不同連栽代次桉樹(shù)林土壤有機(jī)碳演變特征

史進(jìn)納 蔣代華 肖斌 黃位權(quán) 梁小迪

摘 要 以廣西國(guó)營(yíng)廣西東門林場(chǎng)雷卡分場(chǎng)內(nèi)不同連栽代次桉樹(shù)人工林為試驗(yàn)地，以當(dāng)?shù)氐湫偷拇紊帧R尾松林為對(duì)照林，采用“時(shí)空替代法”采集3代完整代次的桉樹(shù)人工林土壤，分析了不同代次桉樹(shù)林及對(duì)照林馬尾松林土壤有機(jī)碳及組分的演變特征。結(jié)果表明：（1）桉樹(shù)林地土壤有機(jī)碳、易氧化碳、穩(wěn)定態(tài)碳、胡敏酸碳、胡敏素碳等均隨著代次的增加而呈現(xiàn)先增加后減小再增加的趨勢(shì)，富里酸碳則呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)；（2）桉樹(shù)林替代馬尾松林后，林地土壤有機(jī)碳及其穩(wěn)定性（Kos）增加，表明土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性有增強(qiáng)的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 桉樹(shù)；連栽代次；有機(jī)碳

中圖分類號(hào) S155.48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

桉樹(shù)（Eucalyptus spp.）作為速生樹(shù)種在世界上百個(gè)國(guó)家和地區(qū)均有栽培， 成為全球種植最廣泛的闊葉樹(shù)種之一[1]。目前，全球桉樹(shù)人工林面積達(dá)2 000萬(wàn)hm2，在中國(guó)已突破300多萬(wàn)hm2，廣西是中國(guó)桉樹(shù)種植面積最大的省份，已接近164.7萬(wàn)hm2[2]。桉樹(shù)種植及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的繁榮，同時(shí)，也引發(fā)了大面積種植桉樹(shù)帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的爭(zhēng)議，如土壤質(zhì)量退化、生物多樣性下降、區(qū)域生態(tài)環(huán)境功能退化等[3]。土壤是森林系統(tǒng)的重要組成，對(duì)維持林地生態(tài)系統(tǒng)功能和林地生產(chǎn)力的可持續(xù)性發(fā)揮著不可替代的重要作用。土壤質(zhì)量是區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的重要組成部分，而土壤有機(jī)碳及其組分的演變是評(píng)估土壤質(zhì)量是否退化的核心內(nèi)容，涉及到溫室氣體的排放和區(qū)域碳的平衡[4]。然而，以往對(duì)桉樹(shù)林土壤有機(jī)碳的研究主要集中于桉樹(shù)林土壤有機(jī)碳含量（庫(kù)儲(chǔ)量）及其密度[5-6]、桉樹(shù)林與其它幾種人工林土壤有機(jī)碳含量比較[7]、桉樹(shù)林及其混交林土壤有機(jī)碳含量及碳庫(kù)儲(chǔ)量等[8]，很少有涉及到多代連栽桉樹(shù)林土壤，尤其是不同組分有機(jī)碳及其變化特征的系統(tǒng)研究。本研究主要根據(jù)有機(jī)碳在土壤中分解的難易程度和溶解性等反映其穩(wěn)定性的因素，將其分為易氧化碳（土壤活性碳）、穩(wěn)定態(tài)碳（難氧化態(tài)碳）、腐殖質(zhì)碳及胡敏酸碳、富里酸碳、胡敏素碳等組分，對(duì)中國(guó)廣西（典型桉樹(shù)種植區(qū)）3個(gè)完整連栽代次的桉樹(shù)人工林土壤有機(jī)碳及其組分的演變特征進(jìn)行研究，具有較強(qiáng)的代表性。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)林地設(shè)置在國(guó)營(yíng)廣西東門林場(chǎng)雷卡分場(chǎng)。該林場(chǎng)位于廣西崇左市，地處東經(jīng)107°3′～108°6′，北緯22°11′～22°57′之間，屬南亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)，地帶性土壤為赤紅壤。原生地帶性植被為季雨林，由于受人類長(zhǎng)期活動(dòng)的影響，原生植被已不存在，退化為以桃金娘、余甘子等為主的熱帶性灌草叢植被；次生植被主要為酸性土指示植物——馬尾松林。隨著人工林的發(fā)展，桉樹(shù)、馬尾松和濕地松等已成為實(shí)驗(yàn)區(qū)主要的森林植被。

