全 文 ： 1995—10—23收稿。
张金池副教授,胡海波(南京林业大学森林资源与环境学院 南京 210037) ;张新中(安徽省合肥林校) ; 郑在彬(江苏
省铜山县林业局) ;赵宝华(江苏省徐州市绿化委员会)。
* 本文为国家黄淮海综合开发项目“徐淮平原农田防护林体系建设效益与配套技术研究”的部分内容。
徐淮平原农田防护林树木根系
对土壤酶活性影响的研究*
张金池 胡海波 张新中 郑在彬 赵宝华
摘要 研究了徐淮平原农田防护林树木根系对土壤中蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶和蛋白酶活性
的影响,得到如下结论: ( 1)在林带附近土壤酶活性较高, 距林带较远处酶活性较低, 根际土土壤酶
活性大于非根际土; ( 2)各土壤酶活性的垂直变化规律比较复杂, 蔗糖酶和碱性磷酸酶活性自上而
下逐渐减小,尤其是蔗糖酶急剧下降,脲酶和蛋白酶活性变化幅度较小; ( 3)树木根系,尤其是根径
小于 1 mm 的吸收根和细根数量的增加,能够显著提高土壤酶的活性。
关键词 农田防护林、根系、根际、土壤酶活性
土壤肥力是植物生长的基础, 作物产量的高低,森林生产力的大小都与它有着密切的关
系。近几十年来, 在土壤肥力研究中,由于分子生物学的成就,人们越来越重视土壤酶的研究,
这是因为土壤酶是以蛋白质为主体的生物活性物质, 土壤中许多生物化学过程(有机质的分
解,物质的循环和转化等)基本上都是在各种酶的参与下完成的,因而对土壤酶的研究有利于
进一步揭示土壤生物化学反应的本质。土壤酶与土壤理化性质和作物产量的关系在农业上研
究得较多 [ 1～3] ,而在林业上,特别是在农田防护林中,探讨防护林树木根系对土壤酶活性空间
变化规律的影响尚报道不多。本文对此进行系统的研究,现将研究结果报道如下。
1 研究区概况
试验区设在徐州市铜山县大庙镇和新沂市邵店镇,该地属暖温带湿润气候区,年平均温度
14. 5～15. 6 ℃,年降水量800～900 mm ,集中在6～8三个月, 占全年降水量的60%以上。该地
日照、高温和雨季一致,对农作物和林木生长十分有利。全年无霜期210 d左右,年平均蒸发量
1 700多mm,约比降水量大 1倍。铜山县大庙镇的地貌类型主要为平原,土壤发育于黄河冲积
母质,主要有沙土和二合土,还有少量飞沙泡土和山淤土,土壤质地大多为砂壤土和轻壤土,耕
作层土壤有机质含量为 0. 50%～1. 30%, 全N 为 0. 035%～0. 090%, 速效 P 为1. 0～4. 0 mg /
kg,速效 K 为 40. 0～125. 0 mg / kg , pH值为 8. 0～9. 0,属碱性土。新沂市邵店镇为沐河、沂河
冲积平原,土壤肥沃,质地良好(砂壤土和壤土) ,水源充足,土壤呈碱性。
1990年前,两地的农田防护林网都比较差,特别是大庙镇的林网极不规整,不仅林网化率
低,缺株断带,而且病虫害极为严重, 主要树种有大官杨, I-214杨,沙兰杨和刺槐等。1990年秋
林业科学研究 1996, 9( 6) : 620～624
F or est Res earch
对两镇农田防护林进行全面规划后, 于 1991年春建立了以新一代速生杨树( I-69、W-46、NL-
105、NL-106、NL-116、NL-121和 NL-203)为主体的农田防护林体系,另外还有水杉、泡桐、国
槐、铅笔柏、银杏、悬铃木等乔木树种,林下配置有紫穗槐、杞柳、花椒、水蜜桃、金针菜等经济灌
草植物。基本上形成了乔、灌、草主体配置的农田林网。现有林木生长整齐, 长势良好,树木平
均胸径 12. 0～18. 0 cm ,平均高 11. 0～15. 0 m。
2 研究方法
2. 1 取样方法
为弄清农田防护林树木根系对土壤酶活性的影响,选择典型林带( 10条) , 在距林带 1、3、5
m 处挖土壤剖面, 其中 3条林带在距林带 10、20 m 处增加 2个剖面,在每一取样点,每一层( 0
～10 cm , 10～20 cm, 20～40 cm 和 40～80 cm )各取 2～3个样品, 均匀混合后再取出 0. 5 kg
土样作为该层次的样品进行室内土壤酶活性的测定。取样时间为 1995年 3月 10～25日,天气
比较干燥,日平均气温 10 ℃左右。此外,还取了部分根际土, 用以比较其与非根际土之间的差
异。将土样带回室内立即风干, 碾磨置冰箱保存备用,保存时间应尽量缩短。
2. 2 测定方法
2. 2. 1 蔗糖酶活性的测定 采用 T . A. epakoa 法( 1968) [ 4] ,酶活性用每克土葡萄糖毫克
数( 37℃, 24 h)表示。
2. 2. 2 碱性磷酸酶活性的测定 采用改进后的 Hoffman法( 1986) [ 4, 5] ,酶活性用每克土酚的
毫克数( 37 ℃, 24 h)表示。
