禿杉幼林不同間作模式對土壤酶活性的影響

韋家國　楊正文　莫少壯　何斌　梁旸　呂小燕

摘 要：采用標準樣地法研究了廣西南丹縣山口林場禿杉幼林4種間作模式（禿杉-旱谷、禿杉-小米、禿杉-玉米和禿杉純林）的土壤酶活性進行了對比分析。研究結果表明：禿杉幼林不同間作模式土壤（0～40 cm）酶活性存在明顯差異，其中土壤過氧化氫酶活性為禿杉-玉米>禿杉-旱谷>禿杉-小米>禿杉純林，土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性為禿杉-玉米>禿杉-旱谷>禿杉-小米>禿杉純林，不同間作模式土壤酶活性與土壤主要養(yǎng)分存在密切的相關關系。可見，與禿杉純林相比，3種間種模式土壤酶活性均呈現(xiàn)增大趨勢。說明禿杉幼林間種農(nóng)作物更有利于土壤有機質(zhì)和氮、磷養(yǎng)分的轉化，提高土壤的肥力水平。

關鍵詞： 禿杉幼林 農(nóng)作物 間作模式 土壤酶活性

土壤酶作為土壤的重要組成成分， 它參與了土壤中的所有生物化學過程，影響著土壤中營養(yǎng)元素有效化過程，是土壤中養(yǎng)分轉化動態(tài)情況的重要反映，已成為評價土壤肥力高低的重要指標之一[1，2]。其中土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶及磷酸酶的活性對評價土壤肥力水平有重要意義[1-3]。禿杉（Taiwania flousiana）是我國特有的珍稀植物，兼具適應性較強、生長快、材質(zhì)優(yōu)良和單位面積蓄積量高等優(yōu)點，被我國南方中、低山區(qū)廣泛引種，成為杉木連栽采伐跡地重要的更新替代樹種，并取得良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益[4，5]。但由于禿杉人工林的輪伐期與杉木人工林相似，一般在20多年以上，經(jīng)營時間較長。因此，為了充分利用林地資源，在禿杉造林初期，利用其幼林尚未郁閉，在其幼樹間間種農(nóng)作物，是實現(xiàn)其經(jīng)營早期獲得經(jīng)濟效益的重要措施之一[6，7]。本研究以廣西南丹縣山口林場禿杉幼林分別與玉米、旱谷和小米等3種間作模式為研究對象，以禿杉純林為參照，對上述4種不同間作模式土壤酶活性及其與土壤主要養(yǎng)分之間的關系進行了分析對比，以期為禿杉幼林間作模式的選擇，進一步提高禿杉林的經(jīng)濟效益并促進其可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西南丹縣山口林場，地理坐標為北緯24°24′15″，東經(jīng)107°29′40″。南丹縣地處中亞熱帶山地氣候區(qū)，年均氣溫16.9 ℃，年均降雨量1498 mm，年均蒸發(fā)量1135 mm。試驗地位于山坡中至下部，坡度27～30°，海拔約800～850 m，土壤類型為砂巖發(fā)育形成的山地黃壤，土壤平均厚度在80 cm以上，腐殖質(zhì)層平均厚度18 cm[6]。

試驗地為原杉木人工林（Cunninghamia lanceolata）的采伐跡地，于2009年11～12月采伐后經(jīng)煉山后進行人工挖坎整地，坎規(guī)格為40 cm×40 cm×30 cm。隨后與2010年3月用1年生禿杉裸根實生苗（苗高約20 cm）造林，造林密度2500株/hm2（株行距2 m×2 m）。栽植后前2年即2010年和2011年連續(xù)間作農(nóng)作物2茬，間作模式分為禿杉-旱谷、禿杉-小米、禿杉-玉米和禿杉純林，具體試驗方法見文獻 [6，7]。

2 研究方法

2.1 樣地設置和土壤樣品采集

于2012年4月底分別在立地條件相似的4種間種模式各設置3塊標準地，面積均為20 m×20 m，按每塊樣地對角線分別設置3個土壤采樣點，按0～20 cm和20～40 cm分層采集土壤樣品，相同樣地土壤樣品經(jīng)混合后用四分法取樣約0.5 kg，于實驗室內(nèi)經(jīng)風干、粉碎、過篩和裝入自封袋后密封待用。

