沿海沙地3種竹林土壤易氧化有機碳研究

榮俊冬 張迎輝 蔣建立 魏建文 陳禮光 鄭郁善

(1福建農(nóng)林大學林學院 福州 350002；2福州植物園 福州 350012；3福建省東山赤山國有防護林場 福建漳州 363403)

沿海沙地3種竹林土壤易氧化有機碳研究

榮俊冬1張迎輝2蔣建立1魏建文3陳禮光1鄭郁善1

(1福建農(nóng)林大學林學院 福州 350002；2福州植物園 福州 350012；3福建省東山赤山國有防護林場 福建漳州 363403)

分析福建省東山赤山國有防護林場沿海沙地綠竹、麻竹、大頭典竹3種竹林不同土層、不同季節(jié)土壤易氧化有機碳 (ROC)含量變化特征，以及土壤ROC與總有機碳 (SOC)、全氮、全磷、全硫、pH值、土壤溫度等指標的相關性，為探尋沿海沙地竹林碳循環(huán)規(guī)律提供基礎數(shù)據(jù)。研究表明:沿海沙地3種竹林土壤ROC含量季節(jié)變化特征明顯，不同季節(jié)間含量差異達到極顯著水平，3種竹林季節(jié)變化規(guī)律基本一致，夏、春、秋季較高，冬季最低；大頭典竹林土壤ROC含量最高，綠竹林高于麻竹林，且差異性極顯著；土壤ROC含量隨著深度的增加而減小，不同土層之間差異極顯著；土壤ROC與SOC、全氮呈顯著正相關，與pH值呈極顯著負相關，與全磷、全硫、土壤溫度等指標相關性不顯著。沿海沙地3種竹林土壤ROC的季節(jié)和空間分布特征有一定差異性，土壤SOC、pH值、全氮是ROC在不同竹林間產(chǎn)生差異的主要原因。

沿海沙地竹林；易氧化有機碳；季節(jié)動態(tài)；土壤理化性質；福建省

土壤碳庫是地表最大的有機碳庫，在全球碳循環(huán)中起著重要作用[1]。土壤中有機物質的降解對碳的儲存和養(yǎng)分狀況起重要的控制和指示作用[2]，進而在一定程度上影響全球氣候變化。土壤活性有機碳是土壤中活躍的化學組分，能顯著影響土壤化學物質的溶解、吸附、解吸、吸收、遷移乃至生物毒性等行為[3]。雖然土壤活性有機碳占總有機碳(SOC)的比例較小，但卻是土壤生態(tài)系統(tǒng)中重要的能量來源，并可指示土壤有機質的早期變化[4]，土壤活性有機碳可以作為土壤碳庫一段時間內(nèi)變化的指示因子[5－7]。目前還無法直接測定土壤活性有機碳庫或潛在礦化有機碳庫的數(shù)量，主要通過測定土壤中一些活性有機碳組分來表征土壤活性有機碳庫的大小[8]，土壤易氧化有機碳 (ROC)是土壤有機碳中周轉最快、最敏感的組分，常用作表征土壤肥力變化的重要指標之一[4，9]。

沿海防護林具有改善氣候、降鹽改土、固土護坡、防風固沙等功能，對于沿海地區(qū)防災、減災和維護生態(tài)平衡起著獨特而不可替代的作用[10]。長期以來，我國東南沿海防護林樹種以木麻黃(Casuarina equisetifolia)為主，但目前許多木麻黃防護林已進入自然衰老階段，防護功能衰退，亟待更新[11－12]。竹子具有很強的生長能力，地下根系發(fā)達，是東南沿海防風固沙的理想植被[13]，引種竹子已成為增加沿海防護林樹種多樣性的有效措施[14]。本文以東南沿海沙地大頭典竹 (Dendrocalamopsis beecheyanavar.pubescents)、綠竹 (Dendrocalamopsis oldhami)和麻竹 (Dendrocalamus latiflorus)林為研究對象，比較不同土層、不同季節(jié)土壤ROC含量變化特征，以及土壤ROC與SOC、全氮、全磷、全硫、pH值、土壤溫度等指標的相關性，為探尋沿海沙地竹林碳循環(huán)規(guī)律提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

試驗地位于福建省東山赤山國有防護林場，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，氣候溫暖，光照充足，歷年極端最高氣溫36.6℃，極端最低氣溫3.8℃，年平均氣溫20.8℃。終年無霜凍。年平均降水量1 103.8 mm，屬福建省少雨區(qū)。降雨主要受臺風影響，全年降水量主要集中在5—8月，約占年降水量的61%。各月相對濕度71%～85%。土壤以濱海沙土為主。不同竹林土壤理化性質見表1。

