抚育间伐对辽东山区红松人工林土壤酶活性的影响

刘晴 徐阳 张妍 丁琳琳 潘丕克

摘 要：土壤酶活性是土壤肥力的重要指标之一，为探究抚育间伐对辽东山区红松人工林林下不同土层酶活性的影响，采用紫外分光光度法、靛酚蓝比色法、3，5- 二硝基水杨酸比色法和磷酸苯二钠比色法分别测定不同间伐程度林地土壤表层（0～10 cm）和亚表层（≥10～20 cm）不同酶的活性。结果表明：林下土壤酶活性表现为表层大于亚表层;过氧化氢酶活性在弱度区和中度区的表层差异显著，中度间伐酶活性较高，对酶活性影响最大;脲酶在弱度区差异显著，弱度间伐对酶活性影响较大;酸性磷酸酶的活性在中度区变化较大且差异显著;蔗糖酶在表层弱度和中度间伐差异显著，且中度区相对其他间伐处理酶的活性较高。在辽东山区红松人工林中，弱度间伐及中度间伐对林下土壤酶活性影響较大。

关键词：红松人工林;抚育间伐;脲酶;蔗糖酶;酸性磷酸酶;过氧化氢酶

中图分类号：S718.5    文献标识码：A   文章编号：1006-8023（2021）03-0067-05

Abstract：Soil enzyme activity is one of the important indicators of soil fertility. In order to explore the effects of thinning on soil enzyme activities of Pinus koraiensis plantation in Liaodong mountain area in different soil layers under the forest， in this paper， the surface （0～10 cm） and subsurface （≥10～20 cm） soil enzyme activities of different thinning degrees were determined by UV spectrophotometry， indophenol blue colorimetry， 3，5dinitrosalicylic acid colorimetry and disodium phenylphosphate colorimetry. The results showed that： the soil enzyme activities in the surface layer were higher than that in the subsurface layer. The activity of catalase was significantly different in the surface layer between the weak area and the moderate area. The activity of catalase was higher in the moderate area， which had the greatest impact on the activity of catalase. Urease showed significant difference in weak degree area， and weak thinning had a greater impact on urease activity. Acid phosphatase showed a large and significant difference in enzyme activity in the moderate zone. Sucrase showed significant difference in surface weak degree and moderate thinning， and the enzyme activity in moderate area was higher than that in other thinning treatments. In Pinus koraiensis plantation in Liaodong mountain area， weak thinning and moderate thinning had a greater impact on soil enzyme activities.

Keywords：Pinus koraiensis plantation; thinning; urease; sucrase; acid phosphatase; catalase

0 引言

红松作为我国东北东部山地地带性植被的优势树种，用途广泛，具有较高的经济价值和生态价值。辽宁省森林经营研究所实验林场拥有自1949年营造的新中国第一处红松人工林，到2020年林龄达71 a，是具有代表性的红松人工林，对其研究具有重要意义。

土壤中的酶是林下土壤中最活跃的有机成分之一，参与土壤能量流动和物质循环，土壤中进行的化学和生物反应也是在酶的催化下进行的，因此酶是生态系统代谢中重要驱动力[1-2]。土壤酶活性变化作为检测土壤质量变化的指标之一，反映了土壤生态系统中微生物参与物质转化和能量循环的能力，同时，酶活性的大小也是土壤肥力的重要标志[3]。

研究表明，林下土壤酶的活性对不同的营林方式有不同的响应，对林下土壤酶的活性研究可以揭示林地土壤的变化，进而对营林措施加以评价，为森林经营提供科学依据[4]。

1 材料与方法

1.1 试验点基本情况

研究地点位于辽宁省本溪市本溪满族自治县草河口镇（40°53′N，123°51′E），属于大陆性季风气候，平均海拔约645 m，气温低，年均气温6.5 ℃，年均降水量926.3 mm，土壤为山地棕色森林土， pH为 5.3～6.3，保水性差。植被以红松人工林为主，其下植物稀疏，仅有少量铁线莲（Clematis florida Thunb）、大叶樟（Cinnamomum parthenoxylon（Jack） Nees）、天南星（Arisaema erubescens （Wall） Schott）等[5]。

抚育间伐强度以保留株数为指标划分了弱度区A、中度区B、强度区C、极强度区D及对照CK（不间伐）5个处理，各处理面积均为0.1 hm2，分别在1959年、1967年、1987年、1994年、2005年、2012年进行了6次抚育间伐。经2019年调查平均胸径，采样地基本特征见表1。

1.2 采样方法

采集时间为2020年10月初。取4块面积为0.1 hm2不同间伐强度的实验林标准地，自然生长地区作为对照组。每块标准地采取五点取样法分别选取表层（0～10 cm）和亚表层（≥10～20 cm）的土样，混合均匀，风干， 过100目筛， 放入冰箱4 ℃保存待用。

1.3 酶活性测定

利用紫外分光光度法測定土壤过氧化氢酶活性[6]。单位的定义：

（1）每天每克风干土样催化1 mmol H2O2降解定义为一个酶活力单位;利用靛酚蓝比色法测定脲酶水解尿素产生的NH3-N[7]。

（2）每天每克土样中产生1 μgNH3-N定义为一个酶活力单位;蔗糖酶3，5- 二硝基水杨酸比色法测定，可以将蔗糖水解成还原性糖后与3，5-二硝基水杨酸形成棕红色氨基化合物，用分光光度法测定蔗糖酶活性[8]。

