海南儋州不同林龄橡胶林土壤碳和全氮特征

海南儋州不同林龄橡胶林土壤碳和全氮特征 海南儋州不同林龄橡胶林土壤碳和全氮特 征 生态环境2009,18(4):1484—1491 EcologyandEnvironmentalSciences E-mail:editor@jeesci.corn 海南儋州不同林龄橡胶林土壤碳和全氮特征 吴志祥1,2,3,谢贵水,陶忠良,周兆德己.,王旭己. 1.中国热带农业科学院橡胶研究所//农业部橡胶树生物学重点开放实验室,海南儋州571737; 2.农业部儋州热带农业资源与生态环境重点野外科学观测试验站,海南儋州571737;3.海南大学环境与植物保护学院,海南海口570228 摘要:为研究热带人工林巴西橡胶树(Heveabrasiliensis)生态系统不同林龄土壤碳,全氮特征,对热带地区种植橡胶及其 更新进行生态效益评估,文章分析了海南儋州地区幼林早期(2龄),幼林晚期(7龄),开割树(16龄)和老龄即将更新树 (30龄)4种不同林龄的橡胶林土壤碳,氮质量分数垂直分布特征.结果如下,(1)不同林龄橡胶林胶园土壤有机碳质量分 数存在极显着差异,其大小排列顺序为幼林晚期(7龄)>老龄即将更新树(30龄)>幼林早期(2龄)>开割树(16龄), 各土壤层次土壤有机碳质量分数的空间垂直分布大体随着土层的深入而降低,其 垂直分布的变异系数由大到小排列顺序为7 龄幼林晚期(37.54%)>16龄开割树(26.48%)>30龄老龄即将更新树(24.44%)>2龄幼林早期(18.99%);(2)不同 林龄橡胶林胶园土壤全氮质量分数存在显着差异,其大小排列顺序为幼林晚期(7龄)>幼林早期(2龄)>老龄即将更新 树(30龄)>开割树(16龄),各土壤层次土壤全氮质量分数的空间垂直分布大体 随着土层的深入而降低,其垂直分布的变 异系数由大到小排列顺序为16龄开割树(34.32%)>7龄幼林晚期(30.98%)>30龄老龄即将更新树(21.09%)>2龄幼 林早期(14.37%);(3)不同林龄胶林土壤碳氮(C/N)比存在极显着差异,其大小排列顺序为开割树(16龄)>老龄即将 更新树(30龄)>幼林晚期(7龄)>幼林早期(2龄),各胶林土壤有机碳质量分数与土壤全氮质量分数之间均存在极显 着线性正相关关系(R?O.5839,P<0.01).本研究可为研究热带土地利用与覆盖变化对全球碳循环及橡胶林生长碳氮耦合 提供基础数据,为我国热区进行天然橡胶种植提供理论依据. 关键词:不同林龄;橡胶林;土壤有机碳;土壤全氮;分异 中图分类号:$794.1;Q948.113文献标识码:A文章编号:1674.5906(2009)04—1484.08 土壤有机碳(soilorganiccarbon,SOC)和氮 素是土壤养分的重要组成部分,也是生态系统中极 其重要的生态因子,其含量的多少会影响土壤中微 生物的数量,凋落物的分解速率.土壤有机碳和养 分的长期积累,从而影响整个生态系统的稳定性和 持续性,影响全球生态系统中大气CO2浓度和碳 氮循环.它们不仅与土壤肥力和植物营养的生物有 效性相关,在很大程度上依赖于地表植被和土地利 用状况IJ.J.土地利用与覆盖变化改变了土壤和植 物群落内部营养物质和碳元素的流动状况,特别是 通过温室气体排放影响全球生物地球化学循环l4J. 有研究报道,土壤含碳量的多少很大程度上依赖于 地表植被和土地利用状况,且土壤有机碳含量的变 化会影响植物对水分和营养元素的吸收,进而影响 生产量【4J.氮是调节陆地生态系统生产量,结构和 功能的关键性元素l5J,能够限制群落初级和次级生 产量LoJ,而且土地利用方式的不同常常容易引起土 壤氮循环格局的不同,从而影响整个生态系统的稳 定性和可持续性J,在全球生态系统中尤其是碳氮 循环至关重要.世界各发达国家都在加大对造林后 碳吸收,碳有效储存时间及土壤养分的研究力度. 我国作为世界上人工林保存面积最大的国家,在这 方面的研究还很不够J. 巴西橡胶树(Heveabrasiliensis)原产于巴西亚 马逊河流域的热带丛林.1904年引种到我国,1951 年8月开始大规模种植,到2007年底中国橡胶林 已发展到77万多hm,橡胶总产达到58万t.中国 第一代橡胶林大多是于20世纪50,60年代在次生 林或热带灌丛草地上建立起来的,现在第一代橡胶 林已全部更新,第二代胶园也进入更新期.