秦岭辛家山不同林分土壤酶活性的季节性分布特征

2020-07-06耿增超

陕西农业科学 2020年4期

杜璨，王强，耿增超

(1. 杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100；2.西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 712100；3农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西杨凌 712100)

0 引言

土壤酶作为森林生态系统的重要组成部分，是土壤中最活跃的有机成分之一，参与土壤一切生物化学过程。土壤酶驱动着土壤养分的转化与循环，是土壤碳氮元素的来源[1]。例如，β-1, 4-木糖苷酶和β-1, 4-葡萄糖苷酶能够水解土壤中的多糖类物质，为微生物提供充足的碳源，是土壤物质循环的重要参与者[2, 3]；纤维二糖水解酶可以将纤维二糖分解为果糖和葡萄糖[4]；β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶参与氨基酸类物质的降解，是微生物获取氮源的方式之一[5]。

土壤酶活性受多种因素的影响，例如，植被类型、土壤性质和气候变化[6～8]。很多研究表明土壤酶活性具有明显的时空变化规律。一方面季节更替可以通过调控树木生长、光合作用来影响土壤中有机物质的种类和数量[9]，从而使土壤酶的产生和代谢受到季节性影响。另一方面，土壤酶还受其他季节性气候因素的影响，四季更替过程中产生的潜在的水热条件改变会显著影响土壤酶活性。有研究显示在一定范围内，温度升高时，参与土壤有机碳分解的胞外酶移动就加快，碳矿化增强[10]。Chen et al., (2016) 的研究发现，β-1,4-葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶的活性均在温度高的季节达到最大值[11]。而低温条件下土壤酶活性降低，有利于有机物质的积累。因此，季节的更替是直接或间接影响土壤酶活性的重要因素。

目前，研究秦岭地区土壤酶活性是森林生态系统研究必不可少的内容，但是多集中在不同森林植被类型下土壤酶活性与土壤理化性质的关系等相关研究[12, 13]。然而，还未见关于土壤酶活性季节性动态变化方面的研究。云杉(PiceaasperataMast.)是我国经济价值和生态价值均很高的树种之一，稍耐荫，能耐干燥及寒冷的环境条件。因为红桦(Betula albosinensis)可以在贫瘠的土壤中生长，其根系发达，生长稳定，因此经常被用作森林更新和荒地造林的树种[14]。由于长期对乔木林的破坏，秦岭灌木林的面积越来越大，在防治水土流失方面具有重要的作用。这3种林分已经成为植被恢复与林分更新的重要树种。因此，本文选取辛家山这云杉(Picea asperata Mast.)、红桦(Betula albosinensis)和灌木林土壤作为研究对象，于春、夏、秋和冬季研究β-1,4-木糖苷酶、β-1,4-葡糖苷酶、纤维素二糖水解酶和β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性，探究不同森林土壤酶活性的季节动态变化规律及其影响因素，以期更深入了解森林土壤的生态过程和功能，为进一步研究森林土壤碳、氮循环转化机制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于辛家山林区在秦岭西部南坡，秦岭主梁南侧嘉陵江上游(34°10′-34°20′N，106°28′-106°38′E)。行政隶属陕西省宝鸡市凤县，该地区属暖温带半湿润山地气候区，该区域森林覆盖率 96.8%，年平均气温 7.6°C，年平均降雨量 900 mm，7-9月尤为集中。地势西北高、东南低，海拔最高可达2 738.7 m，海拔最低可达1 580 m[14]。

1.2 研究方法

选取云杉(PiceaasperataMast.)、红桦(Betulaalbosinensis)和灌木林3种林分进行土壤样品的采集。根据美国土壤分类的第二版分类法，3种林分土壤可以被分类为始成土(Inceptisol)。样地详情见表1，样地土壤基本概况见表2。

