云南松产脂量与土壤养分及酶活性的关系1)

熊晖 杨文云 黎思国 高成杰 刘方炎 李昆

(中国林业科学研究院资源昆虫研究所，昆明，650224) (云南省双柏县梅子箐林场) (中国林业科学研究院资源昆虫研究所)



云南松产脂量与土壤养分及酶活性的关系1)

熊晖 杨文云 黎思国 高成杰 刘方炎 李昆

(中国林业科学研究院资源昆虫研究所，昆明，650224) (云南省双柏县梅子箐林场) (中国林业科学研究院资源昆虫研究所)

为了选育和定向培育云南松高产脂优树，比较高产脂量和低产脂量云南松土壤养分及酶活性的差异，并且分析其产脂量与土壤养分及酶活性的相关性。结果表明：高产脂量云南松土壤养分中速效氮、速效磷、铁、锰、锌、铜的质量分数以及蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶的活性显著高于低产脂量云南松。随着土壤养分中速效氮、速效磷、铁、锰、锌、铜的质量分数以及蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶活性的增加，云南松的产脂量也不断增加(P<0.01)。因此，土壤养分和酶活性可作为培育高产脂云南松的措施。

云南松；松脂；土壤养分；酶活性

For the chemical characteristics of the soil in high yielding oleoresinPinusyunnanensis, we studied the relationships between oleoresin yield ofP.yunnanensisand soil nutrient and enzyme activity to provide the basis for breeding and directional cultivation high yielding oleoresinP.yunnanensis, compared the differences in soil nutrient and enzyme activity in high and low oleoresin yield, and analyzed their relationships with oleoresin yield ofP.yunnanensis. The contents of soil available nutrient (N, P, Fe, Mn, Zn and Cu) and the activity of protease, catalase, and urease in the forest of high oleoresin yield were significantly higher than those with low yield. The oleoresin yield was increased with the content of available nutrients and soil activities of protease, catalase, and urease increasing (P<0.01). Therefore, the soil nutrient and enzymatic activity could be proposed as indicators for breeding high yielding oleoresinP.yunnanensis.

松脂是松属(Pinus)树种主要的次生代谢产物，在抵御外界各种病虫害等危害时分泌的一种重要的化学防御物质[1]。它主要由单萜、倍半萜、二萜组成的复杂的无色透明的油状黏稠液体[2-4]，在树脂道中由分泌细胞分泌而成，储藏在松树针叶以及枝和茎的木质部与韧皮部的树脂道系统内[5-6]。当松树受到机械损伤、昆虫取食及其携带的伴生菌入侵后，存储在树脂道中的树脂迅速流出，同时诱导产生创伤性树脂道分泌大量树脂，用来杀死昆虫或伴生菌、封闭伤口、防治害虫聚集攻击等防御目的[1，7-8]。此外，松脂在国民经济中是一种重要的、用途广泛的林产化工原料，可用来生产松香和松节油等非木质林产品。作为一种环保的可再生资源，松脂具有很高的生态和经济价值，在可持续发展和保护环境中，处于有利地位，有良好的发展前景[9-10]。

云南松(PinusyunnanensisFranch)是松科松属的常绿乔木，成林分布在海拔1 000～3 200 m的地区，以我国西南地区的云南高原为中心向四周分布，是云南主要的优良采脂树种[11]。松脂具有较高的经济价值，而云南松个体之间产脂量的差异较大，直接影响了人们对云南松采脂利用的经济价值。目前，已有研究表明施肥对产脂量有一定的影响，但未见产脂量与土壤酶活性关系的研究，而对云南松产脂量与土壤养分及酶活性关系的研究也未见报道。本研究通过比较高产脂量和低产脂量云南松土壤养分及酶活性的差异，分析云南松产脂量与土壤养分及酶活性的关系，旨在了解和探索高产脂云南松土壤化学性质的特征，以及影响云南松产脂量的土壤因子，为选育云南松高产脂优树和建立高产脂云南松林定向培育技术体系提供基础数据。

1 研究区域概况

研究区域位于滇中高原楚雄彝族自治州，地理坐标为24°18′～24°58′N，101°33′～101°38′。海拔1 700～2 100 m，属亚热带季风气候。山高谷深，气候垂直变化明显，气温14.8～16.2 ℃，干湿分明、雨热同季，日照充足，霜期较短，降水量800～1 000 mm，主要集中在7—10月。土壤为发育在砂岩和沙页岩上的山地红壤，偏酸性。地貌属中山类型。研究区域的主要植被为云南松纯林，其中混杂了少量的木荷(Schimasuperba)、滇青冈(Cyclobalanopsisglaucoides)、旱冬瓜(Alnusnepalensis)、麻栎(Quercusacutissima)、锐齿槲栎(Q.alienavar.acuteserrata)、高山栲(Castanopsisdelavayi)等。

