開溝整地對樟子松人工林土壤酶活性的影響

石 亮

(1.遼寧省沙地治理與利用研究所，遼寧 阜新 123000;2.遼寧章古臺科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，遼寧 阜新 123000)

樟子松Pinussylvestrisvar.mongolica是三北防護(hù)林工程的重要組成樹種，在科爾沁地區(qū)存量較大且多為人工純林。由于樹種單一、初植密度大等原因，加之缺少科學(xué)合理的森林經(jīng)營措施，導(dǎo)致樟子松人工純林抵御病蟲害的能力下降，植株衰退、死亡的現(xiàn)象頻發(fā)。國內(nèi)多地林業(yè)管理部門、國有林場開展了大規(guī)模的森林撫育、低質(zhì)低效林改造工作，清退死樹、病樹的同時(shí)，也空出了大量的采伐跡地。如何利用這些采伐跡地繼續(xù)造林，如何利用科學(xué)合理的整地措施來提高土壤質(zhì)量，保證造林成活率，是擺在林業(yè)工作者面前亟需解決的問題。目前，國內(nèi)對于林地整地的研究多集中于全面整地、帶狀整地、穴狀整地。吳起明等[1]在研究整地對馬尾松幼林Pinusmassoniana土壤肥力的影響中發(fā)現(xiàn)，在造林初期全墾效果最好，穴墾最差，但造林5 a后，土壤理化性質(zhì)表現(xiàn)為穴墾>帶墾>全墾。張利麗等[2]則認(rèn)為全墾和帶墾更適合尾巨桉Eucalyptusurophylla×E.grandis改造整地，有機(jī)碳、全N、全P、全K均顯著高于穴墾。對于土壤養(yǎng)分含量較低的科爾沁沙土地區(qū)來說，全面整地雖然可破除土壤板結(jié)，但有可能造成土壤養(yǎng)分的流失，加速水分蒸發(fā)。王謝等[3]在研究林分改造初期整地對土壤養(yǎng)分影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，整地面積越大，土壤表層的土壤有機(jī)碳量就越低，其干擾可達(dá)到20～40 cm土層，對全氮、微生物生物量碳氮、穩(wěn)定性有機(jī)碳也存在一定的影響。而開溝整地不僅能達(dá)到破除地表板結(jié)的效果，增加攔蓄地表徑流的能力，同時(shí)也能更加省時(shí)省力。馮天嬌等[4]在對隴中黃土區(qū)坡面整地對土壤化學(xué)性狀的影響研究中發(fā)現(xiàn),土壤養(yǎng)分含量最高的為水平溝，其次為魚鱗坑和反坡臺。目前，國內(nèi)學(xué)者關(guān)于開溝整地的研究多數(shù)為坡面治理時(shí)的土壤養(yǎng)分和水分變化或開溝的工程設(shè)計(jì)，對于林地內(nèi)的開溝整地土壤酶活性的變化鮮有報(bào)道。本研究通過在樟子松人工林內(nèi)進(jìn)行開溝整地與未開溝樣地對比試驗(yàn)，分析各樣地內(nèi)不同土層深度土壤酶活性差異，明確科爾沁沙地樟子松人工林開溝整地土壤酶活性的變化規(guī)律，從而為樟子松人工林更新造林整地措施及可持續(xù)經(jīng)營提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選擇在遼寧省沙地治理與利用研究所樟子松人工林內(nèi)，位于遼寧省彰武縣章古臺鎮(zhèn)，地理位置121°53′～122°22′E，42°43′～42°51′N。海拔230 m左右。氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年均氣溫6.82 ℃；≥10 ℃的年積溫約3 148 ℃，年降水量450 mm左右，多集中在6-8月，多年平均蒸發(fā)量1 700 mm，相對濕度60.4%，年均風(fēng)速3.3 m·s-1，無霜期150～160 d。土壤類型以風(fēng)沙土為主。該地區(qū)主要分布的喬木樹種有樟子松、家榆Ulmuspumila等。常見草本植物有少花蒺藜草Cenchruspauciflorus、狗尾草Setariaviridis、堿草Elymusdahuricus等。2012年對38 a林齡的樟子松人工林進(jìn)行帶狀間伐，在空帶內(nèi)進(jìn)行機(jī)械開溝整地，整地深度0.8～1.0 m，溝寬1.5 m。經(jīng)過9 a自然演替，溝內(nèi)植被均為自然植被。

