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Nutrient Contents and Enzyme Activities in the Soil of Cunninghamia lanceolata Forests of Successive Rotation and Natural Restoration with Follow after Clear-Cutting

杉木林采伐迹地连栽和撂荒对林地土壤养分与酶活性的影响


研究湖南会同连栽第2代杉木人工纯林和撂荒对第1代杉木人工林采伐迹地土壤养分与酶活性的影响。结果表明:0~30 cm和30~60 cm土层中,撂荒地土壤有机质、养分含量普遍高于连栽杉木人工林地,且腐殖质碳、有效磷含量的差异均达到极显著水平(P<0.01),全磷含量在0~30 cm土层中的差异达到显著水平(P<0.05)。0~30 cm土层中,撂荒地过氧化氢酶活性极显著高于连栽杉木人工林地(P<0.01),磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性均显著高于连栽杉木人工林地(P<0.05),30~60 cm土层中,撂荒地过氧化氢酶、蔗糖酶活性也显著高于杉木人工林地(P<0.05),磷酸酶和脲酶活性也高于连栽杉木人工林地,但差异不显著(P>0.05)。林地土壤过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性与土壤有机质、养分含量之间均呈较好的正相关,而且与水解氮、速效磷、腐殖质碳的相关性高于其与有机质的相关性。主成分分析表明,土壤酶活性在林地土壤质量体系中扮演着重要角色,其中脲酶、蔗糖酶和磷酸酶可作为林地土壤质量评价的指标。撂荒具有更好地恢复土壤养分含量和酶活性的能力,对维持杉木人工林地持续生产力有着重要作用。

Effects of successive rotation and natural restoration after fallow on forest soil nutrient contents and enzyme activities in the first generation Chinese Fir (Cunninghamia lanceolata) forests after clear-cutting were studied at Huitong Ecological Station, Hunan Province. Results showed that soil organic matter and nutrient contents of the naturally restored forests after fallow were generally higher than those of successive rotation of Chinese fir plantation in 0~30 cm and 30~60 cm layers. The differences in available phosphorus and humus carbon content were extremely significant, and the difference in total phosphorus content in 0~30 cm soil layers was significant. In the natural restoration forest, the activities of phosphatase, uresa and sucrase were significantly higher than those in successive rotation of Chinese fir plantation, and hydrogen peroxidase activity in 0~30 cm soil layers was extremely significant higher than that of the successive rotation forest, In 30~60 cm soil layers, the activities of Hydrogen peroxidase and sucrase in the natural restoration forest were significantly higher that in the successive rotation forest, however there was no significant difference in the activities of phosphatase and uresa. The activities of hydrogen peroxidase, phosphatase, uresa and sucrase had an extreme positive correlations with soil organic matter and nutrient contents, among which the correlations with hydrolysable N, available P and humus carbon were more significant than those with organic matter. Principal component analyses also indicated that soil enzyme activities played an important role in soil quality of forest ecosystem, of which the activities of phosphatase, uresa and sucrase could be used as indicators of soil quality in forest ecosystem. Natural restoration after fallow was able to restore soil nutrient contents and enzyme activities, and played an important role in maintaining sustainable forest-land productive forces of Chinese fir plantation.


全 文 :第 !"卷 第 #$期
$ % % &年 #$ 月
林 业 科 学
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3456,
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杉木林采伐迹地连栽和撂荒对林地土壤
养分与酶活性的影响
方 晰#,$,7 田大伦#,$,7 秦国宣#,7 项文化#,$,7
(#2 中南林业科技大学生态研究室 长沙 !#%%%!;$2 南方林业生态应用技术国家工程实验室 长沙 !#%%%!;
72 城市森林生态湖南省重点实验室 长沙 !#%%%!)
