杉木與紅豆杉混交林土壤酶活性分析

劉 宏，盧宗軍，陳代喜，鄧毅暉，李富洲，梁 浩

（1.柳州市林業科學研究所，廣西柳州 545300；2.廣西壯族自治區林業科學研究院，廣西南寧 530002）

在森林土壤生態系統中，土壤酶參與許多重要的生理生化反應，推動土壤代謝過程的進行，可反映土壤物質轉化和能量流動的方向和強度，尤其是反映土壤碳、氮、磷和鉀的轉化強度[1-3]。土壤酶活性是體現土壤生物活性和評價土壤質量的重要指標，可反映土壤中的物質代謝與土壤肥力[4-5]。杉木（Cunninghamia lanceolata）為廣西的主要造林樹種之一，目前以純林為主，長期純林連栽對生態系統保護和地力維護十分不利[6-10]。杉木人工林中多種土壤酶活性均隨杉木栽植代數增加呈逐代下降的趨勢[11-12]。

林下套種營造異齡混交林是混交林栽培模式之一，有利于恢復生物多樣性和提高林分穩定性[13]。紅豆杉（Taxus wallichianavar.chinensis）有較高的藥用價值和耐蔭性，是我國南方杉木人工林林下套種的主要樹種之一，對杉木連栽人工林地力改善有積極作用[14-15]。本研究以杉木純林和“杉木×紅豆杉”近自然混交林為研究對象，調查脲酶、多酚氧化酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶和纖維素酶5 種參與土壤物質代謝的酶活性，研究純林和混交林中土壤酶活性的差異及相互關系，可在一定程度上反映土壤中的物質代謝與土壤肥力狀況，豐富杉木混交林土壤酶系統研究數據，為杉木混交林營建提供更多參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地及試驗林概況

試驗地位于廣西柳州市林業科學研究所（109°24'E，25°12'N），屬中亞熱帶季風氣候；海拔160～650 m，以丘陵和低山為主；土壤以紅壤和山地黃壤為主，土層厚度40～70 cm。

杉木林于1989年3月造林，1999年進行第一次間伐，間伐后的保留密度為1 395 株/hm2；2007年進行擇伐，擇伐后的保留密度為375株/hm2。2008年3月，在部分杉木林中套種紅豆杉，將成熟杉木純林改培為“杉木×紅豆杉”近自然混交林。

1.2 樣品采集

2020年10月，分別在混交林和純林中設置20 m×20 m 的樣地，在樣地內以“S”型選取8 個土樣采集點。在每個采樣點用土鉆（內徑5 cm）取1鉆0～10 cm土層的土樣，將8個采樣點的土樣混勻，剔除植物殘根后帶回實驗室，-20 ℃冷藏。每林分3個重復。在土樣采集袋上標明采樣地點、采樣時間、栽培模式（混交或純林）和重復數等信息，詳細填寫土壤樣品標簽。

1.3 分析方法

測定脲酶、多酚氧化酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶和纖維素酶5種土壤酶活性。脲酶活性測定采用靛酚藍比色法[16]，多酚氧化酶活性測定采用鄰苯三酚比色法[1]，過氧化氫酶活性測定采用高錳酸鉀滴定法[1]，酸性磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法[17]，纖維素酶活性測定采用3,5－二硝基水楊酸比色法[18]。取各樣品數據的平均值。

1.4 數據處理

采用Excel 2010 和SPSS 18.0 軟件進行統計與分析。

2 結果與分析

2.1 混交林與純林土壤酶活性差異

純林中的脲酶活性為401.81 U/g，極顯著高于混交林（364.49 U/g）（P< 0.01）；其他活性在不同林分間均差異不顯著（表1）。

2.2 土壤酶活性離散程度分析

5 種土壤酶活性重復內的變異系數均較小，重復間的變異系數相對較大，說明土壤酶活性分布離散程度較大（表2）。過氧化氫酶活性重復間的變異系數最大，在混交林和純林中分別為47.30%和69.33%。5 種土壤酶活性重復間的變異系數在不同林分間未表現出一致的規律性，符合酶極易受外界因素影響且具有較強時效性的特征。

表2 土壤酶活性變異系數Tab.2 Variation coefficients of soil enzyme activities(%)

2.3 土壤酶活性相關性分析

混交林中，脲酶活性與纖維素酶活性呈顯著正相關（P<0.05）；多酚氧化酶活性與過氧化氫酶活性和酸性磷酸酶活性均呈極顯著正相關（P<0.01），與纖維素酶活性呈顯著正相關（P<0.05）；過氧化氫酶活性與酸性磷酸酶活性呈極顯著正相關（P<0.01）（表3）。

表3 混交林中土壤酶活性的相關性Tab.3 Correlations among soil enzyme activities in mixed plantation

純林中，脲酶活性與多酚氧化酶活性呈顯著正相關（P< 0.05），與纖維素酶活性呈極顯著負相關（P<0.01）；多酚氧化酶活性與過氧化氫酶活性呈顯著負相關（P<0.05），與纖維素酶活性呈極顯著負相關（P<0.01）（表4）。

表4 純林中土壤酶活性的相關性Tab.4 Correlations among soil enzyme activities in pure plantation

3 討論與結論

土壤酶活性與土壤養分密切相關，可反映土壤養分轉化的強度，表征土壤肥力，可用于施肥效果評價[19]。脲酶在一定程度上反映土壤的供氮水平與能力[19]；多酚氧化酶在土壤芳香族化合物循環中起重要作用，利用其反應機制，可進行土壤環境修復[5]；酸性磷酸酶活性直接影響土壤中有機磷的分解轉化及其生物有效性[20]。

本試驗結果表明，杉木純林中的脲酶活性極顯著高于“杉木×紅豆杉”近自然混交林，說明在杉木純林中套種紅豆杉后，土壤中的氮相對缺乏，混交林需適當增施氮肥。“杉木×紅豆杉”近自然混交林中的多酚氧化酶活性高于純林，表明混交林中的土壤芳香族化合物循環更活躍，土壤修復能力更高；混交林中的酸性磷酸酶活性高于純林，表明混交林中土壤有機磷的分解轉化較快，生物有效性較高。陳水玉等[21]的研究結果也表明，杉木混交林中的土壤孔隙度、持水量及有機質、速效磷和速效鉀含量等均有不同程度提高。

土壤酶活性重復內的變異系數可反映檢測的可靠性，重復間的變異系數可在一定程度上反映土壤酶活性分布的離散程度。本試驗中，土壤酶活性重復間的變異系數明顯大于重復內，酶活性分布有一定的離散程度，過氧化氫酶活性的離散程度最大，這可能是因為土壤酶活性較容易受土壤質地等理化性質及坡度和坡位等地理位置的影響，與楊萬勤等[22]的研究結果相似。在土壤酶活性研究中，增加采集樣品重復數，開展多指標調查，有利于更全面地研究林地土壤酶活性及酶活性與其他各影響因素間的相互關系。

在土壤生態系統中，各種酶并不是孤立存在的，而是密切配合，相互作用，共同作用于土壤肥力的形成和轉化[23]。在“杉木×紅豆杉”近自然混交林中，土壤酶活性間存在顯著或極顯著正相關關系；在純林中，土壤酶活性間既存在顯著正相關關系，也存在顯著或極顯著負相關關系，說明土壤酶之間的相互關系和作用復雜，共同參與土壤生態系統中的物質循環過程。