林业科学  2015, Vol. 51 Issue (4): 16-25   PDF    
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20150403
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文章信息

牛小云, 孙晓梅, 陈东升, 张守攻
Niu Xiaoyun, Sun Xiaomei, Chen Dongsheng, Zhang Shougong
日本落叶松人工林枯落物土壤酶活性
Soil Enzyme Activities of the Litter in Larix kaempferi Plantation
林业科学, 2015, 51(4): 16-25
Scientia Silvae Sinicae, 2015, 51(4): 16-25.
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20150403

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收稿日期：2014-05-02
修回日期：2015-02-05

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牛小云
孙晓梅
陈东升
张守攻

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牛小云, 孙晓梅, 陈东升, 张守攻. 2015. 日本落叶松人工林枯落物土壤酶活性[J]. 林业科学, 51(4): 16-25.
Niu Xiaoyun, Sun Xiaomei, Chen Dongsheng, Zhang Shougong. 2015. Soil Enzyme Activities of the Litter in Larix kaempferi Plantation. Scientia Silvae Sinicae, 51(4): 16-25.  DOI: 10.11707/j.1001-7488.20150403
日本落叶松人工林枯落物土壤酶活性
牛小云, 孙晓梅, 陈东升, 张守攻     
中国林业科学研究院林业研究所 国家林业局林木培育重点实验室 北京 100091
收稿日期：2014-05-02；修回日期：2015-02-05
基金项目：国家自然科学基金重点项目"落叶松人工林长期生产力形成与维护机制的研究"(31430017)。
通讯作者：张守攻
摘要：【目的】 深入了解不同发育阶段日本落叶松人工林不同分解程度枯落物的土壤酶活性,为促进枯落物分解、加速养分循环、缓解地力衰退提供理论依据。【方法】 以不同发育阶段日本落叶松人工林不同分解程度的地表枯落物为研究对象,在2013年5月中旬、8月初及10月中旬分别取样,测定与枯落物分解相关的8种土壤酶的活性变化及其与pH值、含水量的相关性。【结果】 除漆酶外,不同发育阶段林分枯落物层土壤酶活性基本呈现未分解层＞半分解层＞全分解层;不同层中起主要作用的土壤酶不同,在未分解层中主要为淀粉酶和酸性磷酸酶,半分解层中主要为漆酶和内切纤维素酶,而全分解层中主要为漆酶、内切纤维素酶和β-葡萄糖苷酶,表明淀粉酶、酸性磷酸酶在分解初期发挥主要作用,漆酶与纤维素分解酶在分解的中、后期发挥主要作用;幼龄林阶段与成熟林阶段枯落物土壤酶活性总体表现较高,近熟林较低; 在幼龄林阶段内切纤维素酶和β-葡萄糖苷酶、淀粉酶、转化酶和几丁质酶活性都较高; 成熟林阶段2种磷酸酶活性与几丁质酶活性最高,淀粉酶、转化酶与β-葡萄糖苷酶活性也较高; 近熟林阶段淀粉酶、转化酶、酸性磷酸酶、内切纤维素酶和β-葡萄糖苷酶以及几丁质酶活性都较低; 而中龄林阶段淀粉酶、内切纤维素酶和β-葡萄糖苷酶活性比幼龄林阶段酶活性低,但高于近熟林阶段酶活性;不同发育阶段林分枯落物层酶活性的变化趋势与林下植被发育状况一致,而与枯落物的贮积量变化趋势相反;对土壤酶活性的季节动态分析表明,大多数的酶在5月份活性最高,而不是温度较高的8月份;对土壤酶活性与含水量、pH值的相关性分析表明,在不同分解程度的枯落物中,半分解层土壤酶活性受含水量、pH值影响较大, 在不同发育阶段林分中,近熟林、成熟林阶段枯落物层酶活性更易受含水量、pH值影响, 在季节动态中,8月份土壤酶活性更易受含水量、pH值的影响。【结论】 不同发育阶段林分及不同分解程度的枯落物层起主要作用的酶不同;林下植被在日本落叶松人工林枯落物分解中起着重要作用,在营林中应通过间伐、疏伐来促进林下植被发育,或引入适合的林下植物;近熟林阶段日本落叶松人工林林分郁闭度大,对近熟热林阶段日本落叶松人工林进行土壤肥力管理时,应采取密度调控等切实可行的措施缓解地力衰退。
关键词： 日本落叶松    不同发育阶段    枯落物分解    酶活性    
Soil Enzyme Activities of the Litter in Larix kaempferi Plantation
Niu Xiaoyun, Sun Xiaomei, Chen Dongsheng, Zhang Shougong     
Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation of State Forestry Administration Research Institute of Forestry, CAF Beijing 100091
Abstract: 【Objective】 The aim of this study is to deepen the understanding of variation of soil enzyme activity in the litter decomposed at different extents in Larix kaempferi plantation stands at different development stages, in order to provide a theoretic basis for promoting litter decomposition, speeding up nutrient cycling and alleviating soil degradation.【Method】 Litter samples at different extents of decomposition were collected respectively in mid May, early August and mid October in 2013. Eight soil enzymes related to litter decomposition were chosen to detect their activities and relations with pH-value and water content. 