薛欣欣,吳小平,*,王文斌,羅雪華,張永發(fā),王大鵬,趙春梅

1 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所, 儋州 571737 2 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究中心, 儋州 571737

植株凋落物的分解是土壤有機(jī)質(zhì)形成、有機(jī)養(yǎng)分的礦化以及維持碳平衡的關(guān)鍵過程[1]。森林植被每年從土壤中吸收的養(yǎng)分物質(zhì)50%以上以枯枝落葉形式歸還給土壤,充分利用森林凋落物,實(shí)現(xiàn)森林的自肥作用,在森林土壤的培肥與管理上具有十分重要的意義[2]。橡膠林生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)開放的人工森林系統(tǒng),是我國(guó)熱帶地區(qū)主要的人工林生態(tài)系統(tǒng)類型之一,每年有大量的枯枝枯葉凋落,進(jìn)而在該系統(tǒng)中分解、循環(huán)。研究表明,在橡膠樹33年的生產(chǎn)周期內(nèi),通過枯枝落葉的分解向土壤歸還的氮、磷、鉀、鎂量分別為1350、90、300、270 kg/hm2[3]?？梢?凋落物在橡膠林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)中占較大比重。橡膠樹作為闊葉高大喬木,通常在每年的2—3月份落葉而換發(fā)新葉,研究凋落葉在橡膠樹全周期生產(chǎn)中的養(yǎng)分循環(huán)過程及其影響因素對(duì)指導(dǎo)橡膠林合理施肥具有重要的實(shí)踐意義。

我國(guó)橡膠林種植地型多變、氣候環(huán)境復(fù)雜,土壤動(dòng)物、立地條件、溫度、大氣沉降、植被類型等因素均可能對(duì)凋落物分解產(chǎn)生一定的影響。研究表明,凋落物分解受到土壤微生物生活代謝的影響較大,土壤中的環(huán)境條件越利于微生物生長(zhǎng)則凋落物的分解就越迅速,而土壤微生物活性在特定環(huán)境下與所處的深度密切相關(guān)[4]。不同立地條件下土壤水分、徑流強(qiáng)度均有差異,也會(huì)對(duì)凋落物的分解產(chǎn)生較大的影響。研究表明,適宜的土壤水分可提高分解者的活性,調(diào)控微生物氧活性,并可能通過破壞有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)為微生物提供可利用的有機(jī)碳[5]。另外,坡度大小也會(huì)影響地表徑流及凋落物的積累進(jìn)而導(dǎo)致礦質(zhì)養(yǎng)分的流失或聚集[6]。目前研究橡膠林凋落物分解方式多數(shù)集中在地表覆蓋,而忽視了立地條件等因素[7]。再者,凋落物在土壤中分解轉(zhuǎn)化所形成的中間產(chǎn)物是非常復(fù)雜的,并且很難分離出來,而紅外光譜技術(shù)則能夠區(qū)分個(gè)體結(jié)構(gòu)上的差異,同時(shí)具有操作簡(jiǎn)便及快速檢測(cè)等特點(diǎn),可用于作物殘?bào)w結(jié)構(gòu)的變化。將傅里葉變換紅外光譜(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)研究是近些年來關(guān)注的熱點(diǎn),探索森林生態(tài)系統(tǒng)凋落葉在土壤中分解的結(jié)構(gòu)變化,明確凋落物歸還后分解變化機(jī)制,有利于為森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)提供理論參考[5, 8-9]。

本研究擬采用尼龍網(wǎng)袋原位分解法,探究橡膠林凋落葉在不同坡度及埋深條件下的干物質(zhì)分解、養(yǎng)分釋放特性,同時(shí)運(yùn)用FTIR技術(shù),定性分析凋落葉分解前后的組分及結(jié)構(gòu)變化特征,為橡膠林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)深入研究及指導(dǎo)科學(xué)施肥提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于海南省儋州市中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場(chǎng),地處109°49′E,19°48′N。該地區(qū)處于東亞大陸季風(fēng)氣候的南緣,屬熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,5—10月為雨季,11月—次年4月為干季,年均日照時(shí)數(shù)2000 h以上,年均氣溫為23.5℃,年均降雨量為1623 mm(圖1)。該地區(qū)由丘陵、平原和山地三部分構(gòu)成,丘陵占76.50%,平原占23.13%,山地占0.37%,海拔大部分在200 m以下。土壤類型為花崗巖發(fā)育的磚紅壤,主要人工林植被類型為天然橡膠林。

