不同林分改造模式对土壤酶活性及微生物数量的影响

郭雄飞，陈 璇，黎华寿，冼丽铧 ，董奇妤，陈红跃

（华南农业大学 a.资源环境学院；b.林学与风景园林学院，广东 广州 510642）

不同林分改造模式对土壤酶活性及微生物数量的影响

郭雄飞a，陈 璇a，黎华寿a，冼丽铧b，董奇妤b，陈红跃b

（华南农业大学 a.资源环境学院；b.林学与风景园林学院，广东 广州 510642）

以广东省佛山市南海区的4种宫胁法改造林地、传统法改造林地和不进行林分改造的对照样地为研究对象，对不同样地的土壤酶活性和土壤微生物数量进行研究，以探讨不同林分改造类型的土壤生物学特性。结果显示：不同林分改造类型的林地土壤酶活性差异显著，其中宫胁法2和传统法林地土壤酶活性显著高于其它改造类型，宫胁法2改造林地土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性均居最高水平，宫胁法3和宫胁法4最低；不同的林分改造措施土壤微生物各生理类群的数量差异显著，但均表现为细菌数量最多，放线菌次之，真菌最少；各改造类型中，宫胁法2在土壤细菌、真菌、放线菌数量和微生物总量中均表现最高，宫胁法1在细菌、真菌和微生物总量均表现最低，说明宫胁法2在增加土壤微生物数量上表现最为显著。因此，宫胁法2最有利于改善土壤生物学特性，从而能创造植被恢复过程中良好的微生态环境。

土壤酶活性；土壤微生物数量；林分改造模式；宫胁法

生态公益林具有较高的生态保护和自然保护功能，在发挥森林生态效益和社会效益上起着重要作用。在植被恢复过程中，土壤是植被正常生长发育和生态系统进行物质交换和能量传递的物质基础[1]，土壤酶活性和微生物数量可作为反映土壤为地上植被的生长发育提供良好环境的能力的指示因子之一[2]。生态公益林的改造对改善土壤生物学特性具有重要作用，近年来，国内外一些学者在林分改造方法对土壤特性影响以及不同改造类型生态效益评价等方面进行了一系列研究[3]，对防止生态公益林土壤肥力衰退，提高森林资源利用率，从而实现生态公益林的可持续发展具有重要现实意义。

本研究通过对位于广东省佛山市南海区丹灶镇生态工业园内生态公益林示范区6种不同林分改造类型的土壤生物学特性进行分析，探讨了不同造林类型下生态公益林与土壤生物学特性的关系，旨在为华南地区最优造林类型的选择和土壤生物学特性的改善提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于广东省佛山市南海区丹灶镇生态工业园内的红荔岗（38°39′N，104°04′E），该地区属南亚热带海洋性季风气候，雨量充沛，热量丰富，光照充足。年均气温22 ℃，最冷月（1月）平均气温13.3 ℃，7月平均气温28.8 ℃。年均降水量1 702 mn；其中4～9月降水量占全年的84%；霜日少，无霜期长。佛山市南海境内地势平坦，冲积面占总面积的82.8%，西北部有低丘、台地，西南部多为鱼塘，是全国首个国家级生态工业示范园区所在地。试验地地貌主要为低丘，土壤以母质淋溶性褐色土为主，土层厚度在60 cm以上，土壤条件较好。植被类型以桉树人工林为主，部分地段新种植了千年桐Aleurites montana、樟树Cinnamomum bodinieri、潺槁树Litsea glutinosa等幼苗。

2009年12月，在海拔高度、地势及土壤类型接近的阳坡，以1 000 m为半径的圆形研究区范围内，在4个宫胁法改造区中各设置3个10 m×10 m的标准地，在传统法改造区和对照区分别设置3个20 m×20 m的标准地，6个样地基本特征见表1。并且各标准地采取不同的造林技术措施，其造林措施概况见表2。