【Result】 The soil enzyme activity was in the following order: un-decomposed litter layer > semi-decomposed layer > decomposed layer, except the enzyme laccase. The enzymes playing major roles were different among litter layers. The activities of amylase and acid phosphatase were the most significant in the un-decomposed litter layer. whereas the activities of laccase and endoglueanase were the highest in the semi-decomposed layer.As in decomposed layer, the activities of laccase, endo-cellulase and β-glucosidase were the most detectable. It showed that amylase and acid phosphatase played the major role in the initial decomposition stage, and laccase and cellulose played the major role in the middle and late stages. On the whole, the soil enzyme activities in the litters were higher in young and mature stands and lower in the pre-mature stand. In the young stand, the cellulase, amylase, invertase and chinase displayed higher activities. In the mature stand, the phosphatase and chinase showed the highest activity. And amylase, invertase and β-glucosidase also showed higher activities. In the pre-mature stand, the amylase, invertase, acid phosphatase, cellulase and chinase displayed lower activities. The activities of amylase, endo-cellulase and β-glucosidase were lower in the middle-age stand than in the young stand, and higher than in the pre-mature stand. The variation trends of soil enzyme activity were consistent with the growth of understory vegetation and contrary to the storage volume of litter. Most enzymes showed the highest activities in May, rather than in August in which the temperature was higher. Furthermore, the analysis of correlation of soil enzyme activity with pH-value and water content showed that soil enzyme activity were influenced by the water content and the pH-value more easily in semi-decomposed layer than in the layers with other extents of decomposition, more easily in pre-mature and mature stands than in stands at other development stages, and in August than in other months. 【Conclusion】 The soil enzymes playing the main role were different among stand development stages and among extents of litter decomposition. Understory vegetation played an important role in the litter decomposition of L. kaempfer plantation. The development of understory vegetation can be promoted by thinning or by introducing natural understory vegetation with high nitrogen content, more tolerance to shading and acid. The pre-mature stand is a turning point in the development of L. kaempfer plantation, whose canopy density is higher and understory vegetation is underdeveloped, therefore, we should pay more attention to the scientific management of pre-mature stand by implementing feasible and workable measures for relieving the soil degradation of L. kaempfer plantation.
Key words: Larix kaempferi    different development stages    litter decomposition    enzyme activity    