2 研究方法

2.1 林分调查与采脂

根据当地林场和脂农的介绍以及实地踏查的结果，在双柏县太河江林场和双柏县妥甸镇九石村委会，选择了具有代表性、远离人畜干扰、交通相对方便的标准地3个，每个标准地面积30 m×30 m。在每个标准地中，采用“S”型布点法，选取已采脂2 a及以上，胸径大于20 cm，无明显病虫害云南松样树10棵，共30棵，依次用铁皮标牌标记。同时，用常规“V”型下降式的方法，对所选的30棵云南松进行采脂。在云南松向阳面，枝繁叶茂，节疤较少，距离地面2.2 m的地方选择采割面。用去皮刀去除云南松粗皮，待刮至淡红色较致密、无裂隙的树皮层时停止，然后割中沟和侧沟，中沟垂直于地面，割面长20 cm，割面负荷率不超过50%，侧沟夹角60°～80°，采割到木质部不超过0.5 cm[12-13]。从2015年3月1日开始采割，到2015年10月底结束，固定脂农，定树采割，严格按要求执行，保证技术质量，2 d割一刀，15 d收脂一次，逐株称质量，分别统计每棵云南松8个月的采脂总量，并将其作为云南松在采脂季节的单株年产脂量。

2.2 确定高、低产脂量云南松

统计所选30棵云南松的年产脂量，以云南松年产量为横坐标，株数为纵坐标，作出云南松产脂量分布的直方图(见图1)。从图中看出云南松产脂量近似呈现正态分布，云南松年产脂量在4～8 kg的株数占大部分，最高年产脂量11.7 kg，最低年产脂量0.8 kg，平均年产脂量5.96 kg。在SPSS中，用单样本k-s检验，验证后得出云南松产脂量分布服从N(5.96,2.707)的正态分布，那么产脂量在一个标准差内的概率为68.3%(即当产脂量大于3.253 kg且小于8.667 kg时，概率为68.3%)，而当产脂量大于8.667 kg或小于3.253 kg的概率仅有15.85%，以此为标准，当产脂量大于8.667 kg为高产脂量云南松，产脂量小于3.253 kg为低产脂量云南松。

2.3 土壤样品的采集

在每棵样树的不同方向选取3个取样点，每个取样点应尽量避免其他植物的干扰。取样时，先用铁铲去除所选样点表面的枯枝落叶层，然后用锄头和铁镐从树干基部开始，沿着树根生长方向逐段逐层地挖去上层覆土，找到须根部分，用剪刀剪下须根，小心将带土的须根取出，并用小刀将距离须根2 mm以上的土壤剥离，同时，将须根上剩余的土壤抖落到自封袋中，若还有土壤粘附在须根上，则用毛笔刷将其刷下放入自封袋[14]。每棵样树3个点所取土壤作为一个混合样，共30个样本，带回实验室处理。

图1 云南松产脂量分布

2.4 土壤化学成分分析

分析方法参照鲍士旦、中国科学院南京土壤所、吴金水、关松萌等[15-18]所阐述的方法，测定土壤中速效氮、速效磷、速效钾、金属元素(铁、锰、锌、钙、钠、镁、铜)和土壤酶活性。

土壤化学性质测定：速效氮采用碱解-扩散法；速效磷采用0.03 mol/L氟化氨-0.025 mol/L盐酸浸提法；速效钾采用1 mol/L乙酸铵浸提-火焰光度法；金属元素(铁、锰、锌、钙、钠、镁、铜)用DTPA浸提-原子吸收分光光度法或电感耦合等离子体发射光谱加以定量测定。

土壤酶活性的测定：蔗糖酶采用3,5-二硝基水杨酸比色法；过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法；脲酶采用奈氏试剂比色法；蛋白酶采用茚三酮比色法。

2.5 数据处理与分析方法

根据云南松产脂量高低的标准，选出30株云南松中高产和低产云南松各4棵，采用SPSS17.0软件，选择单因素方差分析的方法，比较高产脂量云南松和低产脂量云南松土壤养分及酶活性的差异。同时，运用Pearson相关系数评价30株云南松产脂量与土壤养分及酶活性的相关关系，采用Origin9.0制图。

