秃杉幼林不同间作模式对土壤酶活性的影响

韦家国　杨正文　莫少壮　何斌　梁旸　吕小燕

摘 要：采用標准样地法研究了广西南丹县山口林场秃杉幼林4种间作模式（秃杉-旱谷、秃杉-小米、秃杉-玉米和秃杉纯林）的土壤酶活性进行了对比分析。研究结果表明：秃杉幼林不同间作模式土壤（0～40 cm）酶活性存在明显差异，其中土壤过氧化氢酶活性为秃杉-玉米>秃杉-旱谷>秃杉-小米>秃杉纯林，土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性为秃杉-玉米>秃杉-旱谷>秃杉-小米>秃杉纯林，不同间作模式土壤酶活性与土壤主要养分存在密切的相关关系。可见，与秃杉纯林相比，3种间种模式土壤酶活性均呈现增大趋势。说明秃杉幼林间种农作物更有利于土壤有机质和氮、磷养分的转化，提高土壤的肥力水平。

关键词： 秃杉幼林 农作物 间作模式 土壤酶活性

土壤酶作为土壤的重要组成成分， 它参与了土壤中的所有生物化学过程，影响着土壤中营养元素有效化过程，是土壤中养分转化动态情况的重要反映，已成为评价土壤肥力高低的重要指标之一[1，2]。其中土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶及磷酸酶的活性对评价土壤肥力水平有重要意义[1-3]。秃杉（Taiwania flousiana）是我国特有的珍稀植物，兼具适应性较强、生长快、材质优良和单位面积蓄积量高等优点，被我国南方中、低山区广泛引种，成为杉木连栽采伐迹地重要的更新替代树种，并取得良好的经济效益和生态效益[4，5]。但由于秃杉人工林的轮伐期与杉木人工林相似，一般在20多年以上，经营时间较长。因此，为了充分利用林地资源，在秃杉造林初期，利用其幼林尚未郁闭，在其幼树间间种农作物，是实现其经营早期获得经济效益的重要措施之一[6，7]。本研究以广西南丹县山口林场秃杉幼林分别与玉米、旱谷和小米等3种间作模式为研究对象，以秃杉纯林为参照，对上述4种不同间作模式土壤酶活性及其与土壤主要养分之间的关系进行了分析对比，以期为秃杉幼林间作模式的选择，进一步提高秃杉林的经济效益并促进其可持续发展提供科学依据。

1 研究区概况

研究区位于广西南丹县山口林场，地理坐标为北纬24°24′15″，东经107°29′40″。南丹县地处中亚热带山地气候区，年均气温16.9 ℃，年均降雨量1498 mm，年均蒸发量1135 mm。试验地位于山坡中至下部，坡度27～30°，海拔约800～850 m，土壤类型为砂岩发育形成的山地黄壤，土壤平均厚度在80 cm以上，腐殖质层平均厚度18 cm[6]。

试验地为原杉木人工林（Cunninghamia lanceolata）的采伐迹地，于2009年11～12月采伐后经炼山后进行人工挖坎整地，坎规格为40 cm×40 cm×30 cm。随后与2010年3月用1年生秃杉裸根实生苗（苗高约20 cm）造林，造林密度2500株/hm2（株行距2 m×2 m）。栽植后前2年即2010年和2011年连续间作农作物2茬，间作模式分为秃杉-旱谷、秃杉-小米、秃杉-玉米和秃杉纯林，具体试验方法见文献 [6，7]。

2 研究方法

2.1 样地设置和土壤样品采集

于2012年4月底分别在立地条件相似的4种间种模式各设置3块标准地，面积均为20 m×20 m，按每块样地对角线分别设置3个土壤采样点，按0～20 cm和20～40 cm分层采集土壤样品，相同样地土壤样品经混合后用四分法取样约0.5 kg，于实验室内经风干、粉碎、过筛和装入自封袋后密封待用。

2.2 土壤酶活性的测定

土壤过氧化氢酶活性的测定用高锰酸钾滴定法，酶活性单位以0.1 mol/L KMnO4 mL/g表示；蔗糖酶（转化酶）的测定用3，5 -二硝基水杨酸比色法，酶活性单位以葡萄糖mg/g表示；土壤脲酶活性的测定用G.Hoffmann与K.Teicher法测定，酶活性单位以 NH2-N mg/g表示；磷酸酶活性的测定用改进后的Hoffman法，酶活性单位用酚mg/g表示[8]。

3 结果与分析

3.1 土壤过氧化氢酶活性

土壤中过氧化氢酶参与土壤物质和能量的转化，影响着土壤有机物质的氧化和腐殖质的形成过程，其活性的强弱在一定程度上影响着土壤生物化学过程的方向和强度，是土壤腐殖质及有机质的有效积累程度的重要反映。从图1可见，不同间作模式土壤过氧化物酶活性的垂直分布均为0～20 cm土层>20～40 cm土层，与土壤有机质、全氮等主要养分含量呈现相同的分布格局[6]。而4种间作模式不同土层土壤过氧化物酶活性大小的排列次序存在一定差异，0～20 cm土层为秃杉-玉米>秃杉-旱谷>秃杉-小米>秃杉纯林，20～40 cm土层为秃杉-玉米>秃杉-旱谷>秃杉-小米>秃杉纯林。总体上看，与秃杉纯林相比，3种秃杉间作模式土壤氧化物酶活性主要表现为增强的趋势。

