定植年限对小叶锦鸡儿灌丛及根际土壤养分与酶活力的影响

董云中等

摘 要：为了探讨小叶锦鸡儿在晋西北黄土丘陵区缺乏养分管理的环境下的生长状况，选取不同定植年限小叶锦鸡儿人工灌丛为研究对象，进行定植年限对灌丛及根际土壤养分及酶活力状况的影响研究。结果表明，小叶锦鸡儿随着定植年限的增加，地上部干物质绝对生长速率的峰值出现在10～20年间，20～30年间生长速率开始逐渐减小，但仍处于增长阶段；30～40年间，地上部干物质绝对生长速率出现负值，说明30年之后出现了灌丛枝、叶干枯退化现象。灌丛定植年限对根际土壤酸碱性并无明显影响。各定植年限灌丛土壤有机质和全氮含量均有明显的根际富集作用，定植年限对富集作用的影响无明显规律，没有表现出随定植年限的增加而出现显著的养分消耗现象；小叶锦鸡儿短期生长对磷的富集效应不明显，而长期则表现为根际土壤有效磷含量较非根际土壤高，出现有效磷在根际富集的现象；速效钾含量随着生长年限的增加呈逐渐降低趋势，且根际土壤显著高于根外土壤，以30年生小叶锦鸡儿灌丛的根际效应最为显著。土壤酶活性的变化呈现一定的阶段性，土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性在5～10年均处于快速增长期、10～20年处于缓慢提高期，20～30年处于缓慢降低期。因此，为了黄土高原植被的可持续利用，小叶锦鸡儿30龄时需要及时刈割平茬。

关键词：小叶锦鸡儿；根际营养；土壤酶活力；定植年限

中图分类号：S153 文献标志码：A 论文编号：2013-0736

Abstract： In order to reveal the growth status of Caragana microphylla which were lack of nutrient management in the loess hilly region of northwest Shanxi， the effect of age sequence on the rhizosphere soil nutrient and enzyme activity of Caragana microphylla shrub was studied. The results showed that： the absolute growth rate of dry was maximum in the 10-20 a， began to decrease in 20-30 a， turn to negative growth in 30-40 a； age sequence had no significant effect on soil pH； the organic matter and total nitrogen content of soil had a significant enrichment to rhizosphere region in all shrubs， and age sequence didnt have obvious effect on it. There was not significant nutrient consumption phenomenon with increasing growth years； the enrichment of phosphorus to rhizosphere region was not obvious in short-term but obvious in longer-term； the available K content of soil went down by years， and rhizosphere effect was obvious， especial in 30 a. The soil enzyme activities of shrub showed a certain stage， rapid growth in 5-10 a， slowly increase in 10-20 a， gradually decreased in 20-30 a. So it was suggested 30 years microphylla should be mowed stubble timely to keep the sustainable use.

Key words： Caragana microphylla； Rhizosphere Soil Nutrient； Soil Enzyme Activity； Age Sequence

0 引言

小叶锦鸡儿（Caragana microphylla Lam.）是锦鸡儿属（Caragana Fabr.）植物的一个种，广泛种植于晋西北地区，属于黄土高原地区的主要旱生落叶灌木之一。小叶锦鸡儿根系发达，属于典型萌蘖植物，有很强的适应性和抗逆性，在营造水土保持林、防风固沙林、饲料林和能源林方面优势突出[1]。关于柠条（锦鸡儿属植物栽培种的统称）的研究报道较多，但大多集中为柠条的生物学特性、水分生态和生理生态以及空间异质性等方面，牛西午等[2-3]研究指出，柠条在年降水量 150 mm，有效积温1500℃的地区均能正常生长，是生命力极强的优良树种。王生芳等[4]指出，柠条根系具有很强的穿透力，根系在生长过程中有效改善了土壤物理条件，使0～60 cm土层灌丛土壤出现容重降低，气相率提高、固相率下降，土壤机械组成中粉沙和物理性粘粒比例提高、粗沙比例下降的现象。刘增文等[5]指出，柠条生长过程中枯枝落叶的分解以及根系的代谢能提高土壤有机质含量，增加土壤微生物的数量、多样性指数和土壤酶活性。苏永中等[6]在科尔沁沙地小叶锦鸡儿人工林上研究指出，随着定植年限的增加人工柠条林土壤物理结构得到明显改良，土壤有机质、全氮含量增加，并出现显著的灌丛富集效应。

