種植年限對(duì)膠園土壤剖面有機(jī)碳分布特征的影響.docx

1、熱帶作物學(xué)報(bào)2011,32(8)：1399-1403ChineseJournalofTropicalCrops種植年限對(duì)膠園土壤剖面有機(jī)碳分布特征的影響王春燕，3,林希昊2,李光明L3,陳秋波I,楊禮富I,王真輝I,海南倨州571737I中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所I農(nóng)業(yè)部橡膠樹(shù)生物學(xué)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室2中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院湛江實(shí)驗(yàn)站，廣東湛江5240133海南大學(xué)環(huán)境與柱物保護(hù)學(xué)院，海南佛州571737摘要通過(guò)剖面直接實(shí)測(cè)法.研究幼樹(shù)期（4a）、旺產(chǎn)期（12a和19a）3種不同樹(shù)齡橡膠林土壤有機(jī)碳變化特征及其與土壤pH、全氮、C/N比的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：（1）4、12、19a橡膠林土壤有機(jī)碳含域

2、均隨著土層深度的增加而降低；3個(gè)樹(shù)齡橡膠林土壤有機(jī)碳總體大小順序?yàn)镮2a>4a>19a。（2）橡膠林土壤呈酸性反應(yīng)，且土壤剖面有機(jī)碳含量:均隨深度呈下降趨勢(shì).而土壤pH隨深度呈上升趨勢(shì)。土壤不同層次有機(jī)碳含俄與pH呈顯著負(fù)相關(guān)020.7088）。（3）不同樹(shù)齡橡膠林土壤有機(jī)碳與全氮之間均呈顯著的線性正相關(guān)，土壤C/N比為8.19-16.49,有利于有機(jī)質(zhì)礦化過(guò)程中養(yǎng)分的釋放。橡膠林土壤C/N比隨樹(shù)齡的增長(zhǎng)不斷下降，說(shuō)明樹(shù)齡大小對(duì)土壤碳氮含量在土壤剖面垂直分布上有一定的影響。關(guān)鍵詞橡膠樹(shù)；土壤有機(jī)碳；相關(guān)關(guān)系中圖分類號(hào)S794.1；Q948.113文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼ATheVerticalC

3、haracteristicsofSoilOrganicCarboninDifferentDevelopingStagesofRubberTree(Hevea萬(wàn)拓)PlantationsWANGChunyan1,3,LINXihao2,LIGuangMing1,3,CHENQiubo1,YANGLifu1,WANGZhenhui,1 RubberResearchInstiiuie,MinistryofAgricultureKeyLaboratoryforTropicalPhysiology,CATAS,Danzhou,Hainan,57J73,China2 ZhanjiangExperiment

4、alStation,ChineseAcademyofTropicalAgricultureSciences,Zhanjiang,Guangdong524013,China3 EnvironmentandPlantProtectionDepartmentofHainanUniversity,Danzhou,Hainan571737,ChinaAbstractBymeansofthedirectdeterminationmethodinsoilprofiles,thevariationcharacteristicsofsoilorganiccarbon(SOC)indifferentdevelop

5、ingstagesanditsrelationshipwithsoilpH,soilC/Nratioandtotalnitrogencontentofrvbber(Hevea6rasi/ien.fu)plantationsin3differentages,i.e.,immatureperiod(4a)andpeakyieldingperiod(12a,19a)werestudied.TheresultsobtainedindicatedthatSOCcontentsofrubberplantationsat3differentagesincreasedwithsoildepth.General

6、lytheorderofSOCcontentsinrubberplantationswas:12a>4a>19a.ThecontentofSOCdecreasedwithdepth,whereasthevalueofsoilpHincreasedwithdepth.SOCcontentindifferentlayershadasignificantnegativerelationship20.7088).llierewaspositivelinearcorrelationbetweenSOCandSTNofrubberplantationsindifferentages.SoilC

7、/Nratioalongthegradientwaswithintherangeof8.1916.49,beingfavorabletothenutrientreleaseduringorganicmatterdecomposition.SoilC/Nratioofrubberplantationdecreasedwithrubbertreeage,whichshowedplantingageaffectedsoilCandNcontentintheverticaldistribution.KeywordsHeveabrasiliensisxSoilorganiccarbon;Relation