2 研究方法

2.1 樣品采集與測定

試驗(yàn)地選擇海拔、坡度、坡向盡量一致的地段，設(shè)置3個(gè)處理，分別為開溝2條樣地(S2)、開溝3條樣地(S3)、未開溝樣地(CK)，每個(gè)處理3次重復(fù)。在不同樣地內(nèi)分別設(shè)置3個(gè)樣方，每個(gè)樣方面積50 m2。2019年8月，對每個(gè)樣地進(jìn)行取樣，在各樣方內(nèi)用土鉆(Φ=5 cm)按“S”形在0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層分別取樣，將相同土層深度的土壤混合，采用四分法進(jìn)行取舍，然后將土樣裝入自封袋內(nèi)置于4 ℃保溫箱中保存并帶回實(shí)驗(yàn)室，采集時(shí)注意去掉植物殘?bào)w及雜質(zhì)。鮮土過篩處理后進(jìn)行檢驗(yàn)。土壤過氧化氫酶測定采用高錳酸鉀滴定法，蔗糖酶測定采用二硝基水楊酸比色法，磷酸酶測定采用苯磷酸二鈉法，脲酶測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法。

2.2 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2013和SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與統(tǒng)計(jì)分析，用單因素方差(One-way ANOVA)分析不同樣地之間酶活性的差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 開溝整地對土壤過氧化氫酶活性的影響

從圖1可見，隨著土層深度的增加，S2、S3樣地土壤過氧化氫酶活性降低較為顯著(P<0.05)；CK樣地0～20 cm土層過氧化氫酶活性顯著高于20～40 cm和40～60 cm土層(P<0.05)。與CK樣地相比，0～20 cm土層過氧化氫酶活性在S2、S3樣地分別提高了64.26%和43.89%；20～40 cm土層過氧化氫酶活性在S2、S3樣地分別提高了124.80%和131.91%；40～60 cm土層過氧化氫酶活性在S2、S3樣地分別提高了104.81%和110.08%。

注：不同小寫字母表示同一土層深度不同樣地間差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示同一樣地不同土層間差異顯著(P<0.05)。下圖同。

2.2 開溝整地對土壤蔗糖酶活性的影響

從圖2可知，各樣地0～20 cm土層蔗糖酶活性顯著高于其他土層(P<0.05)。與CK樣地相比，0～20 cm土層蔗糖酶活性在S2、S3樣地分別提高了11.74%和40.40%；20～40 cm土層蔗糖酶活性在S2、S3樣地分別降低了41.74%和6.73%；40～60 cm土層蔗糖酶活性在S2、S3樣地分別降低了43.14和1.44%。

圖2 不同樣地蔗糖酶活性變化情況

3.3 開溝整地對土壤脲酶活性的影響

從圖3可知，S2樣地各土層脲酶活性差異顯著(P<0.05)，S3與CK樣地0～20 cm土層脲酶活性顯著高于其他土層(P<0.05)，20～40 cm和40～60 cm土層脲酶活性無顯著差異(P>0.05)。與CK樣地相比，0～20 cm土層深度脲酶活性在S2、S3樣地分別提高了30.23%和33.09%；20～40 cm土層深度脲酶活性在S2、S3樣地分別提高了12.60%和27.44%；40～60 cm土層深度脲酶活性在S2、S3樣地分別提高了1.32%和46.05%。

圖3 不同樣地脲酶活性變化情況

3.4 開溝整地對土壤磷酸酶活性的影響

從圖4可知，S2樣地各土層磷酸酶活性差異顯著(P<0.05)，S3與CK樣地0～20 cm土層磷酸酶活性顯著高于其他土層，20～40 cm和40～60 cm土層磷酸酶活性無顯著差異(P>0.05)。與CK樣地相比，0～20 cm土層磷酸酶活性在S2、S3樣地分別提高了17.32%和0.43%；20～40 cm土層磷酸酶活性在S2、S3樣地分別提高了37.05%和5.02%；40～60 cm土層磷酸酶活性在S2、S3樣地分別提高了26.53%和27.12%。

圖4 不同樣地磷酸酶變化情況

4 結(jié) 論

土壤酶是土壤物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化的重要媒介，是反映土壤質(zhì)量和健康較為敏感的生物指標(biāo)[5]。本研究中各樣地的土壤酶活性具有很明顯的垂直分布特征，即表層大于深層，表聚現(xiàn)象較為明顯[4]。開溝整地后的土壤酶活性高于對照，說明開溝整地有利于土壤生物活性的提高。主要原因可能是由于開溝整地能有效增加降雨的地面截流量，使得溝內(nèi)的水分條件變好。同時(shí)，在春、秋季風(fēng)時(shí)節(jié)，能有效遏制地表細(xì)小土壤顆粒及枯落物的風(fēng)蝕，減少土壤水分流失，為土壤微生物活動、酶促反應(yīng)提供了良好的水熱條件，間接增加了土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化及氮、磷元素的利用效率。對于科爾沁沙地來說，開溝整地可提供較好的土壤條件，是保障樟子松人工林改造成效的重要措施。