胶东丘陵区赤松人工林土壤生物学特性研究初探

于浦云，胡海燕*，矫兴杰，李东芹，孙太元，郑爱华，马 宁,杜振宇

（1.烟台市牟平区森林资源监测保护服务中心，山东 烟台264100；2.烟台市牟平山省级自然保护区管理服务中心，山东烟台2641004；3.烟台市林业科学研究所，山东烟台264013；4.山东省林业科学研究院，山东济南250014）

赤松（Pinus densiflora）耐干旱瘠薄能力较强，是温带和暖温带地区针叶林的主要建群树种，在我国主要分布在山东半岛、辽东半岛和吉林省的东部[1-3]。赤松是山东省的乡土树种，主要分布在胶东丘陵区和部分鲁中山地，在荒山造林中发挥了重要作用，对提高生物多样性、增强森林生态服务功能、改善区域生态环境具有十分重要的意义[4]。多年以来，林业科研工作者对赤松人工林开展了了广泛而深入的研究，在林分生长、树木生理生态、病虫害防治等多方面取得较大进展[1-7]，但是在土壤方面的研究报道较少。

土壤是林木维系生长和发挥生态服务功能的基础。土壤质量评价主要包含物理、化学和生物学特性共3 类指标。生物学性状是森林土壤质量的重要组成部分，主要包括微生物数量和生物量、酶类型和活性、土壤动物种群等，可以表征土壤结构的发展、养分储量以及生物活动，能敏感反映土壤质量的变化和有机质积累过程[8]。对典型人工林开展土壤生物学特性研究，对于评价林地土壤质量、诊断土壤功能失调、了解土壤有机质循环具有十分重要的意义。本文在课题组前期研究基础上，对胶东丘陵区典型赤松人工林开展了土壤生物学特性研究，初步探讨了林地土壤主要酶活性和微生物数量的变异特征，旨在了解该区赤松林地土壤生物学特性，为干旱瘠薄地区林地土壤质量提升和人工林可持续经营提供参考依据。

1 研究区概况

胶东丘陵区位于山东省东部，属暖温带湿润半湿润季风性气候，年均气温11.3℃，全年无霜期约207 d；四季分明，气候特征明显，春秋季节气候干燥，60%降雨集中于夏季，年平均降水量740 mm[9]。区域土壤类型主要为棕壤，植被类型以常绿针叶林和落叶阔叶林为主，树种主要有赤松、黑松、油松、麻栎、刺槐、楸树等。

2 材料与方法

2.1 样地设置

在研究区内的烟台市辖区选取12 块有代表性的不同林龄、不同密度赤松人工林地作为研究对象，每块样地面积均为10 m×10 m，其中1-3 号样地位于牟平区神童村林场，4-6 号样地位于牟平区风云林场，7-9 号样地位于莱山区曲村林场，10-12 号样地位于昆嵛山林场。林地的土壤类型为棕壤，林下植被主要有胡枝子、臭椿、麻栎、商陆、山苜楂、地榆等。各块样地基本概况见表1。

表1 供试赤松人工林样地概况

2.2 土壤采样方法

土壤取样时间为2018年9月。在每块样地采用蛇形随机选4 个点，用土钻采集0-20 cm 土层的土壤样品，去除其中的碎石、动植物残体和其它杂质，均匀混合后用四分法取1000 g 左右土样带回实验室备用。

2.3 土壤生物学指标选择和测定

从代表性、系统性以及易于获取等多方面考虑，选择土壤生物学指标7 个，分别为细菌数量、放线菌数量、真菌数量、脲酶活性、蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性和蛋白酶活性。土壤酶活性测定方法及各缓冲液的配置方法参照关松荫等编著的《土壤酶及其研究法》[10]。土壤细菌数量测定采用稀释平板涂布法[11]。

2.4 数据分析

利用Excel 2016 软件进行数据处理与图表制作，采用Statistica 12.0 软件进行相关分析与多重比较。

3 结果与分析

3.1 赤松人工林的土壤生物学特性

供试赤松人工林的土壤生物学指标测定结果列于表2。由表中数据可以看出，不同赤松人工林的土壤微生物数量和酶活性均存在较大差异。变异系数可以用于表征指标敏感性，变异系数越大表明该指标对差异性也越敏感，低于10%为弱变异，高于100%为强变异，处于二者之间（10%～100%）的为中等变异[12]。由表3可以看出，各样地土壤微生物数量大小均依次为：细菌＞放线菌＞真菌；土壤细菌、放线菌、真菌和脲酶活性在供试人工林中处于强变异水平，而其它指标均属于中等变异，这说明胶东丘陵区赤松林地土壤的生物学特性整体上不太稳定，在不同林地间变异性较大。

表2 供试赤松人工林的土壤生物学特性

表3 土壤生物学指标的描述性分析结果

3.2 不同林龄赤松林的土壤生物学特性

位于牟平区的1-6 号样地的赤松林龄为16年，位于莱山区的7-9 号林龄为22～23年，而位于昆嵛山林场的赤松林龄为65年。由表4可以看出，林龄65年的林地土壤细菌、放线菌和真菌数量均显著高于其它样地，而林龄16年和22～23年赤松林地的微生物数量之间的差异没有达到显著水平。

表4 不同林龄赤松人工林土壤生物学指标

不同于土壤微生物数量，不同土壤酶活性在3个林龄组赤松之间表现出的变化规律也不尽相同。65年林龄赤松林地的脲酶活性和蛋白酶活性均显著高于其它两个林龄组，变化规律与土壤微生物数量相似。22～23年林龄的赤松林地土壤蔗糖酶活性要显著高于16年和65年林龄组；对于过氧化氢酶活性，16年和22～23年林龄组之间虽未有明显差异，但二者均显著高于65年林龄组。

综合以上结果，赤松林木生长时间对林地土壤生物学特性产生了显著影响作用。林龄越大，土壤生物学特性整体上也要越好。但土壤过氧化氢酶活性随林龄增加却表现出降低趋势，具体原因尚需进一步研究。

3.3 土壤生物学指标间的相关性分析

由表5可以看出，赤松林地土壤细菌、放线菌、真菌、脲酶中任意两者之间存在极显著正相关，而它们均与过氧化氢酶也存在显著负相关。细菌、真菌、脲酶均与蛋白酶之间存在极显著正相关，脲酶与蛋白酶之间也呈显著正相关，而蛋白酶与过氧化氢酶存在显著负相关。所有指标中，只有蔗糖酶与其它生物学指标间均未表现出显著相关性。

表5 土壤生物学指标间的相关性分析

4 结论

采用描述性统计、多重比较和相关分析，对胶东丘陵区不同林龄的赤松林地土壤生物学指标进行了初步研究，结果表明：

（1）土壤细菌、放线菌、真菌数量和脲酶活性在供试人工林中处于强变异水平，而其它指标均属于中等变异。赤松林地土壤的生物学特性整体上不太稳定，在不同林地间变异性较大。

（2）不同林龄赤松人工林的土壤微生物数量和酶活性均存在较大差异。赤松林木生长时间会对林地土壤生物学特性产生显著影响。林龄越大，土壤生物学特性整体上也要越好。但土壤过氧化氢酶活性随林龄增加却表现出降低趋势。

（3）赤松林地土壤细菌、放线菌、真菌、脲酶中任意两者之间存在极显著正相关，而它们均与过氧化氢酶存在显著负相关。细菌、真菌、脲酶均与蛋白酶之间存在极显著正相关，而蛋白酶与过氧化氢酶存在显著负相关。除土壤蔗糖酶之外，其它生物学指标与土壤肥力之间均表现出显著相关性。