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不同造林技术措施对藏川杨林地土壤肥力的影响



全 文 :第40卷 第12期
2012年12月
西北农林科技大学学报(自然科学版)
Journal of Northwest A&F University(Nat.Sci.Ed.)
Vol.40 No.12
Dec.2012
网络出版时间:2012-11-19 16:46
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20121119.1646.021.html
不同造林技术措施对藏川杨林地土壤肥力的影响
 [收稿日期] 2012-04-13
 [基金项目] “十一五”国家科技支撑计划重点项目(2007BAC06B02);西藏农牧学院创新团队建设项目(2010);国家级林学特色专业
项目(2010)
 [作者简介] 叶彦辉(1980-),男,河南临颍人,讲师,主要从事森林培育和植被恢复研究。E-mail:yeyanhui3554@126.com
 [通信作者] 韩艳英(1978-),女,河南南阳人,讲师,主要从事森林资源经营与管理研究。E-mail:hanyanying3554@126.com
叶彦辉1,韩艳英1,赵垦田1,张昆林1,刘莉丽2
(1西藏农牧学院 资源与环境学院,西藏 林芝860000;2西北农林科技大学 林学院,陕西 杨凌712100)
[摘 要]  【目的】研究拉萨半干旱河谷不同造林技术措施对藏川杨林地土壤化学性质、微生物数量和酶含量
的影响,为拉萨半干旱河谷科学造林和退化生态系统的恢复提供依据。【方法】于2010-09在拉萨达孜县章多乡半干
旱河谷造林地,选择覆石头、覆膜、覆秸秆、覆鸡蛋筐和使用保水剂措施下种植的藏川杨林地为研究对象,以未采用任
何措施的造林地为对照,对不同造林措施下土壤的化学性质、微生物数量以及酶含量进行了测定,并进行了主成分分
析。【结果】不同造林措施下,林地不同土层土壤中的各种养分含量和酶含量均明显高于对照林地,其中增幅最高处
理的土壤速效氮、速效磷、速效钾和有机质分别较对照增加24.4%,45.1%,226.3%和181.5%,土壤脲酶、过氧化氢
酶、蔗糖酶和磷酸酶分别较对照增加34.4%,194%,1 655%和658.5%,但在不同土层中未表现出相似的规律;不同
造林措施下,土壤中的各种微生物数量均明显高于对照林地,增幅最高处理土壤的细菌、真菌和放线菌数量分别较对
照增加279.8%,375.3%和111.5%,各处理土壤中的微生物均以细菌数量最多,放线菌次之,真菌最少。【结论】采
用不同的造林措施进行藏川杨植被恢复,有利于土壤理化性状改善、微生物数量增加及酶含量增强。主成分分析表
明,在拉萨半干旱河谷采取覆鸡蛋筐和使用保水剂对土壤的改良效果优于其他措施。
[关键词] 土壤微生物;土壤酶含量;土壤化学性质;主成分分析;青藏高原
[中图分类号] S725 [文献标志码] A [文章编号] 1671-9387(2012)12-0064-09
Efects of diferent aforestation measures on fertility
of soil in populus szechuanic forest
YE Yan-hui 1,HAN Yan-ying1,ZHAO Ken-tian1,ZHANG Kun-lin1,LIU Li-li 2
(1 Department of Resources and Environment Tibet Agriculture and Animal Husbandry College,Linzhi,Tibet 860000,China;
2 College of Forestry,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China)
Abstract:【Objective】This study aimed to research the effects of different afforestation measures on
physical-chemical properties,microbe quantity and content of enzyme of soil in populus szechuanic forest,
and provide a basis for the scientific afforestation and the restoration of degraded ecosystem in Lhasa semi-
arid valey.【Method】In September 2010,the soil nutrient content,enzyme activity,and soil microorganism
of populus szechuanica forests covered with stone,film,straw,egg-tray and with addition of water retaining
agent in semi-arid valey region of Lhasa were determined and analyzed.And a principal component analysis
was conducted to these variables as wel.【Result】The soil nutrient content and content of enzyme under
different afforestation measures were significantly higher than those of the control test.The highest in-
crease of available nitrogen,available P,available K,and organic matter were 24.4%,45.1%,226.3%,and
181.5%,respectively.The urease,catalase,sucrase,and phosphatase increased by 34.4%,194%,1 655%
DOI:10.13207/j.cnki.jnwafu.2012.12.014
and 658.5%,respectively.However,the increase patterns in different soil layers were different.The num-
ber of microorganisms in the forest with different afforestation measures were significantly higher than the
control group and the highest increase of bacteria,fungi,and actinomycetes were 279.8%,375.3%,and
111.5%respectively.Bacteria were the most abundant microorganism,folowed by actinomycetes and fun-
gi.【Conclusion】The different afforestation measures were beneficial to improve soil physical and chemical
properties,number of microorganisms,and content of enzyme.The principal component analysis showed
that using egg-trays and water retaining agent is superior to other measures in the semi-arid valey region
of Lhasa.
