连栽马尾松林根际与非根际土壤养分及酶活性研究

何佩云，谌红辉

（1. 贵州师范大学生命科学学院，贵州 贵阳 550001；2. 中国林业科学研究院热带林业实验中心，广西 凭祥 532600）

连栽马尾松林根际与非根际土壤养分及酶活性研究

何佩云1，谌红辉2

（1. 贵州师范大学生命科学学院，贵州 贵阳 550001；2. 中国林业科学研究院热带林业实验中心，广西 凭祥 532600）

通过配对样地法，对连栽马尾松林根际与非根际土壤养分及酶活性的差异性进行分析。结果表明：根际与非根际土壤全N、全K、全Ca和全Mg含量2代低于1代，而有机质、碱解N、速效P、全P和速效K含量2代却高于1代，且有机质、碱解N和速效P含量在1、2代之间的差异均达显著或极显著水平；连栽后根际土壤全Al、全Cu和全Zn含量2代高于1代，而全Fe和全Mn含量2代却低于1代，且全Mn含量在1、2代之间的差异达显著水平；非根际土壤除全Cu含量2代高于1代外，其余全Fe、全A l、全Zn、全Mn含量2代均低于1代，且差异均达显著或极显著水平；根际与非根际土壤脲酶、蛋白酶、磷酸酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性2代均高于1代，且脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性在1、2代之间的差异均达显著或极显著水平。

马尾松；连栽；土壤养分；酶活性；根际土壤

随着世界范围内人工林面积的不断扩大，同时由于人类不合理的经营，致使世界范围内人工林地力衰退现象十分严重，我国主要造林树种杉木、落叶松、桉树等存在着较明显的地力衰退[1～3]。马尾松是我国松属树种中分布最广的乡土工业用材树种（21° 41′ N～33° 56′，102° 10′～123° 14′ E），广泛分布于全国17个省（区），它具有适生能力强、速生、丰产、用途广泛等优点，而成为南方最主要用材树种之一[4]，因此，一些学者纷纷开展了这方面的研究[5～7]。但马尾松能否连栽以及连栽后林地土壤肥力、生产力是否下降等已成为学术和生产上十分关注的热点研究内容和问题。林木根际是林木和土壤进行物质、能量交换的场所，也是生化活性最强的区域，林木根系通过分泌各类有机物质和对元素的不平衡吸收来影响土壤性质，而这种影响首先会以根际土壤性质的变化反映出来[8～9]。近年来，根际微生态系统的土壤环境引起了人们的广泛关注，但有关马尾松连栽对林地根际、非根际土壤性质动态变化的研究报导甚少，从根际与非根际土壤生物活性角度揭示连栽马尾松林土壤性质变化趋势的研究仅见少数报道[10]。因此针对这些问题，本研究通过选择不同栽植代数（1、2代）的马尾松林作为研究对象，对连栽马尾松林根际、非根际土壤养分及酶活性的差异性进行比较研究，以揭示连栽马尾松人工林地力变化的内在机制。

1 研究地区概况

研究区位于广西凭祥市热带林业实验中心伏波实验场、广西壮族自治区忻城县欧洞林场。伏波实验场地处106° 43′ E，22° 06′ N，海拔500 m，低山，属南亚热带季风气候区，年平均气温19.9℃，年降水量1 400 mm。造林地母岩为花岗岩，土层厚在1 m以上，腐殖质厚度在10 cm以上。欧洞林场地处108° 42′～108° 49′ E，24° 14′～24° 19′ N，位于忻城县北端，属丘陵地貌，海拔一般在300～700 m。地处南亚热带气候区，年平均气温19.3℃，年均降水量1 445.2 mm，土壤主要是石英砂岩发育形成的红壤，土层较薄。

2 研究方法

2.1 样地设置

试验通过配对样地法，选择不同栽植代数（1、2代）的马尾松幼龄林作为研究对象，共选取3组配对样地，分别用A1、A2、B1.、B2.、C1、C2表示，样地基本概况见表1。

