小兴安岭红松林土壤酶活性与土壤理化性质的时空变化

崔嵘　邹莉　于洋　郭静　任清政　王世新

(东北林业大学，哈尔滨，150040)



小兴安岭红松林土壤酶活性与土壤理化性质的时空变化

崔嵘邹莉于洋郭静任清政王世新

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

摘要采用土壤学常规实验研究了小兴安岭原始红松林和人工红松林土壤酶活性和土壤理化性质的时空变化及两者之间的相关性。结果表明：土壤酶活性及土壤理化性质各项指标整体上表现为9月份最高，表层土壤(0

关键词原始红松林；人工红松林；土壤酶活性；土壤理化性质；小兴安岭

小兴安岭原始红松林是我国温带地区针阔混交林带内最典型而重要的森林生态系统之一，在我国只分布于长白山到小兴安岭一带。小兴安岭得天独厚的自然生态环境使该地区形成了稳定的原始红松林陆地生态系统。长期以来，有关土壤酶活性及其与土壤理化性质的关系一直是土壤学相关领域的研究重点之一[1-6]。张成娥对森林砍伐开垦后土壤酶和理化性质的研究发现，开垦或砍伐后土壤酶活性和土壤有机质分布与之前没有变化[7]。赵林森、许景伟等人研究了杨槐混交林、黑松林土壤酶与土壤理化性质的关系，得出了不同林分下土壤酶活与土壤理化性质具有显著差异的结论[8-10]。但对小兴安岭红松林此前多数研究仅局限于土壤理化性质的某些方面[11]，或大都集中于单一酶类酶促反应特征与土壤理化性质关系的比较。虽有少数研究将多种酶类作为整体，却未分析其土壤理化性质[12-13]，或仅局限农药相关影响的问题[14-15]，并未探究土壤多种酶的活性与土壤理化性质随时间和土层深度不同的变化情况及二者的相关性。

因此，开展原始红松林和人工红松林土壤酶活性、土壤理化性质之间的相关性研究，可以正确评价红松林土壤生态系统的肥力和健康状况，为原始红松林的保护和人工红松林的合理营建和利用提供基础数据。

1研究区概况

试验地位于黑龙江省伊春市带岭区凉水国家级自然保护区内，地处40°10′50″N，128°53′20″E。保护区距带岭区25km，距哈尔滨321km。气候类型属于典型的温带大陆性季风气候，年均最高气温7.5 ℃，年均最低气温-6.6 ℃。年均降水量676mm，相对湿度78%，无霜期100～120d，积雪期130～150d。冻土深度2m左右。植被类型是以温带针阔混交林为代表，土壤类型多以暗棕色森林土为主，约占全区土壤总面积的85%[16]。在河流两岸的阶地上有草甸土的分布，而在河流两岸的低洼地和山间谷地等排水不良地段则有沼泽土和泥炭土的分布。

2研究方法

2.1样地选设

本试验选取2块样地，一块为原始红松林样地，另一块为人工红松林样地作为对照。原始红松林样地位于414林班，作业面积54.9hm2，作业区位于山的中腹，坡度14°，土壤为暗棕壤。人工红松林样地试验区位于427林班，作业面积19.33hm2，作业区位于山的下腹，坡度10°，土壤为暗棕壤。

在植被群落具有代表性的地段，各设置1块规格为10m×10m的样地，并进行土壤采集。

2.2土壤采集

采用“Z”字型5点取样法，分别在3、5、7、9月份进行土样采集。采集时，取土深度为0

2.3土壤酶活性测定

采用常规方法进行土壤酶活性测定，其中土壤酸性磷酸酶、葡萄糖苷酶活性测定使用新鲜土样，土壤脲酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶活性则使用风干土样。酶的活性测定方法如下：脲酶活性采用靛酚蓝比色法，葡萄糖苷酶活性采用对硝基酚比色法，酸性磷酸酶活性采用对硝基苯磷酸氢二钠盐基质比色法，多酚氧化酶活性采用邻苯三酚比色法，过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法[17-19]。

2.4土壤理化性质测定

采用土壤学常规实验技术进行土壤养分测定[18]，首先需要测定各个风干土样的含水率，然后测量土壤的相关理化性质。其中有机质质量分数测定用重铬酸钾容量法—外加热法，pH值测定用m(水)∶m(土)=1.0∶2.5水土比电位法，水解性氮测定用碱解扩散法，有效磷测定采用氟化铵—盐酸法测定，速效钾测定用醋酸铵浸提—火焰光度计法。