Key words:soil microorganism;content of enzyme;soil chemical properties;principle component analy-
sis;Tibetan Plateau
  20世纪以来,全球生态环境持续恶化,沙漠化、
水土流失、水资源短缺等问题严重威胁着人类的生
存和发展,恢复受损和退化的生态系统成为国际社
会广泛关注的热点问题[1]。土壤性状的改善是植被
恢复的重要目标,其目的是促进植被的正向演替,建
成稳定的植物群落,因而植被恢复对土壤的影响是
该领域研究的重点问题。植被恢复会对土壤的多种
理化性状产生影响,不同造林措施对土壤的影响也
不同。土壤养分的固定与释放以及各种氧化还原反
应,直接参与了土壤营养元素的有效化过程,可以客
观地反映土壤的肥力状况[2-7]。土壤微生物通过分
解动植物残体而参与森林生态系统的能量流动和物
质循环,影响着树木的生长发育,是土壤肥力评价的
重要指标之一[8]。土壤微生物和土壤酶含量的增
加,能够促进植物生长,防治和减轻病虫危害[4-5]。
采用不同的造林方式可不同程度地保持或提高苗木
生长所需的水分,提高苗木成活率[9]。地表覆盖是
改善根系环境的重要措施之一,有关学者针对秸秆
和地膜覆盖的水热效应进行了大量研究[10-15],结果
表明,地表覆盖能够改善土壤养分,提高生物
量[16-17]。因此,如何通过合理的抗旱措施,利用有限
的水分资源提高植被覆盖率,是拉萨半干旱河谷地
带植被恢复与重建面临的一个关键问题。综上所
述,林业科技工作者虽然已进行了大量的有关试验
研究工作,并取得了很大的成就,但关于不同造林措
施对土壤养分、微生物数量和酶含量影响的对比研
究却鲜见报道。
拉萨半干旱河谷地带是西藏“一江两河”的重点
区域之一[18],其生态环境的退化影响着西藏高原国
家生态安全屏障的构建。因此,在拉萨半干旱河谷
地带,围绕退化生态系统的恢复技术与植被重建,研
究不同造林措施下土壤养分、微生物数量和酶含量
的分布变化规律,可以直接或间接地反映不同造林
措施对土壤的改良作用,并可为不同程度退化生态
系统植被恢复模式的选择提供参考。这不仅对拉萨
半干旱河谷地带的生态改善有重要意义,而且也是
建设西藏高原国家生态安全屏障的需要。
本研究分析了覆石头、覆膜、覆秸秆、覆鸡蛋筐、
使用保水剂等5种造林措施下,藏川杨林地的土壤
化学性质、微生物数量和酶含量的状况,并与造林时
不采取任何措施的对照林地进行了比较,评价了这
些造林措施对土壤肥力的影响,并从营林角度探讨
了如何选择合适的造林措施进行退化生态系统的植
被重建,以期为拉萨半干旱河谷地带的科学造林和
退化生态系统的恢复提供依据。
1 研究地概况
试验地位于拉萨达孜县章多乡半干旱河谷地
带,地理位置为 N29°48.195′,E91°32.383′,海拔
3 750m。该地区气候属高原温带半干旱季风气候,
受下沉气流的影响,年日照时数在3 000h以上,年
降水量200~510mm,多集中在6-9月份,多夜
雨;最高气温29℃,最低气温-16.5℃,年平均气
温7.4℃;空气稀薄,气温低,日温差大,冬春干燥,
多大风;年无霜期100~120d。土壤为沙土或沙壤
土,肥力较低,保水保肥能力较差。拉萨半干旱河谷
地带人口稠密,由于人类长期频繁的活动和不合理
的资源开发利用,河谷地带的森林(灌丛)被大量樵
采、天然植被被开垦为耕地,当地大面积的原生植被
已不复存在,取而代之的为退化的天然次生植被和
组成单一、稳定性较弱的以杨、柳为主的人工植被。
目前主要采用的造林措施有覆膜、覆石头以及雨季
造林,主要造林树种为藏川杨(Populus szechuani-
ca)、银白杨(Populus alba)、细叶红柳(Salix mi-
crostachya)和江孜沙棘(Hippophae rhamnoides)。
56第12期 叶彦辉,等:不同造林技术措施对藏川杨林地土壤肥力的影响
2 材料与方法
2.1 试验材料
覆盖所用材料石头为当地河谷中2~5cm的鹅
卵石,薄膜是市场上常用的聚乙烯树脂膜,秸秆主要
是小麦、青稞和油菜秸秆,鸡蛋筐为市场上销售的普
通纸浆蛋筐,保水剂为聚丙烯酸铵颗粒制剂(法国爱
森SNF产品)。
2.2 样地的设置与土壤样品的采集
