杉木人工林土壤理化性质及酶活性的变化规律

1、收稿日期 2010206203;2010208216修回基金项目 国家林业局/9480引进项目/人工林土壤质量监测指标体系与地力维护先进技术引进0(200524217;国家林业公益性行业科研专项/人工林土壤质量演变机制与持续利用0(200804040杉木人工林土壤理化性质及酶活性的变化规律舒洪岚(江西财经大学,江西南昌330032摘 要为揭示杉木人工林土壤肥力变化规律,研究了江西省景德镇市枫树山林场不同连栽代数、不同林龄的杉木人工林土壤理化性质和酶活性的变化。结果表明:随着林龄的增长,除土壤容重趋于增加外,土壤pH 、阳离子交换量、全氮、速效钾及酸性磷酸酶、过氧化氢酶、尿酶和蛋白酶的活性均有所

2、降低;随着土壤深度增加,土壤pH 、阳离子交换量、氮磷钾养分以及酶活性均呈下降趋势。二代杉木林的土壤容重、pH 、阳离子交换量和速效磷的含量高于一代杉木林,但土壤全氮、速效钾的含量和酶活性低于一代杉木林;土壤酸性磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶与土壤pH 、有机质、全氮、速效钾呈极显著或显著正相关,土壤酸性磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶与土壤速效磷呈极显著正相关。关键词杉木人工林;连栽;林龄;土壤肥力;理化性质;酶活性中图分类号S158.1文献标识码ASoil Physicochemical Prope rty and EnzymaticA ctivity of Chinese Fir Planta

3、tionSH U H ong 2lan(J iangxi U niver sity of F ina nce and Economics,Nancha ng,J ia ngxi 330032,ChinaAbstract:The soil physicochemical proper ty and enzymatic activity of Chinese fir plantations with different continuous planting generations and different forest age in Fengshushan forest farm of Jia

4、ngxi province wer e studied to reveal the change regulation of soil fertility of Chinese fir plantation.T he r esults showed that pH ,CEC,total N content,available K content and activity of acid phosphatase,catalase,urease and protease decreased with the increase of for est age except for soil bulk

5、density,the pH ,CEC,N,P and K nutrients and enzymatic activity decreased with the increase of soil depth.The soil bulk density,pH ,CEC and available P content of the second gener ation of Chinese fir plantation wer e higher than that of the first,but the total N and available K content and enzymatic

6、 activity was lower than that of the first generation of Chinese fir plantation.T here were significant or very significant positive correlations between activity of soil acid phosphatase,catalase,ur ease and protease and pH ,organic matter content,total nitrogen content,available K content.T here w

7、ere very significant positive correlations between activity of soil acid phosphatase,catalase and urease and available P content.Key w or ds:Chinese fir plantation;continuous planting;forest age;soil fertility;physicochemical property;enzymatic activity杉木是我国南方重要的用材树种。近年来,由于高度的集约经营、并伴随着某些不合理的营林和栽培措施,

8、如树种单纯、全垦整地、大面积皆伐、在同一林地上连续栽杉等,加上杉木自身生物学特性等原因,致使杉木人工林生产力下降和地力退化现象普遍存在123。如何维护和提高杉木林地土壤肥力,保持人工林持续速生、丰产,已成为我国林业建设,尤其是南方用材林区营林生产中急待解决的重要问题。笔者对江西省景德镇枫树山林场不同连栽代数、不同林龄的杉木人工林土壤酶活性、土壤理化性质进行研究,并分析杉木人工林的土壤酶活性与肥力指标的相关关系,以期揭示杉木人工林连栽土壤肥力变化规律,为杉木人工林的土壤质量评价提供参考依据。1材料与方法1.1试验地概况试验地为江西省景德镇市枫树山林场浮东分场,位于景德镇市东北端(E 117b 3

9、3c 117b 33c ,N 29b 30c 29b 30c ,皖赣两省四县(安徽祁门、休宁、江西婺源、浮梁交界处,年均气温20e 左右,年均降雨量16501850mm,地势高峻,峰峦起伏叠嶂,平均海拔400m 以上。土壤以红壤、黄壤为主,土层厚度一般为4080cm,偏酸性。1.2样地设置及土壤样品采集选取立地条件相似、不同林龄(8年、11年、15年的杉木人工林和连栽第二代杉木林(6年设置样地,每个样地内分别于土层010cm 、1020cm 、2040cm 处多点采集土壤混合样品,3个重复,装贵州农业科学 2010,38(9:8183 Guizhou Agricultur al Science

