大兴安岭北部针叶林土壤团聚体酶活性研究

　　摘 要：以大興安岭北部典型针叶林(兴安落叶松林、樟子松林)为研究对象，通过团聚体脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性以及酶活性几何平均数的测定与分析，探明该地区两种主要针叶林土壤团聚体酶活性的差异，以及随团聚体粒径大小不同酶活性的变化特征。结果表明：①兴安落叶松林0～5 cm土层和樟子松林0～10 cm土层以大团聚体占优势，随着土层加深大团聚体含量下降，两种林型生长季中期大团聚体含量高于生长季初期和末期。②两种林型团聚体酶活性均表现为随粒径减小而增加的一致性规律，以小于0.25 mm微团聚体酶活性最高，且随着土层加深，团聚体酶活性随之降低。兴安落叶松林团聚体脲酶、蔗糖酶活性低于樟子松林，酸性磷酸酶活性高于樟子松林;两种林型团聚体脲酶以生长季初期和末期活性最高，蔗糖酶和酸性磷酸酶均以7—8月生长旺季活性最高。③土壤团聚体酶活性几何平均数表现为樟子松林高于兴安落叶松林，随土层降低而递减，且随粒径增大酶活性平均数降低，两种林型酶活性几何平均数在生长季中期数值较高。

　　关键词：大兴安岭;兴安落叶松林;樟子松林;水稳性团聚体;酶活性

　　引言

　　土壤酶是微生物养分转化过程中的催化物质，其中土壤脲酶能够参与尿素的分解，其酶促反应能够得到氨，是植物氮素营养的主要来源[1]，蔗糖酶能够以有机质为底物，将高分子的化合物分解成为植物可利用的营养物质，是参与土壤碳循环的重要酶，而磷酸酶能够促进土壤有机磷的矿化，有助于植物对有机磷的吸收[2]。脲酶、蔗糖酶与磷酸酶直接参与土壤碳氮磷的重要循环过程，对于生境的变化十分敏感，因此可以作为土壤质量的生物指标[3]。研究证明，土壤酶受温湿度、微生物活性等因素的综合影响[4-5]，而不同粒径大小的土壤团聚体中通气状况与水分含量等因素不同，造成了团聚体中养分转换及酶活性的差异，因此研究团聚体中酶的活性能够更好地揭示土壤中养分转换的生物过程。目前，在土壤团聚体酶活性的研究中，有许多研究者对团聚体脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶进行了研究，对于植被恢复过程以及施肥对团聚体酶的作用研究较多[6-7]，也有不少研究涉及有机碳含量对酶活性的影响[8-9]，而森林生态系统下，土壤酶受到土壤、气候等多种因素相互作用，共同调控土壤微生物的群落结构，从而对酶的活性及释放造成影响[10]。因此，不同森林类型中团聚体酶活性差异的相关研究对深入了解森林生态系统养分循环具有积极的作用。大兴安岭北部林区是我国唯一的寒温带森林，也是我国主要的林业生产基地，地带性植被为明亮针叶林，即兴安落叶松(Larix gmelinii)林，同时也分布有樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)林，除此之外还有白桦(Betula platyphylla)林、山杨(Populus davidiana)林等次生林[11]。但大兴安岭地区土层较薄，生长季短，对于该地区团聚体内酶活性的实测数据还十分欠缺。本研究以大兴安岭北部地区天然针叶林为研究对象，探讨该地区土壤团聚体内酶活性的差异，为本地区土壤酶活性的研究提供科学参考。