表2 不同林分类型土壤基本性质

注：SU：夏季；AU：秋季；WI：冬季；SP：春季；SOC：土壤有机碳；EOC：易氧化有机碳；DOC：可溶性有机碳；MBC：微生物量碳。

1.3 土壤样品的采集与处理

在云杉(Picea asperata Mast.)、红桦林(Betula albosinensis)和灌木林中，各选取三个20×20 m的采样样方，并记录经纬度、海拔和坡度。在每个样方中，随机选取25个采样点，用4 cm 的土钻采取土壤样品。各样方内除去地表凋落物后采用土钻(直径4 cm)分别于2015年7月(夏季，温暖湿润)、2015年10月(秋季，气候干燥)、2016年1月(冬季，冰雪覆盖)、2016年4月(春季，冰雪融化)按机械分层进行土壤样品的采集，采样深度为60 cm，按0～10、10～20、20～40、40～60 cm 将土壤剖面分4层。各林分采样点互相接近，具有相似的坡度和高程，以保证采样点温度和土壤类型相同。

采集的鲜土样除去石子和根系残体，将同一样方内各采样点的土样按各土层混合均匀。每个土样带回实验室后分成2份，一份土壤样品过2 mm 钢筛后贮藏于4℃ 的冰箱内，用来测定土壤酶活性、土壤可溶性有机碳和土壤微生物量碳。剩余的置于通风、阴凉、干燥的室内风干，测定土壤有机碳含量、pH和易氧化有机碳。

1.4 土壤指标测定

1.4.1 基本理化性质土壤pH采用电位法( 水：土 =2.5: 1) 测定 (Thomas et al., 1996)。土壤水分含量(SWC)测定采用105°C±2 ℃烘箱烘干法。土壤有机碳含量 (SOC) 采用重铬酸钾氧化外加热法测定。土壤可溶性有机碳(DOC)采用去离子水震荡浸提(水土比为5：1)[15]。土壤易氧化有机碳(ROC)采用 333 mmol·L-1K2MnO4氧化法[16]。土壤微生物量碳(MBC)采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法[17]，滤液在TOC-VCPH自动分析仪(岛津，日本)上测定。

1.4.2 土壤酶活性的测定采用微孔板荧光法[18]，利用底物与酶水解释放4-甲基伞形酮酰( 4-MUB)进行荧光检测的原理。酶的水解底物见表3。

表3 土壤酶的底物

(1)实验过程。悬浊液制备：称取2 g鲜土于离心管中，加入30 mL去离子水，在旋转式摇床上震荡，使土壤颗粒全部打碎，将土壤悬浊液用去离子水全部洗进烧杯中，制成土壤均质悬浊液。酶活性测定：样品微孔中加入50μL底物和200μL样品悬浊液，空白微孔中加入50μL 去离子水和200μL 样品悬浊液，阴性对照微孔中加入50μL 底物和200μL 去离子水，淬火标准微孔中加入50μL 标准物质和200μL 样品悬浊液，参考标准微孔中加入50μL 标准物质和200μL 去离子水。微孔板于25℃黑暗条件下培养4h，然后在每孔中加入10μL0.5 mol·L-1的NaOH结束反应，反应1 min 后用酶标仪测定荧光值。上机测定：4-MUB 激发波长为365 nm，检测波长450 nm。

(2)土壤酶活性计算

土壤酶活性计算公式为：

A b =FV/ (e V 1 tm)；

F=(f-f b ) /q-f s；

e=f r /(c s V 2)；

q=(f q-fb ) /f r

式中：A b为土壤样品的酶活性(nmol·g-1·h-1)；F为校正后的样品荧光值；V为土壤悬浊液的总体积；V1为微孔板每孔中加入的样品悬浊液的体积；t 为暗培养时间；m为干土样的质量(1 g 鲜土样换算成干土样的结果)；f为酶标仪读取样品微孔的荧光值；f b为空白微孔的荧光值；q为淬火系数；f s为阴性对照微孔的荧光值；e为荧光释放系数；fr为参考标准微孔的荧光值；Cs为参考标准微孔的浓度；V2为加入参考标准物的体积；fq为淬火标准微孔的荧光值。