2009-03,在章多乡造林地进行了藏川杨不同造
林措施试验,试验地土壤为沙土,发育于冲击物和洪
积物母质,土壤发育年轻,土层较薄。造林采用穴
植,规格为80cm×80cm,具体造林措施包括覆石
头(在穴表面覆盖直径2~5cm的鹅卵石)、覆膜(在
穴上方覆盖聚乙烯树脂薄膜)、覆秸秆(在穴上方覆
盖2cm左右的农作物秸秆)、覆鸡蛋筐(在穴底部铺
上鸡蛋筐)和采用保水剂(在每个穴内撒入质量分数
0.1%的保水剂10g并与土壤混合),以不采取任何
造林措施为对照。试验小区面积0.22hm2,不同处
理种植30棵藏川杨(苗龄2年,苗高85cm,地径
2.50cm)。
2010-08,对苗木进行调查,得到不同造林措施
下的苗木生长状况见表1。2010-09,在同一立地类
型分别选取不同造林措施和对照处理的藏川杨样地
(20m×20m)各3块,在样地随机选取5块1m×1
m的小样方,去除土壤表层的枯落物层,挖取土壤
剖面并采集土壤样品,采样深度分别为0~10cm和
10~20cm。采样过程尽可能快速,以减少水分蒸发
带来的误差以及空气对土壤微生物和酶含量的影
响。将采集的土样立即放入内置冰块的医用保鲜盒
内,带回实验室分为2份,其中1份土样风干粉碎
后,用于测定土壤化学性质;另1份放入4℃冰箱中
保存,用于测定土壤微生物数量及土壤酶含量。
表1 不同造林措施下藏川杨苗木的生长状况
Table 1 Seedling growth status of populus szechuanica with different afforestation measures
造林措施
Afforestation measures
苗木年龄/年
Tree age
株行距/(m×m)
Planting spacing
苗高/cm
Seedling height
地径/cm
Root diameter
对照CK  3  3×4  120.01  3.00
覆石头Covering stone  3  3×4  120.64  3.06
覆膜Covering film  3  3×4  121.70  3.11
覆秸秆Covering straw  3  3×4  120.51  3.07
覆鸡蛋筐Covering egg-tray 3  3×4  122.04  3.10
用保水剂Using water retaining agent  3  3×4  121.13  3.09
2.3 测定项目与方法
2.3.1 土壤化学性质测定 速效氮含量采用碱解
扩散法测定,速效磷含量采用NaHCO3 浸提钼锑抗
比色法测定,速效钾含量采用1mol/L NH4Ac浸提
火焰光度法测定,有机质含量采用重铬酸钾外加热
氧化法测定,pH值用pH计测量。
2.3.2 土壤微生物数量测定 采用平板分析法。
细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基,以稀释度为
10-4,10-5,10-6的土壤稀释液接种;真菌采用查氏
(Czapek)培养基,以稀释度为10-2,10-3,10-4的土
壤稀释液接种;放线菌采用高氏1号(Gause’s 1)培
养基,以稀释度为10-3,10-4,10-5的土壤稀释液接
种。各微生物分析均采用表面接种法接种,每一处
理设3个重复,接种后置25~28℃温箱内培养,细
菌在36~72h内检查,真菌在3~5d内检查,放线
菌在7~10d内检查。
2.3.3 土壤酶含量测定[19] 土壤脲酶含量采用苯
酚-次氯酸钠比色法测定,土壤蛋白酶含量采用福林
法测定,土壤过氧化氢酶含量采用容量法测定,土壤
蔗糖酶含量采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定,土
壤碱性磷酸酶含量采用磷酸苯二钠比色法测定。
2.4 数据统计与分析
运用Excel和SPSS软件对试验数据进行统计
与分析,并采用单因素方差分析(One-way ANO-
VA)和最小显著差异法(LSD)比较不同数据间的差
异。
3 结果与分析
3.1 不同造林措施对藏川杨林地土壤化学性质的
影响
  土壤养分特别是速效养分直接影响林木的生
长,不同造林措施下因养分归还条件的不同,会导致
土壤养分含量存在差异。由表2可以看出,不同造
