種植年限對膠園土壤剖面有機碳分布特征的影響.docx

1、熱帶作物學報2011,32(8)：1399-1403ChineseJournalofTropicalCrops種植年限對膠園土壤剖面有機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中國熱帶農業(yè)科學院橡膠研究所I農業(yè)部橡膠樹生物學重點開放實驗室2中國熱帶農業(yè)科學院湛江實驗站，廣東湛江5240133海南大學環(huán)境與柱物保護學院，海南佛州571737摘要通過剖面直接實測法.研究幼樹期（4a）、旺產期（12a和19a）3種不同樹齡橡膠林土壤有機碳變化特征及其與土壤pH、全氮、C/N比的相關關系。結果表明：（1）4、12、19a橡膠林土壤有機碳含域

2、均隨著土層深度的增加而降低；3個樹齡橡膠林土壤有機碳總體大小順序為I2a>4a>19a。（2）橡膠林土壤呈酸性反應，且土壤剖面有機碳含量:均隨深度呈下降趨勢.而土壤pH隨深度呈上升趨勢。土壤不同層次有機碳含俄與pH呈顯著負相關020.7088）。（3）不同樹齡橡膠林土壤有機碳與全氮之間均呈顯著的線性正相關，土壤C/N比為8.19-16.49,有利于有機質礦化過程中養(yǎng)分的釋放。橡膠林土壤C/N比隨樹齡的增長不斷下降，說明樹齡大小對土壤碳氮含量在土壤剖面垂直分布上有一定的影響。關鍵詞橡膠樹；土壤有機碳；相關關系中圖分類號S794.1；Q948.113文獻標識碼ATheVerticalC

3、haracteristicsofSoilOrganicCarboninDifferentDevelopingStagesofRubberTree(Hevea萬拓)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基金項目：中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務黃專項資金橡膠研究所資助項目（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,土壤有機碳含最常被認為是評價土壤質量的重要指標之一，又是一項重要的土壤性質。土壤有機碳的大量損失會造成土壤退化和農業(yè)持續(xù)性的降低。近十幾年來，隨著氣候變暖，土壤有機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注

9、。在全球范圍內，森林土壤有機碳貯量占陸地土壤有機碳貯量的40%。土壤碳庫的變化被認為是導致大氣碳庫和全球氣候變化的主要原因（氣對全球碳平衡產生顯著影響叫因此，對森林土壤中有機碳庫的動態(tài)變化及調控機理的研究成為預測和控制全球氣候變化的一項重要基礎性工作I6氣而人工林受人類活動的強烈干擾，其土壤有機碳變化更值得關注叫橡膠樹（Heveabrasiliensis）原產于高溫潮濕的亞馬遜流域，自從20世紀中期在中國大規(guī)模種植以來，目前橡膠樹種植面積已經發(fā)展到約94萬hm2,是中國熱帶地區(qū)重要的人工林之一。20世紀80年代以來，人們對橡膠林生態(tài)系統(tǒng)的研究集中在生物即、土壤養(yǎng)分變化叫、膠樹養(yǎng)分含址和分配叫州

10、、膠林養(yǎng)分循環(huán)峋，目前對橡膠林土壤碳貯量的研究不斷增加3明，也有研究結果表明，西雙版納的熱帶季節(jié)雨林轉變?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齡橡膠林土壤有機碳變化特征及其與土壤pH、全氮、CZN比的相關關系，將有助于進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)對氣候變化的響應提供基礎數(shù)據(jù)。1材料與方法1.1試驗區(qū)域概況試驗區(qū)主要位于海南省脩州市中國熱帶農業(yè)科學院試驗場三隊(19。32個，109。28'£)和六隊(19°28'N,109°29'E),平均海拔134mo該區(qū)屬熱帶海島季風氣候

