全 文 ：第 35卷 第 2期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.35 No.2
2007年 2月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Feb.2007
马占相思人工林根际土壤化学性质及酶活性的变化 1)
　　　何　斌　秦武明　　刘运华　　梁　机　覃永华　　　玉峙强
(广西大学 ,南宁 , 530004)　　　　(广西高峰林场)　　　　　　(广西大学)　　　　　　　(广西岑溪市林业局)
　　摘　要　对马占相思人工林根际和非根际土壤化学性质和酶活性的差异 ,及其在林木生长过程中的演变规律
进行比较分析。结果表明:随林龄增长 ,根际土壤和非根际土壤主要养分含量(除速效钾外)和酶活性均呈增加趋
势 , 根际土壤 pH值则呈下降趋势 , 但非根际土壤 pH值的规律性不明显;不同年龄阶段根际土壤全氮 、水解氮 、交
换性钙和交换性镁含量均高于非根际土壤 ,根际土壤有机质 、富里酸 、胡敏酸 、全磷 、速效磷和速效钾含量也有相似
的规律;不同年龄阶段根际土壤过氧化氢酶 、蛋白酶 、脲酶和酸性磷酸酶活性均高于非根际土壤。
关键词　马占相思人工林;根际;土壤化学性质;土壤酶活性
分类号　S153ChangesofChemicalPropertiesandEnzymeActivitiesofRhizosphereSoilunderAcaciamangiumPlantation/HeBin, QinWuming(ForestryColegeofGuangxiUniversity, Nanning530004, P.R.China);LiuYunhua(GaofengForestFarmofGuangxiProvince);LiangJi, TanYonghua(GuangxiUniversity);YuShiqiang(CenxiForestryBureauofGuangxiProvince)//JournalofNortheastForestryUniversity.-2007, 35(2).-35 ～ 37Thedifferencesofsoilchemicalpropertiesandenzymeactivitiesbetweenrhizosphereandnon-rhizospheresoilinAcaciamangiumplantationswerecomparativelyanalysed, andtheirchangingregularityduringAcaciamangiumdevelopmentwasal-sostudied.Resultshowedthatwiththestandageincreasing, thecontentofmainnutrientelements(exceptavailableK)andenzymeactivitiesinrhizospheresoilandnon-rhizospheresoilunderA.mangiumplantationsincrease, thepHvalueinrhizo-spheresoildecreases, andnoobviousregularitywasfoundforthepHvalueinnon-rhizospheresoil.ThecontentsoftotalN,hydrolysableN, exchangeableCaandexchangeableMginrhizospheresoilarehigherthanthoseinnon-rhizospheresoilatdiferentagesofA.mangiumplantations, andsimilarregularitywasalsofoundinthecontentsofsoilorganicmater, fulvicacid, humicacid, totalP, availablePandavailableK.Theactivitiesofcatalase, protease, ureaseandacid-phosphataseinrhizospheresoilarehigherthanthoseinnon-rhizospheresoilatdifferentagesofA.mangiumplantations.Keywords　Acaciamangiumplantations;Rhizosphere;Soilchemicalproperties;Soilenzymeactivities
