5種相思樹和尾巨桉人工林土壤養(yǎng)分和酶活性特征

周麗麗, 李樹斌, 潘輝, 王萬萍, 吳亞嵐, 鄭茹萍

5種相思樹和尾巨桉人工林土壤養(yǎng)分和酶活性特征

周麗麗1,2, 李樹斌2,3, 潘輝1*, 王萬萍2,3, 吳亞嵐4, 鄭茹萍2,3

(1. 閩江學(xué)院海洋研究院，福州 350108; 2. 國(guó)家林業(yè)和草原局杉木工程技術(shù)研究中心，福州 350002; 3. 福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福州 350002; 4. 福州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，福州 350108)

為揭示固氮樹種土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的酶學(xué)機(jī)制，對(duì)固氮樹種[厚莢相思()、黑木相思()、卷莢相思()、大葉相思()和馬占相思()]及非固氮樹種尾巨桉(×)人工林的土壤養(yǎng)分含量、酶活性及其相關(guān)性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，相思林40～60 cm土層的pH均高于尾巨桉林；5種相思林土壤各土層的TP、TK含量均低于尾巨桉林，而20～40 cm土層的TC、TN含量均高于尾巨桉林，黑木相思林和馬占相思林各土層的有效養(yǎng)分均顯著高于尾巨桉林(<0.05)。0～10 cm土層中，相思林的土壤酸性磷酸酶和纖維素酶活性均高于尾巨桉林，大葉相思林的土壤脲酶、蔗糖酶、纖維素酶和芳基硫酸酯酶活性顯著高于尾巨桉林(<0.05)，卷莢相思林的土壤脲酶、纖維素酶、幾丁質(zhì)酶和淀粉酶活性顯著高于尾巨桉林(<0.05)。相關(guān)分析結(jié)果表明，土壤脲酶、蔗糖酶和幾丁質(zhì)酶活性與AP顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)，蔗糖酶和纖維素酶活性與NH+-N顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)，脲酶、纖維素酶、芳基硫酸酯酶與土壤TK顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)，幾丁質(zhì)酶活性與TN含量呈顯著正相關(guān)(<0.05)，土壤淀粉酶活性與NH4+-N呈顯著正相關(guān)(<0.05)，過氧化氫酶活性與土壤TK含量呈顯著正相關(guān)。可見，與尾巨桉人工林相比，在我國(guó)南方退化山地引種相思樹可提高土壤關(guān)鍵酶的活性，對(duì)土壤有效養(yǎng)分具有明顯改良作用，有利于退化地土壤的生態(tài)修復(fù)及人工林長(zhǎng)期生產(chǎn)力的維持。

相思樹；桉樹；土壤退化；土壤養(yǎng)分；土壤酶；冗余分析

人工林土壤退化是全世界面臨的重要環(huán)境問題之一。我國(guó)人工林面積高達(dá)6.933×107hm2，約占世界人工林面積的25%，居全球之首[1]。目前我國(guó)南方主要以營(yíng)造杉木()、馬尾松()等速生樹種為主，造林樹種單一，加上多代連栽、短輪伐期、不合理經(jīng)營(yíng)等措施導(dǎo)致人工林土壤退化嚴(yán)重[2]。如何緩解人工林土壤的進(jìn)一步退化、促進(jìn)林地長(zhǎng)期生產(chǎn)力的提高，是當(dāng)今林業(yè)界亟需解決的重大課題。

