史進納 蔣代華 肖斌 黃位權(quán) 梁小迪

摘 要 以廣西國營廣西東門林場雷卡分場內(nèi)不同連栽代次桉樹人工林為試驗地，以當?shù)氐湫偷拇紊帧R尾松林為對照林，采用“時空替代法”采集3代完整代次的桉樹人工林土壤，分析了不同代次桉樹林及對照林馬尾松林土壤有機碳及組分的演變特征。結(jié)果表明：（1）桉樹林地土壤有機碳、易氧化碳、穩(wěn)定態(tài)碳、胡敏酸碳、胡敏素碳等均隨著代次的增加而呈現(xiàn)先增加后減小再增加的趨勢，富里酸碳則呈現(xiàn)增加的趨勢；（2）桉樹林替代馬尾松林后，林地土壤有機碳及其穩(wěn)定性（Kos）增加，表明土壤有機碳的穩(wěn)定性有增強的趨勢。

關(guān)鍵詞 桉樹；連栽代次；有機碳

中圖分類號 S155.48 文獻標識碼 A

桉樹（Eucalyptus spp.）作為速生樹種在世界上百個國家和地區(qū)均有栽培， 成為全球種植最廣泛的闊葉樹種之一[1]。目前，全球桉樹人工林面積達2 000萬hm2，在中國已突破300多萬hm2，廣西是中國桉樹種植面積最大的省份，已接近164.7萬hm2[2]。桉樹種植及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展促進了當?shù)亟?jīng)濟的繁榮，同時，也引發(fā)了大面積種植桉樹帶來的生態(tài)環(huán)境問題的爭議，如土壤質(zhì)量退化、生物多樣性下降、區(qū)域生態(tài)環(huán)境功能退化等[3]。土壤是森林系統(tǒng)的重要組成，對維持林地生態(tài)系統(tǒng)功能和林地生產(chǎn)力的可持續(xù)性發(fā)揮著不可替代的重要作用。土壤質(zhì)量是區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的重要組成部分，而土壤有機碳及其組分的演變是評估土壤質(zhì)量是否退化的核心內(nèi)容，涉及到溫室氣體的排放和區(qū)域碳的平衡[4]。然而，以往對桉樹林土壤有機碳的研究主要集中于桉樹林土壤有機碳含量（庫儲量）及其密度[5-6]、桉樹林與其它幾種人工林土壤有機碳含量比較[7]、桉樹林及其混交林土壤有機碳含量及碳庫儲量等[8]，很少有涉及到多代連栽桉樹林土壤，尤其是不同組分有機碳及其變化特征的系統(tǒng)研究。本研究主要根據(jù)有機碳在土壤中分解的難易程度和溶解性等反映其穩(wěn)定性的因素，將其分為易氧化碳（土壤活性碳）、穩(wěn)定態(tài)碳（難氧化態(tài)碳）、腐殖質(zhì)碳及胡敏酸碳、富里酸碳、胡敏素碳等組分，對中國廣西（典型桉樹種植區(qū)）3個完整連栽代次的桉樹人工林土壤有機碳及其組分的演變特征進行研究，具有較強的代表性。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗林地設(shè)置在國營廣西東門林場雷卡分場。該林場位于廣西崇左市，地處東經(jīng)107°3′～108°6′，北緯22°11′～22°57′之間，屬南亞熱帶濕潤季風區(qū)，地帶性土壤為赤紅壤。原生地帶性植被為季雨林，由于受人類長期活動的影響，原生植被已不存在，退化為以桃金娘、余甘子等為主的熱帶性灌草叢植被；次生植被主要為酸性土指示植物——馬尾松林。隨著人工林的發(fā)展，桉樹、馬尾松和濕地松等已成為實驗區(qū)主要的森林植被。

場內(nèi)桉樹實驗林連栽代次完整，立地條件相似。本研究中，第1代林地造林前為1974年營造的馬尾松林；第2代林地是在1990年種植了1代桉樹的基礎(chǔ)上種植；第3代林是在1990年種植了2代桉樹的基礎(chǔ)上種植。造林時每株施基肥0.5 kg，每年追肥2次，每公頃共施的N、P、K分別為200、150、100 kg，連續(xù)追肥2 a。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤取樣方法 根據(jù)時空替代法[9]，在某一區(qū)域內(nèi)同一時間段不同代次的樣地代表著不同演替時間的群落，利用這些群落特征來分析演替過程中多樣性的變化。選擇林場內(nèi)立地條件基本一致的3個連栽代次桉樹人工林（一代林G1、二代林G2、三代林G3）及對照林馬尾松林（G0），在各林地選擇有代表性的樣地按“S”形設(shè)置6個采樣點，共計24個采樣點。在每點取樣時先除去表面凋落物后挖取80 cm深的土壤剖面，按0～15、15～30、30～60、60～80 cm分層采樣；然后將相同層次土樣混合均勻，采用四分法取1 kg左右；將土樣帶回室內(nèi)自然風干，磨碎過l mm、0.149 mm篩，用于測定土壤的養(yǎng)分含量和土壤有機碳及其組分。采樣時間分別為2012年9月、11月及2013年1月、3月、5月、7月。

