黄土高原主要人工林土壤养分与酶活性的研究

方航空

(陕西省淳化县林业局,陕西 淳化 711200)



黄土高原主要人工林土壤养分与酶活性的研究

方航空

(陕西省淳化县林业局,陕西 淳化 711200)

本文以荒地为对照，对黄土高原沙棘、刺槐和油松三种人工林0～80 cm土壤养分与酶活性进行了研究。结果表明：沙棘、刺槐和油松人工林土壤有机质含量8.1～11.9 g·kg-1，全氮含量0.53～0.82 g·kg-1，全磷含量1.34～1.75 g·kg-1，含速效钾85.5～175.5 ug·g-1，碱解氮32.9～66.4 ug·g-1，速效磷3.08～5.14 ug·g-1。与荒地相比三种人工林林地有机质和土壤养分明显增加。土壤表层(0～20 cm)与下层养分含量差异显著，表层以下差异不显著；人工林地表层土壤土壤养分含量相对较高，向下逐渐降低。土壤中过氧化氢酶、转换酶、脲酶和酶活性总体水平表现为刺槐林>沙棘林>荒地>油松林；土壤酶活性与土壤肥力有较好的相关性。

黄土高原;林种;土壤养分;酶活性

土壤养分、微生物和酶是森林生态系统的重要组成部分。其中土壤养分含量对林木生长发育具有重要的影响[1]。土壤酶参与土壤许多重要的生物化学过程和物质循环，其活性可反映土壤生物代谢作用强度。有关土壤养分与酶的研究受到广泛重视。黄土高原是我国沙尘暴的尘源地之一，受惠于国家政策，现已建成不同规模的人工林，这对改善生态环境和减少风沙灾害起到了关键作用。因此，研究其土壤养分与酶活性显得尤为重要和迫切。

近年来有关黄土区森林土壤理化性质方面已有报道。杨东等[2]研究表明，土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量,随着剖面深度增加呈有规律的递减变化。董莉丽[3]认为柠条刺槐混交林表层土壤转化酶、碱性磷酸酶活性较柠条纯林有显著提高。这为后续研究提高了较好地借鉴和参考。位于陕西渭北黄土高原的淳化县黄花山，已形成一定规模的人工林，主要为沙棘、刺槐和油松。针对该区的人工林土壤养分与酶活性的相关研究鲜见报道。为此，本文分析沙棘、刺槐和油松林土壤养分和酶的状况以及它们的关系，并与荒地进行对比，以期为黄土区合理营造人工林，提高土壤肥力，实现树木优质、速生、丰产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

研究区位于陕西省淳化县，属渭北黄土高原沟壑区南缘，子午岭山系余脉，地理坐标介于东径108°18′～108°50′，北纬34°43′～35°03′之间。境内东西长46.5 km，南北宽约30 km，总土地面积983.81 km2。淳化县地势向南倾斜，地貌以塬、梁、沟、峁为主，塬面大而山地少，沟谷多而水流少。全县最高海拔1 808 m，最低海拔600 m，高差1 208 m。由于遭受长期风化和雨水的侵蚀，全县形成了六条大沟，1 km以上支毛沟多达234条，沟壑密度高达2.7 km·km-2，年土地侵蚀模数4 500 t·km-2，是黄河中上游水土流失重点县。

淳化县属暖温带半湿润大陆性季风气候，由于全县境内地貌类型多样，地形破碎复杂，气候有明显的地域差异。四季冷暖干湿分明，冬季气候寒冷干燥少雨，春季温度回升，降水增多，日较差大易出现寒潮霜冻、大风，夏季雨量大而集中并多雷阵雨且伴有大风、冰雹，初秋多连阴雨，晚秋天气较为清朗，南北部山区有小气候特征。全县年平均气温9.8℃；年平均降水量600.6 mm，80%的保证率降水量为406.2 mm；年太阳总辐射量多年平均为504.51 kJ·km-2·a-1，年日照时数2 372.7 h。对农林业生产影响最大的灾害性天气主要是旱灾，其次有冰雹、大风和春季寒潮。土壤属暖温带半湿润落叶阔叶林黑垆土、褐色土地带。

