生草对山核桃林地土壤养分及土壤酶活性的影响

季琳琳，陈素传，吴志辉，常 君，陶汝鹏

（1.安徽省林业科学研究院，安徽 合肥 230031；2.宁国市林业局，安徽 宁国 242300；3.中国林业科学研究院亚热带林业研究所，浙江 杭州 311400）

山核桃（Carya cathayensis） 属胡桃科（Juglandaceae）山核桃属（Carya）植物，主要栽培范围集中在天目山山脉、黄山余脉，主产区在浙江的西部、安徽的南部等[1-4]。山核桃仁中含有不饱和脂肪酸等物质，具有降低胆固醇、疏通血管及健脑等作用，目前市场畅销的手剥山核桃及山核桃仁制品很受百姓青睐。山核桃含油率较高，其不饱和脂肪酸含量超过油茶4 倍，可作为高档的食用油开发。山核桃作为我国重要的干果和木本油料树种，具有较高的经济价值和生态价值[5-15]。随着人们生活水平的提高，山核桃市场进一步扩大，农户的种植热情高涨，集约化经营强度也越高；原有的山核桃复层林转变为单层林，过度施用化肥除草剂和农药，林下灌木、杂草消失殆尽，从而使土壤裸露，水土流失严重，林地土壤受到中度至剧烈侵蚀，山核桃产区生态环境问题日益严重，进而影响果实的产量和品质，影响了产区山核桃产业的可持续健康发展[16]。

林下生草有较好的保水效果，不仅可以降低除草成本，而且用作绿肥还可以提高土壤有机质，改善土壤物理结构，提高土壤养分，增加土壤肥力，进一步改善土壤退化等问题，是一种兼具经济和生态价值的林地土壤管理模式[17-18]。已有研究表明，生草可改善土壤结构，减少土壤侵蚀，甜柿果园人工生草与自然生草相比，可以增加土壤过氧化氢酶、土壤脲酶、土壤蔗糖酶和土壤磷酸酶的活性。土壤酶是监测土壤质量的较好指标，能准确地检测生境的变化，并直接参与土壤C、N 的迁移转化，可以作为土壤肥力的评价指标[19-21]。为了研究不同生草处理对山核桃林地土壤养分及土壤酶活性的影响，采用人工生草和自然生草的方法，对比分析了林地土壤养分及土壤酶活性，以期为山核桃生态栽培管理中林下生草模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

研究区为宁国市，位于安徽东南部，属皖南山地丘陵区，介于东径118°36′～119°24′，北纬30°16′～30°47′之间。属北亚热带湿润季风气候区，气候温和，雨量充沛，四季分明，年平均气温15.4 ℃，年均日照时数1 889 h 以上，年均降雨量1 590 mm，无霜期226 d，pH 值5.5 ～6.5，地带性土壤为红壤。试验区位于宁国市万家镇桐子坞基地，东经119°4′55″，北纬30°21″33″，海拔320 m。

1.2 样地选择

选择典型生态退化山核桃林地，2016年起在山核桃林下设置油菜（Brassica napusL.）、绵枣儿（Scilla scilloides）、 野豌豆（Vicia sepiumLinn）3 种不同生草处理，均为撒播，清耕区为对照，清耕区林内有部分禾本科杂草，2020年8月14日在已连续4年人工生草的典型样地取样，每样地面积1 hm2。采用单因素随机区组设计，采集样地面积为20 m×10 m，每个处理3个重复，各处理水肥等管理措施基本一致。种植方式为人工撒播，撒种量为30 kg·hm-2。

1.3 土样采集

采集土样时，先将土壤表面枯枝落叶等清除，在小区内采用S 形随机选择5个取样点，分0 ～10、10 ～20、20 ～40 cm 土层独立采样，取500 g，用自封袋密封，土样自然风干后，过2 mm 和0.15 mm筛用于土壤酶及土壤养分元素含量的测定。

1.3 土样分析

2020年8月14日采用环刀取样。土壤脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定；土壤中性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定；土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定；土壤pH 值含量采用玻璃电极法测定；土壤全氮含量采用硫酸-加速剂消解，凯氏法测定；土壤全磷含量采用NaOH 碱熔，钼锑抗分光光度法测定；土壤全钾含量采用氢氧化钠熔融-火焰光度法测定；土壤水解性氮含量采用碱解扩散法测定；土壤有效磷含量采用碳酸氢钠溶液浸提，钼锑抗比色法测定；土壤速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度计法测定；有机质含量采用重铬酸钾氧化-外加热法测定[22-25]。

