开沟整地对樟子松人工林土壤酶活性的影响

石 亮

(1.辽宁省沙地治理与利用研究所，辽宁 阜新 123000;2.辽宁章古台科尔沁沙地生态系统国家定位观测研究站，辽宁 阜新 123000)

樟子松Pinussylvestrisvar.mongolica是三北防护林工程的重要组成树种，在科尔沁地区存量较大且多为人工纯林。由于树种单一、初植密度大等原因，加之缺少科学合理的森林经营措施，导致樟子松人工纯林抵御病虫害的能力下降，植株衰退、死亡的现象频发。国内多地林业管理部门、国有林场开展了大规模的森林抚育、低质低效林改造工作，清退死树、病树的同时，也空出了大量的采伐迹地。如何利用这些采伐迹地继续造林，如何利用科学合理的整地措施来提高土壤质量，保证造林成活率，是摆在林业工作者面前亟需解决的问题。目前，国内对于林地整地的研究多集中于全面整地、带状整地、穴状整地。吴起明等[1]在研究整地对马尾松幼林Pinusmassoniana土壤肥力的影响中发现，在造林初期全垦效果最好，穴垦最差，但造林5 a后，土壤理化性质表现为穴垦>带垦>全垦。张利丽等[2]则认为全垦和带垦更适合尾巨桉Eucalyptusurophylla×E.grandis改造整地，有机碳、全N、全P、全K均显著高于穴垦。对于土壤养分含量较低的科尔沁沙土地区来说，全面整地虽然可破除土壤板结，但有可能造成土壤养分的流失，加速水分蒸发。王谢等[3]在研究林分改造初期整地对土壤养分影响时发现，整地面积越大，土壤表层的土壤有机碳量就越低，其干扰可达到20～40 cm土层，对全氮、微生物生物量碳氮、稳定性有机碳也存在一定的影响。而开沟整地不仅能达到破除地表板结的效果，增加拦蓄地表径流的能力，同时也能更加省时省力。冯天娇等[4]在对陇中黄土区坡面整地对土壤化学性状的影响研究中发现,土壤养分含量最高的为水平沟，其次为鱼鳞坑和反坡台。目前，国内学者关于开沟整地的研究多数为坡面治理时的土壤养分和水分变化或开沟的工程设计，对于林地内的开沟整地土壤酶活性的变化鲜有报道。本研究通过在樟子松人工林内进行开沟整地与未开沟样地对比试验，分析各样地内不同土层深度土壤酶活性差异，明确科尔沁沙地樟子松人工林开沟整地土壤酶活性的变化规律，从而为樟子松人工林更新造林整地措施及可持续经营提供理论依据。

1 研究区概况

研究区选择在辽宁省沙地治理与利用研究所樟子松人工林内，位于辽宁省彰武县章古台镇，地理位置121°53′～122°22′E，42°43′～42°51′N。海拔230 m左右。气候属温带大陆性季风气候，年均气温6.82 ℃；≥10 ℃的年积温约3 148 ℃，年降水量450 mm左右，多集中在6-8月，多年平均蒸发量1 700 mm，相对湿度60.4%，年均风速3.3 m·s-1，无霜期150～160 d。土壤类型以风沙土为主。该地区主要分布的乔木树种有樟子松、家榆Ulmuspumila等。常见草本植物有少花蒺藜草Cenchruspauciflorus、狗尾草Setariaviridis、碱草Elymusdahuricus等。2012年对38 a林龄的樟子松人工林进行带状间伐，在空带内进行机械开沟整地，整地深度0.8～1.0 m，沟宽1.5 m。经过9 a自然演替，沟内植被均为自然植被。

2 研究方法

2.1 样品采集与测定

试验地选择海拔、坡度、坡向尽量一致的地段，设置3个处理，分别为开沟2条样地(S2)、开沟3条样地(S3)、未开沟样地(CK)，每个处理3次重复。在不同样地内分别设置3个样方，每个样方面积50 m2。2019年8月，对每个样地进行取样，在各样方内用土钻(Φ=5 cm)按“S”形在0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土层分别取样，将相同土层深度的土壤混合，采用四分法进行取舍，然后将土样装入自封袋内置于4 ℃保温箱中保存并带回实验室，采集时注意去掉植物残体及杂质。鲜土过筛处理后进行检验。土壤过氧化氢酶测定采用高锰酸钾滴定法，蔗糖酶测定采用二硝基水杨酸比色法，磷酸酶测定采用苯磷酸二钠法，脲酶测定采用苯酚钠-次氯酸钠比色法。

