全 文 ：第 49 卷 第 12 期
2 0 1 3 年 12 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 49，No. 12
Dec．，2 0 1 3
doi: 10．11707 / j．1001-7488．20131204
收稿日期: 2012 － 09 － 17; 修回日期: 2013 － 09 － 15。
基金项目: 国家林业公益性行业科研专项(201004039) ; 三峡库区森林生态保护与恢复重庆市市级重点实验室开放基金项目。
* 耿养会为通讯作者。
三峡库区汝溪河流域柏木林土壤氮素及酶活性特征*
冯大兰1 黄小辉1，2 张丽楠1 黄仲华1 李昌晓3 耿养会1 曾 静1
(1. 重庆市林业科学研究院 三峡库区森林生态保护与恢复重庆市市级重点实验室 重庆 400036;
2. 西南大学资源环境学院 重庆 400715; 3. 西南大学生命科学学院 三峡库区生态环境教育部重点实验室 重庆 400715)
摘 要: 以三峡库区汝溪河流域柏木纯林和柏木 +青冈混交林为研究对象，研究不同林分类型柏木林土壤氮素、
酶活性特征及其相互关系。结果表明: 柏木纯林和柏木 +青冈混交林各土层(0 ～ 20，20 ～ 40 和 40 ～ 60 cm)铵态氮
含量无显著差异; 柏木 +青冈混交林各土层全氮含量显著高于柏木纯林，分别提高了 61. 1%，55. 7%和 19. 8% ; 与
柏木纯林相比，柏木 +青冈混交林林地各土层的硝态氮含量提高了 10. 3%，10. 5%和 25. 5% ; 各土层柏木 + 青冈
混交林土壤微生物生物量氮含量分别是柏木纯林的 1. 2，1. 0 和 1. 6 倍; 柏木 + 青冈混交林林地各土层蛋白酶、过
氧化氢酶、脲酶和转化酶活性总体上均显著高于柏木纯林。与柏木纯林相比，柏木 +青冈混交林具有明显优势，可
以明显改善林地内土壤氮素状况和酶活性，改善林地生态环境。
关键词: 柏木纯林; 柏木 +青冈混交林; 土壤氮素; 酶活性
中图分类号: S714. 2 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2013)12 － 0025 － 05
Characteristics of Soil Nitrogen Content and Enzymatic Activities in Cupressus
funebris Plantations along Ruxi River Watershed in the Three Gorges Reservoir Area
Feng Dalan1 Huang Xiaohui1，2 Zhang Linan1 Huang Zhonghua1 Li Changxiao3 Geng Yanghui1 Zeng Jing1
(1. Chongqing Academy of Forestry Chongqing Key Laboratory for the Protection and Restoration of Forest Ecology of the Three Gorges Reservoir Region
Chongqing 400036; 2. College of Resources and Environment，Southwest University Chongqing 400715; 3. College of Life Sciences，Southwest
University Key Laboratory for the Eco-Environment of the Three Gorges Reservoir Region of Ministry of Education Chongqing 400715)
Abstract: The soil nitrogen content，enzyme activities，and their relationships in the pure forest of Cupressus funebris
and mixed forest of C． funebris + Cyclobalanopsis glauca in Ruxi River watershed were investigated in the Three Gorges
Reservoir Area． The results showed that the content of ammonium nitrogen in three soil layers (0 － 20，20 － 40，and 40 －