多年来，在黄土高原地区退耕还林过程中，大面积小叶锦鸡儿人工林被种植，最久的已经有40年，累计种植面积达2?105 hm2[7]。但由于缺乏合理的经营与管理，部分灌丛出现了生长衰退、木质化严重、生产力下降等现象。因此，笔者通过对晋西北黄土丘陵区不同定植年限小叶锦鸡儿人工林的根际养分与酶活力状况的研究，探究定植年限对灌丛根际土壤养分及酶活力的影响，以期为晋西北小叶锦鸡儿灌丛合理利用提供科学依据。

1 材料与方法[8]

1.1 试验地概况

试验地设置于山西省五寨县，地处黄土高原东部边缘，属于农牧交错地带。该区黄土发育深厚，年均气温4.1～5.5℃，四季分明，春季干旱多风，夏秋炎热多雨，冬季寒冷干燥，年降雨量约400 mm，蒸发量约1913 mm，常年伴有大风天气。土壤类型以黄绵土和栗褐土为主。采样地点为五寨县包家湾村（110°47.207'E—111°46.339'E，38°57.933'N—38°58.492'N），该地以坡地为主，地势较陡，土壤肥力低，主要种植马铃薯、玉米、谷子、大豆等农作物，人工林主要为杨树林和小叶锦鸡儿灌丛。

1.2 取样及调查

通过一系列方法（农户调查、现场指认和生物学鉴定）进行小叶锦鸡儿灌丛定植年限的确定。2006年10月下旬，在地形基本一致、植被分布比较均匀的区域，采用典型取样法在5年生、10年生、20年生、30年生、40年生的小叶锦鸡儿人工灌丛林内分别选择6个样方，每个样方取相邻5丛，齐地面刈割。采用“抖落法”[9]采集根际土壤，根据灌丛根系大致分布范围，按照每20 cm为1层逐层挖掘，直至无根系出现。选取最能代表根系活力的粗、中、细3部分，附在根系周围的土壤为根外土（用S表示），用刷子刷下粘附在根上的土壤为根际土（用R表示）。所取植物样与土样带回山西省农科院土壤环境与养分资源重点实验室进行分析与测定。

1.3 分析测定

2 结果与分析

2.1 不同定植年限对小叶锦鸡儿灌丛生物量的影响

表1为不同定植年限小叶锦鸡儿的一些主要生物量指标，主枝指的是中心枝条，侧枝指的是主枝周围蘖生的枝条。随着小叶锦鸡儿定植年限的增加，灌丛的主枝、侧枝及地上部生物量在5～30年间逐年增大。30年灌丛株高是5年的2.31倍，冠幅大小是5年的3.71倍，主枝干重是5年的8.30倍，侧枝干重是5年的3.85倍，叶干重是5年的22.35倍；而40年灌丛较30年主枝和侧枝干重都有所降低，主枝干重下降了23.45%，侧枝干重下降了9.03%。

随着灌丛定植年限的变化，小叶锦鸡儿地上部生物量的绝对生长速率也呈现先增大后减小的趋势，地上部干物质绝对生长速率的峰值出现在10～20年间，达94.34 g/（丛·a），说明定植10～20年时，灌丛生长旺盛。在灌丛定植20～30年间，地上部干物质绝对生长速率开始逐渐减小，在灌丛定植30～40年间，地上部干物质绝对生长速率出现负值，说明30年之后出现了灌丛枝、叶干枯退化现象。

2.2 不同定植年限对小叶锦鸡儿灌丛根际土壤理化性质的影响

土壤肥力（水、肥、气、热）与植物生长的关系密切，随着小叶锦鸡儿灌丛定植年限的延长，灌丛根际土壤的各项理化学性质也存有明显差异。

0～30年，各生长年限对灌丛土壤pH值的影响不同，随着灌丛年龄增加土壤pH并没有表现出一定的规律性，这可能与不同年龄小叶锦鸡儿自身生理活动强弱不同有关。由表2可知，各年龄阶段小叶锦鸡儿根际土的pH均显著低于根外土， 5年、10年、20年、30年根际土壤pH比根外土分别减小1.19%、1.30%、2.93%、2.12%。说明在小叶锦鸡儿灌丛根际存在较为明显的酸化效应，这种效应有利于根际土壤养分的活化，但各年龄间灌丛根际土壤pH值差异并不显著。

0～30年，各生长年限小叶锦鸡儿灌丛根际土壤的有机质含量随着定植年限的增加而逐年增大，各年龄小叶锦鸡儿根际土壤的有机质含量均有明显的富集作用，5年、10年、20年、30年根际土壤有机质的富集率分别达到1.05、1.04、1.04、1.005；且10年灌丛根际土壤与非根际土壤有机质差异达到显著水平。

