定植年限對小葉錦雞兒灌叢及根際土壤養分與酶活力的影響

董云中等

摘 要：為了探討小葉錦雞兒在晉西北黃土丘陵區缺乏養分管理的環境下的生長狀況，選取不同定植年限小葉錦雞兒人工灌叢為研究對象，進行定植年限對灌叢及根際土壤養分及酶活力狀況的影響研究。結果表明，小葉錦雞兒隨著定植年限的增加，地上部干物質絕對生長速率的峰值出現在10～20年間，20～30年間生長速率開始逐漸減小，但仍處于增長階段；30～40年間，地上部干物質絕對生長速率出現負值，說明30年之后出現了灌叢枝、葉干枯退化現象。灌叢定植年限對根際土壤酸堿性并無明顯影響。各定植年限灌叢土壤有機質和全氮含量均有明顯的根際富集作用，定植年限對富集作用的影響無明顯規律，沒有表現出隨定植年限的增加而出現顯著的養分消耗現象；小葉錦雞兒短期生長對磷的富集效應不明顯，而長期則表現為根際土壤有效磷含量較非根際土壤高，出現有效磷在根際富集的現象；速效鉀含量隨著生長年限的增加呈逐漸降低趨勢，且根際土壤顯著高于根外土壤，以30年生小葉錦雞兒灌叢的根際效應最為顯著。土壤酶活性的變化呈現一定的階段性，土壤過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性在5～10年均處于快速增長期、10～20年處于緩慢提高期，20～30年處于緩慢降低期。因此，為了黃土高原植被的可持續利用，小葉錦雞兒30齡時需要及時刈割平茬。

關鍵詞：小葉錦雞兒；根際營養；土壤酶活力；定植年限

中圖分類號：S153 文獻標志碼：A 論文編號：2013-0736

Abstract： In order to reveal the growth status of Caragana microphylla which were lack of nutrient management in the loess hilly region of northwest Shanxi， the effect of age sequence on the rhizosphere soil nutrient and enzyme activity of Caragana microphylla shrub was studied. The results showed that： the absolute growth rate of dry was maximum in the 10-20 a， began to decrease in 20-30 a， turn to negative growth in 30-40 a； age sequence had no significant effect on soil pH； the organic matter and total nitrogen content of soil had a significant enrichment to rhizosphere region in all shrubs， and age sequence didnt have obvious effect on it. There was not significant nutrient consumption phenomenon with increasing growth years； the enrichment of phosphorus to rhizosphere region was not obvious in short-term but obvious in longer-term； the available K content of soil went down by years， and rhizosphere effect was obvious， especial in 30 a. The soil enzyme activities of shrub showed a certain stage， rapid growth in 5-10 a， slowly increase in 10-20 a， gradually decreased in 20-30 a. So it was suggested 30 years microphylla should be mowed stubble timely to keep the sustainable use.

Key words： Caragana microphylla； Rhizosphere Soil Nutrient； Soil Enzyme Activity； Age Sequence

0 引言

小葉錦雞兒（Caragana microphylla Lam.）是錦雞兒屬（Caragana Fabr.）植物的一個種，廣泛種植于晉西北地區，屬于黃土高原地區的主要旱生落葉灌木之一。小葉錦雞兒根系發達，屬于典型萌蘗植物，有很強的適應性和抗逆性，在營造水土保持林、防風固沙林、飼料林和能源林方面優勢突出[1]。關于檸條（錦雞兒屬植物栽培種的統稱）的研究報道較多，但大多集中為檸條的生物學特性、水分生態和生理生態以及空間異質性等方面，牛西午等[2-3]研究指出，檸條在年降水量 150 mm，有效積溫1500℃的地區均能正常生長，是生命力極強的優良樹種。王生芳等[4]指出，檸條根系具有很強的穿透力，根系在生長過程中有效改善了土壤物理條件，使0～60 cm土層灌叢土壤出現容重降低，氣相率提高、固相率下降，土壤機械組成中粉沙和物理性粘粒比例提高、粗沙比例下降的現象。劉增文等[5]指出，檸條生長過程中枯枝落葉的分解以及根系的代謝能提高土壤有機質含量，增加土壤微生物的數量、多樣性指數和土壤酶活性。蘇永中等[6]在科爾沁沙地小葉錦雞兒人工林上研究指出，隨著定植年限的增加人工檸條林土壤物理結構得到明顯改良，土壤有機質、全氮含量增加，并出現顯著的灌叢富集效應。

多年來，在黃土高原地區退耕還林過程中，大面積小葉錦雞兒人工林被種植，最久的已經有40年，累計種植面積達2?105 hm2[7]。但由于缺乏合理的經營與管理，部分灌叢出現了生長衰退、木質化嚴重、生產力下降等現象。因此，筆者通過對晉西北黃土丘陵區不同定植年限小葉錦雞兒人工林的根際養分與酶活力狀況的研究，探究定植年限對灌叢根際土壤養分及酶活力的影響，以期為晉西北小葉錦雞兒灌叢合理利用提供科學依據。

1 材料與方法[8]