60 cm) under the two forest stands were similar． However，the total nitrogen content in each soil layer of the mixed forest
was respectively 61. 1%，55. 7%，and 19. 8% higher than those of the pure forest，and the differences were all
significant． Compared to the pure forest，the nitrate nitrogen content in each soil layer of the mixed forest was also
increased 10. 3%，10. 5% ，and 25. 5%，respectively． The nitrogen content of soil microbial biomass in each soil layer of
the mixed forest was respectively 1. 2，1. 0 ，and 1. 6 times higher than those of the pure forest． Moreover，the activities of
protease，catalase，urease，and invertase in each soil layer of the mixed forest were significantly higher than those of the
pure forest． The results indicated that，compared to the pure forest of C． funebris，the mixed forest of C． funebris +
Cyclobalanopsis glauca could obviously improve soil enzyme activities，soil nitrogen conditions，and ecological environment
in the stand．
Key words: Cupressus funebris pure forest; Cupressus funebris + Cyclobalanopsis glauca mixed forest; soil nitrogen;
enzyme activities
柏木 (Cupressus funebris)是三峡库区主要造林
树种，耐干旱和贫瘠，涵养水源能力强 (张志永等，
2005; 陈玉生等，2005)，广泛分布于三峡库区海拔
300 ～ 1 000 m 的低山、丘陵地区(程瑞梅等，2004)，
在库区沿岸山地造林中占很大比例，且多为纯林。
柏木喜钙，在土层深厚和环境湿润的钙质土上生长
林 业 科 学 49 卷
繁茂，成材较快，而在酸性土上则生长不良，树形
奇曲而苍老(程瑞梅等，2004)。三峡库区土壤多为
酸性土壤，而且柏木纯林生态系统养分循环较差
(余树全，1994)，易使土壤肥力下降，林分生长衰
退，从而导致生境恶化。混交林是改善人工林生态
环境的有效途径之一 (孙时轩，1993; Ren et al．，
2012)。由于植被组成因素的不同使土壤氮素含量
和酶活性有很大差异，直接影响系统的物质循环和
能量流动(董建辉等，2005)。黄志霖等 (2011) 通
过间伐和补植方式，调整树种组成和林分密度，改善
了柏木纯林的生境。王青春等 (2000)研究了三峡
库区柏木林降雨的再分配及养分循环，结果发现柏
木纯林雨季林分氮循环降低。王鹏程等 (2008)研
究结果表明，与杉木 ( Cunninghamia lanceolata)相
比，柏木林枯落物现存量很低，仅为 3. 948 t·hm － 2，
含水率也较低，仅为 32. 2%，并且水土保持功能较
弱，养分循环较差，容易流失。而有关柏木纯林和柏
木 +青冈 ( Cyclobalanopsis glauca)混交林土壤氮素
及相关酶活性的研究还未见报道。
忠县行政隶属于重庆市，位于三峡库区腹地，森
林覆盖率达 40%。境内的汝溪河流域是长江的重
要支流，其沿岸的森林生态环境、森林氮素变化、森
林微生物数量和酶活性变化均关联着三峡水库，对
保持库区水土和土壤肥力、延长水库寿命有重要的
作用。因此，本研究对三峡库区汝溪河流域的柏木
人工纯林、柏木 +青冈混交林 2 种类型林地土壤氮