試驗林營造于2001年，密度600叢/hm2，長勢較好且均為純林，竹林生長基本概況見表2。

表1 不同林分土壤基本理化性質

表2 試驗竹林生長狀況

1.2 研究方法

2012年，于1月中旬 (冬季)、4月中旬 (春季)、7月中旬 (夏季)和10月中旬 (秋季)分4次采集土壤樣品。每種竹林隨機設置3塊10 m×10 m的試驗樣地，每個樣地隨機設置3個采樣點。在每個采樣點用直徑為2 cm的土鉆分別取0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm的土壤樣品各 1份，將同一樣地3個采樣點相同土層土樣等量混合。樣品當天采回后，放于陰涼干燥處自然風干，用于測定土壤SOC、ROC和全氮、全磷、全硫、pH值等指標。

1.3 土壤指標測定方法

用硫酸－重鉻酸鉀氧化外加熱、硫酸亞鐵滴定法(LY/T 1237－1999)測定土壤SOC；采用高錳酸鉀氧化法、分光光度計比色測定土壤ROC[15－16]。

采用土 ∶水＝1∶2.5蒸餾水浸提、酸度計(LY/T 1239－1999)測定土壤pH值；采用半微量凱氏定氮法 (LY/T 1228－1999)測定全氮；采用氫氧化鈉堿熔－鉬銻抗比色法 (LY/T 1232－1999)測定全磷；采用EDTA間接滴定法 (LY/T 1255－1999)測定全硫。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2007軟件制圖，用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(v16.05)進行方差分析和顯著性檢驗，采用Pearson檢驗法進行土壤ROC與土壤基本理化性質相關性分析。不同季節(jié)土壤ROC含量為各土層的加權平均值。

2 結果與分析

2.1 竹林土壤ROC含量季節(jié)變化特征

測定分析結果顯示 (圖1)，3種竹林土壤ROC含量隨季節(jié)變化明顯。綠竹林土壤ROC含量夏季最高 (2.11 g/kg)，其次為春季、秋季，冬季含量最低 (0.92 g/kg)，為夏季含量的43.60%，且不同季節(jié)間含量差異極顯著 (P＜0.01)。麻竹林土壤ROC含量季節(jié)變化規(guī)律與綠竹林相似，含量以夏季最高(1.35 g/kg)，其次為春季、秋季，冬季含量最低(0.64 g/kg)，為夏季含量的47.41%，且不同季節(jié)間含量差異極顯著 (P＜0.01)。與綠竹林和麻竹林不同，大頭典竹林土壤ROC含量最高出現(xiàn)在春季(2.37 g/kg)，其次為秋季、夏季，冬季含量最低(1.01 g/kg)，為春季含量的42.62%，且不同季節(jié)間含量差異也達到極顯著水平 (P＜0.01)?？傮w看來，沿海沙地3種竹林土壤ROC含量呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，不同季節(jié)含量差異均達到極顯著水平，表明其對季節(jié)變化較敏感，這與以往研究[4，17]結論相一致。

圖1 竹林不同季節(jié)土壤ROC含量變化

2.2 竹林不同土層土壤ROC含量特征

對竹林不同土層土壤ROC含量分析結果顯示(圖2)，其變化均表現(xiàn)出隨著深度的增加而減小的趨勢，但不同竹林間又表現(xiàn)出一定的差異性。綠竹林不同土層ROC含量差異最大，0～10 cm土壤ROC含量為30～50 cm的1.44倍，不同土層之間差異極顯著 (P＜0.01)；麻竹林0～10 cm土壤ROC含量高于10～30 cm和30～50 cm土層，且差異極顯著 (P＜0.05)但10～30 cm和30～50 cm土層土壤ROC含量差異不顯著；大頭典竹林各土層土壤ROC含量均高于綠竹林和麻竹林，0～10 cm土壤ROC含量為30～50 cm的1.16倍，不同土層之間差異極顯著 (P＜0.01)。從不同竹林來看，3種竹林0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm土層土壤ROC含量均表現(xiàn)為:大頭典竹林＞綠竹林＞麻竹林，且差異極顯著 (P＜0.01)。

圖2 竹林不同土層土壤ROC含量變化

2.3 土壤ROC和其他理化性質的關系

對沿海沙地土壤ROC與SOC、全氮、全磷、全硫、pH值及土壤溫度等理化性質指標進行相關分析結果表明 (表3)，土壤ROC與SOC和全氮呈顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.727、0.718(P＜0.05)；與土壤pH值呈極顯著負相關，相關系數(shù)為－0.837(P＜0.01)；與全磷、全硫、土壤溫度等其他理化性質指標相關性不顯著。

表3 土壤ROC與其他理化性質之間的相關性

3 結論與討論

森林每年通過凋落物的分解、淋溶向土壤提供大量有機碳，成為土壤活性有機碳的重要來源[3]。土壤ROC受到森林凋落物數(shù)量和組成及分解、土壤溫度、濕度、微生物組成等季節(jié)動態(tài)影響，導致不同林分土壤ROC含量的差異及季節(jié)變化。湘中丘陵區(qū)杉木人工林、馬尾松－石櫟針闊混交林、南酸棗落葉闊葉林、石櫟－青岡等4種常綠闊葉林土壤ROC含量季節(jié)變化表現(xiàn)為夏、秋季較高，春、冬季較低[18]；江西泰和退化紅壤區(qū)濕地松純林、馬尾松純林、濕地松×楓香混交林以及楓香純林等4種類型人工林土壤ROC含量表現(xiàn)為夏、秋、春季較高，冬季最低[19]。本研究結果表明，沿海沙地竹林土壤ROC含量季節(jié)變化特征同樣明顯，3種竹林季節(jié)變化規(guī)律基本一致，夏、春、秋季較高，冬季最低。從不同竹林土壤ROC含量來看，大頭典竹林最高，綠竹林高于麻竹林。