2.2 土壤酶活性的測定

土壤過氧化氫酶活性的測定用高錳酸鉀滴定法，酶活性單位以0.1 mol/L KMnO4 mL/g表示；蔗糖酶（轉化酶）的測定用3，5 -二硝基水楊酸比色法，酶活性單位以葡萄糖mg/g表示；土壤脲酶活性的測定用G.Hoffmann與K.Teicher法測定，酶活性單位以 NH2-N mg/g表示；磷酸酶活性的測定用改進后的Hoffman法，酶活性單位用酚mg/g表示[8]。

3 結果與分析

3.1 土壤過氧化氫酶活性

土壤中過氧化氫酶參與土壤物質(zhì)和能量的轉化，影響著土壤有機物質(zhì)的氧化和腐殖質(zhì)的形成過程，其活性的強弱在一定程度上影響著土壤生物化學過程的方向和強度，是土壤腐殖質(zhì)及有機質(zhì)的有效積累程度的重要反映。從圖1可見，不同間作模式土壤過氧化物酶活性的垂直分布均為0～20 cm土層>20～40 cm土層，與土壤有機質(zhì)、全氮等主要養(yǎng)分含量呈現(xiàn)相同的分布格局[6]。而4種間作模式不同土層土壤過氧化物酶活性大小的排列次序存在一定差異，0～20 cm土層為禿杉-玉米>禿杉-旱谷>禿杉-小米>禿杉純林，20～40 cm土層為禿杉-玉米>禿杉-旱谷>禿杉-小米>禿杉純林。總體上看，與禿杉純林相比，3種禿杉間作模式土壤氧化物酶活性主要表現(xiàn)為增強的趨勢。

3.2 土壤蔗糖酶活性

作為土壤中的生物催化劑，蔗糖酶（轉化酶）直接參與土壤碳素循環(huán)，通過分解高分子化合物。進而形成能被植物和微生物利用的營養(yǎng)物質(zhì)，因此，土壤蔗糖酶活性強弱在一定程度上可以反映土壤熟化程度和肥力水平。研究結果表明（圖2），不同間作模式土壤蔗糖酶活性在垂直分布上均呈現(xiàn)與與土壤有機質(zhì)和氮素含量相同的變化趨勢[6]，即0～20 cm土層>20～40 cm土層，可見土壤蔗糖酶活性與土壤有機質(zhì)和氮素含量相關。與土壤過氧化氫酶活性相似，不同土層各間作模式土壤蔗糖酶活性的排列模式也存在差異，0～20 cm土層為禿杉-旱谷>禿杉-玉米>禿杉-小米>禿杉純林，20～40 cm土層為禿杉-玉米>禿杉-旱谷>禿杉-小米>禿杉純林。

3.3 土壤脲酶活性

脲酶參與土壤中有機態(tài)氮素的分解，通過將有機氮轉化過程的中間產(chǎn)物尿素水解轉化為氨，從而為林木利用，其活性可以用于反映土壤氮素狀況。圖3 結果顯示，3種農(nóng)林間作模式0～20 cm和20～40 cm脲酶活性均比禿杉純林模式有不同程度的提高，其中0～20 cm排列次序為禿杉-旱谷>禿杉-玉米>禿杉-小米>禿杉純林，20～40 cm土層中為禿杉-玉米>禿杉-小米>禿杉-旱谷>禿杉純林?？梢?，禿杉幼林通過間作農(nóng)作物，可以促進土壤脲酶酶促反應的進行，從而促進有機氮轉化為有效氮從而被植物所吸收利用。