枯落物分解是森林生态系统物质循环的重要过程，其分解的快慢不仅制约林木的养分供应状况，而且影响林地有机质的积累、形成以及土壤理化性质(Ge et al.，2013； 李雪峰等，2006)。枯落物分解包括一系列的生物、物理、化学过程，但枯落物的彻底降解是在土壤酶系统的综合作用下完成的(郭剑芬等，2006)。因此，了解森林枯落物分解状况需要深入了解土壤酶活性变化。国外对于森林枯落物分解过程中土壤酶活性的研究相当活跃。Criquet等(2004)在热带地区的研究表明，与碳循环相关的土壤酶都与枯落物分解速率密切相关。Waring等(2013)也在热带地区的研究中发现，枯落物分解速率与酸性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶以及甘氨酸氨基肽酶活性正相关，酶可以解释枯落叶分解速率种间变异的35%。而Dilly等(2007)对温带地区农田土壤酶活性的研究表明，土壤酶活性与枯落物性质、分解时间的相关性要远大于与分解环境的相关性。目前国内关于枯落物层土壤酶活性的研究还相对较少，且多集中于热带(张瑞清等，2008；)、亚热带地区(张鹏等，2007； 宋影等，2014； 季晓燕等，2013a； b)，这些研究都表明土壤酶活性与枯落物分解进程密切相关，且酶活性与枯落物性质以及环境条件相关(Andersson et al.，2004)。但目前有关温带地区森林枯落物分解过程中土壤酶活性的研究不足。

日本落叶松(Larix kaempferi)林是我国重要的用材林(孙晓梅等，2007)。大量研究表明，日本落叶松的枯落物分解慢、积累多，而且不同生长发育阶段的林分枯落物分解速率与土壤肥力存在差异(刘世荣等，1993； 陈立新等，2006； 闫德仁等，2003； 王宏星，2012)。

为了深入了解不同发育阶段日本落叶松林分地表枯落物的分解过程，本研究选择与碳、氮、磷循环相关的8种土壤酶进行研究： 淀粉酶和转化酶参与简单含C化合物的分解，将淀粉等易分解物质转化为还原糖类，在分解初期发挥主要作用； 内切纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和漆酶参与难分解类含C化合物分解，在分解中、后期发挥主要作用，其中内切纤维素酶、β-葡萄糖苷酶将纤维素、半纤维素分解成还原糖类等，漆酶参与木质素分解，将难降解的木质素分解成CO2和H2O； 几丁质酶参与N循环，将几丁质等高分子聚合物降解生成几丁寡糖、壳聚糖等； 酸性磷酸酶和碱性磷酸酶参与P循环，催化磷酸脂类或磷酸酐的水解，其活性高低直接影响着土壤有机磷的分解转化及其生物有效性。同时研究土壤酶活性与pH值、含水量的相关性。旨在深入了解土壤酶活性在枯落物分解过程中的作用机制，为促进枯落物分解、加速养分循环、缓解地力衰退提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于辽宁省抚顺市大孤家林场的日本落叶松人工纯林内(125°48′41″E，52°45′21″N)。属中温带季风气候区，年均气温6 ℃，最低气温－30 ℃，最高气温34 ℃，全年无霜期128天，年降水量650 mm，该区属长白山系千山山脉龙岗支脉北坡。林地土壤为暗棕色森林土，土层厚50 cm，pH值为6.2～6.8，枯枝落叶层厚3.5～6 cm，pH值4.8～5.6。

在全面调查日本落叶松林分概况的基础上，根据林龄、郁闭度、林分分化情况、林下植被发育情况等，选择生境条件基本一致的幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的代表性样地各3块，共计12块，样地面积均为0.08 hm2。幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的样地林龄分别为11，20，34和47年生。幼龄林林下植被主要为白屈菜(Chelidonium majus)、蝙蝠葛(Menispermum dauricum)、野豌豆(Vicia sepium)、刺五加(Eleutherococcus senticosus)、平榛(Corylus heterophylla)和五味子(Schis and ra chinensis)等； 中龄林林下植被主要为白屈菜； 近熟林林下植被主要为莎草(Cyperus glomeratus)和白屈菜等； 成熟林灌木较多，主要为平榛和绣线菊(Spiraea sp.)，草本为白屈菜和莎草等。样地概况见表 1，不同发育阶段林分的枯落物层贮量及厚度见表 2。

表 1 样地概况 Tab.1 Survey of sample plots
表 2 不同发育阶段林分枯落物概况 Tab.2 General situation of litter in stands of different development stages
2 研究方法 2.1 取样方法

