不同林齡澳洲堅(jiān)果園凋落物與土壤養(yǎng)分的關(guān)系

譚秋錦 陳海生 王文林 黃錫云 許鵬 鄭樹芳 湯秀華

摘 要 對桂西南地區(qū)3個(gè)齡級（6、8、10 a）的澳洲堅(jiān)果（Macadamia ternifolia）經(jīng)濟(jì)林的凋落物組成和土壤養(yǎng)分的變化進(jìn)行研究。結(jié)果表明：凋落物量的大小為落葉（3 202.48 kg/hm2）>落果（830.24 kg/hm2）>枯枝（427.13 kg/hm2）>落花（246.49 kg/hm2），總量為4 706.34 kg/hm2，凋落物葉的含量占68.05%；凋落物每年養(yǎng)分歸還量表現(xiàn)為落葉（1 416.46 kg/hm2）>落果（367.22 kg/hm2）>枯枝（188.92 kg/hm2）>落花（109.02 kg/hm2），養(yǎng)分含量表現(xiàn)為碳（1 953.55 kg/hm2）>氮（72.81 kg/hm2）>鉀（50.17 kg/hm2）>磷（5.08 kg/hm2），碳占主體，達(dá)93.84%。隨著林齡的增長，土壤養(yǎng)分含量平均表現(xiàn)出全碳（58.03 g/kg）>全氮（6.88 g/kg）>全鉀（5.77 g/kg）>全磷（0.24 g/kg），不同的土壤養(yǎng)分隨凋落物養(yǎng)分回歸具有差異性，土壤碳、氮都與凋落物氮呈負(fù)相關(guān)，而與凋落物磷和鉀呈正相關(guān)；土壤磷與凋落物氮呈負(fù)相關(guān)，而與凋落物碳和鉀呈正相關(guān)；土壤鉀與凋落物氮和鉀呈負(fù)相關(guān)，而與凋落物碳和磷呈正相關(guān)。因而凋落物是澳洲堅(jiān)果園土壤肥力培育需要考慮的重要因素之一。

關(guān)鍵詞 澳洲堅(jiān)果；凋落物；土壤養(yǎng)分；不同林齡

中圖分類號 S667.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

凋落物是陸地生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要組成部分，亦是連接植被-凋落物-土壤之間地上與地下的紐帶[1-2]。凋落物的形成分解，可改善土壤肥力，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的循環(huán)，在植被結(jié)構(gòu)調(diào)控、土壤特性改良及生態(tài)系統(tǒng)功能調(diào)節(jié)中起重要作用[3-4]，因此研究凋落物成為對生態(tài)系統(tǒng)功能的深入認(rèn)識途徑。凋落物分解過程中養(yǎng)分的固定與釋放主要取決于分解時(shí)間、環(huán)境和本身性質(zhì)[5]。Milla等[6]的研究結(jié)果表明凋落物養(yǎng)分的再吸收與土壤肥力有關(guān)，兩者呈互惠作用。Moore等[7]同樣證明凋落物基質(zhì)質(zhì)量養(yǎng)分受土壤表層的N、P、K等養(yǎng)分含量影響，凋落物養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分呈正相關(guān)。劉文丹等[8]探討中亞熱帶木本植物各器官凋落物分解特性指出植物各器官凋落物間的分解具有一致性，不同生活型植物的各器官間的分解速率在不同物種來源或不同土壤基質(zhì)中都表現(xiàn)出相似的差異。趙晶等[9]研究樟樹人工林凋落物養(yǎng)分含量及歸還量對氮沉降的響應(yīng)，表明施氮抑制了樟樹林的凋落物量，降低了樟樹凋落物各組分的C/N，但對凋落物N歸還量表現(xiàn)為促進(jìn)作用。Mo等[10]對鼎湖山常綠闊葉林與Cleveland等[11]對福建杉木人工林的凋落物、土壤表層的N、P等養(yǎng)分含量研究結(jié)果表明，高氮顯著增加森林凋落物量，林業(yè)經(jīng)營可通過施加氮肥來促進(jìn)林木生長。

