西雙版納橡膠林土壤氮的分布特征及與橡膠樹生長的關系

陳永川，劉忠妹，許木果，黎小清，丁華平，楊春霞，李春麗

(云南省熱帶作物科學研究所，云南 景洪 666100)

【研究意義】氮是影響橡膠樹生長的主要營養元素，土壤中氮素形態及其含量影響著橡膠樹的生長發育以及橡膠樹膠乳產量[1]，而不同品系橡膠樹由于其遺傳特性差異不同，對土壤養分需求不一樣，因此對橡膠園土壤質量產生的影響也不一樣。研究不同生態區不同品系、不同割齡橡膠樹林土壤、葉片中氮的變化有助于理解氮素在不同生態區土壤-橡膠之間遷移與轉化及橡膠生長、割膠對土壤質量變化的影響[2-4]。【前人研究進展】在橡膠林生態系統中，土壤氮素的供應能力主要決定于氮素的礦化、固持和移動及氮的有效性。有效態氮主要包括硝態氮、銨態氮和有機態氮，其中硝態氮和銨態氮在橡膠樹生長過程中可直接被吸收利用，但這兩種形態的氮容易產生損失[5-6]。西雙版納是云南省橡膠種植業的主要產區，橡膠宜林地正好是熱帶雨林的分布地帶。與熱帶雨林相比，人工橡膠林由于單一種植及割膠更易造成土壤氮養分流失，使得養分的利用率降低[4,7]。由于氮移動性較強，溫度、降雨、刺激割膠、橡膠品系、割齡都將會引起土壤中氮的遷移與轉化。已有的研究表明，隨割膠頻率、割膠刺激劑濃度和強度的增加，膠乳養分流失的總量在增加，而氮的流失也最多[2-4,8]。【本研究切入點】不同植膠生態區由于土壤質地、溫度、降雨、膠園管理措施等不一樣，其對不同割齡、不同品系橡膠樹生長的影響也不一樣，而土壤中氮的變化可能與不同品系橡膠樹生長年限、溫度、降雨的影響有關。目前對橡膠林土壤中的氮素養分研究主要局限于某一生態區、某一品系橡膠樹，而不同品系、不同割齡橡膠生長在不同生態區對土壤氮的影響及其與橡膠樹生長關系則鮮有報道。文章在對橡膠園土壤碳、氮動態特征研究的基礎上[6,9]，對西雙版納3個地區不同主栽品系RRIM600、GT1、云研-774橡膠樹林土壤中氮和橡膠樹葉片氮的變化特征及其相互關系進行研究。【擬解決的關鍵問題】闡明不同品系橡膠樹在不同生態區種植對土壤氮的影響及其相互作用，以期為橡膠樹施肥和生產管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究位點概況

試驗地位于云南省西雙版納州景洪(21°45′N，100°41′E)、勐臘(21°27′N，101°32′E)、勐海(22°42′N，100°6′E)3個橡膠林生態區，屬于亞熱帶雨林氣候，景洪年均氣溫為21.7 ℃，年降雨量1202.3 mm，橡膠林土壤以磚紅壤為主；勐臘年均氣溫為20.5 ℃，年降雨量1525.4 mm，橡膠林土壤以紅壤和砂壤土為主；勐海年均氣溫為18 ℃，年降雨量1420.2 mm，橡膠林土壤以紅壤為主，3個地區降雨主要集中在5-10月，試驗地屬于國營農場橡膠林，其施肥和管理相對一致，橡膠樹種植密度大約450 棵/hm2，種植帶寬為1 m，株距為2 m，保護帶寬為6 m。