相思樹隸屬于含羞草科(Mimosaceae)金合歡屬()的常綠喬木，原產(chǎn)于澳大利亞、巴布亞和印尼等地，具有速生豐產(chǎn)、耐干旱貧瘠、富含根瘤以及材質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn)，于上世紀(jì)60年代開始引入我國(guó)，至今引種成功20多種[3]。相思樹是一種很好的固氮樹種，在改土培肥、固碳增匯、改善環(huán)境等方面具有很好的改良作用，已成為南方荒山地區(qū)造林和生態(tài)重建的先鋒樹種之一。桉樹為桃金娘科(Myrtaceae)桉樹屬()樹種的總稱，原產(chǎn)于澳大利亞，于1890年引入我國(guó)，目前在廣東、廣西、海南、福建等省區(qū)均有種植，栽植面積超過1.5×106hm2，居世界第3位[4]。桉樹是我國(guó)經(jīng)濟(jì)價(jià)值最大的三大樹種(松、桉、楊)之一，適合生產(chǎn)短纖維紙漿，被稱為紙漿工業(yè)的“綠色黃金”。其中,尾巨桉()是我國(guó)實(shí)施速生豐產(chǎn)用材林建設(shè)的首選樹種之一，目前在我國(guó)南方大面積推廣種植。桉樹給人類帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益, 也引發(fā)了一系列“生態(tài)安全”上的爭(zhēng)議。廖觀榮等[5]對(duì)雷州半島桉樹人工林大面積土壤調(diào)查和多點(diǎn)田間試驗(yàn)表明，桉樹人工林養(yǎng)分的收支不平衡及本身的生態(tài)脆弱性導(dǎo)致地力明顯退化。桉樹過度消耗水分，其根系分泌物具有較強(qiáng)的化感作用，對(duì)林下植被、其他植物及土壤中的微生物產(chǎn)生抑制作用，造成生態(tài)環(huán)境的破壞[6]。因此，在我國(guó)南方退化山地大面積引種相思樹和尾巨桉人工林的背景下，探討這兩類樹種土壤養(yǎng)分水平及健康狀況十分必要。

土壤酶是土壤有機(jī)體的代謝動(dòng)力，在土壤物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用。參與促進(jìn)土壤氮轉(zhuǎn)化的脲酶(UE)、促進(jìn)有機(jī)殘?bào)w分解的纖維素酶(CBH)、促進(jìn)糖類水解的蔗糖酶(SC)、催化有機(jī)磷水解的酸性磷酸酶(AP)等一直是生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容[7]。目前，關(guān)于引種相思樹在南方山地生態(tài)重建中的研究，要么集中在某種相思林土壤理化性質(zhì)方面[8–9]，要么集中在某些土壤酶方面[10]，而關(guān)于多種相思人工林土壤酶與土壤養(yǎng)分相關(guān)性的研究還鮮見報(bào)道，而這些對(duì)于揭示我國(guó)亞熱帶人工林土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的酶學(xué)機(jī)制具有重要意義。有鑒于此，本研究以我國(guó)南方亞熱帶退化山地引種的固氮樹種[厚莢相思()、黑木相思()、卷莢相思()、大葉相思()和馬占相思()]和非固氮樹種尾巨桉(×)純林為研究對(duì)象，研究了退化山地引種5種相思林及尾巨桉人工林對(duì)土壤養(yǎng)分及酶活的影響，并探討了二者的相關(guān)關(guān)系，為指導(dǎo)我國(guó)亞熱帶人工林樹種選擇及土壤生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于福建省漳州市漳浦縣中西國(guó)有林場(chǎng)(24°17? N, 117°33? E)，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年均溫20.2℃，極端最高溫42℃，極端最低溫–2.4℃,年有效積溫為7 200℃，無霜期330 d，年平均降水量為1 859 mm，降水主要集中在夏季。地貌屬于低山丘陵，地勢(shì)平緩，海拔在40～550 m之間。

1.2 樣地設(shè)置

在漳浦縣中西國(guó)有林場(chǎng)內(nèi)，依據(jù)典型性和代表性原則，選擇海拔、坡向和坡度等立地條件基本一致的尾巨桉(×, A)、厚莢相思(, B)、黑木相思(, C)、卷莢相思(, D)、大葉相思(, E)和馬占相思(, F)林(表1)，每種林分建立3個(gè)20 m×20 m的樣方，為減小邊緣效應(yīng)，樣地間距在100 m以上。6種林分的前茬均為濕地松人工林采伐跡地，土壤為沙質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育的紅壤，土層中厚，腐殖質(zhì)層薄，理化性質(zhì)較差。林下植被以鐵芒萁()、五節(jié)芒()、九節(jié)()和露籽草()為主，還有少量的紫竹()、桂竹()等。

1.3 樣品采集

2019年11月，采用土鉆法隨機(jī)采集不同層次土壤樣品(0～10、10～20、20～40和40～60 cm)，每個(gè)樣方選取5個(gè)樣點(diǎn)，樣方內(nèi)不同取樣點(diǎn)的同層土壤樣品混合，3個(gè)重復(fù)，共72個(gè)土壤樣品。將采集的土壤樣品迅速裝入自封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，過2 mm篩并去除可見根系，一部分土壤樣品置于蔭蔽處自然風(fēng)干，用于土壤pH和基本養(yǎng)分的測(cè)定；另一部分土壤置于4℃冰箱，用于銨態(tài)氮(NH4+-N)、硝態(tài)氮(NO3–-N)和土壤酶活性的測(cè)定，土壤酶活性測(cè)定僅針對(duì)0～10 cm土層。

表1 樣地基本概況

A: 尾巨桉; B: 厚莢相思; C: 黑木相思; D: 卷莢相思; E: 大葉相思; F: 馬占相思。下圖同。

A:×; B:; C:; D:; E:; F:. The same is following Figures.