8、shipdoi10.3969/j.issn.l000-2561.2011.08.002收稿日期：2011-01-26修回日期：2011-08-01基金項(xiàng)目：中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)黃專項(xiàng)資金橡膠研究所資助項(xiàng)目（No.XJSYWFZX2008-18.XJSYWFZX2009-30）0作者筒介：王春燕（1983年一），女.碩士生。通訊作者.王真輝，E-mail:wzh-36,土壤有機(jī)碳含最常被認(rèn)為是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，又是一項(xiàng)重要的土壤性質(zhì)。土壤有機(jī)碳的大量損失會(huì)造成土壤退化和農(nóng)業(yè)持續(xù)性的降低。近十幾年來(lái)，隨著氣候變暖，土壤有機(jī)碳與全球氣候變化被緊密聯(lián)系在一起，從而引起更廣泛的關(guān)注

9、。在全球范圍內(nèi)，森林土壤有機(jī)碳貯量占陸地土壤有機(jī)碳貯量的40%。土壤碳庫(kù)的變化被認(rèn)為是導(dǎo)致大氣碳庫(kù)和全球氣候變化的主要原因（氣對(duì)全球碳平衡產(chǎn)生顯著影響叫因此，對(duì)森林土壤中有機(jī)碳庫(kù)的動(dòng)態(tài)變化及調(diào)控機(jī)理的研究成為預(yù)測(cè)和控制全球氣候變化的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)性工作I6氣而人工林受人類活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾，其土壤有機(jī)碳變化更值得關(guān)注叫橡膠樹(shù)（Heveabrasiliensis）原產(chǎn)于高溫潮濕的亞馬遜流域，自從20世紀(jì)中期在中國(guó)大規(guī)模種植以來(lái)，目前橡膠樹(shù)種植面積已經(jīng)發(fā)展到約94萬(wàn)hm2,是中國(guó)熱帶地區(qū)重要的人工林之一。20世紀(jì)80年代以來(lái)，人們對(duì)橡膠林生態(tài)系統(tǒng)的研究集中在生物即、土壤養(yǎng)分變化叫、膠樹(shù)養(yǎng)分含址和分配叫州

10、、膠林養(yǎng)分循環(huán)峋，目前對(duì)橡膠林土壤碳貯量的研究不斷增加3明，也有研究結(jié)果表明，西雙版納的熱帶季節(jié)雨林轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z林后，土壤碳、氮含量及其有效性降低，并且土壤呈現(xiàn)酸化傾向。本文旨在研究不同樹(shù)齡橡膠林土壤有機(jī)碳變化特征及其與土壤pH、全氮、CZN比的相關(guān)關(guān)系，將有助于進(jìn)一步了解橡膠林土壤的生態(tài)功能，為研究橡膠林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1材料與方法1.1試驗(yàn)區(qū)域概況試驗(yàn)區(qū)主要位于海南省脩州市中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場(chǎng)三隊(duì)(19。32個(gè)，109。28'£)和六隊(duì)(19°28'N,109°29'E),平均海拔134mo該區(qū)屬熱帶海島季風(fēng)氣候

11、類型，歷年平均氣溫23.223.9Y,日平均氣溫N15P的活動(dòng)積溫7500-8500X：,最冷月平均氣溫16.9-18.0T,年降水量1500-2000mm(數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院氣象站)。土壤類型為磚紅壤，平均土壤pH為5.01、全氮為0.46g/kg、全磷為0.35g/kg。試驗(yàn)區(qū)相鄰較近，均為第二代膠林，單一人工群落，群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用寬行密植模式，株行距為3mx7m,林下以多年生草本植物及當(dāng)年生草本植物居多，如弓果黍(Cyrtococcumpatens)巢蕨(Neottopterisnidus)sDIT珠(PhyUanthussimple分、假臭草(Eupaioriumcaiari

12、um)x地膽頭(Elephantopusscaber)x竹葉草(Oplismenuscompositiis)等，極少見(jiàn)灌木、亞灌木。1.2材料與設(shè)計(jì)試驗(yàn)選用4、12、19a熱研7-33-97橡膠林(表1),3個(gè)樹(shù)齡膠園樣地面積N4.02hm2,每個(gè)樹(shù)齡設(shè)1個(gè)固定的(100mx100m)樣地，采用梅花形采樣法。膠園管理采用割制為現(xiàn)行普遍推廣的乙烯利刺激割膠制度(S/2d/3+ET2.0%)，試驗(yàn)地立地條件(如地勢(shì)、坡度、撫養(yǎng)管理措施)基本一致。采樣時(shí)間為2010年1月7日2010年1月10日，要求采樣前天氣連續(xù)3d晴天。13樣品采集與測(cè)定在3個(gè)樹(shù)齡膠林設(shè)定的固定樣地隨機(jī)選取5個(gè)土壤剖面。土壤剖面