摘 要: 研究湖南会同连栽第 $代杉木人工纯林和撂荒对第 #代杉木人工林采伐迹地土壤养分与酶活性的影响。
结果表明:% 8 7% 59和 7% 8 :% 59土层中,撂荒地土壤有机质、养分含量普遍高于连栽杉木人工林地,且腐殖质碳、
有效磷含量的差异均达到极显著水平(! ; %2%#),全磷含量在 % 8 7% 59土层中的差异达到显著水平(! ; %2%")。%
8 7% 59土层中,撂荒地过氧化氢酶活性极显著高于连栽杉木人工林地(! ; %2%#),磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性均显
著高于连栽杉木人工林地(! ; %2%"),7% 8 :% 59土层中,撂荒地过氧化氢酶、蔗糖酶活性也显著高于杉木人工林地
(! ; %2%"),磷酸酶和脲酶活性也高于连栽杉木人工林地,但差异不显著(! < %2%")。林地土壤过氧化氢酶、磷酸
酶、脲酶、蔗糖酶活性与土壤有机质、养分含量之间均呈较好的正相关,而且与水解氮、速效磷、腐殖质碳的相关性
高于其与有机质的相关性。主成分分析表明,土壤酶活性在林地土壤质量体系中扮演着重要角色,其中脲酶、蔗糖
酶和磷酸酶可作为林地土壤质量评价的指标。撂荒具有更好地恢复土壤养分含量和酶活性的能力,对维持杉木人
工林地持续生产力有着重要作用。
关键词: 湖南会同;杉木人工林;采伐迹地;连栽;撂荒;土壤养分;酶活性
中图分类号:’=#!2$ 文献标识码:- 文章编号:#%%# > =!??($%%&)#$ > %%:" > %=
收稿日期:$%%& > %$ > #?。
基金项目:科技部公益性研究项目($%%=!#")、国家野外科学观测研究站项目($%%:%"#"、$%%=%?$$)、国家林业局软科学项目($%%=@$7)。
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1<*#$+2#: *NN45OP 0N PH554PPGQ4 R0OCOG0D CDS DCOHRC1 R4PO0RCOG0D CNO4R NC110T 0D N0R4PO P0G1 DHORG4DO 50DO4DOP CDS 4DUV94 C5OGQGOG4P
GD OM4 NGRPO E4D4RCOG0D (MGD4P4 BGR( 34--+-1(%@+% 0%-’#,0%*%)N0R4POP CNO4R 514CRA5HOOGDE T4R4 POHSG4S CO WHGO0DE *5010EG5C1
’OCOG0D,WHDCD XR0QGD54 6 @4PH1OP PM0T4S OMCO P0G1 0RECDG5 9COO4R CDS DHORG4DO 50DO4DOP 0N OM4 DCOHRC11V R4PO0R4S N0R4POP CNO4R NC110T
T4R4 E4D4RC11V MGEM4R OMCD OM0P4 0N PH554PPGQ4 R0OCOG0D 0N (MGD4P4 NGR Y1CDOCOG0D GD % 8 7% 59 CDS 7% 8 :% 59 1CV4RP 6 ,M4
SGNN4R4D54P GD CQCG1CZ14 YM0PYM0RHP CDS MH9HP 5CRZ0D 50DO4DO T4R4 4KOR4941V PGEDGNG5CDO,CDS OM4 SGNN4R4D54 GD O0OC1 YM0PYM0RHP
50DO4DO GD % 8 7% 59 P0G1 1CV4RP TCP PGEDGNG5CDO 6 )D OM4 DCOHRC1 R4PO0RCOG0D N0R4PO,OM4 C5OGQGOG4P 0N YM0PYMCOCP4,HR4PC CDS PH5RCP4
T4R4 PGEDGNG5CDO1V MGEM4R OMCD OM0P4 GD PH554PPGQ4 R0OCOG0D 0N (MGD4P4 NGR Y1CDOCOG0D,CDS MVSR0E4D Y4R0KGSCP4 C5OGQGOV GD % 8 7% 59
P0G1 1CV4RP TCP 4KOR4941V PGEDGNG5CDO MGEM4R OMCD OMCO 0N OM4 PH554PPGQ4 R0OCOG0D N0R4PO,)D 7% 8 :% 59 P0G1 1CV4RP,OM4 C5OGQGOG4P 0N
WVSR0E4D Y4R0KGSCP4 CDS PH5RCP4 GD OM4 DCOHRC1 R4PO0RCOG0D N0R4PO T4R4 PGEDGNG5CDO1V MGEM4R OMCO GD OM4 PH554PPGQ4 R0OCOG0D N0R4PO,
M0T4Q4R OM4R4 TCP D0 PGEDGNG5CDO SGNN4R4D54 GD OM4 C5OGQGOG4P 0N YM0PYMCOCP4 CDS HR4PC 6 ,M4 C5OGQGOG4P 0N MVSR0E4D Y4R0KGSCP4,
YM0PYMCOCP4,HR4PC CDS PH5RCP4 MCS CD 4KOR494 Y0PGOGQ4 50RR41COG0DP TGOM P0G1 0RECDG5 9COO4R CDS DHORG4DO 50DO4DOP,C90DE TMG5M
OM4 50RR41COG0DP TGOM MVSR01VPCZ14 +,CQCG1CZ14 X CDS MH9HP 5CRZ0D T4R4 90R4 PGEDGNG5CDO OMCD OM0P4 TGOM 0RECDG5 9COO4R 6