在选择的固定样地内按梅花形取样方法选择5个样点，每个样点做0.5 m×0.5 m小样方，对样方内未分解层、半分解层和全分解层分别取样。取样分层标准参考Enrique等(2010)对枯落物不同层的定义： 未分解层位于枯落物的表层，形成时间小于1年，未分解、未压缩成块状； 半分解层已开始分解，但叶片形状尚完整，未压缩成块状； 全分解层叶片形状已不完整或已不能辨认，通常压缩成块状，紧挨表土层。每个小样方每层取3份样品，装入自封袋，分别用作含水量、pH值及酶活性测定。其中用于酶活性分析的样品，用冰盒带回实验室，放入4 ℃冰箱，于1周内完成测定； 用于含水量测定的样品80 ℃烘干至恒质量； 用于pH值测定的样品风干至恒质量。取样时间分别为2013年5月中旬、8月初及10月中旬。

2.2 测定方法 2.2.1 枯落物层贮量及含水量测定

样品采集后立即测定其鲜质量，带回实验室80 ℃烘干至恒质量，测定其干质量，计算含水量及枯落物层贮量。

2.2.2 pH值测定

称取2 g风干材料在研钵中加入液氮研磨，研磨充分后加入40 mL超纯水，在振荡器上震荡30 min，再静置30 min，吸取上清液，用电子pH计测定pH值。

2.2.3 酶活性测定

1)粗酶液的制备  参照Kourtev(2002)的方法并稍作改动，对未分解层、半分解层、全分解层枯落物分别称取相当于2 g干物质的样品，置于预冷的研钵中加入液氮充分研磨后，转移到已加入75 mL 浓度为50 mmol·L-1醋酸缓冲液(pH=5)的三角瓶中，在振荡器上25 ℃振荡40 min(加入玻璃珠)，制成匀浆，即粗酶液。

2)漆酶活性测定  采用ABTS(2，2′-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐)方法(Kourtev et al.，2002)，将枯落物匀浆用1号滤纸过滤后，取1 mL放入试管中再加入2 mL浓度为 0.5 mmol·L-1ABTS(0.03% W/V，溶于pH=5和浓度为50 mmol·L-1 醋酸缓冲液)底物，启动反应，测定反应液在反应第2，5，8和11 min时420 nm处的吸光值。酶活力的单位定义为在上述条件下，每克干物质在25 ℃条件下，每分钟氧化底物(ABTS)引起吸光值的增加量(△OD420nm·g-1min-1)。

3)内切纤维素酶、淀粉酶和转化酶活性测定  均采用DNS方法(张瑞清等，2008； Kourtev et al.，2002)，取2 mL枯落物匀浆分别加入2 mL底物(1%羧甲基纤维素钠、0.6%可溶性淀粉、0.6%蔗糖)的醋酸缓冲液(pH=5，50 mmol·L-1)，分别在恒温水浴振荡器上50 ℃水浴30 min、2 h和2 h，加入1.5 mL 3，5-二硝基水杨酸试剂终止反应，沸水浴5 min，冷却后2 000 r·min-1离心5 min，吸取上清液稀释适当倍数，测定反应产物在520 nm处OD值。根据吸光度值查对葡萄糖标准曲线，计算葡萄糖生成量，酶活性表达为每克干物质在50 ℃条件下，每小时催化产生的葡萄糖摩尔数(mol·g-1h-1)。

4)β-葡萄糖苷酶、几丁质酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性测定  均采用对硝基苯酚基质法(Kourtev et al.，2002)。β-葡萄糖苷酶的底物为10 mmol·L-1对硝基苯酚吡喃葡萄糖苷，几丁质酶底物为10 mmol·L-1对硝基苯酚乙酰氨基葡萄糖苷，酸性磷酸酶和碱性磷酸酶底物都是10 mmol·L-1磷酸对硝基苯酚。这几种底物都可以水解生成对硝基苯酚。