　　马占相思(Acaciamangium)原产于澳大利亚昆士兰北部
沿海 、巴布亚新几内亚等地 , 我国于 1979年开始引进。由于
马占相思具有干形通直 、出材率高 、适应性强 、速生高产及固
氮改土等特性 , 加上其原产地自然条件与我国热带 、南亚热带
地区相似 , 因此 ,马占相思作为荒山造林的先锋树种和短周期
速丰林树种 , 自 20世纪 80年代中期开始在我国热带 、南亚热
带地区的广东 、海南和广西等省区大面积种植和发展 , 成为当
地仅次于桉树(Eucalyptus)的短周期速丰林树种 , 并取得了显
著的经济效益和生态效益。
根际是土壤—植物根系—微生物 3者相互作用的场所。
作为土壤水分 、养分进入植物根系的门户 , 直接影响土壤养分
的有效性及其植物根系的吸收利用 ,因此 , 研究根际土壤微域
营养 ,探索土壤养分环境与植物根系的相互作用和养分运移状
况 ,是目前土壤学中极为活跃的前沿学科之一, 成为多学科特
别是土壤学和植物营养学研究的热点和重点 [ 1-3] 。目前, 有关
林木根际土壤性质的研究国内外已有不少报道[ 4-9] ,但对马占相
思根际土壤性质的研究还未见报道。笔者通过对马占相思人工
林不同年龄阶段(4、7、11年生)的根际和非根际土壤化学性质和
酶活性进行了比较系统的研究,以揭示马占相思生长对土壤性质
影响的机理 ,为马占相思人工林的经营管理提供科学依据。
1　试验地概况
试验地位于广西南宁市国有高峰林场界牌分场 ,地理位
1)广西自然科学基金项目(桂科基 0640018)和广西 “十五 ”林业
科学研究项目(2002-59)。
第一作者简介:何斌 , 男 , 1962年 8月生 , 广西大学林学院 , 高级
工程师。
收稿日期:2006年 4月 20日。
责任编辑:潘　华。
置为东经 108°21′, 北纬 22°58′,属南亚热带季风气候 , 年平均
温度 21.8℃,极端最高气温 40℃, ≥10℃年积温约 7 200℃,
年平均降雨量大约 1 350mm,降雨多集中在 5— 9月 , 相对湿
度约为 79%。标准地位于山坡中部 , 海拔高度约 250m,坡度
25°～ 28°,坡向南偏东 , 土壤类型为砂页岩发育形成的赤红
壤 ,土壤厚度在 70cm以上 , 腐殖质层厚度 15 ～ 20cm。
标准地前茬林分均为杉木(Cunninghamialanceolata)纯
林 ,并分别于各自造林前 1 a年底采伐 , 经炼山整地后 , 于次
年 4月用马占相思实生苗定植 , 调查时 4年生马占相思人工
林林相整齐 , 郁闭度为 0.75,保留密度 1 140株 /hm2 , 林分平
均树高为 12.0m,平均胸径(带皮 , 以下同)为 14.0cm, 林下
植被以黄茅草(Heteropogonontomtus)、五节芒(Miscanthusflo-
ridulus)、路边青(Clerodendrumbungei)等为优势 ,此外少量分
布有桃金娘(Rhodomyrtustomentosa)、野牡丹(Medinilacondi-
dum)、粗叶悬钩子(Rubusalceaefolius)等 , 覆盖度约 70%, 凋
落物层厚度为 2 ～ 3 cm;7年生马占相思人工林林相较整齐 ,
郁闭度为 0.85,保留密度 930株 /hm2 , 林分平均树高为 17.7
m, 平均胸径为 18.3cm, 林下植被以毛桐(Mallotusbarbatus)、
桃金娘 (Rhodomyrtustomentosa)、野牡丹 (Medinillacondi-
dum)、乌毛蕨(Blechnumorientale)等为优势 ,此外还分布较多
的五节芒(Miscanthusfloridulus)、黄茅草(Heteropogonontom-
