生草對山核桃林地土壤養分及土壤酶活性的影響

季琳琳，陳素傳，吳志輝，常 君，陶汝鵬

（1.安徽省林業科學研究院，安徽 合肥 230031；2.寧國市林業局，安徽 寧國 242300；3.中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所，浙江 杭州 311400）

山核桃（Carya cathayensis） 屬胡桃科（Juglandaceae）山核桃屬（Carya）植物，主要栽培范圍集中在天目山山脈、黃山余脈，主產區在浙江的西部、安徽的南部等[1-4]。山核桃仁中含有不飽和脂肪酸等物質，具有降低膽固醇、疏通血管及健腦等作用，目前市場暢銷的手剝山核桃及山核桃仁制品很受百姓青睞。山核桃含油率較高，其不飽和脂肪酸含量超過油茶4 倍，可作為高檔的食用油開發。山核桃作為我國重要的干果和木本油料樹種，具有較高的經濟價值和生態價值[5-15]。隨著人們生活水平的提高，山核桃市場進一步擴大，農戶的種植熱情高漲，集約化經營強度也越高；原有的山核桃復層林轉變為單層林，過度施用化肥除草劑和農藥，林下灌木、雜草消失殆盡，從而使土壤裸露，水土流失嚴重，林地土壤受到中度至劇烈侵蝕，山核桃產區生態環境問題日益嚴重，進而影響果實的產量和品質，影響了產區山核桃產業的可持續健康發展[16]。

林下生草有較好的保水效果，不僅可以降低除草成本，而且用作綠肥還可以提高土壤有機質，改善土壤物理結構，提高土壤養分，增加土壤肥力，進一步改善土壤退化等問題，是一種兼具經濟和生態價值的林地土壤管理模式[17-18]。已有研究表明，生草可改善土壤結構，減少土壤侵蝕，甜柿果園人工生草與自然生草相比，可以增加土壤過氧化氫酶、土壤脲酶、土壤蔗糖酶和土壤磷酸酶的活性。土壤酶是監測土壤質量的較好指標，能準確地檢測生境的變化，并直接參與土壤C、N 的遷移轉化，可以作為土壤肥力的評價指標[19-21]。為了研究不同生草處理對山核桃林地土壤養分及土壤酶活性的影響，采用人工生草和自然生草的方法，對比分析了林地土壤養分及土壤酶活性，以期為山核桃生態栽培管理中林下生草模式提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

研究區為寧國市，位于安徽東南部，屬皖南山地丘陵區，介于東徑118°36′～119°24′，北緯30°16′～30°47′之間。屬北亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，年平均氣溫15.4 ℃，年均日照時數1 889 h 以上，年均降雨量1 590 mm，無霜期226 d，pH 值5.5 ～6.5，地帶性土壤為紅壤。試驗區位于寧國市萬家鎮桐子塢基地，東經119°4′55″，北緯30°21″33″，海拔320 m。

1.2 樣地選擇

選擇典型生態退化山核桃林地，2016年起在山核桃林下設置油菜（Brassica napusL.）、綿棗兒（Scilla scilloides）、 野豌豆（Vicia sepiumLinn）3 種不同生草處理，均為撒播，清耕區為對照，清耕區林內有部分禾本科雜草，2020年8月14日在已連續4年人工生草的典型樣地取樣，每樣地面積1 hm2。采用單因素隨機區組設計，采集樣地面積為20 m×10 m，每個處理3個重復，各處理水肥等管理措施基本一致。種植方式為人工撒播，撒種量為30 kg·hm-2。

1.3 土樣采集

采集土樣時，先將土壤表面枯枝落葉等清除，在小區內采用S 形隨機選擇5個取樣點，分0 ～10、10 ～20、20 ～40 cm 土層獨立采樣，取500 g，用自封袋密封，土樣自然風干后，過2 mm 和0.15 mm篩用于土壤酶及土壤養分元素含量的測定。

1.3 土樣分析

2020年8月14日采用環刀取樣。土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定；土壤中性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定；土壤pH 值含量采用玻璃電極法測定；土壤全氮含量采用硫酸-加速劑消解，凱氏法測定；土壤全磷含量采用NaOH 堿熔，鉬銻抗分光光度法測定；土壤全鉀含量采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法測定；土壤水解性氮含量采用堿解擴散法測定；土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉溶液浸提，鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定；有機質含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定[22-25]。

1.4 數據統計分析

相關數據使用Excel 2007、dps、spss16.0 處理軟件進行方差分析、相關性分析等計算各土層酶和養分情況[26-27]。

2 結果與分析

2.1 不同生草區的土壤酶活性

土壤酶主要通過土壤動物、植物和土壤微生物的分泌或殘體等途徑獲取，不同生草區處理對土壤酶活性的影響見表1。由表1 可知，山核桃林下不同生草處理后，0 ～10 cm 土壤脲酶活性高于10 ～20 和20 ～40 cm 土層。其中0 ～10 cm土壤中，油菜土壤脲酶活性顯著高于清耕，10 ～20 cm 土壤中，油菜、綿棗兒土壤脲酶活性顯著高于清耕，20 ～40 cm 土壤中，油菜土壤脲酶活性極顯著高于綿棗兒和清耕。

