不同林齡橡膠林土壤各組分碳的垂直分布及其相關(guān)關(guān)系

王春燕,李建華,劉漢文,彭宗波

(1.海南省農(nóng)墾科學(xué)院,?？?570206；2.海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司陽(yáng)江分公司,海南 瓊中 572926；3.海南熱帶海洋學(xué)院,海南 三亞 572022)

不同林齡橡膠林土壤各組分碳的垂直分布及其相關(guān)關(guān)系

王春燕1,李建華1,劉漢文2,彭宗波3

(1.海南省農(nóng)墾科學(xué)院,海口 570206；2.海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司陽(yáng)江分公司,海南 瓊中 572926；3.海南熱帶海洋學(xué)院,海南 三亞 572022)

以開(kāi)割橡膠無(wú)性系PR107為研究對(duì)象,研究1,6,11,16,21,26,31 a不同林齡膠園土壤有機(jī)碳、土壤微生物量碳、土壤礦化碳含量以及土壤碳有效率的垂直變化及其相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：土壤有機(jī)碳(SOC)、礦化碳(CM)以及微生物量碳(MBC)含量在土壤剖面中的含量變化呈現(xiàn)相似的規(guī)律性,表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而碳含量下降,但不同林齡在不同土層的碳含量差異表現(xiàn)有所不同。不同林齡膠園土壤礦化碳有效率在4.15%～8.39%之間；土壤微生物量碳有效率在1.24%～7.55%之間。土壤有機(jī)碳和礦化碳以及微生物量碳均表現(xiàn)為線性正相關(guān)。

橡膠林；含碳量；有效率

碳在土壤中由于受生物、化學(xué)以及物理的相互作用影響,使得其并不是單一組成,而是一個(gè)復(fù)合體,其復(fù)雜組分和差異的空間分布特征對(duì)碳循環(huán)、土壤養(yǎng)分及土壤性質(zhì)均有密切關(guān)系。土壤各組分碳的含量和空間分布早就是土壤肥力和現(xiàn)代碳循環(huán)研究的重要內(nèi)容,而土壤碳有效性的高低對(duì)植物生長(zhǎng)直接利用吸收的營(yíng)養(yǎng)元素多少有重要影響[1]。土壤有機(jī)碳(soil organic carbon,SOC)、礦化碳(Carbon mineralization,CM)和微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)具有一定溶解,不穩(wěn)定易氧化分解和易礦化,且在土壤中移動(dòng)較快,在一定時(shí)空條件下受植物微生物影響較大,對(duì)耕作制度、施肥措施和土地利用以及氣候變化的影響比較敏感,是反映土壤質(zhì)量變化的敏感指標(biāo)[2]。雖然這幾種活性有機(jī)碳在土壤全碳所占的比例比較少,但是它們是土壤全碳變化微小變化的反映指標(biāo),同時(shí)對(duì)土壤養(yǎng)分高低影響有著十分重要的作用[3]。

土壤有機(jī)碳是礦化分解、合成的平衡結(jié)果,其對(duì)于調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分流通有較大的影響,能直接影響作物產(chǎn)量和土壤肥力高低,但當(dāng)土壤肥力與有機(jī)碳含量不是呈正相關(guān)關(guān)系,說(shuō)明有機(jī)碳存在質(zhì)量問(wèn)題[4]。由于土壤碳背景值很高和自然土壤分異性較大,而土壤總有機(jī)碳的微小變化較難發(fā)現(xiàn),因此探求土壤碳變化敏感指示因子即土壤碳有效性很有必要[5]。本文中土壤有效碳庫(kù)指土壤礦化碳、土壤微生物量碳[6],它們對(duì)評(píng)價(jià)土壤肥力狀況有著十分重要的意義。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)位于海膠集團(tuán)陽(yáng)江分公司大豐農(nóng)場(chǎng)(19°16′N,109°45′E),該區(qū)屬熱帶海洋季風(fēng)氣候,氣溫常年在22.8℃,年降水量為2 200～2 444mm之間,最冷月平均氣溫為16～18℃。土壤為酸性磚紅壤,酸性。試驗(yàn)?zāi)z園為第二代,株行距為3m×7m,林下以多年生草本植物及當(dāng)年生草本植物居多,如腎蕨(Nephrolepisauriculata)、喜旱蓮子草(Alternantheraphiloxeroides)、梵天花(Urenaprocumbens)、假含羞草(Neptuniaplena)等,極少見(jiàn)灌木、亞灌木。

