尾叶桉与木荷林对土壤理化性质及易氧化有机碳的影响_吴梦佳.pdf

收稿日期：修回日期：基金项目：广东省林业科技创新项目“碳中和背景下广东省典型优势树种大径材培育关键技术体系构建与示范”（）”、“粤西地区优质高产林分碳封存潜力提升的施肥技术体系构建”（）。第一作者简介：吴梦佳（），女，本科生，从事森林土壤学研究。：。通信作者：莫其锋（），男，副教授，从事森林生态学研究。：。：尾叶桉与木荷林对土壤理化性质及易氧化有机碳的影响吴梦佳，于耀泓，顾晓娟，刘林云慧，刘 悦，莫其锋（华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州）开放科学标识码（码）摘要：为了解林分类型对土壤理化性质及易氧化有机碳（）的影响，采集广州市长岗山 年生尾叶桉和木荷人工林表层土壤，测定土壤碳（）、氮（）、磷（）含量及阳离子交换量（）、含量等指标并进行对比分析。结果表明：尾叶桉林表层土壤总有机碳（）和全氮（）含量显著高于木荷林；表现为木荷林显著大于尾叶桉林，而 和 则表现为尾叶桉林大于木荷林，两种林分表层土壤 含量丰富，而 元素较缺乏。两种林分土壤 差异不显著，尾叶桉林土壤的交换性盐基离子总量和盐基饱和度显著高于木荷林；两种林分土壤交换性盐基离子含量表现为。尾叶桉林土壤的 含量显著高于木荷林，表现为木荷林小于尾叶桉林但没有显著差异。尾叶桉林土壤的 含量与 呈显著正相关（），且 与 呈显著正相关（）；木荷林土壤的 含量与 呈显著正相关（），与 呈极显著正相关（）。两种林分表层土壤的 含量存在显著差异，说明林分类型是影响土壤 含量的重要因素。木荷林的 小于尾叶桉林，说明其土壤碳稳定性高于尾叶桉林，对土壤碳固存效果更好。关键词：人工林；土壤有机碳；土壤碳稳定性；土壤阳离子交换量；土壤化学计量中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：（），（），（）（），（），（）（），（），：；森林与环境学报，（）：第 卷 第 期 年 月森林是全球生态系统中的重要组成部分。森林碳汇是指森林植物同化大气中的二氧化碳并固定在植物和土壤中，从而对碳的固存具有双重作用，在碳吸收和缓解温室效应方面具有极大潜力。森林植被在受自然灾害和人为干扰的情况下容易将固定的碳返还，而森林土壤比森林植被受到的环境扰动小，提高森林土壤碳储备，对森林有效固碳具有重要意义。土壤有机碳可划分为微生物量碳、易氧化有机碳（，）、溶解性有机碳、轻组有机碳和重组有机碳。其中，是土壤有机碳库中较活跃的组分，能快速分解并参与土壤中各种化学反应。是土壤总有机碳（，）变化的敏感指标之一，是评估土壤碳稳定性的重要指标，其值越小，土壤碳稳定性越好。土壤化学计量特征是土壤中碳（）、氮（）、磷（）等元素的比值关系，其中、是影响植物生长发育的主要元素，与地上植物的生长发育、元素在生态系统中的循环平衡等密切相关。舒韦维等对马尾松（）、红锥（）及其混交林土壤的研究表明土壤化学计量特征因林分的不同而有差异。通过研究林分土壤的化学计量比特征，还可以指示土壤养分的限制和土壤碳储能力，对亚热带不同林龄桉树人工林的研究发现，土壤、化学计量比与植物、化学计量比有很强的相关性。土壤阳离子交换量（，）是在一定 条件下土壤胶体可吸附和交换的阳离子总量，其大小可以表征土壤的保肥能力；交换性盐基离子总量（，）指示土壤离子交换能力；而盐基饱和度（，）指征着土壤交换性盐基离子的有效性。、和 三者常被作为评价土壤保肥、供肥能力和缓冲能力的指标。目前关于土壤 的影响因素已有较多研究，而关于不同人工林类型对土壤、和 影响的研究还比较少。尾叶桉（，）和木荷（，）是我国南方地区重要的造林树种，对华南地区酸性红壤的适应性强。目前，关于尾叶桉和木荷人工林的土壤理化性质已有较多研究，但多数集中于对中、幼龄林的影响。因此，本研究选择位于广州市长岗山 年生的尾叶桉与木荷人工林作为研究对象，测定两种林分类型土壤的、含量以及土壤、含量，比较不同树种成熟人工林表层土壤化学计量特征、和土壤碳稳定性，为华南地区人工林土壤地力维持和土壤碳库管理提供理论指导。