2 mL枯落物匀浆分别加入2 mL反应底物，在25 ℃反应一定时间(几丁质酶反应3 h，β-葡萄糖苷酶反应2 h，磷酸酶反应1 h)，反应完成后，加入200 μL 1 mol·L-1 NaOH终止反应，2 000 r·min-1离心5 min，吸取上清液稀释适当倍数后，测定反应产物在410 nm处OD值。根据对硝基苯酚标准曲线，计算对硝基苯酚生成量。酶活性表达为每克干物质在25 ℃条件下，每小时催化产生的对硝基苯酚的摩尔数(mol·g-1h-1)。

5)对照  所有测定均做平行对照，在反应底物中加入失活枯落物粗酶液，做同样处理。所有样品均进行3次重复测定。

2.3 数据分析

单因素方差分析、Pearson相关分析及主成分分析均采用SPSS19.0进行。

3 结果与分析 3.1 酶活性变化 3.1.1 不同发育阶段日本落叶松人工林不同分解程度枯落物层土壤酶活性

本研究对不同发育阶段日本落叶松林分不同分解程度枯落物层土壤酶活性进行分析时，将不同季节枯落物层的酶活性取均值进行比较(这更能反应全年的酶活性情况)，结果如表 3所示。除漆酶外，其他几种酶活性在不同发育阶段林分中都表现为未分解层＞半分解层＞全分解层(P＜0.01)。这主要是由于枯落物前期易分解物质含量较多，充足的养分可以快速诱集大量分解者。伴随枯落物不断分解，容易被分解者利用的有机物质(糖类、蛋白等)逐渐减少，难分解的大分子有机物质(纤维素、木质素等)比例不断增加，而只有少数微生物能产生分解它所需要的酶(郭剑芬等，2006)。漆酶在幼龄林、中龄林和成熟林阶段的全分解层显著大于未、半分解层，近熟林阶段半分解层显著大于其他3个林龄，成熟林阶段全分解和半分解层差异不显著，但显著大于未分解层，这说明漆酶活性并不随分解程度加大一直增加： 一方面可能是伴随分解进行可利用底物越来越少，另一方面可能是分解过程中产生的代谢沉积物，影响了产生漆酶的微生物类群的活性。

表 3 不同发育阶段林分不同分解程度枯落物土壤酶活性① Tab.3 Soil enzyme activities of different layers litter in different development stands

这些酶在不同发育阶段林分相同分解程度枯落物层酶活性也是有差异的，这也反映了枯落物分解上的差异。由表 3可以看出： 不同发育阶段林分枯落物层的土壤酶活性都表现出显著性的差异(P＜0.05)，碱性磷酸酶和酸性磷酸酶活性基本在成熟林阶段最高，漆酶活性在近熟林阶段最高，其他5种酶活性基本都在幼龄林阶段最高。不同发育阶段林分未分解层与半分解层酶活性的差异大于全分解层，这表明不同发育阶段林分枯落物分解速度的差异主要是由未、半分解层造成的。这首先由于未、半分解层更易受环境影响，不同发育阶段林分郁闭度、林下植被等的差异，直接影响未、半分解层枯落物的分解速度； 其次，未、半分解层分解者可利用的养分多、分解者数量多、活性大、枯落物分解快。

为了明确对不同分解程度枯落物分解起主要作用的土壤酶，本研究对不同分解程度枯落物层土壤酶活性分别进行主成分分析(图表略)。结果表明对枯落物分解贡献率较高的酶在未分解层中为淀粉酶和酸性磷酸酶，故半分解层为漆酶和内切纤维素酶，在全分解层为漆酶、内切纤维素酶和β-葡萄糖苷酶。表明淀粉酶、酸性磷酸酶在分解初期发挥主要作用，而漆酶与纤维素分解酶在分解的中、后期发挥主要作用。

