廣西扁桃適生區土壤碳氮磷生態化學計量特征*

陸炎松，黃旭光，楊思霞，趙建文，廖堂貴，黃麗丹，黃玲璞，黃宇寒

(1.南寧市園林科研所，廣西 南寧 530011；2.南寧市綠化工程管理中心，廣西 南寧 530011)

扁桃(Mangiferapersiciformis)為漆樹科(Anacardiaceae)杧果屬(MangiferaL.)常綠闊葉喬木，主要分布在我國云南(東南部)、貴州(南部)和廣西(紅水河流域以南)三省海拔800 m以下的山坡、河谷、平地及村宅周圍[1]。扁桃冠大蔭濃，是優良的綠化樹種。其在左右江及邕江流域生長優良，但在桂林、柳州、梧州、北海等區域長勢較差[2]。土壤是植物生存的物質基礎，是直接影響地上生產力水平、群落結構、生態系統結構和功能的關鍵性因素[3-4]。研究扁桃適生土壤的C、N、P養分特征及相互關系，可從土壤生態計量學方面解釋扁桃生長區域差異性的原因及豐富扁桃適生土壤碳氮磷養分生態理論和土壤營養規律，為扁桃的引種及種植提供參考。近年來，已有學者對刺槐(Robiniapseudoacacia)[5]、芒萁(DicranopterisdichotomaBernh.)[6]、杉木(Cunninghamialanceolata)[7]、側柏(Platycladusorientalis)[8]等植物的土壤生態化學計量特征進行了研究，但有關扁桃的土壤生態化學計量特征研究未見有報道。本研究利用生態化學計量研究扁桃適生土壤的C、N、P養分特征，獲得土壤養分規律、生態化學計量特征及土壤養分與生態化學計量比間的相關性，并揭示環境因子對土壤C、N、P生態化學計量比的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區概況及樣地設置

研究區位于廣西西南部(22.522°～23.758°N，106.796°～108.663°E)，屬亞熱帶季風氣候。夏季日照時間長、氣溫高、降水多。冬季日照時間短、天氣干暖。本研究在廣西南寧、百色、崇左等地設置5個代表性比較強的樣地(表1)。樣地1～3為扁桃原生林，樣地4～5為扁桃人工林。

表1 樣地基本情況

1.2 樣品采集與測定

1.2.1 樣品采集與處理

分別在每個樣地內設置3個20 m×20 m典型樣方，采用土鉆法在每個樣方內用“S”型采集5個點的0～20 cm土層的土壤樣品，挑去石塊、根系等雜物后，混勻、風干、過篩后裝入密封袋，供室內分析使用。

1.2.2 測定項目及方法

土壤 pH 采用水土比例 1︰2.5 玻璃電極法測定；土壤有機碳(SOC)采用重鉻酸鉀-水合加熱法測定；土壤全氮(TN)采用凱氏定氮法測定；土壤全磷(TP)采用鉬銻抗比色法測定[9]。

1.3 統計分析

在Excel 2010中進行數據的前期整理，在DPS 9.01中進行單因素方差分析、多重比較分析(LSD法)以及相關性分析。用變異系數表示土壤SOC、TN、TP 及其化學計量比的變異情況。變異系數CV≤10%為弱變異，10%≤CV≤100%為中等變異，≥100%為強變異[10]。變異系數具體計算公式如下。

CV=(SD/MN)×100%

式中，CV表示變異系數，SD表示標準偏差，MN表示平均值。

采用Canoco 5.0.2 進行RDA分析，分析環境因子和土壤理化性質及生態化學計量比之間的關系。

2 結果與分析

2.1 廣西扁桃適生區土壤養分分布特征

廣西扁桃適生區土壤SOC含量變化范圍6.84～19.55 g/kg，均值12.77 g/kg，變異系數為35.98%(表2)。TN含量變化范圍0.45～1.12 g/kg，均值0.83 g/kg，變異系數為36.09%。TP含量變化范圍0.28～1.22 g/kg，均值0.77 g/kg，變異系數為49.74%。SOC、TN、TP均屬于中等變異，且TP變異性強于SOC和TN。

表2 廣西扁桃適生區土壤養分含量

2.2 廣西扁桃適生區土壤C、N、P生態化學計量特征

廣西扁桃適生區土壤C︰N變化范圍10.41～30.93，均值17.16，變異系數為52.80%(表3)。C︰P變化范圍11.41～25.03，均值19.03，變異系數為35.65%。N︰P變化范圍0.37～2.29，均值1.38，變異系數為57.60%。C︰N、C︰P、N︰P均屬于中等變異。C︰N和N︰P變異性強于C︰P。

表3 廣西扁桃適生區土壤有機碳、全氮、全磷生態化學計量特征

2.3 廣西扁桃適生區土壤養分含量及生態化學計量特征間的相關性分析

由表4可看出，土壤TP含量與C︰P呈顯著負相關，與N︰P呈極顯著負相關。C︰N與N︰P呈顯著負相關。可見，土壤SOC、TN和TP含量對土壤化學計量的貢獻具有一定的差異性。TP含量對土壤C︰P、N︰P貢獻為負，SOC、TN含量對土壤化學計量的貢獻不顯著。

