庐山自然保护区不同植被类型下土壤酶活性与土壤肥力相关性分析

于法展，尤海梅，马晓冬，王净

（江苏师范大学城市与环境学院，江苏徐州221116）

庐山自然保护区不同植被类型下土壤酶活性与土壤肥力相关性分析

于法展，尤海梅，马晓冬，王净

（江苏师范大学城市与环境学院，江苏徐州221116）

土壤酶活性是反映土壤肥力最为重要的生物学指标之一。以庐山自然保护区内6种不同植被类型下土壤为研究对象，通过对不同植被下0~20 cm土层的土壤酶活性及其与土壤肥力状况的相关性进行分析。结果表明，6种不同植被类型下土壤酶活性有一定的区别，其中草丛地除过氧化氢酶和磷酸酶外，土壤酶活性属最高水平，而针阔混交林和针叶林地土壤酶活性均处最低水平；不同植被类型下土壤肥力状况有明显的差异，草丛地的土壤肥力状况最好，针叶林地土壤肥力较差。SPSS软件相关分析表明：脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶与土壤肥力指标的相关性较好，多酚氧化酶和过氧化物酶与土壤肥力状况的相关性较差。

植被类型；土壤酶活性；土壤肥力；庐山自然保护区

土壤犹如生命的有机体，其生物活性最本质的指标是土壤酶活性，它是表征土壤肥力的有效生物指标，是土壤重要的组成部分，直接参与土壤中各种生物化学反应[1]。土壤酶来自土壤中微生物和高等植物，也来自土壤动物和进入土壤的有机物质，在土壤生态系统的物质循环和能量流动方面扮演着重要角色[2]。近年来，国内外土壤学家对土壤酶的研究非常重视，主要集中于农业土壤的不同土类和不同肥力水平土壤的酶活性、施用有机肥和无机肥对酶活性的影响等方面[3-6]。土壤酶活性对森林生态系统的物质转化、土壤肥力形成和能量流动起着重要作用，且与土壤理化性质和环境条件密切相关，已成为土壤健康生物指标研究中优先考虑的指标之一，并得到了广泛的应用[7-9]。许多学者对不同土地利用方式下或长期施肥条件下的红壤、黑土、黑垆土、褐潮土、棕色石灰土、冲积土等研究表明：土壤蛋白酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性与土壤有机质、氮、磷等土壤肥力呈显著或极显著相关，土壤酶活性可以作为衡量土壤肥力的指标[8]。我国对森林土壤酶活性的研究较少，且主要集中在人工林，严重滞后于农田土壤中有关土壤酶作为土壤健康的生物活性指标的研究，不能满足当代森林土壤及森林经营管理实践的需要[10-11]。笔者以庐山自然保护区内6种不同植被类型下土壤为研究对象，通过对土壤酶活性与植被类型及土壤肥力之间的关系进行分析，旨在深入认识土壤酶作为监测森林土壤健康生物学指标的研究提供科学参考。

1 研究区自然概况

庐山自然保护区位于江西省北部，距九江市约13 km，其地理坐标115°50′～116°10′E，29°28′～30°53′N，总面积30 493 hm2，主峰大汉阳峰海拔1 474 m。庐山地处亚热带东部季风区域，具有鲜明的季风气候特征；而且庐山是一座中山，面江临湖，山高谷深，与周围平原地区相比较，具有鲜明的山地气候特征。年平均温度11.4℃，1月均温-0.3℃，7月均温22.5℃，极端低温-16.8℃，极端高温32.8℃，年平均降水量1 929 mm。庐山系块垒式山地，在新构造运动的影响下，仍在继续抬升，地层较复杂。该保护区森林植被在海拔700 m以下主要为常绿阔叶林带，海拔700～1 000 m之间为常绿—落叶阔叶混交林带，海拔1 000 m以上为落叶阔叶林带，较高海拔（1 300～1 474 m）分布有高山灌丛等植被类型。该区域物种丰富，森林覆盖率达76．6%，主要的植被类型有阔叶林、针叶林、竹林、针阔混交林、灌丛、草丛（草甸）等。其保护区发育的土壤从山麓到山顶依次分布着红壤和黄壤、山地黄壤、山地黄棕壤、山地棕壤。

2 土样采集与测定方法

2012年8～9月在研究区内代表性地段选择6种不同植被类型，即在针叶林、阔叶林、针阔混交林、竹林、灌丛、草丛下设立标准样地，并对其环境因子进行随机采样调查（表1）。6块测试样地（20 m×20 m）均设3次重复，按混合法采集0～20 cm的土壤样本。土样经实验室风干后进行测定，土壤酶分析指标与测定方法：纤维素酶采用葡萄糖氧化法；脲酶采用氨释放量蒸馏滴定法；磷酸酶用对硝基苯磷酸盐法；过氧化氢酶用高锰酸钾滴定法；多酚氧化酶和过氧化物酶采用邻苯三酚比色法。土壤肥力的测定指标包括土壤容重、粘粒组成、pH、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷和速效钾，具体分析方法参照《土壤农业化学分析方法》[12]。样点布局空间数据与实验数据的统计输入该自然保护区林地土壤资源动态数据库，采用SPSS软件对所获得数据进行差异性检验和相关分析。