林措施下,藏川杨林地土壤中各种速效养分和有机
质的含量基本均高于对照,其中0~20cm土层速效
氮含量依次表现为覆鸡蛋筐>用保水剂>覆膜>覆
秸秆>覆石头,覆鸡蛋筐增加幅度最高,为24.4%;
速效磷含量依次为覆膜>覆石头>用保水剂>覆鸡
66 西北农林科技大学学报(自然科学版) 第40卷
蛋筐>覆秸秆,覆膜增加幅度最高,为45.1%;速效
钾含量依次为覆鸡蛋筐>覆膜>覆秸秆>用保水
剂>覆石头,覆鸡蛋筐增加幅度最高,为226.3%;
有机质含量依次为用保水剂>覆鸡蛋筐>覆石头>
覆膜>覆秸秆,用保水剂增加幅度最高,为181.5%。
各种造林措施下,林地土壤养分与对照均差异显著,
说明不同造林措施在一定程度上均对土壤养分有改
善作用。
土壤pH对植物的生长发育、土壤微生物数量
和活性以及土壤养分有效性影响很大,不同造林措
施下土壤pH与对照相比均有所降低,降低幅度最
大的为使用保水剂处理,覆秸秆、覆鸡蛋筐和使用保
水剂时的土壤pH 与对照差异显著,覆石头和覆膜
处理与对照之间在0~10cm土层差异不显著,在
10~20cm土层差异显著。
5种不同造林措施下,林地土壤速效氮和速效
磷含量及pH值均随土层加深而增加,对速效氮而
言,施用保水剂对其含量影响最大,10~20cm土层
土壤的速效氮含量较0~10cm土层增加72.756
mg/kg,这可能与保水剂可降低氮素淋失,使氮素大
量沉积在土壤下层有关。对速效磷而言,覆秸秆对
其含量影响最大,10~20cm土层的速效磷含量较
0~10cm土层增加1.624mg/kg。对速效钾而言,
覆石头和覆秸秆措施下,0~10cm土层的速效钾含
量较10~20cm土层低,在其他措施下0~10cm土
层的速效钾含量较10~20cm土层高。在覆石头和
覆膜措施下,0~10cm 土层的土壤有机质含量较
10~20cm土层高;而在其他措施下,0~10cm土层
的土壤有机质含量较10~20cm土层低。
表2 不同造林措施对藏川杨林地0~20cm土层土壤化学性质的影响
Table 2 Effects of different afforestation measures on soil chemical properties in populus
szechuanic forest at the soil layer with a depth of 0-20cm
造林措施
Afforestation
measures
0~10cm土层0-10cm soil layer
速效氮/
(mg·kg-1)
Available N
速效磷/
(mg·kg-1)
Available P
速效钾/
(mg·kg-1)
Available K
有机质/
(g·kg-1)
Organic matter
pH
对照CK  74.180a 1.237a 56.160a 4.412a 8.47c
覆石头Covering stone  79.045b 1.783b 68.604b 10.493c 8.33bc
覆膜Covering film  97.013e 2.114c 179.936e 10.508c 8.32bc
覆秸秆Covering straw  90.475d 1.306a 84.623c 8.014b 8.18b
覆鸡蛋筐Covering egg-tray  109.419f 1.944b 252.319f 12.999d 7.82a
用保水剂Using water retaining agent  80.141c 2.360d 175.889d 14.674e 7.72a
造林措施
Afforestation
measures
10~20cm土层10-20cm soil layer
速效氮/
(mg·kg-1)
Available N
速效磷/
(mg·kg-1)
Available P
速效钾/
(mg·kg-1)
Available K
有机质/
(g·kg-1)
Organic matter
pH
对照CK  114.183a 2.541a 58.990a 6.540a 9.19d
覆石头Covering stone  117.423b 2.819c 75.469c 8.335c 8.59c
覆膜Covering film  119.534c 3.366e 127.295e 7.591b 8.41bc
