全 文 ：退化红壤区人工林土壤的可溶性有机物、
微生物生物量和酶活性*
江玉梅1,2,3 摇 陈成龙3 摇 徐志红3 摇 刘苑秋1**摇 欧阳菁1 摇 王摇 芳1
( 1 江西农业大学园林与艺术学院,南昌 330000; 2 江西师范大学生命科学学院江西省亚热带植物资源保护与利用重点实验
室, 南昌 330000; 3Environmental Futures Centre and School of Biomolecular and Physical Sciences, Griffith University, Nathan,
Brisbane, Queensland 4111, Australia)
摘摇 要 摇 以江西省泰和县退化红壤区 18 年生马尾松纯林(玉)、马尾松鄄枫香鄄木荷混交林
(域)、木荷纯林(芋)和枫香纯林(郁)4 种人工林林分为对象,并以自然恢复的无林荒草地为
对照(CK),研究其土壤的可溶性有机碳 ( SOC)、氮 ( SON),微生物生物量碳 (MBC)、氮
(MBN)和土壤酶活性的变化.结果表明: 在 0 ~ 10 cm 土层,各林分类型的土壤 SOC、SON 含
量分别为 354 ~ 1007 mg·kg-1和 24 ~ 73 mg·kg-1,MBC、MBN含量分别为 203 ~ 488 mg·kg-1
和 24 ~ 65 mg· kg-1,脲酶和天门冬酰胺酶活性分别为 95 ~ 133 mg· kg-1 · d-1和 58 ~
113 mg·kg-1·d-1 .不同林分类型之间 SOC、SON含量为郁>CK > 芋>玉>域,MBC、MBN含量
为 CK>郁>芋>玉>域,天门冬酰胺酶活性为郁>CK>芋>域>玉,差异显著,而脲酶活性没有显
著差异.随着土层加深,SOC、SON、MBC、MBN、脲酶及天门冬酰胺酶活性下降.在 0 ~ 20 cm土
层,SOC、SON、MBC、MBN、全碳和全氮两两之间达极显著相关. 天门冬酰胺酶活性与 SOC、
SON、MBC、MBN、TSN、全碳、全氮极显著相关;而脲酶活性与 SON、MBC、MBN、TSN、全碳显著
相关.
关键词摇 退化红壤人工林摇 土壤可溶性有机碳、氮摇 土壤微生物生物量碳、氮摇 土壤酶活性
*国家自然科学基金项目(30960312)资助.
**通讯作者. E鄄mail: liuyq404@ 163. com
2010鄄02鄄01 收稿,2010鄄06鄄24 接受.
文章编号摇 1001-9332(2010)09-2273-06摇 中图分类号摇 S714郾 2摇 文献标识码摇 A
Soil soluble organic matter, microbial biomass, and enzyme activities in forest plantations in
degraded red soil region of Jiangxi Province, China. JIANG Yu鄄mei1,2,3, CHEN Cheng鄄long3,
XU Zhi鄄hong3, LIU Yuan鄄qiu1, OUYANG Jing1, WANG Fang1 ( 1College of Forestry, Jiangxi Ag鄄
ricultural University, Nanchang 330000, China; 2Key Lab of Protection and Utilizaion of Subtropic
Plant Resouries of Jiangxi Province, College of Life Science, Jiangxi Normal University, Nanchang
330000, China; 3Environmental Futures Centre and School of Biomolecular and Physical Sciences,
Griffith University, Nathan, Brisbane, Queensland 4111, Australia) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21
(9): 2273-2278.