2.2 数据处理

运用Excel 2013和SPSS 20.0软件对数据进行处理与统计分析，用单因素方差(One-way ANOVA)分析不同样地之间酶活性的差异。

3 结果与分析

3.1 开沟整地对土壤过氧化氢酶活性的影响

从图1可见，随着土层深度的增加，S2、S3样地土壤过氧化氢酶活性降低较为显著(P<0.05)；CK样地0～20 cm土层过氧化氢酶活性显著高于20～40 cm和40～60 cm土层(P<0.05)。与CK样地相比，0～20 cm土层过氧化氢酶活性在S2、S3样地分别提高了64.26%和43.89%；20～40 cm土层过氧化氢酶活性在S2、S3样地分别提高了124.80%和131.91%；40～60 cm土层过氧化氢酶活性在S2、S3样地分别提高了104.81%和110.08%。

注：不同小写字母表示同一土层深度不同样地间差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示同一样地不同土层间差异显著(P<0.05)。下图同。

2.2 开沟整地对土壤蔗糖酶活性的影响

从图2可知，各样地0～20 cm土层蔗糖酶活性显著高于其他土层(P<0.05)。与CK样地相比，0～20 cm土层蔗糖酶活性在S2、S3样地分别提高了11.74%和40.40%；20～40 cm土层蔗糖酶活性在S2、S3样地分别降低了41.74%和6.73%；40～60 cm土层蔗糖酶活性在S2、S3样地分别降低了43.14和1.44%。

图2 不同样地蔗糖酶活性变化情况

3.3 开沟整地对土壤脲酶活性的影响

从图3可知，S2样地各土层脲酶活性差异显著(P<0.05)，S3与CK样地0～20 cm土层脲酶活性显著高于其他土层(P<0.05)，20～40 cm和40～60 cm土层脲酶活性无显著差异(P>0.05)。与CK样地相比，0～20 cm土层深度脲酶活性在S2、S3样地分别提高了30.23%和33.09%；20～40 cm土层深度脲酶活性在S2、S3样地分别提高了12.60%和27.44%；40～60 cm土层深度脲酶活性在S2、S3样地分别提高了1.32%和46.05%。

图3 不同样地脲酶活性变化情况

3.4 开沟整地对土壤磷酸酶活性的影响

从图4可知，S2样地各土层磷酸酶活性差异显著(P<0.05)，S3与CK样地0～20 cm土层磷酸酶活性显著高于其他土层，20～40 cm和40～60 cm土层磷酸酶活性无显著差异(P>0.05)。与CK样地相比，0～20 cm土层磷酸酶活性在S2、S3样地分别提高了17.32%和0.43%；20～40 cm土层磷酸酶活性在S2、S3样地分别提高了37.05%和5.02%；40～60 cm土层磷酸酶活性在S2、S3样地分别提高了26.53%和27.12%。

图4 不同样地磷酸酶变化情况

4 结 论

土壤酶是土壤物质循环和能量转化的重要媒介，是反映土壤质量和健康较为敏感的生物指标[5]。本研究中各样地的土壤酶活性具有很明显的垂直分布特征，即表层大于深层，表聚现象较为明显[4]。开沟整地后的土壤酶活性高于对照，说明开沟整地有利于土壤生物活性的提高。主要原因可能是由于开沟整地能有效增加降雨的地面截流量，使得沟内的水分条件变好。同时，在春、秋季风时节，能有效遏制地表细小土壤颗粒及枯落物的风蚀，减少土壤水分流失，为土壤微生物活动、酶促反应提供了良好的水热条件，间接增加了土壤有机质的转化及氮、磷元素的利用效率。对于科尔沁沙地来说，开沟整地可提供较好的土壤条件，是保障樟子松人工林改造成效的重要措施。