圖1 近20年儋州市平均月降雨量和月氣溫Fig.1 Average monthly rainfall and temperature in Danzhou for recently 20 years

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017年3月(橡膠樹落葉期)在試驗(yàn)區(qū)林地收集橡膠樹自然凋落葉作為研究對(duì)象,將凋落葉于室內(nèi)風(fēng)干備用,凋落葉分解采用凋落袋法。將凋落葉剪成1 cm ×1 cm的片段,準(zhǔn)確稱取10 g,分別裝進(jìn)10 cm(寬)×20 cm(長(zhǎng))、孔徑1 mm2的尼龍網(wǎng)袋中[10]。隨機(jī)稱取5份重量為20 g的風(fēng)干葉片,放于烘箱中70°C烘干72 h至恒重,計(jì)算風(fēng)干系數(shù)。

圖2 試驗(yàn)處理示意圖Fig.2 The diagram of experimental treatments F-I：平地膠園地表覆蓋處理,Treatment of covered flatland；F-II：平地膠園埋深處理, Treatment of buried flatland；S-I：坡地膠園地表覆蓋處理,Treatment of covered slopes；S-II：坡地膠園埋深處理,Treatment of buried slopes

試驗(yàn)從2017年4月1日開始,選擇平地和坡地(坡度約20°)相鄰的兩塊管理一致的橡膠園,橡膠樹栽培密度為3 m×7 m,兩塊試驗(yàn)樣地面積分別約為200 m2。尼龍網(wǎng)袋均勻置于距每棵樹干1 m的位置,如圖2所示。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：(I)平地膠園地表覆蓋(F-I),(2)平地膠園埋深10 cm(F-II),(3)坡地膠園地表覆蓋(S-I),(4)坡地膠園埋深10 cm(S-II),每個(gè)處理3次重復(fù),共計(jì)96袋；其中地表覆蓋處理是將尼龍網(wǎng)袋固定于地表并與土壤平行接觸,并用凋落葉將其覆蓋；埋深處理是將尼龍網(wǎng)袋平放于挖好的坑穴后回填原土,坑穴的長(zhǎng)、寬、深分別為15、25、10 cm。試驗(yàn)開始后分別于15、30、60、90、120、150、210、240 d共8次進(jìn)行采樣,每次每處理各取回3袋,帶回實(shí)驗(yàn)室,將雜物和土塊用手挑出,隨后用自來水輕輕沖洗尼龍網(wǎng)袋表面及內(nèi)部的泥土,待網(wǎng)袋及凋落葉附著泥土風(fēng)干后,用毛刷將其去除干凈,隨后將凋落葉裝于紙質(zhì)信封袋中置于70°C烘箱中烘干至恒重,記錄烘干重。烘干樣品用陶瓷研缽進(jìn)行磨細(xì)、過篩后用于養(yǎng)分元素含量測(cè)定及傅里葉變換紅外光譜(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)分析。

1.3 樣品分析方法

凋落葉全碳(C)采用重鉻酸鉀外加熱法,氮(N)和磷(P)均采用H2SO4-H2O2消煮-連續(xù)流動(dòng)分析儀法,鉀(K)采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度計(jì)法,鈣(Ca)和鎂(Mg)均采用H3ClO4-HNO3消煮-原子吸收分光光度計(jì)法[11]。橡膠樹凋落葉初始化學(xué)性質(zhì)如表1所示。

表1 凋落葉初始化學(xué)性質(zhì)