1.4 方法

土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定 土壤pH值采用水浸提電位法(水土比2.5∶1)；土壤NH4+-N和NO3–-N采用間斷元素化學(xué)分析儀測(cè)定(意大利，SmartChem 200型); 土壤速效磷(AP)、全磷(TP)、全鉀(TK)采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國(guó), OPTIMA 8000型)；土壤速效氮(AN)含量的測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；土壤全碳(TC)與全氮(TN)采用元素分析儀測(cè)定(Elementar vario EL III)。

土壤酶活性的測(cè)定 土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定，以g/(g·d)表示[7]；蔗糖酶、纖維素酶、淀粉酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，以mg/(g·d)表示[7]；酸性磷酸酶用對(duì)硝基苯磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，以nmol/(g·d)表示[7]；幾丁質(zhì)酶采用對(duì)二甲氨基苯甲醛比色法測(cè)定，以mg/(g·d)表示[7]；過氧化氫酶采用比色法測(cè)定, 以mol/(g·d)表示[10]；芳基硫酸酯酶采用對(duì)硝基酚硫酸鹽比色法，以mol/(g·d)表示。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用雙因素方差分析法研究林分類型和土層深度對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，采用單因素方差分析和Duncan法檢驗(yàn)林分類型對(duì)土壤酶的影響，采用Pearson相關(guān)分析法分析土壤酶與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性，以<0.05表示差異顯著。應(yīng)用Canoco for Windows 5.0軟件對(duì)土壤酶活性和土壤養(yǎng)分進(jìn)行趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析(DCA), 計(jì)算第一排序軸的梯度值，梯度最大值<3時(shí)選擇冗余分析(RDA)。

2 結(jié)果和分析

2.1 引種相思類樹種對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

從表2可知，林分類型、土層深度及其交互作用對(duì)土壤全C、全N和NO3–-N含量的影響均達(dá)顯著水平, 且林分類型、土層深度的影響均大于兩者的交互作用。林分類型、土層深度對(duì)NH4+-N、速效N、速效P和全P含量的影響顯著，且林分類型的影響大于土層深度，而兩者的交互作用影響不顯著。對(duì)于土壤pH和全K，林分類型、林分類型×土層深度的交互作用對(duì)其影響顯著，而土層深度對(duì)其影響不顯著。總體而言，對(duì)于有效養(yǎng)分而言，林分類型的影響大于土層深度的影響。

從圖1可知，除厚莢相思林外(4.99)，其余4種相思林(5.38～5.45)土壤的平均pH值均高于尾巨桉林(5.30)，其中0～10cm土層的pH均低于桉樹林，而40～60 cm土層的pH值均顯著高于尾巨桉林(< 0.05)。從圖2可知5種相思林20～40 cm土層的TC和TN含量均高于尾巨桉林，說明相思林對(duì)土壤C、N的改良作用主要集中在中層土壤。卷莢相思林和馬占相相思林各土層的TP含量與尾巨桉林差異不顯著，其余3種相思林10～20、20～40和40～60 cm土層的TP含量均顯著低于尾巨桉林(<0.05); 5種相思林各土層的TK含量均顯著低于尾巨桉林(<0.05)，說明相思林對(duì)土壤TP和TK不具有改良作用。

表2 林分類型和土壤深度對(duì)土壤養(yǎng)分的雙因子方差分析

*:<0.05; **:<0.01; ***:<0.001.