本文旨 在研究橡胶林在不同种植年限土壤有机碳和氮特 征,以期对橡胶林更新进行生态效益评估,为研究 热带土地利用变化对全球碳氮循环的影响提供基 础数据. 1试验地概况 研究地点位于海南省西部,中国热带农业科学 院试验农场三队,试验地位于农业部儋州热带农业 资源与生态环境重点野外科学观测试验站内 基金项目:中央级科研院所基本科研业务费项目"橡胶林生态系统长期定位观测"(XJSYWFZX2008.14;XJSYWFZX2007.2);中国林科院热带 林业研究所重点专项业务研究项目(2007.1);海南省自然科学基金项目(807045); 农业部儋州热带农业资源与生态环境重点野外科学观测试验站 开放课题基金项目(DKFS0903);海南大学2009年度科研项目(hd09xm50) 作者简介:吴志祥(1970年生),男,副研究员,硕士,主要研究方向为农业气象生态与热带作物栽培生态.E-mail:zhixiangwu@21cn.com 收稿日期:200906—28 吴志祥等:海南儋州不同林龄橡胶林土壤碳和全氮特征 (19.31,N,109.28E),距儋州市区约15km.试验 地属典型热带海岛季风气候区,一年分干湿两季, 5至l0月是湿季,11月至翌年4月是干季.年均 温21.5,28.5?,全年日平均气温?10?的积温为 8500,9100?;太阳辐射485.7kJ/cm2,年日照2100 h;历年平均降雨量为1607nlrn,主要分布在7,8, 9三个月,占全年降雨量的70%以上;年平均相对 湿度83%.常风年均风速2,2.5rn/s.试验区土壤 为花岗岩砖红壤,土层厚度约100cm,多为砂粘壤 土,pH值4.5,5.5,有机质含量中等,富钾而缺磷. 林下植被主要有弓果黍fCyrtococcumPatens), 飞机草(Eupatoriumodoratum),肖梵天(Urenalo— bata),奥图草(Ottochloanodosa),地胆头 (Elephantopusscaber),糙叶丰花草(BorreniaaF- ticulalis),叶下珠(llanthussimplex),含羞草 (Momosapudica),野牡丹(Melastomacandidum),海 金沙.japonicum)等. 2研究材料与分析方法 2.1研究材料 研究的橡胶林为4种不同林龄胶林:幼林早期 (7—74,2006年种植),幼林晚期(7.1,2001年种 植),开割树(7—66,1992年种植),老龄即将更新 树(8.74,1978年种植).林段详细情况见表1. 2_2样品采集 取样时间2008年7—8月的晴天上午,如果遇 雨天,则等2个晴天后再进行取样. 每个林龄林段中随机设置4个样地:每个样地 面积为20m~20m,分0,15cm,15,30cm,30, 45cm,45,60cm4个层次采集土壤样品,取其平 均值作为每种林龄的最终分析结果.同时,采用环 刀法测定各层土壤密度. 2.3测定方法 将土壤样品带回实验室,采用烘干法测定土壤 的含水量和吸湿水,含水量和吸湿水为质量百分 比.土样经风干处理后过0.25mm筛,采用低温外 热重铬酸钾氧化一比色法测定土壤有机碳含量【9], 全氮(totalni~ogen,TN)采用半微量开氏法ll…,含 量为质量分数. 2.4数据分析与处理 土壤有机碳(全氮)加权平均质量分数的计算 公式如下: D) 式中:为某样地林段SOC(或TN)加权平 均质量分数;de为第i层土壤容重;Ci为第i层SOC (全氮)质量分数;D为第i层土壤厚度. 根据变异系数来判断土壤垂直空间分布上的 变异程度,变异系数的计算公式为: V=r'5r/110O% 式中:为变异系数;S为标准差, ,/;一X为平均值;为测定值;为Vn1 测定样品数. 分别采用MicrosoftOffice2003软件和SAS8.0 软件的比较分析,方差分析,相关分析等方法对数 据进行统计分析与处理. 3结果与分析 3.1土壤的物理性质 土壤容重是土壤物理性质的一个重要指标,容 重大小反映出土壤透水性,通气性和根系伸展时的 阻力状况lJ.从表2可以看出,4个不同林龄的胶 林土壤容重没有太大差异,土壤容重基本一致,其 值在1.567,1.694g?cm间,土壤容重随深度增加 略有增加.4个林段的土壤容重排列顺序为:8—74 (30龄)>7—66(16龄)>7.74(2龄)>7—1(7龄). 土壤水分是森林土壤的一个重要性状,它的供 应情况在一定程度上控制了林木的生长及土壤中 物质的转化和代谢过程,是森林土壤主要肥力因素 之一.它受气象,植被,土壤理化性质及人为经营 措施的影响,不论何种林分及土壤层次,其含水量 的变化都与大气降水密切相关[12]o从表2可以看出, 4种不同林龄的胶林土壤含水量基本随着土壤深度 的增加而增加,土壤表层含水量低于土壤下层.4 个土壤层次平均含水量由高到低排序为:7—66(16 龄)>8.74(30龄)>7.1(7龄)>7.74(2龄). 