小興安嶺紅松林土壤理化性質及酶活性的研究

賈丹　王琪瑤　李云紅　肖宇飛　于淼

摘要：? 以小興安嶺豐林自然保護區內紅松中幼齡林和成熟林土壤為研究對象，測定了不同土層（0～10 cm和10～20 cm）土壤理化性質和5種土壤酶活性并進行相關性分析。結果表明：紅松林不同土層土壤的理化性質差異較大。土壤酶在不同深度的土層中變化較大；土壤pH值與土壤脲酶活性呈極顯著負相關；土壤微生物生物量碳含量與土壤淀粉酶活性呈顯著正相關，與蔗糖酶活性呈極顯著正相關；脲酶活性與土壤全氮、全磷含量、土壤總孔隙度呈極顯著正相關，與土壤溫度呈顯著正相關；磷酸酶活性與土壤全磷含量、土壤含水率呈顯著正相關，與總孔隙度呈極顯著正相關。蔗糖酶活性與過氧化氫酶活性呈顯著正相關；過氧化氫酶活性與土壤全磷含量呈極顯著正相關。

關鍵詞：? 小興安嶺；? 紅松；? 土壤理化性質；? 土壤酶活性

中圖分類號：? ?S 714. 2? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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

紅松為常綠喬木，是東北地區重要的樹種之一，因其木質輕軟，耐腐蝕，是建筑及家具優良木材，同時其樹皮和種子都有一定經濟價值[ 1 ]。有研究表明，紅松的生長受土壤理化性質的影響較大，土壤物理性質的變化可以影響紅松根系的生長和分布[ 2 ]。常旭東等[ 3 ]研究表明，土壤養分低會造成紅松腐朽木數量的增加。林文樹等[ 4 ]研究了不同林齡紅松林土壤理化性質，結果表明土壤孔隙度、全磷是影響紅松演替階段的重要因子。土壤酶是參加土壤生化反應的一種催化劑，可以參與土壤中碳、氮、磷等物質循環，是土壤中的重要因子之一。土壤酶活性直接或間接地反映了土壤物質和能量的轉化情況[ 5 ]，對植物生長起促進作用。土壤酶活性受多種因素影響，倪偉杰[ 6 ]研究表明，紅松林土壤酶活性會隨土壤理化性質的改變而發生變化。因此，研究土壤理化性質和參與土壤碳、氮、磷循環相關的土壤酶活性的關系，對保護小興安嶺地區天然紅松林和防止森林土壤退化等方面有著重要意義。

1 試驗地概況

本研究區域設在黑龍江省豐林自然保護區（48°74'～49°9' N，129°15'～129°30' E），位于小興安嶺南坡北部，屬丘陵山地，海拔300～600 m，土壤以暗棕壤為主。森林植被為溫帶針闊葉混交林，主要喬木為：紅松（Pinus koraiensis）、白樺（Betula platyphylla）、蒙古櫟（Quercus mongolica）、臭冷杉（Abies nephrolepis）等。

2 研究方法

2. 1 樣地設置

分別選擇坡度、坡向、海拔、土壤和地形等立地因子相同或相似的不同林齡闊葉紅松林試驗樣地，分別為：白樺林（對照樣地）、紅松中幼齡林（林齡25年）、紅松成熟林（林齡42年），在每個林齡分上坡、中坡和下坡隨機設置3塊標準地（20m×20 m），并對樣地內林木進行每木檢尺，測定胸徑、樹高，同時對樣地的地形地貌、土壤類型及群落結構進行調查（表1）。

２. 2 土壤樣品的采集與處理

采樣時間為2020年6月。采樣時，首先去除地表凋落物，在各樣地按照“S”形隨機選取5個采樣點，按照不同土層深度（0～10 cm，10～20 cm）采集土壤樣品，采集的土壤樣本分為三個部分，一部分土樣放于無菌自封袋內并做好標記，放入裝有冰袋的泡沫箱，帶回實驗室后保存于4℃冰箱，用于土壤微生物生物量碳的測定。另一部分土壤利用環刀和鋁盒取樣，環刀內的土壤用于測定土壤物理性質，鋁盒內土壤置于室內風干，除去動植物殘體、石頭等雜質，過2 mm和0.149 mm篩后，用于土壤化學性質、酶活性的測定。

2. 3 土壤樣品的測定

2. 3. 1 土壤化學性質的測定方法

土壤pH值采用電位法測定（1∶2.5土水比）；土壤微生物生物量碳（SMB）采用氯仿熏蒸法測定；土壤全氮（TN）采用凱氏定氮法測定；全磷（TP）采用酸溶、鉬銻抗比色法測定[ 7 ]。

2. 3. 2 土壤酶測定方法

脲酶（Ure）采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法; 蔗糖酶（Inv）采用3，5-二硝基水楊酸比色法；酸性磷酸酶（ACP）采用磷酸苯二鈉比色法；土壤淀粉酶（Suc）采用葡萄糖比色法；過氧化氫酶（Cat）采用高錳酸鉀滴定法[ 8 ]。

2. 3. 3 土壤物理性質的測定

土壤容重、孔隙度、含水率利用環刀鋁盒法測定，土壤溫度利用土壤溫濕儀測定[ 2 ]。

3 結果與分析

3. 1 土壤物理性質

利用2.3.3的方法測定了試驗區域森林土壤的物理性質，包括土壤容重、土壤含水率、土壤總孔隙度和土壤溫度（表2）。

由表2可以看出，三種樣地土壤容重的差異不顯著。土壤含水率、土壤總孔隙度和土壤溫度的表層土壤（0～10 cm）與10～20 cm層的土壤有較大的差異，而同層的土壤差異不大。白樺林表層土壤含水率最高，紅松成熟林最低。10～20 cm深度的土層含水率最高的為紅松成熟林，最低的為白樺林。總孔隙度方面，紅松成熟林表層土壤的總孔隙度最大，白樺林土壤總孔隙度最小，而10～20 cm深度的土層卻呈現相反的結果。土壤溫度最高的為紅松成熟林，紅松中幼齡林的溫度最低。10～20 cm深的土層與表層土壤的結果相同。