覆秸秆Covering straw  122.292d 2.930d 187.117f 9.027d 8.36ab
覆鸡蛋筐Covering egg-tray  124.987e 2.552a 120.040d 14.259e 8.47bc
用保水剂Using water retaining agent  152.897f 2.663b 64.639b 16.107f 8.22a
  注:同列数据后标不同小写字母表示在5%水平上差异显著(P<0.05)。下表同。
Note:The lowercase letters indicate that the differences are notable(P<0.05).The folowing tables are the same.
3.2 不同造林措施对藏川杨林地土壤微生物数量
的影响
  由表3可知,不同造林措施下藏川杨林地的各
种微生物数量均高于对照,说明这几种造林措施均
有利于土壤微生物的生长,在一定程度上有效改善
了土壤的微生物环境。不同造林措施下,各林地土
壤微生物中细菌是数量最多的一个类群,占微生物
总数的71.87%~87.42%;放线菌次之,占微生物
总数的12.16%~27.84%;真菌最少,仅占0.26%~
0.60%。5种造林措施下,各林地的土壤微生物总
量均明显高于对照,各处理林地土壤微生物总量依
次表现为覆鸡蛋筐>覆石头>用保水剂>覆秸秆>
覆膜>对照,其中覆鸡蛋筐处理土壤的微生物总量
是对照的3.31倍,这是由于在覆鸡蛋筐措施下,土
壤的保水性和通气条件有利于微生物的生存和繁
衍,因而土壤微生物总量最大。各种造林措施下,藏
76第12期 叶彦辉,等:不同造林技术措施对藏川杨林地土壤肥力的影响
川杨林地土壤的细菌数量依次为覆鸡蛋筐>覆石头
>覆秸秆>用保水剂>覆膜>对照,真菌数量依次
为覆秸秆>覆石头>覆鸡蛋筐>用保水剂>覆膜>
对照,放线菌数量依次为用保水剂>覆鸡蛋筐>覆
膜>覆秸秆>覆石头>对照。对不同造林措施下的
土壤微生物数量进行方差分析,结果表明,细菌数和
真菌数在不同造林措施下均差异显著(P<0.05),
放线菌数除在覆石头与覆秸秆、覆鸡蛋筐与施用保
水剂之间差异不显著外,在其他措施之间均差异显
著,这主要是不同措施对土壤环境的改良效果不同
所致。
表3 不同造林措施对藏川杨林地0~20cm土层土壤微生物数量的影响
Table 3 Effects of different afforestation measures on the microbe quantities in populus szechuanic
forest at the soil layer with a depth of 0-20cm  104·g-1
造林措施
Afforestation
measures
0~20cm土层0-20cm soil layer
细菌
Bacterium
真菌
Fungus
放线菌
Actinomycetes
对照CK  58.973 3a 0.239 1a 22.845 5a
覆石头Covering stone  197.537 5e 0.948 8e 27.479 0b
覆膜Covering film  106.647 5b 0.380 5b 31.726 3c
覆秸秆Covering straw  160.831 5d 1.136 5f 28.562 6b
覆鸡蛋筐Covering egg-tray 223.983 5f 0.699 9d 46.812 6d
用保水剂Using water retaining agent  155.255 2c 0.607 2c 48.329 5d
3.3 不同造林措施对藏川杨林地土壤酶含量的
影响
  土壤酶系统是土壤中生物活性最强的部分,尽
管积累在土壤中的酶很少,但其作用巨大[20]。由表
4可知,5种造林措施下,藏川杨林地0~20cm土层
土壤的脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和磷酸酶平均含量
均高于对照,只有蛋白酶的平均含量低于对照,这主
要是由于不同造林措施下土壤的碱性增强进而对蛋
白酶产生了抑制作用所致。
