不同林龄油茶林土壤酶活性及养分特征

郭春兰，张 露，雷 蕾，吴南生，胡冬南，郭晓燕

(江西农业大学园林与艺术学院，江西 南昌 330045)

土壤养分和土壤酶在森林生态系统的物质循环和能量流动方面发挥着重要作用，土壤养分含量直接影响林木的生长，而土壤酶参与土壤中的生物化学过程和物质循环，对土壤有机质的转化起着重要作用，是反映森林土壤质量高低的重要生物学指标[1-3]。土壤养分结合土壤酶活性能较全面地反映土壤环境质量和肥力变化，且土壤酶是判别胁迫环境下土壤生态系统退化的早期主要预警指标之一[4-5]。多数研究表明，土壤酶活性与土壤养分含量有密切的相关性，并用土壤养分和酶活性来衡量土壤肥力高低[6-8]。目前对油茶(Camelliaoleifera)林土壤养分及土壤酶关系的研究较少[9-12]，本研究通过分析江西不同林龄油茶林土壤酶活性与土壤肥力的动态变化规律，探讨在一定立地条件下不同林龄油茶林土壤养分及土壤酶的关系，以期为分析和探讨油茶林的种植、管理、油茶林土壤生态系统结构、功能及其可持续利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1研究区域概况 试验地为江西省新余市渝水区罗坊镇章塘村，地理位置为115°03′～115°04′ E，27°33′～27°35′ N，坡度小于5°，海拔59～62 m，属亚热带湿润气候。年平均气温为17.7 ℃，极端最高温度39 ℃，极端最低温度-8.3 ℃，年平均地温20.1 ℃，无霜期281 d；年平均降水量为1 599.4 mm，年蒸发量1 497.8 mm，年均相对湿度80%，年平均日照1 656 h，为油茶适生栽培区[9]。

设置7种处理，分别为无林地对照(A)、1(年)龄抚育油茶林(B-1yr)、6(年)龄抚育油茶林(C-6yr)、10(年)龄抚育油茶林(D-10yr，进行周期性施肥、除草、灌溉等抚育措施)、10(年)龄未抚育油茶林(E-10yr)、30(年)龄油茶林(F-30yr，前期抚育和后期未抚育)、50(年)龄油茶林(G-50yr，前期抚育和后期未抚育)。30(年)龄和50(年)龄油茶林由于缺乏长期管护，目前林分生长状况一般。 每林分设置3个20 m×20 m的标准地，共21块样地，每样地测定树高、胸径、冠幅等因子并进行土壤样品取样(表1)。

1.2研究方法 在标准地分别按0～20和20～40cm两个层次，用直径为 7.5 cm 的土钻在每个样方分别采集5个土壤混合作为一个样品，同一层次的土样混合后立即转入塑料袋中带回实验室分析。采集时间分别在2011年的夏季(7月)和秋季(10月)。采集后自然风干土样过0.15、1.00和2.00 mm土筛后进行土壤养分及土壤酶活性的分析。

表1 样地基本情况 Table 1 Basic situation of plots

土壤酶活性测定[13]：过氧化氢酶活性的测定采用高锰酸钾滴定法(以20 min后1 g土壤的0.1 mol·L-1KMnO4的毫升数表示)，过氧化物酶采用邻苯三酚-比色法(以2 h后1 g土壤生成的紫色没食子素毫克数表示)，蔗糖酶活性的测定采用硫代硫酸钠滴定法(以培养24 h后1 g风干土壤滴定所需0.05 mol·L-1Na2S2O3的毫升数来表示)。

土壤养分测定[14]：有机质采用硫酸-重铬酸钾氧化外加热法测定；全氮采用全自动凯氏定氮法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；全磷采用碱熔-钼锑抗比色法测定；有效磷采用盐酸-硫酸浸提-钼锑抗比色法测定；全钾采用碱熔定容-火焰光度计法测定；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度计法测定。

1.3数据处理 用Excel和SPSS 17.0软件进行数据统计及方差分析。

2 结果与分析

2.1不同林龄油茶林土壤养分分析 0～20 cm土层土壤全氮含量D-10yr 最高，为0.88 g·kg-1；碱解氮含量E-10yr 最高，为96.55 mg·kg-1；全磷的含量G-50yr最高，为0.64 g·kg-1；有效磷的含量D-10yr最高，为9.31 mg·kg-1；全钾的含量B-1yr最高，为10.39 g·kg-1；速效钾含量D-10yr最高，为242.56 mg·kg-1。除与F-30yr、G-50yr差异不显著(P>0.05)外，D-10yr与无林地及其他3种林龄的全氮含量差异显著(P<0.05)； 除E-10yr外，G-50yr与无林地及其他4种林龄的碱解氮含量差异显著；G-50yr与无林地及其他5种林龄全磷、土壤容重均差异显著；D-10yr与无林地及其他5种林龄有效磷、速效钾含量均差异显著；C-6yr除与A差异不显著外，与其他5种林龄的土壤含水量差异显著；D-10yr与C-6yr、E-10yr、F-30yr的pH值差异显著(表2)。

