小兴安岭红松林土壤理化性质及酶活性的研究

2023-06-20贾丹王琪瑶李云红肖宇飞于淼

林业科技 2023年3期

贾丹　王琪瑶　李云红　肖宇飞　于淼

摘要：以小兴安岭丰林自然保护区内红松中幼龄林和成熟林土壤为研究对象，测定了不同土层（0～10 cm和10～20 cm）土壤理化性质和5种土壤酶活性并进行相关性分析。结果表明：红松林不同土层土壤的理化性质差异较大。土壤酶在不同深度的土层中变化较大；土壤pH值与土壤脲酶活性呈极显著负相关；土壤微生物生物量碳含量与土壤淀粉酶活性呈显著正相关，与蔗糖酶活性呈极显著正相关；脲酶活性与土壤全氮、全磷含量、土壤总孔隙度呈极显著正相关，与土壤温度呈显著正相关；磷酸酶活性与土壤全磷含量、土壤含水率呈显著正相关，与总孔隙度呈极显著正相关。蔗糖酶活性与过氧化氢酶活性呈显著正相关；过氧化氢酶活性与土壤全磷含量呈极显著正相关。

关键词：小兴安岭；红松；土壤理化性质；土壤酶活性

中图分类号： S 714. 2 文献标识码： A 文章编号：１００1 － 9499（２０23）03 － 0023 － 04

Abstract The surface soil of juvenile and mid-aged Pinus koraiensis forests and mature forests in Fenglin National Nature Reserve of Xiaoxing'an Mountains were selected as the research objects， the physical and chemical properties of soil in different soil layers （0～10 cm and 10～20 cm） and the activities of five soil enzymes were measured and analyzed. The results showed that the physical and chemical properties of soil in different soil layers were quite different. Soil enzymes vary greatly in different depths of soil layers; There was a very significant negative correlation between soil pH and soil urease content; There was a significant positive correlation between soil microbial biomass carbon and soil amylase， and very significant positive correlation between soil microbial biomass carbon and soil invertase; The soil urease was very significant positively correlated with total nitrogen， total phosphorus and total porosity， the soil urease was significant positively correlated with soil temperature; The soil posphatase was significantly positively correlated with total phosphorus and water content， the soil posphatase was very significantly positively correlated with total porosity. There was a significant positive correlation between sucrase and catalase; There was a very significant positive correlation between catalase and total phosphorus.

Key words Xiaoxing'an Mountains; Pinus koraiensis; physical and chemical properties of soil; soil enzyme activities

红松为常绿乔木，是东北地区重要的树种之一，因其木质轻软，耐腐蚀，是建筑及家具优良木材，同时其树皮和种子都有一定经济价值[ 1 ]。有研究表明，红松的生长受土壤理化性质的影响较大，土壤物理性质的变化可以影响红松根系的生长和分布[ 2 ]。常旭东等[ 3 ]研究表明，土壤養分低会造成红松腐朽木数量的增加。林文树等[ 4 ]研究了不同林龄红松林土壤理化性质，结果表明土壤孔隙度、全磷是影响红松演替阶段的重要因子。土壤酶是参加土壤生化反应的一种催化剂，可以参与土壤中碳、氮、磷等物质循环，是土壤中的重要因子之一。土壤酶活性直接或间接地反映了土壤物质和能量的转化情况[ 5 ]，对植物生长起促进作用。土壤酶活性受多种因素影响，倪伟杰[ 6 ]研究表明，红松林土壤酶活性会随土壤理化性质的改变而发生变化。因此，研究土壤理化性质和参与土壤碳、氮、磷循环相关的土壤酶活性的关系，对保护小兴安岭地区天然红松林和防止森林土壤退化等方面有着重要意义。

1 试验地概况

本研究区域设在黑龙江省丰林自然保护区（48°74'～49°9' N，129°15'～129°30' E），位于小兴安岭南坡北部，属丘陵山地，海拔300～600 m，土壤以暗棕壤为主。森林植被为温带针阔叶混交林，主要乔木为：红松（Pinus koraiensis）、白桦（Betula platyphylla）、蒙古栎（Quercus mongolica）、臭冷杉（Abies nephrolepis）等。

2 研究方法

2. 1 样地设置

分别选择坡度、坡向、海拔、土壤和地形等立地因子相同或相似的不同林龄阔叶红松林试验样地，分别为：白桦林（对照样地）、红松中幼龄林（林龄25年）、红松成熟林（林龄42年），在每个林龄分上坡、中坡和下坡随机设置3块标准地（20m×20 m），并对样地内林木进行每木检尺，测定胸径、树高，同时对样地的地形地貌、土壤类型及群落结构进行调查（表1）。

