王義祥，葉菁，王成己，翁伯琦，黃毅斌

福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，福建 福州 350013

不同經(jīng)營(yíng)年限對(duì)柑橘果園土壤有機(jī)碳及其組分的影響

王義祥，葉菁，王成己，翁伯琦*，黃毅斌*

福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，福建 福州 350013

土壤有機(jī)碳庫(kù)是全球碳循環(huán)的重要組成部分，其積累和分解的變化直接影響全球的碳平衡。果園是我國(guó)重要的土地利用類(lèi)型之一，果園面積占我國(guó)土地總面積的1.15%。因此，研究果園土壤有機(jī)碳庫(kù)的演變規(guī)律，對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的固碳潛力具有重要的科學(xué)意義。利用時(shí)空替代和物理、化學(xué)分組的方法比較研究不同經(jīng)營(yíng)年限對(duì)柑橘果園土壤有機(jī)碳庫(kù)及其組分的影響，旨為果園土壤固碳增匯機(jī)理研究提供科學(xué)依據(jù)。利用時(shí)空替代法和物理化學(xué)分組的方法比較研究經(jīng)營(yíng)年限對(duì)柑橘果園土壤有機(jī)碳庫(kù)及其組分的影響。結(jié)果表明：50年代柑橘果園0～20 cm和20～40 cm土層顆粒有機(jī)碳和輕組有機(jī)碳含量分別比80年代柑橘果園提高了9.6%和23.60%、2.57%和3.63%，其中對(duì)0～20 cm土層的影響顯著高于20～40 cm，說(shuō)明果園經(jīng)營(yíng)干擾對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響隨著土層的加深而降低。50年代柑橘果園0～20 cm土層土壤有機(jī)碳含量比80年代果園提高27.2%，可溶性有機(jī)碳提高20.1%，微生物生物量碳提高5.3%；50年代柑橘園0～100 cm土層有機(jī)碳儲(chǔ)量比80年代柑橘園提高30.3%，但50年代柑橘園的土壤顆粒有機(jī)碳、輕組有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳和微生物量碳占總有機(jī)碳的比率均低于80年代柑橘園，說(shuō)明當(dāng)種植年限超過(guò)30年后，隨著種植年限增加，果園土壤有機(jī)碳質(zhì)量存在退化的風(fēng)險(xiǎn)。

經(jīng)營(yíng)年限；柑橘果園；土壤；有機(jī)碳；組分

土壤有機(jī)碳的平衡狀況取決于每年有機(jī)碳的分解量與積累量之間的盈虧，而由有機(jī)碳的分解與轉(zhuǎn)化所構(gòu)成的土壤有機(jī)碳循環(huán)受許多因素影響，如溫度、水分、質(zhì)地、土壤微生物、耕作制度與耕作方式等（于君寶等，2004）。當(dāng)自然土壤經(jīng)墾殖后，其土壤有機(jī)碳的含量及其在土壤中的駐留時(shí)間等將受到很大的影響，而長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)耕作與管理，也使得土壤有機(jī)碳具有自己的變異特征（吳樂(lè)知和蔡祖聰，2007）。果園作為我國(guó)南方紅黃壤丘陵區(qū)重要的土地利用方式，土壤碳的輸入、輸出方式與農(nóng)田有明顯差異。葛璽祖（2011）對(duì)黃土高原南部溝壑區(qū)果園與農(nóng)田土壤有機(jī)碳差異的研究表明，果園的松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)有機(jī)碳高于農(nóng)田。目前已有一些土地利用方式變化和土壤管理措施，如生草、施肥等對(duì)果園土壤有機(jī)碳庫(kù)影響的研究，(Eduardo等，2011；翁伯琦等，2013；張林森等，2013)，但有關(guān)果園長(zhǎng)期利用過(guò)程中土壤有機(jī)碳庫(kù)的演變規(guī)律研究還少見(jiàn)報(bào)道。土壤活性有機(jī)碳是指在土壤中不穩(wěn)定、易氧化、分解、礦化，其形態(tài)和空間位置對(duì)植物和微生物有較高活性的那部分土壤碳素，通常利用顆粒有機(jī)碳、輕組有機(jī)碳、易氧化態(tài)有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳和微生物量有機(jī)碳等進(jìn)行表征。土壤活性有機(jī)碳雖然只占土壤有機(jī)碳的較小部分，但它對(duì)植物養(yǎng)分供應(yīng)有最直接的作用，可以靈敏地反應(yīng)不同技術(shù)措施對(duì)土壤碳庫(kù)和潛在生產(chǎn)力的影響，指示土壤有機(jī)質(zhì)的早期變化（Blair等，1995）。故此，本研究采用時(shí)空替代法比較研究不同經(jīng)營(yíng)年限條件下果園土壤有機(jī)碳庫(kù)及其組分的變化，旨為果園土壤固碳增匯機(jī)理研究和合理經(jīng)營(yíng)措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地選擇

