全 文 ：林 业科 学研 究 2010, 23( 6) : 889 894
Forest Research
文章编号: 1001-1498( 2010) 06-0889-06
滨海盐碱地刺槐臭椿混交林土壤酶活性季节动态研究
吴丽云1 , 曹帮华2* , 黄彦新1 , 邵 伟1, 解文科1, 李 涛1
( 1. 山东省临沂市林业局 , 山东 临沂 276001 ; 2. 山东农业大学林学院 , 山东 泰安 271018)
摘要: 研究了刺槐、臭椿纯林及其混交林中不同土层在不同季节土壤酶活性的变化。结果表明: 各林分间的土壤酶
活性在各个季节和土层均表现出差异。经统计分析, 土壤酶活性在土层中的分布有一定的规律性, 总的来说, 随着
土层逐渐加深, 土壤酶活性逐渐减弱。在树木生长表现和土壤酶活性发挥方面, 混交林优于纯林。
关键词: 刺槐; 臭椿; 混交林; 土壤酶活性
中图分类号: S714 文献标识码: A
收稿日期 : 2010-02-10
基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( 黄河三角洲滨海盐碱地刺槐林植被恢复与提高生产力机理研究 30950016) 资助
作者简介 : 吴丽云 ( 1976— ) , 女 , 山东济宁人 , 硕士学位 , 林业工程师 . 主要研究方向 : 树木逆境生理。电话 : 0539-8727210, 地址 : 山东省
临沂市北城新区天元商务大厦 408 室 , 276037 .
* 通讯作者 : 曹帮华 , 教授。主要研究方向 : 树木逆境生理。电话 : 0538-8242985 .
Studies on the Seasonal Changes of Soil Enzyme Activity in Robinia pseudoacacia
and Ailanthus altissima Mixed Stands in Coastal Saline Soil
WU Li-yun
1
, CAO Bang-hua
2
, HUANG Yan-xin
1
, SHAO Wei
1
, XIE Wen-ke
1
, LI Tao
1
( 1. Forestry Bureau of Linyi, Shandong Province, Linyi 276001, Shandong, China;
2. Forestry College of Shandong Agricultural University, Tai?an 271018, Shandong, China)
Abstract: The soil enzyme activities of different soil layers at different seasons in pure and mixed stands of Robinia pseud-
oacacia and Ailanthus altissima were studied. The results indicated that there were differences among different stands on
soil enzyme activities at different season and soil layers, it?s also shown that the distributions of the soil enzyme activities in
different soil layers had some regularity, totally, the soil enzyme activities decreased gradually with the soil layer depth de-
creasing. Also, the tree growth and the soil enzyme activity of mixed stand were all better than that of the pure stands.