2. 2. 3 脲酶活性的测定 采用 G. Ho ffman和 K. Teicher 法 [ 4] , 酶活性用每克土氨态氮毫克
数( 37 ℃, 24 h)表示。
2. 2. 4 蛋白酶活性测定 采用 A. Ⅲ. !∀#∃和 . . !∀#∃#法 [ 4] , 酶活性用每克土氨态
氮毫克数( 30 ℃, 24 h)表示。
同时,为研究土壤酶活性与树木根系的关系,还进行了根系调查,即在上述林带附近( 1、3、
5 m 处)从上到下取 20 cm×30 cm×10 cm 的土柱, 直到没有根系为止, 拣出根系、洗净、烘干、
分级,并测定根长和根量。
3 结果与分析
3. 1 土壤酶活性之间的相关分析
由表 1可以看出,各土壤酶活性之间均存在显著的相关关系, 蔗糖酶与碱性磷酸酶,碱性
磷酸酶与脲酶,脲酶与蛋白酶达到了显著水平, 而蔗糖酶与脲酶,蔗糖酶、碱性磷酸酶与蛋白酶
虽然相关,但相关系数较小,这很可能是因有机肥、磷肥与氮肥不同的施肥方法引起的 [ 6]。
3. 2 土壤酶的空间分布规律
3. 2. 1 土壤酶的水平分布 由表 2可以看出, 在林带附近( 5 m 以内) ,由于树木根量, 尤其是
< 1 mm 细根数量较多, 4种土壤酶活性均较高, 距林带 10、20 m 处, 此 4种土壤酶活性均比 5
m 以内的有较大幅度的下降。距林带 1、3、5 m 处 0～20 cm 土层内蔗糖酶活性分别为每克土
葡萄糖 21. 28、19. 25和 20. 59 mg ,而在 10、20 m 处其值分别为每克土葡萄糖 13. 34、13. 87
mg ,仅为 1 m 处的 62. 7%和 65. 2% ,碱性磷酸酶、脲酶和蛋白酶也表现出同样的规律性,表明
6216 期 张金池等: 徐淮平原农田防护林树木根系对土壤酶活性影响的研究
树木根系活动能有效地提高土壤酶的活性。
表 1 各种土壤酶之间及其与根量之间的相关矩阵( n= 26)
项 目 蔗糖酶 碱性磷酸酶 脲酶 蛋白酶 < 1 mm的根量
> 1 mm
的根量 总根量
蔗糖酶 1. 000 0
碱性磷酸酶 0. 837 0* * * 1. 000 0
脲 酶 0. 396 2* 0. 594 9* * 1. 000 0
蛋白酶 0. 424 8* 0. 392 4* 0. 564 4* * 1. 000 0
< 1 mm 的根量 0. 526 0* * 0. 470 8* 0. 439 1* 0. 369 0* 1. 000 0
> 1 mm 的根量 0. 249 5 0. 394 1* 0. 452 5* 0. 285 5 0. 569 8* * 1. 000 0
总根量 0. 431 0* 0. 445 0* 0. 438 7* 0. 387 9* 0. 794 6* * * 0. 951 7* * * 1. 000 0
注: 根量指 20 cm×30 cm×10 cm 土柱中的根系重量( g) ;“* ”表示 = 0. 05时显著相关, * * 表示 = 0. 01时显著相
关, * * * 表示 = 0. 001时显著相关。
表 2 林带附近土壤酶的活性
离林带直线距离( m) 根量
( g)
蔗糖酶
(m g 葡萄糖/ g)
碱性磷酸酶
( mg 酚/ g)
脲 酶
( mg 氨态氮/ g)
蛋白酶
(m g 氨态氮/ g)
1 12. 781 21. 28 1. 242 0. 178 0. 125
3 8. 953 19. 25 1. 212 0. 171 0. 137
5 6. 741 20. 59 1. 278 0. 175 0. 120
10 1. 235 13. 34 1. 066 0. 128 0. 099
20 13. 87 1. 026 0. 114 0. 097
注:土壤酶活性均为 0～20 cm 土层内的平均值,根量为 20 cm×30 cm×20 cm 土柱内根径< 2 mm 的根系重量。
对距离林带不同远处土壤酶活性进行差异显著性检验(见表 3) ,蔗糖酶、碱性磷酸酶和脲
酶在距林带 1、3、5 m 处两两间没有显著差异, 而这 3个点的酶活性均与 10、20 m 处的酶活性
存在显著差异,表明这 3种酶的活性在林带附近确实高于较远处。不同距离处土壤蛋白酶的活
性除距林带 3 m 和 5 m 间存在差异外, 其它变化规律与前述几种酶相同。
表 3 不同位置土壤酶活性的差异性检验
距林带直线
距离( m )
蔗 糖 酶 碱性磷酸酶 脲 酶 蛋 白 酶
1 m 3 m 5 m 10 m 1 m 3 m 5 m 10 m 1 m 3 m 5 m 10 m 1 m 3 m 5 m 10 m
3
5 ×
10 × × × × × × × × × × × ×
20 × × × × × × × × × × × ×
注:“ ”表示差异不显著( = 0. 05) ,“×”表示差异显著。