表1 试验样地概况Table 1 General conditions of sample plots

2.2 样品采集和处理

在林相基本一致的林分内，选择代表性强、立地条件相似的1、2代马尾松幼龄林标准样地共3组，每块标准样地面积为20 m×30 m。在每块标准地进行每木检尺，找出平均木，分别选择马尾松标准木多株按多点混合采样法采集根际与非根际土壤，供酶活性及土壤化学性质的分析测定[11～12]。

2.3 土壤养分测定方法

土壤有机质：重铬酸钾氧化—外加热法；全N：凯氏法；碱解N：碱解—扩散法；全P：氢氧化钠碱熔—钼锑抗比色法；速效P：0.05 mol/L HCl—0.025 mol/L 1/2 H2SO4浸提法；全K：氢氧化钠碱熔—火焰光度计法；速效K：乙酸浸提—火焰光度计法；土壤全Ca、Mg测定：Na2CO3熔融—原子吸收分光光度法；土壤全Fe测定：Na2CO3熔融—啰邻啡啉比色法法；土壤全Cu、Zn、Mn测定：原子吸收分光光度法；土壤全Al测定：Na2CO3熔融—氟化钾取代ETDA容量法[13～14]。

2.4 土壤酶活性测定方法

脲酶：苯酚—次氯酸钠比色法，活性用24h 内1g土中NH3-N量（mg/g）表示；蛋白酶：比色法，活性用24 h 内1 g土中NH2-N量（mg/g）表示；过氧化氢酶活性用0.1 N KM nO4滴定法测定，用m L/g表示；多酚氧化酶活性用0.01N I2滴定法测定，用m L/g表示；磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定，用mg/g表示[15]。

2.5 数据统计分析

采用Excel 2003和SPSS13.0进行数据统计和one-way ANOVA分析。

3 结果与分析

3.1 不同代数根际与非根际土壤大量养分的比较

林木在生长过程中，根系一方面从土壤中摄取养分和水分，同时也向土壤中分泌质子、离子并释放大量的有机物质，这些有机物质不仅为根际微生物提供丰富的碳源，而且极大地改变根际微区的物理和化学环境，进而对根际土壤养分产生重大影响[16]。

表2 不同连栽代数马尾松根际与非根际土壤大量元素的比较Table 2 Comparison on the macro-elements content in rhizosphere and non-rhizosphere soil of different generations

连栽对马尾松林根际与非根际土壤大量养分的影响见表2。从表2可看出，根际与非根际土壤全N、全K、全Ca和全Mg平均含量2代均低于1代，其中根际土壤全N、全K、全Ca和全Mg平均含量2代分别较1代下降47.80%、3.64%、52.41%和27.91%，非根际土壤全N、全K、全Ca和全Mg平均含量2代分别较1代下降38.51%、6.20%、33.14%和28.09%，且根际土壤全N含量在1、2代之间的差异达显著水平。而根际与非根际土壤有机质、碱解N、速效P、全P和速效K平均含量2代却高于1代，其中根际土壤有机质、碱解N、速效P、全P和速效K平均含量2代分别较1代上升23.92%、35.46%、35.80%、11.11%和48.43%，非根际土壤分别较1代上升22.16%、40.49%、31.44%、10.64%和41.30%，且根际与非根际土壤有机质、碱解N和速效P含量在1、2代之间的差异达显著或极显著水平。

可见，马尾松连栽能有效提高根际土壤有机质含量和养分水平的能力，土壤肥力得到一定程度的改善，杨承栋等在研究时也曾得出类似结论[17]。但连栽后林地土壤全N、全K、全Ca和全M g含量在2代林分相对有所下降，这可能与1、2代林下植被种类、凋落物的数量及化学组成、根系分泌物的种类和数量、元素归还速度以及土壤风化速度等因素有关，而这些因素又直接影响土壤养分的贮量及有效性等，因此，对连栽马尾松林增施氮肥、钾肥及钙镁肥对于提高林木生长、防治地力衰退是非常必要的。

