种植年限对胶园土壤剖面有机碳分布特征的影响.docx

1、热带作物学报2011,32(8)：1399-1403ChineseJournalofTropicalCrops种植年限对胶园土壤剖面有机碳分布特征的影响王春燕，3,林希昊2,李光明L3,陈秋波I,杨礼富I,王真辉I,海南倨州571737I中国热带农业科学院橡胶研究所I农业部橡胶树生物学重点开放实验室2中国热带农业科学院湛江实验站，广东湛江5240133海南大学环境与柱物保护学院，海南佛州571737摘要通过剖面直接实测法.研究幼树期（4a）、旺产期（12a和19a）3种不同树龄橡胶林土壤有机碳变化特征及其与土壤pH、全氮、C/N比的相关关系。结果表明：（1）4、12、19a橡胶林土壤有机碳含域

2、均随着土层深度的增加而降低；3个树龄橡胶林土壤有机碳总体大小顺序为I2a>4a>19a。（2）橡胶林土壤呈酸性反应，且土壤剖面有机碳含量:均随深度呈下降趋势.而土壤pH随深度呈上升趋势。土壤不同层次有机碳含俄与pH呈显著负相关020.7088）。（3）不同树龄橡胶林土壤有机碳与全氮之间均呈显著的线性正相关，土壤C/N比为8.19-16.49,有利于有机质矿化过程中养分的释放。橡胶林土壤C/N比随树龄的增长不断下降，说明树龄大小对土壤碳氮含量在土壤剖面垂直分布上有一定的影响。关键词橡胶树；土壤有机碳；相关关系中图分类号S794.1；Q948.113文献标识码ATheVerticalC

3、haracteristicsofSoilOrganicCarboninDifferentDevelopingStagesofRubberTree(Hevea万拓)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基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务黄专项资金橡胶研究所资助项目（No.XJSYWFZX2008-18.XJSYWFZX2009-30）0作者筒介：王春燕（1983年一），女.硕士生。通讯作者.王真辉，E-mail:wzh-36,土壤有机碳含最常被认为是评价土壤质量的重要指标之一，又是一项重要的土壤性质。土壤有机碳的大量损失会造成土壤退化和农业持续性的降低。近十几年来，随着气候变暖，土壤有机碳与全球气候变化被紧密联系在一起，从而引起更广泛的关注

9、。在全球范围内，森林土壤有机碳贮量占陆地土壤有机碳贮量的40%。土壤碳库的变化被认为是导致大气碳库和全球气候变化的主要原因（气对全球碳平衡产生显著影响叫因此，对森林土壤中有机碳库的动态变化及调控机理的研究成为预测和控制全球气候变化的一项重要基础性工作I6气而人工林受人类活动的强烈干扰，其土壤有机碳变化更值得关注叫橡胶树（Heveabrasiliensis）原产于高温潮湿的亚马逊流域，自从20世纪中期在中国大规模种植以来，目前橡胶树种植面积已经发展到约94万hm2,是中国热带地区重要的人工林之一。20世纪80年代以来，人们对橡胶林生态系统的研究集中在生物即、土壤养分变化叫、胶树养分含址和分配叫州

10、、胶林养分循环峋，目前对橡胶林土壤碳贮量的研究不断增加3明，也有研究结果表明，西双版纳的热带季节雨林转变为橡胶林后，土壤碳、氮含量及其有效性降低，并且土壤呈现酸化倾向。本文旨在研究不同树龄橡胶林土壤有机碳变化特征及其与土壤pH、全氮、CZN比的相关关系，将有助于进一步了解橡胶林土壤的生态功能，为研究橡胶林生态系统对气候变化的响应提供基础数据。1材料与方法1.1试验区域概况试验区主要位于海南省脩州市中国热带农业科学院试验场三队(19。32个，109。28'£)和六队(19°28'N,109°29'E),平均海拔134mo该区属热带海岛季风气候

11、类型，历年平均气温23.223.9Y,日平均气温N15P的活动积温7500-8500X：,最冷月平均气温16.9-18.0T,年降水量1500-2000mm(数据来自中国热带农业科学院气象站)。土壤类型为砖红壤，平均土壤pH为5.01、全氮为0.46g/kg、全磷为0.35g/kg。试验区相邻较近，均为第二代胶林，单一人工群落，群落结构简单，采用宽行密植模式，株行距为3mx7m,林下以多年生草本植物及当年生草本植物居多，如弓果黍(Cyrtococcumpatens)巢蕨(Neottopterisnidus)sDIT珠(PhyUanthussimple分、假臭草(Eupaioriumcaiari

12、um)x地胆头(Elephantopusscaber)x竹叶草(Oplismenuscompositiis)等，极少见灌木、亚灌木。1.2材料与设计试验选用4、12、19a热研7-33-97橡胶林(表1),3个树龄胶园样地面积N4.02hm2,每个树龄设1个固定的(100mx100m)样地，采用梅花形采样法。胶园管理采用割制为现行普遍推广的乙烯利刺激割胶制度(S/2d/3+ET2.0%)，试验地立地条件(如地势、坡度、抚养管理措施)基本一致。采样时间为2010年1月7日2010年1月10日，要求采样前天气连续3d晴天。13样品采集与测定在3个树龄胶林设定的固定样地随机选取5个土壤剖面。土壤剖面