表1 样地基本概况Table 1 Basic situations of sample plots

表2 不同造林类型的造林措施Table 2 Afforestation measures of different forest types

1.2 研究方法

2009年12月底，分别在宫胁法1、宫胁法2、宫胁法3、宫胁法4、传统法和对照6类标准地内随机选取3个采样点，采集0～20 cm土层土壤。经去杂、过筛、风干处理后，用于土壤酶活性及微生物数量的测定。

土壤酶活性的测定：用高锰酸钾滴定法测定土壤过氧化氢酶活性；用比色法测定脲酶活性；用磷酸苯二钠比色法测定土壤碱性磷酸酶活性。

土壤微生物数量的测定：活菌的分离与计数采用稀释平板培养计数法测定，土壤细菌、放线菌和真菌的培养基分别为牛肉膏蛋白胨琼脂、改良高氏1号琼脂培养基和PDA3。

1.3 数据处理

采用SPSS18.0和Excel进行数据统计和图形处理。

2 结果与分析

2.1 不同造林模式的土壤酶活性

2.1.1 脲酶活性

脲酶是酰胺酶的一种，直接参与尿素在土壤中的转化与生化作用[4]，广泛存在于动物、植物和微生物细胞中，其活性大小可作为反映土壤有机态氮向无机氮的转化能力的指示因子[5]。由图1可知，不同改造类型土壤脲酶活性由高到低依次为：宫胁法2（101.320 mg/kg）＞传统法（89.043 mg/kg）＞对照（63.452 mg/kg）＞宫胁法1（58.012 mg/kg）＞宫胁法3（52.723 mg/kg）＞宫胁法4（41.967 mg/kg）。除宫胁法1、宫胁法3、对照之间无显著性差异外，其它各改造类型之间均有显著性差异（p＜0.05）。

图1 不同改造类型下土壤脲酶活性Fig.1 Relations of soil alkaline phosphatase activity and different transformation types

2.1.2 磷酸酶活性

土壤磷酸酶是一类能催化土壤有机磷化合物为无机磷酸盐的酶[6]，其活性高低可表征土壤的供磷能力[7]。由图2可知，宫胁法2土壤磷酸酶活性（221.350 mg/kg）最高，其次是传统法（218.967 mg/kg），但两者之间差异不显著（p＞0.05）；宫胁法3（106.633 mg/kg）最低，与宫胁法1（118.067 mg/kg）、宫胁法2（221.350 mg/kg）、宫胁法4（132.333 mg/kg）、传统法（218.967 mg/kg）和对照（131.661 mg/kg）间差异均达显著性水平（p＜0.05），但宫胁法4与对照之间无显著性差异（p＞0.05）。

图2 不同改造类型下土壤磷酸酶活性Fig.2 Relations of soil urease activity and transformation types

2.1.3 过氧化氢酶活性

土壤中的过氧化氢酶可促进过氧化氢的分解，减轻过氧化氢对生物体的毒害作用[8]，其活性与土壤有机质含量及微生物数量有关[9]。由图3可知，宫胁法2土壤过氧化氢酶活性（0.916 mg/kg）最高，其次是传统法（0.866 mg/kg），宫胁法3土壤过氧化氢酶活性（0.725 mg/kg）最低，且宫胁法1、传统法、对照之间，宫胁法2、传统法、对照之间，宫胁法3和宫胁法4之间无显著性差异（p＞0.05），但宫胁法1、宫胁法2、宫胁法3之间，宫胁法1、宫胁法2、宫胁法4之间差异达显著性水平（p＜0.05）。

图3 不同改造类型下土壤过氧化氢酶活性Fig.3 Relations of soil catalase activity and different transformation types