土壤含水量主要与植被结构及土壤容重密切相关, 表1不同林龄橡胶林样地林段特征 Table1Foreststandscharacteristicsofdifferentagestagesrubberplantation 括号内为该林段总株数,可能因风害,寒害,旱害,病虫害等原因导致每个林段存活 株数减少. "叶面积指数数据采集时间为2008年9月中旬,采集仪器为LAI一2000 C /L ? = 一 生态环境第l8卷第4期(2009年7月) 表2不同林龄橡胶林样地土壤的物理性状 Table2Soilphysicalcharacteristicsofdifferentage stagesrubberplantation 括号内的数据是样本标准差 植被郁闭(叶面积指数大,如7.66,8.74),土壤 容重大,其土壤含水量就大;反之,植被稀疏(叶 面积指数较小,如7.74),土壤疏松,其土壤含水 量就较小. 土壤吸湿水是指干燥的土粒靠分子引力从土 壤空气中吸持的气态水,土壤越黏,比表面积越大, 吸湿能力就越强,说明土壤的持水保肥能力越强. 从表2可以看出,4种不同林龄的胶林土壤吸湿水 从大到小排列顺序为:7.66(16龄)>7.1(7龄) >8.74(30龄)>7—74(2龄). 从表2还可看出,8.74(30龄)胶林,其含水 量,吸湿水指标并不是最大,均低于16龄的7—66 胶林,甚至低于7龄的7.1,可见成熟即将更新胶 林,其土壤保水保肥性能大大降低. 3.2不同林龄橡胶林土壤有机碳质量分数及分异 胶园土壤有机碳含量主要受胶林类型,种植年 份及土壤深度影响.胶林类型和种植年份会因植被 结构,凋落物分解多少影响土壤有机碳质量分数; 土壤深度会因土壤分解及淋溶速度等影响土壤有 机碳质量分数.从表3可以看出,4种不同林龄的 胶林土壤有机碳质量分数均随土壤深度增加而下 降,变化规律大体为0—15cm>15—30cm>30— 45cm>45,60cm.这与Arrouays的观点?川,在垂 直方向上,土壤有机碳质量分数与土层深度密切相 关,随深度的增加呈下降趋势一致. 进行方差分析,4种胶林问同一层土壤有机碳 质量分数差异大多不显着,但4层土壤平均有机碳 质量分数差异达到显着差异,其大小排列顺序为: 幼林晚期(7龄)>老龄即将更新树(30龄)>幼林 早期(2龄)>开割树(16龄),尤其是开割树(16 龄)土壤有机碳质量分数极显着地低于其它3种类 型林段土壤有机碳质量分数.这可能与不同年龄段 胶树的土壤有机碳来源不同有关,幼林晚期(7龄) 胶林土壤有机碳最高,其来源于上一代胶林更新后枯枝落叶分解,再加上本代胶林的凋落物;老龄树 (30龄)因年代久远,本代胶林凋落物积累较多土 壤有机碳;幼林早期(2龄)胶林土壤有机碳来源 于上代胶树更新后枯枝落叶分解;而对于开割树 (16龄)因上代胶树更新后枯枝落叶分解基本结束, 本代胶林凋落物也并不是最多,因此其土壤有机碳 质量分数最低. 从分异程度来看,幼林晚期(7龄)胶林土壤 有机碳垂直分布变异系数最大,而幼林早期(2龄) 胶林土壤有机碳垂直分布变异最小.不同林龄橡胶 林土壤有机碳垂直分布的变异系数由大到小排列 顺序为:7龄幼林晚期(37.54%)>16龄开割树 (26.48%)>30龄老龄即将更新树(24.44%)>2龄 幼林早期(18.99%o2龄幼林早期胶林变异系数最 小,主要是因为其土壤有机碳主要来源于上一代胶 林更新后枯枝落叶,并且土壤经过翻耕,各层土壤 有机碳比较均匀.7龄胶林变异系数最大,则是因 为上一代胶林更新后枯枝落叶几乎全部分解,而其 土壤有机碳主要来源于本代胶林的凋落物,集中于 表层,越往底层质量分数越低.l6龄和3O龄变异 表3不同林龄橡胶林土壤有机碳质量分数及其变异系数 Table3SOCcontentandvariationcoefficientofdifferentlayersinrubberplantationsoil 用Duncan法进行多重比较.同列中标有不同大写字母表示差异极显着(P<0.01), 相同大写字母表示差异不显着(JD>O.O1);同列标有不同小 写字母字母表示差异显着(P<O.05),相同小写字母表示差异不显着(P>0.05). 下同 吴志祥等:海南儋州不同林龄橡胶林土壤碳和全氮特征 系数居中,则是因其土壤有机碳来源于凋落物,经 过多年的积累,每层相差不大,且30龄变化更小. 3.3不同林龄橡胶林土壤全氮质量分数及分异 土壤中全氮含量取决于氮素输入和输出量的 相对大小.氮素的输入量主要依赖于植物残体的归 还量及生物固氮和水流输入,也有少部分来源于大 气干湿沉降L1,当然橡胶林还存在施肥输入氮素; 输出量则主要包括分解和侵蚀损失,分解后大部分 被植物吸收利用,部分NH3经过硝化,反硝化或挥 发释放到大气中,土壤有机质及全N的消长趋势常 常是一致的LJ.