2.5数据处理

用MicrosoftExcel2003软件对实验数据进行平均值、标准差等基本统计处理，并制图；用Duncan检测法对两个林型不同土层、不同采样时间下土壤理化性质、土壤酶活性等指标进行差异显著性检验；用Person相关性分析对土壤理化性质与土壤酶活性的关系进行研究。

3结果与分析

3.1不同林型土壤酶活性的时空动态

3.1.1土壤脲酶

土壤脲酶活性以单位时间内产生的NH4+—N量与干土质量的比值来表示。从表1可以看出，原始红松林土壤脲酶活性随着土层的加深逐渐降低，0

表1原始红松林和人工红松林土壤脲酶活性的时空变化规律

月份土层深度(h)/cm土壤脲酶活性/μg·g-1·h-1原始红松林人工红松林30

注：表中数值为平均值±标准差；第一个字母为相同林型、土壤深度，不同月份差异性比较，同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；第二个字母为相同林型、月份，不同土壤深度的差异性比较，同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；第三个字母为相同月份、土壤深度，不同林型的差异性比较,同行不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)。

3.1.2土壤葡萄糖苷酶

土壤葡萄糖苷酶活性以单位时间内产生的对-硝基酚量与干土质量的比值来表示。从表2可以看出，原始红松林土壤葡萄糖苷酶活性随着土层的加深而降低，0

表2原始红松林和人工红松林土壤葡萄糖苷酶活性的时空变化规律

月份土层深度(h)/cm土壤葡萄糖苷酶活性/μg·g-1·h-1原始红松林人工红松林30

注：表中数值为平均值±标准差；第一个字母为相同林型、土壤深度，不同月份差异性比较，同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；第二个字母为相同林型、月份，不同土壤深度的差异性比较，同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；第三个字母为相同月份、土壤深度，不同林型的差异性比较,同行不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)。

3.1.3土壤酸性磷酸酶

土壤酸性磷酸酶活性以单位时间内产生的对-硝基酚量与干土质量的比值来表示。从表3可以看出，原始红松林和人工红松林土壤酸性磷酸酶活性均随着土层的加深而降低，0

3.1.4土壤多酚氧化酶

土壤多酚氧化酶活性以单位时间内产生的红紫倍精的量与干土质量的比值来表示。从表4可以看出，原始红松林和人工红松林土壤多酚氧化酶活性均随着土层的加深而降低，但0

表3原始红松林和人工红松林土壤酸性磷酸酶活性的时空变化规律

月份土层深度(h)/cm土壤酸性磷酸酶活性/μg·g-1·h-1原始红松林人工红松林30

注：表中数值为平均值±标准差；第一个字母为相同林型、土壤深度，不同月份差异性比较，同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；第二个字母为相同林型、月份，不同土壤深度的差异性比较，同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；第三个字母为相同月份、土壤深度，不同林型的差异性比较,同行不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)。

表4原始红松林和人工红松林土壤多酚氧化酶活性的时空变化规律

月份土层深度(h)/cm土壤多酚氧化酶活性/mg·g-1·h-1原始红松林人工红松林30

注：表中数值为平均值±标准差；第一个字母为相同林型、土壤深度，不同月份差异性比较，同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；第二个字母为相同林型、月份，不同土壤深度的差异性比较，同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；第三个字母为相同月份、土壤深度，不同林型的差异性比较,同行不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)。

3.1.5土壤过氧化氢酶

土壤过氧化氢酶活性以单位时间内滴定的KMnO4质量与干土质量的比值来表示。从表5可以看出，原始红松林和人工红松林土壤过氧化氢酶活性均随着土层的加深而降低；原始红松林7月份和9月份的0

表5原始红松林和人工红松林土壤过氧化氢酶活性的时空变化规律

月份土层深度(h)/cm土壤过氧化氢酶活性/mg·g-1·h-1原始红松林人工红松林30

注：表中数值为平均值±标准差；第一个字母为相同林型、土壤深度，不同月份差异性比较，同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；第二个字母为相同林型、月份，不同土壤深度的差异性比较，同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；第三个字母为相同月份、土壤深度，不同林型的差异性比较,同行不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)。

3.2红松林土壤理化性质指标的时空动态

两种林型土壤含水率具有明显的时空分布特征。这两种林型均表现为0

从表7可以看出，各月份0

表6　原始红松林和人工红松林土壤含水率的时空变化规律

注：表中数值为平均值±标准差；第一个字母为相同林型、土壤深度，不同月份差异性比较，同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；第二个字母为相同林型、月份，不同土壤深度的差异性比较，同列不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；第三个字母为相同月份、土壤深度，不同林型的差异性比较,同行不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)。