并且，综合图1、图2和图3可以看出，不同造林模式在脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性上均表现为宫胁法1＞宫胁法3，宫胁法2＞宫胁法4，而宫胁法1和宫胁法3施肥方式相同，造林密度不同，宫胁法2和宫胁法4造林密度相同，施肥方式不同，说明造林密度相同时，追肥更有利于改善土壤酶活性，施肥方式相同时，一定程度内造林密度大的更有利于改善土壤酶活性。

2.2 不同造林模式土壤微生物数量

由表3可知，在土壤微生物的三大类群中，各改造类型中土壤微生物均以细菌（0.31×105～2.26×105CFU·g-1） 居 优 势， 放 线 菌（1.37×104～4.56×104CFU·g-1） 次 之， 真 菌（2.88×103～7.57×103CFU·g-1）最少。

2.2.1 不同造林模式土壤细菌数量

细菌是土壤中最常见、分布最广的原核微生物，它影响着土壤的生态系统中生化反应过程、生物修复及养分循环等[10]。从表3可以看出，各改造类型土壤细菌数量大小排序依次为：宫胁法2＞对照＞宫胁法4＞宫胁法3＞传统法＞宫胁法1。除宫胁法2、宫胁法4、对照之间土壤细菌数量无显著性差异外，其它各改造类型之间差异达显著性水平（p＜0.05）。

2.2.2 不同造林模式土壤真菌数量

土壤真菌是土壤中的真核微生物，它普遍存在于自然界中，对土壤的有机循环和生物修复也具有重要作用[11]。由表3可知，宫胁法2土壤真菌数量最高，其次是宫胁法3，但两者差异不显著（p＞0.05）。相对来说，对照和传统法土壤真菌数量属于中等水平，且两者差异不显著。宫胁法4较低，与其它各改造类型之间差异显著（p＜0.05）；最低为宫胁法1，与其它类型间差异达极显著水平（p＜0.01）。

2.2.3 不同造林模式土壤放线菌数量

放线菌是原核生物的类群之一，大多数有发达的分枝菌丝[11]。由表3可知，与真菌数量类似，宫胁法2土壤放线菌数量最高，其次是宫胁法3，但两者差异不显著（p＞0.05），其它各改造类型之间土壤放线菌数量差异均达显著性水平（p＜0.05），且各改造类型土壤放线菌数量大小排序依次为：宫胁法2＞宫胁法3＞对照＞传统法＞宫胁法1＞宫胁法4。

2.2.4 不同造林模式土壤微生物总量

由表3可知，各改造类型之间土壤细菌、真菌和放线菌总量差异显著（p＜0.05）。各改造类型土壤微生物三大类群中均以细菌数量最多，因此各类型土壤微生物总数大小分布规律与土壤细菌含量分布规律一致，其大小排序为：宫胁法2＞对照＞宫胁法4＞宫胁法3＞传统法＞宫胁法1。

表3 不同造林模式土壤微生物数量Table 3 Soil microbial quantity of different afforestation mode forests

3 讨 论

植被恢复在一定程度上能够决定土壤生态系统的特性，并能影响土壤酶活性[12-14]和土壤微生物数量[15]。土壤酶是土壤的重要成分之一，是土壤大部分生化反应的驱动因子[16]，参与土壤生态系统的物质循环和能量流动[17]，可作为衡量土壤肥力的有效指示因子[18]。土壤生态系统能量流动和碳、氮等营养元素循环过程需要土壤微生物中各主要生理类群的直接参与，土壤微生物与土壤有效磷含量也有显著的相关性[19]，因此其数量和活性直接影响土壤肥力的高低[20]。与土壤酶一样，土壤微生物数量也是反映土壤生化过程的重要因子[21-22]。本研究选择4个不同造林密度和不同施肥方式的宫胁法改造林地、1个传统法改造林地和1个不进行林分改造对照地为研究对象，探讨不同的林分改造方式对林地土壤酶活性以及土壤微生物数量的影响。结果显示，不同林分改造类型的林地土壤酶活性差异显著，其中宫胁法2和传统法土壤酶活性显著高于其它改造类型；宫胁法2改造林地土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性均最高，宫胁法3与宫胁法4相对较低，表明宫胁法2在增强土壤酶活性上的表现最为显著。