表4 不同造林措施对藏川杨林地0~20cm土层土壤酶含量的影响
Table 4 Effects of different afforestation measures on the soil contents of enzyme in populus
szechuanic forest at the soil layer with a depth of 0-20cm
造林措施
Afforestation
measures
0~10cm土层0-10cm soil layer
脲酶/
(mg·kg-1)
Urease
蛋白酶/
(mg·kg-1)
Protease
过氧化氢酶/
(mL·kg-1)
Catalase
蔗糖酶/
(mg·kg-1)
Sucrase
磷酸酶/
(mg·kg-1)
Phosphatase
对照CK  0.195a 0.355c 9.917a 6.32a 3.775a
覆石头Covering stone  0.245b 0.341bc  21.000e 19.56c 15.235e
覆膜Covering film  0.246b 0.334b 13.625b 19.619c 13.542d
覆秸秆Covering straw  0.262b 0.299a 14.833c 16.121b 13.719d
覆鸡蛋筐Covering egg-tray  0.254b 0.339bc  14.833c 27.107d 5.644b
用保水剂Using water retaining agent  0.235ab  0.395d 17.417d 19.419c 7.689c
造林措施
Afforestation
measures
10~20cm土层10-20cm soil layer
脲酶/
(mg·kg-1)
Urease
蛋白酶/
(mg·kg-1)
Protease
过氧化氢酶/
(mL·kg-1)
Catalase
蔗糖酶/
(mg·kg-1)
Sucrase
磷酸酶/
(mg·kg-1)
Phosphatase
对照CK  0.183a 0.379b 7.000b 1.268a 1.119a
覆石头Covering stone  0.188a 0.341a 18.000d 17.817d 5.370e
覆膜Covering film  0.202ab  0.348a 5.333a 3.556b 2.635b
覆秸秆Covering straw  0.210bc  0.374b 12.917c 3.433b 4.680d
覆鸡蛋筐Covering egg-tray  0.229c 0.339a 17.667d 13.768c 3.987c
用保水剂Using water retaining agent  0.216bc  0.325a 20.583e 22.254e 8.488f
  不同造林措施下,0~10cm土层土壤脲酶的含
量均高于10~20cm土层。5种造林措施下土壤脲
酶的平均含量差异不大,0~10cm表层土壤的脲酶
含量在各措施间差异不显著;在10~20cm土层,覆
石头措施下的土壤脲酶含量最低,覆鸡蛋筐措施下
的土壤脲酶含量最高。
86 西北农林科技大学学报(自然科学版) 第40卷
蛋白酶可促进蛋白质水解为氨基酸,进而加速
土壤氮素循环。5种造林措施下,土壤蛋白酶的平
均含量差异不大,0~10cm土层土壤蛋白酶含量最
高的为施用保水剂措施,含量最低的为覆秸秆措施。
而在10~20cm土层中,土壤蛋白酶含量最高的为
覆秸秆措施,含量最低的为施用保水剂。
过氧化氢酶参与土壤物质和能量的转化,能分
解土壤中对植物有害的过氧化氢,其含量可以反映
土壤生物化学过程的强度[21]。5种造林措施下,林
地0~20cm土层土壤过氧化氢酶平均含量的差异
较大,最高的为覆石头处理,最低的为覆膜处理,两
者相差达10.021mL/g,其中覆石头、覆膜、覆秸秆
处理0~10cm土层的过氧化氢酶含量均高于10~
20cm土层,而覆鸡蛋筐和用保水剂则相反。
蔗糖酶含量可以反映土壤中碳的转化能力和土
壤的呼吸强度。5种造林措施下,林地土壤0~20
cm土层中的蔗糖酶平均含量表现为用保水剂>覆
鸡蛋筐>覆石头>覆膜>覆秸秆;0~10cm土层中
蔗糖酶含量最高的造林措施为覆鸡蛋筐,含量最低