3.1.2 不同发育阶段日本落叶松人工林不同生长季节枯落物层土壤酶活性

本研究对不同发育阶段日本落叶松人工林不同季节枯落物层的酶活性进行分析时，将不同分解程度枯落物层酶活性取均值进行比较，结果如表 4所示。各发育阶段林分枯落物层几丁质酶与转化酶活性基本在10月份最高，漆酶在8月份活性最高，其他5种酶都表现为5月份酶活性显著高于8，10月份(P＜0.05)，这可能与试验点的气候有关： 本试验地位于温带，冬季时间长、雨雪大，5月中旬为此地冰雪融化，气温回升时期，微生物经过将近半年的低温，此时都开始活跃，大量繁殖。并且5月份不同发育阶段林分酶活性的差异大于8，10月份，因此可以看出不同发育阶段林分枯落物层分解速度差异主要发生在5月份。

表 4 不同发育阶段林分不同季节枯落物层土壤酶活性 Tab.4 Soil enzyme activities of different development stands litter in different seasons
3.1.3 不同发育阶段林分枯落物层酶活性

本研究将枯落物层酶活性在不同分解程度以及季节动态上都取平均值进行分析，对不同发育阶段林分枯落物层酶活性进行比较(表 5)。

表 5 不同发育阶段林分枯落物层酶活性 Tab.5 Soil enzyme activities of litter of different development stands

在幼龄林阶段枯落物层，2种纤维素酶、淀粉酶、转化酶和几丁质酶活性都呈现较高的活性，其中淀粉酶活性是其他发育阶段林分的1.4倍，内切纤维素酶活性是近、成熟林阶段的1.5倍，而β-葡萄糖苷酶活性是近熟林阶段的2倍。这主要是由于幼龄林阶段林下植被覆盖度较高(盖度80%)，且多为草本，枯落物中易分解的物质含量较多，C/N比较低，增加分解者活性。

在中龄林阶段枯落物层，淀粉酶、内切纤维素酶和β-葡萄糖苷酶活性比幼龄林阶段酶活性低，但高于近熟林酶活性。这主要是由于中龄林阶段林分郁闭度、林下植被覆盖度都开始降低，但仍小于近熟林阶段。

在近熟林阶段枯落物层，淀粉酶、酸性磷酸酶、内切纤维素酶和β-葡萄糖苷酶以及几丁质酶活性都较低，这主要是由于近熟林阶段林分郁闭度较大、林下植被不发达(盖度40%)，林内湿度较高，并且此阶段枯落物层pH值较低，这些都不利于分解者的生存、繁殖。此外，几丁质酶是参与氮循环的酶，研究表明当氮含量下降时，参与氮循环相关的酶活性随之降低(Sinsabaugh et al.，1993)。漆酶是木质素分解酶，近熟林阶段枯落物层漆酶活性是中龄林阶段的5.6倍，其活性较高也表明此阶段枯落物中木质素含量较高，不利于分解进行。对近熟林阶段马尾松枯落物分解研究也发现由于近熟林枯落物木质素含量较高，枯落物分解较慢(葛晓改等，2012)。

在成熟林阶段枯落物层，2种磷酸酶活性与几丁质酶活性最高，而淀粉酶、转化酶与β-葡萄糖苷酶活性也较高。其中，酸性磷酸酶活性是最低值的1.47倍，碱性磷酸酶活性是最低值的1.3倍，且酸性磷酸酶活性是碱性磷酸酶活性的3～3.8倍，因此在日本落叶松枯落物层对磷循环起主要作用的是酸性磷酸酶，这与日本落叶松枯落物层pH值较低有关。这与张瑞清等所得结果相似(张瑞清等，2008)。也有研究表明酸性磷酸酶在近熟林阶段活性最高(陈琦等，2010)，分析原因可能与试验区的气候、立地条件不同有关。几丁质酶活性是最低值的1.56倍。总体来看成熟林阶段酶活性较近熟林阶段有所改善。这主要是由于林分密度下降，林下植被恢复，降低了枯落物层C/N比，而几丁质酶在成熟林阶段活性最高，恰好表明此阶段枯落物层N含量丰富，这与成熟林阶段地力开始恢复(王宏星等，2012)相一致。