素及相关酶活性进行分析研究，以期了解不同森林
类型林地土壤氮素转化特性，为库区森林生态系统
养分循环的稳定、生物多样性的保护以及库岸消落
带生态环境的有效控制与整治提供理论参考。
1 研究区概况
研究区位于忠县石宝寨的汝溪河回水区龙滩大
桥附近(107°53—108°14E，30°22—30°46N)，海
拔 200 ～ 300 m，坡度 20° ～ 25°，属于亚热带湿润季
风气候，年均气温 18 ℃，年均降水量 1 100 mm，土
壤为偏酸性的紫色土，样地林分为柏木纯林和柏
木 +青冈混交林，树龄为 21 年。柏木 +青冈混交林
样地海拔 200 ～ 250 m，108°08E，30°24N，优势种平
均胸径 8 cm。柏木纯林样地海拔 200 ～ 250 m，
108°08E，30°24N，平均胸径和树高分别为 10 cm 和
9 m，2 种林地坡向均为西南方向，坡位中位。柏木 +
青冈混交林主要乔木有青冈和柏木，主要灌木有盐肤
木(Rhus chinensis)、马桑(Coriaria nepalensis)和黄荆
( Vitex negundo ) 等; 主 要 草 本 有 丝 茅 ( Imperata
koenigii)、芒 (Miscanthus sinensis)、栗褐苔草 ( Carex
brunnea)和厚果崖豆藤(Millettia pachycarpa)等。柏
木纯林主要乔木为柏木，主要灌木有盐肤木、马桑和
黄荆等; 主要草本有丝茅、栗褐苔草和厚果崖豆藤。
0 ～ 60 cm 土层土壤的理化性质见表 1。
表 1 不同林分土壤理化性质
Tab. 1 Soil physical and chemical properties of different stands
样地
Sample plot
pH
有机质含量
Organic
matter
content /
( g·kg － 1 )
全氮含量
Total
nitrogen
content /
( g·kg － 1 )
全钾含量
Total
potassium
content /
( g·kg － 1 )
全磷含量
Total
phosphorus
content /
( g·kg － 1 )
碱解氮含量
Alkaline
hydrolytic
nitrogen content /
(mg·kg － 1 )
速效钾含量
Available
potassium
content /
(mg·kg － 1 )
有效磷含量
Available
phosphorus
content /
(mg·kg － 1 )
柏木纯林
Cupressus funebris pure forest
5. 17 17. 20 0. 99 15. 30 0. 21 78. 35 79. 60 2. 85
柏木 +青冈混交林
Cupressus funebris +
Cyclobalanopsis glauca mixed forest
5. 85 19. 71 1. 59 16. 70 0. 25 85. 25 87. 32 3. 53
2 研究方法
2012 年 1 月对柏木 + 青冈混交林及柏木纯林
各设置 3 块 20 m × 20 m 标准地，在每块标准地内，
采用“S”型 5 点取样法分别在 0 ～ 20，20 ～ 40 和40 ～
60 cm 土层取样，每一层的土样混合均匀后取 1 kg
鲜土，带回实验室后分成 2 份，1 份过 2 mm 筛用于
测定土壤微生物生物量氮、铵态氮和硝态氮含量，另
一份自然风干用于测定土壤全氮含量、脲酶活性、蛋
白酶活性、过氧化氢酶活性和转化酶活性。
土壤全氮含量采用凯氏消煮半微量蒸馏法测定
(鲍士旦，2000); 铵态氮含量采用靛酚兰比色法测
定(鲍士旦，2000); 硝态氮含量采用紫外分光光度
法测定(劳家柽，1988); 土壤微生物生物量氮含量
采用氯仿熏蒸浸提法测定(Brookes et a．，1985); 土
壤酶活性参考关松荫(1986)的方法测定; 脲酶活性
采用靛酚蓝比色法测定，以 24 h 后 1 g 风干土壤中
NH +4 的毫克数表示; 蛋白酶活性采用改良茚三酮
62
第 12 期 冯大兰等: 三峡库区汝溪河流域柏木林土壤氮素及酶活性特征
比色法测定，培养结束后，用无水乙醇做沉淀剂，以
24 h 后 1 g 风干土壤中 NH2 的毫克数表示; 过氧化
氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，以 20 min 后1 g
风干土壤消耗的 0. 01 mol·L － 1高锰酸钾的毫升数表