XRGD5GYC1 509Y0D4DO CDC1VP4P C1P0 GDSG5CO4S OMCO P0G1 4DUV94 C5OGQGOG4P Y1CV4S CD G9Y0ROCDO R014 GD P0G1 [HC1GOV 0N N0R4PO 450PVPO49,
0N TMG5M OM4 C5OGQGOG4P 0N YM0PYMCOCP4,HR4PC CDS PH5RCP4 50H1S Z4 HP4S CP GDSG5CO0RP 0N P0G1 [HC1GOV GD N0R4PO 450PVPO496 +COHRC1
R4PO0RCOG0D CNO4R NC110T TCP CZ14 O0 R4PO0R4 P0G1 DHORG4DO 50DO4DOP CDS 4DUV94 C5OGQGOG4P,CDS Y1CV4S CD G9Y0ROCDO R014 GD 9CGDOCGDGDE
PHPOCGDCZ14 N0R4POA1CDS YR0SH5OGQ4 N0R54P 0N (MGD4P4 NGR Y1CDOCOG0D6
!"# $%&’(: !"#$%&’,!"(&)& *+%,#&-.;/0#&.1. 2#+ 34)&$)$#%&; 1"--.11#,. +%$)$#%&; -4.)+5-"$$#&’ 6%+.1$4)&7;&)$"+)4
+.1$%+)$#%& )6$.+ 6)44%8;1%#4 &"$+#.&$1;.&9:;. )-$#,#$#.1
杉木(!"##$#%&’($’ )’#*+,)’-’)人工林是南方集
体林区的主要森林类型之一,也是我国南方森林生
态系统的重要组成部分。但是众多的研究表明,杉
木长期生长或连栽引起林地土壤理化性质、生化特
性变劣,土壤肥力下降(方奇,<=>?;何光训,<==@),
土壤质量严重退化(吴蔚东等,ABBB),杉木林采伐迹
地土壤有机质、全氮和水解氮含量分别平均下降
C@D@=E,@@D@@E和 CCD=FE,脲酶和蛋白酶平均分
别下降 FCDBGE和 AADGCE(顾志康等,ABB<)。因此,
杉木林采伐迹地的更新方式已引起广泛的重视。国
内不少学者正在探索杉木人工林采伐迹地采用不同
更新方式来维持林地生产力,如针阔混交林(冯宗炜
等,<=>>)和近自然林业(张鼎华等,ABB<)等。在杉
木中心产区,撂荒(即让杉木林采伐迹地自然恢复为
阔叶林)是传统杉木栽培制度的重要内容之一,其目
的是通过撂荒后植被自然恢复来积累养分和恢复杉
木林地生产力(项文化等,ABBC),但目前支持这一结
论的研究数据仍极少,国内仅有项文化等(ABBC)对
杉木林采伐迹地撂荒后植被恢复早期的生物量与养
分积累进行了研究,以及方奇(<==B)、姚茂和等
(<==A)、杨承栋等(<==@)进行了杉木林下植被对杉
木林地力影响的相关研究。然而从土地生产力的角
度研究杉木林采伐迹地连栽杉木林和撂荒近 AB年
后对林地土壤养分与酶活性影响仍鲜有报道。
土壤酶(1%#4 .&9:;.)是土壤代谢的动力,既参与
包括土壤生物化学过程在内的自然界物质循环,又
是植物营养元素的活性库(何斌等,ABBA;薛立等,
ABBC)。目前,在几乎所有的森林生态系统研究中,
土壤酶活性的监测似乎成为必不可少的研究内容
(杨万勤等,ABBF)。土壤养分含量是评价土壤自然
肥力的重要因素之一,也是影响土壤酶活性高低的
重要因素(张道夫等,<==>),土壤养分的富集、空间
分布和再分配作用对植被生长、发育和演替具有重
要影响。土壤酶活性与土壤养分之间的关系历来为
各国学者所关注(张成娥等,<==>;H-%1$)5;)+$#&.9 +-
’) I,ABBC),且随着人口的不断增长,土地利用开发
强度不断加大,为实现土壤资源持续利用和防止土
壤质量退化,对土壤环境质量的评估和预测越来越
重要,许多研究表明了土壤酶活性在这一方面的潜
力(J#-K +- ’) I,<==A)。不同栽培制度和管理措施等
都会影响土壤养分的空间变异和生物活性的变化
(曹慧等,ABBA)。本研究在野外考察和室内化学分
析基础上,探讨湖南会同第 <代杉木林采伐后 A种
不同更新方式(连栽第 A代杉木人工林、撂荒)林地
土壤养分与酶活性变化特征及其相关性,以评价撂
荒在杉木人工林可持续经营中的地位与作用,为建
立合理的杉木林调控技术措施、实现杉木林速生丰
产和退化森林生态系统的植被恢复提供科学依据。
< 试验地概况
试验地设在国家野外科学观测研究站和国家林
业局重点森林生态系统定位研究观测站(中南林业
科技大学会同杉木林生态系统定位研究站)内。该
站地处于 带湿润气候,年均气温为 P,年平均相对湿度
>BE以上,年降雨量为 < Q @BB ;,为低山丘陵地貌。该地层古老,以震旦纪
板溪群灰绿色板岩、变质岩为主,土壤为山地黄壤。
站内设有面积为 A 0;A 试验小集水区 >个,平均坡
度为 A@L,>个小集水区相互平行且自然地理状况基
本相似(图 <),彼此相距不超过 营造的第 < 代杉木人工林。在 <=>? 年底将原有的
AA年生杉木人工林进行人为干扰试验。<=>> 年春
后又陆续在原有小集水区营造第 A代杉木人工林,
开展第 A代杉木林生态系统定位研究。
图 < 湖南会同生态定位研究站试验小集水区分布
2#’I < H 1K.$-0 ;)3 6%+ 3%1#$#%& %6 1$"7: 1#$.