tus)、粗叶悬钩子(Rubusalceaefolius)等 , 覆盖度约 70%, 凋落
物层厚度约 3cm;11年生马占相思人工林林相较整齐 , 郁闭
度为 0.85,保留密度 775株 /hm2 ,林分平均树高为 19.0m, 平
均胸径为 23.5cm, 林下植被主要以潺稿树(Litseaglutinosa)、
盐肤木(Rhuschinensis)、九节(Psychotriarubra)、狗脊(Wood-
wardiajaponica)等为优势 ,此外少量分布有铁芒箕(Dicranop
terislinearis)、五节芒(Miscanthusfloridulus)、粗叶悬钩子(Ru-
busalceaefolius)等 ,覆盖度约 70%, 凋落物层厚度为 4 ～ 5cm。
2　研究方法
在经过全面实地调查并分析林分状况基础上 , 分别在 4、
7和 11年生的 3个不同生长年龄阶段马占相思人工林中选
择邻近分布 , 母岩一致 , 海拔 、坡向 、坡位等立地条件基本相
同 , 前茬林分相同(均为杉木实生林), 整地 、抚育施肥等营林
和管理措施也相同的林分内,按不同年龄阶段设置面积 20m×
20m的标准样地各 3块 , 测定胸径和树高 , 在每个年龄阶段
标准地内选择 3株平均木 ,仔细挖出表层(0 ～ 20cm)细根(<
4mm), 保留距根表 4mm左右的土壤 , 用抖落法采集根际土
壤;同时在各标准地内按 S形多点采集 0 ～ 20cm土壤样品 ,
充分混合后作为非根际土壤样品。调查和采集样品时间为
2005年 3月。土壤化学性质与酶活性测定与作者过去所用
方法相同 [ 10-11] 。
3　结果与分析
3.1　不同年龄阶段根际和非根际土壤 pH值
马占相思凋落物具有很高的 pH值(pH值约 6.0), 高于
土壤酸度 2个 pH单位 ,每年凋落于地表的枯落物层通过缓
冲机理可以提高雨水 0.1至 0.4个 pH单位 , 即马占相思具有
减弱土壤酸度的作用 [ 12] 。但从表 1来看 ,马占相思生长过程
中 , 其凋落物对提高林地土壤 pH的影响作用十分有限 , 林地
非根际土壤 pH值仍然呈现随林龄增加而降低的趋势 , 但不
同年龄阶段根际土壤 pH值均低于非根际土壤 pH值 , 这表明
马占相思根际土壤是一个相对偏酸的环境 , 显然 ,这可能是由
于根系分泌有机酸和呼吸作用释放 CO2形成 H2CO3 , 从而导
致根系土壤酸性增强的原因 [ 3] 。
3.2　不同年龄阶段根际和非根际土壤腐殖质及其组成特性
土壤有机质数量和质量的变化是土壤肥力和环境质量状
况的重要表征。土壤腐殖质是土壤有机质的重要组成部分 , 它
的组成和性质即反映了土壤形成条件(母质 、植被和水热条
件),同时也反映了土壤肥力高低变化。分析结果(表 2)表明:
马占相思根际和非根际土壤有机碳均随林龄增加而逐步积累,
4、7和 11年生根际土壤有机质质量比均明显高于非根际土壤,
这与其它树种研究结果相一致 [ 4-6];而从土壤腐殖酸碳(胡敏
酸碳和富里酸碳)来看(表 1),根际和非根际土壤腐殖酸碳质
量比均随林龄增长而增加 , 4、7和 11年生马占相思根际土壤
腐殖酸碳质量比比非根际土壤相应提高 12.00%、 13.49%和
23.48%。根际土壤腐殖酸质量比高于非根际的原因可能在
于根系在代谢过程中产生较多的分泌物 , 而由于腐殖酸能够
促进土壤风化和养分释放 ,尤其是富里酸极易溶于水 ,其水溶
液酸性很强 ,可以抑制磷的沉淀 , 在土壤形成和土壤肥力中具
有重要作用 [ 13-14] 。由于南方红壤有效磷极低 ,因此 , 富里酸对
于提高土壤磷素以及微量元素的有效性具有重要作用。
表 1　不同林龄阶段马占相思人工林根际和非根际土壤 pH值和腐殖质组成特性
林龄 /
a
取样
位置 pH值
有机质 /
g· kg-1
有机碳 /
g· kg-1
腐殖酸碳 /
g· kg-1
胡敏酸碳 /
g· kg-1
富里酸碳 /
g· kg-1
胡敏酸碳占有
机碳比例%
胡敏酸 /
富里酸
4 根　际 4.23 30.96 17.96 8.47 2.25 6.22 12.50 0.36
非根际 4.36 24.62 14.38 7.56 2.18 5.38 15.20 0.43