材料与方法 样地概况研究地位于广州市长岗山自然保护区（，），占地面积约 ，海拔约。该地气候为南亚热带季风气候，年平均气温 ，年际变化小，月平均气温在 以上，最高温出现在 月；年平均相对湿度；年平均降雨量 ，全年降雨丰富，雨季在 月；土壤为花岗岩发育的赤红壤。采集地点为保护区内尾叶桉和木荷 年生纯林，两种林分造林前土壤条件相近，林分概况见表。试验林地为近自然状态，两种林分地被植物均以九节（）、梅叶冬青（）和三叉苦（）等为主，尾叶桉林下植被覆盖率比木荷的高。表 林分概况 林分类型 海拔 胸径 树高 林分密度 （）郁闭度 尾叶桉林 木荷林 注：表中数值为平均值标准差。：土壤样品采集采样时间为 年 月。两种林分分别设置 个 的样方，各样方间距离均大于 ，采集 土层的土样。每个样方根据坡向按上、中、下各采集 份样品（按多点采样法采集混合土 第 期吴梦佳，等：尾叶桉与木荷林对土壤理化性质及易氧化有机碳的影响样）。两种林分类型共计 份样品。样品测定土壤含水量（，）采用烘干法测定；值采用电位法测定（水 土 ）；含量采用重铬酸钾氧化外加热法测定，含量采用 高锰酸钾氧化比色法测定；全氮（，）含量采用浓硫酸催化剂消解靛酚蓝比色法测定；全磷（，）含量采用浓硫酸催化剂消解钼蓝比色法测定；速效磷（，）含量采用钼锑抗比色法测定。用三氯化六氨合钴浸提分光光度法测定。土壤交换性、含量采用乙酸铵交换火焰光度法测定，交换性、含量采用乙酸铵交换 络合滴定法测定。和 的计算方法如下：（）（）式中：为交换性盐基离子总量；为交换性钾离子含量；为交换性钠离子含量；为交换性钙离子含量；为交换性镁离子含量；为盐基饱和度；为交换性阳离子总量。数据处理与分析使用 软件进行统计分析，采用单因素方差分析和最小差异显著法比较两种林分土壤差异，使用变异系数（，）评估、值及土壤、含量和化学计量比的变异程度。使用 检验法分别比较两种林分土壤各因子之间的相关性。所有试验数据均为平均值标准差，显著性水平设为。结果与分析 土壤理化性质与化学计量比由表 可见，在两种林分表层（）土壤中，尾叶桉林的 和 含量均大于木荷林且有显著差异；而、含量及 值均表现为尾叶桉林大于木荷林，但无显著差异；尾叶桉林表层土壤的 、高于木荷林，但没有统计学上的差异，而木荷林表层土壤的 显著大于尾叶桉林。根据变异程度划分，尾叶桉林表层土壤的、含量及 值、都属于弱变异（）；、属于中等变异（）。木荷林表层土壤的 值和 属于弱变异；除此以外的其它指标都属于中等变异。两种林分表层土壤的、和 含量变异程度均较低，且变化幅度较小。表 两种林分土壤理化性质和化学计量比 林分类型 指标土壤含水量 值总有机碳含量（）全氮含量（）全磷含量（）速效磷含量（）碳氮比 碳磷比 氮磷比 尾叶桉林 木荷林 平均值标准差 最大值 最小值 变异系数 平均值标准差 最大值 最小值 变异系数 注：同列数据后不同小写字母表示两种林分间存在显著差异（）。：（）土壤交换性阳离子特征由表 可看出，两种林分表层土壤的 表现为尾叶桉林大于木荷林，但没有显著差异，而尾叶桉林表层土壤的 和 显著大于木荷林。尾叶桉林表层土壤的交换性、和 含量均显著森 林 与 环 境 学 报第 卷高于木荷林，但两种林分 含量没有显著差异。表 两种林分土壤交换性阳离子特征 林分类型 阳离子交换量（）交换性盐基离子总量（）盐基饱和度 钙离子含量（）镁离子含量（）钾离子含量（）钠离子含量（）尾叶桉林 木荷林 注：同列数据后不同小写字母表示两种林分间存在显著差异（）。：（）土壤易氧化有机碳含量及其与总有机碳比 由表 可见，尾叶桉林表层土壤的 含量显著大于木荷林；尾叶桉林表层土壤的 大于木荷林，但无显著性差异。土壤各理化因子的相关性分析由表 可见，尾叶桉林表层土壤的 与 含量呈显著正相关（）；与、含量呈极显著正相关（），与、含量呈显著正相关（）；与、含量呈表 两种林分土壤易氧化有机碳含量及其与总有机碳比 林分类型 易氧化有机碳含量 （）易氧化有机碳占总有机碳比 尾叶桉林 木荷林 注：同列数据后不同小写字母表示两种林分间存在显著差异（）。