3.2 不同代数根际与非根际土壤微量元素的比较

土壤是森林生态系统中相对稳定的组成要素，是微量元素的重要来源，也是微量元素迁移、转化和积累的重要场所。土壤中微量元素的含量，既与母岩和成土母质有密切的关系，又受到局部地形和生物地球化学循环的深刻影响。马尾松生长发育所需的微量元素主要来自土壤，尤其是根际土壤，故根际土壤中微量元素的含量对马尾松生长有重要影响。土壤中微量元素含量，主要与成土母质有关，同时受成土过程的淋洗，风化及植物吸收富集、归还等因素影响[18]。

连栽对根际土壤微量元素的影响见表4。从表4可看出，根际土壤全Al、全Cu和全Zn平均含量2代高于1代，其全A l、全Cu和全Zn平均含量2代分别较1代上升4.82%、3.18%和3.90 %，但各含量在1、2代之间的差异均未达显著水平；而全Fe和全Mn平均含量2代却低于1代，其全Fe和全Mn平均含量分别较1代下降2.26%和51.95%，且全Mn含量在1、2代之间的差异达显著水平。对非根际土壤微量元素的影响，除全Cu平均含量2代高于1代外，其全Fe、全A l、全Zn和全Mn平均含量2代均低于1代，其全Fe、全Al、全Zn和全Mn平均含量2代分别较1代下降32.35%、29.04%、29.25%和57.59%，且各含量在1、2代之间的差异均达到显著或极显著水平。

表3 不同连栽代数马毛松根际与非根际土壤微量元素的比较Table 3 Comparison on the microelement content in rhizosphere and non-rhizosphere soil of different generations

由此可见，马尾松连栽后由于林下植被种类的不同、营养元素归还速度的不同及林木的选择吸收，除对土壤中的大量元素产生影响外，同时对土壤微量元素也产生明显影响，相关研究表明林下植被类型不同会影响土壤中微量元素的富集。连栽后林地根际土壤Cu含量2代高于1代，而Fe、A l、Zn和Mn含量2代明显低于1代，尤其是Mn含量随栽植代数的增加，随林分的生长发育趋于更加缺乏。这可能与连栽后1、2代林下的植被类型不同以及林木在生长发育过程对各微量元素的需求量不同等因素有关，同时由于某些元素在植物体内的积累，使其吸收系数和归还系数相差很大，从而导致某些元素供应不足。

3.3 不同代数根际与非根际土壤酶活性的比较

在土壤的物质循环和能量转化过程中，土壤酶起着重要作用，在它们参与下不断进行着土壤的生物呼吸、有机物质的分解和转化过程，因此研究土壤酶的活性强度将有助于了解土壤肥力状况和演变[19]。根际土壤中酶活性的变化主要有2方面的原因：一是林木根系能够分泌酶类物质进入土壤，二是土壤酶活性与微生物是分不开的，林木根系直接影响的土壤范围是微生物特殊的生境，根际内微生物数量总是比根际外要高得多，当微生物受到环境因素刺激时，便不断向周围介质分泌酶，致使根际内外酶活性存在很大的差异[16,20～21]。林木根际的大量沉积物及活跃的微生物活动，使得根际土壤酶活性处在一个特殊环境中[22]。

表4 连栽不同代数马尾松根际与非根际土壤酶活性的比较Table 4 Comparison on the enzyme activities in rhizosphere and non-rhizosphere soil of different generations

马尾松连栽对根际与非根际土壤酶活性的影响见表4。从表4可看出，连栽后，根际与非根际土壤脲酶、蛋白酶、磷酸酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性2代均高于1代，其中根际土壤脲酶、蛋白酶、磷酸酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性2代分别较1代上升109.27%、41.05%、46.46%、70.00%和9.30%，非根际土壤脲酶、蛋白酶、磷酸酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性2代分别较1代上升119.70%、20.78%、63.10%、63.64 %和6.47%，且脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性在1、2代之间的差异均达显著或极显著水平。