3.4 土壤酸性磷酸酶活性

磷酸酶具有催化磷酸脂或者磷酸酐的水解反應，加速有機磷的脫磷速度，進而提高土壤磷素有效性的作用，其活性高低直接影響著土壤中有機磷的分解轉化及其生物有效性。土壤磷酸酶的主要類型之一——磷酸單脂酶，對土壤有機磷的分解轉化及植物的磷素營養(yǎng)具有重要影響。磷酸單脂酶通常分為酸性磷酸酶（pH 5～6）和堿性磷酸酶（pH 8～10） 兩種。 南方紅壤區(qū)域土壤多數(shù)呈現(xiàn)酸性反應，土壤中的磷酸酶主要為酸性磷酸酶。圖4表明，在不同間作模式中各土層酸性磷酸酶活性的變化趨勢存在明顯差異， 0～20 cm土層為禿杉-旱谷>禿杉-玉米>禿杉純林和禿杉-小米，20～40 cm土層為禿杉-旱谷>禿杉-小米>禿杉純林>禿杉-玉米。總體上看，3種農(nóng)林間作模式0～40 cm土層酸性磷酸酶活性均高于禿杉純林，表明禿杉幼林間作也有利于土壤酸性磷酸酶活性的提高。

3.5 土壤酶活性與土壤養(yǎng)分的相關性分析

研究表明，森林土壤酶活性與土壤養(yǎng)分等肥力因素存在良好的相關關系[1-3]。通過對禿杉幼林不同間作模式土壤酶活性與土壤主要養(yǎng)分的相關分析（結果見表1）表明，4種土壤酶活性與土壤有機質(zhì)、全氮、水解氮、全磷、速效磷和速效鉀等主要養(yǎng)分均呈現(xiàn)極顯著（P <0.01）或顯著（P <0.05）相關關系，但與土壤全鉀的相關性不顯著，表明土壤酶活性在較大程度上反映了土壤肥力水平，因此也可以作為該土壤肥力的重要指標。

4 討論

土壤酶作為土壤生物學活性的重要組成部分，在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動等重要生態(tài)工程起著重要的作用，其中土壤過氧化氫酶活性、脲酶活性、蔗糖酶活性和酸性磷酸酶活性能夠分別反映出土壤有機質(zhì)的轉化速度（土壤中腐殖質(zhì)再合成強度）、土壤有機殘體分解強度（碳素循環(huán)）、氮素水平狀況和土壤磷素供應狀況，對植物的生長發(fā)育起著至關重要的作用[8]。本研究表明，與禿杉純林模式相比，3種禿杉幼林與農(nóng)作物間作模式土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶均出現(xiàn)不同程度的增大趨勢，說明禿杉幼林間種農(nóng)作物促進了土壤有機質(zhì)和氮、磷養(yǎng)分的轉化，從而提高土壤的肥力水平。

禿杉幼林與農(nóng)作物間種的過程，也是其與土壤相互作用和相互影響的過程。禿杉造林前其前茬即杉木人工林砍伐后經(jīng)過煉山，原來聚集在林地地表的采伐剩余物、凋落物和灌草植物等大部分轉化為灰分，提高土壤尤其是表土層速效養(yǎng)分的含量，同時疏松土壤。煉山后林地處于短期內(nèi)的強光照射和土壤養(yǎng)分較豐富的環(huán)境，有利于一些喜光和早期生長需要養(yǎng)分較多的樹種的生長發(fā)育，但禿杉樹屬耐陰性樹種，其早期（造林后2年）生長緩慢，所需養(yǎng)分并不很多。可見，利用禿杉生長初期間種農(nóng)作物，可以覆蓋裸露地面，減弱強光照射，減少了林地裸露空間，降低土壤溫度，增加土壤濕度，抑制了林下植物生長，有利于林木的生長發(fā)育，同時通過以耕代撫在一定程度上替代了原來的林地除草松土工作，減少了撫育成本開支，而且由于所間種的農(nóng)作物采收后其根莖葉殘留林地，有利于林地土壤結構的改善，提高土壤養(yǎng)分含量和酶活性，從而促進林木生長，表現(xiàn)出與油茶[8]、板栗[8]、棗樹[8]、橡膠樹[8]等與農(nóng)作物間作后所起到的相似效果。由此可見，根據(jù)當?shù)氐臍夂蚝屯寥罈l件，選擇和推廣合理的禿杉幼林與農(nóng)作物的間作模式，既改善土壤肥力狀況，促進林木生長，同時也增加了早期經(jīng)營收入，對實現(xiàn)禿杉人工林經(jīng)營的“長短結合”、“以短養(yǎng)長”的經(jīng)營目標具有重要的實際意義。

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