：（）显著正相关（）；含量与 含量呈极显著正相关（），与 含量呈显著正相关（），与 含量相关性不明显。含量与 含量呈显著正相关（）；含量与、含量呈显著正相关（）；含量与 含量、呈显著正相关（）；与 含量呈显著正相关（）。表 尾叶桉林土壤各理化因子的相关性 指标 注：表示显著相关（）；表示极显著相关（）。：（）；（）由表 可见，木荷林表层土壤的 与、的相关性不明显，与 含量、呈显著正相关（）；与、含量呈显著正相关（），与 含量呈极显著正相关（）；第 期吴梦佳，等：尾叶桉与木荷林对土壤理化性质及易氧化有机碳的影响含量与、含量呈显著正相关（）；含量与 含量呈显著正相关（）；与 呈显著正相关（）；含量、与 均呈显著正相关（）；含量与 呈极显著正相关（）。表 木荷林土壤各理化因子的相关性 指标 注：表示显著相关（）；表示极显著相关（）。：（）；（）讨论与结论 林分对土壤碳氮磷及化学计量特征的影响本研究中，两种林分表层土壤的 含量（，）显著高于我国表层土壤有机碳的平均水平（）。另外，尾叶桉林表层土壤的 含量显著高于木荷林，且高于许宇星等对雷州半岛桉树人工林土壤 的研究结果（）。造成这种差异的原因可能是林龄的差异，随着林龄的增加，土壤的 含量也逐渐升高。本研究中，尾叶桉林是 年生的成熟林，同时，尾叶桉林郁闭度更低，林下光照充足，林下植被覆盖率高于木荷林，且尾叶桉林自身有自然整枝行为，大量枯落物的输入提高了土壤 输入，导致尾叶桉林表层土壤的 含量显著高于木荷林。根据第 次全国土壤普查评价标准，本研究中尾叶桉林表层土壤的 含量评级为 级，木荷林土壤的为 级，说明两种林分表层土壤的 含量呈现较丰富的状态。研究表明，土壤 来源主要是枯落物分解和大气 沉降。尾叶桉林大量枯落物可能导致其土壤的 含量高于木荷林。另外，由于研究样地位于城市中，受城市大气 沉降的影响比较明显，这可能是造成研究地土壤 含量偏高的另一原因。本研究中，尾叶桉林和木荷林表层土壤的 （，）高于全国土壤表层平均水平（），说明这两种林分有机质供给 能力强。本研究中，尾叶桉林和木荷林表层土壤的 含量评价为较缺，含量评级为缺乏，但两种林分的 含量差异不显著，说明 含量在研究地呈现普遍缺乏的状况。这一结果与林远等研究结果一致，土壤 含量与土壤母质、有机质、降雨和植被覆盖等密切相关。郑威等对南亚热带典型人工林的研究表明，含量较低的土壤中的 成分主要来源于土壤有机 的矿化。本研究中，尾叶桉林表层土壤的 含量高于木荷林，导致其 和 含量均比木荷林高。两种林分表层土壤的 （，）均低于全国表层土壤平均水平（）。另外，两种林分表层土壤的 高于鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林的表层土壤，含量的升高是导致 升高的主要因素，本研究地 含量丰富，因此造成 森 林 与 环 境 学 报第 卷高。尾叶桉林和木荷林表层土壤的 （，）均低于全国表层土壤平均水平（），表明研究地树木的生长仍可能在一定程度上受到 限制。相关性分析表明，尾叶桉林表层土壤的 含量与、呈显著正相关（），与 呈显著正相关（）；木荷林表层土壤的 与 呈显著正相关（）。这说明土壤、之间存在耦合关系，且由于林分类型不同，耦合性的强度有差异。林分对土壤阳离子交换量的影响本研究中，尾叶桉林和木荷林表层土壤的 均低于 ，属于保肥能力较弱的土壤，而两种林分土壤的 均小于，呈现出较低的，供肥能力较低，这可能与研究区降雨量较大有关，土壤阳离子由于雨水的淋洗作用大量流失。土壤 含量对 有显著的影响。研究表明，高的土壤 含量较高，与本研究结果相似，尾叶桉林表层土壤的 含量和 均高于木荷林。尾叶桉林下凋落物较多，有机质尤其是腐殖质的增加提供了更多负电荷位点，导致 升高。的高低决定了土壤缓冲能力的大小，越高，土壤缓冲能力越强。本研究中，尾叶桉林表层土壤的 高于木荷林，说明其抵抗 值剧烈变化的能力更强，且尾叶桉林表层土壤的 高于木荷林，说明尾叶桉林表层土壤阳离子的有效性更高。本研究中，交换性盐基离子含量在两种林分中均表现为，以 和 为主，这主要与阳离子自身特性有关。