11、類型，歷年平均氣溫23.223.9Y,日平均氣溫N15P的活動積溫7500-8500X：,最冷月平均氣溫16.9-18.0T,年降水量1500-2000mm(數(shù)據(jù)來自中國熱帶農業(yè)科學院氣象站)。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。試驗區(qū)相鄰較近，均為第二代膠林，單一人工群落，群落結構簡單，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，極少見灌木、亞灌木。1.2材料與設計試驗選用4、12、19a熱研7-33-97橡膠林(表1),3個樹齡膠園樣地面積N4.02hm2,每個樹齡設1個固定的(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%)，試驗地立地條件(如地勢、坡度、撫養(yǎng)管理措施)基本一致。采樣時間為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樣品采集與測定在3個樹齡膠林設定的固定樣地隨機選取5個土壤剖面。土壤剖面

13、平衡于橡膠樹1.5m處的行間，表1試噎小區(qū)橡膠林的基本概況樹齡/a定植年份/a割嶺/a品系胸徑/cm位置經緯度420060熱研7-33-9713.15±O.15C中國熱帶農業(yè)科學院試乾場六隊N19。28'、E109。29'1219984熱研7-33-9718.79±0.37B中國熱帶農業(yè)科學院試驗場m隊N19。31'、E109。39'19199111熱研7-33-9722.32±0.53A中國熱帶農業(yè)科學院試驗場三隊N19。32'、E109°28'避開肥穴，垂直挖寬1m、長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，每個剖面取5點，取樣品2kg左右裝袋并附上標簽。將采集回來的土壤風干，剔除土壤中的石塊以及植物殘體(如根系)等，然后用四分法取100g左右的土壤，研磨后過0.149mm(100目)篩孔，用于碳、氮測定。土壤有機碳含量采用重銘酸鉀-外加熱法測定，全氮含量采用凱氏半微量定氮法測定。每個樣品3個重復，取平均值。1.4數(shù)據(jù)分析采用Excel2003軟件對數(shù)據(jù)進行整理和作圖，并用DPSV6.55版軟件進行統(tǒng)計分析。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，用線性回歸分析評價土壤有機碳與pH、全氮的相關關系。2結果與分析2.1橡膠林土壤有機碳含沿土壤剖面的分布特征由圖1可知，橡膠林土壤有機碳最高值均出現(xiàn)在0-15cm±層，4、12、19a橡膠林土壤有機碳含量分別為6.25、7.41、6.32g/kg。3個樹齡橡膠林各土層間有機碳含量大小均為12a最大，而4a和19a橡膠林不同土層有機碳含量差異不同，各個土層土壤有機碳含量大小總體呈現(xiàn)12a>4a>19ao隨著土層的加深土壤有機碳含量逐漸減少，同一樹齡不同土層間有一定差異。除12a橡膠林015、15-30與30-45cm土層間有機碳含量差異不顯著之外，其余2個膠林

16、表層土中有機碳含量均顯著高于其它各土層，而4560cm土層與60-100cm±層之間有機碳含量:在3個樹齡橡膠林中均呈現(xiàn)差異低的趨勢。*4觸a12齡1酒線性（4齡）線性（12齡）線性（19齡）不顯著。不同樹齡間有機碳含量也存在差異，其中12a橡膠林土壤有機碳含量在各個土層中均顯著高于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蛤間的差異性。圖1土壩有機碳含量沿土填剖面的分布特征（wkSE,n=5）22橡膠林土壤有機碳分布與pH相關分析本研究結果表明，橡膠林土壤pH為45465.856,土壤呈酸性反應，且土壤剖面有機碳含量均隨深度呈下降趨勢，而土壤pH隨深度呈上升趨勢。4a膠林土壤pH與有機碳的決定系數(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，橡膠林土壤有機碳與pH間有顯著的線性負相關關系。23橫膠林土壤碳氮比變化特征由表2可知，3個樹齡橡膠林土壤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個樹齡。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。除了4a橡膠林奶24橡膠林土壤有機碳與全氮的相關分析由圖3可知，對橡膠林0-100cm深度的全氮和土壤有機碳含址進行相關性分析，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，橡膠林土巢有機碳與全氮間呈現(xiàn)顯著的線性正相關關系。6.05.5 H5.0W4,5-H4.03.53.0土壤有機碳含最（g/kg）圖2土填有機碳與pH的關系*4齡】2齡齡土壤有機碳（g/kg）圖3土地有機碳與全氮的關系100cm±層土壤C/N比顯著高于其它各層外，不同樹齡各土層間差異不顯著。結果表明，橡膠林隨樹齡增長，