人工林林下主要植物为酸枣、悬钩子、莎草、早熟禾、蒿类、委陵菜等。

1.2 样地设置和土样采集

在试验区内选择10 a生沙棘林刺槐和油松人工纯林各3块， 在附近选相同土壤类型的无林荒地作为对照。

每个样地按S型布设5个样点，每个样点用土钻分别取0～20、20～40、40～60、60～80 cm层土壤样品，将每层采集的5个样点土壤样品混合均匀，按四分法分3袋装，带回实验室，自然风干。风干后，磨碎过1 mm筛,备用。

1.3 测定项目与方法

土壤养分含量分析采用常规土壤化学分析法[4]。有机物采用重铬酸钾外加热氧化法，全氮采用凯氏蒸馏法，全磷采用NaOH烧融钼锑抗比色法，速效钾采用NH4Ac浸提火焰光度法，碱解氮采用康维皿法，速效磷采用NaHCO3浸提钼锑抗比色法。

土壤过氧化氢酶采用滴定法，转化酶-滴定法，脲酶采用比色法测定，每个指标测定重复5次。

2 结果与分析

2.1 三种人工林土壤有机质和养分特征

土壤有机质含量是土壤质量的重要指标之一。从表1可以看出，不同人工林的土壤有机质和养分含量有一定的差异。刺槐林的有机质、全氮、速效钾和碱解氮含量分别为11.9 g·kg-1,0.82 g·kg-1,175.5 ug·g-1和3.6 ug·g-1，均高于沙棘林和油松林；油松林土壤全磷含量1.75 g·kg-1,高于沙棘和刺槐林；刺槐林土壤的碱解氮含量为66.4 ug·g-1,高于沙棘和油松。土壤全氮和速效磷含量表现出相同的变化趋势，为油松林>刺槐林>沙棘林>荒地；而速效钾和速效磷均为刺槐纯林含量最高。另外，三种人工林土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮和速效氮含量都大于荒坡，只有沙棘林地的速效钾含量85.5 ug·g-1，略低于荒坡。刺槐纯林土壤有机质平均值最大(11.9 g·kg-1)，沙棘和油松次之，荒地最低(5.1 g·kg-1)。可见相对于缓坡而言，人工林种能显著地提高土壤的有机质含量，并能改善土壤的养分状况。

从土壤垂直分布来看，三种人工林的不同层次土壤养分也有一定的差异，剖面中土壤有机质和养分含量具有层次性，表层(0～20 cm)土壤养分含量相对较高，向下逐渐降低。经显著性检验，0～20 cm的表层土壤与下层养分含量差异显著，而20～40、40～ 60、60～ 80 cm间养分含量差异不显著。表层土壤有机质含量和土壤养分均大于下层土壤。沙棘林和刺槐林的表层土壤有机质含量分别为12.5 g·kg-1和18.7 g·kg-1，高于油松林。表层土壤的全氮量的变化范围0.96～1.16 g·kg-1,全氮量的变化范围1.33～1.70 g·kg-1三种人工林分差异不大；刺槐林的速效钾、碱解氮和速效磷含量稍高于沙棘林和油松林。

表1 三种人工林土壤养分状况

注:不同林种及荒地的同列不同小写字母表示差异显著(\%P\%<0.05),下同。

2.2 三种人工林土壤酶含量比较

由表2可以看出，三种人工林土壤中过氧化氢酶、转换酶、脲酶和酶活性总体水平差异显著。油松林土壤中过氧化氢酶活性为0.53 ml·g-1，显著高于刺槐林和沙棘林(\%P\%<0.05)；刺槐林的转换酶和脲酶活性分别为3.03 ml·g-1和7.53 ug·g-1，均显著高于沙棘林和刺槐林(\%P\%<0.05)，其活性水平和荒坡相当。从土壤酶活性总体水平来看，刺槐林>沙棘林>油松林；油松林的土壤酶活性总体低于荒坡。

表2 不同林种土壤酶活性的变化

2.3 人工林土壤酶活性与土壤肥力因素的相关性分析

由表3来看，土壤中过氧化氢酶、转换酶和脲酶活性与土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷及速效钾含量之间具有较高的相关性。除碱解氮速效钾分别与过氧化氢酶正相关不显著外,土壤有机质全N、速解N、速效K分别与脲酶、转化酶和过氧化酯都呈极显著或显著正相关；除全P与过氧化酶活性呈显著负相关，速效P与转化酶活性呈显著正相关外，全P、速效P与这三种酶的活性的相关性都不强，表明有机质、全N、速效N、全K对土壤酶活性有促进作用，且相对大于全P和速效P的作用。