1.2.2 土壤樣品分析項目及方法 土壤有機碳：重鉻酸鉀外加熱法；土壤易氧化碳/穩(wěn)定態(tài)碳：重鉻酸鉀氧化法；土壤腐殖質(zhì)：焦磷酸鈉浸提-重鉻酸鉀氧化法。

氧化穩(wěn)定常數(shù)（Kos）=（有機質(zhì)含量-易氧化有機質(zhì)含量）/易氧化有機質(zhì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理均在Excel和SAS軟件上完成。采用單因素方差分析（one-way ANOVA）和新復(fù)極差法（SSR）比較不同數(shù)據(jù)組間的差異，顯著性水平設(shè)定為p=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連栽代次桉樹林土壤有機碳含量及其垂直分布特征

由表1可知，不同林地土壤有機碳（SOC）含量均隨著土壤深度的增加而減小，且各土層之間含量差異顯著（p<0.05），其中在0～30 cm土層間，土壤有機碳含量下降幅度較大，30 cm土層以下土壤有機碳含量變化趨勢相對平緩，可見土壤深度對有機碳含量具有顯著的影響，且土壤有機碳具有較明顯的表聚性。在桉樹林地中，各土層土壤有機碳含量總體上隨著連栽代次的增加而表現(xiàn)為先增加后減小再增加，且其含量存在一定的差異性。說明桉樹林替代馬尾松林后，土壤有機碳在一定程度上有所提高，這也說明桉樹林具有一定的固碳能力。

2.2 不同連栽代次桉樹林土壤易氧化碳含量及其垂直分布特征

從表2中可知，不同連栽代次桉樹林及馬尾松林土壤易氧化碳（ROC）含量均隨著土層深度的增加而減小，且各土層土壤易氧化碳含量差異顯著（p<0.05）。在同一土層中，各代次桉樹林地土壤易氧化碳含量呈現(xiàn)一定的差異性。從總體上看，不同連栽代次桉樹林土壤易氧化碳隨代次的增加，表現(xiàn)出先減小后增加的變化趨勢，且G3與G1、G2土壤易氧化碳含量差異顯著，G1、G2土壤易氧化碳含量差異不顯著；G1、G2與G0相比差異均不顯著。表明桉樹人工林土壤在種植1、2代林期間易氧化碳含量變化不大，到種植3代林后出現(xiàn)明顯增加的趨勢。

2.3 不同連栽代次桉樹林土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量及其垂直分布特征

由表3可知，不同代次桉樹林及馬尾松林土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量均隨土壤土層的增加而減小，且差異顯著（p<0.05）。在各林地土壤層次中，土壤穩(wěn)定態(tài)碳也表現(xiàn)出一定的差異。在不同林地根際土壤中，土層深度在15～60 cm的土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量隨著桉樹林代次的增加而表現(xiàn)出先增加后減小再增加的變化趨勢，土層0～15、60～80 cm間的土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量則表現(xiàn)為隨著桉樹林代次的增加而增加。結(jié)果表明，不同代次桉樹林土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量的變化趨勢同土壤易氧化態(tài)碳。

2.4 不同連栽代次桉樹林土壤有機碳氧化穩(wěn)定性的變化

表4顯示了不同林地土壤有機碳氧化穩(wěn)定性的變化特征。由表4可知，土壤易氧化碳、穩(wěn)定態(tài)碳（或稱難氧化碳）含量占土壤有機碳的比例因林地及代次的不同而有所差異。其中，易氧化碳占有機碳的比例隨著代次的增加而表現(xiàn)出先減小后增加的變化趨勢，與G0相比均有所降低；難氧化碳則與易氧化碳相反，其占有機碳的比例隨代次的增加而呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，各代次與G0相比則均有不同幅度的提高?？梢?，桉樹2代林土壤有機碳穩(wěn)定性最大，3代林最小，但均高于對照林。結(jié)果表明，桉樹人工林替代馬尾松林后土壤有機碳的穩(wěn)定性有所提高。

2.5 不同連栽代次桉樹林土壤腐殖質(zhì)碳含量及其垂直分布特征

表5反映了不同林地及代次桉樹林土壤腐殖質(zhì)碳、胡敏酸（HA）、富里酸（FA）等含量的變化趨勢。從土壤層次來看，土壤腐殖質(zhì)碳及各組分碳含量基本隨土層的增加而減少。不同代次桉樹林土壤腐殖質(zhì)碳、胡敏酸碳和胡敏素碳含量均隨代次的增加而表現(xiàn)出先增加后減小再增加的趨勢，富里酸碳含量則隨著代次的增加而先減小后增加。隨著土層深度的增加 HA/SOC、HA/FA變小。G0、G3的FA/SOC先增大后變小，G1、G2的FA/SOC則表現(xiàn)為底層略高于表層土壤。表明表層土壤有利于 HA的積累，土壤腐殖質(zhì)質(zhì)量較好。在各林地中只有G2的腐殖質(zhì)碳、HA/FA小于G0，表明桉樹林取代馬尾松林后，林地土壤腐殖質(zhì)碳含量總體上增加，同時，其腐殖質(zhì)度（HA/FA）也表現(xiàn)出一定程度的增大趨勢，進一步說明了土壤有機碳的穩(wěn)定性增強。