20、土壤C/N比不斷下降，但差異不明顯，同時橡膠林土壤C/N比并不完全隨土層深度的增加而呈現(xiàn)降3討論與結論樹齡/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，以及土壤動植物殘體和微生物數(shù)量減少、活動能力減弱等因素，導致土壤有機碳逐漸減少。有研究結果表明，土壤新產生的有機碳中64%是來自地表凋落物的分解。本研究結果表明，土壤有機碳隨土壤深度的增加而逐漸降低，這與其它研究結果相似伊羽。不同樹齡間土壤有機碳變化有一定的差異，各土層有機碳含量大小總體為12a>4a>19a,這可能是由于4a膠園土壤有機碳來源于上一代橡

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)有橡膠樹處于生長旺盛期需消耗較多的營養(yǎng)物質，造成其土壤有機碳含量較低，但由于處于割膠旺產期受人類活動施肥影響較多，施肥對土壤有機碳的積累起到一定的促進作用。此外，19a膠園土壤為玄武巖發(fā)育的磚紅壤，已有研究結果證實，土壤質地會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質(有機化合物、植物殘體)及其轉化產物的分解速率網(wǎng)。有研究結果表明，橡膠林土壤含水晨隨樹齡的增長而增加網(wǎng)，而橡膠林

23、凋落物及林下植物年碳儲量，亦隨樹齡的增長而增加閔。因此，可能是由于橡膠林在不同樹齡階段，地面凋落物生物量，微生物量和活性，以及林下土壤環(huán)境，對土壤有機碳含屋存在一定的影響，造成不同樹齡橡膠林土壤有機碳在土壤剖面垂直分布上有所差異。此外，人為干擾、割膠活動等也可能是一個重要的因素。土壤pH、有機碳是衡量土壤環(huán)境質量重要的綜合指標，直接影響著土壤中各種元素的存在形態(tài)、有效性及遷移轉化。本研究結果表明，橡膠林土壤呈酸性反應，且不同土層有機碳與pH呈顯著負相關。這與李一鮑、林希昊等河的研究橡膠林土壤pH結果相似?？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，致使土壤有機碳周轉下降，表現(xiàn)為土壤碳積累的。有研究表明，pH不但對土壤的理化性質及土壤結構的影響很大，而且是植物生命活動所需養(yǎng)分和能量的源泉。本研究結果表明，不同樹齡橡膠林C/N比垂直規(guī)律不一致，隨樹齡增長，橡膠林土壤C/N比不斷下降。Elser等71研究結果表明，植物和土壤C/N比高會降低生態(tài)系統(tǒng)中消費者的生長速率。張敏等通過回歸分析表明，N是C/N比的主要影響因子，而C和N含量呈正相關，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，導致C的釋放。因此，在樹齡較大的橡膠林中，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能力的增強，促進了土壤

25、養(yǎng)分釋放和土壤中的有效氮增加，C/N比不斷下降。本研究相關性分析也表明，橡膠林土壤有機碳與全氮間有顯著的線性正相關關系(龐>0.9),進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氮的形式存在于土壤有機質中，這與大多數(shù)的研究結果一致"劃。橡膠林土壤有機碳是其土壤肥力和土壤質址的重要指標，也是引起氣候變化的主要因素。了解橡膠林土壤有機碳的空間分布特征，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等肉認為，在全球碳循環(huán)研究中一個很大的不確定性來源于土壤有機碳的分布及動態(tài)。因此，對橡膠林土壤有機碳動態(tài)進行研究