試驗(yàn)地位于永春縣猛虎柑橘場(chǎng)內(nèi)，屬亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候，年平均溫度18.5 ℃，年降雨量1700～1800 mm。猛虎柑橘場(chǎng)原為1953年印尼歸國(guó)華僑尤揚(yáng)祖在達(dá)埔鄉(xiāng)創(chuàng)辦的猛虎華僑墾殖場(chǎng)。1954年春建植0.27 hm2蘆柑，為福建省建植最早的永春蘆柑。1978年，更名為永春縣猛虎柑桔場(chǎng)，占地總面積36.67 hm2，其中柑橘面積31.67 hm2。本研究在供試果園的相鄰近區(qū)域選取20世紀(jì)50年代和80年代建植的兩個(gè)蘆柑（Citrus reticulate Blanco）果園作為試驗(yàn)地，其地形、成土母質(zhì)及土壤類(lèi)型等條件基本一致，坡向東南，坡度為20°，成土母質(zhì)為花崗巖坡積物，土壤類(lèi)型為赤紅壤。每年或隔年對(duì)果園0～20 cm的表層土壤進(jìn)行中耕翻土，每公頃年施純氮1275 kg，其中有機(jī)氮平均占施氮量的17%。2010年兩個(gè)試驗(yàn)地土壤的基本理化性狀見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地土壤基本理化性狀表1 The basic physical and chemical properties of the experimental soil

1.2 土壤取樣

于2010年3月下旬分別在2個(gè)種植年限的試驗(yàn)地內(nèi)設(shè)立3個(gè)20 m × 20 m樣區(qū)，研究樣區(qū)按照鄰近原則進(jìn)行布置。在每個(gè)樣區(qū)按S形布設(shè)取樣點(diǎn)5個(gè)，挖取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 5個(gè)層次的土壤剖面，分不同層次采集土壤，用環(huán)刀法采樣并測(cè)定土壤容重。將每個(gè)樣區(qū)不同層次的5個(gè)樣點(diǎn)樣品混合均勻，采用多點(diǎn)采集方法形成混合樣品，樣品過(guò)2 mm篩，去除石礫和根系。一份鮮樣置于冰箱內(nèi)4 ℃保存，供土壤水溶性有機(jī)碳、微生物量碳的測(cè)定；另一份風(fēng)干后，過(guò)0.25 mm篩分別用于土壤有機(jī)碳、易氧化碳、顆粒有機(jī)碳、輕組有機(jī)碳和土壤理化性狀分析。

1.3 測(cè)定內(nèi)容與方法

土壤顆粒有機(jī)碳（(Particle Organic Carbon，POC）的測(cè)定按照Franzluebbers和Stuedemann（2002）的方法，通過(guò)濕篩法獲得53～2000 μm的顆粒組分；土壤輕組有機(jī)碳(Light fraction organic carbon，LFOC)測(cè)定參照Besnard等（1996）的相對(duì)密度分組法，所用重液是密度為1.7 g·cm-3的NaI溶液。土壤水溶性有機(jī)碳（Dissolved Organic Carbon，DOC）分析用Ghani等（2003）的方法，土壤微生物生物量碳（Microbial Biomass Carbon, MBC）測(cè)定采用氯仿熏蒸－K2SO4浸提法（魯如坤，2000）。浸提液有機(jī)碳濃度用島津TOC-VCPH儀測(cè)定，土壤有機(jī)碳測(cè)定采用重鉻酸鉀－外加熱法（鮑士旦，1999）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算處理及差異顯著性檢驗(yàn)和相關(guān)性分析，多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果分析