#& !"#$%&’ N-%4%’#-)4 R$)$#%&,!"&)& *+%,#&-.
本研究在第!号集水区(第 A代 AB年生杉木人
工林地,简称为:杉木林地,下同)和第"号集水区
(第 <代杉木人工林采伐迹地自然更新恢复林地,简
称为:撂荒地,下同)内进行。
第!号集水区是 <=>?年底对该区 <=GG年营造
杉木人工林皆伐后,当年年底炼山、整地,<=>>年春
以 < @BB Q A F=B株·0;S A营造的第 A代杉木人工林。
<=>>—<==B年间,每年进行 A次(@、>月)全林抚育,
GG 林 业 科 学 F@卷

(!"#$$ % &#’())*·(&"" *)+ &、脲酶(&&#,! % "#--)
)*·(&"" *)+ &和蔗糖酶(&#$& % "#"-$)).·*+ &(! /
"#"()。!" 0 -" 1)土层中,撂荒地土壤蔗糖酶显著
高于杉木人工林地(! / "#"(),磷酸酶和脲酶也高
于杉木人工林地,但差异不显著(! 2 "#"()。表明
杉木林采伐迹地撂荒后形成由多种树种组成的林地
土壤 $种酶活性明显增强,3、4和 5营养物质循环
强度大于杉木人工林,有机残体分解速度也比杉木
林快,尤其在 " 0 !" 1)土层中。
表 ! 林地土壤养分含量!
"#$%! &’() *+,-(.*, /’*,.*,0 (* 1’’2)#*20
土层
6789 9:;<=>1)
林地类型
?7=<@AB9:CD
A;E<
有机质
F=*:C81
):AA<=>(*·G*+ &)
全 4
H7A:9 4>
(*·G*+ &)
全 5
H7A:9 5>
(*·G*+ &)
腐殖质碳
IJ)J@ 1:=K7C>
(*·G*+ &)
水解氮
I;D=79;@:K9<
4>()*·G*+ &)
有效磷
LM:89:K9< 5
>()*·G*+ &)
" 0 !"
杉木林地
3N8C<@< ?8=
O7=<@AB9:CD@
!$#$ % &#-& ’#&$ % "#$, "#’&- % "#"(, $#"P % "#,! &,P#" % ,#-- ’"#!! % (#!(
撂荒地
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杉木林地
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撂荒地
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!! / "#"( 为显著差异水平,! / "#"& 为极显著差异水平。 !!"#"( 8CD81:A<@ @8*C8O81:CA D8OO<=D8OO<=表 3 林地土壤酶活性
"#$%3 &’() .*456. #/,(7(,5 (* 1’’2)#*20
土层
6789 9:;<=>1)
林地类型
?7=<@AB9:CD A;E<
过氧化氢酶
I;D=7*
().·*+ &)
磷酸酶
5N7@EN:A:@<>
[)*·(&"" *)+ &]
脲酶
U=<@:>
[)*·(&"" *)+ &]
蔗糖酶
6J1=:@<>
().·*+ &)
" 0 !"
杉木林地
3N8C<@< O8= O7=<@AB9:CD@
撂荒地 ?:997Q 9:CD@
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杉木林地
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撂荒地 ?:997Q 9:CD@
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"#"!-
898 土壤酶活性与养分之间相关性分析
从表 !可以看出,过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活
性与土壤有机质、全氮、水解氮、有效磷、腐殖质碳含
量呈极显著(! / "#"&)或显著(! / "#"()的正相关
性,而与全磷含量相关性均不显著(! 2 "#"()。磷
酸酶活性与土壤全氮、水解氮、全磷、有效磷、土壤腐
殖质碳含量呈极显著正相关(相关系数分别为
"#!&-、"#$--、"#$((、"#($!,"#$$&,! / "#"&),与有机
质含量显著正相关(相关系数为 "#!&-,! / "#"()。
表明在自然土壤环境中,过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶
和磷酸酶均与土壤有机质的形成发育有关。这与土
壤酶酶促进土壤中糖类、含氮类有机化合物等物质
表 8 土壤酶活性与养分含量相关系数!