凋落葉FTIR分析方法：將樣品過100目篩,在105°C烘箱中烘干恒重后,在干燥條件下,放入瑪瑙研缽中,同時(shí)加入烘干的已去除結(jié)晶水的KBr(光譜純級(jí))適量,在紅外燈下混勻后反復(fù)磨細(xì)呈淀粉狀,取少許在壓片機(jī)上壓成透明的薄片,真空條件下,用壓桿緩慢加壓至約為15 Mpa,維持1 min,之后將薄片放在Nicolet公司的Inpact- 410型FTIR光譜儀上進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定區(qū)域4000—900 cm-1,掃描次數(shù)32次,分辨率4 cm-1。

1.4 數(shù)據(jù)分析[10]

(1)凋落葉干物質(zhì)殘留率(%)

廣泛性焦慮(generalized anxiety disorder,GAD)又稱慢性焦慮癥,主要表現(xiàn)為與現(xiàn)實(shí)不相符的持續(xù)痛苦、擔(dān)憂,患者警惕性增高易發(fā)脾氣,過分關(guān)注周圍環(huán)境或自身健康而不能放松下來。GAD的發(fā)病機(jī)制尚無確切的結(jié)論,遺傳因素可能是GAD的重要發(fā)病機(jī)制之一,有研究顯示廣泛性焦慮障礙患者和正常人的一級(jí)親屬患病風(fēng)險(xiǎn)率分別為19.5%和3.5%。對(duì)雙生子的研究也顯示,在同卵雙生子中,該病的共患率明顯高于異卵雙生子。

Mt/M0×100%

式中,Mt為t時(shí)刻的凋落葉剩余干重(g),M0為凋落葉初始干重(g)。

(2)凋落葉分解速率(k)

根據(jù)Olsen衰減模型模擬凋落葉分解過程,并計(jì)算凋落葉分解系數(shù)(k)

Mt/M0=e-1kt,k為凋落葉分解系數(shù),t為分解時(shí)間。

(3)元素殘留率(R)

R=(Ct×Mt)/(C0×M0)×100%

式中,Ct為t時(shí)刻的凋落葉養(yǎng)分元素含量(%),C0為初始養(yǎng)分元素含量(%)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Omnic 8.0軟件對(duì)FTIR譜圖進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,Origin 8.0軟件繪圖,SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 坡度和埋深對(duì)凋落葉干物質(zhì)殘留率和C/N比的影響

圖3顯示,隨分解時(shí)間推進(jìn),各處理的凋落葉干物質(zhì)殘留率呈逐漸下降趨勢(shì)。分解初始到2個(gè)月期間,地表覆蓋處理F-I、S-I 均大于埋深處理F-II、S-II；從分解3—9個(gè)月,各處理的干物質(zhì)殘留率大小順序表現(xiàn)為：坡地地表覆蓋處理S-I>平地地表覆蓋處理F-I>坡地埋深處理F-II、平地埋深處理S-II。凋落葉分解9個(gè)月后,F-I、F-II、S-I和S-II的干物質(zhì)殘留率分別為26.8%、11.2%、39.6%、6.9%?？傮w來看,埋深處理的凋落葉干物質(zhì)殘留率較地表覆蓋處理快。方差分析顯示,各時(shí)期處理間干物質(zhì)殘留率差異顯著(P<0.05)。

利用Olsen指數(shù)衰減模型對(duì)凋落葉干物質(zhì)分解動(dòng)態(tài)進(jìn)行擬合,相關(guān)系數(shù)R2均達(dá)極顯著水平(P<0.01)(表2)。方程中分解系數(shù)k值的生態(tài)學(xué)意義是k值越大,凋落葉的分解速率越快。由表2可以看出各處理的分解常數(shù)間差異顯著(P<0.05),埋深處理F-II、S-II顯著高于地表覆蓋處理 F-I、S-I,而地表覆蓋條件下則平地F-I明顯大于坡地S-I。凋落葉干物質(zhì)分解50%和95%所需要的時(shí)間以坡地覆蓋處理S-I最長(zhǎng),而埋深處理F-II、S-II所需要的時(shí)間均較短。