示; 转化酶活性采用磷酸铜比色法测定，以 24 h 后
1 g 风干土壤中葡萄糖的毫克数表示。
用 Excel 软件进行数据统计和图表绘制; 用
SPSS18. 0 软件对数据进行单因素方差分析，比较各
土层 2 种林分之间土壤氮素和酶活性的差异显著性
(P≤0. 05)，并对不同林分的土壤氮素含量和酶活
性进行相关性分析。
3 结果与分析
3. 1 不同林分土壤铵态氮和硝态氮含量
图 1 表明: 在各土层(0 ～ 20，20 ～ 40 和 40 ～ 60
cm)中，柏木 +青冈混交林土壤铵态氮含量为42. 4 ～
51. 5 mg·kg － 1，柏木纯林为 39. 0 ～ 50. 4 mg·kg － 1，2 种
林分土壤铵态氮含量无显著差异(P ＞ 0. 05); 在 0 ～
60 cm 各土层(0 ～ 20，20 ～ 40 和 40 ～ 60 cm)，柏木 +
青冈混交林土壤硝态氮含量显著高于柏木纯林(P ＜
0. 05)，分别高出 25. 5%，10. 5%和 10. 3%。
3. 2 不同林分土壤微生物生物量氮和全氮含量
图 2 表明: 0 ～ 20 和 40 ～ 60 cm 土层的土壤微
生物生物量氮含量表现为柏木 +青冈混交林显著高
图 1 不同林分土壤铵态氮和硝态氮含量
Fig. 1 Content of soil ammonium nitrogen
and nitrate nitrogen in different stands
于柏木纯林(P ＜ 0. 05)，柏木 + 青冈混交林 0 ～ 20，
20 ～ 40 和 40 ～ 60 cm 土层的微生物生物量氮含量
分别是柏木纯林的 1. 2，1. 0 和 1. 6 倍; 在 0 ～ 60 cm
各土层，2 种林分土壤全氮含量存在显著差异(P ＜
0. 05)，其中柏木 + 青冈混交林土壤全氮含量较柏
木纯林分别高 61. 1%，55. 7%和 19. 8%。
图 2 不同林分土壤微生物生物量氮和全氮含量
Fig. 2 Content of soil microbial biomass nitrogen and total nitrogen in different stands
3. 3 不同林分土壤酶活性
图 3 表明: 在 0 ～ 20 和 20 ～ 40 cm 土层，柏木 +
青冈混交林土壤蛋白酶活性分别是柏木纯林的 1. 8
和 1. 7 倍，且差异显著(P ＜ 0. 05)，而 40 ～ 60 cm 土
层，2 种林分的蛋白酶活性无显著差异(P ＞ 0. 05);
在各土层中，柏木 + 青冈混交林土壤过氧化氢酶活
性显著高于柏木纯林(P ＜ 0. 05)，分别高 57. 3%，
75. 1%和 88. 1% ; 在 0 ～ 20 和 20 ～ 40 cm 土层，脲
酶活性显著高于柏木纯林 ( P ＜ 0. 05 )，分别高
129. 2%，37. 9%和 32. 2% ; 在 0 ～ 20 和 20 ～ 40 cm
土层，柏木 +青冈混交林土壤转化酶活性是柏木纯
林的 1. 8 和 1. 19 倍，差异显著 ( P ＜ 0. 05 )，而在
40 ～ 60 cm 土层，2 种林分之间无显著差异 ( P ＞
0. 05)。
3. 4 不同林分土壤氮素含量与土壤酶活性的相
关性
表 2 表明: 柏木纯林中，土壤铵态氮含量仅与
过氧化氢酶活性显著正相关(P ＜ 0. 05)，全氮含量
与蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶和转化酶活性均极显著
正相关(P ＜ 0. 01)，微生物生物量氮含量仅与脲酶
72
林 业 科 学 49 卷
图 3 柏木不同林分的土壤酶活性
Fig. 3 Soil enzyme activities in different stands
活性极显著正相关(P ＜ 0. 01); 在柏木 +青冈混交
林中，土壤铵态氮含量与蛋白酶、脲酶和转化酶活性
均极显著正相关(P ＜ 0. 01)，硝态氮含量与蛋白酶、
过氧化氢酶、脲酶和转化酶活性均极显著正相关
(P ＜ 0. 01)，全氮含量与蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶
和转化酶活性均极显著正相关(P ＜ 0. 01)，微生物
生物量氮含量与蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶和转化酶
活性均极显著正相关(P ＜ 0. 01)。
表 2 不同林分土壤氮素含量与酶活性的相关系数①