２. 2 土壤样品的采集与处理

采样时间为2020年6月。采样时，首先去除地表凋落物，在各样地按照“S”形随机选取5个采样点，按照不同土层深度（0～10 cm，10～20 cm）采集土壤样品，采集的土壤样本分为三个部分，一部分土样放于无菌自封袋内并做好标记，放入装有冰袋的泡沫箱，带回实验室后保存于4℃冰箱，用于土壤微生物生物量碳的测定。另一部分土壤利用环刀和铝盒取样，环刀内的土壤用于测定土壤物理性质，铝盒内土壤置于室內风干，除去动植物残体、石头等杂质，过2 mm和0.149 mm筛后，用于土壤化学性质、酶活性的测定。

2. 3 土壤样品的测定

2. 3. 1 土壤化学性质的测定方法

土壤pH值采用电位法测定（1∶2.5土水比）；土壤微生物生物量碳（SMB）采用氯仿熏蒸法测定；土壤全氮（TN）采用凯氏定氮法测定；全磷（TP）采用酸溶、钼锑抗比色法测定[ 7 ]。

2. 3. 2 土壤酶测定方法

脲酶（Ure）采用苯酚钠—次氯酸钠比色法; 蔗糖酶（Inv）采用3，5-二硝基水杨酸比色法；酸性磷酸酶（ACP）采用磷酸苯二钠比色法；土壤淀粉酶（Suc）采用葡萄糖比色法；过氧化氢酶（Cat）采用高锰酸钾滴定法[ 8 ]。

2. 3. 3 土壤物理性质的测定

土壤容重、孔隙度、含水率利用环刀铝盒法测定，土壤温度利用土壤温湿仪测定[ 2 ]。

3 结果与分析

3. 1 土壤物理性质

利用2.3.3的方法测定了试验区域森林土壤的物理性质，包括土壤容重、土壤含水率、土壤总孔隙度和土壤温度（表2）。

由表2可以看出，三种样地土壤容重的差异不显著。土壤含水率、土壤总孔隙度和土壤温度的表层土壤（0～10 cm）与10～20 cm层的土壤有较大的差异，而同层的土壤差异不大。白桦林表层土壤含水率最高，红松成熟林最低。10～20 cm深度的土层含水率最高的为红松成熟林，最低的为白桦林。总孔隙度方面，红松成熟林表层土壤的总孔隙度最大，白桦林土壤总孔隙度最小，而10～20 cm深度的土层却呈现相反的结果。土壤温度最高的为红松成熟林，红松中幼龄林的温度最低。10～20 cm深的土层与表层土壤的结果相同。

3. 2 土壤化学性质

利用2.3.1中的方法，测定试验区域三种样地的土壤化学性质，包括土壤pH值、土壤微生物生物量碳、土壤全氮和全磷。

由表3可知，所有样地内土壤pH值均呈酸性，土壤pH值随土层深度的增加而增加，其中最大值出现在红松成熟林10～20 cm土层中，最小为白桦林表层土。土壤微生物生物量碳的值在不同样地不同深度的变化较为明显，红松成熟林表层土的生物量碳含量最高，白桦林表层土含量最低。10～20 cm土层生物量碳的变化趋势与表层土一致。土壤全氮含量方面，表层土与10～20 cm深度土层的差异显著，白桦林表层土全氮含量最高，红松中幼龄林的含量最低。红松成熟林10～20 cm深度的土壤全氮含量最低，其余两个样地的值相同。白桦林表层土壤全磷的含量最高，红松中幼龄林最低。10～20 cm土壤全磷变化趋势与表层土一致。

3. 3 土壤酶活性

利用2.3.2的方法测定不同林型土壤酶活性，包括：土壤淀粉酶、土壤脲酶、土壤过氧化氢酶、土壤磷酸酶、土壤蔗糖酶（表4）。

由表4可知，土壤淀粉酶，脲酶和过氧化氢酶的总体变化趋势一致，均为表层土高于10～20 cm深的土层。其中表层土中淀粉酶活性最高的为红松中幼龄林，最低为白桦林。10～20 cm深土壤的变化趋势与表层土相同，白桦林表层土壤脲酶活性最高，红松成熟林最低。土壤磷酸酶在所有测试的土壤样本中变化最大，其中红松中幼龄林表层土壤酶活性最高，白桦林与红松成熟林的差别不大。红松成熟林表层土中的过氧化氢酶活性最高，红松中幼龄林活性最低。红松成熟林表层土壤蔗糖酶活性最高，红松中幼龄林中活性最低，而10～20 cm深的土壤中的变化趋势与表层土的变化趋势相反。