测定结果(见表4)表明,土壤全 氮质量分数的垂直空间分布与有机碳相似,大体随 着土层的深度增加而降低.普遍表现为,0,15cm 层数值大于平均值,45,60cm层数值小于平均值, 中间两层数值在平均值上下浮动. 从其水平空间分布来看,4种不同林龄橡胶林 土壤全氮质量分数存在差异,尤其是l6龄开割胶 林土壤全氮质量分数极显着地低于其它胶林土壤 全氮质量分数.其大小排列顺序为:幼林晚期(7 龄)>幼林早期(2龄)>老龄即将更新树(30龄) >开割树(16龄).和土壤有机碳质量分数相比, 只是排列顺序中2龄胶树与30龄老龄胶树调换了 位置,可能是新植胶树施了较多有机肥缘故. 从其垂直分异程度来看,变异系数最小的仍是 幼林早期(2龄)胶林,只不过最大的换成了开割 树(16龄),它们大小排列顺序为:16龄开割树 (34.32%)>7龄幼林晚期(30.98%)>30龄老龄 即将更新树(21.09%)>2龄幼林早期(14.37%), 即和土壤有机碳相比,16龄开割树与7龄幼林晚期 树二者相互调换了位置.从以上分析,橡胶林虽然 存在施肥输入氮素影响土壤全氮质量分数,但土壤 全氮质量分数主要还是依赖于胶林植物残体的腐 烂归还等其它非人为因素. 3.4不同林龄橡胶林土壤有机碳和全氮相关性分析 计算不同林龄橡胶林土壤碳氮比(C/N),结果 如表5示.不同林龄胶林土壤碳氮比存在极显着差 异,以开割胶树(16龄)土壤C/N最大,幼林早期 (2龄)胶林土壤C/N最小.其大小排列顺序为:开 割树(16龄)>老龄即将更新树(30龄)>幼林 晚期(7龄)>幼林早期(2龄).从橡胶林土壤C/N 不同层次来看,多数年龄段胶林土壤C/N比表现为 由表层向底层依次降低,表层比值高于下层比值. 但开割树(16龄)胶林土壤的C/N比值则是下面3 层比值高于表层. 土壤中有机碳的分解受土壤微生物的碳氮平 衡的影响L1.因此土壤的C/N在很大程度上影响其 ,微生物的活性 分解速率.高肥力土壤C/N的降低 提高,土壤中有足够量的氮供微生物消耗,微生物 同化同重量的氮需要消耗更多的碳,矿化有机碳/ 矿化有机氮之比降低ll,而微生物在充足的氮素影 响下,需要加入更多的碳才能维持活性,因而会加 速土壤原有碳和新鲜的有机碳的分解矿化,土壤有 机质分解矿化速度随之加快,不仅有机碳总量下 降,而且轻组有机碳量的减少大大超过重组碳,使 难氧化有机碳质量分数上升,土壤有机质老化,不 利于有机质在土壤中的累积【J圳,而可能会引起碳的 净释放ll.胶林土壤由幼林的2龄,到7龄,到16 龄开割树,土壤C/N比逐渐增大,16龄开割树以后 转化为30龄老龄树,土壤C/N比又呈下降趋势. 在不同土地利用方式和不同人为管理措施下, 固氮物种和施肥(氮,磷肥)能显着增加土壤碳汇 集,固氮物种的存在和氮肥的施用增加土壤氮质量 分数,提高初级生产力,进而使土壤有机碳输入增 加;另一方面,土壤氮素质量分数的提高使土壤C/N 表4不同林龄橡胶林土壤全氮质量分数及其变异系数 Table4SoilTNcontentandvariationcoefficientofdifferentlayersinrubberplantationsoil 1488生态环境第18卷第4期(2009年7月) 降低,提高微生物活性,加速土壤有机碳的分解, 使其质量分数降低,但加速了土壤营养元素的循 环,有助于初级生产力的提高. 在一定程度上,土壤中的全氮质量分数大体上 决定了土壤有机碳的质量分数,土壤碳的保持在很 大程度上取决于土壤全氮质量分数水平….土壤的 氮素来源虽多,但主要来源于土壤有机质中的氮 素,其有机形态占土壤全氮的80%以上I2.两者的 回归分析表明(图1),4种不同林龄橡胶林的土壤 有机碳质量分数与土壤全氮质量分数之间均存在 极显着线性正相关关系(R?0.5839,P<0.01o 4讨论与结论 4.1不同林龄橡胶林土壤特性 本研究的4种不同林龄橡胶林位于同一地区, 相距不远,土壤容重相关不大,其它土壤物理性质 变化不大.根据研究,不同林龄橡胶林土壤含水量, 吸湿水质量分数有差别.总的情况是开割树林段 (16龄)和幼林晚期林段(7龄)土壤保水保肥情 开4树(I6龄) 00765,00249 =06636" 图1不同林龄橡胶林土壤有机碳与全氮相关性分析 Fig.1CorrelationanalysisbetweenSOCandTNofdifferantagestagesrubberplantationsoil 况好于成熟即将更新林(30龄)和幼林早期(2龄). 