3. 2. 2 土壤酶活性的垂直变化 由表 4可见, 蔗糖酶和碱性磷酸酶活性随土层自上而下减
小,在距林带 1 m 处,第 2～4层( 10～20 cm , 20～40 cm 和 40～80 cm )蔗糖酶活性分别为第 1
层的 56. 37%, 21. 31%和 1. 73% ;碱性磷酸酶变幅较小, 第 2、3、4层酶活性分别为第 1层的
81. 98%、56. 92%和 37. 66%。蔗糖酶活性自第 1层至第 4层急剧下降,这是由于根径小于 1
mm 的树木根系和农作物根系都集中在表土层,并随土层向下急剧减少, 尽管在底土层( 20 cm
622 林 业 科 学 研 究 9 卷
以下)根径大于 1 mm 的根系仍大量存在,但从表 1可知蔗糖酶活性与根径小于 1 mm 的根量
相关极显著, 与根径大于 1 mm 的根量相关不显著,故蔗糖酶活性大幅度下降。
表 4 土壤酶活性的空间变化
土壤酶 深度
( cm)
距林带距离(m )
1 3 5 10 20
蔗糖酶
( m g 葡萄糖/ g )
碱性磷酸酶
( mg 酚/ g )
脲 酶
( m g 氨态氮/ g )
蛋白酶
( m g 氨态氮/ g )
0～10 27. 41 23. 55 17. 11 16. 25 17. 82
10～20 15. 45 14. 94 16. 92 10. 42 9. 91
20～40 5. 84 5. 08 4. 96 2. 31 1. 83
40～80 0. 473
0～10 1. 365 1. 330 1. 337 1. 229 1. 205
10～20 1. 119 1. 094 1. 238 0. 903 0. 847
20～40 0. 777 0. 845 0. 612 0. 623 0. 555
40～80 0. 514
0～10 0. 140 0. 164 0. 181 0. 136 0. 121
10～20 0. 216 0. 177 0. 668 0. 126 0. 115
20～40 0. 109 0. 133 0. 136 0. 990 0. 105
40～80 0. 032
0～10 0. 136 0. 165 0. 142 0. 106 0. 108
10～20 0. 114 0. 107 0. 098 0. 092 0. 085
20～40 0. 156 0. 129 0. 115 0. 071 0. 076
40～80 0. 107
脲酶活性除在 10～20 cm
土层内(距林带 1、3 m 处)较 0
～10 cm 土层略高, 蛋白酶在
20～40 cm 土层(距林带 1、3、5
m 处)较其上层土壤略高外,
仍表现出自上而下逐渐减小的
趋势。脲酶和蛋白酶在林带附
近的反常现象, 可能与根系活
动,氮肥的施用方式[ 6]以及它
们酶促反应的物质不同有关。
3. 3 树木根系对土壤酶活性
的影响
根系与土壤酶活性的关
系,实际上是相互影响和相互
促进的关系。肥沃的土壤,土壤
酶活性较高, 一般而论,根系也
比较发达,尽管林带附近农田中因耕作每年
都要破坏表层根系, 但经过一段时间后毛细
根和细根又很快生长出来, 恢复很快;另一方
面,发达的根系在其生长发育过程中,又会产
生一些生物化学物质, 其中包括土壤酶,它们
能促进土壤微生物的活动, 从而提高土壤酶
活性。由表 5可以看出,根际土壤酶活性明显
高于非根际土, 即使在 40～80 cm 土层内当
非根际土蔗糖酶活性为零时,根际土蔗糖酶
表 5 根际土与非根际土土壤酶活性的比较
取样深度
( cm)
土样来源 蔗糖酶 碱性磷酸酶 脲 酶 蛋白酶
0～20
20～40
40～80
非根际土 19. 21 1. 286 0. 193 0. 138
根际土 40. 18 1. 442 0. 252 0. 182
非根际土 0 0. 575 0. 105 0. 150
根际土 35. 23 0. 748 0. 132 0. 194
非根际土 0 0. 417 0. 048 0. 097
根际土 28. 74 0. 566 0. 062 0. 178
注:土壤酶活性单位见表 4。
活性仍高达每克土葡萄糖 28. 74 mg, 表明根系活动有助于提高土壤酶的活性。
由前页表 1可知, 除根径大于 1 mm 的根量与蔗糖酶和蛋白酶活性相关不显著外, 根径小
于 1 mm 的根量和总根量与 4种土壤酶活性之间均相关显著, 其中根径小于 1 mm 的根量与
蔗糖酶活性之间相关极显著,说明根径小于 1 mm 的吸收根和细根能更有效地提高土壤酶的
活性。
4 结论与讨论
( 1)蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶、蛋白酶 4种土壤酶活性之间均存在显著的相关关系,其中
蔗糖酶与碱性磷酸酶, 碱性磷酸酶与脲酶, 脲酶与蛋白酶达到显著水平以上。