"#$%8 :’--.)#,(’* /’.;;(/(.*, 6#,-(< ’; 0’() .*456. #/,(7(,5 #*2 *+,-(.*, /’*,.*,0
有机质
F=*:C81 ):AA<=
全氮
H7A:9 4
全磷
H7A:9 5
水解氮
I;D=79;@:K9< 4
有效磷
LM:89:K9< 5
腐殖质碳
IJ)J@ 1:=K7C
过氧化氢酶 I;D=7*脲酶 U=<@: "#!(!"" "#$R$"" "#"’- "#(&("" "#$-’"" "#$,(""
磷酸酶 5N7@EN:A:@< "#!&-" "#$--"" "#$$&"" "#$(("" "#($!"" "#(R(""
蔗糖酶 6J1=:@< "#!P&"" "#!,’"" "#&’’ "#$P""" "#$-P"" "#$R$""
!"表示 "#"(水平上差异显著;""表示 "#"&水平上差异显著。",68*C8O81:CA :A "#"( 9P- 林 业 科 学 $(卷
分解产生有机质、速效氮相吻合。! 种酶活性与水
解氮、速效磷、腐殖质碳的相关性很高,甚至高于与
有机质的相关性。由此表明 ! 种酶活性在土壤 "、
#、$转化过程中作用很大,林地土壤酶活性的增强
与其矿质养分含量的提高有着紧密的联系。
!"# 杉木林地土壤酶活性之间的相关性
如表 !所示,过氧化氢酶活性与脲酶、磷酸酶活
性呈极显著正相关(相关系数为 %&!%’ 和 %&()%,!
* %&%+),与蔗糖酶呈显著正相关(相关系数为
%&,-%,! * %&%));脲酶与磷酸酶、蔗糖酶呈极显著正
相关(相关系数为 %&!-+和 %&)’,,! * %&%+),磷酸酶
与蔗糖酶呈极显著正相关(相关系数为 %&)!+,! *
%&%+)。由此表明林地土壤过氧化氢还原酶和 ( 种
水解酶在促进土壤有机质的转化及参与土壤物质转
化和能量交换中,不仅显示其专有特性,同时还存在
着共性关系,共同影响着土壤肥力的改善。
表 # 土壤酶活性相关系数
$%&’# ()**+,%-.)/ 0)+11.0.+/- 2%-*.3 )1 4)., +/562+ %0-.7.-6
过氧化氢酶
./012345
64127809:4
脲酶
;14:9
磷酸酶
$<2:6<9=9:4
蔗糖酶
>?@19:4
过氧化氢酶
./012345 64127809:4
脲酶 ;14:9 %&!%’!!
磷酸酶 $<2:6<9=9:4 %&()%!! %&)’,!!
蔗糖酶 >?@19:4 %&,-%! %&!-+!! %&)!+!!
!"8 林地土壤质量的评价指标分析
为了反映出土壤酶活性、有机质、养分含量的相
对重要性及其之间联系的密切程度,从而选择用于
林地土壤质量的评价指标。本研究将过氧化氢酶、
蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性、有机质含量、全氮等养
分含量等 +% 个指标进行主成分分析(表 ))。结果
表明,第 + 主 成 分 的 方 差 贡 献 率 最 大,为
A,&%’BC,涵盖了一半以上的信息,第 ,、(主成分的
方差贡献率差异不大,分别为 +!&)A(C和 +,&B!)C,
(个主成分的累计方差贡献率达到了 B-&!BAC,超
过了 B)C的信息。因此,这 (个主成分能反映林地
土壤各指标的相对重要性及各指标之间的关系。
表 8 各主成分的贡献率和累计贡献率
$%&’8 ()/-*.&9-.)/ :+*0+/-%;+ %/< %00929,%-+< 0)/-*.&9-.)/
:+*0+/-%;+ )1 +%0= :*./0.:%, 0)2:)/+/- C
第 +主成分
+:= @2D62545=
第 ,主成分
,50 @2D62545=
第 (主成分
(10 @2D62545=
特征根 E8345F9G?4: ’&)AB +&BA( +&)’)
方差贡献率
H9=4 2I F91895@4JC
A,&%’B +!&)A( +,&B!)
