武夷山土壤养分及酶活性的空间分布特征

解心洁 李朝兴 贾小丽 胡永乐

摘要[目的]探讨武夷山土壤养分和酶活性的空间分布特征。[方法]以武夷山5個海拔（312、687、1 153、1 775、2 186 m）土壤为研究对象，测定各个海拔不同土层的养分和酶活性变化。[结果]武夷山土壤养分含量和酶活性分布差异明显，随着海拔升高，土壤有机质、全氮、全磷以及酶活性均呈上升趋势，而同一海拔，随着土层加深，土壤有机质、全氮、全磷以及酶活性均呈下降趋势。相关性分析表明，海拔高度与土壤酶活性、土壤养分等各指标间呈极显著或显著相关；5种土壤酶活性与3种土壤养分指标之间，除蛋白酶和全磷不显著相关外，其他均呈显著或极显著相关；5种土壤酶活性之间，除蛋白酶与蔗糖酶、蛋白酶和过氧化氢酶不显著相关外，其他均呈显著或极显著相关；3种土壤养分指标之间均呈显著或极显著相关。[结论]该研究为植被的空间选择及修复奠定基础。

关键词土壤；酶活；养分；空间分布；武夷山

中图分类号S154.2文献标识码A文章编号0517-6611（2017）09-0115-03

Spatial Distribution Characteristics of Soil Nutrients and Enzyme Activities in Wuyi Mountain

XIE Xinjie，LI Chaoxing，JIA Xiaoli，HU Yongle*

（Fujian Provincial Key Laboratory of EcoIndustrial Green Technology，College of Ecology and Resource Engineering，Wuyi University，Wuyishan， Fujian 354300）

Abstract[Objective] To discuss the spatial distribution characteristics of soil nutrients and enzyme activities in Wuyi Mountain.[Method] Soils from five altitudes of Wuyi Mountain （312，687，1 153，1 775 and 2 186 m） were collected，and soil nutrients and enzyme activity were determined.[Result] The distribution of soil nutrient content and enzyme activity in Wuyi Mountain had significant difference.Soil organic matter，total nitrogen，total phosphorus and enzyme activity raise with the increase of altitude，while the thing was opposite with the depth of the soil layer.Correlation analysis showed that altitude appeared extremely significant or significant correlation with soil enzyme activity and soil nutrient； Five kinds of soil enzyme activity and three kinds of soil nutrient index had extremely significant or significant difference，except protease and total phosphorus； In addition to protease and sucrase，protease and catalase，five kinds of soil enzyme activity were significantly or extremely significant correlation； Three kinds of soil nutrients were significant or extremely significant correlation between each other.[Conclusion] The research provides the basis for spatial selection and restoration of vegetation.

Key words Soil；Enzyme activity；Nutrients；Spatial distribution；Wuyi Mountain

土壤是地球生物養分的重要来源，是生物多样性最丰富，能量交换、物质循环最活跃的生命层[1-2]。土壤有机质含量是土壤肥力水平的一个重要指标。有机质对土壤结构、保肥和缓冲等具有积极的影响，且是土壤各种养分，尤其是氮、磷的重要来源。而氮、磷、钾等是植物所必需的矿质元素，对植物生长发育具有重要意义[3]。土壤养分及酶活性在空间和时间上呈异质性分布[4]。研究表明，随着海拔的升高和土壤深度的加深，土壤养分和酶活性呈规律变化，同时生态系统也随之演化[5-7]。

武夷山保存着最典型、最完整、规模最大的中亚热带森林生态系统和生物多样性的生态环境[8-11]，是我国最大的“世界双遗产地”。而福建省武夷山经纬方向跨度较小，植被类型无明显的水平变化。但在其垂直方向，从最低海拔350 m 至最高海拔黄岗山顶峰的2 158 m，相对高差达1 808 m，随海拔的升高地上植物群落发生了明显变化，是不同类型生态系统地上地下关系演变问题的理想场所。

由于研究的海拔和地区不同，不同研究结果有很大区别，对于正确了解土壤养分和酶活性在不同海拔的分布规律带来很多困难。为了进一步了解武夷山土壤生态环境因子的分布特征，特别是其土壤中有机质、氮 、磷、钾含量及土壤酶的变化规律，笔者研究了武夷山不同海拔及其不同深度的土壤养分和酶活性的变化，探明随海拔和深度变化的土壤肥力状况，为研究武夷山植被的空间选择性及其修复提供理论依据。