Key words: Robinia pseudoacacia; Ailanthus altissima; mixed stands; soil enzyme activity
土壤酶是土壤生物化学过程的积极参与者, 在
森林生态系统中的物质循环和能量流动过程中扮演
着重要的角色 [ 1 - 4 ] , 可以客观地反映土壤肥力状
况 [ 5 - 7 ] , 因而常把土壤酶活性作为评价土壤生物活
性和土壤肥力的重要指标 [ 8 - 13 ] 。纯林和混交林由
于树种组成的不同, 土壤酶活性也会产生一定的差
异。通过对土壤酶活性的分析, 有助于了解纯林与
混交林在物质转化上的不同, 对揭示混交林的增产
机理有着重要的意义 [ 14] 。目前, 虽然对刺槐( Robin-
ia pseudoacacia Linn. ) 混交林的研究比较深入, 但主
要集中于刺槐杨树 ( Populus sp. ) 混交林促进生长、
改良土壤、改善林地生态环境等方面的研究 [ 15 - 23] ,
对于黄河三角洲滨海盐碱地这种特殊立地条件下营
造的刺槐与臭椿 ( Ailanthus altissima ( Mill. ) Swin-
gle) 混交林进行土壤酶活性研究, 至今尚未见报道。
本研究通过对几种重要的土壤酶活性的季节动态变
化规律的研究, 探讨该混交方法在此立地条件下促
进土壤养分转化与循环、提高地力的作用机制, 为滨
海盐碱地刺槐混交林的营造提供理论依据。
1 试验地概况与研究方法
1.1 试验地概况
试验在山东省东营市河口区进行, 该地地处黄
河三角洲东北部, 属华北半湿润大陆性气候, 年平均
林 业 科 学 研 究 第 23 卷
气温 12. 1 ℃, 年 降 水 量 574. 4 mm, 年 蒸 发 量
1 860. 4 mm, 无霜期 198 d。试区为冲积性黄土母质
在海浸母质上沉积而成, 机械组成以粉沙为主, 沙粘
相间, 层次变化复杂。由于土壤发育时间相对较短,
尚未形成良好结构。土壤 pH 值 7. 5 8. 0。地下水
位约 1. 5 m, 水质矿化度较高。天然植被以盐生、湿
生的芦苇( Phragmites hirsuta Kitagawa) 、茅草( Imper-
ata cylindrica ( L. ) Beauv. ) 以及田旋花 ( Convolvulus
arveusis L. ) 、狗尾草 ( Setaria viridis ( L. ) Beauv. ) 为
主。气象资料由试区气象站提供。
试验林为 25 年生刺槐纯林、臭椿纯林、刺槐和
臭椿行状混交林( 1 ×1) 。试验林 1985 年春季采用
1 年生苗营造, 株行距均为 2. 5 m×3 m, 翌年用同龄
苗木进行了补植; 造林当年林地间作豆类, 第二、三
年进行机械除草 1 次。由于缺乏经常性的管护, 目
前林分生长状况一般。
1. 2 研究方法
试验对 3 种类型的林分分别设置 0. 06 hm2 的
标准地各 3 块, 按标准地进行各项因子的调查和取
样。对标准地林木逐株进行胸径、树高测定。在各
标准地内分林地土壤 ( 指根外土壤) 和根际土壤两
个部分取样, 其中林地土按 0 20 cm和 20 40 cm
两个层次分别采集; 根际土用剥落法采集: 在每个标
准地内选择 8 株生长正常的样木 ( 混交林两树种各
选 8 株) , 小心挖取小于 1 cm的根系, 把附着在小于
0. 5 cm根系上的大块土壤去掉, 抖落紧贴根系的土
壤( 距根面小于 0. 5 cm) , 即得根际土壤。采样时间
分别在 4、6、8、10 月份。将采集的土壤样品冷冻保
鲜带回实验室并及时处理, 参照《土壤酶及其研究
法》[ 6 ] 和《土壤肥力研究方法》[ 9] 中有关方法进行各
种土壤酶活性测定。
2 结果与分析
2.1 刺槐臭椿混交林及纯林中林木生长指标分析
刺槐臭椿混交林及纯林的生长情况调查结果见
表 1。从表 1 可以看出, 混交林中无论是刺槐还是臭
椿, 其平均胸径和平均树高都优于纯林。其中, 刺槐
和臭 椿 的 平 均 胸 径 分 别 是 纯 林 的 108. 3% 和
119. 4% ; 平 均 树 高 分 别 是 纯 林 的 102. 9% 和
127. 6% 。由此可见, 在滨海盐碱地这种特殊的立地