土壤中 和 较容易被土壤胶体吸附固定，而 和 比较容易交换解吸。相关性分析表明，尾叶桉林表层土壤的 含量、与交换性 呈显著正相关，这与刘世全等的研究结论相一致。木荷林表层土壤的 含量与 呈显著正相关，说明土壤 含量的升高对土壤 有积极影响，这与于耀泓等的研究结果相似，含量的升高说明土壤有机质的丰度升高，从而使土壤的 升高。结合本研究中两种林分表层土壤、及 等指标的对比研究发现，尾叶桉林表层土壤的养分状况比木荷林好，这与赵江宁等的结果相似。林分对土壤碳稳定性的影响本研究中，尾叶桉林表层土壤的 与 含量呈显著正相关，说明 在一定程度促进 的积累，这与赵林林等的研究结果相同。本研究也发现尾叶桉林表层土壤的 含量与 含量呈显著正相关，说明土壤 对 含量有一定的影响。木荷林表层土壤的 含量主要受到 含量的影响，这与吴慧等的研究结果相同。本研究中，尾叶桉林与木荷林表层土壤的 无显著差异，这与 、的研究结果相似，凋落物成分的不同是造成 差异的原因之一，而两种林分表层土壤的 差异不明显，说明这两种林分表层土壤的 周转效率相近。比例越小，说明土壤中活跃的碳占总有机碳比例越小，土壤碳的稳定性越强。本研究发现，木荷林表层土壤的 小于尾叶桉林，说明木荷林表层土壤的碳稳定性更强。然而，本研究中尾叶桉林与木荷林表层土壤的 （，）低于吴慧等报道海南岛 处次生林地表层土壤的 比例（，）。造成此现象的原因可能与气候条件和林分生长状况相关。有研究表明，氮沉降对土壤有机碳的积累和有机碳组分的稳定性有一定的促进作用，氮沉降也可能是导致本研究地 较低的原因之一。本研究中，尾叶桉林表层土壤的、等养分状况比木荷林好。含量与土壤、元素的相关性因林分类型不同有差异。木荷林表层土壤的碳稳定性比尾叶桉林高。乡土树种木荷造林后将有利于土壤碳稳定性的提升，是提高土壤碳汇能力的优选树种。参考文献 ，：，：，（）：，第 期吴梦佳，等：尾叶桉与木荷林对土壤理化性质及易氧化有机碳的影响 ，（）：舒韦维，卢立华，李华，等 马尾松、红锥纯林及其混交林土壤化学计量特征 广西林业科学，（）：，（）：，（）：许宇星，王志超，竹万宽，等 雷州半岛不同林龄桉树人工林土壤化学计量特征 云南农业大学学报（自然科学），（）：邓厚银，胡德活，晏姝，等 粤北地区杉木林与阔叶纯林土壤肥力特征 东北林业大学学报，（）：黄香兰，叶龙华，卢广超，等 三种人工林的土壤碳密度动态研究 湖南林业科技，（）：赵江宁，冯嘉仪，刘露，等 长岗山不同林分类型对土壤理化性质的影响 林业与环境科学，（）：王薇菡，虞依娜，谢嘉淇，等 中国南亚热带不同造林模式碳汇林土壤碳、氮、磷的积累及化学计量特征生态学报，（）：赵伊博，方皓月，江光林，等 川西高山峡谷区不同类型彩叶林枯落物和土壤生态化学计量特征 四川农业大学学报，（）：莫凌梓，彭彬，王嘉珊，等 氮沉降对城市绿地植物及土壤养分的影响初探：以果岭草（）为例生态环境学报，（）：，：，（）：林远，梁源，陈柳谕，等 广州市森林公园常绿阔叶林土壤养分特征分析 林业与环境科学，（）：郑威，李晨曦，谭玲，等 南亚热带桉树人工林与典型乡土树种人工林土壤磷组分及磷吸附特性比较 土壤，（）：王绍强，于贵瑞 生态系统碳氮磷元素的生态化学计量学特征 生态学报，（）：刘兴诏，周国逸，张德强，等 南亚热带森林不同演替阶段植物与土壤中、的化学计量特征 植物生态学报，（）：王营哲，何欢，肖蒙，等 三江并流区种森林类型土壤化学计量特征研究 林业调查规划，（）：，陶晓，俞元春，张云彬，等 城市森林土壤碳氮磷含量及其生态化学计量特征 生态环境学报，（）：，（），：温军，王晓丽，王彦龙 长江源区 种地形高寒草地土壤阳离子交换量和交换性盐基离子的分布特征及其机理探讨生态环境学报，（）：刘世全，蒲玉琳，张世熔，等 西藏土壤阳离子交换量的空间变化和影响因素研究 水土保持学报，（）：于耀泓，刘悦，王艺颖，等 鹅凰嶂山地雨林土壤阳离子交换量和交换性盐基离子分布特征 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