不同的林分改造措施土壤微生物各生理类群的数量差异显著，且均表现为细菌数量最多，放线菌次之，真菌最少，这与马冬云等[23]在种植密度上的研究结果一致。本研究还发现，各改造类型中，宫胁法2在土壤细菌数量、真菌数量、放线菌数量和微生物总量中均表现最高，宫胁法1最低，表明宫胁法2在增加土壤微生物数量上的表现最为显著。

在各林分改造林地中，宫胁法2无论是土壤酶活性还是土壤微生物数量均最高，这可能与宫胁法2造林密度最大且实施追肥措施有关，有研究表明，适宜的种植密度有利于微生物的生长[24]，在一定程度上，土壤酶活性随种植密度增加而增加[23]，施肥处理可增加土壤酶活性和微生物数量[25]。因此，从增强土壤酶活性和增加土壤微生物数量上看，宫胁法2在各改造类型当中表现最优，在实践植被恢复过程应予以优先考虑。

因不同植被恢复时期土壤酶活性和土壤微生物数量均有差异，本研究探讨的是造林恢复初期土壤酶活性及土壤微生物数量的变化情况，对于土壤酶活性及微生物数量对林分改造效果的长期响应有待进一步深入研究。

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Effects of different forest stand improvement models on soil enzyme activities and microbial population

GUO Xiong-feia, CHEN Xuana, LI Hua-shoua, XIAN Li-huab, DONG Qi-yub, CHEN Hong-yueb
(a.College of Resources and Environmental Sciences; b.College of Forestry and Landscape Architecture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, Guangdong, China)

In order to investigate the improvement effects of soil biological characteristics in different types of forest stand in Nanhai District, Foshan city, Guangdong province (with 4 kinds of Miyawaki methods, traditional transforming method and no improved), the soil enzyme activities and microbial population of the sample plots were studied to find out the soil biological properties with different forest transforming types.The results show that soil enzyme activities under different stand improvement models was different, of them Miyawaki method No.2 and traditional method had significantly higher soil enzyme activities than those of other improvement models;The activities of soil urease, phosphatase and catalase in the lands transformed with Miyawaki method No.2 were the highest of all，those of Miyawaki method No.3 and Miyawaki method No.4were the lowest; The soil microbial quantity of different physiological groups under differences types of stand improvement measures had significantly differences, but the numbers of bacteria all were the largest, followed by actinomycetes, and that of fungi was the least; The numbers of soil bacteria, fungi and actinomycetes and the sum of microbe in the lands transformed with Miyawaki method No.2 all were the highest of all transformation types while that of soil bacteria and fungi and the sum of microbe in the lands transformed with Miyawaki method No.1 all were the lowest; this indicates that Miyawaki method No.2 performed the best in the ability of increasing soil microbial number.Thus, Miyawaki method No.2 helps to improve the soil biological characteristics, which can create a favorable microenvironment in the process of vegetation recovery.

soil enzyme activity; soil microbial quantity; forest stand improvement model; Akira Miyawaki method

S718.52；S664.2

A

1673-923X(2015)09-0030-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.09.005

2015-01-11

广东省林业科技创新项目（2008KJCX008-01，2009KJCX011-01，2010KJCX013-01）；佛山市南海区农林技术推广中心资助项目（4400-h07145）；香港嘉道理农场及植物园公司资助项目（4400-G05002）

郭雄飞，博士研究生 通讯作者：陈红跃，教授；E-mail：chenhongyuetz@126.com

郭雄飞，陈 璇，黎华寿，等.不同林分改造模式对土壤酶活性及微生物数量的影响[J].中南林业科技大学学报，2015,35(9): 30-34.

[本文编校：谢荣秀]