累计方差贡献率
"?D?G9=8F4 19=4JC
A,&%’B ’A&A!+ B-&!BA
对 +%个土壤质量因子在各主成分上的因子载
荷进行分析,结果(表 A)表明,脲酶、蔗糖酶、水解
氮、全氮和腐殖质碳对第 +主成分影响较大,因子载
荷分别为 %&B!A,%&’B(,%&’A(,%&AB’ 和 %&A+),综合
了氮的合成和分解,包含有机质分解和合成的脲酶
和蔗糖酶有关的信息,其活性的高低不仅可以反映
土壤生物化学过程的强度和方向,而且还能客观地
反映土壤碳、氮等的动态变化,且第 +主成分的累积
贡献率最大(A,&%’BC),对土壤系统起着主导作用,
即包含土壤脲酶和蔗糖酶信息的第 +主成分可作为
林地土壤质量重要的评价指标。对第 ,主成分影响
最大的是磷酸酶、有机质、全磷、腐殖质碳和有效磷,
它们以较大的因子载荷出现在第 ,主成分中,表明
磷酸酶活性参与土壤碳和磷的生物化学过程和物质
循环,以及其在林地土壤综合肥力中的重要作用。
第 (主成分主要由过氧化氢酶、有机质、腐殖质碳决
定。从评价土壤质量的角度看,土壤酶扮演着重要角
色,其中脲酶、蔗糖酶和磷酸酶是可选的指标。
表 > 各个土壤质量因子负荷量
$%&’> ?%,9+4 )1 0)2:)/+/- 0%:%0.-6 )1 4)., @9%,.-6 1%0-)*4
因子
K9@=21
脲酶
;14:9
蔗糖酶
>?@19:4
过氧化氢酶
./012345
64127809:4
磷酸酶
$<2:6<9=9:4
有机质
L13958@
D9==41
全氮
M2=9G
#
全磷
M2=9G
$
腐殖质碳
.?D?:
@91N25
水解氮
./012G/:9NG4
#
有效磷
OF98G9NG4
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+ %&B!A %&’B( %&),) %&!,- %&(A) %&AB’ %&+)’ %&A+) %&’A( %&,!,
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( P %&%() %&+B, %&!B’ P %&((B %&!’’ %&,%’ %&+(( %&(,A %&%(+ P %&(%,
! 结论与讨论
土壤养分是自然因子和人为因子共同作用的结
果,不同更新方式与土壤养分关系密切。连栽杉木
纯林的土壤养分含量、微生物 "与土壤呼吸强度、
酶活性均显著低于杉木与桤木("#$%& ’()*+&,-./$))、
杉木与刺楸(0+#-1+$+2 &)1,)*#-3%&)、杉木与马褂木
(45(5-6)$6(-$ ’75$)$&))和檫树( 8+&&+9(+& ,&%*%)混交
林(何贵平等,,%%+;黄宇等,,%%!)。不同演替阶段
森林生态系统的植物多样性与土壤过氧化氢酶、转
-A第 +,期 方 晰等:杉木林采伐迹地连栽和撂荒对林地土壤养分与酶活性的影响
化酶、酸性磷酸酶等酶活性呈显著正相关(杨万勤
等,!""#)。会同杉木林采迹地撂荒近 !"年后,撂荒
地 " $ %" &’和 %" $ (" &’土层有机质和养分含量普
遍高于连栽的杉木人工林地,尤其是腐殖质碳、有效
磷含量的差异均达到极显著水平,全磷含量在
" $ %" &’土层中的差异达到显著水平。" $ %" &’土
层中,撂荒地的过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活
性均显著或极显著高于杉木林地,%" $ (" &’土层,
撂荒地的过氧化氢酶、蔗糖酶显著高于杉木人工林
地,磷酸酶和脲酶也高于杉木人工林地,但差异不显
著。究其原因主要是连栽杉木形成杉木纯针叶林,
树种组成单一,群落结构简单,早期人为干扰比较严
重,地表枯落物以针叶为主,属于粗糙死地被物,有
机质分解速率缓慢,有利于土壤有机质的积累,但不
利于养分归还土壤。撂荒地经植被自然恢复,人为
干扰较少,撂荒到第 )年时植物种达到 #"*种,以草
本及灌木植物为主(项文化等,!""%),现除了少量的
杉木萌芽条外,由多种阔叶树种和灌木组成针阔叶
混交次生林,地表枯落物较多,且枯落物软质,易分
解,有利于养分归还,使土壤养分提高,但土壤有机
质积累较少。研究表明杉木林采伐后撂荒让其植被
自然恢复有利于林地土壤有机质及养分贮存和转
化,特别是明显提高了土壤全磷和有效磷的含量,更
好地维持和恢复林地土壤肥力,林地中 +、,和 -营
养物质循环强度比杉木人工林大,有机残体分解速
度也比杉木林快,尤其在 " $ %" &’土层中,土壤磷