（3）在37 ℃条件下，每天每克土样中产生催化1 mg还原性糖定义为一个酶活力单位;酸性磷酸酶用磷酸苯二钠比色法测定[9]。

（4）37 ℃中每克土样每天释放1μmol酚为一个酶活力单位。

以上酶活性测定均采用北京索莱宝科技有限公司土壤酶活试剂盒。

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2010进行数据处理，应用SPSS 22.0进行数据统计分析，t检验比较各处理的差异显著性，P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 抚育间伐对过氧化氢酶活性的影响

由表2可知，抚育间伐后，处理组表层过氧化氢酶活性较对照组23.84 nmol/g均有所上升，随着间伐强度的上升，酶活性分别上升了39.72%、15.45%、4.22%、0.35%，其中弱度区和中度区差异性显著（P<0.05）;处理组亚表层过氧化氢酶活性弱度区和极强度区较对照组20.56 nmol/g有所下降，分别下降了32.52%、6.55%;处理组表层中度区和强度区较对照组有所上升，分别上升了14.00%、13.88%。

2.2 抚育间伐对脲酶活性的影响

由表3可知，对照组自然生长区林下土壤脲酶表层活性为2.46 μg/g，亚表层脲酶活性为1.99 μg/g;抚育间伐处理组脲酶活性均高于对照组;表层酶活性随着间伐强度的上升，分别上升了50.16%、14.24%、1.37%、26.66%，亚表层酶活性随间伐强度的上升，分别上升了37.98%、36.49%、21.19%、9.47%;弱度区均为显著性差异（P<0.05）。

2.3 抚育间伐对酸性磷酸酶活性的影响

由表4可知，对照组自然生长区林下土壤酸性磷酸酶表层活性为15.55 μmol/g，亚表层脲酶活性为14.88 μmol/g，抚育间伐处理组酸性磷酸酶活性均低于对照组;表层酶活性随着间伐强度的上升，分别下降了10.71%、17.64%、7.14%、4.22%;亚表层酶活性随着间伐强度的上升，分别下降了12.18%、20.97%、12.21%、12.75%;中度区均为显著性差异（P<0.05）。

2.4 抚育间伐对蔗糖酶活性的影响

表5可知，抚育间伐后，处理组表层蔗糖酶活性较对照组27.03 mg/g均有所下降，随着间伐强度的上升，酶活性分别下降了63.65%、35.88%、29.81%、19.65%，其中弱度区和中度区为显著性差异（P<0.05）;处理组亚表层蔗糖酶活性较对照组8.17mg/g均有所上升，随着间伐强度的上升，酶活性分别上升了了81.24%、1.21%、55.91%、7.16%，其中弱度区为显著性差异（P<0.05）。

3 结论与讨论

本研究中土壤酶随着土层的加深而降低，弱度间伐及中度间伐对林下土壤酶活性影响较大，可见间伐影响着土壤及土壤酶的活性。林业经营的基础是森林，辽东地区红松人工林是辽东地区森林的重要组成，抚育间伐又是人工林培育的重要措施之一，进而研究抚育间伐对人工林土壤酶的影响是探究抚育间伐对土壤的重要措施。王琪瑶等[10]研究表明随着间伐强度的降低，土壤总有机碳含量和碳密度均呈先减小后增大的趋势，王杰等[11]证明合理适当的间伐强度有利于保护土地肥力，同时抚育间伐也可改变林分结构，使林下温度、光照、植被、水分和土壤温度等发生改变，进而影响林下土壤表层凋落物变化和土壤有机质的分解等[12]。

土壤过氧化氢酶是生物呼吸代谢过程，以及土壤动植物根系分泌及残体分解中的重要酶类，与土壤性质关系密切，是较好的土壤微生态环境指示因子[13-15]，象征着土壤有机质积累和土壤腐殖化强度，土壤肥力状况和总生物学活性可以通过过氧化氢酶反映[16]。土壤蔗糖酶可水解蔗糖，反映土壤有机碳转化能力[17]，与土壤中微生物数量、有机质、氮、磷及土壤呼吸强度有关，其酶促作用产物直接关系到植物的生长[18]。土壤中的磷酸酶可将有机磷化合物分解[19]，参与磷循环，催化磷酸酯类或磷酸酐的水解，其活性高低直接影响着土壤有机磷的分解转化及其生物有效性[20]。土壤脲酶是一种蛋白质构成的催化剂，可由土壤中的微生物产生，具有氨化作用，可将尿素分解为一类水解酶[21]，同时，土壤中氮素的供应可以用脲酶活性的强度来表示，其动态表征着氮素养分的动态[22-23]。

本研究中，土壤酶活呈现出随着土层深度的增加而降低的趋势，这与漆良华等[24]、陈军军[25]研究结果相似。过氧化氢酶活性在弱度区和中度区的表层显著性差异，中度间伐酶活性较高，对酶活性影响最大。脲酶表现为在弱度区显著性差异，弱度间伐对酶活性影响较大。酸性磷酸酶表现为中度区显著性差异且中度区酶活性变化较大。蔗糖酶表现为表层弱度和中度间伐显著性差异，且中度区相对其他间伐处理酶的活性较高。因此，在辽东山区红松人工林中弱度间伐及中度间伐的抚育措施对林下土壤酶活性影响较大。

【參 考 文 献】

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