1.2 研究方法

在景洪、勐臘、勐海植膠區分別選擇3個具有代表性的橡膠樹主栽品系GT1、RRIM600、云研77-4，并于2014年8月在每個生態區對不同品系橡膠林分別采集0～10割齡、10～20割齡、20～30割齡具有代表性的橡膠樹生長保護帶和種植帶0～20 cm土壤和橡膠樹葉片，每一處理選橡膠樹粗細大小一致的 10棵樹為研究對象，采集距離每棵膠樹基部10 cm 種植帶和3 m 保護帶處0～20 cm土壤、多點混和采集作為1個復合樣品，3次重復。一部分新鮮土樣混合均勻立即送回實驗室作為銨態氮和硝態氮的測定，一部分土樣風干磨細過 0.25 mm 篩用于全氮的測定，磨細過 1 mm 篩用于堿解氮的測定。并采集相對應的每棵橡膠樹中下部成熟混合葉片，葉片樣品經殺青、烘干、粉粹用于全氮含量測定。

1.3 分析項目及測定方法

土壤全氮測定：濃硫酸消煮凱氏定氮法；堿解氮測定：堿解擴散法；銨態氮和硝態氮測定：用2 mol/L的KCl溶液浸提新鮮土壤樣品(液土比為5∶1)，流動分析儀測定。橡膠樹葉片全氮測定：濃硫酸-過氧化氫消煮，流動分析儀測定[10]。

1.4 數據分析

試驗數據采用 SPSS19.0 軟件進行統計分析，Duncan 檢驗方法進行多重比較，差異顯著性為α=0.05 水平。

2 結果與分析

2.1 不同品系橡膠林土壤氮的空間變化

從表1可見，西雙版納橡膠林土壤氮形態含量隨橡膠樹種植品系、區域而變化，呈現大的空間變化差異。橡膠林土壤全氮含量呈現：景洪>勐海>勐臘的分布特征，并隨橡膠樹種植品系而變化，景洪植膠區GT1>RRIM600>云研-774，勐臘植膠區云研-774>GT1>RRIM600，勐海植膠區GT1>RRIM600>云研-774。橡膠林土壤堿解氮含量呈現：景洪>勐臘>勐海，景洪植膠區GT1>RRIM600>云研-774，勐臘植膠區RRIM600>云研-774>GT1，勐海植膠區RRIM600>云研-774>GT1。土壤銨態氮含量呈現：景洪>勐臘>勐海，景洪植膠區GT1>云研-774>RRIM600，勐臘植膠區RRIM600>GT1>云研-774，勐海植膠區GT1>RRIM600>云研-774。土壤硝態氮含量呈現：景洪>勐臘>勐海，景洪植膠區RRIM600>GT1>云研-774，勐臘植膠區GT1>云研-774>RRIM600，勐海植膠區RRIM600>云研-774>GT1。

表1 不同品系橡膠林土壤氮的空間變化特征

注：同一列不同區域差異用不同小寫字母表示，同一行不同品種差異用括號小寫字母表示(P<0.05)。

Note: The difference of different regions in the same column is shown with no bracket letter, and the difference of different varieties in the same line is shown with bracket letter (P<0. 05).

不同品系、不同植膠區土壤中氮形態變化差異較大。橡膠林土壤氮形態含量以景洪最高，勐臘、勐海相對較低，其中全氮含量勐臘最低，堿解氮、銨態氮、硝態氮含量勐海最低。同一地區、不同品系橡膠林土壤中氮含量分布特征不同：GT1品系橡膠林土壤中氮含量相對較高，云研-774品系橡膠林土壤中全氮、堿解氮、銨態氮含量相對較低。總體趨勢橡膠林土壤中堿解氮含量較高，銨態氮和硝態氮含量較低、變異較大，硝態氮變異最大。

2.2 不同割齡橡膠林土壤中氮的變化特征

由表2可見，橡膠林土壤中不同形態氮含量隨橡膠樹割齡、品系而變化。橡膠林土壤全氮含量以老割齡較高；RRIM600、云研-774品系橡膠林土壤堿解氮含量隨割齡增加而增加；GT1橡膠林土壤堿解氮含量隨割齡的增大而減小；低割齡橡膠林土壤中銨態氮和硝態氮含量相對較高，老割齡橡膠園相對較低，但是其變異較大、差異不顯著，這可能與土壤受橡膠樹及植被枯落物養分歸還的影響有關。

