北方土石山区不同植被恢复模式土壤酶活性研究

张艳 王冬梅

摘 要：以北方土石山区不同植被恢复模式为研究对象，测定并分析不同植被恢复的土壤理化性质与土壤酶活性的分布规律及其相互关系。结果表明：不同植被恢复均使土壤酶活性明显提高，但不同植被对土壤酶活性的影响不同;土壤酶活性与土壤环境因子的相关性不完全一致，与土壤养分因子呈正相关关系，与土壤pH值呈负相关关系。

关键词：植被恢复 土壤理化性质 土壤酶活性 相关性

中图分类号：S154.2          文献标识码：A

Study on Soil Enzyme Activities under Different

Vegetation Restoration Patterns in Northern

Earth-Rocky Mountainous Area

ZHANG Yan1， WANG Dongmei2*

（1 Water & Land ECO-environment Technology Institute of Beijing Co.Ltd， Beijing100101， China; 2 School of Soil and Water Conservation， Beijing Forestry University， Beijing100083， China）

Abstract：Taking different vegetation restoration patterns in northern earth-rocky mountainous area as the research objects，we tested the soil physical and chemical properties and soil enzyme activities in different vegetation restoration patterns，and analyzed their distribution and correlation. The results showed that soil enzyme activities significantly increased under different vegetation restoration patterns， but the effects of different vegetation on soil enzyme activities were different. The soil enzyme activity is not completely correlated with soil environmental factors， but is positively correlated with soil nutrient factors and negatively correlated with soil pH value.

Key words：Vegetation restoration; soil physical and chemical properties; soil enzyme activity; correlation

近年來，随着经济的持续发展，生态环境日益恶化、水土流失严重，因此，保护生态环境，实现林业可持续发展、防止水土流失已成为全球共同关注的话题。密云土石山区（以密云石匣小流域为例），区域内多为土石山区和丘陵区，水土流失较为严，且下游为北京市惟一的地面饮用水源——密云水库，同时水土流失造成的土壤退化也是制约本区域生态经济协调发展的最重要的因素。多年来，在密云水库上游开展了许多不同治理措施，也取得了不同的成效，治理的同时也在探索不同的治理模式的效果。以往的对小流域治理效果的评价上大多从径流泥沙，对土壤-植被的生态系统的研究也相对较少。土壤是植物生长的一个重要生态因子，土壤养分是土壤的根本性质，在生态系统植被恢复中起着关键性作用;而土壤酶是一种具有特殊能力且专一性较强的生物催化剂[1]，参与土壤的许多重要的生化反应和物质循环，土壤酶参与土壤中一切生化反应[3]，在一定程度上能敏感地反应土壤的肥力状况及土壤质量的变化情况[2]。随着生物学和分子生物技术的发展，土壤生物指标用于评价土壤肥力及质量情况越来越受到重视，土壤酶活性多种因素的影响，近几年学者在土壤酶在土壤中的分布规律、影响因子等方面做了大量的研究[4-17]，但研究结果并不相同。因此，深入研究不同植被恢复模式下土壤酶活性与土壤养分关系，对合理利用土壤，营造最佳生态效益的林分，对改善生态环境具有重要意义，同时为不同程度的退化生态系统植被恢复和水土流失治理模式的选择提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区为水土保持科技示范园区，位于北京市石匣小流域内。石匣小流域位于北京市密云县高岭镇，密云水库东北部，地理坐标为117°01′～117°07′E和43°32′～42°38′N;属于燕山山脉土石浅山丘陵区。

研究区属于暖温带半干旱季风型大陆性气候，四季分明，年平均气温10～15 ℃，无霜期170～180 d，≥10 ℃活动积温4413.6 ℃;多年平均降雨量660 mm左右，80%集中在6-9月份，流域内水资源较丰富。流域内地势北高南低，海拔150～390 m。土壤类型为洪积冲积母质上发育的褐土，质地为轻壤，土层深厚，土体紧实，空隙较小，耕层较浅。流域内植被资源丰富，境内有以杨、柳、桦、松、柏、槐等为主的乔灌木树种，草本植物200多种，白羊草、苔草、隐子草等分布极为广泛。

1.2 研究方法

1.2.1 土样采集

本研究选择刺槐纯林、刺槐与侧柏混交林、荆条灌丛、板栗纯林、山楂纯林、玉米地、荒草地（自然恢复为主）等几种不同的植被模式为研究对象，并以裸露地表的空地为对照。在试验区内各个样地采用典型抽样法设置标准地（20 m×20 cm），在标准地内随机选择3个点;按照0～15 cm土层根际土进行取样，取样时间为2015年9月。各样地基本情况见表1。

1.2.2 试验测定方法

土壤酶活性的测定：本研究主要测定土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性，脲酶活性采用次氯酸钠比色法测定，磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法，过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法。