表4 土壤有機碳、全氮、全磷及其生態化學計量特征間的相關性

2.4 環境因子對土壤C、N、P生態化學計量比的影響

對環境因子與土壤SOC、TN、TP含量及生態化學計量比進行冗余分析(RDA)(圖1)。由圖1可知，土壤C、N、P化學計量特征分別在第Ⅰ、Ⅱ排序軸解釋系統的變異信息量分別為62.68%、22.26%。pH與C︰N、TP含量、SOC含量呈正相關，相關性C︰N>TP>SOC；與C︰P、N︰P、TN含量呈負相關，相關性N︰P>C︰P>TN。年均溫與TN含量、SOC含量、N︰P、C︰P呈正相關，相關性TN>SOC>N︰P>C︰P>TP；與C︰N呈負相關。海拔與TN含量、N︰P、C︰P呈正相關，相關性C︰P>N︰P>TN；與SOC含量、TP含量、C︰N呈負相關，相關性TP>SOC>C︰N。年均降雨量與C︰N呈正相關；與TN含量、TP含量、N︰P呈負相關，相關性TN>SOC>N︰P>TP。

圖1 環境因子和土壤 C、N、P化學計量特征的冗余度分析

各環境因子貢獻率見表5，可知對土壤C、N、P化學計量特征影響的大小為：海拔>pH>年均溫度>年均降雨量，其貢獻率分別為52.8%、51.9%、20.0%、17.3%。其中，海拔和pH影響顯著。

表5 環境因子對土壤 C、N、P化學計量特征貢獻率及顯著性檢驗

3 討論與結論

3.1 廣西扁桃適生區土壤C、N、P含量及其生態化學計量特征

土壤SOC含量受根系和微生物呼吸作用、含碳礦物質的氧化作用等有機碳輸出以及植被凋落物和根系分泌物的有機碳輸入的影響，不同生態系統中SOC儲量往往存在明顯差異[11]。廣西扁桃適生區土壤SOC含量平均值為12.77 g/kg，低于全國土壤SOC含量的平均值(19.33 g/kg)[12]。土壤N含量來源于氮素礦化與固定、硝化與反硝化等過程，與有機質的空間分布具有一致性[13-14]。本研究中土壤N含量與SOC含量的一致性特征不明顯，可能是跟植物類型[15]、空間層次差異不大等因素有關。土壤P主要受氣候、土壤母質[16]影響。P含量主要來源于土壤母質，氣候通過淋溶和降雨作用影響土壤P含量[5]。廣西扁桃適生區土壤TN和TP含量平均值分別為0.83 g/kg和0.77 g/kg。TN含量低于全國土壤N含量平均值(1.61 g/kg)[12]，TP含量略高于全國土壤P含量平均值(0.75 g/kg)[12]。

土壤碳氮磷比是土壤有機質和質量程度的重要指標，主要受區域水熱條件和成土作用特征的控制[13]。土壤有機層的C︰N、C︰P可以用來指示有機質礦化速率和土壤P的有效性，較低的C︰N、C︰P表明土壤礦化速度快和P的有效性高[7]。N︰P可用作N飽和的診斷指標，并被用于確定養分限制的閾值[17-18]。本研究中，土壤C︰N平均值為17.16，高于我國陸地土壤C︰N平均值(11.9)[12]。表明廣西扁桃適生區土壤N含量低，礦化作用較慢。這可能是因為研究區土壤大部分為酸性，影響了微生物以及土壤酶活性，從而造成有機質分解和養分礦化速度減慢[19]。本研究中土壤C︰P和N︰P平均值分別為19.03和1.38，均低于我國陸地土壤C︰P、N︰P的平均值(61、5.2)[20]。土壤C︰P遠低于我國陸地土壤C︰P均值，說明研究區土壤表現為凈礦化，具有較高的有效性。

3.2 廣西扁桃適生區土壤C、N、P及其比值的相關性

相關分析結果表明，土壤TP含量與C︰P呈顯著負相關，與N︰P呈極顯著負相關。而SOC、TN含量與C︰P、N︰P相關性不顯著，說明研究區土壤C︰P、N︰P主要受TP含量影響。C︰N與N︰P成顯著負相關關系，這與雷麗群等[21]對不同林齡馬尾松(Pinusmassoniana)人工林土壤的研究結果一致。

3.3 廣西扁桃適生區土壤C、N、P生態化學計量對環境因子的響應

土壤受到以海拔主導的地形、氣候以及生物因素綜合作用的影響，具有空間上的異質性[22]。本研究中土壤C、N含量均隨海拔的升高呈先升后降的趨勢。秦海龍等[23]、龐金鳳等[24]研究表明，土壤C、N隨海拔的升高呈升高的趨勢。隨著海拔的升高，氣溫降低，土壤微生物活性降低，分解動植物殘體速度減慢，碳氮礦化速率減慢，致使土壤SOC和TN含量積累量顯著增加[25]。本研究區屬于低海拔地區，氣溫差異不明顯，這可能是跟相關研究存在不一致的原因之一。土壤pH是影響土壤養分的重要因素[23]。本研究中，pH顯著影響了土壤C、N、P化學計量比。歐陽林梅等[26]、龐金鳳等[24]研究發現，pH對土壤C、N、P化學計量有著重要的調控作用，此結論在本研究中也進一步得到了證實。本研究區樣地大部分呈弱酸性，但樣地4卻呈弱堿性。可見，扁桃對弱酸及弱堿性土壤耐受。李佳佳等[5]研究發現，降雨量、溫度對土壤C、N、P具有顯著影響。本研究中降雨量、溫度的影響不顯著，可能是因為研究區經緯度跨度不大，溫度、降雨量差異較小。

綜上所述，廣西扁桃適生區土壤有機質的礦化作用慢，但土壤P表現為凈礦化，具有較高的有效性。土壤C︰P、N︰P主要受TP含量影響。海拔和土壤pH顯著影響土壤C、N、P化學計量特征。

本研究僅對扁桃廣西適生區的土壤養分變化及其化學計量特征進行了初步探討，對于全面評估扁桃適生土壤的養分狀況，還需要結合云南、貴州等扁桃適生地的土壤狀況進行深入探索。