13、平衡于橡膠樹(shù)1.5m處的行間，表1試噎小區(qū)橡膠林的基本概況樹(shù)齡/a定植年份/a割嶺/a品系胸徑/cm位置經(jīng)緯度420060熱研7-33-9713.15±O.15C中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試乾場(chǎng)六隊(duì)N19。28'、E109。29'1219984熱研7-33-9718.79±0.37B中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場(chǎng)m隊(duì)N19。31'、E109。39'19199111熱研7-33-9722.32±0.53A中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場(chǎng)三隊(duì)N19。32'、E109°28'避開(kāi)肥穴，垂直挖寬1m、長(zhǎng)2m、深1m,迎光面修成垂直的斷面

14、。按015、1530、3045、4560、60-100cm自上而下將土層劃分為5層，觀察描述各土層特征。用小木鏟月下而上的沿剖面逐層采樣，每個(gè)剖面取5點(diǎn)，取樣品2kg左右裝袋并附上標(biāo)簽。將采集回來(lái)的土壤風(fēng)干，剔除土壤中的石塊以及植物殘?bào)w(如根系)等，然后用四分法取100g左右的土壤，研磨后過(guò)0.149mm(100目)篩孔，用于碳、氮測(cè)定。土壤有機(jī)碳含量采用重銘酸鉀-外加熱法測(cè)定，全氮含量采用凱氏半微量定氮法測(cè)定。每個(gè)樣品3個(gè)重復(fù)，取平均值。1.4數(shù)據(jù)分析采用Excel2003軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和作圖，并用DPSV6.55版軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用二因素方差分析和最小顯著差異法(LSD)比較不同數(shù)

15、據(jù)組間的差異，用線性回歸分析評(píng)價(jià)土壤有機(jī)碳與pH、全氮的相關(guān)關(guān)系。2結(jié)果與分析2.1橡膠林土壤有機(jī)碳含沿土壤剖面的分布特征由圖1可知，橡膠林土壤有機(jī)碳最高值均出現(xiàn)在0-15cm±層，4、12、19a橡膠林土壤有機(jī)碳含量分別為6.25、7.41、6.32g/kg。3個(gè)樹(shù)齡橡膠林各土層間有機(jī)碳含量大小均為12a最大，而4a和19a橡膠林不同土層有機(jī)碳含量差異不同，各個(gè)土層土壤有機(jī)碳含量大小總體呈現(xiàn)12a>4a>19ao隨著土層的加深土壤有機(jī)碳含量逐漸減少，同一樹(shù)齡不同土層間有一定差異。除12a橡膠林015、15-30與30-45cm土層間有機(jī)碳含量差異不顯著之外，其余2個(gè)膠林

16、表層土中有機(jī)碳含量均顯著高于其它各土層，而4560cm土層與60-100cm±層之間有機(jī)碳含量:在3個(gè)樹(shù)齡橡膠林中均呈現(xiàn)差異低的趨勢(shì)。*4觸a12齡1酒線性（4齡）線性（12齡）線性（19齡）不顯著。不同樹(shù)齡間有機(jī)碳含量也存在差異，其中12a橡膠林土壤有機(jī)碳含量在各個(gè)土層中均顯著高于4a和19a,而4a和19a橡膠林間差異不顯著。9.008.00&7.00§6.00雷5.00墨4.00»3.00H2.001.000.009.008.00&7.00§6.00雷5.00墨4.00»3.00H2.001.000.00aA4a°

17、;12a圈】9a0-1515-3030-4545-6060-100土層深度/cm圖中小寫字母代表不同土層間的差異性，大寫字母代表不同樹(shù)蛤間的差異性。圖1土壩有機(jī)碳含量沿土填剖面的分布特征（wkSE,n=5）22橡膠林土壤有機(jī)碳分布與pH相關(guān)分析本研究結(jié)果表明，橡膠林土壤pH為45465.856,土壤呈酸性反應(yīng)，且土壤剖面有機(jī)碳含量均隨深度呈下降趨勢(shì)，而土壤pH隨深度呈上升趨勢(shì)。4a膠林土壤pH與有機(jī)碳的決定系數(shù)R2=o.8237,線性方程為y=-0.0264%+4.7124；12a膠林土壤pH與有機(jī)碳的決定系數(shù)/?2=0.7888,線性方程為=-0.0786%+5.1564；19a膠林土壤pH