場(chǎng)內(nèi)桉樹(shù)實(shí)驗(yàn)林連栽代次完整，立地條件相似。本研究中，第1代林地造林前為1974年?duì)I造的馬尾松林；第2代林地是在1990年種植了1代桉樹(shù)的基礎(chǔ)上種植；第3代林是在1990年種植了2代桉樹(shù)的基礎(chǔ)上種植。造林時(shí)每株施基肥0.5 kg，每年追肥2次，每公頃共施的N、P、K分別為200、150、100 kg，連續(xù)追肥2 a。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤取樣方法 根據(jù)時(shí)空替代法[9]，在某一區(qū)域內(nèi)同一時(shí)間段不同代次的樣地代表著不同演替時(shí)間的群落，利用這些群落特征來(lái)分析演替過(guò)程中多樣性的變化。選擇林場(chǎng)內(nèi)立地條件基本一致的3個(gè)連栽代次桉樹(shù)人工林（一代林G1、二代林G2、三代林G3）及對(duì)照林馬尾松林（G0），在各林地選擇有代表性的樣地按“S”形設(shè)置6個(gè)采樣點(diǎn)，共計(jì)24個(gè)采樣點(diǎn)。在每點(diǎn)取樣時(shí)先除去表面凋落物后挖取80 cm深的土壤剖面，按0～15、15～30、30～60、60～80 cm分層采樣；然后將相同層次土樣混合均勻，采用四分法取1 kg左右；將土樣帶回室內(nèi)自然風(fēng)干，磨碎過(guò)l mm、0.149 mm篩，用于測(cè)定土壤的養(yǎng)分含量和土壤有機(jī)碳及其組分。采樣時(shí)間分別為2012年9月、11月及2013年1月、3月、5月、7月。

1.2.2 土壤樣品分析項(xiàng)目及方法 土壤有機(jī)碳：重鉻酸鉀外加熱法；土壤易氧化碳/穩(wěn)定態(tài)碳：重鉻酸鉀氧化法；土壤腐殖質(zhì)：焦磷酸鈉浸提-重鉻酸鉀氧化法。

氧化穩(wěn)定常數(shù)（Kos）=（有機(jī)質(zhì)含量-易氧化有機(jī)質(zhì)含量）/易氧化有機(jī)質(zhì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理均在Excel和SAS軟件上完成。采用單因素方差分析（one-way ANOVA）和新復(fù)極差法（SSR）比較不同數(shù)據(jù)組間的差異，顯著性水平設(shè)定為p=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連栽代次桉樹(shù)林土壤有機(jī)碳含量及其垂直分布特征

由表1可知，不同林地土壤有機(jī)碳（SOC）含量均隨著土壤深度的增加而減小，且各土層之間含量差異顯著（p<0.05），其中在0～30 cm土層間，土壤有機(jī)碳含量下降幅度較大，30 cm土層以下土壤有機(jī)碳含量變化趨勢(shì)相對(duì)平緩，可見(jiàn)土壤深度對(duì)有機(jī)碳含量具有顯著的影響，且土壤有機(jī)碳具有較明顯的表聚性。在桉樹(shù)林地中，各土層土壤有機(jī)碳含量總體上隨著連栽代次的增加而表現(xiàn)為先增加后減小再增加，且其含量存在一定的差異性。說(shuō)明桉樹(shù)林替代馬尾松林后，土壤有機(jī)碳在一定程度上有所提高，這也說(shuō)明桉樹(shù)林具有一定的固碳能力。

2.2 不同連栽代次桉樹(shù)林土壤易氧化碳含量及其垂直分布特征

從表2中可知，不同連栽代次桉樹(shù)林及馬尾松林土壤易氧化碳（ROC）含量均隨著土層深度的增加而減小，且各土層土壤易氧化碳含量差異顯著（p<0.05）。在同一土層中，各代次桉樹(shù)林地土壤易氧化碳含量呈現(xiàn)一定的差異性。從總體上看，不同連栽代次桉樹(shù)林土壤易氧化碳隨代次的增加，表現(xiàn)出先減小后增加的變化趨勢(shì)，且G3與G1、G2土壤易氧化碳含量差異顯著，G1、G2土壤易氧化碳含量差異不顯著；G1、G2與G0相比差異均不顯著。表明桉樹(shù)人工林土壤在種植1、2代林期間易氧化碳含量變化不大，到種植3代林后出現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì)。