凋落葉C/N比也隨分解時(shí)間推進(jìn)呈波動(dòng)性降低的趨勢(shì)(圖3)。各處理相比,4個(gè)月前坡地覆蓋處理S-I的C/N比明顯高于其他處理(P<0.05),而4個(gè)月后處理間差異不顯著(P<0.05)。F-I、F-II、S-I和S-II凋落葉C/N比從最初始的25.1下降到9個(gè)月后的14.4、16.2、12.7、16.9。

圖3 不同坡度和埋深條件下橡膠樹凋落葉干物質(zhì)殘留率和碳氮比的動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Variation of dry mass remaining rates and C/N in varying slopes and depths for rubber leaf litters* 表示同一時(shí)間不同處理間差異顯著(P<0.05)

處理TreatmentOlsen 指數(shù)模型Olsen exponential model相關(guān)系數(shù)Correlationcoefficient(R2)分解常數(shù)Decompositioncoefficient(k)分解50%所需時(shí)間Time required for leaf litter decomposition 50%/a分解95%所需時(shí)間Time required for leaf litter decomposition 95%/aF-IMt/M0=e-0.1464 t0.94120.1464 b0.391.71 F-IIMt/M0= e-0.2341t0.91660.2341 a0.25 1.07 S-IMt/M0= e-0.1024t0.87770.1024 c0.57 2.44 S-IIMt/M0=e-0.2270t0.92040.2270 a0.26 1.10

t：分解月份t-decomposition time,k：年分解常數(shù)kAnnual decomposition rate,Mt/M0：凋落葉干物質(zhì)殘留率 Dry mass remaining rates of leaf litter,Mt：凋落葉剩余干重 Residual dry mass weight of litter leaf,M0：凋落葉初始干重 Initial dry mass weight of litter leaf；數(shù)據(jù)后不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

2.2 坡度和埋深對(duì)凋落葉分解過程中C、N含量及其殘留率的影響

由圖4可知,凋落葉C含量隨分解時(shí)間推進(jìn)均呈波動(dòng)性降低的趨勢(shì),表現(xiàn)為0—0.5個(gè)月增加,0.5—4個(gè)月急劇下降,4—5個(gè)月增加,5—9個(gè)月緩慢下降。以坡地埋深處理S-II的C含量始終最高,而平地覆蓋處理F-I的C含量始終最低,在分解1、2、4、5、7、9個(gè)月時(shí)處理間差異顯著(P<0.05)。C殘留率隨分解時(shí)間推進(jìn)均呈逐漸下降的趨勢(shì),坡地覆蓋處理S-I的C殘留率高于其他處理,方差分析表明,1—9個(gè)月間,處理間差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)；分解9個(gè)月后,F-I、F-II、S-I和S-II處理C殘留率分別為6.4%、5.9%、10.9%和3.8%。

凋落葉N含量的變化在2個(gè)月前呈現(xiàn)增加趨勢(shì),2—9個(gè)月呈持續(xù)降低的趨勢(shì)；埋深處理F-II和S-II的氮含量均高于覆蓋處理F-I和S-I,處理間差異顯著(P<0.05)。N殘留率隨分解時(shí)間推進(jìn)均呈下降趨勢(shì),坡地覆蓋處理S-I的N殘留率高于其他處理,方差分析表明,處理間差異顯著(P<0.05)；分解9個(gè)月后,F-I、F-II、S-I和S-II處理N殘留率分別為11.8%、9.1%、21.6%和6.5%。

圖4 不同坡度及埋深條件下橡膠樹凋落葉C、N含量及其殘留率的動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Variation of C, N contents and their remaining rate under varying slopes and depths for rubber leaf litters