的措施为覆秸秆。该结果说明,覆鸡蛋筐后林地表
层土壤中C的转化速率最快,呼吸强度最高,而采
用保水剂措施更有利于提高0~20cm土层中C的
转化速率和呼吸强度。
磷酸酶能促进磷酸酯水解,释放出的正磷酸可
为林木生长提供所需的速效磷[22]。不同造林措施
下,林地0~20cm土层土壤的磷酸酶平均含量表现
为覆石头>覆秸秆>覆膜、用保水剂>覆鸡蛋筐。
除用保水剂措施外,其余处理土壤的磷酸酶含量随
着土层的加深而呈递减趋势。
3.4 藏川杨林地土壤化学性质、微生物数量和酶含
量的主成分分析
  为探讨不同造林措施对藏川杨林地土壤化学性
质、微生物数量和酶含量的影响,进一步对土壤化学
性质、微生物数量和酶含量因子进行了主成分分析,
以筛选不同造林措施下影响林地土壤理化性质的主
要因子。主成分的特征值和贡献率是选择主成分的
依据,根据主成分分析原理[23],当某些成分的累积
方差贡献率大于85%时,即可用这些成分反映系统
的变异信息。由表5可以看出,第1主成分的特征
值为7.407,方差贡献率为56.974%;第2主成分的
特征值为2.296,方差贡献率为17.665%;第3主成
分的特征值为1.490,方差贡献率为11.461%;第4
主成分的特征值为1.094,方差贡献率为8.415%。
前4个主成分的累积方差贡献率达到了94.515%,
因此,对这4个主成分进行分析即可以表征不同造
林措施下林地土壤的变异信息。
表5 藏川杨林地土壤化学性质、微生物数量和酶含量的主成分分析
Table 5 Principal component analysis of soil physical-chemical properties,microbe quantities and
contents of enzyme in populus szechuanic forest
成分
Component
总特征值
Eigenvalue
方差贡献率/%
Percentages
累积方差贡献率/%
Sum percentages
成分
Component
总特征值
Eigenvalue
方差贡献率/%
Percentages
累积方差贡献率/%
Sum percentages
1  7.407  56.974  56.974  8  0.002  0.017  99.996
2  2.296  17.665  74.639  9  0.000  0.003  99.999
3  1.490  11.461  86.100  10  0.000  0.001  100.000
4  1.094  8.415  94.515  11  2.100×10-5  0.000  100.000
5  0.467  3.590  98.104  12  1.396×10-16  1.074×10-15  100.000
6  0.195  1.498  99.602  13 -2.136×10-16-1.643×10-15  100.000
7  0.049  0.377  99.979
  由表5可知,由于第1主成分的贡献率较高
(56.974%),因此在全部指标中占有重要地位,该成
分是不同造林措施下影响土壤质量的较为重要的方
面。由表6可知,在第1主成分中,主要综合了蛋白
酶、真菌、速效氮、脲酶、放线菌的信息。第2主成分
的贡献率(17.665%)显著低于第1主成分,其所代
表的意义远不及第1主成分重要,但也有分析的必
要,表6显示第2主成分中主要综合了磷酸酶、放线
菌、速效氮和细菌的信息。同理,第3主成分主要综
合了速效磷、过氧化氢酶、脲酶的信息,第4主成分
主要综合了磷酸酶、细菌、速效磷、真菌的信息。
不同造林措施下,2个主因子的分析结果见图
1。在x轴上,对照措施主要分布在负方向上,覆石
头、覆膜和覆秸秆主要分布在中间,而覆鸡蛋筐和用
保水剂主要分布在正方向上,表现出明显的分异。
在y轴上,覆石头和覆秸秆分布在正方向上,但分
异并不明显。各处理在x轴上的分异程度远大于y
轴,这与第1主成分的方差贡献率较大有关。综合
分析显示,采用覆鸡蛋筐和用保水剂措施的土壤改
良效果较好。
96第12期 叶彦辉,等:不同造林技术措施对藏川杨林地土壤肥力的影响
表6 藏川杨林地土壤化学性质、微生物数量和酶含量相关矩阵的特征向量
