粵北杉木林林禽模式對土壤酶活性的影響研究

向前勝,肖正中,張登山,蔡展輝,林楚鈞,劉素閑

(1.韶關學院,廣東 韶關 512005;2.青海大學農林科學院,青海 西寧 810016)

土壤是陸地生態系統的重要組成部分,在物質循環和能量流動過程中發揮著重要作用。在土壤系統中,土壤酶是最活躍的角色之一[1],是土壤中各種生物生化反應的催化劑,主要參與各種生物化學過程的物質循環,與土壤養分的有效化過程及有效化程度密切相關[2],直接影響著土壤肥力[3-5]。因此,土壤酶活性既可全面地反映土壤的肥力狀況[6],又可作為判斷脅迫環境下土壤生態環境是否退化的預警指標之一[7]。土壤酶種類繁多,其中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶常被作為評價土壤肥力狀況的重要指標[8]。

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook.)是我國特有的用材樹種,在我國林業生產中占有重要地位[9]。其具有生長快、病害少、材質輕、紋理美、抗蛀耐腐等特點[10]。廣東省現有杉木栽培面積8.33×105hm2,儲量達4.95×107m3,其中粵北的杉木林種植面積為2.68×105hm2。人工林多為單樹種的同齡林林分,經過多代連栽后,林地呈現出地力衰退、生產力下降、穩定性差和抵抗力弱的特點,繼而引發較突出的生態環境問題[11],有規劃的發展林下經濟既能提高杉木林復合經營的價值,還能改善由單一人工林引發的生態問題,更能維護林業生態保護和林業產業發展之間的平衡[12]。林下養殖家禽作為一種典型的林下經濟模式,既能有效改良土壤的養分結構還能提高土壤的有機質含量,為土壤中的動物活動提供了更多的能量物質來源[13]。

國內外許多學者對林下經濟模式的發展開展了相關研究,并取得了較多成果。但是對于粵北杉木林林下經濟模式的研究報道較為少見,尤其是對粵北杉木林下林禽模式對土壤酶活性的研究成果還鮮見報道?；诖?本文以粵北放養家禽的林下經濟模式為研究對象,通過研究林禽模式對林下土壤酶活性的影響來評價土壤的環境質量和肥力狀況,為推動粵北林下經濟的發展提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究以廣東省韶關市曲江區石洞周邊的杉木林為研究區域。該地區的地質構造復雜,火成巖分布廣泛,巖溶地貌種類多,有效土層厚度大約為0～60 cm;年降雨量為1 300～2 400 mm,屬于亞熱帶季風氣候區。選擇了地理位置相鄰、樹齡相近、生長環境條件基本一致的林下經濟模式進行研究,采樣點信息詳見表1。

1.2 試驗設計

本試驗分別以杉木純林(CL)、林禽模式下的杉木林(LQ)和人為干擾的杉木林(RWL)作為研究對象。各采樣點除去表面的枯枝落葉層后分別按照0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm土層深度進行土壤樣品采集。共15處理,每個采樣點內進行三次重復。采樣點信息及試驗設計如表1。

1.3 試驗樣品收集

土壤樣品的收集:于2022年12月在韶關市曲江區石洞周邊進行采樣,在不同類型林地位置分別設置10 m×10 m樣地,運用S形取樣法進行取樣,樣品采集后用密封袋封裝,并標注好采樣信息,帶回實驗室后去除石粒進行保存,一份放于室內通風處風干保存,另一份放于冰箱的0～4 ℃進行保存,待測。

1.4 試驗方法

本試驗采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法、磷酸苯二鈉比色法、3,5-二硝基水楊酸比色法和高錳酸鉀滴定法分別測定蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶活性指標分別經處理后,試驗過程均采用培養24 h后測定其活性。

1.5 數據整理與分析

試驗數據采用SPSS 21.0軟件進行多重比較分析,運用Excel 2019進行數據分析與圖表制作。

2 結果與分析

2.1 同一林下經濟模式下不同土層的土壤酶活性差異

由表2可知,純林(CL)模式下,四種土壤酶活性均隨著土層增厚呈現出先增加后降低的趨勢。處理CL2的蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性均最高,分別為5.510 mg/g、1.590 mg/g、9.400 mg/g和0.140 mL/g,且除了過氧化氫酶外,其余酶的活性均與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理CL1,其蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性分別為3.820 mg/g、1.330 mg/g、6.590 mg/g、0.130 mL/g,且蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶除了和處理CL3相比差異不顯著外,和其它處理相比差異均極顯著(P<0.01)。處理CL5的蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性均最低,分別為1.760 mg/g、0.510 mg/g、1.980 mg/g、0.070 mL/g,脲酶、堿性磷酸酶活性與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。