2.1 柑橘園土壤有機(jī)碳含量變化

土壤有機(jī)碳含量取決于有機(jī)物料輸入與輸出之間的平衡，而氣候特點(diǎn)、土壤性質(zhì)以及耕作方式的差異，均會(huì)導(dǎo)致土層內(nèi)有機(jī)碳含量的大小及分布。由圖1可以看出，20世紀(jì)50年代建植的柑橘園不同土層的有機(jī)碳含量均高于80年代建植的柑橘園；其中50年代建植柑橘園0～20 cm土層有機(jī)碳含量比80年代的高27.19%，且差異達(dá)到顯著水平。除0～20 cm和80～100 cm土層外，50年代和80年代柑橘園其它土層間有機(jī)碳含量的差異不顯著，表明經(jīng)營(yíng)年限的提高可不同程度地促進(jìn)果園土壤有機(jī)碳的積累。就垂直分布而言，50年代和80年代柑橘園的有機(jī)碳含量隨著土層深度變化均呈相似的變化規(guī)律，即隨土層的加深呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)，60 cm土層處為土壤有機(jī)碳含量變化的拐點(diǎn)。

圖1 不同經(jīng)營(yíng)年限柑橘園土壤總有機(jī)碳含量Fig. 1 Total organic carbon contents in orchard soils under diferent reclamation periods

2.2 柑橘園土壤有機(jī)碳密度的變化

由圖2可以看出，50年代和80年代柑橘園土壤有機(jī)碳密度隨土層的加深也呈先減后增的變化趨勢(shì)。其中50年柑橘園土壤有機(jī)碳密度以80～100 cm土層最高，且與其它土層間的差異達(dá)到顯著水平；而80年代柑橘園以0～20 cm土層最高，其次為80～100 cm土層，但0～20 cm和80～100 cm土層間的差異不顯著。圖2還表明，50年代柑橘園不同土層的土壤有機(jī)碳密度均顯著高于80年代果園，比80年代柑橘園土壤有機(jī)碳密度高15.08%～49.29%。50年代柑橘園0～100 cm土層的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量比80年代柑橘園提高30.30%，且差異達(dá)顯著水平。

2.3 柑橘園土壤顆粒有機(jī)碳的變化

圖2 不同經(jīng)營(yíng)年限柑橘園土壤有機(jī)碳密度Fig. 2 Organic carbon density in orchard soils under diferent reclamation periods

顆粒有機(jī)碳（Particulate organic carbon，POC）為砂粒（2000～53 μm）有機(jī)碳。由圖3可知，20世紀(jì)50年代和80年代柑橘園0～20 cm土層土壤顆粒有機(jī)碳含量分別比20～40 cm土層增加64.5%和75.8%，上下層之間的土壤顆粒有機(jī)碳含量差異性均達(dá)顯著水平，表現(xiàn)出隨著土層加深而降低的變化規(guī)律。就經(jīng)營(yíng)年限的影響而言，50年代柑橘園0～20 cm和20～40 cm土層的土壤顆粒有機(jī)碳含量分別比80年代柑橘園相應(yīng)土層提高9.6%和2.6%，但兩者間的差異未達(dá)顯著水平。POC/土壤有機(jī)碳（SOC）值可在一定程度上反映土壤有機(jī)碳的質(zhì)量和穩(wěn)定程度。一般認(rèn)為，POC/SOC值大，表明土壤有機(jī)碳較易礦化、周轉(zhuǎn)期較短或活性高，POC/SOC值小則表明土壤有機(jī)碳較穩(wěn)定，不易被生物所利用。由圖4可以看出，50年代柑橘園POC/SOC均隨著土層的加深而減小，其中0～20 cm土層50年代柑橘園土壤POC/SOC比80年代柑橘園的降低19.4%，兩者間的差異達(dá)顯著水平；20～40 cm土層50年代柑橘園土壤POC/SOC比80年代柑橘園的降低1.6%，但兩者之間差異未達(dá)顯著水平，表明隨著經(jīng)營(yíng)時(shí)限的延長(zhǎng)，果園土壤POC/SOC下降，土壤大團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)向細(xì)小顆粒轉(zhuǎn)變，粉砂粒和黏粒增多，其固持的有機(jī)碳含量增加，土壤有機(jī)碳較穩(wěn)定，不易被生物所利用。

圖3 不同經(jīng)營(yíng)年限柑橘園土壤顆粒有機(jī)碳含量Fig. 3 POC contents of orchard soils under different tillage periods

圖4 不同經(jīng)營(yíng)年限柑橘園土壤顆粒有機(jī)碳和輕組有機(jī)碳占土壤有機(jī)碳的比例Fig. 4 POC/SOC and LFOC/SOC in orchard soils under different tillage periods