本研究對(duì)象選用1,6,11,16,21,26,31a等不同林齡橡膠林固定樣地各1個(gè)(表1)。

表1 試驗(yàn)區(qū)橡膠林的概況

注：表中小寫(xiě)字母代表不同林齡像膠樹(shù)胸徑的差異性。

2 材料與方法

2.1 土壤樣品采集

在不同林齡橡膠林固定樣地隨機(jī)挖掘5個(gè)土壤剖面。土壤剖面按0～20cm,20～40cm,40～60cm,60～80cm和80～100cm自上而下將土層劃分為5層,自下而上沿剖面逐層采樣,用封口袋裝好并附上標(biāo)簽。同時(shí)用環(huán)刀法測(cè)定不同層次土壤容重。

2.2 分析方法

對(duì)采集回來(lái)的土壤做前期處理,如剔除土壤中的石塊、植物根系等,混合均勻后分成兩份,其中一份為新鮮土壤樣品保存于4℃,測(cè)定土壤微生物量碳和土壤礦化碳；另一份土壤樣品用于風(fēng)干,測(cè)定土壤有機(jī)碳含量和其它化學(xué)指標(biāo)。用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)碳[7]。用室內(nèi)密閉培養(yǎng)法測(cè)定土壤礦化碳[7]。用氯仿熏蒸提取-儀器分析法測(cè)定土壤微生物量碳[8]。

采用Excel 2003和DPs 6.55軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤有機(jī)碳含量

不同林齡橡膠林土壤有機(jī)碳含量在2.68～11.31g/kg之間。橡膠林土壤有機(jī)碳含量最高值均出現(xiàn)在0～20cm土層,而且與其余4層有機(jī)碳含量差異顯著。隨著土層深度的增加,土壤有機(jī)碳含量的變化趨勢(shì)相似,基本呈現(xiàn)逐漸減少,但是不同林齡在不同土層的減緩趨勢(shì)有所差異。在0～20cm和20～40cm土層中,不同林齡橡膠林土壤有機(jī)碳含量急劇下降,其他土層的下降趨勢(shì)不斷減緩,如圖1所示(圖中小寫(xiě)字母代表不同林齡在相同土層間土壤有機(jī)碳含量的差異性)。

圖1 橡膠林土壤有機(jī)碳含量

3.2 土壤礦化碳含量

不同林齡橡膠林土壤礦化碳含量在140.80～489.45mg/kg之間,最高值均出現(xiàn)在0～20cm土層,并顯著高于其他土層(圖2)。隨著土壤深度的增加,礦化碳含量呈現(xiàn)不斷下降趨勢(shì)。不同林齡在不同土層間的差異不同。隨著林齡的增加,橡膠林土壤礦化碳呈升降交替的變化。

3.3 土壤微生物量碳含量

橡膠林土壤微生物量碳含量在41.14～310.50mg/kg之間(圖3)。隨土壤深度的增加,不同林齡膠園土壤微生物量碳含量逐漸減少,不同土層之間有一定的差異。其中1,6,11,16,21a的橡膠林土壤微生物量碳隨著林齡的增加而增加。16a和21a的橡膠林0～20cm土層微生物量碳含量顯著高于其他土層。在各個(gè)不同的土層中,1a橡膠林土壤微生物量碳的變化趨勢(shì)較緩慢。