3. 4 土壤酶活性与土壤理化性质的相关性

将不同林型土壤酶活性与土壤理化性质的结果做了相关性分析（表5）可知，土壤pH值与土壤脲酶活性呈极显著负相关。土壤微生物生物量碳含量与土壤淀粉酶活性呈显著正相关，与蔗糖酶活性呈极显著正相关；脲酶活性与土壤全氮、全磷含量、土壤总孔隙度呈极显著正相关，与土壤温度呈显著正相关；酸性磷酸酶活性与土壤全磷含量、土壤含水率呈显著正相关，与总孔隙度呈极显著正相关；蔗糖酶与过氧化氢酶活性呈显著正相关；过氧化氢酶与全磷含量呈极显著正相关。

4 讨论

赵林森[ 9 ]等研究了混交林不同深度土壤酶活性，结果表明，磷酸酶和脲酶随着土壤深度增加而减小，这与本文研究结果一致。这是因为随着土壤深度增加，土壤中含氮、磷的物质减少而造成的。叶胜兰[ 10 ]等研究结果表明，陕西落叶松林土壤过氧化氢酶、磷酸酶和脲酶的活性随着林龄的增加而减小，这与本研究结果相同，但是周琨[ 11 ]得到了完全相反的结论。这可能是因为土壤酶的活性受土壤养分影响的关系极为密切的原因[ 12 ]。王玲[ 13 ]等研究表明，土壤氮、磷、钾的含量与土壤酶活性成正相关，这与本研究的结果一致，这是因为当土壤养分充足时，土壤微生物数量增多，进而分泌到土壤中的酶会增加。

5 结论

5. 1 研究结果表明，被测试区域的土壤均呈酸性且肥力适中。表层土与10～20 cm深的土壤理化性质除土壤容重外，其他指标均差异显著（p＜0.05）。表层土的土壤肥力高于10～20 cm土层。红松中幼龄林与成熟林的土壤肥力差别不大。

5. 2 不同深度的土层中土壤酶活性差异显著（p＜0.05），且土壤淀粉酶、脲酶和过氧化氢酶的酶活性变化趋势为表层土壤明显高于10～20 cm深的土壤。红松成熟林中土壤蔗糖酶和过氧化氢酶的活性最高，酸性磷酸酶活性最低。红松中幼龄林中土壤淀粉酶和酸性磷酸酶活性最高，蔗糖酶和过氧化氢酶活性最低。

5. 3 土壤脲酶活性与土壤pH值成极显著负相关，与土壤全氮、全磷含量、总孔隙度呈极显著正相关；土壤淀粉酶活性与土壤微生物生物量碳含量呈显著正相关；脲酶活性与土壤温度呈显著正相关。酸性磷酸酶活性与土壤全磷含量、土壤含水率呈显著正相关，与土壤总孔隙度呈极显著正相關。蔗糖酶活性与过氧化氢酶活性、土壤微生物生物量碳含量呈显著正相关。过氧化氢酶活性与土壤全磷含量呈极显著正相关。

参考文献

［1］贾丹，王琪瑶，陈迪，等. 牡丹江地区红松林根际微生物多样性的研究［J］. 中国林副特产， 2015（3）： 35 - 37.

［2］陈瑶，李云红，邵英男，等. 小兴安岭3种原始红松林土壤物理性质研究［J］. 林业科技， 2015， 40（6）： 21 - 23.

［3］常旭东，金光泽. 地形和土壤因子对红松活立木腐朽的影响［J］.林业科学， 2022， 58（11）： 71 - 82.

［4］林文树，穆丹，王丽平，等. 针阔混交林不同演替阶段表层土壤理化性质与又是林木生长的相关性［J］. 林业科学， 2016， 52（5）： 17 - 25.

［5］薛立，邝立刚，陈红跃，等. 不同林分土壤养分、微生物与酶活性的研究［J］. 土壤学报， 2003， 40（2）： 280 - 285.

［6］倪伟杰. 红松林土壤理化性质及其微生物与酶活性影响因子研究进展［J］. 辽宁林业科技， 2022（5）： 51 - 55.

［7］王刚，孙清芳，刘延坤，等. 小兴安岭地区主要森林类型土壤理化性状特征的研究［J］. 林业科技， 2011， 36（2）： 15 - 16.

［8］关松荫. 土壤酶及其研究法［M］. 北京：农业出版社， 1983.

［9］赵林森. 杨树刺槐混交对土壤养分和酶活性的影响［J］. 新疆农业大学学报， 1995（2）： 76 - 80.

［10］叶胜兰，李娟，牛岩. 不同林龄华北落叶松土壤养分及酶活性变化规律研究［J］. 西部大开发（土地开发工程研究），2019， 4（2）： 51 - 56.

［11］周琨，张淼，薛新权，等. 不同林龄马尾松人工林土壤酶变化特征研究［J］. 现代农业科技， 2013（15）： 165 - 167.