2.3 坡度及埋深對(duì)凋落葉分解過程中P、K、Ca、Mg含量及其殘留率的影響

由圖5可知,凋落葉P含量隨分解時(shí)間的推進(jìn),各處理變化有所不同,其中坡地覆蓋處理S-I在0.5個(gè)月前呈降低的趨勢(shì),0.5—4個(gè)月呈持續(xù)上升的趨勢(shì),而埋深處理F-II和S-II在0.5個(gè)月前均呈上升的趨勢(shì),0.5—4個(gè)月呈降低的趨勢(shì),各處理在4—9個(gè)月均呈持續(xù)降低的趨勢(shì)；分解期間,埋深處理F-II、S-II的P含量均高于覆蓋處理F-I、S-I,方差分析顯示處理間差異顯著(P<0.05)。凋落葉P殘留率隨分解時(shí)間推進(jìn)變化趨勢(shì)與P含量基本一致,分解3個(gè)月后的坡地覆蓋處理S-I的殘留率明顯高于坡地埋深處理S-II,處理間差異顯著(P<0.05)。分解9個(gè)月后,F-I、F-II、S-I和S-II處理P殘留率分別為5.7%、5.3%、10.7%和3.4%。

凋落葉K含量在2個(gè)月前呈急劇降低的趨勢(shì),2—4個(gè)月呈緩慢上升的趨勢(shì),4—9個(gè)月呈緩慢下降的趨勢(shì),9個(gè)月之前處理間差異顯著(P<0.05)。凋落葉K殘留率與K含量變化趨勢(shì)相似,分解期間以坡地地表覆蓋處理S-I的K殘留率最高,在0—2個(gè)月急劇下降到較低水平,分解2個(gè)月時(shí),F-I、F-II、S-I和S-II各處理K殘留率分別為29.3%、19.5%、32.7%和17.1%；分解9個(gè)月后,F-I、F-II、S-I和S-II各處理K殘留率分別僅為4.8%、3.1%、9.7%和2.3%。處理間差異顯著(P<0.05)。

凋落葉Ca含量隨分解時(shí)間的推進(jìn),覆蓋和埋深處理的變化有所差別,平地覆蓋處理F-I和平地埋深處理F-II均呈持續(xù)降低的趨勢(shì),而坡地覆蓋處理S-I和坡度埋深處理S-II均呈先增加后降低的趨勢(shì),在分解2個(gè)月時(shí)達(dá)到最大值,之后呈持續(xù)降低的趨勢(shì),其中坡地埋深處理S-II在2個(gè)月后由各處理中最高水平急劇下降到最低水平；方差分析顯示,處理間差異顯著(P<0.05)。凋落葉Ca的殘留率以坡面覆蓋處理S-I較高,坡面埋深處理S-II最低,方差分析表明,處理間差異均顯著(P<0.05)。分解9個(gè)月后,F-I、F-II、S-I和S-II各處理Ca殘留率分別為5.5%、1.4%、10.4%和0.8%。

凋落葉Mg含量隨分解時(shí)間的推進(jìn)呈上升—下降的趨勢(shì),在分解0.5個(gè)月時(shí)達(dá)到最大值；分解第9個(gè)月時(shí)處理間無顯著差異(P<0.05)。就凋落葉Mg殘留率而言,坡地條件下的Mg殘留率呈上升—下降的趨勢(shì),在0.5個(gè)月時(shí)達(dá)到最大,而平地條件下的Mg殘留率則呈持續(xù)下降的趨勢(shì),坡地覆蓋處理S-I的殘留率高于其他處理。方差分析表明,整個(gè)分解過程中處理間差異顯著(P<0.05)。分解9個(gè)月后,F-I、F-II、S-I和S-II各處理Mg殘留率分別為4.7%、3.4%、7.9%和2.1%。

圖5 不同坡度及埋深條件下橡膠樹凋落葉P、K、Ca、Mg含量及其殘留率的變化Fig.5 Variation of P, K, Ca and Mg contents in varying slopes and depths for rubber leaf litters