2.4 柑橘園土壤輕組有機(jī)碳的變化

輕組有機(jī)碳（Light fraction organic carbon，LFOC）介于動(dòng)植物殘?bào)w和腐殖化有機(jī)質(zhì)之間的有機(jī)碳庫(kù)，是土壤不穩(wěn)定有機(jī)碳庫(kù)的重要組成（Christensen，2001）。由圖5可知，20世紀(jì)50年代柑橘園0～20 cm土層輕組有機(jī)碳含量比80年代果園增加23.6%，差異性未達(dá)顯著水平；20～40 cm土層則比80年代果園增加3.6%，表現(xiàn)為隨著經(jīng)營(yíng)年限的增加，輕組有機(jī)碳含量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。就土層變化而言，50年代和80年代柑橘園0～20 cm土層輕組有機(jī)碳含量分別比20～40 cm土層增加了35.5%和14.0%，差異性達(dá)顯著水平，表現(xiàn)為隨土層深度的增加，輕組有機(jī)碳含量降低的趨勢(shì)。就輕組有機(jī)碳占總有機(jī)碳的比例而言，50年代和80年代柑橘園土壤LFOC/SOC均隨著土層的加深而降低（圖4），其中50年代柑橘園0～20 cm和20～40 cm土層土壤LFOC/SOC分別比80年代柑橘園降低了4.4%和3.1%，說(shuō)明隨著經(jīng)營(yíng)年限的增加，由于有機(jī)肥和凋落物的輸入，導(dǎo)致歸還果園土壤的動(dòng)植物殘?bào)w和腐殖化物質(zhì)增加，土壤有機(jī)碳含量增加，但伴隨著干擾活動(dòng)的加劇，果園土壤活性有機(jī)碳逐漸被分解礦化，土壤非保護(hù)性碳庫(kù)的比例降低，而惰性或者緩效性有機(jī)碳的比例則增加。

圖5 不同經(jīng)營(yíng)年限柑橘園土壤輕組有機(jī)碳含量Fig. 5 LFOC contents of orchard soils under different tillage period

2.5 柑橘園土壤可溶性有機(jī)碳的變化

土壤水溶性有機(jī)碳（Dissolved organic carbon, DOC）作為生物活性有機(jī)碳容易被土壤微生物分解，雖然它只占土壤有機(jī)碳的較小部分，卻在維持土壤養(yǎng)分和生物學(xué)肥力方面發(fā)揮著重要作用（Jandl和Sollins，1997）。由圖6可知，20世紀(jì)50年代和80年代柑橘園土壤可溶性有機(jī)碳含量均隨著土層的加深而減少；其中50年代柑橘園0～20 cm土層土壤可溶性有機(jī)碳含量比20～40 cm土層高20.1%，但差異性未達(dá)顯著水平；80年代柑橘園0～20 cm土層比20～40 cm土層高16.9%，但差異性未達(dá)顯著水平。就不同經(jīng)營(yíng)年限比較而言，50年代柑橘園0～20 cm和20～40 cm土層可溶性有機(jī)碳含量分別比80年代柑橘園增加7.80%和4.92%，表現(xiàn)為隨著經(jīng)營(yíng)年限的增加土壤可溶性有機(jī)碳含量呈增加的趨勢(shì)，但兩者間的差異不顯著。土壤中活性碳庫(kù)占總有機(jī)碳的百分比可以反映土壤有機(jī)碳的質(zhì)量（倪進(jìn)治等，2001）。從可溶性有機(jī)碳占總有機(jī)碳的比例可以看出（圖7），0～20 cm和20～40 cm土層50年代柑橘園土壤可溶性有機(jī)碳占總有機(jī)碳的比例分別比80年代柑橘園降低18.0%和3.3%，說(shuō)明隨著經(jīng)營(yíng)年限的增加，土壤有機(jī)碳的質(zhì)量降低。由圖7還可以看出，50年代和80年代柑橘園0～20 cm土層DOC/SOC分別比20～40 cm土層高7.4%和6.4%，表現(xiàn)為隨土層加深DOC/SOC呈降低的趨勢(shì)，差異性達(dá)顯著水平。

圖6 不同經(jīng)營(yíng)年限柑橘園土壤可溶性有機(jī)碳含量Fig. 6 DOC contents of orchard soils under different tillage periods

圖7 不同經(jīng)營(yíng)年限柑橘園土壤可溶性有機(jī)碳占土壤有機(jī)碳的比例Fig. 7 DOC/SOC in orchard soils under different tillage periods s