1.5 统计分析

采用 Microsoft Excel 2013和 SPSS 20.0 进行数据处理，应用多因素方差分析法分析探索季节变化、林分类型和土层对土壤酶活性的影响，应用LSD分析各处理之间差异的显著性。各个指标之间采用Pearson相关系数法进行相关性分析。本章所有图形绘制均使用Origin软件。

2 结果与分析

2.1 不同林分类型β-1,4-木糖苷酶活性的季节性分布特征

如图1所示：同一季节，在三种林分中，红桦林(Betula albosinensis)土壤β-1,4-木糖苷酶活性最高，其次是云杉林(Picea asperata Mast.)，而灌木林中最低。除了灌木林春季10～20 和20～40 cm土层外，3种林分土壤β-1,4-木糖苷酶活性在4个季节中均表现为0～10>10～20>20～40>40～60，且各土层间差异显著(P<0.05)。在云杉林(Picea asperata Mast.)中，0～10 cm土层β-1,4-木糖苷酶活性含量分别是10～20、20～40和40～60 cm土层的1.39、1.82和2.69倍。在红桦林(Betula albosinensis)中，0～10 cm土层β-1,4-木糖苷酶活分别是10～20、20～40和40～60 cm土层的1.27、1.71和2.9。在灌木林中，0～10 cm土层β-1,4-木糖苷酶活分别是10～20、20～40和40～60 cm土层的1.43、1.69和2.67。

SU：夏季；AU：秋季；WI：冬季；SP：春季；不同小写字母表示同一季节各土层间差异显著(P<0.05)；大写字母表示同一土层不同季节间差异显著(P<0.05)，下同。

图1 不同林分β-1,4-木糖苷酶活性的时空变化

在春、夏、秋和冬季四个季节内，3种林分在0～60 cm土层内土壤β-1,4-木糖苷酶活性的平均值变幅分别为10.93～20.60、18.15～26.89和8.83～15.88 nmol·g-1·h-1。各个林分土壤β-1,4-木糖苷酶活性的季节性变化均表现为秋季>夏季>春季>冬季，其中云杉林(Picea asperata Mast.)土壤冬季β-1,4-木糖苷酶活性较夏季、秋季和春季分别显著减少了39%、47%和32%，红桦林(Betula albosinensis)土壤冬季β-1,4-木糖苷酶活性较夏季、秋季和春季分别减少了28%、33%和3%，灌木林土壤冬季β-1,4-木糖苷酶活性较夏季、秋季和春季分别减少了36%、44%和21%。

2.2 不同林分类型β-1,4-葡糖苷酶活性的季节性分布特征

如图2所示：同一季节，在三种林分中，β-1,4-葡糖苷酶活性在红桦林(Betula albosinensis)中最高，其次是云杉林(Picea asperata Mast.)，而在灌木林中最低。除了红桦林春季的β-1,4-葡萄糖苷酶活性40～60 cm>20～40 cm外，3种林分土壤β-1,4-葡萄糖苷酶活性在4个季节中均随着土层的增加而减少，且各土层间差异显著(P<0.05)。在云杉林(Picea asperata Mast.)中，0～10 cm土层β-1,4-葡萄糖苷酶活性在四个季节的均值分别是10～20、20～40和40～60 cm土层的1.35、1.9和2.51。在红桦林(Betula albosinensis)中，0～10 cm土层β-1,4-葡萄糖苷酶活性在四个季节的均值分别是10～20、20～40和40～60 cm土层的1.58、2.22和2.9。在灌木林中，0～10 cm土层β-1,4-葡萄糖苷酶活性在四个季节的均值分别是10～20、20～40和40～60 cm土层的1.46、2.01和2.87。