2.3 不同連栽代次桉樹(shù)林土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量及其垂直分布特征

由表3可知，不同代次桉樹(shù)林及馬尾松林土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量均隨土壤土層的增加而減小，且差異顯著（p<0.05）。在各林地土壤層次中，土壤穩(wěn)定態(tài)碳也表現(xiàn)出一定的差異。在不同林地根際土壤中，土層深度在15～60 cm的土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量隨著桉樹(shù)林代次的增加而表現(xiàn)出先增加后減小再增加的變化趨勢(shì)，土層0～15、60～80 cm間的土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量則表現(xiàn)為隨著桉樹(shù)林代次的增加而增加。結(jié)果表明，不同代次桉樹(shù)林土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量的變化趨勢(shì)同土壤易氧化態(tài)碳。

2.4 不同連栽代次桉樹(shù)林土壤有機(jī)碳氧化穩(wěn)定性的變化

表4顯示了不同林地土壤有機(jī)碳氧化穩(wěn)定性的變化特征。由表4可知，土壤易氧化碳、穩(wěn)定態(tài)碳（或稱難氧化碳）含量占土壤有機(jī)碳的比例因林地及代次的不同而有所差異。其中，易氧化碳占有機(jī)碳的比例隨著代次的增加而表現(xiàn)出先減小后增加的變化趨勢(shì)，與G0相比均有所降低；難氧化碳則與易氧化碳相反，其占有機(jī)碳的比例隨代次的增加而呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，各代次與G0相比則均有不同幅度的提高。可見(jiàn)，桉樹(shù)2代林土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性最大，3代林最小，但均高于對(duì)照林。結(jié)果表明，桉樹(shù)人工林替代馬尾松林后土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性有所提高。

2.5 不同連栽代次桉樹(shù)林土壤腐殖質(zhì)碳含量及其垂直分布特征

表5反映了不同林地及代次桉樹(shù)林土壤腐殖質(zhì)碳、胡敏酸（HA）、富里酸（FA）等含量的變化趨勢(shì)。從土壤層次來(lái)看，土壤腐殖質(zhì)碳及各組分碳含量基本隨土層的增加而減少。不同代次桉樹(shù)林土壤腐殖質(zhì)碳、胡敏酸碳和胡敏素碳含量均隨代次的增加而表現(xiàn)出先增加后減小再增加的趨勢(shì)，富里酸碳含量則隨著代次的增加而先減小后增加。隨著土層深度的增加 HA/SOC、HA/FA變小。G0、G3的FA/SOC先增大后變小，G1、G2的FA/SOC則表現(xiàn)為底層略高于表層土壤。表明表層土壤有利于 HA的積累，土壤腐殖質(zhì)質(zhì)量較好。在各林地中只有G2的腐殖質(zhì)碳、HA/FA小于G0，表明桉樹(shù)林取代馬尾松林后，林地土壤腐殖質(zhì)碳含量總體上增加，同時(shí)，其腐殖質(zhì)度（HA/FA）也表現(xiàn)出一定程度的增大趨勢(shì)，進(jìn)一步說(shuō)明了土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性增強(qiáng)。