2.6 柑橘園土壤微生物量碳的變化

微生物量碳（Microbial biomass carbon，MBC）作為土壤活性碳的表征指標(biāo)，可以反映出土壤能量循環(huán)、養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移和運(yùn)輸狀況，同時(shí)也是土壤有效碳庫(kù)的重要組成部分（Kandeler等，1999）。由圖8可以看出，隨著經(jīng)營(yíng)時(shí)間的延長(zhǎng)，柑橘園土壤微生物量碳含量呈上升趨勢(shì)，其中50年代柑橘園0～20 cm和20～40 cm土層微生物量碳含量分別比80年代柑橘園提高5.3%和2.6%，但兩者間的差異不顯著，這與土壤有機(jī)碳含量的變化規(guī)律相一致。就土層變化而言，50年代和80年代柑橘園0～20 cm微生物量碳含量均高于20～40 cm土層，但兩土層間的差異也均不顯著。土壤微生物量碳/全碳也稱為微生物墑，是土壤碳庫(kù)質(zhì)量的敏感指示因子，可以推斷碳素有效性（戴慧，2007）。由圖9可以看出，50年代和80年代柑橘園微生物量碳占土壤有機(jī)碳的比例均隨著土層深度的加深而降低，其中50年代柑橘園0～20 cm土層微生物量碳占土壤有機(jī)碳的比例相對(duì)80年代柑橘園下降了17.93%，且兩者間的差異性達(dá)到顯著水平，表明隨著經(jīng)營(yíng)年限的增長(zhǎng)，柑橘園土壤有機(jī)碳質(zhì)量存在退化的風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 不同經(jīng)營(yíng)年限柑橘園土壤微生物量碳含量Fig. 8 MBC contents of orchard soils under different tillage period

圖9 不同經(jīng)營(yíng)年限柑橘園土壤微生物量碳占土壤有機(jī)碳的比例Fig. 9 MBC/SOC in orchard soils under different tillage period

3 討論

土壤有機(jī)碳的積累與新鮮有機(jī)物的輸入和土壤管理方式密切相關(guān)。果園經(jīng)營(yíng)過(guò)程中人為干擾，如施肥、除草、修剪以及間作套種等，均引起果園土壤有機(jī)碳貯存狀況的改變。已有研究表明，在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，長(zhǎng)期施用化肥條件下，土壤有機(jī)碳的含量可以得到維持或提高，增施有機(jī)肥會(huì)顯著提高土壤有機(jī)碳的含量（Drury等，1998）。但在果園生態(tài)系統(tǒng)中，土壤有機(jī)碳含量的演變有不同的報(bào)道。甘卓亭等（2010）研究認(rèn)為，在長(zhǎng)期的果園利用過(guò)程中，果園固碳量在不同的年齡期存在差異，從5、10年到15年果園SOC逐步增加，而15年到20年減?。欢重?cái)?shù)龋?010）對(duì)種植年限分別為9、20和31年臍橙果園的調(diào)查表明，隨著種植年限的增加，土壤有機(jī)碳含量呈增加的趨勢(shì)。本研究結(jié)果表明，50年代柑橘園土壤有機(jī)碳含量高于80年代柑橘園，表現(xiàn)為隨著經(jīng)營(yíng)年限增加，土壤有機(jī)碳含量呈增加的趨勢(shì)，這是由于隨著經(jīng)營(yíng)年限的延長(zhǎng)，以凋落物和有機(jī)肥形式輸入的碳素除了部分被植物吸收或分解進(jìn)入大氣外，更多的有機(jī)碳逐漸在土壤中累積下來(lái)，同時(shí)也說(shuō)明本試驗(yàn)條件下的經(jīng)營(yíng)模式有利于提高果園土壤的碳匯功能。

土壤活性有機(jī)碳系指土壤中不穩(wěn)定、易氧化和礦化、其形態(tài)和空間位置對(duì)植物和微生物有較高活性的土壤碳素。許多研究認(rèn)為，輕組有機(jī)碳或顆粒有機(jī)碳對(duì)土壤耕作比較敏感，是反映在不同農(nóng)田管理措施下土壤質(zhì)量變化較好的指標(biāo)，對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)耕作影響土壤碳過(guò)程具有重要意義（Chan等，2002）。楊長(zhǎng)明等（2006）研究表明，與傳統(tǒng)小麥-玉米農(nóng)田土壤相比較，果園土壤活性有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳、輕組有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳的含量分別提高了104.3%、124.6%、136.4%和106.4%。本研究結(jié)果表明，20世紀(jì)50年代果園0～20 cm和20～40 cm土層顆粒有機(jī)碳和輕組有機(jī)碳含量分別比80年代果園提高了9.6%和23.60%、2.57%和3.63%，其中對(duì)0～20 cm土層的影響顯著高于20～40 cm，說(shuō)明果園經(jīng)營(yíng)干擾對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響主要體現(xiàn)在表層（蔡立群等，2000）。Sampson和Scholes（2000）通過(guò)數(shù)據(jù)收集計(jì)算得出，任何一個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的耕作方式改變，在前20年中土壤碳都以穩(wěn)定的速率積累，后20年碳積累速率成直線下滑，最終達(dá)到一個(gè)碳積累速率為零的另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。本研究中50年代和80年代兩種果園間的差異不顯著，可能是由于兩個(gè)年代果園的經(jīng)營(yíng)年限均超過(guò)了20年，土壤有機(jī)碳的積累已經(jīng)處于一種較穩(wěn)定狀態(tài)。本研究結(jié)果還表明，50年代柑橘園0～20 cm土層POC/SOC、LFOC/SOC和DOC/SOC分別比80年代柑橘園降低了19.4%、4.4%和18.0%，說(shuō)明隨著經(jīng)營(yíng)年限的延長(zhǎng)，以凋落物和有機(jī)肥形式輸入土壤的碳素除滿足植被自身生長(zhǎng)的需要外，大部分以非活性形態(tài)貯存下來(lái)。