13、平衡于橡胶树1.5m处的行间，表1试噎小区橡胶林的基本概况树龄/a定植年份/a割岭/a品系胸径/cm位置经纬度420060热研7-33-9713.15±O.15C中国热带农业科学院试乾场六队N19。28'、E109。29'1219984热研7-33-9718.79±0.37B中国热带农业科学院试验场m队N19。31'、E109。39'19199111热研7-33-9722.32±0.53A中国热带农业科学院试验场三队N19。32'、E109°28'避开肥穴，垂直挖宽1m、长2m、深1m,迎光面修成垂直的断面

14、。按015、1530、3045、4560、60-100cm自上而下将土层划分为5层，观察描述各土层特征。用小木铲月下而上的沿剖面逐层采样，每个剖面取5点，取样品2kg左右装袋并附上标签。将采集回来的土壤风干，剔除土壤中的石块以及植物残体(如根系)等，然后用四分法取100g左右的土壤，研磨后过0.149mm(100目)筛孔，用于碳、氮测定。土壤有机碳含量采用重铭酸钾-外加热法测定，全氮含量采用凯氏半微量定氮法测定。每个样品3个重复，取平均值。1.4数据分析采用Excel2003软件对数据进行整理和作图，并用DPSV6.55版软件进行统计分析。采用二因素方差分析和最小显著差异法(LSD)比较不同数

15、据组间的差异，用线性回归分析评价土壤有机碳与pH、全氮的相关关系。2结果与分析2.1橡胶林土壤有机碳含沿土壤剖面的分布特征由图1可知，橡胶林土壤有机碳最高值均出现在0-15cm±层，4、12、19a橡胶林土壤有机碳含量分别为6.25、7.41、6.32g/kg。3个树龄橡胶林各土层间有机碳含量大小均为12a最大，而4a和19a橡胶林不同土层有机碳含量差异不同，各个土层土壤有机碳含量大小总体呈现12a>4a>19ao随着土层的加深土壤有机碳含量逐渐减少，同一树龄不同土层间有一定差异。除12a橡胶林015、15-30与30-45cm土层间有机碳含量差异不显著之外，其余2个胶林

16、表层土中有机碳含量均显著高于其它各土层，而4560cm土层与60-100cm±层之间有机碳含量:在3个树龄橡胶林中均呈现差异低的趋势。*4触a12龄1酒线性（4龄）线性（12龄）线性（19龄）不显著。不同树龄间有机碳含量也存在差异，其中12a橡胶林土壤有机碳含量在各个土层中均显著高于4a和19a,而4a和19a橡胶林间差异不显著。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土层深度/cm图中小写字母代表不同土层间的差异性，大写字母代表不同树蛤间的差异性。图1土坝有机碳含量沿土填剖面的分布特征（wkSE,n=5）22橡胶林土壤有机碳分布与pH相关分析本研究结果表明，橡胶林土壤pH为45465.856,土壤呈酸性反应，且土壤剖面有机碳含量均随深度呈下降趋势，而土壤pH随深度呈上升趋势。4a胶林土壤pH与有机碳的决定系数R2=o.8237,线性方程为y=-0.0264%+4.7124；12a胶林土壤pH与有机碳的决定系数/?2=0.7888,线性方程为=-0.0786%+5.1564；19a胶林土壤pH

18、与有机碳的决定系数R2=0.9663,线性方程为y=-0.2033%+6.4156。从图2可见，橡胶林土壤有机碳与pH间有显著的线性负相关关系。23横胶林土壤碳氮比变化特征由表2可知，3个树龄橡胶林土壤C/N比为8.19-19.84之间。4a橡胶林土壤C/N比显著高于其它2个树龄。4、12a橡胶林土壤C/N比呈随土层深度的增加不断增大，而19a橡胶林土壤C/N比随土层深度的增加呈现降低的趋势。除了4a橡胶林奶24橡胶林土壤有机碳与全氮的相关分析由图3可知，对橡胶林0-100cm深度的全氮和土壤有机碳含址进行相关性分析，得出了几组线性回归方程和决定系数。4a胶林土壤全氮与有机碳的决定系数R2=0

19、.9747,线性方程：*=0.1122%-0.1132；12a胶林土壤全氮与有机碳的决定系数&2=0.9533,线性方程：y=0.0703%+0.1471；19a胶林土壤全氮与有机碳的决定系数段=0.9475,线性方程：y=0.1217x-0.049lo分析表明，橡胶林土巢有机碳与全氮间呈现显著的线性正相关关系。6.05.5 H5.0W4,5-H4.03.53.0土壤有机碳含最（g/kg）图2土填有机碳与pH的关系*4龄】2龄龄土壤有机碳（g/kg）图3土地有机碳与全氮的关系100cm±层土壤C/N比显著高于其它各层外，不同树龄各土层间差异不显著。结果表明，橡胶林随树龄增长，