表7　原始红松林不同土层和月份主要土壤化学性质的比较

注：第一个字母为相同土壤深度不同月份差异性比较；第二个字母为相同月份不同土壤深度的差异性比较；同例不同字母表示差异达显著水平；除pH值外，表中数值为平均值±标准差。

从表8可以看出，各月份0

表8　人工红松林不同土层和月份主要土壤化学性质的比较

注：第一个大写字母为相同土壤深度不同月份差异性比较；第二个小写字母为相同月份不同土壤深度的差异性比较；同例不同字母表示差异达显著水平；除pH值外，表中数值为平均值±标准差。

3.3土壤酶活性与土壤理化性质的关系

从表9中可以看出，原始红松林5种土壤酶活性与土壤理化性质之间存在着密切的相关关系。含水率与过氧化氢酶活性呈显著正相关，与酸性磷酸酶活性呈显著负相关。pH值与葡萄糖苷酶、过氧化氢酶活性呈显著正相关，与酸性磷酸酶活性呈显著负相关。有机质质量分数与葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性呈显著正相关，与多酚氧化酶、过氧化氢酶活性呈显著负相关。水解氮质量分数与葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性呈显著正相关。速效钾质量分数与葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性呈显著正相关，与脲酶活性呈显著负相关。有效磷质量分数与酸性磷酸酶活性呈显著正相关。

表9　原始红松林土壤理化性质与土壤酶活性的相关性

注：相关系数>0.5或<-0.5表示相关性显著。

从表10可以看出，人工红松林土壤酶活性与理化性质之间具有密切的相关关系。含水率与过氧化氢酶活性呈显著正相关，与酸性磷酸酶活性呈极显著负相关。pH值与脲酶、过氧化氢酶活性呈显著正相关，与葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性呈显著负相关。有机质质量分数与脲酶、葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性呈显著正相关，与多酚氧化酶活性呈显著负相关。水解氮质量分数与葡萄糖苷酶活性呈显著正相关，与酸性磷酸酶活性呈显著负相关。速效钾质量分数与过氧化氢酶活性呈显著正相关。有效磷质量分数与酸性磷酸酶活性呈显著的正相关，与脲酶活性呈显著负相关。

表10　人工红松林土壤理化性质与土壤酶活性的相关性

注：相关系数>0.5或<-0.5表示相关性显著。

4结论

原始红松林和人工红松林中，土壤脲酶、土壤葡萄糖苷酶、土壤酸性磷酸酶、土壤多酚氧化酶、土壤过氧化氢酶活性呈现出明显的时间和空间变化规律。5种土壤酶活性的时空分布规律在原始红松林和人工红松林2种不同林型之间存在差异：原始红松林下0

原始红松林和人工红松林中，各项理化性质同样呈现明显的时间和空间变化规律。在相同土层与月份情况下，原始红松林的有机质、水解氮、速效钾质量分数多数大于人工红松林，人工红松林有效磷质量分数多数大于原始红松林，原始红松林pH值多数大于人工红松林。在相同林型与月份情况下，0

参考文献

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第一作者简介：崔嵘，男，1993年2月生，东北林业大学林学院，硕士研究生。E-mail：1226845375@qq.com。 通信作者：邹莉，东北林业大学林学院，教授。E-mail：zouli6616@yahoo.com。

收稿日期：2015年7月13日。

分类号S714.5

VariationsofSoilEnzymeActivitiesandSoilPhysicalandChemicalPropertiesinKoreanPineForestofXiaoxing’anMountains//

CuiRong,ZouLi,YuYang,GuoJing,RenQingzheng,WangShixin

(NortheastForestryUniversity,Harbin150040,P.R.China)//JournalofNortheastForestryUniversity，2016,44(8)：49-54.

Weusedaconventionalsoilscienceexperimentalmethodstostudythetemporalandspatialvariationofthesoilenzymeactivity,thesoilphysicalandchemicalproperties,andthecorrelationbetweenoriginalandartificialKoreanpineforests.ThesoilenzymeactivitiesandthesoilphysicalandchemicalpropertiesoftheindicatorsarethehighestoverallperformanceinSeptember,thesurface(0

KeywordsOriginal Korean pine forest； Artificial Korean pine forest； Soil enzyme activity； Soil physical and chemical properties； Xiaoxing’an Mountains

责任编辑：戴芳天。