許多研究認(rèn)為，土壤微生物的生物量、土壤呼吸等生物特性比土壤有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分含量等其他理化性狀能更敏感地對(duì)土壤質(zhì)量的變化做出響應(yīng)（Dilly和 Munch，1996）。土壤微生物的生物量既是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與循環(huán)的動(dòng)力，又是土壤中植物有效養(yǎng)分的儲(chǔ)備庫(kù)，能更靈敏地反映環(huán)境因子、經(jīng)營(yíng)模式和生態(tài)功能的變化（張成娥等，2002）。周?chē)?guó)模等（2006）和鄔奇峰等（2005）的研究表明，集約經(jīng)營(yíng)過(guò)程中隨著經(jīng)營(yíng)年限的增加，毛竹林和板栗園的土壤微生物量碳含量均有不同程度地降低。本研究結(jié)果表明，隨著經(jīng)營(yíng)時(shí)間的延長(zhǎng)，柑橘園土壤微生物量碳含量則呈上升趨勢(shì)，這與不同利用方式及其經(jīng)營(yíng)管理的年限和措施不同有關(guān)。果園經(jīng)營(yíng)過(guò)程中通過(guò)有機(jī)肥投入有利于土壤有機(jī)碳的積累，而集約化毛竹林和板栗園經(jīng)營(yíng)因大量施用化肥導(dǎo)致土壤有機(jī)碳損耗加劇。許多學(xué)者認(rèn)為，土壤微生物熵是衡量一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳積累或損失的一個(gè)重要指標(biāo)，比值越大，則說(shuō)明有機(jī)碳周轉(zhuǎn)速率越快（Tarafdar等，2001）。據(jù)Zeller等（2001）研究報(bào)道，土壤微生物熵值為0.27%～7.00%。本研究50年代和80年代柑橘園土壤微生物熵值為5.37%～6.55%，均處于Zeller報(bào)道的范圍之內(nèi)。另外，50年代柑橘園微生物熵值比80年代柑橘園的降低6.6%～17.19%。郭恢財(cái)?shù)葘?duì)臍橙園土壤酶活性的研究也表明，種植20年的臍橙果園土壤酶活性高于31年的臍橙果園（郭恢財(cái)?shù)龋?010），說(shuō)明果園經(jīng)營(yíng)超過(guò)一定時(shí)限后，隨著經(jīng)營(yíng)年限的延長(zhǎng)，果園土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)速率變慢，表現(xiàn)為有利于土壤有機(jī)碳的積累。

4 結(jié)論

1）50年代柑橘果園不同土層的土壤有機(jī)碳含量和碳密度均高于80年代柑橘果園，表現(xiàn)為土壤有機(jī)碳隨著經(jīng)營(yíng)年限延長(zhǎng)而增加的趨勢(shì)，這是果園經(jīng)營(yíng)過(guò)程中來(lái)自凋落物和有機(jī)肥等的外源碳素輸入而在果園土壤中逐漸累積的結(jié)果。

2）20世紀(jì)50年代柑橘園土壤顆粒有機(jī)碳（POC）、輕組有機(jī)碳（LFOC）、可溶性有機(jī)碳（DOC）和微生物量碳（MBC）含量均高于80年代柑橘園，表現(xiàn)為隨著經(jīng)營(yíng)年限的增長(zhǎng)，土壤活性有機(jī)碳含量增加；但50年代柑橘園POC/SOC、LFOC/SOC、DOC/SOC和MBC/SOC均低于80年代柑橘園，說(shuō)明隨著種植年限的增加，果園土壤有機(jī)碳質(zhì)量存在退化的風(fēng)險(xiǎn)。

Besnard E, Chenu C, Balesdent J, et al. 1996. Fate of particulate organic matter in soil aggregates during cultivation[J]. European Journal of Soil Science, 47: 495-503.