澳洲堅(jiān)果（Macadamia ternifolia）是一種重要的高檔干果和木本油料植物，主要分布在熱帶、亞熱帶地區(qū)，目前在云南、廣東、廣西等地出現(xiàn)種植熱潮，是喀斯特地區(qū)特色經(jīng)濟(jì)林樹種之一。許多學(xué)者就土壤生產(chǎn)力的空間分布及森林生態(tài)系統(tǒng)凋落物等進(jìn)行大量研究探討[12-13]，而對于人為干擾的經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)凋落物與土壤養(yǎng)分關(guān)系研究甚少[14-16]。本研究通過研究桂西南不同林齡澳洲堅(jiān)果園凋落物與土壤養(yǎng)分的變化過程及其相互關(guān)系，探討澳洲堅(jiān)果產(chǎn)地土壤養(yǎng)分特點(diǎn)及其凋落物效應(yīng)，揭示凋落物歸還對土壤碳庫年動(dòng)態(tài)影響，進(jìn)一步為澳洲堅(jiān)果園養(yǎng)分高效管理措施的制訂提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為廣西龍州縣彬橋鄉(xiāng)境內(nèi)，屬于廣西西南部，位于22°8′～22°44′N、106°33′～107°12′E之間，最高海拔為1 045 m，一般海拔約為200 m，坡度8°～15°，以盆地著稱，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為22.3～23 ℃，年極端高溫為41.6 ℃，最低氣溫為-3.0 ℃，日照時(shí)數(shù)為1 582.7 h，無霜期達(dá)350 d以上。年均降水量為1 304.1 mm，集中在6～9月，年平均空氣相對濕度為81%～87%。西北高，中南低，以喀斯特地形石山為主，很多獨(dú)立的小山峰陡而散碎，屬二迭紀(jì)巖層風(fēng)化而成的石灰土。

研究區(qū)為不同林齡的澳洲堅(jiān)果園，種植品種為桂熱1號，種植密度為375株/hm2，調(diào)查時(shí)均為2014年8月，該果園主要雜草為鬼針草（Bidens pilosa L.）、烏蘞莓（Cayratia japonica Thunb.）、臭根子草（Bothriochloa intermedia R.Br.）、狗牙根（Cynodondactylon Linn.）、 酢漿草（Oxalis corniculata L.）等。研究樣地示意圖和概況見圖1和表1。

1.2 方法

1.2.1 凋落物的收集與分析 2014年3月底在不同林齡澳洲堅(jiān)果園內(nèi)進(jìn)行每木檢尺，對不同齡級的樹高、冠幅、基徑統(tǒng)計(jì)分析后求得平均值，以平均值為基準(zhǔn)，選擇平均木5株進(jìn)行凋落物觀測。在觀測株下，以凋落物可以完全收集為界設(shè)置密眼攔截網(wǎng)；2014年4月至 2015年3月每月收集1次，都是月末的最后一天收集，包括葉凋落物、枝凋落物、花凋落物、果凋落物，分別在80 ℃下烘干至恒重。凋落物用粉碎機(jī)粉碎，再過篩后進(jìn)行養(yǎng)分分析。有機(jī)碳測定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定，全氮測定采用凱氏定氮法，P、K含量測定用等離子發(fā)射光譜法。