研究中,l6龄和7龄胶园橡胶树生长处于最旺盛阶 段,枝叶茂盛(叶面积指数较大),保水保肥性能 较强;30龄胶园胶树生长处于衰退阶段,一方面枝 叶减少,另一方面有效存活株数减少,保水保肥性 能下降;2龄的幼林胶园胶树刚成活,处于生长最 初阶段,枝叶较少(叶面积指数较小),加上地表 其它植被覆盖较少,其保水保肥性能最弱.这也是 橡胶林种植研究中,在种植初期如何保持水土不被 流失的关键时期. 4.2不同林龄橡胶林土壤有机碳质量分数 研究中的4种不同树龄橡胶林胶园各土壤层次 土壤有机碳质量分数变化不大,但普遍表现为表层 (0,15cm)有机碳质量分数高于平均值,下层 (4560cm)有机碳质量分数低于平均值,中间两 层变化不大,在平均值上下浮动,其它森林土壤有 机碳质量分数也有类似特征L2引. 不同林龄橡胶林土壤平均有机碳质量分数差 异达到显着差异,其大小排列顺序为:幼林晚期(7 龄)>老龄即将更新树(30龄)>幼林早期(2龄) >开割树(16龄);不同林龄橡胶林SOC垂直分 布的变异系数由大到小排列顺序为:7龄幼林晚期 (37.54%)>16龄开割树(26.48%)>30龄老龄即 将更新树(24.44%)>2龄幼林早期(18.99%o 橡胶林土壤有机碳主要来源于胶林凋落物,橡 胶树根系等及其分解等.橡胶树凋落物集中在表 层,根系(尤其是细根)也以0,15cm为盛.有 研究表明,侧根分布以0,30cm土层最为密集, 吴志祥等:海南儋州不同林龄橡胶林土壤碳和全氮特征1489 约点总根量的66%,91%;越往下就主要为粗壮的 主根,腐烂也不多;尤其是到40cm以下土层,根 系很少,只占总根量的10%左右川.对于30龄老 龄树因其前几(或十几)年生长积累,枝叶凋落物 积累较多,分解后有机碳质量分数较大,故15,30 cm质量分数最高;对于幼林晚期林段(7龄)因其 土壤有机碳主要来源于上一代胶林更新后枯枝落 叶分解,表层可能分解成有机质,;对于幼林早期 林段(2龄)土壤,上一代胶林更新后枯枝落叶还 没有来得及分解成有机质,故其表层(0,15cm) 土壤有机碳质量分数并不最大.但对于开割树(16 龄)因其上一代胶林更新后枯枝落叶早已经分解, 其自身近几年凋落物也并不是最多,分解后有机碳 质量分数也就相对较小,故以开割树(16龄)土壤 表层有机碳质量分数最小.表层以下第二层(15, 30cm)结果类似,幼林胶园因上一代胶林更新后枯 枝落叶原因,其土壤有机碳质量分数也较其它2个 树龄胶林土壤有机碳质量分数为大.中间2层(15, 30cm,30,45cm)因更新扰动原因,幼林胶园(7 龄和2龄)碳质量分数在平均值上下浮动;开割树 (16龄)和老龄树(30龄)也就基本低于平均值. 再往下到底层(4560cm),土壤碳质量分数最低, 凋落物,根系等分解,有机质淋溶等也较难到达下 层.7龄幼林晚期胶林土壤因表层SOC质量分数最 大,故分异程度也就最高;2龄幼林早期胶林土壤 因人为翻耕,人为扰动较大,上下4层变化不大, 故分异程度最小,16龄开割树和30龄老龄树居中. )林段因上一代胶林更新后 幼林晚期7.1(7龄 枯枝落叶大多处于分解状态,再加上现今胶林凋落 物也达到最大程度(其叶面积指数在此研究4个树 龄中是最大的),因此其土壤有机碳质量分数最高. 对于成熟即将更新胶林8—74(30龄),胶林老龄化, 叶面积指数减小,生长处于衰退状况,凋落物相应 减少,但经过几十年的积累(人为扰动较少),土 壤有机碳质量分数略低.幼林早期(2龄)林段土壤 有机碳质量分数也较大,主要是因为该林段是上一 代胶林更新后种植的胶林,上一代胶林更新后的枯 枝落叶均留在原地,但还没有来得及完全分解,故 此林段的土壤有机碳质量分数也较高.实际上,30 龄胶林与2龄胶林土壤有机碳质量分数比较,二者 基本无太大差异.但对于开割树7—66(16龄)林段, 其上一代胶林更新后枯枝落叶早已经分解(热带地 区分解迅速)并矿质化,其自身凋落物积累与分解 也并不多,因此其胶林土壤有机碳质量分数最小. 4.3不同林龄橡胶林土壤全氦质量分数 土壤全氮质量分数的垂直空间分布与有机碳 相似,大体随着土层的深度增加而降低.4种不同 林龄橡胶林土壤全氮质量分数存在差异,其大小排 列顺序为:幼林晚期(7龄)>幼林早期(2龄)> 老龄即将更新树(30龄)>开割树(16龄).从其 垂直分异程度来看,变异系数大小排列顺序为:l6 龄开割树(34.32%)>7龄幼林晚期(30.98%)>30 龄老龄即将更新树(21.09%)>2龄幼林早期 (14-37%). 