1.4 数据统计分析

相关数据使用Excel 2007、dps、spss16.0 处理软件进行方差分析、相关性分析等计算各土层酶和养分情况[26-27]。

2 结果与分析

2.1 不同生草区的土壤酶活性

土壤酶主要通过土壤动物、植物和土壤微生物的分泌或残体等途径获取，不同生草区处理对土壤酶活性的影响见表1。由表1 可知，山核桃林下不同生草处理后，0 ～10 cm 土壤脲酶活性高于10 ～20 和20 ～40 cm 土层。其中0 ～10 cm土壤中，油菜土壤脲酶活性显著高于清耕，10 ～20 cm 土壤中，油菜、绵枣儿土壤脲酶活性显著高于清耕，20 ～40 cm 土壤中，油菜土壤脲酶活性极显著高于绵枣儿和清耕。

表1 山核桃样地情况Table 1 General situation of pecan plots

不同生草区处理对中性磷酸酶活性的影响见表1。由表1 可知，0 ～10 cm 土壤中，油菜土壤中性磷酸酶活性极显著高于清耕，10 ～20 cm 土壤中，绵枣儿土壤中性磷酸酶活性显著高于清耕，20 ～40 cm 土壤中，绵枣儿土壤中性磷酸酶活性显著高于野豌豆和清耕。

不同生草区处理对过氧化氢酶活性的影响见表1。由表1 可知，0 ～10 cm 土壤中，野豌豆土壤过氧化氢酶活性高于其他3 种模式，但差异不显著；10 ～20 cm 土壤中，清耕和野豌豆土壤过氧化氢酶活性显著高于绵枣儿；20 ～40 cm 土壤中，油菜土壤过氧化氢酶活性显著高于野豌豆和清耕。

2.2 不同生草处理对土壤不同层次pH 值和养分含量的影响

pH 值表示土壤的酸碱度，酸碱度影响酶及养分的活性进而影响植物的生长，土壤养分及有机质影响土壤的酶活性、微生物含量，是土壤肥力的重要指标。不同生草区处理对土壤不同层次pH值和养分含量的影响见表2。由表2 可知，山核桃林下不同生草处理后，随着土层厚度的增加，pH值整体上呈增高的趋势。山核桃林下各土层养分含量，随着土层厚度增加变化规律基本一致，不同生草处理下土壤养分元素在0 ～10 cm 土层含量最高，随着土层厚度的增加养分元素逐渐减低。

表2 不同生草处理对土壤酶活性的影响†Table 2 Effects of different grasses on soil enzymes mg·g-1·h-1

0 ～10 cm 土层中，油菜土壤有机质极显著高于绵枣儿、野豌豆、清耕，其中清耕含量最低，油菜土壤中有机质高于绵枣儿、野豌豆、清耕，分别为49.82%、69.84%、90.74%；10 ～20 和20 ～40 cm 土层中有机质含量，油菜＞绵枣儿＞野豌豆＞清耕，但差异不显著。全N、全P、全K 的含量基本上随着土层厚度增加而降低，0 ～10 cm土层中，油菜全N 含量显著高于清耕，10 ～20和20 ～40 cm 土层中全N 各生草处理下差异不显著；各土层油菜土壤中全P 含量极显著高于清耕，绵枣儿、野豌豆、清耕土壤中全P 含量差异不显著，0 ～10 cm 土层中，油菜土壤中全P 含量较清耕高69.59%。0 ～10 cm 土层中，油菜全K 含量显著高于绵枣儿；10 ～20 和20 ～40 cm 土层中油菜处理土壤全K 含量最高，但差异不显著。0 ～10 cm 土层中，油菜碱解氮含量极显著高于清耕，较清耕高78.08%，10 ～20 cm 土层中绵枣儿土壤碱解氮含量最高，20 ～40 cm 土层中油菜土壤碱解氮含量最高，分别高于清耕59.74%、59.02%，但差异不显著；各土层中野豌豆处理下土壤有效磷含量最高，但差异不显著；0 ～10 和10 ～20 cm土层中，绵枣儿土壤速效钾含量最高，20 ～40 cm土层中野豌豆土壤速效钾含量最高，但不同生草处理下差异不显著。

2.3 不同生草处理下土壤养分元素与酶活性的相关性

土壤养分元素与酶活性相互影响，各因子之间也存在相互影响的机理。山核桃不同生草处理下土壤养分元素与酶活性的相关性见表3，由表3 可知，过氧化氢酶与脲酶呈极显著性正相关，有机质与脲酶、中性磷酸酶及过氧化氢酶呈极显著正相关；全N 含量与脲酶、中性磷酸酶、过氧化氢酶及有机质呈极显著正相关；全P 与中性磷酸酶、有机质、全P 呈极显著正相关；全K 与中性磷酸酶和全P 呈极显著正相关，与脲酶、过氧化氢酶呈负相关，但相关性不显著；碱解氮与中性磷酸酶、有机质、全N 和全P 呈极显著正相关；有效磷与脲酶、过氧化氢酶、全N、碱解氮呈极显著正相关，与中性磷酸酶呈显著性正相关，与全K 呈负相关，但不显著。