3. 2 土壤化學性質

利用2.3.1中的方法，測定試驗區域三種樣地的土壤化學性質，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，所有樣地內土壤pH值均呈酸性，土壤pH值隨土層深度的增加而增加，其中最大值出現在紅松成熟林10～20 cm土層中，最小為白樺林表層土。土壤微生物生物量碳的值在不同樣地不同深度的變化較為明顯，紅松成熟林表層土的生物量碳含量最高，白樺林表層土含量最低。10～20 cm土層生物量碳的變化趨勢與表層土一致。土壤全氮含量方面，表層土與10～20 cm深度土層的差異顯著，白樺林表層土全氮含量最高，紅松中幼齡林的含量最低。紅松成熟林10～20 cm深度的土壤全氮含量最低，其余兩個樣地的值相同。白樺林表層土壤全磷的含量最高，紅松中幼齡林最低。10～20 cm土壤全磷變化趨勢與表層土一致。

3. 3 土壤酶活性

利用2.3.2的方法測定不同林型土壤酶活性，包括：土壤淀粉酶、土壤脲酶、土壤過氧化氫酶、土壤磷酸酶、土壤蔗糖酶（表4）。

由表4可知，土壤淀粉酶，脲酶和過氧化氫酶的總體變化趨勢一致，均為表層土高于10～20 cm深的土層。其中表層土中淀粉酶活性最高的為紅松中幼齡林，最低為白樺林。10～20 cm深土壤的變化趨勢與表層土相同，白樺林表層土壤脲酶活性最高，紅松成熟林最低。土壤磷酸酶在所有測試的土壤樣本中變化最大，其中紅松中幼齡林表層土壤酶活性最高，白樺林與紅松成熟林的差別不大。紅松成熟林表層土中的過氧化氫酶活性最高，紅松中幼齡林活性最低。紅松成熟林表層土壤蔗糖酶活性最高，紅松中幼齡林中活性最低，而10～20 cm深的土壤中的變化趨勢與表層土的變化趨勢相反。

3. 4 土壤酶活性與土壤理化性質的相關性

將不同林型土壤酶活性與土壤理化性質的結果做了相關性分析（表5）可知，土壤pH值與土壤脲酶活性呈極顯著負相關。土壤微生物生物量碳含量與土壤淀粉酶活性呈顯著正相關，與蔗糖酶活性呈極顯著正相關；脲酶活性與土壤全氮、全磷含量、土壤總孔隙度呈極顯著正相關，與土壤溫度呈顯著正相關；酸性磷酸酶活性與土壤全磷含量、土壤含水率呈顯著正相關，與總孔隙度呈極顯著正相關；蔗糖酶與過氧化氫酶活性呈顯著正相關；過氧化氫酶與全磷含量呈極顯著正相關。

4 討 論

趙林森[ 9 ]等研究了混交林不同深度土壤酶活性，結果表明，磷酸酶和脲酶隨著土壤深度增加而減小，這與本文研究結果一致。這是因為隨著土壤深度增加，土壤中含氮、磷的物質減少而造成的。葉勝蘭[ 10 ]等研究結果表明，陜西落葉松林土壤過氧化氫酶、磷酸酶和脲酶的活性隨著林齡的增加而減小，這與本研究結果相同，但是周琨[ 11 ]得到了完全相反的結論。這可能是因為土壤酶的活性受土壤養分影響的關系極為密切的原因[ 12 ]。王玲[ 13 ]等研究表明，土壤氮、磷、鉀的含量與土壤酶活性成正相關，這與本研究的結果一致，這是因為當土壤養分充足時，土壤微生物數量增多，進而分泌到土壤中的酶會增加。

5 結 論

5. 1 研究結果表明，被測試區域的土壤均呈酸性且肥力適中。表層土與10～20 cm深的土壤理化性質除土壤容重外，其他指標均差異顯著（p＜0.05）。表層土的土壤肥力高于10～20 cm土層。紅松中幼齡林與成熟林的土壤肥力差別不大。

5. 2 不同深度的土層中土壤酶活性差異顯著（p＜0.05），且土壤淀粉酶、脲酶和過氧化氫酶的酶活性變化趨勢為表層土壤明顯高于10～20 cm深的土壤。紅松成熟林中土壤蔗糖酶和過氧化氫酶的活性最高，酸性磷酸酶活性最低。紅松中幼齡林中土壤淀粉酶和酸性磷酸酶活性最高，蔗糖酶和過氧化氫酶活性最低。

5. 3 土壤脲酶活性與土壤pH值成極顯著負相關，與土壤全氮、全磷含量、總孔隙度呈極顯著正相關；土壤淀粉酶活性與土壤微生物生物量碳含量呈顯著正相關；脲酶活性與土壤溫度呈顯著正相關。酸性磷酸酶活性與土壤全磷含量、土壤含水率呈顯著正相關，與土壤總孔隙度呈極顯著正相關。蔗糖酶活性與過氧化氫酶活性、土壤微生物生物量碳含量呈顯著正相關。過氧化氫酶活性與土壤全磷含量呈極顯著正相關。

參考文獻

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