北方土石山區(qū)不同植被恢復模式土壤酶活性研究

張艷 王冬梅

摘 要：以北方土石山區(qū)不同植被恢復模式為研究對象，測定并分析不同植被恢復的土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性的分布規(guī)律及其相互關系。結果表明：不同植被恢復均使土壤酶活性明顯提高，但不同植被對土壤酶活性的影響不同;土壤酶活性與土壤環(huán)境因子的相關性不完全一致，與土壤養(yǎng)分因子呈正相關關系，與土壤pH值呈負相關關系。

關鍵詞：植被恢復 土壤理化性質(zhì) 土壤酶活性 相關性

中圖分類號：S154.2? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Study on Soil Enzyme Activities under Different

Vegetation Restoration Patterns in Northern

Earth-Rocky Mountainous Area

ZHANG Yan1， WANG Dongmei2*

（1 Water & Land ECO-environment Technology Institute of Beijing Co.Ltd， Beijing100101， China; 2 School of Soil and Water Conservation， Beijing Forestry University， Beijing100083， China）

Abstract：Taking different vegetation restoration patterns in northern earth-rocky mountainous area as the research objects，we tested the soil physical and chemical properties and soil enzyme activities in different vegetation restoration patterns，and analyzed their distribution and correlation. The results showed that soil enzyme activities significantly increased under different vegetation restoration patterns， but the effects of different vegetation on soil enzyme activities were different. The soil enzyme activity is not completely correlated with soil environmental factors， but is positively correlated with soil nutrient factors and negatively correlated with soil pH value.

Key words：Vegetation restoration; soil physical and chemical properties; soil enzyme activity; correlation

近年來，隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，生態(tài)環(huán)境日益惡化、水土流失嚴重，因此，保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展、防止水土流失已成為全球共同關注的話題。密云土石山區(qū)（以密云石匣小流域為例），區(qū)域內(nèi)多為土石山區(qū)和丘陵區(qū)，水土流失較為嚴，且下游為北京市惟一的地面飲用水源——密云水庫，同時水土流失造成的土壤退化也是制約本區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的最重要的因素。多年來，在密云水庫上游開展了許多不同治理措施，也取得了不同的成效，治理的同時也在探索不同的治理模式的效果。以往的對小流域治理效果的評價上大多從徑流泥沙，對土壤-植被的生態(tài)系統(tǒng)的研究也相對較少。土壤是植物生長的一個重要生態(tài)因子，土壤養(yǎng)分是土壤的根本性質(zhì)，在生態(tài)系統(tǒng)植被恢復中起著關鍵性作用;而土壤酶是一種具有特殊能力且專一性較強的生物催化劑[1]，參與土壤的許多重要的生化反應和物質(zhì)循環(huán)，土壤酶參與土壤中一切生化反應[3]，在一定程度上能敏感地反應土壤的肥力狀況及土壤質(zhì)量的變化情況[2]。隨著生物學和分子生物技術的發(fā)展，土壤生物指標用于評價土壤肥力及質(zhì)量情況越來越受到重視，土壤酶活性多種因素的影響，近幾年學者在土壤酶在土壤中的分布規(guī)律、影響因子等方面做了大量的研究[4-17]，但研究結果并不相同。因此，深入研究不同植被恢復模式下土壤酶活性與土壤養(yǎng)分關系，對合理利用土壤，營造最佳生態(tài)效益的林分，對改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義，同時為不同程度的退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復和水土流失治理模式的選擇提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為水土保持科技示范園區(qū)，位于北京市石匣小流域內(nèi)。石匣小流域位于北京市密云縣高嶺鎮(zhèn)，密云水庫東北部，地理坐標為117°01′～117°07′E和43°32′～42°38′N;屬于燕山山脈土石淺山丘陵區(qū)。

研究區(qū)屬于暖溫帶半干旱季風型大陸性氣候，四季分明，年平均氣溫10～15 ℃，無霜期170～180 d，≥10 ℃活動積溫4413.6 ℃;多年平均降雨量660 mm左右，80%集中在6-9月份，流域內(nèi)水資源較豐富。流域內(nèi)地勢北高南低，海拔150～390 m。土壤類型為洪積沖積母質(zhì)上發(fā)育的褐土，質(zhì)地為輕壤，土層深厚，土體緊實，空隙較小，耕層較淺。流域內(nèi)植被資源豐富，境內(nèi)有以楊、柳、樺、松、柏、槐等為主的喬灌木樹種，草本植物200多種，白羊草、苔草、隱子草等分布極為廣泛。

1.2 研究方法

1.2.1 土樣采集

本研究選擇刺槐純林、刺槐與側柏混交林、荊條灌叢、板栗純林、山楂純林、玉米地、荒草地（自然恢復為主）等幾種不同的植被模式為研究對象，并以裸露地表的空地為對照。在試驗區(qū)內(nèi)各個樣地采用典型抽樣法設置標準地（20 m×20 cm），在標準地內(nèi)隨機選擇3個點;按照0～15 cm土層根際土進行取樣，取樣時間為2015年9月。各樣地基本情況見表1。