表1 山核桃樣地情況Table 1 General situation of pecan plots

不同生草區處理對中性磷酸酶活性的影響見表1。由表1 可知，0 ～10 cm 土壤中，油菜土壤中性磷酸酶活性極顯著高于清耕，10 ～20 cm 土壤中，綿棗兒土壤中性磷酸酶活性顯著高于清耕，20 ～40 cm 土壤中，綿棗兒土壤中性磷酸酶活性顯著高于野豌豆和清耕。

不同生草區處理對過氧化氫酶活性的影響見表1。由表1 可知，0 ～10 cm 土壤中，野豌豆土壤過氧化氫酶活性高于其他3 種模式，但差異不顯著；10 ～20 cm 土壤中，清耕和野豌豆土壤過氧化氫酶活性顯著高于綿棗兒；20 ～40 cm 土壤中，油菜土壤過氧化氫酶活性顯著高于野豌豆和清耕。

2.2 不同生草處理對土壤不同層次pH 值和養分含量的影響

pH 值表示土壤的酸堿度，酸堿度影響酶及養分的活性進而影響植物的生長，土壤養分及有機質影響土壤的酶活性、微生物含量，是土壤肥力的重要指標。不同生草區處理對土壤不同層次pH值和養分含量的影響見表2。由表2 可知，山核桃林下不同生草處理后，隨著土層厚度的增加，pH值整體上呈增高的趨勢。山核桃林下各土層養分含量，隨著土層厚度增加變化規律基本一致，不同生草處理下土壤養分元素在0 ～10 cm 土層含量最高，隨著土層厚度的增加養分元素逐漸減低。

表2 不同生草處理對土壤酶活性的影響?Table 2 Effects of different grasses on soil enzymes mg·g-1·h-1

0 ～10 cm 土層中，油菜土壤有機質極顯著高于綿棗兒、野豌豆、清耕，其中清耕含量最低，油菜土壤中有機質高于綿棗兒、野豌豆、清耕，分別為49.82%、69.84%、90.74%；10 ～20 和20 ～40 cm 土層中有機質含量，油菜＞綿棗兒＞野豌豆＞清耕，但差異不顯著。全N、全P、全K 的含量基本上隨著土層厚度增加而降低，0 ～10 cm土層中，油菜全N 含量顯著高于清耕，10 ～20和20 ～40 cm 土層中全N 各生草處理下差異不顯著；各土層油菜土壤中全P 含量極顯著高于清耕，綿棗兒、野豌豆、清耕土壤中全P 含量差異不顯著，0 ～10 cm 土層中，油菜土壤中全P 含量較清耕高69.59%。0 ～10 cm 土層中，油菜全K 含量顯著高于綿棗兒；10 ～20 和20 ～40 cm 土層中油菜處理土壤全K 含量最高，但差異不顯著。0 ～10 cm 土層中，油菜堿解氮含量極顯著高于清耕，較清耕高78.08%，10 ～20 cm 土層中綿棗兒土壤堿解氮含量最高，20 ～40 cm 土層中油菜土壤堿解氮含量最高，分別高于清耕59.74%、59.02%，但差異不顯著；各土層中野豌豆處理下土壤有效磷含量最高，但差異不顯著；0 ～10 和10 ～20 cm土層中，綿棗兒土壤速效鉀含量最高，20 ～40 cm土層中野豌豆土壤速效鉀含量最高，但不同生草處理下差異不顯著。

2.3 不同生草處理下土壤養分元素與酶活性的相關性

土壤養分元素與酶活性相互影響，各因子之間也存在相互影響的機理。山核桃不同生草處理下土壤養分元素與酶活性的相關性見表3，由表3 可知，過氧化氫酶與脲酶呈極顯著性正相關，有機質與脲酶、中性磷酸酶及過氧化氫酶呈極顯著正相關；全N 含量與脲酶、中性磷酸酶、過氧化氫酶及有機質呈極顯著正相關；全P 與中性磷酸酶、有機質、全P 呈極顯著正相關；全K 與中性磷酸酶和全P 呈極顯著正相關，與脲酶、過氧化氫酶呈負相關，但相關性不顯著；堿解氮與中性磷酸酶、有機質、全N 和全P 呈極顯著正相關；有效磷與脲酶、過氧化氫酶、全N、堿解氮呈極顯著正相關，與中性磷酸酶呈顯著性正相關，與全K 呈負相關，但不顯著。