图2不同林分β-1,4-葡糖苷酶活性的时空变化

云杉林(Picea asperata Mast.)、红桦林(Betula albosinensis)和灌木林3种林分β-1,4-葡萄糖苷酶活性季节间差异显著(P< 0.05)。在春、夏、秋和冬季四个季节内，3种林分在 0～60 cm土层内土壤β-1,4-葡萄糖苷酶活性平均值变幅分别为83.27～119.73、100.85～147.60和54.97～86.93 nmol·g-1·h-1。云杉林(Picea asperata Mast.)和红桦林(Betula albosinensis)土壤β-1,4-葡萄糖苷酶活性的季节性变化均表现为夏>秋季>春季>冬季，而灌木林β-1,4-葡萄糖苷酶活性的季节性变化表现为夏季>秋季>冬季>春季。其中，云杉林(Picea asperata Mast.)土壤冬季β-1,4-葡萄糖苷酶活性较夏季、秋季和春季分别显著减少了30%、30%和22%，红桦林(Betula albosinensis)土壤冬季β-1,4-葡萄糖苷酶活性较夏季、秋季和春季分别减少了32%、18%和22%，灌木林春季土壤β-1,4-葡萄糖苷酶活性较夏季、秋季和冬季分别减少了37%、32%和7%。

2.3 不同林分类型纤维二糖水解酶活性的季节性分布特征

如图3所示：与β-1,4-木糖苷酶和β-1,4-葡萄糖苷酶不同，同一季节，在三种林分中，纤维二糖水解酶活性在云杉林中最高，其次是红桦林，而在灌木林中最低。云杉林(Picea asperata Mast.)、红桦林(Betula albosinensis)和灌木林3种林分土壤纤维二糖水解酶活性在4个季节中均随着土层的增加而减少。除云杉林(Picea asperata Mast.)夏季，纤维二糖水解酶酶活性在0～10 cm和10～20 cm之间不显著外，其他各土层纤维二糖水解酶差异显著。在云杉林(Picea asperata Mast.)中，0～10 cm土层纤维二糖水解酶活性4个季节的均值分别是10～20、20～40和40～60 cm土层的1.13、1.98和2.8倍。在红桦林(Betula albosinensis)中，0～10 cm土层纤维二糖水解酶活性均值分别是10～20、20～40和40～60 cm土层的1.66、2.27和3.95倍。在灌木林中，0～10 cm土层纤维二糖水解酶活性均值分别是10～20、20～40和40～60 cm土层的1.71、2.51和5.01倍。

图3 不同林分纤维二糖水解酶的时空变化

3种林分土壤纤维二糖水解酶活性在夏、秋季节与冬、春季节间差异显著(P< 0.05)。在云杉林(Picea asperata Mast.)土壤中，除10～20 cm土层外，纤维二糖水解酶活性秋季最高，冬季最低、春季和夏季居中。在红桦林(Betula albosinensis)中，20～40cm土层纤维二糖水解酶活性在夏季最高，冬季最低，而其他土层均表现为秋季最高，冬季最低。灌木林土壤各土层纤维二糖水解酶活性均在夏季最高，冬季最低。在春、夏、秋和冬季四个季节内，3种林分在0～60 cm土层内土壤纤维二糖水解酶活性平均值的变幅分别为30.94～71.06、24.87～37.46和19.44～33.53 nmol·g-1·h-1。云杉林(Picea asperata Mast.)和红桦林(Betula albosinensis)土壤纤维二糖水解酶活性的季节性变化均表现为秋季高于冬季，其中云杉林冬季土壤纤维二糖水解酶活性较夏季、秋季和春季分别显著减少了36%、56%和30%；红桦林(Betula albosinensis)冬季土壤纤维二糖水解酶活性较夏季、秋季和春季分别减少了28%、34%和24%；灌木林土壤纤维二糖水解酶活性的季节性变化表现为秋季>夏季>春季>冬季，灌木林春季土壤β-1,4-葡萄糖苷酶活性较夏季、秋季和冬季分别减少了22%、42%和4%。