条件下, 刺槐与臭椿混交, 对两树种的生长均表现出
一定的促进作用, 但对臭椿的促进作用更为明显。
表 1 刺槐臭椿混交林及纯林生长调查
林分类型 现存树种组成 原树种数量 / ( 株· hm - 2 ) 现树种数量 / ( 株·hm - 2 ) 保存率 / % 郁闭度 平均胸径 / cm 平均树高 /m
刺槐纯林 刺槐 1 466 916 63 0 . 7 14. 13 9. 81
臭椿纯林 臭椿 1 466 1 183 81 0 . 7 9. 04 7. 27
混交林 刺槐
臭椿
733
733
666
700
90
96 0 . 6
15. 30
10. 79
10. 09
9. 29
2. 2 刺槐臭椿混交林及纯林中土壤酶活性的季节
性动态
2. 2. 1 土壤磷酸酶活性 磷酸酶主要参与将土壤
中的有机 P 转化成无机 P的过程, 能加速有机 P的
循环速度, 从而提高 P 素的有效性。据田间试验证
明, 土壤磷酸酶活性与土壤有效 P 呈显著正相关 ( r
= 0. 745 3)
[ 24 ]
, 其含量越高土壤中有机 P的矿化速
率也就越大。土壤磷酸酶活性与 pH 值密切相关,
有酸性、中性和碱性 3 种酶活性。研究表明石灰性
土壤中, 碱性磷酸酶活性最大 [ 24 ] 。由于供试土壤的
pH 值 > 7. 0, 所以只测定了碱性磷酸酶的活性 [ 25] 。
比较混交林和纯林中的碱性磷酸酶活性可以看出
( 见图 1) , 总体上, 磷酸酶活性季节变化的趋势是逐
渐升高的, 10 月最高, 8 月份次之, 4、6 月份相差不
大。但混交林中磷酸酶活性在 6 月份是下降的, 而
纯林则略有升高; 在层次上, 无论是纯林还是混交
林, 根际土和 0 20 cm 林地土碱性磷酸酶活性相
差不大, 且在每个林分中变化趋势相似, 混交林高于
纯林。而各林分中 20 40 cm林地土碱性磷酸酶
活性则显著低于根际土和 0 20 cm林地土, 且混
交林低于纯林。这说明: 混交林根际土和 0 20 cm
林地土土壤的供 P能力比纯林强, 各林分中有机 P
的矿化速率随着时间的推移逐渐升高, 10 月份达最
高值。
2. 2. 2 土壤多酚氧化酶活性 土壤中多酚氧化酶
是土壤腐殖化过程中的一种专性酶。许多研究表
明, 土壤多酚氧化酶活性与土壤腐殖化程度呈正相
关, 且在不同剖面、不同季节、不同林型、不同耕作方
式、不同植物群落、不同培肥措施的土壤中存在差
异 [ 2 6 - 32 ] 。通过跟踪测定多酚氧化酶的活性, 能在一
定程度上了解土壤的腐殖化进程 [ 9 ] 。由图 2 可以看
出, 混交林与纯林土壤中多酚氧化酶含量的季节变
098
第 6 期 吴丽云等: 滨海盐碱地刺槐臭椿混交林土壤酶活性季节动态研究
化均呈现上升—下降—再上升的趋势; 同时, 土壤多
酚氧化酶活性基本上是随着土层的加深逐渐减弱,
根际土中多酚氧化酶活性略高于林地土, 但根际土
与 0 20 cm林地土相差不大。这种土壤酶活性的
分布可能与土壤的结构以及根系的分布有关, 从而
也说明土壤酶在土壤中的分布并不是一成不变的。
混交林与纯林中多酚氧化酶活性都在 6 月达最高
峰, 但混交林比纯林略高。
2. 2. 3 土壤蛋白酶活性 蛋白酶主要水解蛋白质
产生氨基酸, 这是含 N有机化合物氨化过程的一个环
节, 蛋白酶活性越高, 蛋白质类有机 N化物的转化速
率越大, 土壤中的有效 N含量也将增加。由图 3 可以
看出, 混交林与臭椿纯林中蛋白酶活性变化趋势相
似, 但混交林基本是在 10 月达高峰, 而臭椿纯林是在
8 月达高峰; 刺槐纯林中蛋白酶活性随季节呈逐渐增
加的趋势; 从土层深度来看, 纯林和混交林差别较大:
纯林中根际土和 0 20 cm林地土比 20 40 cm 林
地土蛋白酶活性高; 而混交林中则是 4—6 月林地土
酶活性高, 6—10 月活性低。这一规律证明在有机 N
化物的转化上, 混交林受刺槐的影响较大, 其结果将
导致林地土壤的有效 N含量增加, 这与作者测定的混
交林中水解 N的含量较高的结果是吻合的。
图 1 林地土壤磷酸酶活性季节变化
图 2 林地土壤多酚氧化酶活性季节变化