0～30年，各生长年限，小叶锦鸡儿灌丛根际土壤的全氮含量在5～20年间逐渐增大，20年时最高，30年稍有下降。20年土壤根际全氮含量显著高于5年和10年。各年龄小叶锦鸡儿灌丛根际土壤全氮含量均表现出明显的富集作用，除20年外，其他各年龄根际与根外的差异并不显著。5年、10年、20年、30年根际土壤全氮的富集率分别为1.03、1.03、1.07、1.01，20年灌丛根际富集程度最高。

0～30年，各生长年限，小叶锦鸡儿灌丛土壤有效磷含量各异，生长年限对灌丛根际有效磷含量的影响并无明显规律。5年小叶锦鸡儿灌丛根际土的有效磷含量出现了亏缺，根际有效磷含量较根外低0.09 mg/kg，这可能与磷的移动能力很低，磷在土壤中主要靠扩散作用向根表的迁移，植物根系对磷的吸收会使根周围出现磷的亏缺区有关。在10年、20年、30年的小叶锦鸡儿灌丛中，根际土的有效磷含量有明显的富集作用，富集率分别为1.28、1.26、1.37。说明小叶锦鸡儿短期生长对磷的富集效应不明显，而长期则表现为明显的富集现象，这也和马斌等[13]的研究结果相一致。

0～30年，各生长年限，灌丛根际土壤的速效钾含量随着生长年限的增加呈逐渐降低趋势，且根际富集效应明显，以30年最为显著。5年、10年、20年、30年根际土壤速效钾的富集率分别为1.10、1.13、1.10、1.16，这种速效钾在灌丛根际的富集与张学利等[14]的研究结果相一致。

2.3 不同定植年限对灌丛根际土壤酶活力的影响

土壤酶是土壤的组成成分之一，其活性一部分来源于土壤微生物，另一部分来源于植物根系分泌物以及动植物残体腐解。土壤酶参与了土壤中的一切生物化学反应的进行，是土壤生物活性中较为稳定和灵敏的一个指标[15-16]。

在黄土高原上种植小叶锦鸡儿后，随着植被发育时间的增加，土壤酶活性逐渐提高。土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性均表现为20年>10年>5年，这与小叶锦鸡儿从种植到20年，随着灌丛年龄增长，地面的枯枝落叶物逐渐增多，微生物种类和数量也随之出现大幅增加有关。而到30年时由于灌丛枝、叶干枯退化现象的出现，以及土壤全氮、有效磷和速效钾等养分的降低，导致30年的土壤酶活性较20年有所下降。

在晋西北黄土高原上种植小叶锦鸡儿后，灌丛根际土壤酶活性的变化表现出一定的阶段性，在5～30年变化过程中可划分为3个明显的阶段，即5～10年为酶活性快速增长期，过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性的增长速率分别达40%和20%；10～20年为缓慢提高期，过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性的增长速率分别为21%和14%；20～30年为缓慢降低期，过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性的增长速率分别为-15%和-11%。在植被构建5年时间后，随着土壤植被覆盖度的逐年增大，群落多样性开始变大，土壤有机质的累积增多，随之土壤微生物的数量和多样性均大幅度增加，土壤酶活性也快速增加（见表3）；10～20年间，随着小叶锦鸡儿灌丛定植年限的继续延长，物种多样性提高，群落结构逐趋稳定，土壤微生物多样性、酶活性也表现为缓慢增长的趋势，这也与滕晓慧等[17]的研究结果相一致。

3 结论与讨论

小叶锦鸡儿是中国黄土高原地区分布广泛的豆科灌木植物，保持水土和耐养分贫瘠能力强，同时又是优质的饲料植物资源，生态经济价值高[18]。但由于受地理位置和自然条件（水分、养分）等的限制，小叶锦鸡儿生长状况与定植年限存在一定的关联性。本研究表明，小叶锦鸡儿随着定植年限的增加，地上部干物质绝对生长速率的峰值出现在10～20年间；20～30年间生长速率开始逐渐减小，但仍处于增长阶段；在灌丛定植30～40年间，地上部干物质绝对生长速率出现负值，说明30年之后出现了灌丛枝、叶干枯退化现象。