3 结果与分析

3.1 高产脂量和低产脂量云南松的土壤养分

土壤养分是林木生长发育必须的物质基础，是衡量土壤质量的重要指标，土壤养分的多少直接影响和制约着植物的生长状况。

由表1可知，高产脂云南松土壤中速效氮的质量分数是低产脂云南松的3倍，高产脂云南松土壤中铜的质量分数是低产脂云南松的2倍。此外，高产脂量和低产脂量云南松土壤中速效磷、铁、锰、锌的质量分数均表现出差异显著(P<0.05)，而速效钾、钠、钙、镁的质量分数则没有表现出显著性(P>0.05)。说明高产脂云南松土壤中速效氮、速效磷的质量分数显著高于低产脂云南松，由于松脂被认为是以糖为底物合成的[19]，因此，高产脂量和低产脂云南松林土壤速效氮和速效磷的差异可能与糖的合成分解有关。而高产脂云南松土壤微量元素(铁、锰、锌、铜)的质量分数显著高于低产脂云南松，有研究表明松树树脂道的数目与产脂量密切相关[1，20]，因此，产脂量和低产脂云南松林地土壤微量元素的差异可能与树脂道的形成有关。通过比较高产脂量和低产脂量云南松林地土壤养分，发现高产脂云南松土壤养分大多数指标都比低产脂云南松的高，可见，低产脂云南松土壤状况急需进行土壤改良，进而提高林分生产力。

表1 高、低产脂量云南松林土壤养分特征 mg·kg-1

注：表中数值为“平均值±标准差”；同列不同小写字母表示差异极显著(P<0.01)，同列不同大写字母表示差异显著(P<0.05)。

3.2 高产脂量和低产脂量云南松的土壤酶活性

土壤酶是由植物根系及其残体，土壤动物及其遗骸和微生物所分泌的，能够催化土壤中复杂的有机物，转化为简单的无机化合物，供植物生长利用。土壤酶活性与土壤养分的关系十分密切，影响土壤养分的质量分数。

由表2可知，高产脂云南松土壤中蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶的活性分别是低产脂云南松的2.5、1.4、3.2倍(P<0.05)，其中蛋白酶和脲酶表现差异极显著(P<0.01)，而蔗糖酶没有表现出差异显著(P>0.05)。说明高产脂云南松土壤养分中蛋白酶、脲酶的活性极显著高于低产脂云南松，过氧化氢酶显著高于低产脂云南松。

表2 高、低产脂量云南松土壤酶活性的比较

注:表中数值为“平均值±标准差”；同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

3.3 云南松产脂量与土壤养分及酶活性之间的相关性

由图2可知，云南松产脂量与土壤养分中速效氮、速效磷、铁、锰、锌、铜的质量分数均达到了极显著正相关，说明云南松产脂量越高，土壤养分中速效氮、速效磷、铁、锰、锌、铜的质量分数就越高。此外，土壤养分中蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶的活性与云南松产脂量达到了极显著的正相关，说明云南松产脂量与土壤中蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶活性的强弱成正比。

3.4 云南松土壤养分与酶活性之间的相关性分析

由表3，蛋白酶的活性与土壤中速效氮、速效磷、微量元素(铁、锰、锌、铜)均达到了极显著正相关，显示出蛋白酶活性高，土壤中速效氮、速效磷、微量元素(铁、锰、锌、铜)的质量分数就高，反之亦然。过氧化氢酶的活性与土壤中速效氮、铁、锰、锌、铜、钠的质量分数达到了极显著正相关，说明过氧化氢酶活性的强弱与土壤中速效氮、铁、锰、锌、铜、钠的质量分数成正比。此外，云南松土壤中速效氮、速效磷、微量元素(铁、锰、锌、铜)的质量分数与脲酶的活性也达到了极显著正相关，说明云南松土壤中速效氮、速效磷、微量元素(铁、锰、锌、铜)的质量分数随着脲酶活性的增强而增加。而土壤蔗糖酶活性只与土壤锰的质量分数达到显著的负相关。

表3 土壤养分与酶活性之间的相关关系

注：*、** 分别表示P<0.05、P<0.01，n=30。

4 结论与讨论

松树产脂量和生物与非生物因素密切相关，如温度、海拔、树体因子(林分密度、树高、胸径、冠幅、树龄等)和土壤性质等[21-23]。本论文通过对研究区域所选云南松进行采脂，统计各株云南松的年产脂量，运用统计学原理确定高、低产脂量的标准。这与王海林等[24]以确定地中海白松产脂量的标准来衡量云南松产脂量的高低不同。不同种松属植物之间产脂量存在较大差异，而且不同地域松属植物产脂量也是有差异的[25]，因此，利用同属其它植物的产脂量来衡量云南松的产脂量可能存在较大误差，而本研究的方法避免了这些因素的干扰，确定高、低产脂量的标准更加合理。