表2 三種林下經濟模式各土層土壤酶活性多重分析表

林禽模式(LQ)下,四種土壤酶活性總體上均隨著土層增厚呈現出先增加后降低的趨勢。處理LQ2的蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性均最高,分別為6.660 mg/g、2.210 mg/g、14.310 mg/g和0.250 mL/g,且除了蔗糖酶外,其余酶的活性均與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理LQ1,其蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性分別為6.470 mg/g、1.620 mg/g、10.990 mg/g、0.220 mL/g。處理LQ5的蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性均最低,分別為4.690 mg/g、0.580 mg/g、7.470 mg/g、0.150 mL/g,其蔗糖酶、脲酶與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。

人為干擾林(RWL)模式下,四種土壤酶活性總體上均隨著土層增厚呈現出先增加后降低的趨勢。處理RWL2的蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性均最高,分別為5.700 mg/g、2.000 mg/g、9.860 mg/g和0.140 mL/g,且除了過氧化氫酶與處理RWL1相比差異不顯著外,其余酶的活性均與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理RWL1,其蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性分別為4.480 mg/g、1.510 mg/g、6.640 mg/g、0.130 mL/g,且蔗糖酶和其它處理存在極顯著差異(P<0.01)。處理LQ5的蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性均最低,除了過氧化氫酶外,另外三種酶與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。

2.2 同一土層不同林下經濟模式的土壤酶活性差異

對同一土層下三種林下經濟模式下四種土壤酶活性分別進行多重分析,得到結果如下圖1:

圖1 同一土層不同林下經濟模式的土壤酶活性差異

由圖1a可知,蔗糖酶活性在同一土層內均是林禽(LQ)模式下的酶活最高,且除了10～20 cm外,其余土層的林禽(LQ)模式處理均與其它處理相比差異顯著。其次是人為干擾林(RWL)模式下蔗糖酶活性,相對較低的是純林(CL)的酶活。

由圖1b可知,林禽(LQ)模式下,0～10 cm、10～20 cm土層的脲酶活性均最大,且10～20 cm土層的林禽(LQ)模式處理與其它處理相比差異顯著。在20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm的土層內人為干擾林(RWL)模式下酶活性最高。

由圖1c可知,堿性磷酸酶活性在同一土層內均是林禽(LQ)模式下的酶活最高,且各土層的林禽(LQ)模式處理均與其它處理相比差異顯著。而純林(CL)和人為干擾林(RWL)模式下的各處理堿性磷酸酶活性相比差異不顯著。

由圖1d可知,不同土層過氧化氫酶活性最大的分別是LQ1、LQ2、LQ3、LQ4、LQ5。而純林(CL)和人為干擾林(RWL)模式下的各處理堿性磷酸酶活性相比相差不大。

3 討論與結論

3.1 討論

土壤酶在土壤中的物質循環和生化過程中扮演了重要角色,其易受環境條件等因素的影響。在同一林下經濟模式下不同土層的土壤酶活性呈現先上升后下降的趨勢,造成這種情況的原因可能是與土壤表層具有豐富的有機質且結構疏松通氣性良好,土壤好氧微生物的大量繁殖和代謝有關。相較于純林與人為干擾林模式,林禽模式下的10～20 cm土層的土壤酶活性數值較高,造成這樣的原因可能是由于杉木林下養殖家禽,家禽排泄物及杉木凋落物通過機械作用和微生物作用等方式進行降解,在降水淋溶作用下產生腐殖成分進入土壤,增加土壤中尤其是10～20 cm土層土壤養分的含量,有效改善了土壤肥力。

不同林下經濟模式下的同一土層土壤酶活性不同,林禽模式下土壤的蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶活性均較高。林禽模式下,排泄在土壤表層的家禽糞肥中含有豐富的氮、磷等元素,能通過改善土壤中的養分來促進土壤微生物的生長與繁殖,進而提高土壤酶活性。林下養殖家禽過程中需注意雞群密度的控制以及排泄物處理的時效性,以盡量減少環境問題的發生[14],避免家禽瘟疫情況的。本研究僅針對粵北純林、林禽模式和人為干擾模式下的杉木林之間的土壤酶活性的差異進行了初探,而林下養殖家禽對土壤微生物的群落結構等其他方面影響的研究將作為今后進一步研究的方向。

3.2 結論

同一林下經濟模式下,土壤酶活性隨著土層加深而呈先上升后下降的趨勢,在10～20 cm土層的數值最高,可以推測林禽模式能夠增強0～20 cm土層的土壤酶活性。不同林下經濟模式可能是導致同一土層各土壤酶活性存在差異的重要原因之一。因此,合理的林下經濟模式能夠有效促進粵北杉木林產業發展與杉木林生態環境之間的平衡關系。