如前述,土壤中的全氮质量分数大体上决定了 土壤有机碳的质量分数,土壤碳的保持在很大程度 上取决于土壤全氮质量分数水平.7龄幼林胶园土 壤全氮质量分数最高,主要是因其上代枯枝落叶和 自身凋落物分解较多;16龄开割树全氮质量分数最 低,则主要是因为其上代胶林更新后枯枝落叶早已 经分解(热带地区分解迅速)且矿质化,其自身凋 落物积累与分解也并不多;2龄幼林早期胶林土壤 全氮质量分数也较高,则可能与新植胶树施了较多 有机肥缘故.而其分异情况主要则主要受人为扰 动,本身积累等影响,2龄幼林早期胶园因人为翻 耕,4个层次变化幅度不大,故土壤全氮质量分数 各层分异程度最小;而16龄开割树胶园因凋落物 分解主要集中于表层,质量分数本来就较小,故各 层分异程度最大;7龄幼林树胶园和3O龄老龄胶园 土壤全氮质量分数各层分异系数居中. 4.4不同林龄橡胶林土壤碳氮相关性分析 研究中的4种不同林龄橡胶林土壤胶林C/N比 变化趋势是:由幼林的2龄,到7龄,到16龄开 割树,土壤C/N比逐渐增大,16龄开割树以后转化 为30龄老龄树,土壤C/N比又呈下降趋势.回归 分析表明,4种不同林龄橡胶林的土壤有机碳质量 分数与土壤全氮质量分数间均存在极显着线性正 相关关系.再次证明,土壤中全氮质量分数大体上 决定土壤有机碳质量分数,土壤有机碳的保持在很 大程度上取决于土壤全氮质量分数水平,二者是相 互的制约的. 橡胶树的栽培大多是在原有胶林皆伐基础上 种植,幼林早期(2龄)因上代胶树更新后枯枝落 叶分解缘故,土壤有机碳质量分数较低,仅高于l6 龄胶林土壤碳质量分数,但全氮质量分数却较高, 仅低于7龄幼树胶林土壤全氮质量分数,其有机碳质量分数,全氮质量分数变异系数最小,C/N比最 低.幼林晚期(7龄),其土壤有机碳质量分数,全 氮质量分数均为4种林龄中最大的,它们的变异系 数也是最大的,而C/N比也较小,仅高于幼林早期 胶林.从2龄到7龄,再到l6龄,胶园土壤保水 保肥性能逐渐增强.开割树(16龄)胶林土壤有机 碳质量分数,全氮质量分数是最低的,而其变异系 数却是最大的或次大的,C/N也是最大的.到老龄 1490生态环境第18卷第4期(2009年7月) 胶园(30龄)期,其土壤碳,氮质量分数又会降低, 变异系数会降低,C/N也会降低,土壤保水保肥性 能降低,其生态系统的稳定性也会降低. 致谢:感谢杨川,陈少银,赖华英等同志进行部分 野外取样和实验室分析工作. 参考文献: [1】吴建国,张小全,徐德应.土地利用变化对土壤有机碳贮量的影响 [J】l应用生态,2004,15(4):593—599. WUJianguo,ZHANGXiaoquan,XUDeying.Impactofland—use changeonsoilcarbonstorage[J】.ChineseJournalofAppliedEcology, 2004,】5r4)593—599.(inChinesewithE"glishabstract) [2】史军,刘纪远,高志强,等.造林对土壤碳储量影响的研究[J]l生 态学杂志,2005,24(4):410—416. SHIJun,LIUJiyuan,GAOZhiqiang,eta1.Areviewontheinfluence ofafforestationonsoilcarbonstorage[J】.ChineseJournalofEcology, 2005,24(4):410-416.(inChinesewithEnglishabstract) [3】马玉红,郭胜利,杨雨林,等植被类型对黄土丘陵区流域土壤有 机碳氮的影响[J]自然资源,2007,22(1):97.105. MAYuhong,GUOShengli,YANGYulin,eta1.Influenceofvegetation typesonsoilorganicCatYangouCatchmentintheLoessHilly-gully Region[J].JournalofNataralResources,2007,22(1):97—105(in ChinesewithEnglishabstract) [4]PRlESSJA,KON1NGGHJDE,VELDKAMPA.Assessmentof interactionsbetweenlandusechangeandcarbonandnutrientfluxesin Ecuador【J】.AgricultureEcosystemandEnvironment,2001,85(1—3): 269.279, [5]NASHOLMTorgny,EKBLADAll,NORDINAnnika,eta1.Boreal forestplantstakeuporganicnitrogen[J1.Nature,1998,392:914—916. [6】DORMAARJohanF,SMOLIAKSylver,WILLMSWalterD.Distri- butionofnitrogenfractionsingrazedandungrazedfescuegrassland Ahhorizons[J].JournalofRangeManagement,1990,43(1):6-9, [7]刘全友,童依平.