土壤养分的测定：采用YN4000智能型多功能土壤肥料养分速测仪进行测定。

1.2.3 数据处理

数据处理采用Excel和Spss21.0软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同植被土壤pH值与土壤养分状况分析

通过对不同植被土壤pH值、土壤养分因子（有机质、全氮、速效磷、速效钾）测定分析结果可知（表2）：与对照地相比，不同植被土壤呈弱酸-弱碱性，土壤pH值范围为6.0～7.42，与对照地相比，不同植被恢复均使土壤酸碱度有所降低。与对照地相比，植被恢复使土壤养分含量显著增加，但不同植被对土壤养分影响不同，其中经济林（山楂林、板栗林）﹥灌丛﹥针阔混交林、纯林，其他植被规律性不强。

2.2 不同植被土壤酶活性状况分析

1）不同植被土壤脲酶活性的分布情况

不同植被土壤脲酶活性存在显著差异。从表3可以看出，不同植被土壤脲酶活性表现为：山楂林﹥板栗林﹥刺槐侧柏混交林﹥荆条灌丛﹥刺槐林﹥荒草地﹥玉米地，山楂林根际土壤脲酶活性显著高于其他样地，而刺槐纯林与刺槐侧柏混交林、荆条灌丛差异不明显。

2）不同植被土壤过氧化氢酶活性情况

如表3所示，不同植被恢复均使得土壤过氧化氢酶活性显著增加，但不同植被土壤过氧化氢酶活性变化规律性不强。土壤过氧化氢酶活性以刺槐侧柏混交林最高，为0.916 mL（0.1mol/ KMnO4）/g，刺槐侧柏混交林显著高于其他样地，荆条灌丛与板栗林、荒草地与玉米地之间差异不明显，其他样地之间差异达到显著水平。

3）不同植被土壤磷酸酶活性分布情况

不同植被土壤磷酸酶测定结果如表3，不同植被土壤磷酸酶活性差异性规律表现不强表现：板栗林>山楂林>玉米地>荆条灌丛>刺槐纯林>刺槐、侧柏混交林，板栗林、山楂林及玉米地土壤磷酸酶活性显著高于其他样地，其他样地差异不显著。

2.3 土壤酶活性与土壤养分因子相关分析

从表4中可以看出，土壤脲酶活性与有机质、全氮、速效磷、速效钾存在极显著的正相关关系，相关系数分别为0.935**、0.890**、0.852**、0.909**，与土壤pH值呈显著的负相关关系（r=-0.783*）。过氧化氢酶活性与有机质含量、全氮含量在0.01水平上呈极显著的正相关关系，相关系数分别为0.607**、0.676**，与速效钾呈显著的正相关，与pH值呈一般的负相关关系（r=-0.604）。磷酸酶活性与有机质、全氮、速效磷、速效钾在0.01水平上均呈显著的正相关，相关系数分别为0.921**、0.876**、0.891**、0.922**、0.904**、0.960**、0.875**、0.809**，与pH值在0.01水平上呈显著负相关（r=-0.920**）。结果表明，显著影响有机质含量的因子是脲酶和磷酸酶活性，影响土壤全氮含量的主要因子是脲酶活性，影响速效磷的主要因子是脲酶活性、磷酸酶活性、过氧化氢酶活性，影响速效钾含量的主要因子是脲酶活性、过氧化氢酶活性。

3 结论与讨论

本研究结果显示，植被恢复能够改善土壤pH值，提高土壤养分含量，增加土壤酶活性，土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性与土壤养分（有机质、全氮、速效磷、速效钾）呈极显著、显著或一般的正相关关系，这与白翠霞等 [10]、郑诗樟等[19]、李冰等[18]研究结果一致。以往土壤pH值与土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性相关关系的研究结果显示[11，20-21]，土壤pH值与土壤酶活性相关性不一致，呈现一般或显著的正相关或负相关关系，本研究结果显示北方土石山区土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性与土壤pH值呈现显著负相关关系。

不同植被土壤酶活性比较，研究发现[22-23]：一般地混交林高于纯林、灌木林高于乔木林;脲酶活性以针叶林较高，经济林最低;不同林分土壤磷酸酶活性差异较小;过氧化氢酶活性针阔混交林地高于阔叶纯林地。本研究对不同植被土壤酶活性的研究结果显示：不同植被土壤脲酶活性、磷酸酶活性以山楂林和板栗林最高，过氧化氢酶活性以刺槐侧柏混交林最高;磷酸酶及过氧化氢酶活性分布规律与上述研究结果一致;而脲酶活性山楂林最高，刺槐侧柏混交林次之，与上述结果存在差异，其原因有待进一步研究考证。

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