2.6 不同連栽代次桉樹林土壤各形態(tài)有機碳含量變化的相互關(guān)系

從上述結(jié)果可以看出，G1、G2、G3桉樹人工林土壤有機碳含量分別為10.44、10.03、12.24 g/kg，均較對照林（9.78 g/kg）有所增加，其中，第3代桉樹林增加幅度最大；各代次桉樹林土壤易氧化態(tài)碳含量中，1、2代林（分別為5.55、5.29 g/kg）與對照林（5.54 g/kg）差異不明顯，而3代林（6.80 g/kg）顯著增加。G0、G1、G2、G3的土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量分別為4.24、4.89、4.75 、5.44 g/kg，其土壤有機碳氧化穩(wěn)定性（Kos）分別為0.77、0.88、0.90、0.80，各代次桉樹人工林均高于對照林（馬尾松林），其中，土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量以第3代桉樹林的為最高；各代次桉樹林HA/FA 除2代林（0.22）低于對照林（0.28）外，1代林較高（0.35），而3代林（0.28）與對照林相當。結(jié)果表明，桉樹各代次林地土壤總有機碳與其他各形態(tài)有機碳含量具有相同的增加趨勢；與第1、2代林相比，第3代林易氧化碳含量增加最為顯著，這與其有機碳氧化穩(wěn)定性為最低的結(jié)果是相符合的；第1代林較高的土壤穩(wěn)定態(tài)碳及土壤有機碳氧化穩(wěn)定性與其較大的HA/FA值具有一致性?？傊?，桉樹人工林土壤各形態(tài)有機碳之間具有一定的相關(guān)性。

3 討論與結(jié)論

本研究針對3個完整的連栽桉樹林土壤有機碳及組分進行了分析。結(jié)果表明，桉樹林替代馬尾松林后，土壤有機碳在一定程度上有所提高；土壤穩(wěn)定態(tài)碳增加，這與馬姜明等[7]研究得出的桉樹林有機碳含量高于馬尾松林的結(jié)果一致。桉樹林土壤易氧化碳占有機碳的比例有所降低，而穩(wěn)定態(tài)碳則相反，表明桉樹人工林取代馬尾松林后林地土壤有機碳氧化穩(wěn)定性有所增加，有利于有機碳含量的積累，這在一定程度上促進了土壤碳的固定。

桉樹林土壤總有機碳、易氧化碳、穩(wěn)定態(tài)碳、胡敏酸碳含量均隨著連栽代次的增加而表現(xiàn)出先增加后減小再增加的變化規(guī)律，而富里酸碳含量則表現(xiàn)為增加的趨勢，表明連栽桉樹林地土壤總有機碳與其絕大部分組分的含量具有相同的變化趨勢，而連栽桉樹林有利于土壤富里酸碳的積累。但與對照林（馬尾松林）相比，易氧化碳含量除G3外其余代次均降低；腐殖質(zhì)碳含量除G2外均升高；而各代次有機碳、穩(wěn)定態(tài)碳及富里酸碳均有不同程度的提高；FA/SOC表現(xiàn)為G0（26.33%）>G2（25.52%）>G1（23.71%）>G3（23.16%），HA/SOC表現(xiàn)為G1（8.21%）>G0（7.32%）>G3（6.42%）>G2（5.60%），HA/FA表現(xiàn)為G1（0.35）>G0（0.28）=G3（0.28）>G2（0.22）。由此可見，桉樹人工林各代次土壤富里酸碳含量所占土壤有機碳的比例均低于對照林——馬尾松林，而HA/FA除G2降低外，其余各代次均高于或等于馬尾松林，這與李夷荔等[10]的研究結(jié)果不同，可能是由于不同區(qū)域桉樹林氣候條件、林下植被類型、凋落物分解難易程度、微生物種類及數(shù)量等因素的差異而造成的，相關(guān)機理有待進一步研究。

綜上所述，桉樹人工林替代馬尾松林后，隨著連栽代次的增加，土壤有機碳及各組分含量總體上呈現(xiàn)出先增加后減小再增加的變化規(guī)律，各代次較對照林更有利于有機碳含量的積累，促進了土壤有機碳的固定?？傮w而言，土壤穩(wěn)定性有機碳含量（腐殖質(zhì)碳）及穩(wěn)定性指標（HA/FA）不但沒有下降，反而在一定程度上表現(xiàn)出增加的趨勢。

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