Abstract: Taking the adjacent 18鄄year鄄old pure Pinus massoniana pure forest (玉), P. massoni鄄
ana, Liquidamber fomosana, and Schima superba mixed forest (域), S. superba pure forest (芋),
L. fomosana (郁) pure forest, and natural restoration fallow land (CK) in Taihe County of Jiangxi
Province as test sites, a comparative study was made on their soil soluble organic carbon (SOC)
and nitrogen (SON), soil microbial biomass C (MBC) and N (MBN), and soil urease and aspara鄄
ginase activities. In 0-10 cm soil layer, the pool sizes of SOC, SON, MBC, and MBN at test sites
ranged in 354-1007 mg·kg-1, 24-73 mg·kg-1, 203-488 mg·kg-1, and 24-65 mg·kg-1, and
the soil urease and asparaginase activities were 95-133 mg·kg-1·d-1 and 58-113 mg·kg-1·
d-1, respectively. There were significant differences in the pool sizes of SOC, SON, MBC, and
MBN and the asparaginase activity among the test sites, but no significant difference was observed
in the urease activity. The pool sizes of SOC and SON were in the order of 郁> CK> 芋>玉>域,
those of MBC and MBN were in the order of CK>郁> 芋 >玉> 域, and asparaginase activity fol鄄
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 9 月摇 第 21 卷摇 第 9 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Sep. 2010,21(9): 2273-2278
lowed the order of 郁>CK>芋>域>玉. With the increase of soil depth, the pool sizes of SOC,
SON, MBC, and MBN and the activities of soil asparaginase and urease decreased. In 0-20 cm
soil layer, the SOC, SON, MBC, MBN, total C, and total N were highly correlated with each oth鄄
er, soil asparaginase activity was highly correlated with SOC, SON, TSN, total C, total N, MBC,
and MBN, and soil urease activity was highly correlated with SON, TSN, total C, MBC and MBN.
Key words: forest plantation in degraded red soil region; soil soluble organic carbon and nitrogen;
soil microbial biomass carbon and nitrogen; soil enzyme activity.
摇 摇 近年来,以土壤可溶性有机质、土壤微生物生物
量和土壤酶活性等作为土壤健康的生态指标,评价
退化生态系统的恢复进程,指导生态系统管理已逐
渐成为研究热点[1-3] .其中可溶性有机物,尤其是可
溶性有机碳(soluble organic carbon, SOC)和可溶性
有机氮( soluble organic nitrogen, SON)是其研究的
主要内容[4-6] .可溶性有机碳、氮作为土壤中活跃的
化学组分,是微生物主要能量和营养物质的重要来
源[7-8] .已有关于可溶性有机碳、氮的研究大部分集
中在亚寒带、温带气候区,而对亚热带地区的森林土
壤可溶性有机碳、氮研究相对较少. 目前,土壤微生
物和酶活性与土壤养分的关系已有大量的研究报
道[9-11],而退化红壤植被恢复后,土壤微生物生物
量、酶活性和可溶性有机物的研究较少. Xing 等[1]
研究发现,在退化土壤恢复 12 年的杉木(Cunning鄄
hamia lanceolata)纯林、罗汉松(Nageia nagi) 鄄柏木
(Taxodium ascendens)混交林和楠木 (Phoebe bour鄄
neii)阔叶纯林中,土壤 SOC、SON、土壤微生物生物
量碳(soil microbial biomass carbon,MBC)、土壤微生
物生物量氮(soil microbial biomass nitrogen,MBN)和
酶活性呈显著的正相关关系. 本文通过研究江西省
泰和县退化红壤区人工林土壤 SOC、SON、MBC、
MBN和酶活性的变化,分析不同林型人工林对退化
红壤质量的影响,以及植被恢复与重建的机理,以期
为退化红壤区人工植被恢复与重建提供科学指导.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于江西省泰和县退化红壤植被恢复试
验区(26毅44忆 N,115毅04忆 E),海拔 80 m.该地区属亚
热带季风湿润性气候,年均气温 18郾 6 益,年均降水量
1726 mm,降雨多集中于 4—6 月,约占全年降水量的
49郾 0%,7—9月高温干旱.土壤为第四纪红粘土发育
的红壤,石粒含量较多,几乎没有腐殖质层,水土流失
严重.重建人工林之前,植被盖度不足 0郾 3,主要分布
有:狗尾草(Setaria viridis)、野古草(Arundinella anom鄄
ala)、白茅( Imperata cylindrica var. major)、扭黄茅
(Heteropogon contortus)等.为恢复退化红壤,1991 年
营造了马尾松 (Pinus massoniana) 纯林、马尾松鄄枫
香(Liquidamber formosana)鄄木荷(Schima superba)混
交林、木荷纯林和枫香纯林等人工林.
本研究选择马尾松纯林(玉)、马尾松鄄枫香鄄木
荷混交林 (域) (简称马尾松混交林)、木荷纯林
(芋)和枫香纯林(郁)4 种人工林为对象,并以自然
恢复的无林荒草地作为对照区(CK).样地基本情况
见表 1.