圖2 橡膠林土壤礦化碳含量

圖3 橡膠林土壤微生物量碳含量

3.4 土壤碳有效率的變化特征

由表2可知,不同林齡橡膠林土壤礦化碳有效率在4.15%～8.39%之間。土壤礦化碳有效率隨林齡的增加呈現(xiàn)升降不斷交替的變化規(guī)律。土壤礦化碳有效率在不同林齡膠園土壤剖面的變化趨勢(shì)不同。1,6,26a膠園土壤礦化碳有效率均隨土壤深度的增加而呈先升后降的變化趨勢(shì),而且隨著林齡的增加下降速度不斷減緩。11a和16a膠園土壤礦化碳有效率隨著土層的增加后急速下降。21a和31a膠園土壤礦化碳有效率隨著土壤深度的增加而呈降升交替出現(xiàn),而且隨著林齡的增加升降的幅度變化不斷減緩。

橡膠林土壤微生物量碳有效率在1.24%～7.55%之間。土壤微生物量碳有效率在不同林齡膠園土壤剖面的垂直變化不同,其中1a和31a,16a和26a膠園土壤微生物量碳有效率的變化趨勢(shì)相似,隨土壤深度的增加均表現(xiàn)為先升后降,但是1a和31a膠園土壤微生物量碳有效率的變化趨勢(shì)為先持續(xù)上升后再下降,而16a和26a的則先上升后持續(xù)下降。11a和21a膠園土壤微生物量碳有效率表現(xiàn)為升降不斷交替出現(xiàn)，但是6a膠園土壤微生物量碳有效率隨著土層深度的增加呈正態(tài)分布的變化。

表2 橡膠林土壤碳有效率變化特征

注：表中小寫(xiě)字母代表不同林齡在相同土層間土壤有機(jī)碳含量的差異性。

3.5 土壤各組分碳含量的相關(guān)性

1) 土壤礦化碳。由圖4(a)可知,不同林齡膠園土壤礦化碳和有機(jī)碳進(jìn)行相關(guān)性分析得出,線性回歸方程式和決定系數(shù)分別為：

1a：y=35.68x+79.63,R2=0.941

6a：y=61.41x+33.83,R2=0.939

11a：y=59.81x+31.41,R2=0.916

16a：y=63.43x+34.90,R2=0.946

21a：y=43.79x+20.66,R2=0.957

26a：y=50.13x+67.24,R2=0.981

31a：y=35.96x+51.69,R2=0.969

由此說(shuō)明,土壤有機(jī)碳和礦化碳的線性正相關(guān)。

1)土壤微生物量碳。由圖4(b)可知,對(duì)不同林齡膠園土壤微生物量碳和有機(jī)碳進(jìn)行相關(guān)性分析得出,線性回歸方程式和決定系數(shù)分別為：

1a：y=9.847x+56.06,R2=0.503

6a：y=25.16x+40.6,R2=0.606

11a：y=51.47x-77.88,R2=0.804

16a：y=49.25x-47.96,R2=0.921

21a：y=25.68x+62.37,R2=0.921

26a：y=37.08x-4.204,R2=0.847

31a：y=25.96x+122.5,R2=0.778。

分析表明土壤有機(jī)碳和微生物量碳的線性正相關(guān)。

圖4 橡膠林土壤各組分碳的相關(guān)關(guān)系

4 討論

4.1 土壤各組分碳含量

一般認(rèn)為在相同土壤類型條件下,土壤有機(jī)碳隨土壤深度增加而呈下降趨勢(shì)。這可能是由于隨著土壤深度的增加,碳元素在下滲水作用下淋溶、遷移、沉積到土壤深度的量有限,并且受土壤動(dòng)植物殘?bào)w和微生物數(shù)量減少、活動(dòng)能力減弱等因素影響,導(dǎo)致土壤有機(jī)碳不斷減少。有研究表明,土壤中新的有機(jī)碳64 %是來(lái)自于地表凋落物的分解[9]。本研究表明,隨土壤深度的增加,土壤有機(jī)碳逐漸降低,這與以往對(duì)土壤有機(jī)碳含量垂直變化規(guī)律比較一致[10-12]。不同林齡在不同土層的減緩趨勢(shì)不同,林希昊[13]等對(duì)不同林齡橡膠林土壤水分的研究也表明,隨著林齡的增長(zhǎng)土壤含水量不斷增加。這可能是因?yàn)橄鹉z林處于不同林齡階段,地表凋落物生物量,微生物量以及林下土壤環(huán)境等,對(duì)土壤各組分碳含量有一定的影響,從而導(dǎo)致不同林齡膠園土壤各組分碳在土壤剖面垂直分布上存在一定的差異。此外,橡膠林作為人工林,常受人為干擾較多也可能是一個(gè)重要的因素。