3.2 土壤酶活性与pH值和含水量的相关性 3.2.1 不同分解程度枯落物层土壤酶活性与pH值和含水量的相关性

未分解层中各种土壤酶活性与pH值相关性不显著，转化酶、碱性磷酸酶活性与含水率极显著负相关(P＜0.01)，酸性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶活性与含水率显著负相关(P＜0.05)； 半分解层内切纤维素酶活性与pH值极显著正相关(P＜0.01)，β-葡萄糖苷酶活性与pH值显著正相关(P＜0.05)，碱性磷酸酶、内切纤维素酶活性与含水率极显著负相关(P＜0.01)，酸性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶活性与含水率显著负相关(P＜0.05)； 全分解层各种酶活性与pH值、含水率相关性都不显著(表 6)。

表 6 不同分解程度枯落物层酶活性与pH值和含水量的相关分析① Tab.6 Pearson correlations between soil enzyme and pH, water content of litter of different decomposition degree

未分解层分解刚开始还未产生酸性物质，因此土壤酶活性受pH值影响小，但未分解层枯落物位于表层因此土壤酶活性受含水量影响较大； 而半分解层处于中间位置，未分解层分解产生的酸性物质不断向下淋溶，同时半分解层在枯落物层中持水量最大，所以半分解层酶活性受pH值与含水量影响都较大； 全分解层分解者的数量、活性都很低，分解速率较慢(齐泽民等，2004)，因此土壤酶活性受pH值和含水量的影响不显著。

3.2.2 不同生长季节林分枯落物层土壤酶活性与pH值和含水量的相关性

5月份8种土壤酶活性与pH值相关性不显著，漆酶与含水率相关性不显著，转化酶活性与含水率极显著负相关(P＜0.01)，其他6种酶活性与含水率显著负相关(P＜0.05)； 8月份淀粉酶、几丁质酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶活性与pH值显著正相关(P＜0.05)，转化酶、几丁质酶、β-葡萄糖苷酶活性与含水率显著负相关(P＜0.05)，酸性磷酸酶、碱性磷酸酶活性与含水率极显著负相关(P＜0.01)； 10月份漆酶活性与pH值相关性不显著，淀粉酶、碱性磷酸酶活性与pH值显著正相关(P＜0.05)，其他5种酶活性与pH值极显著相关，8种酶活性与含水率相关性都不显著(表 7)。

表 7 不同生长季节枯落物层土壤酶活性与pH值和含水量的相关分析 Tab.7 Pearson correlations between soil enzyme and pH, water content of litter of different growing seasons

可以看出，枯落物层酶活性5月份受含水量影响较大，8月份受pH值、含水量影响都较大，而10月份主要受pH值影响。5月份此地区降水量较小，含水量成为分解者活性的限制因素； 8月份为雨季盛期，较大的含水量抑制了分解者活性，另一方面，经过5月份的快速分解时期，产生了大量的酸性物质，因此8月份枯落物层pH值下降，pH值也成为了分解者活性的限制因素； 10月份降水量降低，但分解过程中酸性物质的产生量大于淋溶量，因此pH值仍然为分解者活性的限制因素。

3.2.3 不同发育阶段林分枯落物层土壤酶活性与pH值和含水量的相关性

由表 8可以看出，幼龄林阶段漆酶、几丁质酶活性与pH值显著正相关(P＜0.05)，内切纤维素酶活性与含水量极显著负相关(P＜0.01)； 中龄林阶段8种酶活性与pH值相关性都不显著，碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶活性与含水量显著负相关(P＜0.05)； 近熟林阶段酸性磷酸酶、内切纤维素酶、β-葡萄糖苷酶活性与pH值显著正相关(P＜0.05)，碱性磷酸酶活性与含水量显著负相关； 成熟林阶段几丁质酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、内切纤维素酶、β-葡萄糖苷酶活性与pH值显著正相关(P＜0.05)，几丁质酶、酸性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶活性与含水量显著负相关(P＜0.05)。

表 8 不同发育阶段枯落物层酶活性与pH值和含水量的相关分析 Tab.8 Pearson correlations between enzyme and pH, water content in litter of different development stands