2.4 不同林分类型β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性的季节性分布特征

如图4所示：在夏季，灌木林β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性高于云杉林(Picea asperata Mast.)和红桦林；其他季节均是云杉林(Picea asperata Mast.)β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性最大，其次是红桦林，灌木林最低。从垂直分布看，云杉林(Picea asperata Mast.)、红桦林(Betula albosinensis)和灌木林3种林分土壤β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性在春、夏、秋和冬4个季节中均随着土层深度的增加，酶活性逐渐减少，且各土层间差异显著(P< 0.05)。在云杉林(Picea asperata Mast.)中，0～10 cm土层β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性在4个季节的均值分别是10～20、20～40和40～60 cm土层的1.69、2.85和3.84倍。在红桦林(Betula albosinensis)中，0～10 cm土层β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性均值分别是10～20、20～40和40～60 cm土层的1.57、2.51和3.76倍。在灌木林中，0～10 cm土层β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性均值分别是10～20、20～40和40～60 cm土层的1.31、2.01%和3.52倍。

图4 不同林分β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性的时空变化

3种林分土壤β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性在夏、秋、冬、春四个季节间差异显著(P< 0.05)。10～20 cm土层，云杉林(Picea asperata Mast.)，秋季β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性最高，冬季最低、春季和夏季居中，红桦林(Betula albosinensis)和灌木林，β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性在夏季最高，冬季最低。0～10、20～40和40～60 cm土层，3种林分，β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性夏季最高，冬季最低、春季和秋季居中(图4)。在春、夏、秋和冬季四个季节内，3种林分在0～60 cm土层内土壤β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性平均值的变幅分别为22.05～34.12、3.85～36.3和7.12～50.86 nmol·g-1·h-1。3种林分土壤β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性的季节性变化均表现为夏、秋季高于冬、春季，其中云杉林(Picea asperata Mast.)冬季土壤β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性较夏季、秋季和春季分别显著减少了33%、35%和11%，红桦林(Betula albosinensis)冬季土壤β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性较夏季、秋季和春季分别减少了89%、85%和82%。灌木林冬季土壤β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性较夏季、秋季和春季分别减少了86%、77%和14%。

2.5 不同林分酶活性与土壤活性有机碳的相关性分析

土壤活性有机碳与土壤理化指标的相关性分析见表4。在云杉林中(Picea asperata Mast.)，β-1,4-木糖苷酶与EOC、DOC、MBC、SOC和土壤温度呈极显著正相关(P<0.01)，与土壤含水量呈显著正相关(P<0.05)。β-1,4-葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶与EOC、DOC、MBC、SOC及土壤含水量含量呈极显著正相关(P<0.01)，与土壤温度呈显著正相关(P<0.05)。β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶与EOC、DOC、MBC、SOC和土壤含水量含量呈极显著正相关(P<0.01)。

在红桦林(Betula albosinensis)中，β-1,4-木糖苷酶与EOC、DOC、MBC和SOC呈极显著正相关(P<0.01)，与pH呈极显著负相关关系(P<0.01)，与土壤温度呈显著正相关(P<0.05)。β-1,4-葡萄糖苷酶与EOC、DOC、MBC及SOC 含量呈极显著正相关(P<0.01)，与土壤含水量、土壤温度呈显著正相关(P<0.05)，与pH呈显著负相关关系(P<0.05)。纤维二糖水解酶与EOC、DOC、MBC、SOC及土壤含水量呈极显著正相关(P<0.01)，与pH含量呈极显著负相关(P<0.01)。β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶与EOC、DOC、MBC、SOC、土壤含水量和土壤温度含量呈极显著正相关(P<0.01)。

在灌木林中，β-1,4-木糖苷酶与EOC、DOC、MBC、SOC及土壤含水量呈极显著正相关(P<0.01)。β-1,4-葡萄糖苷酶与EOC、DOC、MBC、SOC及土壤含水量呈极显著正相关(P<0.01)，与土壤温度呈显著正相关(P<0.05)。纤维二糖水解酶与EOC、DOC、MBC、SOC及土壤含水量呈极显著正相关(P<0.01)。β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶与EOC、DOC、MBC、SOC和土壤温度含量呈极显著正相关(P<0.01)，与土壤含水量呈显著正相关(P<0.05)。

