膠東丘陵區(qū)赤松人工林土壤生物學(xué)特性研究初探

于浦云，胡海燕*，矯興杰，李東芹，孫太元，鄭愛華，馬 寧,杜振宇

（1.煙臺(tái)市牟平區(qū)森林資源監(jiān)測(cè)保護(hù)服務(wù)中心，山東 煙臺(tái)264100；2.煙臺(tái)市牟平山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理服務(wù)中心，山東煙臺(tái)2641004；3.煙臺(tái)市林業(yè)科學(xué)研究所，山東煙臺(tái)264013；4.山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東濟(jì)南250014）

赤松（Pinus densiflora）耐干旱瘠薄能力較強(qiáng)，是溫帶和暖溫帶地區(qū)針葉林的主要建群樹種，在我國(guó)主要分布在山東半島、遼東半島和吉林省的東部[1-3]。赤松是山東省的鄉(xiāng)土樹種，主要分布在膠東丘陵區(qū)和部分魯中山地，在荒山造林中發(fā)揮了重要作用，對(duì)提高生物多樣性、增強(qiáng)森林生態(tài)服務(wù)功能、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義[4]。多年以來(lái)，林業(yè)科研工作者對(duì)赤松人工林開展了了廣泛而深入的研究，在林分生長(zhǎng)、樹木生理生態(tài)、病蟲害防治等多方面取得較大進(jìn)展[1-7]，但是在土壤方面的研究報(bào)道較少。

土壤是林木維系生長(zhǎng)和發(fā)揮生態(tài)服務(wù)功能的基礎(chǔ)。土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)主要包含物理、化學(xué)和生物學(xué)特性共3 類指標(biāo)。生物學(xué)性狀是森林土壤質(zhì)量的重要組成部分，主要包括微生物數(shù)量和生物量、酶類型和活性、土壤動(dòng)物種群等，可以表征土壤結(jié)構(gòu)的發(fā)展、養(yǎng)分儲(chǔ)量以及生物活動(dòng)，能敏感反映土壤質(zhì)量的變化和有機(jī)質(zhì)積累過(guò)程[8]。對(duì)典型人工林開展土壤生物學(xué)特性研究，對(duì)于評(píng)價(jià)林地土壤質(zhì)量、診斷土壤功能失調(diào)、了解土壤有機(jī)質(zhì)循環(huán)具有十分重要的意義。本文在課題組前期研究基礎(chǔ)上，對(duì)膠東丘陵區(qū)典型赤松人工林開展了土壤生物學(xué)特性研究，初步探討了林地土壤主要酶活性和微生物數(shù)量的變異特征，旨在了解該區(qū)赤松林地土壤生物學(xué)特性，為干旱瘠薄地區(qū)林地土壤質(zhì)量提升和人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

膠東丘陵區(qū)位于山東省東部，屬暖溫帶濕潤(rùn)半濕潤(rùn)季風(fēng)性氣候，年均氣溫11.3℃，全年無(wú)霜期約207 d；四季分明，氣候特征明顯，春秋季節(jié)氣候干燥，60%降雨集中于夏季，年平均降水量740 mm[9]。區(qū)域土壤類型主要為棕壤，植被類型以常綠針葉林和落葉闊葉林為主，樹種主要有赤松、黑松、油松、麻櫟、刺槐、楸樹等。

2 材料與方法

2.1 樣地設(shè)置

在研究區(qū)內(nèi)的煙臺(tái)市轄區(qū)選取12 塊有代表性的不同林齡、不同密度赤松人工林地作為研究對(duì)象，每塊樣地面積均為10 m×10 m，其中1-3 號(hào)樣地位于牟平區(qū)神童村林場(chǎng)，4-6 號(hào)樣地位于牟平區(qū)風(fēng)云林場(chǎng)，7-9 號(hào)樣地位于萊山區(qū)曲村林場(chǎng)，10-12 號(hào)樣地位于昆崳山林場(chǎng)。林地的土壤類型為棕壤，林下植被主要有胡枝子、臭椿、麻櫟、商陸、山苜楂、地榆等。各塊樣地基本概況見表1。

表1 供試赤松人工林樣地概況

2.2 土壤采樣方法

土壤取樣時(shí)間為2018年9月。在每塊樣地采用蛇形隨機(jī)選4 個(gè)點(diǎn)，用土鉆采集0-20 cm 土層的土壤樣品，去除其中的碎石、動(dòng)植物殘?bào)w和其它雜質(zhì)，均勻混合后用四分法取1000 g 左右土樣帶回實(shí)驗(yàn)室備用。

2.3 土壤生物學(xué)指標(biāo)選擇和測(cè)定

從代表性、系統(tǒng)性以及易于獲取等多方面考慮，選擇土壤生物學(xué)指標(biāo)7 個(gè)，分別為細(xì)菌數(shù)量、放線菌數(shù)量、真菌數(shù)量、脲酶活性、蔗糖酶活性、過(guò)氧化氫酶活性和蛋白酶活性。土壤酶活性測(cè)定方法及各緩沖液的配置方法參照關(guān)松蔭等編著的《土壤酶及其研究法》[10]。土壤細(xì)菌數(shù)量測(cè)定采用稀釋平板涂布法[11]。