20～40 cm土层土壤全氮含量以G-50yr最高，为0.70 g·kg-1，碱解氮含量以E-10yr 最高，为102.63 mg·kg-1；全磷含量以G-50yr 最高，为0.55 g·kg-1；有效磷含量C-6yr最高，为9.69 mg·kg-1。全钾含量D-10yr最高，为14.40 g·kg-1；速效钾含量D-10yr 最高，为139.22 mg·kg-1；除与G-50yr差异不显著外(P>0.05)，D-10yr与无林地及其他4种林龄的全氮含量差异显著(P<0.05)；E-10yr 与无林地及其他5种林龄碱解氮含量差异显著；D-10yr、F-30yr、G-50yr之间的全磷含量差异显著，C-6yr、D-10yr、E-10yr之间的有效磷含量差异显著，除与E-10yr差异不显著外，D-10yr与无林地及其他4种林龄的全钾含量差异显著；D-10yr与无林地及其他5种林龄的速效钾含量差异显著； G-50yr与无林地及其他5种林龄的土壤容重差异显著；6种林龄及无林地的土壤pH值和含水量差异不大，但分别以D-10yr和G-50yr最高(表2)。

土壤养分含量基本上表现为0～20 cm土层高于20～40 cm土层，这可能是肥料主要分布在表层的结果。随着林龄的不断增加，0～20 cm土层，有效磷和速效钾含量是先增加后减少，其他养分因子呈递增的趋势；20～40 cm土层，碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾的含量是先增加后减少，其他养分因子呈递增的趋势(表2)。

2.2不同林龄油茶林土壤有机质季节变化 0～20 cm土层，夏季有机质含量G-50yr最高,为3.89%,秋季的有机质含量D-10yr最高，为2.25%；20～40 cm土层，夏季、秋季有机质含量均以G-50yr最高，分别为1.97%和1.31%(图1)。随着林龄的不断增加，0～20 cm土层，夏季有机质含量总体呈逐渐升高趋势，秋季有机质含量呈先升高后降低再升高变化；20～40 cm土层，夏季、秋季有机质含量总体呈先降低后渐增趋势。这可能是由于随着林龄的增长，每年有大量的枯枝落叶归还土壤，使油茶林土壤有机质含量明显增加，且0～20 cm和20～40 cm土层的夏季有机质含量基本都高于秋季有机质含量(图1)。这是由于夏季是一切生物生长的旺盛季节，也正值施肥的最佳时期，故有机质含量高。

表2 样地土壤基本理化性质Table 2 Soil chemical properties of plots

2.3油茶林不同林龄土壤酶活性季节变化 夏季0～20 cm和20～40 cm过氧化氢酶活性最高均为G-50yr，分别为2.12 和1.50 mL·g-1，秋季最高也均为G-50yr，分别为1.61 和0.95 mL·g-1(图2)。0～20 cm和20～40 cm 土层过氧化氢酶活性的变化规律一致，随着林龄的不断增加，夏季、秋季过氧化氢酶活性总体呈先降低后渐增趋势，这主要是因为林下物种相对多，增加了植物根系生物量，而枯枝落叶的增加也为土壤微生物提供了充足的营养来源，过氧化氢酶活性随之增强。

0～20 cm土层夏季过氧化物酶活性C-6yr最高，为2.45 U·g-1,秋季过氧化物酶活性A最高，为1.17 U·g-1(图3)；20～40cm土层夏季过氧化物酶活性A最高，为3.55 U·g-1，秋季过氧化物酶活性C-6yr最高，为2.22 U·g-1。随着林龄的不断增加，0～20 cm夏季过氧化物酶活性先增加后减少，秋季过氧化物酶活性总体呈增加趋势；20～40 cm夏季过氧化物酶活性呈先增强后减弱，秋季过氧化物酶活性呈“M”型变化趋势(图3)。

图1 土壤有机质季节变化Fig.1 Seasonal variation of soil organic matter

图2 土壤过氧化氢酶活性季节变化Fig.2 Seasonal variation of soil hydrogen peroxide enzyme activity