1.2.2 土壤樣品的采集及測定 2014年3月，分別在不同林齡的澳洲堅(jiān)果園下采樣，采樣避開澳洲堅(jiān)果的施肥帶及堆肥點(diǎn)，以樹冠為中心30 cm 范圍的附近區(qū)域，先將土壤表面枯枝落葉除掉，按照“S”形設(shè)置 5 個(gè)樣點(diǎn)，在0～20 cm取樣，每個(gè)點(diǎn)所取樣的質(zhì)量充分混合后約為1.0 kg，土樣用塑料袋包裝，去掉礫石、植物殘?bào)w及其他雜物，經(jīng)自然風(fēng)干，全部過孔徑為2 mm的尼龍篩，研磨成粉，測定pH、有機(jī)碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK），其分析方法詳見文獻(xiàn)[17]，如土壤pH用電極電位法；有機(jī)碳（SOC）用重鉻酸鉀氧化外加熱法；全氮（TN）用半微量開氏法（流動(dòng)注射儀）；全磷（TP）采用NaOH熔融鉬銻抗顯色紫外分光光度法；全鉀（TK）用NaOH熔融原子吸收法。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel2007和SPSS16.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖。林齡間的各養(yǎng)分平均數(shù)采用單因素方差分析（one-way ANOVA），用LSD進(jìn)行差異顯著性多重比較。凋落物養(yǎng)分歸還量=∑[每月凋落物各器官生物量×每月凋落物各器官養(yǎng)分含量][16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 澳洲堅(jiān)果園凋落物各器官質(zhì)量及組成特征

由表2可以看出，澳洲堅(jiān)果園年凋落物量為4 706.34 kg/hm2。在年總凋落物中，不同凋落物各器官所占比例差異很大，其中葉凋落物量最大，為3 202.48 kg/hm2，占68.05%；其次是果凋落物量，為830.24 kg/hm2，占17.64%；花凋落物量最少，為246.49 kg/hm2，僅占5.23%。

2.2 不同林齡澳洲堅(jiān)果園凋落物與土壤養(yǎng)分特征

由圖2～圖4可知，不同林齡澳洲堅(jiān)果凋落物的各器官養(yǎng)分含量呈顯著性差異，碳與氮呈顯著性差異，氮與鉀無顯著性差異（除落花外），兩者與磷呈顯著性差異；均表現(xiàn)為碳>氮>鉀>磷；不同林齡的澳洲堅(jiān)果園含量表現(xiàn)：凋落物碳為落果>落花>枯枝>落葉，凋落物氮為落花>落果>枯枝>落葉，凋落物磷為落花>落果>枯枝>落葉，凋落物鉀為落果>枯枝>落花>落葉；同器官同養(yǎng)分幾乎為6 a>8 a>10 a。

凋落物量與其養(yǎng)分含量的乘積是凋落物養(yǎng)分歸還量。由表3可知，澳洲堅(jiān)果園地表凋落物年歸還量中，凋落物碳占年總歸還量的主體，達(dá)1 953.55 kg/（hm2·a）；其次是凋落物氮?dú)w還量，為72.81 kg/（hm2·a），占凋落物碳的3.72%；凋落物鉀和磷年歸還量更少，分別為50.17 kg/（hm2·a）和5.08 kg/（hm2·a），總體表現(xiàn)為碳>氮>鉀>磷。在年總地表凋落物碳?xì)w還中，不同凋落物組分差異很大，表現(xiàn)為落葉>落果>枯枝>落花，凋落物氮磷鉀年歸還量同樣表現(xiàn)為落葉>落果>枯枝>落花。

土壤表層是凋落物最直接的傳輸途徑，主要以表層土（0～20 cm）探討凋落物與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系。由圖5可知，不同林齡的土壤養(yǎng)分基本表現(xiàn)出全碳>全氮>全鉀>全磷，不同林齡間全磷無顯著差異，全鉀差異顯著，表現(xiàn)為10 a>6 a>8 a，全碳和全氮均表現(xiàn)為6 a與8 a、10 a顯著差異，而8 a與10 a無顯著差異；全碳為6 a>10 a>8 a，全氮為6 a>8 a>10 a。

2.3 凋落物與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

由表4可知，澳洲堅(jiān)果凋落物碳與凋落物氮、凋落物磷、凋落物鉀呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.58、0.84、0.87；凋落物氮與凋落物磷呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.89；凋落物磷與凋落物鉀呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.68；土壤碳與土壤磷、土壤氮呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.84、0.69；土壤磷與土壤鉀呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.94。凋落物碳與土壤氮呈負(fù)相關(guān)，而與土壤磷、土壤鉀呈正相關(guān)；凋落物氮與土壤碳氮磷鉀呈負(fù)相關(guān)；凋落物磷與土壤碳氮磷鉀呈正相關(guān)；凋落物鉀與土壤碳、氮呈正相關(guān)，與土壤鉀呈負(fù)相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