2.3 不同品系橡膠樹葉片全氮的變化

表3可見，橡膠樹葉全氮平均含量以GT1和云研-774最高，但是不同品系橡膠樹在不同地區由于土壤肥力、割齡不同、氣候不同而呈現不同差異。橡膠樹葉全氮含量呈現景洪>勐臘>勐海，表明橡膠樹葉片氮含量高低與地理分布有關。不同品系橡膠樹葉全氮含量在不同地區呈現不同差異，景洪呈現：云研-774>GT1>RRIM600；勐臘呈現：云研-774>RRIM600>GT1；勐海呈現：云研-774>RRIM600>GT1。不同品系橡膠樹總體呈現；低割齡段(0～10齡)橡膠樹全氮含量相對較高，10～20割齡段橡膠樹葉片氮含量較低。橡膠樹氮含量高低可能與橡膠樹割齡越低，其橡膠樹生命力相對旺盛，對氮的吸收能力越強有關。橡膠樹全氮含量GT1>云研-774>RRIM600，表明不同品系橡膠樹對氮的吸收能力不同。GT1和云研-774對氮的吸收能力相對較強。而不同地區橡膠林土壤中氮含量高低也可能對橡膠樹生長產生影響(圖1)。總體趨勢土壤氮含量相對較高的區域，其葉片氮含量也高(表1～3)。

表2 不同割齡橡膠林土壤氮的變化特征

注：同一列同一指標不同割齡差異用不同小寫字母表示(P<0.05)。

Note: The difference of different rubber tapping ages for the same index in the same column is shown with different small letters (P<0.05).

表3 不同品系橡膠樹葉片全氮變化特征

注：同一列不同地點或割齡差異用不同小寫字母表示(P<0.05)。

Note: The difference of different regions and different rubber tapping ages in the same column is shown with different small letters (P<0.05).

2.4 橡膠林土壤不同形態氮與橡膠樹葉全氮的關系

從圖1可見，保護帶土壤氮對橡膠樹葉片氮的影響較為明顯。橡膠林保護帶土壤全氮、堿解氮、銨態氮與橡膠樹葉全氮含量呈顯著正相關，土壤硝態氮與橡膠樹葉全氮呈極顯著正相關，但是種植帶土壤只有銨態氮和硝態氮與橡膠樹葉片氮呈顯著正相關，這可能與種植帶土壤受割膠、施肥等人為活動影響較大有關。土壤氮與橡膠樹葉片全氮含量的關系表明，土壤氮直接影響著橡膠樹生長，是橡膠樹氮的儲存庫，而硝態氮和銨態氮是橡膠樹吸收的主要氮源。