Tab. 2 Correlation coefficients between soil nitrogen content and enzymatic activity in different stands
指标
Index
柏木纯林 Cupressus funebris pure forest
柏木 +青冈混交林
Cupressus funebris + Cyclobalanopsis glauca mixed forest
蛋白酶活性
Protease
activity
过氧化氢酶
活性 Catalase
activity
脲酶活性
Urease
activity
转化酶活性
Invertase
activity
蛋白酶活性
Protease
activity
过氧化氢酶
活性 Catalase
activity
脲酶活性
Urease
activity
转化酶活性
Invertase
activity
铵态氮含量
Ammonium nitrogen content
－ 0. 022 0. 419 * 0. 15 0. 076 0. 532＊＊ 0. 386 0. 676＊＊ 0. 614＊＊
硝态氮含量
Nitrate nitrogen content
0. 35 0. 549＊＊ 0. 636＊＊ 0. 521＊＊ 0. 578＊＊ 0. 770＊＊ 0. 885＊＊ 0. 834＊＊
全氮含量
Total nitrogen content 0. 724
＊＊ 0. 632＊＊ 0. 949＊＊ 0. 924＊＊ 0. 686＊＊ 0. 526＊＊ 0. 848＊＊ 0. 853＊＊
微生物生物量氮含量
Soil microbial biomass
nitrogen content
0. 275 0. 194 0. 668＊＊ 0. 39 0. 757＊＊ 0. 625＊＊ 0. 900＊＊ 0. 830＊＊
① * : P ＜ 0. 05; ＊＊: P ＜ 0. 01．
4 结论与讨论
本研究发现，柏木 +青冈混交林各土层全氮、硝
态氮和微生物生物量氮含量均显著高于柏木纯林，
但 2 者各土层铵态氮含量无显著差异。彭少麟等
(2002)研究认为，森林类型和植物组成对土壤有机
氮组成影响较大，阔叶林输入到林地土壤中的凋落
物氮量多于针叶林，混交林优于纯林，而且针阔混交
林的凋落物较针叶纯林更易分解和矿化。柏木 +青
冈混交林内 2 树种根系的相互作用使根系在土壤中
镶嵌分布，根系密度增加，凋落物资源的异质性增
加，与柏木纯林相比，增加了凋落物数量和土壤微生
物量，促进了土壤微生物活动，进而加快了土壤氮素
循环和土壤矿化过程(杨刚等，2008)。Nadelhoffer
等(2004)研究表明，在林地添加凋落物能够通过改
变凋落物层影响土壤微生物群落，加倍凋落物可以
增加凋落物层的真菌和细菌总生物量。邓华平等
(2010)研究结果表明添加凋落物对土壤的无机氮
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第 12 期 冯大兰等: 三峡库区汝溪河流域柏木林土壤氮素及酶活性特征
产生了显著影响，NH +4 -N 和 NO
－
3 -N 含量分别增加
了 15. 47% 和 30. 77%。但是，Nzila 等 ( 2002 ) 和
Holub 等(2005)却认为，添加凋落物后铵态氮产量
显著增加，与本研究结果存在一定的差异。
何斌等(2002)、杨万勤等(1999)研究表明，土
壤酶活性的高低与群落的物种组成密切相关。本研
究表明，柏木 +青冈混交林各土层蛋白酶、过氧化氢
酶、脲酶和转化酶活性总体上都显著高于柏木纯林。
谷思玉等(2007)对红松(Pinus koraiensis)林土壤酶
的研究也表明混交林的过氧化氢酶和转化酶活性高
于纯 林。 叶 存 旺 等 ( 2007 ) 研 究 表 明 侧 柏
( Platycladus orientalis ) + 沙 棘 ( Hippophae
rhamnoides)混交林各土层转化酶、脲酶和过氧化氢
酶活性普遍高于侧柏纯林。
可见，三峡库区汝溪河流域柏木 + 青冈混交林
在改善林分氮素状况、酶活性和生态环境等方面优
于柏木纯林，青冈树又是库区优良的乡土树种，将柏
木纯林逐步改造为柏木 + 青冈混交林能逐步改良
土壤。
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(责任编辑 于静娴)
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