图2 云南松产脂量与土壤养分及酶活性之间的相关关系

土壤养分作为土壤重要组成成分为林木的生长提供所需各种营养元素，林木各个器官内所发生的代谢活动也依赖于土壤养分，林木生长发育状况是否良好受各种因素的影响，而土壤养分则是其中的关键因素。本研究通过对比高、低产脂量云南松土壤养分状况，分析产脂量与土壤养分之间的相关关系，结果表明：云南松的产脂量随着土壤中速效氮和速效磷质量分数的增加而增加，这与安宁等[13]研究施肥能提高马尾松产脂量的结论相似。普遍研究认为，松脂主要有2种合成途径：细胞质体中的2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸途径(MEP)和细胞溶质中的甲羟戊酸途径(MVA)。MEP途径是由糖…→丙酮酸(Pryurate)…→2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸(MEP)…→异戊烯焦磷酸(IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸(DMADP)…→牻牛儿二磷酸(GPP)和牻牛儿基二磷酸(GGPP)…→萜类化合物。MVP途径是糖…→乙酰辅酶A(Acetyl-CoA)…→甲羟戊酸途径(MVA)…→异戊烯焦磷酸(IPP)…→法尼基二磷酸(FPP)…→萜类化合物[26-27]。而氮、磷是细胞质和细胞核的主要成分，也是构成蛋白质的成分，它们与脂肪和糖的合成、分解有密切关系[19]。此外，还发现高产脂云南松土壤中铁、锰、锌、铜的质量分数显著高于低产脂云南松，云南松的产脂量与铁、锰、锌、铜的质量分数成正比。有研究表明，松树的产脂量与树脂道的数目密切相关[28]，树脂道是以裂生的方式所形成的，它的形成与林木的生殖生长有关，而微量元素(铁、锰、锌、铜)影响生殖生长[1]。

在土壤物质循环和能量转化中，土壤酶具有催化作用，土壤中各种化学反应的强度和方向取决于土壤酶活性的高低。本研究通过比较高、低产脂量土壤酶活性，简单分析云南松产脂量与土壤酶活性之间的相关关系，结果表明：高、低产脂量土壤酶中蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶的活性表现出差异显著性(P<0.05)，云南松产脂量与土壤酶中蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶的活性成正比。大量研究表明，土壤酶活性与主要的土壤养分之间具有显著的相关关系，反映土壤养分(尤其是C、N、P)转化的强弱[30]，如：蛋白酶与土壤氮素的转化有关，蛋白酶活性强，利于蛋白质类有机氮化物的转化成有效性氮[18]。而本研究的结果也表明，不同产脂量云南松土壤养分指标的高低直接受土壤酶活性的影响，同时，土壤养分指标的高低也直接影响土壤酶活性的高低，二者相互影响，与杨红梅等[30]在研究高低产脂量思茅松林土壤理化性质及其与酶活性的关系中结果一致。而在前面讨论中我们得知，云南产脂量与土壤养分密切相关。因此，土壤酶活性可能是通过影响土壤养分来影响产脂量的。

云南松产脂量与土壤养分及酶活性之间密切相关，随着土壤中速效氮、速效磷、微量元素质量分数增加以及土壤蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶活性的增强，云南松的产脂量不断增加。因此，我们可以通过施肥来提高云南松的产脂量，但所施肥料中养分元素的配比等问题有待进一步研究。

[1] 曹逸霞,张真,刘随存,等.针叶树树脂的抗害功能及抗害机制[J].昆虫知识,2007,44(6):804-810.

[2] 宋湛谦,刘星,梁志勤,等.国外引种松树松脂化学组成的特征[J].林产化学与工业,1993,13(4):277-287.

[3] 宋湛谦,刘星,梁志勤,等.中国五针松组松脂的化学特征[J].林产化学与工业,1993,13(1):1-8.

[4] 宋湛谦,刘星,梁志勤,等.中国采脂树种松脂的化学特征[J].林产化学与工业,1993,13(S1):27-32.

[5] BANNAN M W. Vertical resin ducts in the secondary wood of the Abietineae[J]. New Phytologist,1936,35(1):11-46.

[6] 李爱民,王玉荣,吴鸿.马尾松主要器官树脂道的发生和发育[J].林业科学,2008,44(9):36-40.

[7] 李青青,段焰青,叶辉,等.针叶树对小蠹虫的防御机制[J].中国森林病虫,2007,26(6):21-24.