4 小结与讨论

（1）马尾松连栽后，根际与非根际土壤全N、全K、全Ca和全Mg含量2代均低于1代，而有机质、碱解N、速效P、全P和速效K平均含量2代却高于1代，且根际与非根际土壤有机质、碱解N和速效P含量以及根际土壤全N含量在1、2代之间的差异达显著或极显著水平。

（2）连栽后，根际土壤全Al、全Cu和全Zn含量2代高于1代，而全Fe和全Mn含量2代却低于1代，且全Mn含量在1、2代之间的差异达显著水平。对非根际土壤微量元素的影响除全Cu含量2代高于1代外，其全Fe、全Al、全Zn和全Mn含量2代均低于1代，且各含量在1、2代之间的差异均达到显著或极显著水平。

（3）连栽对根际土壤酶活性与非根际土壤酶活性的影响作用一致。连栽后，根际与非根际土壤脲酶、蛋白酶、磷酸酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性2代均高于1代，且脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性在1、2代之间的差异均达显著或极显著水平。

研究结果表明：马尾松连栽后林地根际土壤多数大量养分含量、土壤酶活性有所上升，其中脲酶和蛋白酶活性升高，相应影响了土壤中水解氮、碱解氮等的转化及其动态平衡，多酚氧化酶活性上升则减少了土壤中多酚氧化酶类物质的积累，从而不致引起土壤中毒，与此同时，过氧化氢酶活性增强，则加速了土壤中有毒物质的分解，磷酸酶活性增强，又可加速土壤中多糖类物质和磷酸化物等的分解和转化，且土壤各类酶活性的提高，这对于改良森林土壤性质是很有价值的，无疑将对土壤酶的催化产物无机态氮、无机磷等养分在根际中累积有积极作用，有助于土壤养分的循环[15,17]。但全N、全K、全Ca、全Mg及多数微量元素趋于下降，尤其是全Mn含量下降特别明显，因此对连栽马尾松林增施各种微量元素、氮肥、钾肥及钙镁肥对于提高林木生长、防治地力衰退是非常必要的。但马尾松连栽后为什么根际土壤各类酶活性有所提高、有些养分呈上升趋势而有些养分则呈下降趋势，则有待进一步研究。通过1、2代马尾松林根际土壤性质的比较研究，对揭示马尾松人工林土壤性质动态变化趋势、防治地力衰退及今后马尾松人工林的经营、林地养分管理等可提供较明确的科学依据。

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Research on Nutrients and Enzyme Activities of Rhizosphere and
Non-rhizosphere Soil under Successive Rotation Plantation of Pinus massoniana

HE Pei-yun1，CHEN Hong-hui2
（1. College of Life Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China; 2. The Experimental Centre of Tropical Forestry, CAF, Pingxiang 532600, China）

Analysis was made on nutrients and enzyme activities of rhizosphere and non-rhizosphere soil under successive rotation p lantation of different generationsPinus massonian. The results showed that total N, K, Ca and M g content in the rhizophere and non-rhizosphere soil under the second rotation was less than that under the first rotation, while organic matter, A lkali-hydr.N, available P, total P and available K content under the second rotation was greater than that under the first rotation. Organic matter, Alkali-hydr.N, available P content had evident different between the first and second generation. Total Al, Cu, Zn content in rhizosphere soil under second rotation was greater than that under first rotation, but total Fe, Mn content was lower, and the difference of the total Mn content between first and second generation was significant. The non-rhizosphere soil of the second generation had lower total Fe, Zn, Al and Mn content except total Cu content w ith great differences. The activities of urease, protease, phosphatase, catalase and polyphenol oxidase in rhizosphere and non-rhizosphere soil of the second generation were higher than that of the first generation, w ith significant differences.

Pinus massoniana; successive rotation; soil nutrient; enzyme activity; rhizosphere soil

S714.6

A

1001-3776（2011）01-0039-05

2010-08-21；

2010-11-25

贵州省科学技术基金“一、二代马尾松人工林稳定性及地力维护研究”（黔科合J字[2009]2084号）

何佩云（1975－），女（水族），副教授，博士生，从事植物生理生态方面的教学与研究。