表1 庐山自然保护区内各测试样地调查概况

3 结果与分析

3.1 不同植被类型下土壤酶活性

土壤酶是土壤生物化学反应的催化剂，它参与土壤中物质的转化过程与循环，促进有机质的分解，反映土壤生物活性的大小。林地土壤中一切复杂的生化过程都是在土壤酶的参与下进行的，土壤酶的活性与土壤肥力密切相关，是土壤肥力的重要指标之一[5，7]。不同植被类型下土壤酶活性的测试结果见表2。

表2 不同植被类型下土壤酶活性状况（平均值±标准差）

纤维素酶是具有纤维素降解能力酶的总称，它们协同作用分解纤维素，所有能利用晶体纤维素的微生物都能或多或少地分泌纤维素酶，这些酶具有不同的特异性和作用方式，对维持生态系统平衡稳定起了很重要的作用[7]。表2中不同植被类型下土壤纤维素酶活性的大小顺序为草丛＞竹林＞针叶林＞针阔混交林＞阔叶林＞灌丛，这是因为草丛、竹林下的枯落物中的木质素含量较高，因而纤维素酶活跃。脲酶是土壤中常见的水解酶，能促进尿素的水解，使其转化为氨为植物利用，用以表征土壤氮素供应状况[3]。由表2可知，竹林、灌丛、草丛地土壤脲酶活性显著高于阔叶林、针叶林、针阔混交林地，而针阔混交林地土壤脲酶活性最低（（4．56± 0．19）mg·kg-1），草丛地土壤脲酶活性最高（（23．60±2．71）mg·kg-1）。说明草丛地土壤有机氮的转化过程明显快于针阔混交林地。过氧化氢酶是衡量土壤氧化过程的方向和强度指标，通过酶可以促进过氧化氢的分解，防止其对生物体的毒害作用，其活性高低可以反映土壤解除呼吸过程中产生的过氧化氢的能力[10]。从表2比较得出，灌丛地过氧化氢酶活性（（31．05±4．76）mL·g-1）显著高于其他植被类型；针阔混交林地、针叶林地的过氧化氢酶活性显著低于阔叶林、竹林、灌丛、草丛地，这是由于针阔混交林和针叶纯林的凋落物分解速度较慢，其林下土壤解除呼吸过程中产生的过氧化氢较少。多酚氧化酶可以把多酚类物质氧化分解成简单化合物，再与含氮物质缩合，通常用以表征土壤腐殖化程度[10]。由表2可知，不同植被类型下土壤中多酚氧化酶活性有较明显的差别，其中草丛地土壤的多酚氧化酶活性最高，达（0．95±0．21）mg·g-1，针阔混交林地多酚氧化酶活性最低，为（0．46±0．18）mg·g-1，这说明草丛地土壤腐殖化程度比较高。过氧化物酶不仅催化过氧化氢物质，而且也能氧化酚类、胺类物质为醌，加速土壤有机物的分解和腐殖质的合成[10]。从表2可见，草丛地土壤的过氧化物酶活性最高（（1．47±0．55）mg·g-1），明显高于针阔混交林地和针叶林地。磷酸酶是土壤中广泛存在的一种水解酶，能够催化磷酸脂或磷酸酐的水解反应，其活性高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性[11]。土壤磷酸酶的主要类型包括磷酸单脂酶、磷酸二脂酶、三磷酸单脂酶等，其中，磷酸单脂酶与有机磷的矿化及植物的磷素营养关系密切，是研究最多的磷酸酶。在研究中常基于酶促反应的最适pH，将磷酸单脂酶分为酸性磷酸酶（pH5～6）和碱性磷酸酶（pH8～10）两种。由于庐山土壤表现为酸性，在pH＜7的土壤中酸性磷酸酶活性高。在该保护区内不同植被类型下土壤磷酸酶活性高低序列为竹林＞草丛＞灌丛＞阔叶林＞针阔混交林＞针叶林。

