不同林齡木麻黃人工林的土壤易變碳變化

[摘要] 以福建惠安濱海沙地木麻黃純林為研究對(duì)象，用LICOR-8100 Automated Soil CO₂ Flux System法測(cè)定不同林齡系列（幼林、三個(gè)中齡林和成熟林）五塊木麻黃純林土壤剖面中易變碳含量。結(jié)果表明：MBC含量隨林齡的增長(zhǎng)而降低，且在不同層次間的差異越來(lái)越小。DOC含量隨林齡的增大而增加，從幼林到成熟林依次為：20.15、31.68和41.52mg/kg，且幼林和中林在0～10cm土層含量高于10～20cm，成林則相反。

[關(guān)鍵詞] 木麻黃 土壤 易變碳

土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)于維持土壤生產(chǎn)力具有重要作用，是土壤質(zhì)量和健康的重要指標(biāo)[1]。由于土壤中生物、化學(xué)和物理過(guò)程之間復(fù)雜的相互作用，使得不同土壤有機(jī)質(zhì)成分具有不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)和分解速率，周轉(zhuǎn)時(shí)間從幾小時(shí)到幾百上千年，依據(jù)周轉(zhuǎn)速率的快慢把土壤有機(jī)碳分成易變碳庫(kù)(1abile carbopoo1)和穩(wěn)定碳庫(kù)(stable carbon poo1)，或活性庫(kù)(active poo1)、慢性庫(kù)(slow po1)和惰性庫(kù)(passivepoo1)，不同的碳庫(kù)在土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量流動(dòng)的控制中起著不同的作用[2-4]。同時(shí)，由于土地利用或管理等變化引起了環(huán)境條件的改變，礦質(zhì)土壤總有機(jī)質(zhì)含量須經(jīng)過(guò)幾十到幾百年才能平衡，而在土壤有機(jī)質(zhì)背景值很大的情況下，短期內(nèi)土壤碳儲(chǔ)量的增加或減少在統(tǒng)計(jì)上很難區(qū)分。作為森林生態(tài)系統(tǒng)中重要的、活躍的組分的可溶性有機(jī)碳(DOC)和微生物生物量量碳（MBC）的流動(dòng)是森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分，對(duì)揭示森林碳預(yù)算及源與匯變化具有重要科學(xué)意義，這二者構(gòu)成了土壤有機(jī)碳的主要部分。因此，分離更敏感的易變有機(jī)質(zhì)組分有助于闡明土壤有機(jī)碳庫(kù)在土地利用或管理變化早期階段的變化[5，6]。

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，我國(guó)東南沿海陸續(xù)營(yíng)造了大面積的木麻黃防護(hù)林，從根本上改善了沿海地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。但是目前大面積的木麻黃林帶已經(jīng)進(jìn)入衰退期，為了實(shí)現(xiàn)防護(hù)效果的可持續(xù)性，必須進(jìn)行林帶更新[7，8]。然而林帶的更新也就意味著土地利用方式的改變，會(huì)引起土壤有機(jī)碳的變化，有必要對(duì)可能引起的“碳”變化進(jìn)行預(yù)測(cè)[9]。

本實(shí)驗(yàn)選取不同發(fā)育階段的木麻黃人工林，分別測(cè)定其不同剖面層次的總有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳、微生物生物量碳含量并進(jìn)行了比較分析，以期為林帶更新引起的“碳”變化提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在福建省沿海中部惠安縣崇武鎮(zhèn)赤湖防護(hù)林場(chǎng)(118°55′ E，24°55′ N)，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫19.8℃；年均降水量1029mm，年均蒸發(fā)量2000mm；夏季(7-9月)多臺(tái)風(fēng)和暴雨天氣，秋冬東北風(fēng)強(qiáng)盛，8級(jí)以上的大風(fēng)天達(dá)105 d，年平均風(fēng)速7.0 m#8226;s^-1，干濕季明顯。土壤為均一性風(fēng)積沙土，沙土層厚度80-100 cm。

2 材料與方法

實(shí)驗(yàn)地設(shè)置在6年、17年、19年、19年和31年生的5個(gè)木麻黃人工純林內(nèi)，幼林一個(gè)，中齡林三個(gè)，成熟林一個(gè)，分別記為幼林、中林1、中林2、中林3和成林。株行距2.0m×2.0m，樣地面積為20m×20m。

在每塊樣地內(nèi)按照S形選取5個(gè)點(diǎn)，去除地表凋落物層，然后用取土鉆（直徑為8cm）進(jìn)行采樣，采取表層0～20cm（按0～10cm和10～20cm分層）土壤，去掉土壤中可見(jiàn)植物根系和殘?bào)w，同一個(gè)樣地內(nèi)同一層次的充分混合組成一個(gè)土樣，這樣每個(gè)樣地最后只有兩份土樣。樣品帶回室內(nèi)過(guò)2mm鋼篩后再分成兩份，其中一份鮮樣(用冰桶帶回實(shí)驗(yàn)室，放入4℃冰箱冷藏保存)供土壤水溶性碳、微生物生物量碳測(cè)定用；另一份風(fēng)干后再過(guò)0.25mm篩子用于土壤總有機(jī)碳含量測(cè)定。