1.2.2 試驗測定方法

土壤酶活性的測定：本研究主要測定土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性，脲酶活性采用次氯酸鈉比色法測定，磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法。

土壤養(yǎng)分的測定：采用YN4000智能型多功能土壤肥料養(yǎng)分速測儀進行測定。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel和Spss21.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同植被土壤pH值與土壤養(yǎng)分狀況分析

通過對不同植被土壤pH值、土壤養(yǎng)分因子（有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀）測定分析結果可知（表2）：與對照地相比，不同植被土壤呈弱酸-弱堿性，土壤pH值范圍為6.0～7.42，與對照地相比，不同植被恢復均使土壤酸堿度有所降低。與對照地相比，植被恢復使土壤養(yǎng)分含量顯著增加，但不同植被對土壤養(yǎng)分影響不同，其中經(jīng)濟林（山楂林、板栗林）﹥灌叢﹥針闊混交林、純林，其他植被規(guī)律性不強。

2.2 不同植被土壤酶活性狀況分析

1）不同植被土壤脲酶活性的分布情況

不同植被土壤脲酶活性存在顯著差異。從表3可以看出，不同植被土壤脲酶活性表現(xiàn)為：山楂林﹥板栗林﹥刺槐側柏混交林﹥荊條灌叢﹥刺槐林﹥荒草地﹥玉米地，山楂林根際土壤脲酶活性顯著高于其他樣地，而刺槐純林與刺槐側柏混交林、荊條灌叢差異不明顯。

2）不同植被土壤過氧化氫酶活性情況

如表3所示，不同植被恢復均使得土壤過氧化氫酶活性顯著增加，但不同植被土壤過氧化氫酶活性變化規(guī)律性不強。土壤過氧化氫酶活性以刺槐側柏混交林最高，為0.916 mL（0.1mol/ KMnO4）/g，刺槐側柏混交林顯著高于其他樣地，荊條灌叢與板栗林、荒草地與玉米地之間差異不明顯，其他樣地之間差異達到顯著水平。

3）不同植被土壤磷酸酶活性分布情況

不同植被土壤磷酸酶測定結果如表3，不同植被土壤磷酸酶活性差異性規(guī)律表現(xiàn)不強表現(xiàn)：板栗林>山楂林>玉米地>荊條灌叢>刺槐純林>刺槐、側柏混交林，板栗林、山楂林及玉米地土壤磷酸酶活性顯著高于其他樣地，其他樣地差異不顯著。

2.3 土壤酶活性與土壤養(yǎng)分因子相關分析

從表4中可以看出，土壤脲酶活性與有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀存在極顯著的正相關關系，相關系數(shù)分別為0.935**、0.890**、0.852**、0.909**，與土壤pH值呈顯著的負相關關系（r=-0.783*）。過氧化氫酶活性與有機質(zhì)含量、全氮含量在0.01水平上呈極顯著的正相關關系，相關系數(shù)分別為0.607**、0.676**，與速效鉀呈顯著的正相關，與pH值呈一般的負相關關系（r=-0.604）。磷酸酶活性與有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀在0.01水平上均呈顯著的正相關，相關系數(shù)分別為0.921**、0.876**、0.891**、0.922**、0.904**、0.960**、0.875**、0.809**，與pH值在0.01水平上呈顯著負相關（r=-0.920**）。結果表明，顯著影響有機質(zhì)含量的因子是脲酶和磷酸酶活性，影響土壤全氮含量的主要因子是脲酶活性，影響速效磷的主要因子是脲酶活性、磷酸酶活性、過氧化氫酶活性，影響速效鉀含量的主要因子是脲酶活性、過氧化氫酶活性。

3 結論與討論

本研究結果顯示，植被恢復能夠改善土壤pH值，提高土壤養(yǎng)分含量，增加土壤酶活性，土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性與土壤養(yǎng)分（有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀）呈極顯著、顯著或一般的正相關關系，這與白翠霞等 [10]、鄭詩樟等[19]、李冰等[18]研究結果一致。以往土壤pH值與土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性相關關系的研究結果顯示[11，20-21]，土壤pH值與土壤酶活性相關性不一致，呈現(xiàn)一般或顯著的正相關或負相關關系，本研究結果顯示北方土石山區(qū)土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性與土壤pH值呈現(xiàn)顯著負相關關系。

不同植被土壤酶活性比較，研究發(fā)現(xiàn)[22-23]：一般地混交林高于純林、灌木林高于喬木林;脲酶活性以針葉林較高，經(jīng)濟林最低;不同林分土壤磷酸酶活性差異較小;過氧化氫酶活性針闊混交林地高于闊葉純林地。本研究對不同植被土壤酶活性的研究結果顯示：不同植被土壤脲酶活性、磷酸酶活性以山楂林和板栗林最高，過氧化氫酶活性以刺槐側柏混交林最高;磷酸酶及過氧化氫酶活性分布規(guī)律與上述研究結果一致;而脲酶活性山楂林最高，刺槐側柏混交林次之，與上述結果存在差異，其原因有待進一步研究考證。

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