18、與有機(jī)碳的決定系數(shù)R2=0.9663,線性方程為y=-0.2033%+6.4156。從圖2可見(jiàn)，橡膠林土壤有機(jī)碳與pH間有顯著的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。23橫膠林土壤碳氮比變化特征由表2可知，3個(gè)樹(shù)齡橡膠林土壤C/N比為8.19-19.84之間。4a橡膠林土壤C/N比顯著高于其它2個(gè)樹(shù)齡。4、12a橡膠林土壤C/N比呈隨土層深度的增加不斷增大，而19a橡膠林土壤C/N比隨土層深度的增加呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。除了4a橡膠林奶24橡膠林土壤有機(jī)碳與全氮的相關(guān)分析由圖3可知，對(duì)橡膠林0-100cm深度的全氮和土壤有機(jī)碳含址進(jìn)行相關(guān)性分析，得出了幾組線性回歸方程和決定系數(shù)。4a膠林土壤全氮與有機(jī)碳的決定系數(shù)R2=0

19、.9747,線性方程：*=0.1122%-0.1132；12a膠林土壤全氮與有機(jī)碳的決定系數(shù)&2=0.9533,線性方程：y=0.0703%+0.1471；19a膠林土壤全氮與有機(jī)碳的決定系數(shù)段=0.9475,線性方程：y=0.1217x-0.049lo分析表明，橡膠林土巢有機(jī)碳與全氮間呈現(xiàn)顯著的線性正相關(guān)關(guān)系。6.05.5 H5.0W4,5-H4.03.53.0土壤有機(jī)碳含最（g/kg）圖2土填有機(jī)碳與pH的關(guān)系*4齡】2齡齡土壤有機(jī)碳（g/kg）圖3土地有機(jī)碳與全氮的關(guān)系100cm±層土壤C/N比顯著高于其它各層外，不同樹(shù)齡各土層間差異不顯著。結(jié)果表明，橡膠林隨樹(shù)齡增長(zhǎng)，

20、土壤C/N比不斷下降，但差異不明顯，同時(shí)橡膠林土壤C/N比并不完全隨土層深度的增加而呈現(xiàn)降3討論與結(jié)論樹(shù)齡/a碳氤比0-5cm土屋15-30cm土層30-45cm土層45*60cm土層60-100cm土層410.87±0.39bA10.99±0.33bA11.36±0.37bA11.46±1.48bA19.84±4.30aA1211.25±0.63aA10.75±0.32aA10.72±0.40aA9.60±0.81aA10.41±0.97aB198.19±0.66aA8.92

21、7;0.57aA11.64±2.71aA11.79±1.2aA9.07±2.21aB«2土填碳氮比變化特征n=5）隨著土層深度的增加，碳元素在下滲水作用下淋溶、遷移、沉積到土壤下層的幅度有限，以及土壤動(dòng)植物殘?bào)w和微生物數(shù)量減少、活動(dòng)能力減弱等因素，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳逐漸減少。有研究結(jié)果表明，土壤新產(chǎn)生的有機(jī)碳中64%是來(lái)自地表凋落物的分解。本研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳隨土壤深度的增加而逐漸降低，這與其它研究結(jié)果相似伊羽。不同樹(shù)齡間土壤有機(jī)碳變化有一定的差異，各土層有機(jī)碳含量大小總體為12a>4a>19a,這可能是由于4a膠園土壤有機(jī)碳來(lái)源于上一代橡

22、膠林更新后殘留的凋落物處于分解狀態(tài)，加上本代橡膠林的凋落物分解，因此其土壤有機(jī)碳含最高；12a和19a膠園因上一代橡膠林更新殘留的凋落物已基本分解完全，本代膠林凋落物量也不是最大，以及現(xiàn)有橡膠樹(shù)處于生長(zhǎng)旺盛期需消耗較多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，造成其土壤有機(jī)碳含量較低，但由于處于割膠旺產(chǎn)期受人類活動(dòng)施肥影響較多，施肥對(duì)土壤有機(jī)碳的積累起到一定的促進(jìn)作用。此外，19a膠園土壤為玄武巖發(fā)育的磚紅壤，已有研究結(jié)果證實(shí)，土壤質(zhì)地會(huì)影響微生物活性及保持碳的能力。土壤粘粒具有保持碳的能力，其含量影響外源有機(jī)質(zhì)(有機(jī)化合物、植物殘?bào)w)及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的分解速率網(wǎng)。有研究結(jié)果表明，橡膠林土壤含水晨隨樹(shù)齡的增長(zhǎng)而增加網(wǎng)，而橡膠林