综合分析可以看出，土壤酶活性与pH值、含水量相关性随林分发育而变化，但基本与pH值正相关，基本与含水量负相关。近熟林、成熟林阶段枯落物层酶活性更易受含水量、pH值影响。伴随林分发育，枯落物不断分解，产生大量的代谢物质，并且林内水分、光照条件也发生变化，如在近熟林阶段pH值较低，含水量较大； 虽然成熟林阶段林分密度下降，林下植被逐渐恢复，林分环境有所改善，但由于长期积累的酸性物质等，导致成熟林阶段土壤酶活性仍受pH值和含水量的影响较大。

4 结论与讨论

在本研究中除漆酶外，不同发育阶段日本落叶松人工林枯落物层几种土壤酶活性基本表现为未分解层＞半分解层＞全分解层。这与以往的研究中的枯落物前期分解快、后期分解慢的结论相一致(季晓燕等，2013b)。对川西亚高山箭竹(Fargesia spathacea)群落不同分解程度枯枝落叶层酶活性研究也得到相同的结论(齐泽民等，2004)，而对黄山地区针叶林不同层枯落物酶活性研究结果显示半分解层＞未分解层＞全分解层，原因可能与2个试验地气候条件及枯落物的质量有关(张鹏等，2007)。不同分解程度枯落物层起主要作用的酶不同，这主要与酶的功能以及枯落物的质量有关。本研究在未分解层起主要作用的是淀粉酶和酸性磷酸酶，在半分解层起主要作用的是漆酶和内切纤维素酶，而在全分解层起主要作用的是漆酶、内切纤维素酶和β-葡萄糖苷酶。

在幼龄林与成熟林阶段枯落物层，大多数的酶活性都较高，这与幼龄林阶段与成熟林阶段林下植被发育较好(盖度分别为80%，90%)相一致(焦如珍等，2003)。针叶与草灌混合分解中，草灌比例较大的枯落物分解速率较快(王宏星，2012)。杉木(Cunninghamia lanceolata)与不同的林下植被混合分解对杉木分解都有一定的促进作用(林开敏等，2001)。盛炜彤等(1997)研究表明当林分郁闭度在0.7以下时林下植被才能很好地发育，且林下植被多时能明显提高土壤水解酶活性以及土壤微生物区系。因此为了促进日本落叶松枯落物分解，加速养分循环，缓解地力衰退，在营林中应通过间伐、疏伐促进林下植被发育，或者引入适合的天然林下植物。成熟林阶段林分郁闭度降低，林下植被高度发育，促进了枯落物分解，因此从枯落物分解和地力维护角度考虑，应适当延长日本落叶松的主伐年龄。

在本研究中，酶活性最高值基本出现在5月份。大量研究表明，不同试验区域酶活性最高值出现的季节不同(刘强等，2009)，并已有研究表明枯落物分解过程中的真菌生物量在水热条件相对缓和的春季或秋季较佳(Criquet et al.，2004)。同时有研究证明高寒地区森林地表的枯落物长时期处于季节性冻融状态，冻融作用可能引起枯落物的物理破坏、化学性质和相关微生物活性的变化(Sulkava et al.，2003； Withington et al.，2007)，从而影响枯落物分解。

在不同发育阶段林分中，近熟林、成熟林阶段枯落物层酶活性更易受含水量、pH值影响。并且近熟林阶段酶活性较低，表明近熟林阶段是日本落叶松林分发育的转折点，此阶段林分郁闭度大，林下植被不发达，因此在营林中要重点关注近熟林阶段的科学管理，采取切实可行的措施，促进日本落叶松枯落物分解，加速养分循环，缓解地力衰退。

本研究取样都是在林分枯落物的自然状态下进行，因此得到的结果比放置分解袋法更符合实际情况； 放置分解袋方法试验周期较短，而本研究以空间代替时间，可以调查枯落物分解的整个周期。但本研究仅对枯落物层酶活性、pH值及含水量进行测定，因此得出的结论难免具有一定的局限性，更全面准确的结论需要进一步补充试验，如不同发育阶段林分枯落物分解速度测定、分解过程中养分元素的变化、分解过程中微生物群落结构的变化等。

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