小叶锦鸡儿长期生活在土壤养分贫瘠，缺乏养分管理的环境下，对土壤养分必然产生一定影响，但具体如何影响，国内一些主要研究者之间也存在一定的争议。刘增文等[5]研究指出，黄土丘陵区柠条林地定植年限对土壤养分状况的影响不大。王生芳等[4]则指出，在黄土丘陵沟壑区，4龄以下的柠条林盖度低、地表大量裸露、水分蒸发强烈，会对土壤养分产生明显的消耗。本研究表明，0～30年，小叶锦鸡儿灌丛土壤有机质和全氮含量并没有表现出随定植年限的增加而出现显著消耗现象；在灌丛根际有机质和全氮含量呈现一定程度的富集，但并不显著；生长年限对灌丛根际有效磷含量的影响并无明显规律，0～5年小叶锦鸡儿灌丛根际土的有效磷含量出现了亏缺，10～30年根际土的有效磷含量有明显的富集作用；速效钾含量会随着生长年限的增加出现消耗，且根际富集效应明显。

土壤酶是存在于土壤中各酶类的总称，是土壤的组成成分之一。土壤酶活性包括已积累于土壤中的酶活性，也包括正在增殖的微生物向土壤释放的酶活性。它主要来源于土壤中动物、植物根系和微生物的细胞分泌物以及残体的分解物，与土壤中发生的生物化学过程关系密切[19]。本研究表明：随着灌丛定植年限的延长，在5～30年变化过程中，土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性在5～10年均处于快速增长期、10～20年处于缓慢提高期，20～30年处于缓慢降低期。

平茬是利用小叶锦鸡儿萌蘖能力强的特性，利用人力定期将地面上部枝条剪去，以促进新的枝条萌生 [20-21]。因此，综合考虑黄土高原植被的可持续性，建议小叶锦鸡儿灌丛林应在30年时及时平茬利用。

参考文献

[1] 王孟本，李洪建，柴宝峰.柠条的水分生理生态学特性[J].植物生态学报，1996，20（6）：494-501.

[2] 牛西午，张强，杨治平，等.柠条人工林对晋西北土壤理化性质变化的影响研究[J].西北植物学报，2003，23（4）：628-632.

[3] 牛西午.柠条生物学特性研究[J].华北农学报，1998，13（4）：122-129.

[4] 王生芳，何世玉.柠条人工林地土壤肥力的评价[J].青海农林科技，1998（3）：29-31.

[5] 刘增文，李雅素.黄土高原柠条林地土壤肥力与养分循环[J].生态学报，1997，16（6）：27-29.

[6] 苏永中，赵哈林，张铜会.几种灌木、半灌木对沙地土壤肥力影响机制的研究[J].应用生态学报，2002，13（7）：802-806.

[7] 马子清.山西植被[M].北京：中国科学技术出版社，2000：85-86.

[8] 张强.晋西北小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）人工灌丛营养特征与土壤肥力状况研究[D].山西：山西大学，2011：17-24.

[9] 阮建云，马立锋，石元值.茶树根际土壤性质及氮肥的影响[J].茶叶科学，2003，23（2）：167-170.

[10] 李庆逵.土壤理化分析[M].北京：科学出版社，1985：116-145.

[11] 严永生.土壤肥力研究方法[M].北京：农业出版社，1998：105-112.

[12] 李博.生态学[M].北京：高等教育出版社，2000：64-70.

[13] 马斌，周志宇，张彩萍，等.超旱生灌木根际土壤磷的含量特征[J].草业学报，2005，16（3）：106-110.

[14] 张学利，杨树军，刘亚萍，等.章古台固沙林主要树种根际土壤性质研究[J].中国沙漠，2004（01）：72-76.

[15] 孟亚利，王立国，周治国，等.套作棉根际与非根际土壤酶活性和养分的变化[J].应用生态学报，2005，16（11）：2076-2080.

[16] 张成娥，陈小利.林地砍伐开垦对土壤酶活性及养分的影响[J].生态学杂志，1998，17（6）：18-21.

[17] 滕晓慧，曹成有，富瑶.不同年龄小叶锦鸡儿固沙群落土壤酶活性及微生物生物量的变化[J].生态环境，2007，16（3）：1030-1034.

[18] 周道玮.锦鸡儿属植物分布研究[J].植物研究，1996，16（4）：428-435.

[19] 刘建新.不同农田土壤酶活性与土壤养分相关关系研究[J].土壤通报，2004，35（4）：523-525.

[20] 李生荣.柠条平茬更新的生物量调查及综合利用[J].青海科技，2007（5）：12-13.

[21] 郑士光，贾黎明，庞琪伟，等.平茬对柠条林地根系数量和分布的影响[J].北京林业大学学报，2010，32（3）：64-69.