图 3 林地土壤蛋白酶活性季节变化
198
林 业 科 学 研 究 第 23 卷
表 2 刺槐臭椿混交林及纯林土壤水解 N含量季节比较 mg·kg - 1
林分类型 土壤层次
季 节
4 月 6 月 8 月 10 月
根际土 56. 72 91 . 30 49. 80 89. 11
刺槐纯林 0 20 cm 林地土 58. 10 67 . 79 113. 44 95. 85
20 40 cm林地土 41. 50 28 . 36 46. 34 68. 89
根际土 42. 89 31 . 13 53. 26 59. 16
臭椿纯林 0 20 cm 林地土 45. 65 49 . 80 49. 80 97. 35
20 40 cm林地土 29. 05 37 . 35 51. 19 50. 92
刺槐根际土 49. 11 48 . 42 70. 55 77. 88
混交林
臭椿根际土 51. 19 50 . 49 78. 85 59. 91
0 20 cm 林地土 60. 87 47 . 04 49. 80 62. 90
20 40 cm林地土 30. 43 55 . 34 35. 28 25. 46
2. 2. 4 土壤脲酶活性 脲酶也是一种对土壤有机
N分解转化起重要作用的酶, 它是一种专性酶, 主要
分解有机 N转化过程中形成的脲素, 使其转化成矿
物态的 NH3 , 从而被树木吸收利用。根据图 4, 在 20
年生林分中土壤脲酶活性的变化规律也是混交林略
高于纯林, 8—10 月份最高。脲酶在纯林与混交林
中活性的变化规律与蛋白酶的上述变化规律是一致
的, 这再一次证明: 刺槐对有机 N化合物的转化要明
显优于臭椿。混交林优于纯林。纯林中根际土优于
混交林, 而混交林中 20 40 cm 林地土优于根
际土。
2. 2. 5 土壤转化酶活性 转化酶主要是将碳水化
合物水解产生的糖类进一步分解形成单糖, 从而为
微生物的繁殖提供营养, 因此, 转化酶的活性与碳水
化合物的分解密切相关。比较 20 年生不同林分土
壤转化酶的活性表明( 见图 5) : 刺槐纯林酶活性最
高, 混交林次之, 臭椿最低; 混交林和纯林中根际土
酶活性大于林地土; 总体年变化趋势是逐渐上升。
可见在碳水化合物的转化上, 刺槐纯林要优于混交
林, 而混交林又优于臭椿纯林, 根际土优于林地土。
并且, 纯林在 4—10 月份碳水化合物的转化速率逐
渐增大, 混交林则在 8 月以后略有降低。
图 4 林地土壤脲酶活性季节变化
图 5 林地土壤转化酶活性季节变化
298
第 6 期 吴丽云等: 滨海盐碱地刺槐臭椿混交林土壤酶活性季节动态研究
图 6 林地土壤过氧化氢酶活性季节变化
2. 2. 6 过氧化氢酶活性 过氧化氢广泛存在于土
壤和生物体内, 对生物和土壤均具有毒害作用。与
此同时, 土壤中又存在有过氧化氢酶, 土壤中过氧化
氢酶酶促过氧化氢分解有利于防止它对生物体的毒
害作用, 过氧 化氢酶 与土壤 有机 质含量 呈正相
关 [ 33] 。比较各林分中过氧化氢酶的活性可见, 从 4
月到 10 月, 纯林和混交林中过氧化氢酶的活性均逐
渐下降, 10 月份达最低值; 根际土和林地土比较接
近, 均无明显差异。
3 小结
( 1) 刺槐臭椿混交, 平均树高和平均胸径都比
纯林有大幅度提高, 臭椿平均树高较纯林增长显著,
混交林中臭椿生长效果好于刺槐。
( 2) 混交林与纯林中各种土壤酶的活性略有差
异: 混交林中土壤磷酸酶、多酚氧化酶、蛋白酶和脲
酶活性比纯林高, 转化酶活性则是刺槐 > 混交林 >
臭椿, 过氧化氢酶活性则是纯林略高于混交林。
( 3) 混交林及纯林中土壤酶活性在土层中的分
布规律是随着土层深度的加深逐渐降低, 根际土大
于林地土, 这与其他学者的研究结果一致 [ 14 , 34 - 35] ,
但具体土壤酶的变化规律却不一致。
( 4) 混交林及纯林中各种土壤酶活性的季节变
化规律不同。磷酸酶、蛋白酶、转化酶活性随着季节
的变化逐渐上升, 多酚氧化酶先上升后下降, 过氧化
氢酶则是逐渐降低。
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