[8] HUDGINS J W, CHRISTIANSEN E, FRANCESCHI V R. Induction of anatomically based denfense responses in stems of diverse conifers by methyl jasmonate: a phylogenetic perspective[J]. Tree Physiol,2004,24(3):251-264.

[9] 穆茹,普晓兰.云南松脂原料林发展现状、存在问题与对策研究[J].山东林业科技,2010,40(3):107-109.

[10] LEE H J, RAVN M M, COATES R M. Synthesis and characterization of abietadiene, levopimaradiene, palustradiene,and neoabietadiene: hydrocarbon precursors of the abietane diterpene resin acids[J]. Tetrahedron,2001,57(29):6155-6177.

[11] 金振洲,彭鉴.云南松[M].昆明：云南科技出版社,2004.

[12] 廖丽霞．松脂采割技术[J]．湖南林业，2008(10):27.

[13] 安宁,丁贵杰,谌红辉.林分密度及施肥对马尾松林产脂量的影响[J].中南林业科技大学学报,2010,30(9):46-50.

[14] SCOTT J T, CONDRON L M. Dynamics and availability of phosphorus in the rhizosphere of a temperate silvopastoral system[J]. Biology and Fertility of Soils,2003,39(2):65-73.

[15] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社,2000.

[16] 中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析手册[M].上海:上海科学技术出版社,1978.

[17] 吴金水,林启美,黄巧云,等.土壤微生物生物量测定方法及其应用[M].北京：气象出版社,2006.

[18] 关松荫,张德生,张志明.土壤酶及其研究法[M].北京:农业出版社,1986.

[19] 郑元英,付玉狮,邹高顺,等.马尾松针叶中营养元素的分析和幼林施肥效益[J].福建林业科技,1989(2):20-26.

[20] 舒文波,杨章旗,兰富.施肥对马尾松中龄林生长量和产脂的影响[J].福建林学院学报,2009,29(2):97-102.

[21] 王长新.马尾松采脂量的相关因子分析[J].河南科技大学学报(农学版),2004,24(3):22-25.

[22] 安宁,丁贵杰.主要气象因子对马尾松松脂产量的影响初报[J].山地农业生物学报,2010,29(2):177-180.

[23] 翁海龙,贾红亮,陈宏伟,等.思茅松高产脂优树产脂量相关因子分析[J].东北林业大学学报,2008,36(11):69-70.

[24] 王海林,杨文云,高成杰,等.不同产脂量云南松树脂道解剖学比较研究[J].林业科学研究.2015,28(3):352-357.

[25] 陈崇信.不同地域马尾松优树产脂量影响因素分析[J].林业调查规划,2007,32(3):60-62.

[26] PESCH M, HULSKAMP M. One, two, three. models for trichome patterning in Arabidopsis?[J]. Current Opinion in Plant Biology,2009,12(5):587-592.

[27] EISENREICH W, SCHWARZ M, CARTAYRADE A, et al. The deoxyxylulose phosphate pathway of terpenoid biosynthesis in plants and microorganisms[J]. Chemistry and Biology,1998,5(9):221-233.

[28] 朱秋云,黄益江.马尾松树脂道与产脂力的回归分析研究[J].福建林业科技,2002,29(4):15-16.

[29] 葛晓改,肖文发,曾立雄,等.三峡库区不同林龄马尾松土壤养分与酶活性的关系[J].应用生态学报,2012,23(3):445-451.

[30] 杨红梅,陆梅,杨桂英.高低产脂思茅松林土壤理化性质及其与酶活性关系[J].亚热带水土保持,2011,23(1):6-9.

Relationship between Oleoresin Yield ofPinusyunnanensisand Soil Nutrient and Enzyme Activity//

Xiong Hui, Yang Wenyun; Li Siguo； Gao Chengjie, Liu Fangyan, Li Kun

(Research Institute of Resources, Chinese Academy of Forestry, Kunming 650224, P. R. China)(Meiziqing Forest Farm of Shuangbai County)(Research Institute of Resources, Chinese Academy of Forestry)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(11)：57-61.

Pinusyunnanensis； Oleoresin； Soil nutrient； Enzymatic activity

熊晖，男，1991年6月生，中国林业科学研究院资源昆虫研究所，硕士研究生。E-mail：1454279569@qq.com。

杨文云，中国林业科学研究院资源昆虫研究所，副研究员。E-mail:yangwenyun1@163.com。

2015年4月15日。

S791.257

1)国家林业公益性行业科研专项(201204307)。

责任编辑：王广建。