2.6 不同連栽代次桉樹(shù)林土壤各形態(tài)有機(jī)碳含量變化的相互關(guān)系

從上述結(jié)果可以看出，G1、G2、G3桉樹(shù)人工林土壤有機(jī)碳含量分別為10.44、10.03、12.24 g/kg，均較對(duì)照林（9.78 g/kg）有所增加，其中，第3代桉樹(shù)林增加幅度最大；各代次桉樹(shù)林土壤易氧化態(tài)碳含量中，1、2代林（分別為5.55、5.29 g/kg）與對(duì)照林（5.54 g/kg）差異不明顯，而3代林（6.80 g/kg）顯著增加。G0、G1、G2、G3的土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量分別為4.24、4.89、4.75 、5.44 g/kg，其土壤有機(jī)碳氧化穩(wěn)定性（Kos）分別為0.77、0.88、0.90、0.80，各代次桉樹(shù)人工林均高于對(duì)照林（馬尾松林），其中，土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量以第3代桉樹(shù)林的為最高；各代次桉樹(shù)林HA/FA 除2代林（0.22）低于對(duì)照林（0.28）外，1代林較高（0.35），而3代林（0.28）與對(duì)照林相當(dāng)。結(jié)果表明，桉樹(shù)各代次林地土壤總有機(jī)碳與其他各形態(tài)有機(jī)碳含量具有相同的增加趨勢(shì)；與第1、2代林相比，第3代林易氧化碳含量增加最為顯著，這與其有機(jī)碳氧化穩(wěn)定性為最低的結(jié)果是相符合的；第1代林較高的土壤穩(wěn)定態(tài)碳及土壤有機(jī)碳氧化穩(wěn)定性與其較大的HA/FA值具有一致性?？傊駱?shù)人工林土壤各形態(tài)有機(jī)碳之間具有一定的相關(guān)性。

3 討論與結(jié)論

本研究針對(duì)3個(gè)完整的連栽桉樹(shù)林土壤有機(jī)碳及組分進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，桉樹(shù)林替代馬尾松林后，土壤有機(jī)碳在一定程度上有所提高；土壤穩(wěn)定態(tài)碳增加，這與馬姜明等[7]研究得出的桉樹(shù)林有機(jī)碳含量高于馬尾松林的結(jié)果一致。桉樹(shù)林土壤易氧化碳占有機(jī)碳的比例有所降低，而穩(wěn)定態(tài)碳則相反，表明桉樹(shù)人工林取代馬尾松林后林地土壤有機(jī)碳氧化穩(wěn)定性有所增加，有利于有機(jī)碳含量的積累，這在一定程度上促進(jìn)了土壤碳的固定。

桉樹(shù)林土壤總有機(jī)碳、易氧化碳、穩(wěn)定態(tài)碳、胡敏酸碳含量均隨著連栽代次的增加而表現(xiàn)出先增加后減小再增加的變化規(guī)律，而富里酸碳含量則表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)，表明連栽桉樹(shù)林地土壤總有機(jī)碳與其絕大部分組分的含量具有相同的變化趨勢(shì)，而連栽桉樹(shù)林有利于土壤富里酸碳的積累。但與對(duì)照林（馬尾松林）相比，易氧化碳含量除G3外其余代次均降低；腐殖質(zhì)碳含量除G2外均升高；而各代次有機(jī)碳、穩(wěn)定態(tài)碳及富里酸碳均有不同程度的提高；FA/SOC表現(xiàn)為G0（26.33%）>G2（25.52%）>G1（23.71%）>G3（23.16%），HA/SOC表現(xiàn)為G1（8.21%）>G0（7.32%）>G3（6.42%）>G2（5.60%），HA/FA表現(xiàn)為G1（0.35）>G0（0.28）=G3（0.28）>G2（0.22）。由此可見(jiàn)，桉樹(shù)人工林各代次土壤富里酸碳含量所占土壤有機(jī)碳的比例均低于對(duì)照林——馬尾松林，而HA/FA除G2降低外，其余各代次均高于或等于馬尾松林，這與李夷荔等[10]的研究結(jié)果不同，可能是由于不同區(qū)域桉樹(shù)林氣候條件、林下植被類型、凋落物分解難易程度、微生物種類及數(shù)量等因素的差異而造成的，相關(guān)機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，桉樹(shù)人工林替代馬尾松林后，隨著連栽代次的增加，土壤有機(jī)碳及各組分含量總體上呈現(xiàn)出先增加后減小再增加的變化規(guī)律，各代次較對(duì)照林更有利于有機(jī)碳含量的積累，促進(jìn)了土壤有機(jī)碳的固定?？傮w而言，土壤穩(wěn)定性有機(jī)碳含量（腐殖質(zhì)碳）及穩(wěn)定性指標(biāo)（HA/FA）不但沒(méi)有下降，反而在一定程度上表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。

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