研究不同[24-28]，可能是歐李的根系生長、構(gòu)型和分布特點造成的。其一，歐李的根冠比較大(9∶1)，即根系生長量大[30]；其二，根系主要分布在0～20 cm，且在水平方向上也較集中，主要在灌叢中心外圍的30～50 cm；其三，密植條件下，歐李株間的根狀莖(假根)會發(fā)生大量交叉，這樣使得歐李的根系非常密集，密集的根系使得非根際土被根際土同化，從而使得根系分布的密集區(qū)域(0～20 cm)的根際與非根際酶活性差異不明顯，也說明了種植歐李對改善土壤酶活性的強大作用。

土壤養(yǎng)分結(jié)合土壤酶活性能較全面地反映土壤環(huán)境質(zhì)量和肥力變化，多數(shù)研究表明，土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量有密切的相關(guān)性，可用土壤養(yǎng)分和酶活性來衡量土壤肥力高低[31-34]。土壤脲酶可催化有機氮類化合物轉(zhuǎn)化為無機氮類，磷酸酶能加速土壤中有機磷化合物分解，蔗糖酶可以使不能直接被植物吸收的蔗糖分解成葡萄糖和果糖，對于增加土壤中容易溶解性養(yǎng)分起著重要作用[35]。但本試驗相關(guān)性分析結(jié)果，卻沒能使上述酶與養(yǎng)分之間的關(guān)系得到印證。這可能由于土壤中養(yǎng)分含量與酶活性并非簡單的一一對應(yīng)關(guān)系，不同養(yǎng)分、酶之間存在交互協(xié)同影響。舒媛媛等[36]、馬寧寧等[37]也研究得出：脲酶活性與土壤有機質(zhì)、全磷、速效鉀和銨態(tài)氮顯著正相關(guān)，磷酸酶與有機碳、全氮、全磷和速效鉀顯著正相關(guān)，蔗糖酶活性與土壤有機質(zhì)、全磷、堿解氮和速效磷含量呈顯著正相關(guān)。此外，植被對土壤養(yǎng)分的吸收和利用的不同也影響土壤養(yǎng)分含量，進(jìn)而影響相關(guān)性分析結(jié)果。首先，歐李與油松，前者為果樹，后者為林木，兩者對土壤養(yǎng)分種類、需求量、需求時期不同，歐李堿性磷酸酶與蔗糖酶活性雖高，但由于其此期前的開花結(jié)果對P、K需求量大而導(dǎo)致土壤中速效磷與速效鉀含量較低；其次，根系分布的層間差異，導(dǎo)致層間養(yǎng)分吸收利用的不同，0～20 cm土壤酶活性高而養(yǎng)分吸收利用量也大，這均影響著相關(guān)性分析結(jié)果。不同的研究者就同一種酶與同一種土壤養(yǎng)分的相關(guān)性得出的結(jié)論不盡相同[35-39]。這些研究的不一致體現(xiàn)了土壤酶與養(yǎng)分之間關(guān)系的復(fù)雜性，說明它們之間的關(guān)系還需要進(jìn)一步深入研究。這也說明，不考慮植被吸收而單純對土壤質(zhì)量進(jìn)行研究，存在一定局限性。

不同土樣各種指標(biāo)性狀參差不齊，這給土壤質(zhì)量的最終評價造成困難。進(jìn)行主成分分析，選出決定土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因子并進(jìn)行綜合分析，大大簡化分析過程。主成分分析找出了引起土樣間差異的關(guān)鍵因子，且依據(jù)第一主成分得分對各植被條件下土壤質(zhì)量進(jìn)行了優(yōu)勢排序。第一主成分中，歐李灌叢下土壤得分均高于同層行間及油松林下，說明歐李種植對丘陵溝壑區(qū)土壤具有一定改良優(yōu)勢，其生態(tài)效益應(yīng)該被肯定。

4 結(jié)論

歐李在柳林黃土丘陵溝壑區(qū)成功栽植且獲得一定經(jīng)濟效益，表現(xiàn)了其對該區(qū)生態(tài)適應(yīng)性與經(jīng)濟適應(yīng)性。本研究得出，截至目前歐李對黃土丘陵溝壑區(qū)土壤改良表現(xiàn)出一定優(yōu)勢，這對其在人工植被恢復(fù)進(jìn)程中的推廣起到積極作用，但其長期效益有待進(jìn)一步研究。

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Improvement of soil quality by Chinese dwarf cherry cultivation in the Loess Plateau steep hill region

WANG Peng-Fei**, JIA Lu-Ting**, DU Jun-Jie*, ZHANG Jian-Cheng, MU Xiao-Peng, DING Wei

CollegeofHorticulture,ShanxiAgricultureUniversity,Taigu030801,China

In the process of ecological restoration in the Loess Plateau hilly gully region, selection of species for planting is important. Recently, Chinese dwarf cherry (Cerasushumilis) has been used for vegetation restoration in this region, but its ecological impact needs to be systematically evaluated. In this study, 5-year-old plantings of Chinese dwarf cherry and Chinese pine (Pinustabulaeformis) on level terraces near Liuyu town in Liulin county, Shanxi province, in the steep hill region of the Loess Plateau were compared. Soil samples were collected from 20 and 40 cm depth under the canopy of Chinese dwarf cherry bushes (UCC20, UCC40) and from the same soil depths at inter-row sites (IRC20, IRC40), and corresponding samples were collected fromP.tabulaeformisplantations (designated UCP20& UCP40), to compare the effects of the two plant species on soil properties. It was found that: 1) compared with inter-row soil in Chinese dwarf cherry (IRC20and IRC40), the pH values, nutrient contents (except available phosphorus) and enzyme activity values (except catalase activity for UCC40) were improved to differing degrees; 2) planting with Chinese dwarf cherry (C) or pine (P) each had their own respective advantages. Alkali-hydrolysable nitrogen, total phosphorus content and enzyme activities of soil under the canopy of C (UCC20and UCC40) were superior to those of P plantations (UCP20and UCP40), while soil water content, electrical conductivity and other nutrient levels under the canopy of C were reduced compared to those under P. Results of a principal component analysis indicated that key factors for differentiation between different soil samples were, in descending order, invertase activity, organic matter content, pH value, total phosphorus, alkali-hydrolysable nitrogen and alkaline phosphatase activity. Mean scores for principal component 1 ranked in descending order: UCC20, UCP20, UCC40, IRC20, UCP40and IRC40. In summary, the cultivation of Chinese dwarf cherry significantly enhanced comprehensive soil quality of the Loess Plateau steep hill region.

soil nutrients; soil enzyme activities; rhizosphere; vegetation restoration; principal component analysis

2016-06-03；改回日期：2016-08-05

山西省科技重大專項(20121101010)和山西省科技基礎(chǔ)條件平臺建設(shè)項目(2013091004-0101)資助。

王鵬飛(1979-)，男，山西呂梁人，講師，博士。E-mail: 13835436501@163.com;賈璐婷(1991-)，女，山西長治人，在讀碩士。E-mail:1637049748@qq.com. **共同第一作者These authors contributed equally to this work.*通信作者Corresponding author. E-mail: djj738@163.com

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