7 根　际 4.10 33.81 19.61 9.84 3.02 6.82 15.60 0.44
非根际 4.23 29.65 17.20 8.67 2.80 5.87 19.80 0.48
11 根　际 4.08 40.72 23.62 12.36 3.94 8.42 16.70 0.47
非根际 4.20 32.79 19.02 10.01 3.47 5.97 21.30 0.53
　　从表 1还可以看出 , 随着马占相思林的生长 ,根际和非根
际土壤 HA/FA比值呈现增大的趋势 , 而衡量土壤腐殖质品质
优劣主要标志之一的土壤腐殖化度 , 即土壤胡敏酸占土壤全
碳量的百分比 [ 11] ,也有相同的变化趋势。可见 , 随着马占相
思林的生长 , 不但在数量上提高土壤有机质或腐殖质质量比 ,
而且也提高土壤腐殖质聚合程度 ,腐殖质分子量增大 , 复杂程
度增加 , 因而有利于土壤腐殖质品质的改善。
3.3　不同林龄阶段根际和非根际土壤矿质养分
不同林龄根际和非根际土壤全氮和水解氮质量比均随林
龄的增加而增大 ,且根际土壤始终高于非根际土壤 ,但两者之
间的增加幅度及其变化趋势存在明显差异(表 2)。 4、 7和 11
年生根际土壤全氮质量比相应高于非根际土壤 47.6%、25.4%
和 18.7%, 增大幅度随林龄增长而减少;根际土壤水解氮质
量比相应高于非根际土壤 60.04%、48.93%和 57.4%, 明显
高于全氮的增加幅度 , 显然这是由于根系含氮分泌物及根的
死亡 、根毛组织表皮的脱落物和微生物在根际聚集的结果。
而其增加量明显高于杉木(Cunninghamialanceolata)、落叶松
(Larixgmelini)、水曲柳(Fraxinusmandshurica)、油桐(Aleu-
ritesfordi)等树种 [ 4-6] ,这可能与马占相思根系具根瘤具有较
强固氮作用有关 [ 15] 。
马占相思不同林龄阶段根际土壤全磷质量比均高于非根
际土壤(见表 2), 但其随林龄增加的变化趋势不明显。马占
相思根际和非根际土壤速效磷质量比均随林龄增加而增大 ,
并且根际土壤均高于非根际土壤 ,说明马占相思根系可以通
过一定作用使各自根际土壤的有效磷质量比增加 , 但其提高
幅度比全氮和水解性氮的提高幅度要小得多 , 并随林龄增加
而明显减少。
表 2　不同林龄阶段马占相思人工林根际和非根际土壤性质养分质量比
林龄 /
a
取样
位置
全 N/
g· kg-1
全 P/
g· kg-1
全K/
g· kg-1
水解 N/
mg· kg-1
速效 P/
mg· kg-1
速效 K/
mg· kg-1
交换性 Ca/
mg· kg-1
交换性 Mg/
mg· kg-1
4 根　际 2.035 0.346 22.19 89.3 1.18 48.2 54.6 17.50
非根际 1.379 0.321 22.06 55.8 0.95 39.5 29.9 8.70
7 根　际 2.380 0.342 22.76 125.4 1.34 68.8 47.9 14.20
非根际 1.898 0.337 23.14 84.2 1.12 35.8 26.8 7.78
11 根　际 2.608 0.374 21.62 150.2 1.52 55.7 68.8 16.39
非根际 2.197 0.360 20.85 95.4 1.49 28.3 35.6 5.68
　　在土壤钾素营养中 ,根际和非根际土壤的全钾质量比无
明显差异 , 但根际土壤速效钾质量比明显高于非根际土壤 , 可
见处于强酸性环境下的马占相思根际微域土壤有利于钾素的
释放 ,从而提高根际土壤的速效钾质量比。 而非根际土壤速
36 　　　　　　　　　　　东　北　林　业　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　　第 35卷
效钾质量比随林龄的增加呈下降趋势 , 表明马占相思在 4 ～
11年生阶段需要的钾素营养都较大。
马占相思根际土壤交换性钙 、镁质量比明显高于非根际
土壤(见表 2)。在 4 ～ 7年根际土壤和非根际土壤交换性钙 、
镁质量比均出现下降现象;7 ～ 11年根际土壤和非根际土壤