20、土壤C/N比不断下降，但差异不明显，同时橡胶林土壤C/N比并不完全随土层深度的增加而呈现降3讨论与结论树龄/a碳氤比0-5cm土屋15-30cm土层30-45cm土层45*60cm土层60-100cm土层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土填碳氮比变化特征n=5）随着土层深度的增加，碳元素在下渗水作用下淋溶、迁移、沉积到土壤下层的幅度有限，以及土壤动植物残体和微生物数量减少、活动能力减弱等因素，导致土壤有机碳逐渐减少。有研究结果表明，土壤新产生的有机碳中64%是来自地表凋落物的分解。本研究结果表明，土壤有机碳随土壤深度的增加而逐渐降低，这与其它研究结果相似伊羽。不同树龄间土壤有机碳变化有一定的差异，各土层有机碳含量大小总体为12a>4a>19a,这可能是由于4a胶园土壤有机碳来源于上一代橡

22、胶林更新后残留的凋落物处于分解状态，加上本代橡胶林的凋落物分解，因此其土壤有机碳含最高；12a和19a胶园因上一代橡胶林更新残留的凋落物已基本分解完全，本代胶林凋落物量也不是最大，以及现有橡胶树处于生长旺盛期需消耗较多的营养物质，造成其土壤有机碳含量较低，但由于处于割胶旺产期受人类活动施肥影响较多，施肥对土壤有机碳的积累起到一定的促进作用。此外，19a胶园土壤为玄武岩发育的砖红壤，已有研究结果证实，土壤质地会影响微生物活性及保持碳的能力。土壤粘粒具有保持碳的能力，其含量影响外源有机质(有机化合物、植物残体)及其转化产物的分解速率网。有研究结果表明，橡胶林土壤含水晨随树龄的增长而增加网，而橡胶林

23、凋落物及林下植物年碳储量，亦随树龄的增长而增加闵。因此，可能是由于橡胶林在不同树龄阶段，地面凋落物生物量，微生物量和活性，以及林下土壤环境，对土壤有机碳含屋存在一定的影响，造成不同树龄橡胶林土壤有机碳在土壤剖面垂直分布上有所差异。此外，人为干扰、割胶活动等也可能是一个重要的因素。土壤pH、有机碳是衡量土壤环境质量重要的综合指标，直接影响着土壤中各种元素的存在形态、有效性及迁移转化。本研究结果表明，橡胶林土壤呈酸性反应，且不同土层有机碳与pH呈显著负相关。这与李一鲍、林希昊等河的研究橡胶林土壤pH结果相似。可能是由于在酸性土壤中，微生物种类受到限制，从而减慢了土壤有机碳的分解的。随土壤pH的下降

24、，微生物活性减弱，致使土壤有机碳周转下降，表现为土壤碳积累的。有研究表明，pH不但对土壤的理化性质及土壤结构的影响很大，而且是植物生命活动所需养分和能量的源泉。本研究结果表明，不同树龄橡胶林C/N比垂直规律不一致，随树龄增长，橡胶林土壤C/N比不断下降。Elser等71研究结果表明，植物和土壤C/N比高会降低生态系统中消费者的生长速率。张敏等通过回归分析表明，N是C/N比的主要影响因子，而C和N含量呈正相关，C/N比值增大将由于N含址下降而促使生态系统中C含址减少，导致C的释放。因此，在树龄较大的橡胶林中，由于林下凋落物量增加，林下环境的改善，有利于土壤微生物的增加及活动能力的增强，促进了土壤

25、养分释放和土壤中的有效氮增加，C/N比不断下降。本研究相关性分析也表明，橡胶林土壤有机碳与全氮间有显著的线性正相关关系(庞>0.9),进一步解释了土壤碳氮在剖面垂直分布规律上具有相似性。由此表明，土壤氮素主要以有机氮的形式存在于土壤有机质中，这与大多数的研究结果一致"划。橡胶林土壤有机碳是其土壤肥力和土壤质址的重要指标，也是引起气候变化的主要因素。了解橡胶林土壤有机碳的空间分布特征，以其为橡胶林的土壤管理方法提供科学依据，也为橡胶林生态系统碳循环提供理论依据。Torn等肉认为，在全球碳循环研究中一个很大的不确定性来源于土壤有机碳的分布及动态。因此，对橡胶林土壤有机碳动态进行研究

26、，将是未来努力的方向。参考文献1DalalRC,ChanKY.SoilorganicmatterinrainfedcroppingsystemsoftheAustraliancerealbeltJ.AustralianJournalofSoilResearch,2001,39:435-464.(21王艳芬，陈佐忠，TieszenLT.人类活动对锡林郭勤地区主要草原土壤有机碳分布的影响J.植物生态学报，1998,22(6):545-551.3 周晓宇，张称意，郭广芬.气候变化对森林土壤有机碳贮藏影响的研究进展J.应用生态学报，2010,21(7):1867-1874.4 WatsonRT.Lan

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