Blair G J, Lefroy RDB, Lisle L. 1995. Soil carbon fractions based on the degree of oxidation and the development of a carbon management index for agricultural systems[J]. Australian Journal of Agricultural Research, 46: 1459-1466.

Chan K Y, Heenan D P, Oates A. 2002. Soil carbon fractions and relationship to soil quality under different tillage and stubble management[J]. Soil and Tillage Research, 63(3/4): 133-139.

Christensen, B T. 2001. Physical fractionation of soil and structural and functional complexity in organic matter turnover[J]. European Journal of Soil Science, 52: 345-353.

Dilly O，Munch J C．1996. Microbial biomass content，basal respiration and enzyme activities during the course of decomposition of leaf litter in a black alder (Alnus glutinosa (L.) Gaertn) forest．Soil Biology and Biochemistry, 28: 1073-1081．

Drury C F, Oloya T O, Mckenney D J, et al. 1998. Long-term effects of fertilization and rotation on denitrification and soil carbon[J]. Soil Science Society of America Journal, 62: 1572-1579.

Eduardo S. Matos, Dirk Freese, Eduardo S. Mendonca, et al. 2011. Carbon, nitrogen and organic C fractions in topsoil affected by conversion from silvopastoral to different land use systems[J]. Agroforest System, 81: 203-211.

Franzluebbers A J, Stuedemann J A. 2002. Particulate and non particulate fractions of soil organic carbon under pastures in the Southern Piedmont US[J]. Environmental Pollution, 116: 53-62.

Ghani A, Dexter M, Perrott K W. 2003. Hot-water extractable carbon in soils: a sensitive measurement for determining impacts of fertilization, grazing and cultivation[J]. Soil Biology & Biochemistry, 35: 1231-1243．

Jandl R, Sollins P. 1997. Water extractable soil carbon in relation to the belowground carbon cycle[J]. Biology and Fertility of Soils, 25: 196-201.

Kandeler E, Tscherko D, Spiegel H. 1999. Long-term monitoring of a microbial biomass, N mineralization and enzyme activities of a Chernozem under different tillage management. Biology and Fertility of Soils, 28: 343-351.

Sampson R N, Scholes R J. 2000. Additional human-induced activities//Land Use, Land-Use Change, and Forestry. UK: Cambridge University Press.

Tarafdar J C, Meena S C, Kathju S. 2001. Influence of straw size on activity and biomass of soil microorganisms during decomposing [J]. European Journal of Soil Biology, 37: 157-160.

Zeller V, Bardgett R D, Tappeiner U. 2001. Site and management effects on soil microbial properties of subalpine meadows: A study of land abandonment along a north-south gradient in the European Alps[J]. Soil Biology & Biochemistry, 33: 639-649.

鮑士旦. 1999. 土壤農(nóng)化分析[M]．北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社．

蔡立群, 齊鵬, 張仁陟, 等. 2009. 不同保護(hù)性耕作措施對(duì)麥-豆輪作土壤有機(jī)碳庫(kù)的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 17(1): 1-6.

戴慧. 2007. 天童地區(qū)不同土地利用類(lèi)型土壤的碳庫(kù)特征[D]. 華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文: 16.

甘卓亭, 張掌權(quán), 陳靜, 等. 2010. 黃土塬區(qū)蘋(píng)果園土壤有機(jī)碳分布特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 30(8): 2135-2140.

葛璽祖. 2011. 黃土高原南部溝壑區(qū)果園與農(nóng)田土壤有機(jī)碳的差異研究[D]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)碩士學(xué)位論文.

郭恢財(cái), 廖鵬飛, 陳伏生. 2010. 臍橙果園土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)與酶活性的季節(jié)變化[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 29(4): 754-759.

魯如坤. 2000. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析法[M]．北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社: 231-232．

倪進(jìn)治, 徐建民, 謝正苗. 2001. 土壤生物活性有機(jī)碳庫(kù)及其表征指標(biāo)的研究[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 7(1):56-63.

翁伯琦, 王義祥, 黃毅斌, 等. 2013. 生草栽培下果園土壤固碳潛力研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 22(6): 931-934.