1.1 試驗地概況

試驗地設置于山西省五寨縣，地處黃土高原東部邊緣，屬于農牧交錯地帶。該區黃土發育深厚，年均氣溫4.1～5.5℃，四季分明，春季干旱多風，夏秋炎熱多雨，冬季寒冷干燥，年降雨量約400 mm，蒸發量約1913 mm，常年伴有大風天氣。土壤類型以黃綿土和栗褐土為主。采樣地點為五寨縣包家灣村（110°47.207'E—111°46.339'E，38°57.933'N—38°58.492'N），該地以坡地為主，地勢較陡，土壤肥力低，主要種植馬鈴薯、玉米、谷子、大豆等農作物，人工林主要為楊樹林和小葉錦雞兒灌叢。

1.2 取樣及調查

通過一系列方法（農戶調查、現場指認和生物學鑒定）進行小葉錦雞兒灌叢定植年限的確定。2006年10月下旬，在地形基本一致、植被分布比較均勻的區域，采用典型取樣法在5年生、10年生、20年生、30年生、40年生的小葉錦雞兒人工灌叢林內分別選擇6個樣方，每個樣方取相鄰5叢，齊地面刈割。采用“抖落法”[9]采集根際土壤，根據灌叢根系大致分布范圍，按照每20 cm為1層逐層挖掘，直至無根系出現。選取最能代表根系活力的粗、中、細3部分，附在根系周圍的土壤為根外土（用S表示），用刷子刷下粘附在根上的土壤為根際土（用R表示）。所取植物樣與土樣帶回山西省農科院土壤環境與養分資源重點實驗室進行分析與測定。

1.3 分析測定

2 結果與分析

2.1 不同定植年限對小葉錦雞兒灌叢生物量的影響

表1為不同定植年限小葉錦雞兒的一些主要生物量指標，主枝指的是中心枝條，側枝指的是主枝周圍蘗生的枝條。隨著小葉錦雞兒定植年限的增加，灌叢的主枝、側枝及地上部生物量在5～30年間逐年增大。30年灌叢株高是5年的2.31倍，冠幅大小是5年的3.71倍，主枝干重是5年的8.30倍，側枝干重是5年的3.85倍，葉干重是5年的22.35倍；而40年灌叢較30年主枝和側枝干重都有所降低，主枝干重下降了23.45%，側枝干重下降了9.03%。

隨著灌叢定植年限的變化，小葉錦雞兒地上部生物量的絕對生長速率也呈現先增大后減小的趨勢，地上部干物質絕對生長速率的峰值出現在10～20年間，達94.34 g/（叢·a），說明定植10～20年時，灌叢生長旺盛。在灌叢定植20～30年間，地上部干物質絕對生長速率開始逐漸減小，在灌叢定植30～40年間，地上部干物質絕對生長速率出現負值，說明30年之后出現了灌叢枝、葉干枯退化現象。

2.2 不同定植年限對小葉錦雞兒灌叢根際土壤理化性質的影響

土壤肥力（水、肥、氣、熱）與植物生長的關系密切，隨著小葉錦雞兒灌叢定植年限的延長，灌叢根際土壤的各項理化學性質也存有明顯差異。

0～30年，各生長年限對灌叢土壤pH值的影響不同，隨著灌叢年齡增加土壤pH并沒有表現出一定的規律性，這可能與不同年齡小葉錦雞兒自身生理活動強弱不同有關。由表2可知，各年齡階段小葉錦雞兒根際土的pH均顯著低于根外土， 5年、10年、20年、30年根際土壤pH比根外土分別減小1.19%、1.30%、2.93%、2.12%。說明在小葉錦雞兒灌叢根際存在較為明顯的酸化效應，這種效應有利于根際土壤養分的活化，但各年齡間灌叢根際土壤pH值差異并不顯著。

0～30年，各生長年限小葉錦雞兒灌叢根際土壤的有機質含量隨著定植年限的增加而逐年增大，各年齡小葉錦雞兒根際土壤的有機質含量均有明顯的富集作用，5年、10年、20年、30年根際土壤有機質的富集率分別達到1.05、1.04、1.04、1.005；且10年灌叢根際土壤與非根際土壤有機質差異達到顯著水平。

0～30年，各生長年限，小葉錦雞兒灌叢根際土壤的全氮含量在5～20年間逐漸增大，20年時最高，30年稍有下降。20年土壤根際全氮含量顯著高于5年和10年。各年齡小葉錦雞兒灌叢根際土壤全氮含量均表現出明顯的富集作用，除20年外，其他各年齡根際與根外的差異并不顯著。5年、10年、20年、30年根際土壤全氮的富集率分別為1.03、1.03、1.07、1.01，20年灌叢根際富集程度最高。

0～30年，各生長年限，小葉錦雞兒灌叢土壤有效磷含量各異，生長年限對灌叢根際有效磷含量的影響并無明顯規律。5年小葉錦雞兒灌叢根際土的有效磷含量出現了虧缺，根際有效磷含量較根外低0.09 mg/kg，這可能與磷的移動能力很低，磷在土壤中主要靠擴散作用向根表的遷移，植物根系對磷的吸收會使根周圍出現磷的虧缺區有關。在10年、20年、30年的小葉錦雞兒灌叢中，根際土的有效磷含量有明顯的富集作用，富集率分別為1.28、1.26、1.37。說明小葉錦雞兒短期生長對磷的富集效應不明顯，而長期則表現為明顯的富集現象，這也和馬斌等[13]的研究結果相一致。