表 1摇 样地基本情况
Tab. 1摇 Basic properties of study plots (0-20 cm)
林分类型
Plantation
type
土壤深度
Soil depth
(cm)
坡度
Slope
(毅)
坡向
Aspect
坡 位
Slope
location
郁闭度
Canopy
density
容 重
Bulk density
(g·cm-3)
全 碳
Total C
(g·kg-1)
全 氮
Total N
(g·kg-1)
CK 0 ~ 10 <10 S 中上坡 1郾 00* 1郾 58 17郾 4 1郾 33
10 ~ 20 Up slope 1郾 49 10郾 3 0郾 83
玉 0 ~ 10 <10 S 中上坡 0郾 85 1郾 56 10郾 6 0郾 74
10 ~ 20 Up slope 1郾 56 5郾 6 0郾 46
域 0 ~ 10 <10 E 中坡 0郾 97 1郾 63 8郾 7 0郾 61
10 ~ 20 Middle slope 1郾 64 5郾 1 0郾 39
芋 0 ~ 10 <10 E 中下坡 0郾 97 1郾 50 11郾 8 0郾 85
10 ~ 20 Down slope 1郾 63 7郾 4 0郾 58
郁 0 ~ 10 <10 S 中坡 0郾 90 1郾 45 19郾 5 1郾 35
10 ~ 20 Middle slope 1郾 45 12郾 4 0郾 97
*盖度 Coverage; CK:荒草地 Fallow land;玉:马尾松纯林 Pinus massoniana forest;域:马尾松鄄枫香鄄木荷混交林 P. massoniana-Liquidamber fomo鄄
sana-Schima superba forest;芋:木荷纯林 S. superba forest;郁:枫香纯林 L. fomosana forest.
4722 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
1郾 2摇 样品采集
2008 年 11 月,在 4 种人工林和对照区内分别
设立 3 个 10 m 伊 10 m的样方,每个样方内以“S冶形
取 5 个点,每个点分 0 ~ 10 cm 和 10 ~ 20 cm两层取
土样,同一层 5 个点混匀作为一个样品.然后迅速带
回实验室,一部分土样过 2 mm 筛后,放入 4 益冰
箱,用于土壤微生物生物量和土壤酶活性分析;另一
部分土壤样品室内风干,用于测定土壤基本性质和
可溶性有机碳、氮. 土壤容重测定采用环刀法. 采样
时小心去除土壤表层凋落物,按照 0 ~ 10 cm 和 10
~ 20 cm深度在土壤剖面分层取样. 每个样地 5 次
重复.将样品密封后,带回实验室,测定土壤容重.
1郾 3摇 测定方法
采用元素分析仪( Isoprime鄄EuroEA3000, 意大
利)测定土壤全碳、全氮含量[12-13],SOC、SON 含量
采用热水浸提[14],然后用 TOCN分析仪测定 SOC和
可溶性总氮(total soluble N,TSN),流动注射分析仪
测定铵态氮(NH4 + 鄄N)和硝态氮(NO3 - 鄄N),SON =
TSN-(NH4 + 鄄N+NO3 - 鄄N);MBC、MBN 采用氯仿熏蒸
法测定. pH值用 1 颐 2 水溶液、pH计测定.脲酶和天
门冬酰胺酶活性测定参考文献[15]的方法.
1郾 4摇 数据处理
利用 SPSS 16郾 0 对数据进行单因素方差分析
(one鄄way ANOVA)、多重比较(HSD),利用 Pearson
相关系数进行相关分析. 显著性水平设置为 琢 =
0郾 05.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同林型人工林土壤可溶性有机碳、氮含量
由图 1 可以看出,不同林型人工林各土层的可
溶性有机碳、氮含量差异显著.在 0 ~ 10 cm土层,不
同林型 SOC、SON含量分别在 354 ~ 1007 mg·kg-1
和 24 ~ 73 mg·kg-1之间变化,其大小顺序为枫香纯
林>荒草地>木荷纯林>马尾松纯林>马尾松混交林,
其中枫香纯林的 SOC、SON 含量显著高于马尾松纯
林和马尾松混交林,这是因为枫香属落叶阔叶树种,
枯枝落叶分解快,易溶解的有机质向下淋溶较多.荒
草地土壤 SOC、SON 含量介于枫香和木荷纯林之
间,可能与荒草地主要为多年生草本植物,枯落物
多,且周转快,根系密集,阳光充足等有关. 10 ~ 20
cm土层中,各林型土壤 SOC、SON含量明显下降,降
幅分别在 35% ~ 51%和 49% ~ 65% ,且荒草地、马
尾松纯林和马尾松混交林的下降幅度高于木
荷和枫香纯林,这说明荒草地土壤对可溶性有机物
图 1摇 不同林型土壤可溶性有机碳、氮含量
Fig. 1 摇 Contents of soil soluble organic C and N in different
plantation forests (mean依SE).