6种林龄及无林地对照中，0～20 cm土层，夏季蔗糖酶活性C-6yr最高，为3.43 mL·g-1，秋季蔗糖酶活性F-30yr最高，为2.40 mL·g-1(图4)。20～40 cm土层，夏季蔗糖酶活性E-10yr最高，为2.83 mL·g-1，秋季蔗糖酶活性C-6yr最高，为1.33 mL·g-1(图4)。随着林龄的增加，0～20 cm土层，夏季蔗糖酶活性先增加后逐渐减少，秋季蔗糖酶活性总体呈渐增趋势；20～40 cm土层，夏季1～10(年)龄稳定，至30(年)龄急剧下降，50(年)龄又有上升趋势，秋季蔗糖酶活性均呈递减的趋势(图4)。过氧化氢酶、过氧化物酶和蔗糖酶这3种酶活性基本呈夏季高于秋季趋势。

图3 土壤过氧化物酶活性季节变化Fig.3 Seasonal variation of soil peroxidase enzyme activity

图4 土壤蔗糖酶活季节变化Fig.4 Seasonal variation of soil sucrose enzyme activity

2.4油茶林土壤养分及酶活性之间的相关性 为了探讨不同林龄油茶林地土壤养分、土壤酶活性及油茶经济产量的关系，对测定的养分因子与酶活性进行相关性分析。0～20 cm土层，夏、秋季过氧化氢酶活性均与全氮、碱解氮、全磷、土壤容重呈极显著正相关(P<0.01)，均与全钾呈显著相关(P<0.05),与有效磷、速效钾、pH值相关性弱；夏、秋季过氧化物酶活性均与全钾呈极显著正相关(P<0.01)，均与全氮、有效磷、速效钾、pH值相关性弱；夏、秋季蔗糖酶活性与全磷、土壤容重呈显著相关(P<0.05)，与碱解氮、速效钾、pH值相关性弱(表3)。这说明夏、秋两季节的土壤酶活性与代表土壤肥力的全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、容重、含水量等指标存在较强的相关性。土壤酶与土壤中的氮、磷、钾等营养元素的转化有着密切的关系，利用这3种土壤酶活性能够作为评价土壤肥力的参考指标[15]。

20～40 cm土层，夏、秋季过氧化氢酶活性与有机质、全氮、全磷、土壤容重呈极显著正相关(P<0.01)，与pH值呈显著正相关(P<0.05)，与碱解氮、有效磷、速效钾相关性弱；夏、秋季过氧化物酶活性与含水量呈极显著正相关(P<0.01)，与pH值呈显著相关(P<0.05)，与有机质、速效钾相关性弱；夏、秋季蔗糖酶活性与有机质呈显著正相关(P<0.05)，与全钾、速效钾、pH值相关性弱(表3)。相关性分析表明，土壤肥力与酶活性呈显著相关。因此，通过酶活性来间接反映或预测某些营养物质的转化情况以及土壤肥力的一般状况具有可行性[16]。

表3 土壤养分与土壤酶活之间的相关性Table 3 Correlation of soil nutrient and soil enzyme

3 讨论与结论

本研究表明，不同林龄油茶林土壤养分在各个季节及土层均有差异。随着土层深入，土壤养分指标逐渐降低，这与养分或肥料主要分布在土壤表层有关。油茶林土壤过氧化氢酶、过氧化物酶和蔗糖酶活性随着土层的逐渐加深，其活性逐渐减弱。表层土壤肥力高，通气良好，微生物较多，而深层土壤肥力低，枯落物量少，微生物活性小，所以表层土壤中的酶活性较深层的高。夏季土壤酶活性高于秋季土壤酶活性，主要因为夏季植物生长相对旺盛，土壤微生物活动较频繁，在一定程度上促进了土壤酶活性提高。除草和垦复等抚育措施促进油茶林生长，并改善土壤结构，提高土壤养分和酶活性。土壤酶对改善土壤质量具有重要作用，可以作为评价土壤肥力的指标[17]。

土壤养分因子与土壤酶活性之间存在着一定的相关性[18-20]。本研究表明，土壤酶活性与代表土壤肥力的全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、容重、含水量等指标存在较大的相关性，且土壤酶与土壤中的氮、磷、钾等营养元素的转化有着密切的关系。了解土壤酶活性的强弱，可以预测某些营养物质的转化情况以及土壤肥力的一般状况，并可用其作为评断土壤肥力的辅助指标，对研究土壤肥力有重要意义[21]。特别需要加强油茶林根系分泌物-根际微生物-土壤养分有效性-根际微生态-地上部分之间协同作用机理研究，可为油茶林合理经营管理提供有力科学依据。

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