總有機(jī)碳的測(cè)定采用常規(guī)的重鉻酸鉀－外加熱法，水溶性有機(jī)碳的測(cè)定采用熱水浸提法，微生物生物量碳的測(cè)定采用氯仿熏蒸－K₂SO₄浸提法；實(shí)驗(yàn)設(shè)置三次重復(fù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 DOC分析

濱海沙地木麻黃人工林表層土壤（0～20cm）的DOC總體含量處于一個(gè)比較低的水平；隨著林齡的逐漸增大，其DOC含量逐漸變大，分別由幼林階段的20.15 mg/kg增大為中林的31.68 mg/kg（三個(gè)中林平均），至成林的41.52mg/kg。

DOC含量在表層土不同土層中的差異比較明顯；除了成林有所不同外，幼林、三個(gè)中林樣地0～10cm土層中的DOC含量均高于10～20cm土層里的DOC含量。成林樣地與此相反，10～20cm土層里的DOC含量略高于0～10cm土層中的DOC含量，這可能是由于成林時(shí)間久，土層中有機(jī)質(zhì)積累較多，隨著時(shí)間的推移，土壤內(nèi)部的交流也愈加頻繁與活躍，故土層之間的差別愈不明顯。

3.2 MBC分析

木麻黃林地的土壤微生物生物量碳的總體含量也處于一個(gè)比較低的水平，五個(gè)樣地的平均含量為58.51mg/kg（見(jiàn)圖2）。五個(gè)樣地兩個(gè)土層的平均含量分別為94.03、40.14、86.18、52.17和20.01mg/kg，由此可以看出隨著林齡的增長(zhǎng)，除了中林1有所變異外，MBC的含量基本上是不斷降低的。

另外一個(gè)很明顯的結(jié)論是隨著林齡的不斷增大，MBC的含量在表層土的不同層次之間的差異越來(lái)越小，差異性（即把兩層的差值的絕對(duì)值除以兩者的平均值）依次為23.7％、17.5％、17.0％、11.7％和8.7％。這說(shuō)明在幼林階段，由于根際效應(yīng)，微生物主要集中在土壤表層，隨著林齡的增大，微生物慢慢地向下層移動(dòng)，使土層之間的微生物的差異越來(lái)越小，這也是林齡的增大導(dǎo)致土壤中有機(jī)質(zhì)的土層差異越來(lái)越小所引起的。

3.3 微生物量碳/土壤有機(jī)碳（比值）分析

本研究在測(cè)定表層土壤易變碳的同時(shí)測(cè)定了其總的有機(jī)碳含量。微生物量碳是活躍的移動(dòng)性碳庫(kù)，微生物量碳/土壤有機(jī)碳（MBC/OC）可以作為土壤碳有效性的指標(biāo)。微生物量雖然只占土壤有機(jī)質(zhì)的很小部分(1～5％)，但卻是控制生態(tài)系統(tǒng)中C、N和其他養(yǎng)分流的關(guān)鍵。微生物生物量C對(duì)環(huán)境的變化敏感，能較早地指示生態(tài)系統(tǒng)功能的變化。所以探討林地表層土壤中微生物生物量碳/土壤有機(jī)碳（比值）很有意義。這里把兩個(gè)土壤層次共20cm作為一個(gè)整體來(lái)分析。上面已經(jīng)得到五個(gè)樣地兩個(gè)土層的平均MBC含量分別為94.03、40.14、86.18、52.17和20.01 mg/kg。實(shí)驗(yàn)中五個(gè)樣地20cm土層的有機(jī)碳含量分別為7.130、12.000、6.387、8.871和12.431 g/kg。最終得到在這五個(gè)木麻黃人工林樣地20cm表層土壤中，微生物量碳/土壤有機(jī)碳比值處于一個(gè)較低的水平（見(jiàn)表1），平均為0.75％。這主要是因?yàn)槟韭辄S林地土壤為以紅壤為底的均一性風(fēng)積沙土，土壤質(zhì)地條件很差，這使得沙土中微生物的類群和數(shù)量都很低，但是具體的微生物類群和數(shù)量還有待進(jìn)一步深入研究。

4 小結(jié)

濱海沙地木麻黃人工林表層土壤（0～20cm）的DOC與MBC的總體含量處于一個(gè)比較低的水平。隨著林齡的逐漸增大，其DOC含量逐漸變大，分別由幼林階段的20.15 mg/kg增大為中林的31.68 mg/kg，至成林的41.52mg/kg。DOC含量在表層土不同土層中的差異比較明顯，幼林、三個(gè)中林樣地0～10cm土層中的DOC含量均高于10～20cm土層里的DOC含量，成林樣地與此相反。五個(gè)樣地兩個(gè)土層的MBC平均含量分別為94.03、40.14、86.18、52.17和20.01mg/kg，由此可以看出隨著林齡的增長(zhǎng)，除了中林1有所變異外，MBC的含量基本上是不斷降低的。隨著林齡的不斷增大，MBC的含量在表層土的不同層次之間的差異越來(lái)越小。五個(gè)樣地中表層土壤（0～20cm）MBC/土壤有機(jī)碳的比值都處于一個(gè)很低的水平，五個(gè)樣地的平均比值為0.75％。

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