3.2 不同植被类型下土壤肥力状况

6种不同植被类型下土壤肥力状况的测试结果列于表3。土壤容重显示土壤的疏松程度，可以说明土壤涵蓄水分以及供应树木生长所需水分的能力[2]。由表3可知，针叶林地表层（0～20 cm）土壤容重最大（0．67 g·cm-3），草丛（山地草甸）地土壤容重最小（0．26 g·cm-3）。这是因为针叶林下凋落物分解缓慢，转化成的土壤有机物质数量较少，土壤较紧实，而草丛地生物量组成及分布较合理，土壤腐殖质积累较多（粘粒组成含量最高），土壤处于相对较疏松状态。粘粒含量则表现出相反规律，即草丛地的粘粒含量最高为125．0 g·kg-1，针叶林地的粘粒含量最低为71．0 g·kg-1。土壤pH值是表征土壤活性酸的重要指标，对养分的固定与释放具有重要作用，从土壤pH数据来看，6种不同植被类型下土壤均呈酸性。土壤有机质是土壤养分的主要来源，它可以增强土壤的保肥和供肥能力，提高土壤养分的有效性[9]。由表3可知，草丛地的土壤有机质含量（58．78 g·kg-1）最高，针叶林地土壤有机质含量（14．38 g·kg-1）显著低于其他植被类型。全氮量和碱解氮能较好地反映出近期内土壤氮素供应水平[7]。不同植被类型下土壤全氮量的变化规律为：草丛＞灌丛＞竹林＞阔叶林＞针叶林＞针阔混交林；碱解氮是衡量土壤有效氮量的指标，不同植被类型下土壤碱解氮含量的变化规律与全氮量的变化相似。从土壤有效磷和速效钾指标来看，竹林地土壤显著高于其他植被类型。总之，不同植被类型下土壤肥力状况的差异表现为，草丛地的土壤肥力状况最好，针叶林地土壤肥力较差，这与植被凋落物性质以及根系的作用有关。

表3 不同植被类型下土壤肥力状况

3.3土壤酶活性与土壤肥力的相关性

采用SPSS软件对所获得数据进行土壤酶活性与土壤肥力状况指标的相关分析列于表4。由表4结果可知，纤维素酶活性与全磷、速效钾含量呈极显著的正相关，与有效磷含量呈显著相关，与全氮、碱解氮含量无显著相关，即土壤纤维素酶活性高低对土壤速效养分含量有极大地影响；脲酶与容重、粘粒含量、有机质、全氮、碱解氮、全磷有显著的相关性；磷酸酶与容重、粘粒含量、全氮、有效磷有显著的相关性；过氧化氢酶与容重、粘粒含量、有机质、全氮、全磷的相关关系非常显著，但与pH值、有效磷和速效钾的相关性较差，表明土壤过氧化氢酶活性与土壤有机质和氮、磷素转化的关系比较密切；多酚氧化酶和过氧化物酶活性与土壤肥力之间的相关性较差，因此，多酚氧化酶和过氧化物酶对土壤肥力变化的敏感性差，在用其作为土壤肥力的评价指标时应谨慎考虑。除过氧化物酶外，其他土壤酶与土壤pH的相关性未达到显著水平，这可能与土壤酶活性都有最适的pH范围有关。综上所述，土壤肥力中可供植物利用的营养元素的多少与土壤酶活性的高低直接相关，在良好的有机养分状况下，土壤酶活性较高，其对土壤中营养元素的矿质化作用强度愈大，愈有利于系统内的营养物质循环。

表4 土壤酶活性与土壤肥力指标的相关性

4 结语

不同植被类型下土壤酶活性有一定的区别，其中草丛地除过氧化氢酶和磷酸酶外，土壤酶活性属最高水平，而针阔混交林和针叶林地土壤酶活性都在最低水平；不同植被类型下土壤肥力状况有明显的差异，草丛地的土壤肥力状况最好，针叶林地土壤肥力较差。采用SPSS软件对不同植被类型下土壤酶活性与土壤肥力指标的相关性比较可知，纤维素酶活性与土壤速效养分含量相关性显著，脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶与土壤肥力指标的相关性较好，多酚氧化酶和过氧化物酶与土壤肥力状况的相关性较差，多酚氧化酶活性较低，影响了腐殖质的形成。因此，脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶可以作为衡量土壤肥力水平的指标。

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Analysis of soil enzyme activity and its relations with the soil fertility under different forest vegetation in Lushan nature reserve

YU Fazhan，YOU Haimei，MA Xiaodong，WANG Jing
（College of Urban and Environmental Sciences，Jiangsu Normal University，Xuzhou 221116，China）

Soil enzyme activity is one of the most important indexes influencing soil fertility.We studied six types of forest vegetation in Lushan nature reserve and analyzed their soil enzyme activity and their relations with the soil fertility under 0～20 cm.The results show that their activity of soil enzymes is different.The activity of soil enzymes under the bushes is high except soil catalase and phosphate,whereas that under the theropencedrymion and coniferous forest is low.The soil fertility under different forest vegetation is also obviously different. The soil fertility under the bushes is high,but that under the coniferous forest is low.The relations between enzyme activity and soil fertility show that urease,phosphate and catalase correlate to soil fertility.Polyphenol oxidase and peroxidase are poorly related with soil fertility.

vegetation types；activity of soil enzyme；soil fertility；Lushan nature reserve

F114.63

A

1672－0687（2015）01－0059－05

责任编辑：谢金春

2013－12－16

国家自然科学基金资助项目（51174207）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（SZBF2011-6-B35）

于法展（1972-），男，江苏丰县人，副教授，博士研究生，研究方向：土地资源管理。