表3 土壤酶活性与土壤肥力因素的相关系数

注：*\%p<0.05, **p\%<0.01。

3 结论与讨论

沙棘、刺槐和油松人工林土壤有机质平均含量8.1～11.9 g·kg-1，全氮含量0.53～0.82 g·kg-1，全磷含量1.34～1.75 g·kg-1，含速效钾85.5～175.5 ug·g-1，碱解氮32.9～66.4 ug·g-1，速效磷3.08～5.14 ug·g-1。它们分别都高于荒地。人工林地土壤养分在垂直方向上有着明显的层次性，表层土壤土壤养分含量相对较高，向下逐渐降低。刺槐林表层土壤的有机质含量18.7 g·kg-1，全氮含量1.16 g·kg-1，速效钾293.0 ug·g-1，速效磷6.9 ug·g-1，高于沙棘林和油松林；而油松林全磷含量1.7 g·kg-1，碱解氮61.5 ug·g-1，高于沙棘林和刺槐林；沙棘林地的有机质含量较低，林地养分较差。

人工林土壤酶活性总体水平表现为刺槐林>沙棘林>油松林。出现这种现象的原因可能是刺槐、沙棘为阔叶林，林下枯落物利于土壤熟化和肥力提高，有利于微生物的活动与繁殖，从而导致酶活性的提高，而油松人工林，其落叶难分解，表现为酶活低于荒地[7-8]。

研究发现土壤酶活性与土壤有机质、全氮、速效氮及速效钾含量之间存在较好的正相关关系，表现出较好地协调效应,而全P和速效P与土壤酶活性关系较复杂。这表明测定土壤酶活性，可以一定程度间接了解或预测某些营养物质的转化情况以及土壤肥力状况，因此，选用与土壤肥力因素有关的土壤酶活性可作为评价土壤肥力的辅助指标。

[1] 叶存旺,翟巧绒,郭梓娟,等. 沙棘-侧柏混交林土壤养分、微生物与酶活性的研究[J]. 西北林学院学报,2007,22(5):1-6.

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[3] 董莉丽. 陕北纸坊沟流域人工林土壤酶活性[J]. 草业科学,2014,31(1):22-29.

[4] 南京农业大学. 土壤农化分析(第二版) [M]. 北京: 农业出版社,1986.

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Soil Nutrients and Enzyme Activities of Major Plantations on Loess Plateau

FANG Hang-kong

(ForestryBureauofChunhuaCounty,Xianyang,Shaanxi711200)

This paper aimed at probing soil nutrient and enzyme activities in 0-80cm soil of \%Hippophae rhamnoides, Robinia pseudoacacia \%and \%Pinus tabulaeformis\% plantations in loess plateau, with barren land as the CK. The results showed that: (i) compared with CK, organic matter, total nitrogen content, content of total phosphorus, available potassium content, alkali-hydrolyzable nitrogen, available phosphorus content of Hippophae rhamnoides, Robinia pseudoacacia and Pinus tabulaeformis plantations were 8.1～11.9 g/kg, 0.53～0.82 g/kg, 1.34～1.75 g/kg, 32.9～66.4ug/g, 3.08～5.14ug/g, respectively. Nutrients between surface layer (0-20 cm) and underneath soil layers were significantly different. Nutrients in at surface soil had high content of nutrients, decreasing with the depth; (ii) catalase, transferase, urease and enzyme activities in three plantations performed as the order Robinia pseudoacacia>Hippophae rhamnoides >Pinus tabulaeformis; (iii) enzyme activities were correlated with soil fertility.

Loess Plateau;afforestaion species;soil nutrients; enzyme activities

2016-05-18

陕西省科学院科技计划项目(2015K-26)

方航空(1981-), 男,陕西周至人, 助理工程师,主要从事林业及园林工作。E-mail:fanghk@163.com

S728.08

A

1001-2117(2016)05-0007-04