CK:荒草地 Fallow land;玉:马尾松纯林 Pinus massoniana forest;域:
马尾松鄄枫香鄄木荷混交林 P. massoniana 伊 Liquidamber fomosana 伊
Schima superba forest; 芋:木荷纯林 S. superba forest; 郁:枫香纯林 L.
fomosana forest. 不同小写字母表示差异显著 ( P < 0郾 05 ) Different
small letters indicated significant difference at 0郾 05 level. 下同 The same
below.
的积累主要集中在 0 ~ 10 cm土层.
在 0 ~ 20 cm土层,SOC、SON、全碳、全氮两两之
间极显著相关(表 2).
2郾 2摇 不同林型土壤微生物生物量碳、氮含量
由图 2 可以看出,不同林型各土层间土壤
MBC、MBN 的含量差异显著. 在 0 ~ 10 cm 土层,
MBC、MBN含量分别在 203 ~ 488 mg·kg-1和 24 ~
65 mg·kg-1,而且荒草地>枫香纯林>木荷纯林>马
尾松纯林>马尾松混交林;10 ~ 20 cm 土层中,MBC、
MBN含量分别在 73 ~ 203 mg·kg-1和 8 ~ 28 mg·
kg-1,而且 MBC含量表现为:枫香纯林>荒草地>木
荷纯林>马尾松纯林>马尾松混交林,MBN含量表现
为:枫香纯林>木荷纯林>荒草地>马尾松纯林>马尾
松混交林.相关分析表明,在 0 ~ 20 cm 土层,MBC、
MBN之间,以及其与 SOC、SON、全碳、全氮之间极
显著相关 (表 2), 进一步说明微生物生物量是
SOC、SON的源和汇.
2郾 3摇 不同林型土壤酶活性
由图 3 可以看出,在 0 ~ 10 cm 土层,不同林型
的土壤脲酶活性在 95 ~ 133 mg·kg-1·d-1,天门冬
酰胺酶活性为58 ~ 113 mg·kg-1·d-1,林型之间差
57229 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 江玉梅等: 退化红壤区人工林土壤的可溶性有机物、微生物生物量和酶活性摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 不同林型土壤微生物生物量碳、氮含量
Fig. 2 摇 Contents of soil microbial biomass C (MBC) and N
(MBN) in different plantation forests (mean依SE).
图 3摇 不同林分类型土壤酶活性
Fig. 3 摇 Soil enzyme activities in different plantation forests
(mean依SE).
表 2摇 土壤各相关指标的相关系数
Tab. 2摇 Correlation coefficients among relative soil indices
TC TN TSN MBC MBN SOC SON
MBC 0郾 941** 0郾 932** 0郾 940**
MBN 0郾 919** 0郾 915** 0郾 913** 0郾 971**
SOC 0郾 974** 0郾 962** 0郾 984** 0郾 903** 0郾 877**
SON 0郾 963** 0郾 935** 0郾 992** 0郾 938** 0郾 913** 0郾 967**
脲酶活性 Urease activity 0郾 386* 0郾 299 0郾 330* 0郾 358* 0郾 362* 0郾 291 0郾 319*
天门冬酰胺酶活性
Asparaginase activity
0郾 757* 0郾 707** 0郾 679** 0郾 711** 0郾 649** 0郾 660** 0郾 629**
TC:全碳 Total C; TN:全氮 Total N; MBC:微生物生物量碳Microbial biomass C; MBN: 微生物生物量氮Microbial biomass N; SOC:可溶性有机碳
Soluble organic C; TSN:可溶性总氮 Total soluble N; SON:可溶性有机氮 Soluble organic N. * P<0郾 05; ** P<0郾 01.
异显著,表现为:枫香纯林>荒草地>木荷纯林>马尾
松混交林>马尾松纯林;0 ~ 10 cm土层的脲酶、天门
冬酰胺酶活性要高于 10 ~ 20 cm 土层,脲酶活性下
降幅度为:马尾松纯林(63% )>荒草地(44% )>马尾
松混交林 (31% ) >枫香纯林 (16% ) >木荷纯林
(13% ),天门冬酰胺酶活性下降幅度分别为荒草地
(41% )>木荷纯林(33% ) >枫香纯林(31% ) >马尾
松纯林(12% )>马尾松混交林(8% ).经相关分析,0
~ 20 cm 土层中天门冬酰胺酶和 SOC、SON、MBC、
MBN、TSN、全碳、全氮极显著相关(P<0郾 01);脲酶
与 SON、MBC、MBN、TSN、全碳显著相关(表 2). 这
说明天门冬酰胺酶、脲酶活性与微生物生物量、可溶
性有机物均可作为评价植被恢复后土壤改善状况的
生物学指标.