10、s入布袋中带回室内风干处理,测定土壤理化性质和酶活性,用环刀采集土壤物理性质测定样品。1.3测定项目及方法土壤容重:环刀法;pH :电位法;阳离子交换量(CEC:1mol/L 乙酸铵交换法;有机质:重铬酸钾氧化2外加热法;全氮:半微量凯氏法;全磷:氢氧化钠碱熔2钼锑抗比色法;全钾:氢氧化钠碱熔2火焰光度法;速效磷:0.03mol/L 氟化氨20.025mol/L 盐酸浸提钼锑抗比色法;速效钾:1mol/L 乙酸铵浸提2火焰光度法;过氧化氢酶:高锰酸钾滴定法,以1g 土壤的0.02mol/L KMnO 4毫升数表示;土壤脲酶:苯酚钠比色法;土壤蛋白酶:茚三酮显色比色法;土壤酸性磷酸酶:磷酸苯丙二

11、钠比色法。1.4数据处理采用SPSS 11.5软件进行统计检验。2结果与分析2.1土壤容重由图1A 可以看出,在同一土壤层次中,一代杉木人工林随着林龄的增加土壤容重呈增加趋势,11年林龄比8年林龄土壤容重增加6.5%,15年林龄比11年林龄土壤容重增加8.45%。二代林与一代林相比,土壤容重较大。在不同土壤层次中,8年、11年、15年和二代林010cm 的土壤容重均小于1020cm,而1020cm 的土壤容重均小于2040cm 。说明,营造杉木人工纯林易使土壤容重增加,使土壤更加坚实,由于杉木的根系穿插能力较弱,其发育对土壤容重很敏感,因此,土壤容重增加对杉木根系生长不利4。2.2土壤化学性质

12、导致土壤pH 和阳离子交换量下降5含量。表明,森林收获降低了土壤全氮含量3。同一林龄的土壤全氮含量随土壤层次的增加而逐渐降低。一代林中15年杉木林土壤全氮含量在2040cm 土层处最少,为1.00g/kg;二代杉木林在2040cm 土层全氮含量最少,为0.71g/kg 。从图2C 可以看出,一代杉木林土壤速效磷含量随土壤层次的增加而逐渐降低,可能与杉木枯枝落叶聚集在土壤表层,促进土壤速效磷的循环有关;同一土壤层次不同林龄土壤速效磷含量差异不明显,但在1020cm 和2040cm,二代杉木林的土 壤速效磷含量显著高于一代杉木林。#82# 贵州农业科学2010,38卷图3不同连栽代数及林龄的杉木人

13、工林土壤速效钾含量Fig.3The available K content of Chinese firplantation with different continuousplanting gener ation and forest age从图3可以看出,土壤速效钾随着杉木人工林林龄的增加而下降;在1020cm和2040cm,二代杉木林的土壤速效钾含量显著低于一代杉木林。说明,杉木人工林的连栽降低了土壤速效钾的含量。2.3土壤酶活性从表1可以看出,土壤磷酸酶、过氧化氢酶、尿酶和蛋白酶的活性都随着土壤深度的增加而减小, 010cm土壤酶活性最高,2040cm土壤酶活性最低。随着杉木纯林林龄

14、的增加,土壤磷酸酶、过氧化氢酶、尿酶和蛋白酶的活性也在减少。8年杉木林土壤酶的活性最高,而15年杉木林土壤酶的活性最低。一代杉木林土壤磷酸酶、过氧化氢酶、尿酶和蛋白酶的活性高于二代杉木林,即杉木连栽后土壤酶的活性降低,这可能是引起土壤肥力衰退的重要原因7。表1不同连栽代数及林龄的杉木人工林土壤酶活性Table1The soil enzymatic activity of Chinese fir plantation with differ ent continuous plant ing gener ation and forest age土壤层次/cm Layer酸性磷酸酶/mg/(g#dA

15、cid phos phatase8年11年15年二代林6年过氧化氢酶/m g/(g#hCatalase8年11年15年二代林6年脲酶/mg/(g#dU rease8年11年15年二代林6年蛋白酶/mg/(g#dProtease8年11年15年二代林6年Note:Different letters in th e sam e colum n in dicated th e significant level at5%.表2杉木人工林土壤酶活性与土壤主要养分的相关性T able2T he correlation between soil enzymatic act ivity and chemic

16、al pr operty in Chinese fir plantat ionpH有机质Organic matter全氮T otal N速效磷Available P速效钾Available K2.4土壤酶活性与主要养分的相关性分析对土壤酶与主要养分之间进行相关分析(表2,结果表明,4种土壤酶活性与土壤主要养分含量均有极显著或显著的相关性。土壤酸性磷酸酶与土壤主要养分间均达极显著相关关系。因此,其活性的强弱对杉木人工林土壤中有机质和磷素的供应尤为重要。土壤过氧化氢酶与土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾呈极显著正相关,与土壤pH值呈显著正相关。说明,土壤过氧化氢酶的活性也反映了土壤肥力水平的高低。土