2.4 坡度及埋深對(duì)凋落葉紅外光譜特征的影響

凋落葉分解前后的傅里葉變換紅外光譜特征(FTIR)如圖6所示。FTIR吸收峰的歸屬如下：紅外光譜吸收峰發(fā)生變化的主要有3387 cm-1(一部分為碳水化合物中—OH形成的氫鍵的伸縮振動(dòng),另一部分為纖維素、半纖維素、淀粉及其他多糖和單糖等的成分,也包括氨基酸中N—H伸縮振動(dòng))；2920 cm-1和2852 cm-1(分別為對(duì)稱和非對(duì)稱的油脂中—CH伸縮振動(dòng),主要是膜脂和細(xì)胞壁果膠中常見的酯類化合物,反映膜透性)；1735 cm-1(酯化果膠中酯基—COOR的伸縮振動(dòng))；1638 cm-1(細(xì)胞壁蛋白質(zhì)上的C=O酰胺(iv帶)伸縮振動(dòng),反映蛋白構(gòu)象)；1512 cm-1(蛋白質(zhì)上N-H酰胺基(vii帶)的伸縮振動(dòng),酰胺化合物的特征吸收峰)；1439 cm-1(木質(zhì)素和碳水化合物中飽和C—H的彎曲振動(dòng))；1375 cm-1(具有脂肪族特征化合物中—CH3的對(duì)稱變形振動(dòng),說明存在纖維素)；1153 cm-1(C—O的伸縮振動(dòng),蛋白質(zhì)分子氨基酸殘基、纖維素糖苷等多糖吸收峰)；1033 cm-1和1050 cm-1(碳水化合物和多糖結(jié)構(gòu)中的C—O伸縮振動(dòng))。

圖6 不同坡度及埋深條件下橡膠樹凋落葉FTIR(Fourier transform infrared spectroscopy)光譜特征Fig.6 FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) spectra of litter leaf initial and after decomposition in varying slopes and depths

3 討論

3.1 埋放位置對(duì)凋落葉干物質(zhì)分解速率的影響

本研究表明,凋落葉埋深處理的干物質(zhì)分解速率明顯比地表覆蓋快；Olsen指數(shù)方程模擬顯示,埋深處理分解50%和95%所需要的時(shí)間比地表覆蓋處理快1.7—3.7個(gè)月和7.7—16.1個(gè)月。有研究表明,埋深處理明顯加速了杉木凋落葉分解,主要因?yàn)榈叵峦寥浪疅釛l件要好于地表,有利于微生物活動(dòng)分解[12]；金龍等[13]認(rèn)為埋于橡膠林地下的凋落葉與土壤接觸面積更大,土壤生物參與凋落葉分解的機(jī)會(huì)也更大；陳曉麗等[14]研究表明,隨土層深度加深,過氧化氫酶活性增大,進(jìn)而促進(jìn)凋落物的分解。本研究結(jié)果還顯示,平地覆蓋處理的凋落葉干物質(zhì)分解速率比坡地覆蓋處理快,與呂瑞恒等[15]研究結(jié)果相似,其研究表明,坡度越小,越有利于凋落物的分解。海拔、坡度的變化導(dǎo)致林下水熱條件具有不同程度的差異,進(jìn)而影響凋落物分解速率。本研究還認(rèn)為,坡度主要影響土壤水分,坡度越大,土壤地表保水能力越差,越不利于微生物的活動(dòng),從而不利于凋落物的分解。