交换性钙质量比及根际土壤交换性镁质量比又呈增加趋势 ,
表明马占相思在 4 ～ 7年是需钙的高峰期。马占相思林龄由
4※7※ 11年 , 根际土壤交换性镁质量比均呈下降趋势 , 根际
土壤则先下降后上升 ,表明马占相思在 4 ～ 11年生长过程中
需要镁素营养均较大 。
3.4　不同年龄阶段根际和非根际土壤酶活性
土壤酶是土壤生物化学反应的催化剂 , 它参与土壤中物
质转化过程与循环 , 促进有机质分解 , 反映土壤生物活性大
小 , 因此可以作为土壤肥力的标志之一 [ 10] 。 与非根际土壤相
比 , 林木根际的大量沉积物及活跃的微生物活动 , 使得根际土
壤酶活性处在一个特殊环境中 [ 1] , 致使根际内外酶活性存在
很大差异。马占相思不同林龄阶段根际和非根际土壤酶活性
见表 3。
表 3　不同林龄阶段马占相思人工林林地土壤酶活性　　 mg· g-1　
林龄 /a 取样位置 过氧化氢酶 蛋白酶 脲酶 酸性磷酸酶
4 根　际 0.855 0.680 0.683 0.508
非根际 0.817 0.630 0.255 0.319
7 根　际 0.959 0.765 0.813 0.575
非根际 0.834 0.670 0.328 0.433
11 根　际 1.153 0.805 0.832 0.649
非根际 0.806 0.763 0.348 0.502
　　过氧化氢酶参与土壤中物质和能量转化 , 具有分解土壤
中对植物有害的过氧化氢的作用 , 在一定程度上反映土壤中
腐殖质的再合成强度。不同林龄马占相思根际土壤过氧化氢
酶活性均高于非根际土壤 , 并随林龄增长而提高 , 说明马占相
思生长有利于土壤代谢过程中所产生的有毒物质的分解 , 也
有利于林木正常生长 。
脲酶能促进有机质分子中肽键水解 ,其产物是植物最重
要的土壤速效氮。马占相思不同林龄根际和非根际土壤脲酶
活性均随林龄增加而增强 , 可见马占相思的生长有利于脲酶
酶促反应的发生及进行 ,但根际土壤脲酶活性显著高于非根
际土壤 , 表现出与土壤水解氮质量比相同的趋势 , 这可能与马
占相思根系具根瘤有关 ,同时说明根际微域有利于土壤中速
效氮的转化 , 对促进林木的固氮改土有重要的作用。
蛋白酶对土壤中氨基酸 、蛋白质及含氮有机化合物的水
解发挥重要作用 , 最终产物氨基酸是植物生长所需的重要物
质。不同林龄根际土壤蛋白酶活性均高于非根际土壤 ,同时
也随林龄增长而增强 , 表现出与脲酶活性相似的变化趋势 , 这
有利于土壤中氨基态氮的转化 ,促进林木生长。
南方红壤中磷酸酶以酸性磷酸酶为主 , 能促进土壤有机
磷化合物水解 , 使之转化为植物可吸收利用的无机磷 , 其活性
反映土壤供应有效磷的潜在能力。马占相思根际和非根际土
壤酸性磷酸酶活性均随林龄增长而增加 , 根际土壤始终高于
非根际土壤。显然 , 在缺磷严重的南方红壤 , 根际土壤酸性磷
酸酶活性的提高会导致土壤有机磷水解作用的增强 , 对于提
高土壤磷的有效性具有相当重要的作用 [ 14] 。
研究同时表明 , 4 ～ 7年生根际土壤各种酶活性的提高幅
度明显高于 7 ～ 11年生阶段 , 但非根际土壤各种酶活性在 2
个生长阶段的提高幅度均较小 , 其中过氧化氢酶在 7 ～ 11年
生阶段还出现下降趋势。可见 ,与非根际土壤相比 ,在 4 ～ 7
年生阶段林木生长对根际土壤酶促反应的影响比较强烈 , 随
着林木进一步生长 , 对酶促反应的影响趋于减弱。
4　结论
随林龄增加 , 马占相思根际土壤 pH值呈下降趋势 ,不同
林龄阶段根际土壤均低于非根际土壤 , 但非根际土壤的变化
趋势不明显。马占相思根际土壤有机质 、富里酸 、胡敏酸 、全
氮 、全磷和速效养分质量比多数也随林龄增加呈增大趋势 , 并
且根际土壤中主要养分质量比多数也高于非根际土壤 , 其中
以全氮 、水解氮提高幅度最大 ,说明马占相思根系通过分泌各
类有机物质和不平衡的元素吸收来影响土壤性质 , 可以提高
根际微区土壤养分水平 , 同时也在一定程度上反映了马占相
思根系具根瘤 , 具有较强固氮作用。而随着林龄增加 ,根际和
非根际土壤的胡敏酸与富里酸比值及土壤腐殖化度也随之提
高 ,说明马占相思林生长过程不但在数量上提高了土壤腐殖