圖1　相思林和尾巨桉林的土壤pH。柱上不同小寫和大寫字母分別表示同一林分類型不同土層和同一土層不同林分類型間差異顯著(P<0.05)。下圖同。

圖2 相思林和尾巨桉林土壤的全量養(yǎng)分含量

由圖3可知，黑木相思林、卷莢相思林和馬占相思林各土層的NH4+-N和AN含量顯著高于尾巨桉林(<0.05)，5種相思林各土層的NO3–-N含量均顯著高于尾巨桉林(<0.05)，厚莢相思林、黑木相思林和馬占相思林各土層AP含量均顯著高于尾巨桉林(<0.05)，分別高42.0%、44.5%和27.6%,說明相思林對(duì)土壤有效養(yǎng)分具有明顯的改良作用。總體而言，不同林分土壤的全量養(yǎng)分與有效養(yǎng)分具有明顯的空間異質(zhì)性，表現(xiàn)為隨土層深度的增加而降低。

圖3 相思林和尾巨桉林土壤的速效養(yǎng)分含量

2.2 引種相思類樹種對(duì)土壤酶活性的影響

由圖4可知，厚莢相思林、黑木相思林和馬占相思林的土壤脲酶和蔗糖酶活性顯著低于尾巨桉林，而大葉相思林的顯著高于尾巨桉林(<0.05), 分別提高了99.8%和6.9%。5種相思林的土壤酸性磷酸酶和纖維素酶活性均高于尾巨桉林，但相思林的土壤酸性磷酸酶活性與尾巨桉林差異不顯著，而相思林土壤纖維素酶活性顯著高于尾巨桉林(馬占相思林除外)(<0.05)。厚莢相思林、大葉相思林和馬占相思林的土壤幾丁質(zhì)酶和淀粉酶活性均顯著低于尾巨桉林，而卷莢相思林則顯著高于尾巨桉林(<0.05)。相思林的土壤過氧化氫酶活性均低于尾巨桉林，其中黑木相思林、卷莢相思林和大葉相思林與尾巨桉林差異顯著(<0.05)。黑木相思林、大葉相思林和馬占相思林的土壤芳基硫酸酯酶均顯著高于尾巨桉林(<0.05)?？梢?，相思林對(duì)土壤酶活的影響不僅受土壤酶種類的影響，還與相思林的林分類型密切相關(guān)。

2.3 相關(guān)性和冗余分析

表3可知，土壤脲酶與土壤AP和TK含量呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。土壤蔗糖酶活性與NH+-N、AN和AP含量呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤纖維素酶活性與NH+-N、TP和TK含量呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。幾丁質(zhì)酶活性與AP含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與TN含量呈顯著正相關(guān)(<0.05)。土壤淀粉酶活性與NH+-N呈顯著正相關(guān)(<0.05)。土壤過氧化氫酶活性與土壤TK含量呈顯著正相關(guān)，土壤芳基硫酸酯酶與土壤TK含量呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。由表4可知, 各土壤酶之間存在一定的相關(guān)性，脲酶與蔗糖酶、纖維素酶顯著正相關(guān)，與過氧化氫酶顯著負(fù)相關(guān)(< 0.05)。蔗糖酶與纖維素酶和芳基硫酸酯酶顯著正相關(guān)，與淀粉酶顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。纖維素酶與芳基硫酸酯酶顯著正相關(guān)(<0.05)。幾丁質(zhì)酶與淀粉酶顯著正相關(guān)，與過氧化氫酶顯著負(fù)相關(guān)(< 0.05)。

以8個(gè)酶為響應(yīng)變量、以9個(gè)土壤化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)為解釋變量進(jìn)行冗余分析(圖5)，結(jié)果表明，第1軸與第2軸共解釋了土層酶活性變異程度的90.6%, AP (=0.002)、NO3–-N (=0.002)、AN (=0.004)和TK (=0.014)分別解釋土壤酶變異的67.2%、19.4%、3.3%和2.3%，說明這4個(gè)指標(biāo)是影響土壤酶活性的主要因子。由環(huán)境軸的長(zhǎng)度及其與幾種酶的夾角可知，土壤幾丁質(zhì)酶與TN、土壤淀粉酶與NH4+-N、過氧化氫酶與全K呈顯著正相關(guān)，這與Pearson相關(guān)分析的結(jié)果基本一致。

圖4 相思林和尾巨桉林0～10 cm的土壤酶活性

表3 不同林分類型土壤養(yǎng)分與酶活性間的關(guān)系

*:<0.05; **:<0.01.