土壤SOC含量受凋落物量和森林蓋度的影響較大[20]，而土壤ROC含量在很大程度上取決于土壤SOC含量[21]，本研究中大頭典竹林蓋度較高，地表枯落物比其他2種竹林明顯多，這可能是造成大頭典竹林ROC含量明顯高于綠竹林和麻竹林的主要原因。由于東南沿海沙地自然環(huán)境較為特殊，3種竹林土壤ROC含量均顯著低于同緯度常綠闊葉林、針闊混交林、針葉純林等林分[18－19]，但與馬尾松低效林相近[22]。

3種竹林土壤ROC在0～10 cm的含量都明顯高于10～30 cm和30～50 cm，且表現(xiàn)出隨土層深度增加而減小的趨勢，可能是因為土壤隨深度的增加受微生物的影響越來越小。沿海沙地土壤ROC含量與SOC和全氮呈顯著正相關，這與姜培坤對浙江省玲瓏山[23]和徐俠對福建省武夷山[24]以及孫偉軍對湖南省長沙縣[25]等不同森林類型土壤ROC分析的結果一致。關于土壤ROC與pH值的關系方面，不同學者研究結論不同，王棣對秦嶺典型林分[26]和辜翔對中亞熱帶4種森林類型[18]研究認為土壤ROC含量與pH值不存在顯著相關性，而馬和平對西藏色季拉山不同林分[27]和王國兵對蘇北沿海4種不同土地利用方式[28]的研究認為土壤ROC含量與pH值存在顯著或極顯著的負相關，本研究表明沿海沙地3種竹林土壤ROC與土壤pH值呈極顯著負相關。沿海沙地3種竹林土壤ROC的季節(jié)和空間分布特征有一定差異性，土壤SOC、pH值、全氮是ROC在不同竹林間產(chǎn)生差異的主要原因。

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Study on Soileasily Oxidized Organic Carbon of Different Bamboo Forests on Coastal Sandy Land

Rong Jundong1Zhang Yinghui2Jiang Jianli1Wei Jianwen3Chen Liguang1Zheng Yushan1
(1 College of Forestry， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350002， China；2 The Botanical Garden of Fuzhou， Fuzhou 350002， China；3 Dongshan Chishan State－owned Protection Forest Farm of Fujian Province， Zhangzhou 350212， Fujian， China)

In order to provide basic data for exploring the law of bamboo forest carbon cycle in coastal sandy sites，this paper was focused on analyzing the varied characteristics of soil easily oxidized organic carbon(ROC)content，as well as the correlation between soil ROC and some indexes including total organic carbon(SOC)，total nitrogen(N)，total phosphorus(P)，total sulfur(S)，pH value and soil temperature under different soil layers and seasons within three kindsofbamboo forests， such asDendrocalamopsisoldhami，DendrocalamuslatiflorusandDendrocalamopsis beecheyanavar.pubescenson the Fujian Chishan state－owned forest farm.The soil ROC content of three bamboo forests in coastal sandy sites changed obviously along with the seasons，the content differences in different seasons reached an extremely significant level(P＜0.01).Seasonal dynamic that the soil ROC content was higher in summer， spring， autumn and the lowest in winter ， which was largely consistent among three bamboo forests.The soil ROC content ofDendrocalamopsis beecheyanavar.pubescensforest was the highest，followed by that ofDendrocalamopsis oldhamiforest andDendrocalamus latiflorusforest， with an extremely significant difference(P＜0.01).The soil ROC content decreased with the increase of depth，and the difference among different soil layers was extremely significant(P＜0.01).The content of soil ROC had a significant positive correlation with those of SOC and total N，a negative correlation with pH value， and no significant correlation with total P， total S and soil temperature.The spatial distribution characteristics of soil ROC in three kinds of bamboo forests on coastal sandy sites are different along with different seasons.The main reasons for the difference between different bamboo forests are soil SOC，pH value and total N.

bamboo forest on coastal sandy sites， easily oxidized organic carbon， seasonal dynamic， soil chemical and physical properties，F(xiàn)ujian

10.13640/j.cnki.wbr.2017.05.001

福建省區(qū)域發(fā)展項目 (編號:2015N3015)；福建省科技重大專項 (編號:2013NZ0001)；福建省科技重大項目(編號:2010N5002)。

榮俊冬 (1979－)，男，助理研究員，從事森林培育研究工作。E－mail:rongjd＠126.com。

鄭郁善 (1960－)，男，教授，博士生導師，主要從事森林培育研究工作。E－mail:zys1960＠163.com。