表3 不同生草處理對土壤不同層次pH 值和養分含量的影響Table 3 Effects of different grassed on soil pH and nutrient characteristics in different soil layers

3 結 論

本試驗研究了山核桃林下不同生草處理土壤養分及土壤酶活性，試驗結果表明，人工生草相較于清耕，可以提高土壤養分、有機質含量及土壤酶活性。土壤酶主要來源于動植物腐解、植物根系分泌及土壤微生物的活動，在土壤物質和能量轉化中發揮重要作用，其活性可表征土壤生物學功能，可作為評價土壤質量的有效性指標。脲酶促進肽鍵的水解，將酰胺態有機氮化物轉化為無機氮化物，供植物直接吸收利用，脲酶活性決定土壤供氮水平。本研究中，不同人工生草植株腐解后，土壤表層具備了營養源，加之表土層具有良好的水熱和通氣條件，為脲酶提供了酶促底物，林下土壤有機質增加，整體上，人工生草脲酶活性高于清耕，其中油菜不同土層脲酶活性顯著高于清耕。土壤脲酶隨著土層的增加脲酶活性降低，在人工生草中，深層土壤中油菜的土壤脲酶活性顯著高于綿棗兒。隨著土壤深度的增加，土壤溫度及水分減少，降低了土壤生物的代謝能力，土壤生物量及有機質含量下降。司鵬等[28]研究也表明清耕和生草管理措施下沙地葡萄園土壤脲酶0 ～20 cm 土層最高，隨著土層深度的增加而逐漸降低。磷酸酶參與有機磷化合物的水解過程，表現較為活躍，土壤磷的循環過程中將有機磷轉化為無機磷，從而提高磷的利用率[29]。本試驗研究表明，油菜、綿棗兒土壤中中性磷酸酶活性顯著高于清耕，2 種生草模式下磷的利用率高。過氧化氫酶是土壤氧化還原酶，參與土壤中各種化合物的氧化，促進土壤有機質和腐殖質的形成，消除或減輕過氧化氫對土壤的毒害。山核桃林下不同生草處理后0 ～10 cm 土壤過氧化氫酶活性最高，隨著土層加深氧化氫酶活性降低，在淺土層野豌豆土壤過氧化氫酶活性高于其他3 種模式，說明野豌豆處理下過氧化氫酶活性較大，有機質轉化速率較高。不同土壤深度、不同生草對土壤過氧化氫酶活性影響有差異。山核桃林下生草處理對土壤形成了影響，林下溫度、濕度及水肥情況都發生了改變，引起酶的變化，為山核桃生態栽培提供理論依據。

表4 不同生草處理下土壤養分元素與酶活性的相關性分析?Table 4 Correlation between soil nutrients and soil enzyme activities

土壤有機質的多少及質量的高低直接影響土壤理化性質及養分等指標，是各種養分元素的主要來源，是土壤肥力高低的重要指標[30]。刁芬蘭等[31]研究發現隨著生草時間的加長，可顯著提高土壤的養分含量，全N、全P、全K、堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質含量增加。本研究山核桃生草區，不同土層油菜、綿棗兒、野豌豆土壤有機質、全N、全P、全K、堿解氮均高于清耕區，并隨著土層厚度增加而降低，各土層中野豌豆處理下土壤有效磷含量最高，綿棗兒淺土層土壤速效鉀含量最高，研究結果表明，生草對土壤養分含量的提高均有很大作用，這與前人的大部分研究結果一致。

土壤酶、土壤養分以及彼此之間的相關性能夠很好地表征土壤的肥力水平，趙睿宇等研究表明，土壤脲酶活性和土壤各養分元素呈現極顯著或顯著相關關系，土壤脲酶與土壤全氮、有效磷含量之間相關性差異極顯著，土壤中有機質、全氮、全磷含量直接或間接地影響著土壤脲酶、土壤酸性磷酸酶的生活活性[32-35]。本研究中，有效磷與脲酶、過氧化氫酶、中性磷酸酶呈極顯著或顯著正相關關系，有機質與脲酶、中性磷酸酶及過氧化氫酶呈極顯著正相關，全N、全P、全K 與中性磷酸酶呈極顯著或顯著正相關關系。

4 討 論

山核桃林下生草對土壤養分及土壤酶活性有明顯的影響，各因素及因素之間的相關性很好地表征土壤的肥力，不同生草處理對山核桃林地土壤養分及土壤酶活性影響較大，選擇適宜的生草種類可以提高土壤養分及土壤酶活性，生產中優先推薦油菜。本研究的局限性在于沒有在幼林時設置生草處理，且只研究生草后短期5年對土壤的影響，而生草對土壤養分及土壤酶活性的影響實際上是一個長期的過程，下一步將研究幼林下不同生草處理對土壤的影響，不同草種混播處理對林下土壤及山核桃品質的影響及長期生草對林木及土壤的影響等。