酸酶活性的提高,对缺磷的南方土壤作用尤为明显。
" $ %" &’土层的有机质含量反映了死地被物积累
与分解状况,而土壤有机质含量主要取决于植被每
年的归还量和分解速率,归还量大、分解速率缓慢会
造成土壤积累较多有机质(徐秋芳等,!""%),因此撂
荒地 " $ %" &’土层中有机质含量略低于杉木人工
林地。
土壤酶活性与土壤养分密切相关(何斌等,
!""!;薛立等,!""%)。.//0123等(!""()对固氮树种引
入到没有固氮树种的林地之后进行研究发现,土壤
有机碳和氮的输入增加,林地土壤酶活性明显增强,
磷酸酶活性提高 #倍以上。本研究中,林地土壤过
氧化氢酶、磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性与土壤有机质
和养分含量之间均有较好的正相关性,而且与水解
氮、有效磷、腐殖质碳的正相关性达到显著或极显著
水平,甚至高于与有机质的相关性。可见,土壤酶活
性的增强与其矿质养分含量的提高有着紧密联系。
杉木林采伐迹地撂荒后,在良好的有机养分状况下,
土壤酶活性愈高对土壤养分元素的矿化作用愈强,
愈有利于系统内的营养物质循环,有利于维持和恢
复杉木林地土壤肥力。林地土壤 4种酶活性之间,
两者正相关性显著,表明土壤过氧化氢还原酶和 %
种水解酶在促进土壤有机质的转化及参与土壤物质
转化和能量交换中,不仅显示其专有特性,同时还存
在着共性关系,共同影响着土壤肥力的发展。
土壤状况是影响林木生长的一个重要因素,而
林木生长反过来也影响土壤状况。土壤酶活性是否
可以作为评价土壤肥力的参数,仍存在争议(张猛
等,!""%)。但大部分研究结果(50&6 !" #$ 7,#88!;关
松荫,#89(;李勇,#898;张庆费等,#888)表明:土壤
酶活性可以评价土壤肥力。李勇(#898)指出,不仅
单个酶参与专一的生物化学过程且与某些肥力因素
密切相关,而且酶活性之间也存在着共性的相关关
系,在土壤肥力形成、发展中起重要作用的酶活性群
体(几个关键酶类)必然在一定程度上反映土壤肥力
的真实水平。本研究表明:土壤酶活性在土壤质量
体系中扮演着重要角色,其中脲酶、蔗糖酶和磷酸酶
可作为土壤质量评价的指标。杉木林采伐变迹地撂
荒后土壤养分含量和脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性得到
了明显提高,表明林地土壤肥力正在朝着改良方向
发展,土壤质量正逐步提高。
参 考 文 献
曹 慧,杨 洁,孙 波,等 7 !""! 7太湖流域丘陵地区土壤养分的空
间变异 7土壤,%4(4):!"# : !")7
方 奇 7#89* 7湖南林区杉木连栽对土壤肥力及其林木生长的影响 7
林业科学,!%(4):!987
方 奇 7 #88" 7加强土壤和地被物管理对杉木林生态系统生物量能量
利用与养分循环的影响 7林业科学,!((%):!4) : !)! 7
冯宗炜,陈楚莹,张家武,等 7 #899 7一种高生产力和生态协调的亚热
带针阔混交林———杉木火力楠混交林研究 7植物生态学与地植
物学学报,#!(%):#() : #9"7
顾志康,潘文贤,蒋小凡,等 7 !""# 7杉木迹地土壤养分与酶活性变化
及利用 7浙江林学院学报,#9(!):#!% : #!(7
关松荫 7 #89( 7土壤酶及研究方法 7北京:农业出版社 7
何 斌,温远光,袁 霞,等 7 !""! 7广西英罗港不同红树植物群落土
壤理化性质与酶活性的研究 7林业科学,%9(!):!# : !(7
何光训 7#88) 7杉木连栽林地土壤酚类物质降解受阻的内外因 7浙江
林学院学报,#!(4):4%4 : 4%87
何贵平,陈益泰,胡炳堂,等 7!""# 7杉木与马褂木、檫树混交林及其纯
林生物量和土壤肥力研究 7林业科学研究,#4()):)4" : )4* 7
黄 宇,冯宗炜,汪思龙,等 7 !""4 7杉木与固氮和非固氮树种混交林
地土壤质量和土壤水化学的影响 7生态学报,!4(#"):!#8! :
!#887
李 勇 7 #898 7试论土壤酶活性与土壤肥力 7土壤通报,!"(4):#8" :
#8% 7
汪海珍,徐建明,谢正苗 7 !""# 7电热干燥箱恒温加热法测定土壤腐殖
质的含碳量 7浙江大学学报:农业与生命科学版,!*(#):4% : 4(7
"* 林 业 科 学 4)卷
吴蔚东,张桃林,孙 波,等 ! "### !人工杉木林地有机物和养分库的
退化与调控 !土壤学报,$%(&):’& ( ’%!