1材料与方法

1.1样品采集与处理

在5个不同海拔（312、687、1 153、1 775、2 186 m）处，分别随机设置3个5 m×5 m的样方，样方之间间隔10 m。采用土壤取样器，在每个土壤样方采取对角线交叉取样方式，分别采集0～15、15～30及30～45 cm土层土壤混合样品，收集样品带回实验室于室内常温下自然风干，去除残枝、残根等，采用四分法取1 kg土壤样品，研磨，过60目筛，用于测定土壤基本理化性质和土壤酶活性。

1.2测定项目与方法①土壤养分。参照《土壤农化分册》[12]测定土壤理化指标，即土壤全氮采用重铬酸钾-硫酸消化法测定；全磷采用氢氧化钠-钼锑抗比色法测定；全钾采用氢氧化钠溶融-火焰光度法测定；土壤有机质采用重铬酸钾-硫酸消化法测定[13]。

②土壤酶活性。参照《土壤酶及其研究法》[14]测定土壤酶活性，即土壤脲酶活性采用比色法测定；蔗糖酶活性采用硝基水杨酸法测定；酸性磷酸酶活性采用對硝基苯磷酸盐法测定；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定；蛋白酶活性采用Folin-Ciocslteu比色法测定。

1.3数据分析

采用Excel 2010对试验数据进行处理，采用DPS 7.05进行显著性与相关性分析。

2结果与分析

2.1不同海拔土壤养分变化

由表1可知，同一土层有机质、全氮、全磷、全钾含量均随着海拔升高呈上升趋势，同一海拔土壤有机质、全氮、全磷含量均随着土壤深度增加呈下降趋势，而全钾含量随着土壤深度增加呈上升趋势。

2.2不同海拔土壤酶活性变化

由图1可知，随着海拔升高，0～15 cm土层脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、蛋白酶活性均呈上升趋势，15～30 cm土层蔗糖酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、蛋白酶活性均呈上升趋势，脲酶活性变化不大，30～45 cm土层蔗糖酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、蛋白酶活性均呈上升趋势，脲酶活性变化不大。

随着土层的加深，脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、蛋白酶活性在各海拔均呈下降趋势，差异明显。土壤酶活性的分层变化主要是因为土壤微生物与土壤养分、水分、温度和通气情况密切相关，而这些因素随土层加深呈规律性变化。

2.3不同海拔土壤养分与酶活性相关性分析

由表2可知，海拔高度与土壤酶活性、土壤养分等各指标间呈极显著或显著相关。5种土壤酶活性与3种土壤养分指标之间，除蛋白酶与全磷不显著相关外，其他均呈显著或极显著相关；5种土壤酶活性之间，除蛋白酶和蔗糖酶、蛋白酶与过氧化氢酶不显著相关外，其他均呈显著或极显著相关；3种土壤养分指标之间均呈显著或极显著相关。

3结论与讨论

海拔是重要的山地地形因子之一，由于海拔不同，气候特征、林分类型、土壤类型改变均导致土壤养分的差异[15]。因此，土壤受到多种生态因子的影响[16]，复杂的生物和非生物因子紧密作用形成土壤生态系统。土壤酶是表征土壤中物质、能量代谢旺盛程度和土壤质量水平的一个重要生物指標[17]。其中，脲酶促进了土壤中有机氮向无机氮的转化，酸性磷酸酶可促进土壤中含磷化合物的水解，蔗糖酶有助于土壤可溶性营养物质的转化和增加，蛋白酶参与土壤中的氨基酸、蛋白质以及其他含蛋白质氮的有机化合物的转化，过氧化氢酶有助于土壤中对植物有害的过氧化氢的分解。土壤是复杂多酶体系，各种酶促反应相互联系，使得各种酶之间密切相关。该研究结果表明，武夷山不同海拔土壤酶活性间，除蛋白酶与蔗糖酶、蛋白酶和氧化氢酶外，均呈显著或极显著相关。

该研究表明，随着海拔的升高，武夷山土壤养分含量和酶活性呈上升趋势，与前人研究结果一致[18-19]。土壤养分充足是酶活性增强的前提，土壤养分通过影响植物和土壤微生物的生物量及种类，最终影响土壤酶的分泌。研究表明，土壤酶活性间及其与土壤有机碳、全氮均呈显著正相关[19-20]，与该研究结果一致。土壤表层腐殖质层养分含量高， 酶促反应底物充足，加之温湿度适宜、空气充足，微生物代谢活跃，土壤酶活性较高。随着土层的加深，土壤微生物活动受限，从而影响其产酶能力，土壤酶活性逐渐降低[21]。土壤养分是酶活性的前提，土壤酶活性是土壤养分的动力，两者密切相关，导致地上植被的空间分布特异性。

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