　　1 材料与研究方法

　　1.1 研究区概况

　　研究区设于黑龙江漠河森林生态系统国家定位观测研究站，位于大兴安岭北部漠河县北极村内，地理坐标为：122°06′～122°27′ E，53°17′～53°30′ N。本区属寒温带大陆性季风气候，年平均气温-4.9 ℃，年降水量约430 mm，降水多集中在夏季。全年冰雪覆盖时间最长可达200 d。地带性土壤为棕色针叶林土，另外局部地区还有草甸土、沼泽土分布，是我国多年冻土的主要分布区。森林植被系欧亚大陆寒温带明亮针叶林，以兴安落叶松为优势建群种，此外还有樟子松林、白桦林和山杨林等森林类型，林下灌木主要有兴安杜鹃(Rhododendron dauricum)、杜香(Ledum palustre)和越桔(Vaccinium vitis-idaea)等。

　　1.2 样地设置和研究方法

　　在前期踏查的基础上，选择本区典型针叶林为研究对象，即兴安落叶松林和樟子松林，在每一林形设置3块调查样地，样地规格为20 m×30 m，并对样地进行基本情况调查，见表1和表2。2018年5—10月每月初取样一次，在每一样地每月按照“S”形设置采样点，挖掘土壤剖面，利用土刀分别采集0～5、5～10 、10～20 cm 3个土层的土壤样品，剔除石块及动植物残体，室温风干后，采用湿筛法筛分出：>1.0、0.5～1.0、0.25～0.5、0.053～0.25、<0.053 mm 5个粒径的水稳性团聚体。在取土的同时，用环刀法采集原状土样以测定土壤容重与孔隙度。

　　土壤团聚体的测定方法：利用TTF-100型土壤团聚体分析仪，称取50 g风干土样，置于1 mm筛子上，使用蒸馏水浸润5 min，以90次/min的频率振荡10 min，冲洗收集各级筛层上的团聚体于铝盒中，<0.053 mm的水稳性团聚体则需要在桶内静置沉淀72 h，随后弃去上清液，将团聚体转移至铝盒内，在60 ℃下烘干，称重，计算水稳性团聚体的质量分数。

　　脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定，用24 h 后1 g土壤中铵态氮的毫克数表示;蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，用24 h后1 g土壤中葡萄糖的毫克数表示[12];酸性磷酸酶采用对硝基苯磷酸盐法测定，用1 h后土壤所释放酚的毫克数表示[13]。

　　土壤酶活性的几何平均数(Mg)计算公式[14]为：

　　1.3 数据分析

　　利用SPSS 20.0对数据进行统计分析，采用单因素方差分析，并用LSD法对不同森林类型、不同土层、不同粒径之间进行差异性检验，采用SigmaPlot 12.5数学软件进行绘图。

　　2 结果与分析

　　2.1 土壤水稳性团聚体组成特征

　　由图1可知，随月份变化，兴安落叶松林0～5 cm土层以>0.5 mm粒径团聚体占绝对优势，且至8月出現最高值84.48%;0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒径团聚体含量均在6月达到最高值为16.14%和24.47%。5～10 cm和10～20 cm土层均以<0.25 mm微团聚体(0.053～0.25 mm;<0.053 mm)为主，呈波动式上升以生长季后期含量较高，分别在9月和10月达到最高值79.94%和93.49%;>0.25 mm大团聚体含量较低，其中7—10月10～20 cm土层没有得到>1 mm粒径团聚体。樟子松林0～5 cm土层>1 mm粒径团聚体在5—9月差异不显著(P>0.05)，平均值为53.76%;0.5～1 mm和0.25～0.5 mm粒径团聚体均在6月达到最高值26.91%和7.97%;微团聚体含量较低，波动为12.55%～27.59%。5～10 cm土层>1 mm粒径团聚体呈波动式上升趋势，在10月出现最高值43.09%;0.5～1 mm粒径团聚体以6月值最高为27.03%，大团聚体约占团聚体总量的58%以上，与微团聚体差异减小。10～20 cm土层以微团聚体为主，其中0.053～0.25 mm粒径团聚体5月值最低，为19.33%，6—10月波动为39.39%～58.07%;<0.053 mm粒径团聚体波动为12.05%～38.22%。

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