23、凋落物及林下植物年碳儲(chǔ)量，亦隨樹(shù)齡的增長(zhǎng)而增加閔。因此，可能是由于橡膠林在不同樹(shù)齡階段，地面凋落物生物量，微生物量和活性，以及林下土壤環(huán)境，對(duì)土壤有機(jī)碳含屋存在一定的影響，造成不同樹(shù)齡橡膠林土壤有機(jī)碳在土壤剖面垂直分布上有所差異。此外，人為干擾、割膠活動(dòng)等也可能是一個(gè)重要的因素。土壤pH、有機(jī)碳是衡量土壤環(huán)境質(zhì)量重要的綜合指標(biāo)，直接影響著土壤中各種元素的存在形態(tài)、有效性及遷移轉(zhuǎn)化。本研究結(jié)果表明，橡膠林土壤呈酸性反應(yīng)，且不同土層有機(jī)碳與pH呈顯著負(fù)相關(guān)。這與李一鮑、林希昊等河的研究橡膠林土壤pH結(jié)果相似?？赡苁怯捎谠谒嵝酝寥乐?，微生物種類受到限制，從而減慢了土壤有機(jī)碳的分解的。隨土壤pH的下降

24、，微生物活性減弱，致使土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)下降，表現(xiàn)為土壤碳積累的。有研究表明，pH不但對(duì)土壤的理化性質(zhì)及土壤結(jié)構(gòu)的影響很大，而且是植物生命活動(dòng)所需養(yǎng)分和能量的源泉。本研究結(jié)果表明，不同樹(shù)齡橡膠林C/N比垂直規(guī)律不一致，隨樹(shù)齡增長(zhǎng)，橡膠林土壤C/N比不斷下降。Elser等71研究結(jié)果表明，植物和土壤C/N比高會(huì)降低生態(tài)系統(tǒng)中消費(fèi)者的生長(zhǎng)速率。張敏等通過(guò)回歸分析表明，N是C/N比的主要影響因子，而C和N含量呈正相關(guān)，C/N比值增大將由于N含址下降而促使生態(tài)系統(tǒng)中C含址減少，導(dǎo)致C的釋放。因此，在樹(shù)齡較大的橡膠林中，由于林下凋落物量增加，林下環(huán)境的改善，有利于土壤微生物的增加及活動(dòng)能力的增強(qiáng)，促進(jìn)了土壤

25、養(yǎng)分釋放和土壤中的有效氮增加，C/N比不斷下降。本研究相關(guān)性分析也表明，橡膠林土壤有機(jī)碳與全氮間有顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(龐>0.9),進(jìn)一步解釋了土壤碳氮在剖面垂直分布規(guī)律上具有相似性。由此表明，土壤氮素主要以有機(jī)氮的形式存在于土壤有機(jī)質(zhì)中，這與大多數(shù)的研究結(jié)果一致"劃。橡膠林土壤有機(jī)碳是其土壤肥力和土壤質(zhì)址的重要指標(biāo)，也是引起氣候變化的主要因素。了解橡膠林土壤有機(jī)碳的空間分布特征，以其為橡膠林的土壤管理方法提供科學(xué)依據(jù)，也為橡膠林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)提供理論依據(jù)。Torn等肉認(rèn)為，在全球碳循環(huán)研究中一個(gè)很大的不確定性來(lái)源于土壤有機(jī)碳的分布及動(dòng)態(tài)。因此，對(duì)橡膠林土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究

26、，將是未來(lái)努力的方向。參考文獻(xiàn)1DalalRC,ChanKY.SoilorganicmatterinrainfedcroppingsystemsoftheAustraliancerealbeltJ.AustralianJournalofSoilResearch,2001,39:435-464.(21王艷芬，陳佐忠，TieszenLT.人類活動(dòng)對(duì)錫林郭勤地區(qū)主要草原土壤有機(jī)碳分布的影響J.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，1998,22(6):545-551.3 周曉宇，張稱意，郭廣芬.氣候變化對(duì)森林土壤有機(jī)碳貯藏影響的研究進(jìn)展J.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2010,21(7):1867-1874.4 WatsonRT.Lan

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