17、壤脲酶与土壤有机质、全氮和速效磷均达到极显著正相关,与土壤pH值和速效钾呈显著正相关。可见,脲酶活性可以反映杉木人工林地土壤中的氮素营养状况。土壤蛋白酶能促进土壤中植物残体和微生物的蛋白质水解成氨基酸,与脲酶一起参与土壤中的氮素转化,对土壤中微生物和植物生长起着重要作用。从表2可以看出,土壤蛋白酶与土壤有机质、全氮的相关性最显著,其次是速效钾、pH。3结论与讨论1随着杉木林龄的增长,土壤容重呈增加趋势。11年林龄比8年林龄土壤容重增加6.5%,15年林龄比11年林龄土壤容重增加8.45%。杉木连栽后,二代杉木林的土壤容重增加,土壤变得过于紧实,土壤物理性质变差。2随着杉木林龄的增长,土壤pH、

18、阳离子交换量、全氮和速效钾含量均有所降低,土壤有机质和速效磷含量则变化不大。与一代杉木林相比,二代杉木林提高了土壤pH值、阳离子交换量和速效磷的含量,但降低了土壤全氮和速效钾的含量。随着土壤深度增加,土壤pH、阳离子交换量以及土壤养分都有下降的趋势。(下转第87页#83#第9期舒洪岚杉木人工林土壤理化性质及酶活性的变化规律 TT X的微生物,但没有成功。这可能是因为在人工养殖过程中频繁使用抗生素,河豚体内的大多数微生物被杀死。本试验从野生河豚鱼卵巢中分离得到产TT X的细菌,从而进一步证实了河豚鱼的毒素是由生长在河豚鱼体内的微生物作用下产生的,不是河豚鱼自身组织产生的。小鼠生物检测法10212

19、是日本官方检测河豚毒素的生物学方法。它具有直观、快速、症状典型易于判断,价格低廉等优点,是一种广泛应用于检测河豚毒素的常规方法。本试验采用小鼠生物检测法从河豚鱼卵巢分离筛选出1株产TT X较强的菌株,命名为CZ2312,用小鼠生物检测法测定其产T TX的含量为468.13ng/mL。其最适生长pH值为7.0,最适生长温度26e,在2%的NaCl浓度下菌体生长速度快,生长最好。由于河豚毒素在镇痛和戒毒方面独特的生物学特性,因此,在世界范围内需求量不断递增。目前国内外TT X生产的原材料大多数来源于野生河豚的内脏组织,人工养殖的河豚内脏组织TT X含量极低,仅为野生河豚鱼TT X含量的1%。TT

20、X是微生物在生长过程中产生的次生代谢产物,其含量低,即便在野生河豚体内T TX的含量也很低。因此,从海洋中分离筛选产TT X的微生物,通过深入研究微生物发酵产TT X的各种条件,为TT X的生产提供一条更具潜力的途径势在必行,这对于保护河豚鱼野生资源也具有重要意义。参考文献1982,65:3272331.2Kao CY.T etrodotoxin,saxitoxin and t heir significancein study of excitation phenomenaJ.P ha rmacol Rev,1966,18(2:99721049.3Narahashi T.Chemicals

21、as tools in study of excitablemembranesJ.P hysiol Rev,1974,54(4:8132889. 4Daniel M,Schwaetz Z.Exper iment al st udy of tetr o2dotoxin:Along activating topical anestheticJ.Am JOphthalmol,1998,125(4:4812487.5Schwartz D M,Duncan KG,Duncan JL.Experimentaluse of tetr odotoxin for cor neal pain aft er exc

22、imer laserkeratectomyJ.Cornea,1998,17(2:1962199.6吴韶菊,梁红星,宫庆礼,等.小鼠生物量定性检测细菌发酵产生的河豚毒素J.安徽农业科学,2007,35(2:3152316.7池珍,郑莺,毛宁.产河豚毒素(TTX菌株ZY223的分离与鉴定J.微生物学通报,2010,37(2:2172221.8沈萍,范秀容,李广武,等.微生物学实验M.北京:高等教育出版社,1996,6(26235.京:科学出版社,1989:388.10H wang D F,Jeng S S.Bioassay of tetr odotoxin usingICR mouse str a

23、inJ.Jour na l of the Chinese Biochem2ical Society,1991(20:80286.11Deng2F uluHwang,Yung2HSiangTsai.T oxins in tox2ic Taiwanese crabsJ.F ood Reviews Inter national,1999,15(2:1452162.12张理,谢克勤,赵金山,等.用昆明小鼠定量测试河豚毒素的研究J.中国食品卫生杂志,2004,6(16:4972500.(责任编辑:刘海(上接第83页3同一土壤层次土壤有机质含量差别不大,统计结果显示,不同杉木林龄和连栽代数之间差异不显著,这与其他研究8结果不同,其原因可能是与当地气候、土壤类型有很大关系,具体原因需进一步探讨。4土壤酸性磷酸酶、过氧化氢酶、尿酶和蛋白酶的活性随着土壤深度的增加而减小,随着杉木纯林林龄的增加,土壤酸性磷酸酶、过氧化氢酶、尿酶和蛋白酶的活性也在减少。一代杉木林土壤酶活性高于二代杉木林,即杉木连栽后土壤酶的活性降低。5土壤酶与主要养分之间相关分析表明,土壤酸性磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶、蛋