3摇 讨摇 摇 论
可溶性有机质是土壤有机物转化和微生物代谢
活动的中间产物,其含量高低是微生物对有机物分
解与利用的综合反映[16-18] . SOC、SON 主要来源于
枯落物,腐殖质的分解、微生物生物量和根系分泌物
等均与地上植被类型密切相关[19-20] . 本研究中,枫
香和木荷纯林的 SOC、SON 含量高于马尾松纯林和
马尾松混交林,即阔叶林比针叶林的 SOC、SON 要
高,这与大多数的研究结果一致[1,21-22] .
土壤微生物生物量与生态系统中的能量流动和
生物转化相联系,是土壤微生物生态学研究中的一
个重要指标[23-24] .胡亚林等[25]研究表明,土壤微生
物生物量大小受恢复植被类型土壤输入有机物质的
数量和质量的影响.本研究中,土壤微生物生物量的
6722 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
变化趋势为阔叶林(枫香纯林、木荷纯林)高于针叶
林(马尾松纯林和马尾松混交林),说明木荷纯林、
枫香纯林在提高退化土壤有机质的积累能力方面要
强于马尾松纯林和马尾松混交林.
本研究中,0 ~ 10 cm 土壤酶活性比 10 ~ 20 cm
土壤要高,这是因为土壤 0 ~ 10 cm层积累了较多的
枯枝落叶和腐殖质,有机质含量高,利于微生物生
长,加之表层水热条件和通气状况良好,微生物生长
旺盛,代谢活跃,呼吸强度加大,从而使表层土壤的
酶活性较高.
在 0 ~ 20 cm土层,不同林型土壤脲酶活性表现
为:木荷纯林>枫香纯林>马尾松纯林>马尾松混交
林;天门冬酰胺酶活性为:枫香纯林>木荷纯林>马
尾松混交林>马尾松纯林.荒草地的脲酶、天门冬酰
胺酶活性介于枫香纯林和木荷纯林之间,这与土壤
总碳、总氮,微生物生物量、可溶性有机物含量的变
化规律一致,说明木荷纯林、枫香纯林更有利于脲酶
和天门冬酰胺酶活性的积累. Xing 等[1]研究发现,
退化土壤恢复 12 年,楠木阔叶纯林的天门冬酰胺酶
活性高于罗汉松鄄柏木混交林和杉木纯林.
自然恢复的荒草地的土壤可溶性有机物、微生
物生物量和酶活性指标高于部分林地,与姜培坤
等[26]的研究结果一致. 后者认为,种植 9 年的黑麦
草(Lolium perenne)的微生物生物量碳、氮都高于杉
木和胡柚(Citrus paradisii).但与大多数研究结果不
同[25],可能是因为荒草地主要由多年生草本植物构
成,植被盖度大(100% )、枯落物多,且周转快,根系
密集,阳光充足.
4摇 结摇 摇 论
在退化红壤区人工恢复的 18 年生人工林中,
不同林型土壤 SOC 和 SON 的大小排序为:
枫香纯林>木荷纯林>马尾松纯林>马尾松混交林,
而且 0 ~ 10 cm 土层的 SOC、SON 明显高于 10 ~ 20
cm土层.
在 0 ~ 20 cm土层,不同林型土壤脲酶和天门冬
酰胺酶活性表现为:阔叶林(枫香纯林、木荷纯林)
高于马尾松纯林和马尾松混交林,荒草地介于枫香、
木荷纯林之间.而且 0 ~ 10 cm土层的脲酶和天门冬
酰胺酶活性均高于 10 ~ 20 cm 土层.
微生物生物量碳、氮,可溶性有机碳、氮两两之
间极显著相关.天门冬酰胺酶与可溶性有机碳、氮,
微生物生物量碳、氮,可溶性总氮极显著相关. 脲酶
与可溶性有机碳、氮,可溶性总氮,微生物生物量碳、
氮显著相关.
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作者简介 摇 江玉梅,女,1976 生,博士. 主要从事分子生物
学、土壤微生物学研究. E鄄mail: leaf 91626@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
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