2.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與圖表制作，采用Statistica 12.0 軟件進(jìn)行相關(guān)分析與多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 赤松人工林的土壤生物學(xué)特性

供試赤松人工林的土壤生物學(xué)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果列于表2。由表中數(shù)據(jù)可以看出，不同赤松人工林的土壤微生物數(shù)量和酶活性均存在較大差異。變異系數(shù)可以用于表征指標(biāo)敏感性，變異系數(shù)越大表明該指標(biāo)對(duì)差異性也越敏感，低于10%為弱變異，高于100%為強(qiáng)變異，處于二者之間（10%～100%）的為中等變異[12]。由表3可以看出，各樣地土壤微生物數(shù)量大小均依次為：細(xì)菌＞放線菌＞真菌；土壤細(xì)菌、放線菌、真菌和脲酶活性在供試人工林中處于強(qiáng)變異水平，而其它指標(biāo)均屬于中等變異，這說(shuō)明膠東丘陵區(qū)赤松林地土壤的生物學(xué)特性整體上不太穩(wěn)定，在不同林地間變異性較大。

表2 供試赤松人工林的土壤生物學(xué)特性

表3 土壤生物學(xué)指標(biāo)的描述性分析結(jié)果

3.2 不同林齡赤松林的土壤生物學(xué)特性

位于牟平區(qū)的1-6 號(hào)樣地的赤松林齡為16年，位于萊山區(qū)的7-9 號(hào)林齡為22～23年，而位于昆崳山林場(chǎng)的赤松林齡為65年。由表4可以看出，林齡65年的林地土壤細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量均顯著高于其它樣地，而林齡16年和22～23年赤松林地的微生物數(shù)量之間的差異沒(méi)有達(dá)到顯著水平。

表4 不同林齡赤松人工林土壤生物學(xué)指標(biāo)

不同于土壤微生物數(shù)量，不同土壤酶活性在3個(gè)林齡組赤松之間表現(xiàn)出的變化規(guī)律也不盡相同。65年林齡赤松林地的脲酶活性和蛋白酶活性均顯著高于其它兩個(gè)林齡組，變化規(guī)律與土壤微生物數(shù)量相似。22～23年林齡的赤松林地土壤蔗糖酶活性要顯著高于16年和65年林齡組；對(duì)于過(guò)氧化氫酶活性，16年和22～23年林齡組之間雖未有明顯差異，但二者均顯著高于65年林齡組。

綜合以上結(jié)果，赤松林木生長(zhǎng)時(shí)間對(duì)林地土壤生物學(xué)特性產(chǎn)生了顯著影響作用。林齡越大，土壤生物學(xué)特性整體上也要越好。但土壤過(guò)氧化氫酶活性隨林齡增加卻表現(xiàn)出降低趨勢(shì)，具體原因尚需進(jìn)一步研究。

3.3 土壤生物學(xué)指標(biāo)間的相關(guān)性分析

由表5可以看出，赤松林地土壤細(xì)菌、放線菌、真菌、脲酶中任意兩者之間存在極顯著正相關(guān)，而它們均與過(guò)氧化氫酶也存在顯著負(fù)相關(guān)。細(xì)菌、真菌、脲酶均與蛋白酶之間存在極顯著正相關(guān)，脲酶與蛋白酶之間也呈顯著正相關(guān)，而蛋白酶與過(guò)氧化氫酶存在顯著負(fù)相關(guān)。所有指標(biāo)中，只有蔗糖酶與其它生物學(xué)指標(biāo)間均未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。

表5 土壤生物學(xué)指標(biāo)間的相關(guān)性分析

4 結(jié)論

采用描述性統(tǒng)計(jì)、多重比較和相關(guān)分析，對(duì)膠東丘陵區(qū)不同林齡的赤松林地土壤生物學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了初步研究，結(jié)果表明：

（1）土壤細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量和脲酶活性在供試人工林中處于強(qiáng)變異水平，而其它指標(biāo)均屬于中等變異。赤松林地土壤的生物學(xué)特性整體上不太穩(wěn)定，在不同林地間變異性較大。

（2）不同林齡赤松人工林的土壤微生物數(shù)量和酶活性均存在較大差異。赤松林木生長(zhǎng)時(shí)間會(huì)對(duì)林地土壤生物學(xué)特性產(chǎn)生顯著影響。林齡越大，土壤生物學(xué)特性整體上也要越好。但土壤過(guò)氧化氫酶活性隨林齡增加卻表現(xiàn)出降低趨勢(shì)。

（3）赤松林地土壤細(xì)菌、放線菌、真菌、脲酶中任意兩者之間存在極顯著正相關(guān)，而它們均與過(guò)氧化氫酶存在顯著負(fù)相關(guān)。細(xì)菌、真菌、脲酶均與蛋白酶之間存在極顯著正相關(guān)，而蛋白酶與過(guò)氧化氫酶存在顯著負(fù)相關(guān)。除土壤蔗糖酶之外，其它生物學(xué)指標(biāo)與土壤肥力之間均表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。