鄔奇峰，姜培坤，王紀(jì)杰, 等. 2005. 板栗林集約經(jīng)營(yíng)過(guò)程中土壤活性碳演變規(guī)律研究[J]. 浙江林業(yè)科技, 25(5): 7-16.

吳樂(lè)知, 蔡祖聰. 2007. 農(nóng)業(yè)開(kāi)墾對(duì)中國(guó)土壤有機(jī)碳的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 21(6): 118-121, 134.

楊長(zhǎng)明, 歐陽(yáng)竹, 楊林章, 等. 2006. 農(nóng)業(yè)土地利用方式對(duì)華北平原土壤有機(jī)碳組分和團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 26(12): 4148-4155.

于君寶, 劉景雙, 王金達(dá), 等. 2004. 不同開(kāi)墾年限黑土有機(jī)碳變化規(guī)律[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 18(1): 27-30.

張成娥, 梁銀麗, 賀秀斌. 2002. 地膜覆蓋玉米對(duì)土壤微生物量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 22(4): 508-512.

張林森, 劉富庭, 張永旺, 等. 2013. 不同覆蓋方式對(duì)黃土高原地區(qū)蘋(píng)果園土壤有機(jī)碳組分及微生物的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 46(15): 3180-3190.

周?chē)?guó)模 徐建明 吳家森, 等. 2006. 毛竹林集約經(jīng)營(yíng)過(guò)程中土壤活性有機(jī)碳庫(kù)的演變[J]. 林業(yè)科學(xué), 42(6): 124-128.

Effect of Different Cultivation Years on Soil Organic Carbon Pools in Citrus Orchards

WANG Yixiang, YE Jing, WANG Chengji, WENG Boqi*, HUANG Yibin*

Institute of Agricultural Ecology, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013, China

Soil organic carbon is an important component of the global carbon cycle，and it has direct effects on the global carbon balance. Orchard is an important part of the landscape land, the area of which accounts for 1.15% of the total land area in China. To study the dynamic of soil organic carbon stock in orchard，would provide an important scientific basis to accurately evaluate carbon sequestration potential of terrestrial ecosystems. Effect of different cultivation years on soil stable organic carbon pools and fractions in Citrus orchard was investigated to elucidate the mechanism responsible for orchard soil carbon sequestration using the temporal-spatial substitution and physical and chemical fractionation methods. The results showed that the particle organic carbon content of 60’ citrus orchards in the 0～20 cm and 20～40 cm soil layers increased by 9.6% and 2.57% than those of 30’ citrus orchards, respectively, the light fraction organic carbon content increased by 23.6% and 3.63%, respectively. The variation of labile organic carbon in the 0～20 cm soil layer was significantly higher than that of the 20～40 cm soil layer. It indicated that the effect of orchard management on labile soil organic carbon decreased with the increase of soil layer depth. The results also showed that the 60' s citrus orchard compared with 30's citrus orchard citrus orchard, the content of organic carbon in the 0～20 cm soil layer increased by 27.%, dissolved organic carbon content increased by 20.1%, microbial biomass carbon content increased by 5.3%. Soil organic carbon storage of 60's citrus orchard in 0～100 cm soil layer increased 30.30% more than that of 30's citrus orchard. Compared with 30's citrus orchard, soil particulate organic carbon, light fraction organic carbon, dissolved organic carbon and microbial biomass carbon in the ratio of total organic carbon in 60's citrus orchard were all lower. It showed that more than 30 years after planting period, there is degradation risk of soil organic carbon quality with the increasing of growing years.

cultivation years; citrus orchard; soil; organic carbon; fractions

S153.6

A

1674-5906（2014）10-1574-07

王義祥，葉菁，王成己，翁伯琦，黃毅斌. 不同經(jīng)營(yíng)年限對(duì)柑橘果園土壤有機(jī)碳及其組分的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(10): 1574-1580.

WANG Yixiang, YE Jing, WANG Chengji, WENG Boqi, HUANG Yibin. Effect of different cultivation years on soil organic carbon pools in citrus orchards [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(10): 1574-1580.

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2012BAD14B15；2012BAD14B03）；福建省科技廳公益類(lèi)項(xiàng)目（2014R1101013-3）；農(nóng)業(yè)部福州農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站項(xiàng)目

王義祥（1978年生），男，副研究員，主要從事土壤碳氮循環(huán)研究。E-mail: sd_wolong@163.com

*通信作者：翁伯琦，E-mail: wengboqi@163.com；黃毅斌，ecohyb@163.com

2014-07-02