凋落物是森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)土壤肥力的一個(gè)重要來源，其所含營養(yǎng)元素的動(dòng)態(tài)變化影響整個(gè)養(yǎng)分庫的平衡[18]；本研究結(jié)果表明，3個(gè)林齡澳洲堅(jiān)果園平均凋落物量的大小為落葉（3 202.48 kg/hm2）>落果（830.24 kg/hm2）>枯枝（427.13 kg/hm2）>落花（246.49 kg/hm2）；平均年凋落物量為4 706.34 kg/hm2，這一結(jié)果明顯高于7年生柑橘園凋落物量1 682.48 kg/hm2，這是因?yàn)榘闹迗?jiān)果園是喬木常綠植被系統(tǒng)，柑橘果園是灌木植被系統(tǒng)，喬木與灌木在生物量上存在明顯差異。堅(jiān)果園凋落物輸入量低于亞熱帶雨林年凋落量7 554.3 kg/hm2等[19]森林生態(tài)系統(tǒng)，主要原因是果園每年都進(jìn)行修剪、清耕，減少了枯落物植被覆蓋度。

凋落物養(yǎng)分年歸還量受林齡、周轉(zhuǎn)率、溫度、水分等因素影響[20]，不同林齡澳洲堅(jiān)果凋落物營養(yǎng)元素年歸還量隨著林齡的增加而減少，表現(xiàn)為6 a>8 a>10 a，這與葛曉改等[12]研究不同林齡馬尾松凋落物基質(zhì)質(zhì)量相反。果園的施肥條件一樣，果樹生長需要的養(yǎng)分卻不一樣，林齡越大的澳洲堅(jiān)果樹掛果越多，需要更多肥力補(bǔ)充果實(shí)生長，凋落物歸還量越少，這也是經(jīng)濟(jì)林與用材林的最大區(qū)別。凋落物營養(yǎng)元素的年歸還量均表現(xiàn)為：碳>氮>鉀>磷，這與趙晶等[9]對樟樹人工林的研究結(jié)果和邱爾發(fā)等[21]對麻竹山地筍的研究相似，分別為碳>氮>鈣>鉀>鎂和氮>磷>鉀，與林波等[22]研究人工云杉林凋落物歸還土壤的營養(yǎng)元素的年歸還總量相反（鎂>鈣>鉀>磷>氮），凋落物中的養(yǎng)分含量大，歸還量就越大。

土壤養(yǎng)分與凋落物的地化循環(huán)存在較為復(fù)雜的相互關(guān)系，本研究與劉文飛等[23]研究杉木土壤養(yǎng)分隨凋落物歸還量的增加而增加相同，安然等[24]研究也得到了相同的結(jié)果。不同的土壤養(yǎng)分隨凋落物養(yǎng)分回歸具有差異性，土壤碳和土壤氮均隨凋落物氮的增多而減少，隨凋落物磷和鉀的增多而增加；與趙晶等[9]研究的樟樹人工林凋落物對氮沉降影響相同，施氮處理降低凋落物的C歸還量，減少生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和碳貯量。土壤磷隨凋落氮增多而減少，隨凋落物碳和鉀增多而增加；土壤鉀隨凋落物氮和鉀增多而減少，隨凋落物碳和磷增多而增加。凋落物改變土壤養(yǎng)分幅度除了與自身組成、積累、分布特點(diǎn)外，還與土壤生境的作用效應(yīng)相關(guān)[25]。在經(jīng)濟(jì)林管理中，針對果樹需要，合理控制施肥種類，對改良土壤，提高果園產(chǎn)量具有重要作用。總之，就果園來說，注意對凋落物漚肥覆蓋，把大量的凋落物埋入表層土壤，更能促進(jìn)養(yǎng)分的歸還。

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