表3 不同生草处理对土壤不同层次pH 值和养分含量的影响Table 3 Effects of different grassed on soil pH and nutrient characteristics in different soil layers

3 结 论

本试验研究了山核桃林下不同生草处理土壤养分及土壤酶活性，试验结果表明，人工生草相较于清耕，可以提高土壤养分、有机质含量及土壤酶活性。土壤酶主要来源于动植物腐解、植物根系分泌及土壤微生物的活动，在土壤物质和能量转化中发挥重要作用，其活性可表征土壤生物学功能，可作为评价土壤质量的有效性指标。脲酶促进肽键的水解，将酰胺态有机氮化物转化为无机氮化物，供植物直接吸收利用，脲酶活性决定土壤供氮水平。本研究中，不同人工生草植株腐解后，土壤表层具备了营养源，加之表土层具有良好的水热和通气条件，为脲酶提供了酶促底物，林下土壤有机质增加，整体上，人工生草脲酶活性高于清耕，其中油菜不同土层脲酶活性显著高于清耕。土壤脲酶随着土层的增加脲酶活性降低，在人工生草中，深层土壤中油菜的土壤脲酶活性显著高于绵枣儿。随着土壤深度的增加，土壤温度及水分减少，降低了土壤生物的代谢能力，土壤生物量及有机质含量下降。司鹏等[28]研究也表明清耕和生草管理措施下沙地葡萄园土壤脲酶0 ～20 cm 土层最高，随着土层深度的增加而逐渐降低。磷酸酶参与有机磷化合物的水解过程，表现较为活跃，土壤磷的循环过程中将有机磷转化为无机磷，从而提高磷的利用率[29]。本试验研究表明，油菜、绵枣儿土壤中中性磷酸酶活性显著高于清耕，2 种生草模式下磷的利用率高。过氧化氢酶是土壤氧化还原酶，参与土壤中各种化合物的氧化，促进土壤有机质和腐殖质的形成，消除或减轻过氧化氢对土壤的毒害。山核桃林下不同生草处理后0 ～10 cm 土壤过氧化氢酶活性最高，随着土层加深氧化氢酶活性降低，在浅土层野豌豆土壤过氧化氢酶活性高于其他3 种模式，说明野豌豆处理下过氧化氢酶活性较大，有机质转化速率较高。不同土壤深度、不同生草对土壤过氧化氢酶活性影响有差异。山核桃林下生草处理对土壤形成了影响，林下温度、湿度及水肥情况都发生了改变，引起酶的变化，为山核桃生态栽培提供理论依据。

表4 不同生草处理下土壤养分元素与酶活性的相关性分析†Table 4 Correlation between soil nutrients and soil enzyme activities

土壤有机质的多少及质量的高低直接影响土壤理化性质及养分等指标，是各种养分元素的主要来源，是土壤肥力高低的重要指标[30]。刁芬兰等[31]研究发现随着生草时间的加长，可显著提高土壤的养分含量，全N、全P、全K、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量增加。本研究山核桃生草区，不同土层油菜、绵枣儿、野豌豆土壤有机质、全N、全P、全K、碱解氮均高于清耕区，并随着土层厚度增加而降低，各土层中野豌豆处理下土壤有效磷含量最高，绵枣儿浅土层土壤速效钾含量最高，研究结果表明，生草对土壤养分含量的提高均有很大作用，这与前人的大部分研究结果一致。

土壤酶、土壤养分以及彼此之间的相关性能够很好地表征土壤的肥力水平，赵睿宇等研究表明，土壤脲酶活性和土壤各养分元素呈现极显著或显著相关关系，土壤脲酶与土壤全氮、有效磷含量之间相关性差异极显著，土壤中有机质、全氮、全磷含量直接或间接地影响着土壤脲酶、土壤酸性磷酸酶的生活活性[32-35]。本研究中，有效磷与脲酶、过氧化氢酶、中性磷酸酶呈极显著或显著正相关关系，有机质与脲酶、中性磷酸酶及过氧化氢酶呈极显著正相关，全N、全P、全K 与中性磷酸酶呈极显著或显著正相关关系。

4 讨 论

山核桃林下生草对土壤养分及土壤酶活性有明显的影响，各因素及因素之间的相关性很好地表征土壤的肥力，不同生草处理对山核桃林地土壤养分及土壤酶活性影响较大，选择适宜的生草种类可以提高土壤养分及土壤酶活性，生产中优先推荐油菜。本研究的局限性在于没有在幼林时设置生草处理，且只研究生草后短期5年对土壤的影响，而生草对土壤养分及土壤酶活性的影响实际上是一个长期的过程，下一步将研究幼林下不同生草处理对土壤的影响，不同草种混播处理对林下土壤及山核桃品质的影响及长期生草对林木及土壤的影响等。