Table 6 Eigenvector of correlation matrix of soil physical-chemical properties,microbe quantities and
contents of enzyme in populus szechuanic forest
项目
Item
主成分Component
1  2  3  4
细菌Bacterium  0.829  0.364  0.144 -0.288
真菌Fungus  0.900 -0.323  0.279  0.021
放线菌Actinomycetes  0.833 -0.504  0.185 -0.102
脲酶Urease  0.865  0.100 -0.347 -0.184
蛋白酶Protease -0.949  0.152 -0.007 -0.063
过氧化氢酶Catalase  0.735  0.351  0.573  0.030
磷酸酶Phosphatase  0.494  0.648 -0.071  0.546
速效氮Available N  0.872 -0.441 -0.135 -0.086
速效磷Available P  0.706 -0.309 -0.577 -0.222
图1 不同造林措施下的因子载荷图
Fig.1 Factor loading map of different afforestation measures
4 讨 论
不同造林技术措施创造了不同的土壤环境,进
而影响土壤的化学性质、微生物数量和酶的含量。
本研究表明,在不同造林措施下,土壤中各种养分的
含量均有所增加,但各种养分在上下层土壤中的分
布未表现出相似的规律,速效氮和速效磷均随土层
加深而增加,速效钾和有机质则随土层加深而保持
不变,这与陈彩虹等[24]对4种人工林土壤养分进行
研究后得到的土壤养分含量随土层加深而减小的结
论不一致,这可能是由于拉萨半干旱河谷地带土壤
贫瘠、土层较薄,采用不同造林措施向土壤中释放的
养分量不同造成的。不同造林措施下,土壤中各种
微生物的数量均高于对照,说明采取这几种措施有
利于土壤三大类菌群的生长,在一定程度上改善了
土壤的微生物环境。不同造林措施下的土壤微生物
中,细菌是数量最多的一个类群,放线菌次之,真菌
最少,这与一些研究[18,21,25]的结果相一致。不同造
林措施下,土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和磷酸酶
的平均含量均高于对照,只有蛋白酶的平均含量较
对照低,各种酶在土层中的垂直分布未呈现出相似
的规律,这与李传荣等[26]的研究结果一致。
采用不同造林措施可以改变土壤化学性质及生
物学特性和土壤环境状况,土壤酶可活化土壤中的
含氮、含磷等化合物,对提高土壤有效养分质量分
数、改善土壤肥力状况具有积极作用,土壤微生物数
量可作为土壤质量变化的评价指标之一。本研究表
明,土壤化学性质指标、土壤微生物数量和土壤酶含
量能够反映不同造林措施对土壤理化性质的影响;
主成分分析表明,第1主成分的贡献率为56.974%,
主要综合了蛋白酶、真菌、速效氮、脲酶、放线菌的
信息。
07 西北农林科技大学学报(自然科学版) 第40卷
从各种造林措施下土壤养分、微生物数量和酶
含量的分布规律考虑,在拉萨半干旱河谷地带采用
覆石头、覆膜、覆秸秆、覆鸡蛋筐和用保水剂措施后,
土壤肥力均有不同程度的增加。主成分分析表明,
蛋白酶、真菌、速效氮、脲酶、放线菌作为第1主成分
在不同造林措施下表征变异明显,特别是在采取覆
鸡蛋筐和使用保水剂的技术措施条件下,说明采用
这些造林措施改善了植物的生长环境,土壤得到了
改良,为植被恢复后苗木的生长奠定了良好的基础。
因此,在本地区进行造林可以优先考虑采用这2种
措施。
植被恢复和土壤质量演变是个漫长的过程,随
着时间的推移,土壤养分、土壤微生物多样性和土壤
酶含量也会发生相应的变化,因此有必要对其进行
长期定位监测,以探讨土壤养分、土壤微生物多样性
和土壤酶含量之间的关系。另外,本研究由于客观
原因,尚未分析不同造林措施下物种的多样性,在今
后的研究中应予以补充。
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