3 結(jié)論和討論

本研究中6種人工林均在同一采伐跡地上營(yíng)造,土壤、氣候、地形和林齡基本一致。其中土壤有效養(yǎng)分[AN (12.76～16.60 mg/kg)、AP (0.67～0.97 mg/kg)]及TP (0.33～0.35 mg/kg)含量屬于極度缺乏(第6級(jí))水平，TN和TK含量也處于最低水平[11]，說明這些退化山地土壤十分貧瘠，應(yīng)根據(jù)適地適樹原則, 選擇既具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值、又能有力于土壤地力恢復(fù)的“環(huán)境友好型”樹種，并輔以施肥、撫育等措施，提高林地養(yǎng)分有效性。尾巨桉人工林速生和豐產(chǎn)往往導(dǎo)致土壤養(yǎng)分入不敷出，加之過度密植，林分土壤越來越貧瘠。與尾巨桉人工林相比，除厚莢相思林外，其余相思林土壤的pH為5.37～5.45，平均提高了3.1%～16.7%，對(duì)土壤酸化具有一定的緩解作用，與徐偉等[12]對(duì)海南桉樹林和馬占相思林的研究結(jié)果一致。厚莢相思林對(duì)土壤pH的改良作用不明顯，可能與其林齡偏大有關(guān)。桉樹林土壤酸化明顯主要與其根系分泌物含單寧及酸性物質(zhì)有關(guān)[6]。黑木相思林、卷莢相思林和馬占相思林的NH4+-N、NO3–-N和AN含量顯著高于尾巨桉林，可明顯改善土壤N水平，這與前人[13–14]的研究結(jié)果一致，一方面與相思類林N的年歸還量較高有關(guān)，另一方面相思類樹種(豆科)根瘤具有固氮作用，可以激發(fā)土壤N的釋放及轉(zhuǎn)化[15]。但不同相思樹種的遺傳分化和生物學(xué)特性有差異，導(dǎo)致對(duì)土壤N的改良作用不同[16]。相思林與尾巨桉林的TP含量差異不顯著, 但相思林各土層的AP含量普遍高于桉樹林，這與薛楊等[9]對(duì)海南北部大葉相思林與桉樹林土壤P狀況的研究結(jié)果一致。南方亞熱帶森林酸性紅壤缺P現(xiàn)象明顯，主要因?yàn)镻來源單一，主要來源于巖石的風(fēng)化和淋溶作用。

表4 不同林分類型土壤酶活性之間的關(guān)系

*:<0.05; **:<0.01.

圖5 土壤酶活性與土壤養(yǎng)分相關(guān)性的典范冗余分析(RDA)。UA: 脲酶; SA: 蔗糖酶; ACP: 酸性磷酸酶; CA: 纖維素酶; CHA: 幾丁質(zhì)酶; AMS: 淀粉酶; CAT: 過氧化氫酶; ASA: 芳基硫酸酯酶。