4.2 土壤碳有效率變化特征

土壤有機(jī)碳是土壤的重要組成部分,是土壤肥力和養(yǎng)分循環(huán)的重要基礎(chǔ)物質(zhì),在促進(jìn)植物生長(zhǎng),維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有決定性影響。但是土壤碳是組成不同的異質(zhì)復(fù)合物,不同組分有著不同的周轉(zhuǎn)速率和組成特征。土壤碳有效率對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施反應(yīng)明顯。有學(xué)者認(rèn)為[14-16],土壤微生物量碳/土壤有機(jī)碳作為碳庫(kù)質(zhì)量的敏感指示因子可推斷土壤碳有效性,土壤礦化碳/土壤有機(jī)碳可以指示土壤有機(jī)碳活性,而氧化性、穩(wěn)定性、礦化性、分解能力性等是反映土壤碳庫(kù)的重要指標(biāo),對(duì)評(píng)價(jià)土壤肥力狀況意義重大[14,17-18]。本研究得出,不同林齡膠園土壤礦化碳有效率在4.15%～8.39%之間,土壤微生物量碳有效率在1.24%～7.55%之間。這可能與植被類型,管理措施,不同年齡等差異有關(guān)。本研究結(jié)果與其它相關(guān)研究結(jié)果相似,均為比值變化幅度比較大[19-20]。土壤碳有效率可作為不同林齡橡膠林土壤碳庫(kù)變化的早期指示指標(biāo),可敏感反映土壤肥力動(dòng)態(tài)變化,對(duì)評(píng)價(jià)土壤肥力的狀況具有重要意義。

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The Vertical Distribution and Correlation of Soil Carbon in Each Component of Rubber Trees at Different Ages

WANG Chunyan1,LI Jianhua1,LIU Hanwen2,PENG Zongbo3

(1.HainanStateFarmAcademyofSciences,Haikou570206,China;2.ChinaHainanRubberIndustryGroupCo.,Ltd.,YangjiangBranch,Qiongzhong572900,China;3.HainanTropicalOceanUniversity,Sanya572022,China)

The objective of this study was to investigate the vertical distribution of soil carbon and correlations of rubber trees of 1a、6a、11a,16a,21a,26a,31a-old of strain PR107. The results showed that in the vertical distribution,monthly mean soil organic carbon(SOC)and mineralized carbon(CM)and microbial biomass carbon(MBC)content in soil showed similar regularity and decreased with the increase of soil depth,but the carbon content in different soil layers,different ages have different performance.The soil mineralization carbon efficiency of rubber plantation is about 4.15%～8.39%;and the efficiency of soil microbial biomass carbon is between 1.24%～7.55%.There was a significant linear positive correlation with soil organic carbon and mineralized carbon and with the microbial biomass carbon.Key words:rubber tree(Heveabrassiliensis),carbon content,effective rate

2016-12-09；

2017-03-23

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(CARS-34-GW10)；海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(ZDYF2016105)； 海南熱帶海洋學(xué)院2016年度科研項(xiàng)目(RHDXB201615)

王春燕(1983-),女,廣東清新人,助理研究員,研究方向?yàn)榄h(huán)境生態(tài)學(xué)。Email:wyling123@163.com

彭宗波(1975-),男,副研究員,主要從事群落生態(tài)及生態(tài)恢復(fù)學(xué)研究。Email:pengzongbo@163.com

S794.1；S714.5

A

1002-6622(2017)03-0109-05

10.13466/j.cnki.lyzygl.2017.03.021