北方农牧交错带土地利用类型对土壤养分分布的 影响[J】.应用生态,2005,16(10):1849.1852. LIUQuanyou,TONGYiping.Effectsoflandusetypeonsoilnutrient distributioninnonhemagropastureecotonefJ]ChineseJournalof AppliedEcology,2005,16(1o):1849—1852,(inChinesewithEnglish abstract) [8]吴志祥,谢贵水,陶忠良,等.不同树龄橡胶树土壤有机碳含量与 储量特征[J】.热带作物,2009,3O(2):135—141. WUZhixiang,X/EGuishui,TAOZhongliang,etalCharacteristicsof soilorganiccarboninrubberplantationsatdifferentages[J].Chinese JournalofTropicalCrops,2009,30(2):135-141(inChinesewithEng- lishabstract) [9]鲍土旦主编.土壤农化分析[M1l第三版.北京:中国农业出版社, 2000:30.34. BAOShidanEdts.SoilAgriculturalChemicalStudy[M],The3rdedi— tion.Beijing:ChinaAgriculturePress,2000:30—34.(inChinese) [1O】中国土壤学会编.土壤农业化学分析方法[M]北京:中国农业科 技出版社,2000:147.149. SoilScienceSocietyofChinaEdts.MethodsofSoilAgricultural ChemicalStudy[M].Bering:ChinaAgricultureSciencesandTech- nologiesPress,2000:147-149.(inChinese) [1l】北京林学院土壤学[M】.北京:中国林业出版社,1982:56 BeringForestryCollegeEdts.Pedology[M].BeOing:ChineseFor- estryPress,1982:56(inChinese) [12]李文华.西藏森林[M].北京:科学出版社,1993:3-12, LIWenhau.TibetForest[M】.Beijing:SciencePress,1993:3-12(in Chinese) [13】ARROUAYSDominique,PELISSIERPhilippe.Modelingcarbon storageprofilesintemperateforesthumicloamysoilsofFrance[J]. SoilScience,1994,157(3):185-192. [14】高俊琴,欧阳华,白军红,等.若尔盖高寒湿地土壤活性有机碳垂 直分布特征[J】.水土保持,2006,20(1):76-79,86. GAOJunqin,OUYANGHua,BAIJunhong.Verticaldistribution characteristicsofsoillabileorganiccarboninRuoergaiwetland【J】. JournalofSoilandWaterConservation,2006,20(1):76-79,86.(in ChinesewithEnglishabstract) [15】吕国红,周莉,赵先丽,等.芦苇湿地土壤有机碳和全氮含量的垂 直分布特征fJ].应用生态,2006,l7(3):384-389. LUGuohong,ZHOULi,ZHAOXianli,eta1.Verticaldistributionof soilorganiccarbonandtotalnitrogeninreedwetland[J】.Chinese JournalofAppliedEcology,2006,17(3):384-389.