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

27、duse,land-usechangeandforestry:aspecialreportoftheIPCC(M.UK:Cambridgeuniversitypress,2000,189-217.5 Batlle-BayerL.BatjesNH,BindrabanPS.ChangesinorganiccarbonstocksuponlanduseconversionintheBrazilianCerrado:AreviewJ.Agriculture,EcosystemsandEnvironment,2010,137:47-58.6 JobbagyEG,JacksonRB.lievertical

28、distributionofsoilorganiccarbonanditsrelationtoclimateandvegetation(J.EcolAppl,2002,10(2):423-436.(7JMannLK.ChangeinsoilcarbonstorageaftercultivationJ.SoilSci,1986,142:279-288.8 DavisonEA.AchcrmanIL.ChangeinsoilcarboninventionsfollowingcultivationofpreviouslyuntiliedsoilJlBiogeochemistry,1993,20:161

29、-193.9 劉妹媛，劉月秀，葉金盛，等.廣東省按樹人工林土壤有機碳密度及其影響因子印應用生態(tài)學報，2010,21(8):1981-1985.(10 唐建維，張建候，來啟示，等.西雙版納熱帶人工雨林生物員及凈第一性生產力的研究.應用生態(tài)學報，2003,14(1):1-6.11 劉崇群，宋屋科.幼齡橡膠樹根系活力分布的研究熱帶作物學報，1986,7(1):19-24.12 廖金風.海南橡膠樹枝和葉中的微址元束含MJ.中山大學學報(自然科學版),1999.38:121-125.13 管東生，羅琳.海南熱帶植物葉片化學元素含址特征JJ.林業(yè)科學.2003,39(2):28-32.14 伍衛(wèi)，羅華向，

30、季明.等.東風農場橡膠樹的營養(yǎng)狀況與施肥(J.云南熱作科技，2001,24(3):14-17.15J曹建華，再菊生，楊懷，等.膠園生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)研究：不同割制對PR107膠乳礦質養(yǎng)分流失的影響JJ.生態(tài)學報，2008,28(6):2563-2570.16 趙春梅.蔣菊生，胃建華，等.橡膠人工林養(yǎng)分循拜通量及特J.生態(tài)學報，2009,29(7):3782-3789.17 物景成，黃建焊，潘慶民，等.西雙版納不同熱帶生態(tài)系統(tǒng)土壤有機質的光譜學特性J.植物生態(tài)學報，2004,28(5):623-629.18 房秋蘭，沙麗清.西雙版納熱帶季節(jié)雨林與椎膠林土壤呼吸J.植物生態(tài)學報，2006,30(1)

31、:97-103.19 周文君，沙麗清，沈守R,等.西雙版納橡膠林土壤呼吸季節(jié)變化及其影響因子.山地學報.2008,26(3):317-325.20 池富旺.張培松，羅微,等.中大尺度下椎膠園土填全氮和有機質含fit的空間分布特征JJ.熱帶作物學報，2009.30(5):613-619.21 張敏，鄒曉明.熱帶季節(jié)雨林與人工橡膠林土壤碳氟比較J.應用生態(tài)學報，2009,20(5):1013-1019.(22J絕士旦主編.土壤農化分析M.3版.北京：中國農業(yè)出版社，2000.30-33.23HobbieEA,JohnsonMG,RygiewiczPT,etal.Isotopicestimatesofnewcarboninputsintolitterandsoilsinafbur-yearclimatechangeexperimentwithDouglas-firJ.PlantandSoil.2004,259:331-343.24J白軍紅，鄧偉，朱顏明，等.霍林河演域濕地土壩碳氧空間分布特征及生態(tài)效應J).應用生態(tài)學報，2003,14(9):1494-1498.25 魏孝榮，邵明安.黃土