0～30年，各生長年限，灌叢根際土壤的速效鉀含量隨著生長年限的增加呈逐漸降低趨勢，且根際富集效應明顯，以30年最為顯著。5年、10年、20年、30年根際土壤速效鉀的富集率分別為1.10、1.13、1.10、1.16，這種速效鉀在灌叢根際的富集與張學利等[14]的研究結果相一致。

2.3 不同定植年限對灌叢根際土壤酶活力的影響

土壤酶是土壤的組成成分之一，其活性一部分來源于土壤微生物，另一部分來源于植物根系分泌物以及動植物殘體腐解。土壤酶參與了土壤中的一切生物化學反應的進行，是土壤生物活性中較為穩定和靈敏的一個指標[15-16]。

在黃土高原上種植小葉錦雞兒后，隨著植被發育時間的增加，土壤酶活性逐漸提高。土壤過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性均表現為20年>10年>5年，這與小葉錦雞兒從種植到20年，隨著灌叢年齡增長，地面的枯枝落葉物逐漸增多，微生物種類和數量也隨之出現大幅增加有關。而到30年時由于灌叢枝、葉干枯退化現象的出現，以及土壤全氮、有效磷和速效鉀等養分的降低，導致30年的土壤酶活性較20年有所下降。

在晉西北黃土高原上種植小葉錦雞兒后，灌叢根際土壤酶活性的變化表現出一定的階段性，在5～30年變化過程中可劃分為3個明顯的階段，即5～10年為酶活性快速增長期，過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性的增長速率分別達40%和20%；10～20年為緩慢提高期，過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性的增長速率分別為21%和14%；20～30年為緩慢降低期，過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性的增長速率分別為-15%和-11%。在植被構建5年時間后，隨著土壤植被覆蓋度的逐年增大，群落多樣性開始變大，土壤有機質的累積增多，隨之土壤微生物的數量和多樣性均大幅度增加，土壤酶活性也快速增加（見表3）；10～20年間，隨著小葉錦雞兒灌叢定植年限的繼續延長，物種多樣性提高，群落結構逐趨穩定，土壤微生物多樣性、酶活性也表現為緩慢增長的趨勢，這也與滕曉慧等[17]的研究結果相一致。

3 結論與討論

小葉錦雞兒是中國黃土高原地區分布廣泛的豆科灌木植物，保持水土和耐養分貧瘠能力強，同時又是優質的飼料植物資源，生態經濟價值高[18]。但由于受地理位置和自然條件（水分、養分）等的限制，小葉錦雞兒生長狀況與定植年限存在一定的關聯性。本研究表明，小葉錦雞兒隨著定植年限的增加，地上部干物質絕對生長速率的峰值出現在10～20年間；20～30年間生長速率開始逐漸減小，但仍處于增長階段；在灌叢定植30～40年間，地上部干物質絕對生長速率出現負值，說明30年之后出現了灌叢枝、葉干枯退化現象。

小葉錦雞兒長期生活在土壤養分貧瘠，缺乏養分管理的環境下，對土壤養分必然產生一定影響，但具體如何影響，國內一些主要研究者之間也存在一定的爭議。劉增文等[5]研究指出，黃土丘陵區檸條林地定植年限對土壤養分狀況的影響不大。王生芳等[4]則指出，在黃土丘陵溝壑區，4齡以下的檸條林蓋度低、地表大量裸露、水分蒸發強烈，會對土壤養分產生明顯的消耗。本研究表明，0～30年，小葉錦雞兒灌叢土壤有機質和全氮含量并沒有表現出隨定植年限的增加而出現顯著消耗現象；在灌叢根際有機質和全氮含量呈現一定程度的富集，但并不顯著；生長年限對灌叢根際有效磷含量的影響并無明顯規律，0～5年小葉錦雞兒灌叢根際土的有效磷含量出現了虧缺，10～30年根際土的有效磷含量有明顯的富集作用；速效鉀含量會隨著生長年限的增加出現消耗，且根際富集效應明顯。

土壤酶是存在于土壤中各酶類的總稱，是土壤的組成成分之一。土壤酶活性包括已積累于土壤中的酶活性，也包括正在增殖的微生物向土壤釋放的酶活性。它主要來源于土壤中動物、植物根系和微生物的細胞分泌物以及殘體的分解物，與土壤中發生的生物化學過程關系密切[19]。本研究表明：隨著灌叢定植年限的延長，在5～30年變化過程中，土壤過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性在5～10年均處于快速增長期、10～20年處于緩慢提高期，20～30年處于緩慢降低期。

平茬是利用小葉錦雞兒萌蘗能力強的特性，利用人力定期將地面上部枝條剪去，以促進新的枝條萌生 [20-21]。因此，綜合考慮黃土高原植被的可持續性，建議小葉錦雞兒灌叢林應在30年時及時平茬利用。

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