( 2)此 4种土壤酶在林带附近( 5 m 以内)活性均较高,当距林带 10、20 m 时,均比 5 m 以
6236 期 张金池等: 徐淮平原农田防护林树木根系对土壤酶活性影响的研究
内的有较大幅度的下降,差异达到了显著水平。
( 3)蔗糖酶和碱性磷酸酶活性随土层自上而下减小,脲酶活性除在 10～20 cm 土层(距林
带 1、3 m 处)较 0～10 cm 土层略高, 蛋白酶在 20～40 cm 土层(距林带1、3、5 m 处)略高外,仍
表现出自上而下逐渐减小的趋势。
( 4)防护林树木根系活动有助于提高土壤酶活性,不同土层的根际土 4种土壤酶的活性均
大于非根际土,根径小于 1 mm 的吸收根和细根能更有效地提高土壤酶活性。
( 5)土壤中蔗糖酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性越高, 土壤肥力就越高[ 1～3, 6] , 只有脲酶除
外[ 7] ,但究竟脲酶活性要达到多少才会对农作物产生毒害作用? 因它不是本文研究的内容, 在
此不作讨论, 有待于今后作专门的研究。
参 考 文 献
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Characteristic Study on Soil Enzyme Activities of
Shelter-forest for Farmland in Xuhuai Plain Area
Zhang J inchi H u H aibo Zhang X inz hong Zheng Zaibin Zhao Baohua
Abstract T his paper mainly deals w ith the characterist ics o f so il enzyme act ivit ies and
the inf luence of t ree ro ot system on so il enzymes. T he conclusions ar e as fo llow s: ( 1) T he r e-
lationship betw een the so il enzyme act ivit ies is close. T he soil enzyme activit ies near the
shelter -forest are much str onger than those in the farther place. ( 2) T he vert ical variation
rules are complex , the act ivit ies of invertase and alkaline phosphatase are on a decline fr om
the surface soil to deep soil. Near the shelter for est , the act ivit ies of urease and protease are
the highest at 0～10 cm and 20～40 cm r espect ively w hereas in the farther place their values
decl ine f rom the surface to deep so il. The enzyme act ivit ies of rhizosphere soil are st ronger
than those of non-rhizosphere soil. ( 3) T ree root system , especially the root the diameter o f
w hich is thinner than 1 mm , could remarkably incr ease the soil enzymes activit ies.
Key words shelter -forest , roo t sy stem, rhizosphere, so il enzymes act ivity
Zhang Jinchi, As sociate Profes sor, Hu Haibo( Nanjing Forest ry University Nanjing 210037) ; Zhan g Xinzh ong( Hefei
Fores tr y School, Anhui Province ) ; Zhen g Zaibin ( T ongshan County Fores tr y Bureau, Jiangsu Province ) ; Zhao Baohu a
( Xu zhou Hort icultur e Bureau, Jiangsu Province) .
624 林 业 科 学 研 究 9 卷