3.2 埋放位置對(duì)凋落葉養(yǎng)分元素分解的影響

本研究表明,凋落葉分解過程中C和N含量呈波動(dòng)性下降的趨勢(shì),但其殘留率呈持續(xù)下降的趨勢(shì)。該現(xiàn)象說明,分解過程中凋落葉對(duì)C和N的富集作用較弱。趙春梅等[7]研究表明,葉片氮的富集出現(xiàn)在4月份,富集率僅為2.75%,其余時(shí)間幾乎呈下降的趨勢(shì)；也可以說明,枯落葉在分解過程中釋放的C、N對(duì)土壤的補(bǔ)充貢獻(xiàn)較高。王春陽等[16]研究表明,凋落物可顯著提高土壤微生物碳、氮含量。坡地覆蓋處理S-I的C、N殘留率均較高,埋深處理均較低,說明埋深處理加快了營(yíng)養(yǎng)元素的釋放速率,與呂瑞恒等[14]的研究結(jié)果相似。與C、N分解有所不同的是,P、K、Ca、Mg礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素在分解過程中均呈“釋放-富集”模式,富集現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)間分別為：埋深處理的P在0.5個(gè)月和3—4個(gè)月之間,所有處理的K在4個(gè)月時(shí),坡地覆蓋處理S-I的Ca在2個(gè)月時(shí),坡地條件下的Mg在0.5個(gè)月時(shí)。各營(yíng)養(yǎng)元素的富集率均較低且持續(xù)時(shí)間均較短,總體均呈顯著釋放的趨勢(shì)。K含量急劇下降,之后趨于平緩,這與K在植物體內(nèi)主要以離子態(tài)存在形式有很大關(guān)系[17]。各營(yíng)養(yǎng)元素的分解速率均以坡地覆蓋處理S-I最慢且殘留量最大,以埋深處理均較快且殘留量較小,造成該現(xiàn)象的主要原因與坡地覆蓋處理干物質(zhì)分解速率慢而埋深處理干物質(zhì)分解較快有較大的關(guān)系。

3.3 埋放位置對(duì)凋落葉紅外光譜特征的影響

以往的研究表明,油菜秸稈腐解過程中最明顯的變化在3430—3410、2930 cm-1處,其吸收峰強(qiáng)度減弱,脂族性下降[5]。王文全等[18]研究表明,隨時(shí)間推移,牛糞腐解在3430、2925 cm-1和2855 cm-1處的吸收峰逐漸減弱,說明在分解過程中碳水化合物、脂肪族和蛋白質(zhì)等有機(jī)物逐漸在分解。本試驗(yàn)結(jié)果表明,分解270 d之后,在3387、2920、2853、1439 cm-1和1375 cm-1處的吸收峰有所減弱甚至消失,說明凋落葉碳水化合物、脂肪族碳、蛋白質(zhì)等進(jìn)行了部分的分解,也應(yīng)證了凋落葉在分解后全C含量及C/N大幅下降的原因。主要官能團(tuán)FTIR中反映細(xì)胞壁多糖信息的是指紋區(qū)900—1200 cm-1(糖鏈的特征峰)。本研究表明,在1033 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度均表現(xiàn)為地表覆蓋強(qiáng)于埋深處理,也說明,埋深加快了凋落葉碳水化合物的分解。因此,在橡膠林生態(tài)系統(tǒng)中,可以采取適當(dāng)?shù)幕蚓植康膶⒌蚵湮锱c表土摻混,以加強(qiáng)土壤微生物的分解活動(dòng),促進(jìn)凋落物的分解,加速養(yǎng)分的釋放,供橡膠樹根系吸收利用。

4 結(jié)論

橡膠樹凋落葉干物質(zhì)殘留率隨分解時(shí)間的推進(jìn)符合Olsen指數(shù)衰減模型,相關(guān)系數(shù)達(dá)極顯著水平(P<0.01)。凋落葉干物質(zhì)和養(yǎng)分元素分解速率均受坡度和埋深處理顯著影響(P<0.05),埋深處理較地表覆蓋處理加快了凋落葉干物質(zhì)分解速率；經(jīng)過9個(gè)月的分解,坡地覆蓋處理S-I的凋落葉C、N、P、K、Ca和Mg的元素殘留率均較其他處理高,而埋深處理F-II和S-II的元素殘留率均較低。傅里葉紅外光譜分析顯示凋落葉分解后的碳水化合物、果膠、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素等含量不同程度減少,羧酸酯類化合物基本分解,埋深處理分解程度均較覆蓋處理高。綜上所述,凋落葉分解過程中,平地覆蓋較坡地覆蓋分解快,而埋深處理較覆蓋處理分解快。建議橡膠生產(chǎn)中采取凋落葉與地表土摻混或壓青的農(nóng)藝措施以加快凋落葉的分解,提高養(yǎng)分循環(huán)效率,同時(shí)還能降低養(yǎng)分流失及森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。