项文化,田大伦,闫文德,等 ! "##$ !杉木林采伐迹地撂荒后植被恢复
早期的生物量与养分积累 !生态学报,"$(’):)*+ ( %#"!
徐秋芳,徐建明,姜培坤 !"##$ !集约经营毛竹林土壤活性有机碳库研
究 !水土保持学报,&%(’):&+ ( &%&!
薛 立,邝立刚,陈红跃,等 !"##$ !不同林分土壤养分、微生物与酶活
性的研究 !土壤学报,’#("):",# ( ",+!
杨承栋,焦如珍,屠星南,等 ! &**+ !发育林下植被是恢复杉木人工林
地力的重要途径 !林业科学,$&($):"%) ( ",$ !
杨万勤,王开运 ! "##’ !森林土壤酶的研究进展 !林业科学,’#("):
&+" ( &+* !
杨万勤,钟成章,陶建平,等 ! "##& !缙云山森林土壤酶活性与植物多
样性的关系 !林业科学,$%(’):&"’ ( &", !
姚茂和,盛炜彤,熊有强 !&**" !林下植被对杉木林地力影响的研究--
盛炜彤 !人工林地力衰退研究 !北京:中国科学技术出版社 !
张成娥,陈小利 !&**, !林地砍伐开垦对土壤酶活性及养分的影响 !生
态学杂志,&%()):&, ( &"!
张道夫 ! &**, !氮素营养研究中几个热点问题 !植物营养与肥料学报,
’(’):$$& ( $$, !
张鼎华,叶章发,王伯雄,等 ! "##& !近自然林业经营法在杉木人工幼
林经营的应用 !应用与环境生物学报,%($):"&* ( ""$!
张 猛,张 健 !"##$ !林地土壤微生物、酶活性研究进展 !四川农业
大学学报,"&(’):$’% ( $+&!
张庆费,宋永昌,由文辉 ! &*** !浙江天童植物群落次生演替与土壤肥
力的关系 !生态学报,&*("):&%’ ( &%,!
中国科学院南京土壤研究所 !&*%, !土壤理化分析 !上海:上海科学技
术出版社 !
./012345362789: ;,<0=9/> ? @,A7BB ? C,!" #$ ! "##$ ! C8:D59 3/27E72791 38F
57/60=73B /055G872D 126G/2G69 78 1957367F 3H67/GB2G63B 107B1! I70B0HD 38F
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5383H95982 ! N9V W06>:@36/9B M9>>96 !
(责任编辑 郭广荣)
《林业科学》被评为 "##,年度“百种中国杰出学术期刊”
中国科学技术信息研究所 "##*年《中国科技期刊引证报告》(核心版)日前正式出版。“核心版”共收录
中国核心科技期刊 &,),种。根据综合评价总分排名,在 &,),种核心期刊中,《林业科学》排名第 *位,为林业
科技期刊最高。为了更好地反映期刊的权威性,今年的引证报告还增加了权威因子指标,即不仅有被引次数
的指标,还考虑了不同引用之间的重要性区别。《林业科学》的权威因子指标为 +#+X#",高出林业科技期刊第
"名近 *#分。《林业科学》再次被评为 "##,年度“百种中国杰出学术期刊”,是林业科技期刊中唯一获奖的期
刊。
"##*年 &月 &日起,《林业科学》网站正式投入使用,期刊在线采编系统开始试运行,实现了在线投稿、审
稿,作者自主投稿、查询,这是期刊在办刊现代化方面迈出的一大步。,月 +日,期刊首先实现了现刊同步上
网,年内将实现过刊的全文上网,作者可以从本刊网站直接查阅《林业科学》的全部期刊并免费下载。编辑部
的工作动态、各期目录、重点论文等也及时上网。《林业科学》期刊博客(P22U:--=B0H ! 1783 ! /05! /8-B78D>R)发表
原创性文章 ,,篇,访问量过万,产生了很好的宣传、互动效果。在中国科协期刊第六届优秀学术论文评选
中,由本刊推荐的 $篇论文分别获得 &个一等奖和 "个三等奖。
&%第 &"期 方 晰等:杉木林采伐迹地连栽和撂荒对林地土壤养分与酶活性的影响