土壤酶能有效反映土壤生物化學(xué)強(qiáng)度，受非生物因子(土壤溫度、濕度、土壤養(yǎng)分及氣候因子)和生物因子(植物群落、土壤微生物和動(dòng)物)的綜合調(diào)控。本研究中，大葉相思林的土壤脲酶、蔗糖酶和纖維素酶活性均顯著高于尾巨桉林，這與馮慧芳等[10]的結(jié)論一致，說明大葉相思林土壤表層可能存在較高的酶促底物濃度和豐富的微生物類群有利于這4種酶活性的提高[17]。土壤脲酶和蔗糖酶是重要的水解酶，由多種細(xì)菌和真菌共同分泌而來，脲酶可促進(jìn)土壤中酰胺肽鍵的水解產(chǎn)生NH4+，蔗糖酶能夠促進(jìn)糖類的水解，而纖維素酶與有機(jī)殘?bào)w的分解及有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，影響土壤C循環(huán)[18]。潘超美等[19]對(duì)南亞熱帶赤紅壤地區(qū)不同人工林土壤微生物特性的研究表明，大葉相思林各季節(jié)土壤氨化作用及纖維素分解作用均高于桉樹林，這與本研究中大葉相思林的脲酶和纖維素酶活性較高的結(jié)果相吻合。土壤酸性磷酸酶主要參與土壤P循環(huán)，可催化土壤有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為可被植物利用的無機(jī)磷, 增加土壤P的生物有效性。本研究區(qū)土壤全P及AP含量極低，5種相思林土壤酸性磷酸酶均高于尾巨桉林，說明我國(guó)南方退化山地營(yíng)造相思林有助于土壤P素狀況的改善。土壤過氧化氫酶可分解土壤中的過氧化氫，減少其對(duì)植物的毒害作用。本研究中，相思林土壤過氧化氫酶活性均低于尾巨桉林, 與張浩等[20]報(bào)道香港地區(qū)馬占相思林土壤過氧化氫酶活性均低于尾葉桉林的結(jié)果一致，但與薛立等[18]的研究結(jié)果相悖，這可能與土壤的采樣季節(jié)和林齡不同有關(guān)。土壤幾丁質(zhì)酶是與有機(jī)碳轉(zhuǎn)化密切相關(guān)的酶，它能催化幾丁質(zhì)(土壤甲殼動(dòng)物和真菌胞壁的主要成分)的水解，并能增強(qiáng)植物抵御真菌侵染的能力[7]。本研究中，卷莢相思林的土壤幾丁質(zhì)酶顯著高于尾巨桉林，說明卷莢相思林有助于土壤有機(jī)質(zhì)的分解及退化地的恢復(fù)，并具有較高的抵御病蟲害的能力。土壤芳基硫酸酯酶可以促進(jìn)有機(jī)硫化物脫硫成可被植物吸收的無機(jī)態(tài)形式[7]，本研究中黑木相思、大葉相思和馬占相思的土壤芳基硫酸酯酶顯著高于尾巨桉林，說明這3種相思林分對(duì)加快土壤硫元素循環(huán)、改善土壤養(yǎng)分具有重要作用。

相關(guān)分析及冗余分析結(jié)果表明，AP、NO3–-N、AN和TK含量與土壤酶活的相關(guān)性較大，說明土壤肥力、尤其是有效養(yǎng)分含量對(duì)土壤酶活性的影響更強(qiáng)烈。本研究中，土壤脲酶、蔗糖酶、幾丁質(zhì)酶活性與AP含量呈顯著負(fù)相關(guān)，蔗糖酶、纖維素酶與NH4+-N呈顯著負(fù)相關(guān)，脲酶、纖維素酶和芳基硫酸酯酶活性與TK含量呈顯著負(fù)相關(guān)。這與李茜等[7]認(rèn)為土壤酶活性與肥力呈正相關(guān)的結(jié)論不一致，可能是因?yàn)楸狙芯績(jī)H對(duì)0～10 cm土層的酶活性和養(yǎng)分含量進(jìn)行相關(guān)分析，土壤酶活性與土壤養(yǎng)分同樣具有明顯的空間異質(zhì)性，不同土層、不同季節(jié)土壤酶活性差異明顯[21]。土壤脲酶活性與NH4+-N含量呈負(fù)相關(guān)、與NO3–-N含量呈正相關(guān)，說明土壤脲酶與土壤NO3–-N存在協(xié)同作用，促進(jìn)了土壤中NH4+-N向NO3–-N的轉(zhuǎn)化，這與張闖等[22]的研究結(jié)果不一致，可能與不同森林類型的硝化作用、反硝化作用強(qiáng)度不同，以及微生物-植物的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系不同有關(guān)。Li等[23]報(bào)道農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)植被演替過程中土壤NO3–-N與土壤氮轉(zhuǎn)化過程功能基因(如A、K和S等)的豐度呈顯著相關(guān)，表明土壤NO3–-N含量對(duì)土壤N轉(zhuǎn)化酶具有很好的指示作用。土壤pH可以影響微生物組成及活性，也可以影響底物的構(gòu)象及酶對(duì)土壤的吸附。本研究中不同林分類型的土壤脲酶、酸性磷酸酶、纖維素酶、幾丁質(zhì)酶、淀粉酶和芳基硫酸酯酶與pH呈負(fù)相關(guān), 與劉先等[24]的研究結(jié)果不一致，但與吳際友等[25]的研究結(jié)果吻合。