3 討 論

研究結果表明，受橡膠樹種植品系、割齡、生長環境的影響，橡膠園土壤中不同形態氮和橡膠樹葉片氮含量隨種植品系、割齡和種植區域而變化。環境變化對土壤氮儲量相當敏感，尤其以土壤養分的總量和有效養分的影響最為強烈[6,11]，而西雙版納橡膠園土壤不同形態氮含量均以景洪最高，勐臘、勐海相對較低；銨態氮和硝態氮含量較低、變異最大。植膠區域氣候、土壤類型的差異可能是影響西雙版納橡膠園土壤氮含量高低的因素之一，而景洪年均溫比勐臘、勐海相對較高，降雨量相對較少，土壤中氮的流失相對較少，因此其土壤氮含量相對較高。土壤氮貯量除了與氣候有關外，還與土壤類型、理化性質、植被類型、凋落物數量和質量等關系密切[12-15]。景洪橡膠園主要以磚紅壤為主，土層相對較深，發育良好，土壤相對肥沃；而勐臘、勐海以紅壤和部分砂壤土居多，保水保肥相對較差。土壤氮含量高低除與土壤母質影響有關外，也可能與不同地區橡膠樹施肥管理有關，因此空間變異性較大。在同一地區不同品系橡膠林土壤中不同形態氮含量高低也呈現不同差異。橡膠林土壤氮含量的高低除與生態區域差異有關外，還可能與不同品系橡膠樹生長、割膠等對土壤氮的遷移轉化、吸收影響不同有關，也可能與橡膠樹枯枝落葉分解影響有關。有研究表明成年橡膠樹每年有160 kg/hm2的種子和 5 700 kg/hm2葉子干物質掉到土壤表面[16-17]。研究結果也表明橡膠園土壤中全氮和堿解氮含量呈現GT1>RRIM600>云研-774，這可能與RRIM600橡膠樹和云研77-4橡膠樹對土壤中肥料需求較高有關，而RRIM600、云研-774橡膠產量較高，帶走的養分也更多。與熱帶雨林相比，橡膠園土壤中銨態氮和硝態氮含量較低[11]，表明橡膠生長和割膠可能帶走了土壤中大量的氮。旱地土壤中硝態氮更容易被橡膠樹吸收，且西雙版納地區大量降雨容易引起氮的流失，因此硝態氮與其它形態氮相比較其含量最低、變異最大[6]。植物器官的養分含量可以反映植物生長環境的土壤營養水平[12]，本研究發現橡膠樹葉片氮也與土壤氮含量具有類似的變化特征，橡膠樹葉片全氮含量與土壤全氮含量都呈現：景洪較高，勐臘、勐海相對較低，表明橡膠樹葉片氮含量與土壤密切相關，尤其是GT1品系橡膠林土壤氮與橡膠樹葉片氮關系最為顯著，GT1橡膠林土壤氮含量高，其葉片氮含量也高。與GT1相比，云研-774橡膠樹葉片氮含量高，但是其橡膠園土壤中全氮含量相對較低，因此橡膠樹葉片中氮含量高低除受土壤氮影響有關外，還可能與橡膠樹對土壤中氮吸收強弱有關，研究結果表明了云研-774橡膠樹對土壤氮的吸收能力相對較強。割齡越高土壤中全氮含量越高，這可能與不同割齡橡膠樹對土壤氮的吸收影響有關，結果顯示低割齡橡膠樹葉片氮比老割齡橡膠樹葉片氮含量高，橡膠樹生長旺盛期和產膠高峰期也在10～20割齡。土壤中氮的高低除與橡膠生長吸收有關外，也與橡膠樹枯枝落葉中氮在土壤的多年富集、高割齡橡膠樹對土壤中氮的需求相對較低有關，還可能與多年橡膠樹偏施氮肥有關。老割齡橡膠樹對氮需求相對較低，其產膠量也相對較低，對土壤氮的需求也相對較少。

圖1 橡膠林土壤氮與橡膠樹葉片全氮的關系Fig.1 Relationships between soil nitrogen of rubber plantation and leaves nitrogen of rubber trees

橡膠林保護帶土壤氮與橡膠樹葉全氮含量呈顯著正相關，種植帶土壤銨態氮和硝態氮與橡膠樹葉片氮具有顯著相關性，進一步表明土壤氮是橡膠樹氮的源和庫，土壤氮直接影響著橡膠樹生長，銨態氮和硝態氮對橡膠樹生長影響最為明顯，而種植帶土壤受割膠、施肥等人為活動影響較大。不同品系、不同割齡橡膠生長對土壤中氮的影響還需進一步研究。

4 結 論

橡膠園土壤中不同形態氮和橡膠樹葉片氮含量隨種植品系、割齡和種植區域而變化。橡膠林土壤中銨態氮和硝態氮較低，硝態氮變異最大；GT1品系橡膠林土壤中全氮含量較高，RRIM600、云研-774相對較低。土壤全氮含量老割齡相對較高，土壤銨態氮和硝態氮以低割齡橡膠園相對較高。橡膠樹葉片全氮隨割齡的增加而降低。土壤氮與橡膠樹葉片氮呈顯著正相關，土壤氮是橡膠樹氮的源和庫，土壤氮直接影響著橡膠樹生長，土壤中銨態氮和硝態氮對橡膠樹生長影響最為明顯。不同割齡、不同品系橡膠樹在不同地區對土壤中氮具有顯著的影響。