表4 土壤酶活性与土壤性质相关性分析

注：βX：β-1,4-木糖苷酶；βG：β-1,4-葡萄糖苷酶；CBH；纤维二糖水解酶；NAG：β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶；SOC：土壤有机碳；EOC：易氧化有机碳；DOC：可溶性有机碳；MBC：微生物量碳；SWC：土壤含水量； *为P<0.05；**为P<0.001。

3 讨论

3.1 不同林分对土壤酶活性的影响

研究云杉林(Picea asperata Mast.)、红桦林(Betula albosinensis)和灌木林3中林分属于天然次生林，受到人为因素影响较小，植被凋落物和根系是土壤养分的主要来源。植物根系分泌物和微生物代谢过程中的分泌物是土壤酶的主要来源[19]，所以植被凋落物的输入对土壤中酶活性有重要影响。在本研究中，红桦林土壤中β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-木糖苷酶两种酶活性最高。这是因为阔叶树土壤中易分解碳含量多，有利与微生物对易分解碳的利用，促进了微生物的代谢产酶。本研究中，土壤活性有机碳含量与碳循环酶活性显着正相关 (P< 0.05)(表4)也证明了此观点明，反映了底物对酶的促进作用。而云杉林(Picea asperata Mast.)土壤纤维素酶活性最大，其次是红桦林(Betula albosinensis)，灌木林最低，这是因为云杉林属于针叶林，针叶林下枯枝落叶中的木质素、粗纤维含量较高，因此土壤纤维素酶活性较高。由图4可知，灌木林土壤β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性最低，云杉林(Picea asperata Mast.)下土壤β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性最高。说明在本研究中云杉林(Picea asperata Mast.)土壤有机氮的转化过程明显快于红桦林(Betula albosinensis)和灌木林，说明云杉林下土壤氮素供应状况最好。综上所述，林分是影响土壤酶活性的一个重要因素。

3.2 土壤酶活性在土壤剖面的分布特征

研究中，3种林分的土壤酶活性在不同的季节均随着土壤深度的加深而减少，这与najdr的研究结果一致[20]。造成这种现象的原因有以下几点：一方面，笔者研究中3 种林型上层土壤活性有机碳含量显著高于下层土壤，酶促底物充足，以及植物根系分布对土壤的作用，可以直接或间接地提高β-1,4-葡糖苷酶、β-1,4-木糖苷酶、纤维素二糖水解酶和β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性，造成3 种林分上层土壤酶活性显著高于下层土壤。另一方面，水、气、热条件也是影响土壤酶活性剖面分布的重要因素。上层土壤通气性较好，水分温度适宜，为微生物代谢产酶提供了很好的环境条件，所以表层土壤具有较高的酶活性，而下层土壤微生物生长的环境恶化，代谢产酶受到抑制，土壤酶活性降低[21]。

3.3 季节更替对土壤酶活性的影响

季节对土壤酶活性有显著的影响，我们的研究结果表明，3种林分的酶活性均在夏、秋季较高，冬、春季较低。这一结果与在麻栎(Quercus acutissima)和马尾松(Pinus massoniana)土壤酶活性的研究结果一致，在四个季节中土壤酶活性在冬季最低，夏季最高[22]。裴丙等(2018)在太行山南麓不同林龄侧柏人工林土壤酶活性的研究发现，蔗糖酶和脲酶活性均在夏季最大，冬季最低，同时表明土壤温度和水分可能是影响土壤生物活性的主要控制性因素[23]。有研究表明季节的更替过程对土壤酶活性的影响主要通过调控气候因素(温度和水分)而引起的[24]。研究中，土壤含水量、土壤温度与酶活性显着正相关 (P<0.05)(表4)也证明了此观点明，说明土壤酶活性的季节性变化归因于土壤水热的季节性变化。在秦岭地区，夏季相对较高的温度、充足的水分使得根系代谢旺盛，土壤微生物活力增强，对土壤酶活性的提高起到一定的促进作用[25, 26]。秋季土壤凋落物的输入量增加，为酶促反应提供了充足底物，提高了土壤酶活性。冬季研究区气温降到零度以下，土壤冻结，水、热条件恶化，抑制了微生物的代谢能力，从而降低了土壤酶的活性。