綜上可知，與尾巨桉人工林相比，在中國(guó)南方退化山地引種相思樹對(duì)土壤pH、NH4+-N、NO3–-N、AN和AP具有明顯的改良作用，對(duì)土壤TP、TK的改良作用不明顯。由于自身的生物學(xué)特性的差異，不同相思樹人工林對(duì)土壤酶活的影響存在一定差異：大葉相思林顯著提高了表層土壤脲酶、蔗糖酶、纖維素酶及芳基硫酸酯酶活性，卷莢相思林顯著提高了土壤幾丁質(zhì)酶和淀粉酶活性。冗余分析表明，AP、NO3–-N、AN和TK是驅(qū)動(dòng)土壤酶活的主要因子，但不同土壤酶對(duì)環(huán)境條件響應(yīng)十分復(fù)雜, 未來可利用先進(jìn)的酶譜原位監(jiān)測(cè)技術(shù)開展長(zhǎng)期的定位研究，從不同季節(jié)、不同土層深入探討各林型土壤退化及恢復(fù)過程中的酶學(xué)機(jī)理，為人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)。土壤肥力的恢復(fù)、維持與提高是森林與土壤長(zhǎng)期相互作用的結(jié)果，樹種生物學(xué)特性和營(yíng)林措施不同，導(dǎo)致不同林分類型對(duì)養(yǎng)分吸收、利用、歸還以及土壤酶活的影響差異明顯[26]。鑒于目前中國(guó)南方大規(guī)模營(yíng)造杉木、桉樹純林及多代連栽的現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為, 在遵循適地適樹原則的基礎(chǔ)上，通過營(yíng)造杉木-相思林、桉樹-相思林等混交林分，或通過合理輪植(即栽植1代杉木或桉樹純林后，接著栽植1代相思林)的方式，可在一定程度上有利于退化山地土壤肥力的恢復(fù)及提高，實(shí)現(xiàn)人工林經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的雙豐收。

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Characteristics of Soil Nutrient and Enzyme Activities in Plantations of×and FiveSpecies

ZHOU Lili1,2, LI Shubin2,3, PAN Hui1*, WANG Wanping2,3, WU Yalan4, ZHENG Ruping2,3

(1. Institute of Oceanography, Minjiang University,Fuzhou 350108, China; 2. Chinese fir Engineering Technology Research Center, State Forestry and Grassland Administration,Fuzhou 350002, China; 3. College of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China; 4. College of Environment and Safety Engineering, Fuzhou University,Fuzhou 350108, China)

In order to reveal the enzymatic mechanism of soil nutrient transformation, the soil nutrient contents and enzyme activities in plantations, such asnitrogen-fixing tree species (,,,,) and non-nitrogen-fixing species (×) were studied, and their relationships were analyzed. The results showed that the pH in 40-60 cm soil ofplantations were higher than that in×plantation, which total P and K contents at all soil layers were lower than those in×plantation, while total C and total N contents at 20- 40 cm soil were high inplantations. Soil available nutrients contents were significantly higher inandthan those in×plantation (<0.05). Compared to×plantation, the acid phosphatase and cellulase activities at 0-10 cm soil layer were high inplantations, which the activities of soil urease, sucrase, cellulase and aryl sulfatase were the highest inplantation (<0.05); the activities of soil urease, cellulose, chitinase and amylase were the highest inplantation (<0.05). Correlation analysis revealed that the activities of soil urease, sucrase and chitinase were significantly negative to soil AP (<0.05); the activities of soil sucrase and cellulase were signifi- cantly negative to soil NH+-N; the activities of soil urease, cellulase and aryl sulfatase were significantly negative to soil TK; the activities of soil chitinase were significantly positively to soil TN; the activities of soil amylase were significantly positively to soil NH+-N; the activities of soil catalase were significantly positively to soil TK. Therefore, compared to×plantation, the introducedspecies to soil degraded mountains in southern China could improve key soil enzyme activities and soil available nutrients, which was beneficial to the eco-restoration of degraded soil and the maintenance of long-term productivity of plantations.

;; Soil degradation; Soil nutrient; Soil enzyme; Canonical redundancy analysis (RDA)

10.11926/jtsb.4334

2020-11-09

2021-03-22

福建省林業(yè)科技項(xiàng)目([2019]16); 福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2018J05059)資助

This work was supported by the Project for Forestry Science and Technology in Fujian (Grant No. [2019]16), and the Project of Natural Science in Fujian (Grant No. 2018J05059).

周麗麗(1982～ )，女，博士，副教授，主要從事森林生態(tài)及資源利用方面的研究。E-mail: fjzhoulili@126.com

. E-mail: fjpanhui@126.com