3.2 土壤蔗糖酶活性

作为土壤中的生物催化剂，蔗糖酶（转化酶）直接参与土壤碳素循环，通过分解高分子化合物。进而形成能被植物和微生物利用的营养物质，因此，土壤蔗糖酶活性强弱在一定程度上可以反映土壤熟化程度和肥力水平。研究结果表明（图2），不同间作模式土壤蔗糖酶活性在垂直分布上均呈现与与土壤有机质和氮素含量相同的变化趋势[6]，即0～20 cm土层>20～40 cm土层，可见土壤蔗糖酶活性与土壤有机质和氮素含量相关。与土壤过氧化氢酶活性相似，不同土层各间作模式土壤蔗糖酶活性的排列模式也存在差异，0～20 cm土层为秃杉-旱谷>秃杉-玉米>秃杉-小米>秃杉纯林，20～40 cm土层为秃杉-玉米>秃杉-旱谷>秃杉-小米>秃杉纯林。

3.3 土壤脲酶活性

脲酶参与土壤中有机态氮素的分解，通过将有机氮转化过程的中间产物尿素水解转化为氨，从而为林木利用，其活性可以用于反映土壤氮素状况。图3 结果显示，3种农林间作模式0～20 cm和20～40 cm脲酶活性均比秃杉纯林模式有不同程度的提高，其中0～20 cm排列次序为秃杉-旱谷>秃杉-玉米>秃杉-小米>秃杉纯林，20～40 cm土层中为秃杉-玉米>秃杉-小米>秃杉-旱谷>秃杉纯林。可见，秃杉幼林通过间作农作物，可以促进土壤脲酶酶促反应的进行，从而促进有机氮转化为有效氮从而被植物所吸收利用。

3.4 土壤酸性磷酸酶活性

磷酸酶具有催化磷酸脂或者磷酸酐的水解反应，加速有机磷的脱磷速度，进而提高土壤磷素有效性的作用，其活性高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性。土壤磷酸酶的主要类型之一——磷酸单脂酶，对土壤有机磷的分解转化及植物的磷素营养具有重要影响。磷酸单脂酶通常分为酸性磷酸酶（pH 5～6）和碱性磷酸酶（pH 8～10） 两种。 南方红壤区域土壤多数呈现酸性反应，土壤中的磷酸酶主要为酸性磷酸酶。图4表明，在不同间作模式中各土层酸性磷酸酶活性的变化趋势存在明显差异， 0～20 cm土层为秃杉-旱谷>秃杉-玉米>秃杉纯林和秃杉-小米，20～40 cm土层为秃杉-旱谷>秃杉-小米>秃杉纯林>秃杉-玉米。总体上看，3种农林间作模式0～40 cm土层酸性磷酸酶活性均高于秃杉纯林，表明秃杉幼林间作也有利于土壤酸性磷酸酶活性的提高。

3.5 土壤酶活性與土壤养分的相关性分析

研究表明，森林土壤酶活性与土壤养分等肥力因素存在良好的相关关系[1-3]。通过对秃杉幼林不同间作模式土壤酶活性与土壤主要养分的相关分析（结果见表1）表明，4种土壤酶活性与土壤有机质、全氮、水解氮、全磷、速效磷和速效钾等主要养分均呈现极显著（P <0.01）或显著（P <0.05）相关关系，但与土壤全钾的相关性不显著，表明土壤酶活性在较大程度上反映了土壤肥力水平，因此也可以作为该土壤肥力的重要指标。

4 讨论

土壤酶作为土壤生物学活性的重要组成部分，在生态系统物质循环和能量流动等重要生态工程起着重要的作用，其中土壤过氧化氢酶活性、脲酶活性、蔗糖酶活性和酸性磷酸酶活性能够分别反映出土壤有机质的转化速度（土壤中腐殖质再合成强度）、土壤有机残体分解强度（碳素循环）、氮素水平状况和土壤磷素供应状况，对植物的生长发育起着至关重要的作用[8]。本研究表明，与秃杉纯林模式相比，3种秃杉幼林与农作物间作模式土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶均出现不同程度的增大趋势，说明秃杉幼林间种农作物促进了土壤有机质和氮、磷养分的转化，从而提高土壤的肥力水平。

秃杉幼林与农作物间种的过程，也是其与土壤相互作用和相互影响的过程。秃杉造林前其前茬即杉木人工林砍伐后经过炼山，原来聚集在林地地表的采伐剩余物、凋落物和灌草植物等大部分转化为灰分，提高土壤尤其是表土层速效养分的含量，同时疏松土壤。炼山后林地处于短期内的强光照射和土壤养分较丰富的环境，有利于一些喜光和早期生长需要养分较多的树种的生长发育，但秃杉树属耐阴性树种，其早期（造林后2年）生长缓慢，所需养分并不很多。可见，利用秃杉生长初期间种农作物，可以覆盖裸露地面，减弱强光照射，减少了林地裸露空间，降低土壤温度，增加土壤湿度，抑制了林下植物生长，有利于林木的生长发育，同时通过以耕代抚在一定程度上替代了原来的林地除草松土工作，减少了抚育成本开支，而且由于所间种的农作物采收后其根茎叶残留林地，有利于林地土壤结构的改善，提高土壤养分含量和酶活性，从而促进林木生长，表现出与油茶[8]、板栗[8]、枣树[8]、橡胶树[8]等与农作物间作后所起到的相似效果。由此可见，根据当地的气候和土壤条件，选择和推广合理的秃杉幼林与农作物的间作模式，既改善土壤肥力状况，促进林木生长，同时也增加了早期经营收入，对实现秃杉人工林经营的“长短结合”、“以短养长”的经营目标具有重要的实际意义。

参考文献

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