(inChinesem Englishabstract) [16】MOORHEADDL,REYNOLDSJEAgeneralmodeloflitterdecom? positioninthenorthernChihuahuandesert[J].EcologicalModeling, 1991,56:197—219 [17]李忠佩,张桃林,陈碧云,等.红壤稻田土壤有机质的积累过程特 征分析.土壤,2003,40(3):344—352 LIZhongpei,ZHANGTaolin,CHENBiyun,eta1.Soilorganicmatter dynamicsinacultivationchronosequenceofpaddyfieldsinsubtropi— calChina[J].ActaPedologicaSinica,2003,4O(3):344-352.(inChi— nesewithEnglishabstract) [18】任书杰,曹明奎,陶波,等.陆地生态系统氮状态对碳循环的限制作 用研究进展[J].地理科学进展,2006,25(4):58-67. RENShujie,CAOMingkui,TAOBo,eta1.Theeffectofnitrogen limitationonterrestrialecosystemcarboncycle:areview.Progress inGeography,2006,25(4):58—67.(inChinesewithEnglishabstract) [19]盂磊,蔡祖聪,丁维新.长期施肥对土壤碳储量和作物固定碳的影 响[J].土壤,2005,42(5):769—776. MENGLei,CAIZucong,D1NGWeixin.Carboncontentsinsoilsand cropsasaffectedbylong—termfertilization[J]lActaPedologicaSinica, 2005,42(5):769-776.(inChinesewithEnglishabstract) [20]方晰,田大伦,项文化,等.杉木人工林土壤有机碳的垂直分布特 征[J]浙江林学院,2004,2l(4):418.423. FANGXi,TIANDalun,XIANGWenhua,eta1.Verticaldistributionof soilorganiccarboninCunninghamialanceolataplantation[J】.Journal ofZhejiangForestryCollege,2004,21(4):418-423(inChinesewith Englishabstract) [21】贾月慧,王天涛,杜睿.3种林地土壤碳和氮含量的变化[J].北京 农学院,2005,2O(3):63.66. JIAYuehui,WANGTiantao,DURei.Studyonvarietyofthecontent ofcarbonandnitrogenindifferenttypeofsoil明.JournalofBeijing A鲥culturalCollege,2005,20(3):63-66.(inChinesewithEnglishab— stract) [22]段文霞,朱波,刘锐,等.人工柳杉林生物量及其土壤碳动态分析 吴志祥等:海南儋州不同林龄橡胶林土壤碳和全氮特征1491 [J]北京林业大学,2007,29(2:55—59. DUANWenxia1,ZHUBe,LIURui,eta1.Biomassandsoilcarbon dynamicsinCryptomeriafortuneiplantations[J1.JournalofBeijing ForestryUniversity,2007,29(2):55—59(inChinesewithEnglishab— stract) [23]中国热带农业科学院,华南热带农业大学主编.中国热带作物栽培 学【M1.北京:中国农业出版社,1998:7. ChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences,SouthChina UniversityofTropicalAgricultureEdts.ChineseTropicalCropsCul— tivation[M].Beijing:ChinaAgriculturePress,1998:7. Characteristicsofsoilcarbonandtatalnitrogencontentsof rubberplantationsatdifferentagestagesinDanzhou,Hainanisland WUZhixiang,一,XIEGuishui?