质质量比 ,而且也改善土壤腐殖质品质 ,更有利于林木生长发
育和提高林地生产力。
除非根际土壤过氧化氢酶活性外 ,马占相思根际和非根际
土壤蛋白酶 、蔗糖酶 、脲酶以及根际土壤过氧化氢酶的活性 , 均
呈现随林龄增长而提高的趋势 ,其中在 4 ～ 7年生呈现明显提
高趋势, 在 7 ～ 11年生减弱。不同林龄阶段马占相思根际土壤
酶活性均明显高于非根际土壤 ,其中提高幅度最大的是脲酶活
性 ,其次是酸性磷酸酶 ,然后是过氧化氢酶或蛋白酶。因此 , 土
壤肥力重要指标的土壤生物化学活性即酶活性的动态变化也
显示出马占相思的生长有利于土壤肥力的提高。
参　考　文　献
[ 1] 　张福锁.根际动态过程与植物营养 [ J] .土壤学报 , 1992, 29(3):
239-250.
[ 2] 　郭朝晖 ,张扬珠 ,黄子蔚.根际微域营养研究进展 [ J] .土壤通
报 , 1999, 30(1):46-48.
[ 3] 　张学利 ,杨树军 ,张百习.我国林木根际土壤研究进展 [ J].沈阳
农业大学学报 , 2002, 33(6):461-465.
[ 4] 　杨承栋 ,焦如珍.杉木人工林根际土壤性质变化的研究 [ J].林
业科学 , 1999, 35(6):1-9.
[ 5] 　ZhangYandong.Thevariationofnutrientconcentrationintherhizo-
sphereoflarchandashinmixedandmonoculturestands[ J].Jour-
nalofForestryResearch, 2002, 13(4):269-272.
[ 6] 　蔡丽平 ,陈光水 ,谢锦升, 等.杉木 、油桐 、仙人草复合模式的根
际土壤肥力 [ J] .东北林业大学学报 , 2001, 29(2):51-54.
[ 7] 　CleggS, GobramCR.RhizospherePandKinforestsoilmanipula-
tedwithammoniumsulphateandwater[ J] .CanJSoilSci, 1999,
77:523-556.
[ 8] 　DiefenbachA, EMatzner.Insitusoilsolutionchemistryintherhi-
zosphereofmatureNorwayspruce(piceaabies(L)Karst)trees
[ J] .PlantandSoil, 2000, 222:149-161.
[ 9] 　CourchesneF, GobranGR.Mineralogicalvariationsofbulkand
rhizospheresoilsfromaNorwaysprucestand[ J].SoilSciSocAm
J, 1997, 61:1245-1249.
[ 10] 　何斌 ,温远光 ,袁霞 ,等.广西英罗港不同红树植物群落土壤理
化性质与酶活性的研究 [ J].林业科学 , 2002, 38(2):21-26.
[ 11] 　何斌 ,温远光 ,刘世荣 ,等.英罗港不同红树植物群落土壤腐殖
质组成及特性的研究 [ J].土壤学报 , 2006, 43(3):517-520.
[ 12] 　LiZhi an, CaoYusong.AcidBuferingCapacityofForestLiter
fromSomeImportantPlantationandNaturalForestsinSouthChina
[ J] .Actabotanicasinica, 2003, 45(12):349-355.
[ 13] 　窦森.富里酸对土壤肥力和植物生长的影响 [ C] //黄巧云.迈
向 21世纪的土壤与植物营养科学.北京:中国农业出版社 ,
1997:60-65.
[ 14] 　李学垣.土壤化学 [ M].北京:高等教育出版社, 2001:356-
361.
[ 15] 　潘月芳.叶面施肥促进马占相思苗木根瘤结瘤量试验 [ J].林
业科技开发 , 2005, 19(5):59-60.
37第 2期　　　　　　　　　　　何　斌等:马占相思人工林根际土壤化学性质及酶活性的变化