沿海沙地3种竹林土壤易氧化有机碳研究

荣俊冬 张迎辉 蒋建立 魏建文 陈礼光 郑郁善

(1福建农林大学林学院 福州 350002；2福州植物园 福州 350012；3福建省东山赤山国有防护林场 福建漳州 363403)

沿海沙地3种竹林土壤易氧化有机碳研究

荣俊冬1张迎辉2蒋建立1魏建文3陈礼光1郑郁善1

(1福建农林大学林学院 福州 350002；2福州植物园 福州 350012；3福建省东山赤山国有防护林场 福建漳州 363403)

分析福建省东山赤山国有防护林场沿海沙地绿竹、麻竹、大头典竹3种竹林不同土层、不同季节土壤易氧化有机碳 (ROC)含量变化特征，以及土壤ROC与总有机碳 (SOC)、全氮、全磷、全硫、pH值、土壤温度等指标的相关性，为探寻沿海沙地竹林碳循环规律提供基础数据。研究表明:沿海沙地3种竹林土壤ROC含量季节变化特征明显，不同季节间含量差异达到极显著水平，3种竹林季节变化规律基本一致，夏、春、秋季较高，冬季最低；大头典竹林土壤ROC含量最高，绿竹林高于麻竹林，且差异性极显著；土壤ROC含量随着深度的增加而减小，不同土层之间差异极显著；土壤ROC与SOC、全氮呈显著正相关，与pH值呈极显著负相关，与全磷、全硫、土壤温度等指标相关性不显著。沿海沙地3种竹林土壤ROC的季节和空间分布特征有一定差异性，土壤SOC、pH值、全氮是ROC在不同竹林间产生差异的主要原因。

沿海沙地竹林；易氧化有机碳；季节动态；土壤理化性质；福建省

土壤碳库是地表最大的有机碳库，在全球碳循环中起着重要作用[1]。土壤中有机物质的降解对碳的储存和养分状况起重要的控制和指示作用[2]，进而在一定程度上影响全球气候变化。土壤活性有机碳是土壤中活跃的化学组分，能显著影响土壤化学物质的溶解、吸附、解吸、吸收、迁移乃至生物毒性等行为[3]。虽然土壤活性有机碳占总有机碳(SOC)的比例较小，但却是土壤生态系统中重要的能量来源，并可指示土壤有机质的早期变化[4]，土壤活性有机碳可以作为土壤碳库一段时间内变化的指示因子[5－7]。目前还无法直接测定土壤活性有机碳库或潜在矿化有机碳库的数量，主要通过测定土壤中一些活性有机碳组分来表征土壤活性有机碳库的大小[8]，土壤易氧化有机碳 (ROC)是土壤有机碳中周转最快、最敏感的组分，常用作表征土壤肥力变化的重要指标之一[4，9]。

沿海防护林具有改善气候、降盐改土、固土护坡、防风固沙等功能，对于沿海地区防灾、减灾和维护生态平衡起着独特而不可替代的作用[10]。长期以来，我国东南沿海防护林树种以木麻黄(Casuarina equisetifolia)为主，但目前许多木麻黄防护林已进入自然衰老阶段，防护功能衰退，亟待更新[11－12]。竹子具有很强的生长能力，地下根系发达，是东南沿海防风固沙的理想植被[13]，引种竹子已成为增加沿海防护林树种多样性的有效措施[14]。本文以东南沿海沙地大头典竹 (Dendrocalamopsis beecheyanavar.pubescents)、绿竹 (Dendrocalamopsis oldhami)和麻竹 (Dendrocalamus latiflorus)林为研究对象，比较不同土层、不同季节土壤ROC含量变化特征，以及土壤ROC与SOC、全氮、全磷、全硫、pH值、土壤温度等指标的相关性，为探寻沿海沙地竹林碳循环规律提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

试验地位于福建省东山赤山国有防护林场，属南亚热带海洋性季风气候，气候温暖，光照充足，历年极端最高气温36.6℃，极端最低气温3.8℃，年平均气温20.8℃。终年无霜冻。年平均降水量1 103.8 mm，属福建省少雨区。降雨主要受台风影响，全年降水量主要集中在5—8月，约占年降水量的61%。各月相对湿度71%～85%。土壤以滨海沙土为主。不同竹林土壤理化性质见表1。

试验林营造于2001年，密度600丛/hm2，长势较好且均为纯林，竹林生长基本概况见表2。

表1 不同林分土壤基本理化性质

表2 试验竹林生长状况

1.2 研究方法

2012年，于1月中旬 (冬季)、4月中旬 (春季)、7月中旬 (夏季)和10月中旬 (秋季)分4次采集土壤样品。每种竹林随机设置3块10 m×10 m的试验样地，每个样地随机设置3个采样点。在每个采样点用直径为2 cm的土钻分别取0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm的土壤样品各 1份，将同一样地3个采样点相同土层土样等量混合。样品当天采回后，放于阴凉干燥处自然风干，用于测定土壤SOC、ROC和全氮、全磷、全硫、pH值等指标。

1.3 土壤指标测定方法

用硫酸－重铬酸钾氧化外加热、硫酸亚铁滴定法(LY/T 1237－1999)测定土壤SOC；采用高锰酸钾氧化法、分光光度计比色测定土壤ROC[15－16]。

采用土 ∶水＝1∶2.5蒸馏水浸提、酸度计(LY/T 1239－1999)测定土壤pH值；采用半微量凯氏定氮法 (LY/T 1228－1999)测定全氮；采用氢氧化钠碱熔－钼锑抗比色法 (LY/T 1232－1999)测定全磷；采用EDTA间接滴定法 (LY/T 1255－1999)测定全硫。

1.4 数据处理

采用Excel2007软件制图，用DPS数据处理系统(v16.05)进行方差分析和显著性检验，采用Pearson检验法进行土壤ROC与土壤基本理化性质相关性分析。不同季节土壤ROC含量为各土层的加权平均值。

2 结果与分析

2.1 竹林土壤ROC含量季节变化特征

测定分析结果显示 (图1)，3种竹林土壤ROC含量随季节变化明显。绿竹林土壤ROC含量夏季最高 (2.11 g/kg)，其次为春季、秋季，冬季含量最低 (0.92 g/kg)，为夏季含量的43.60%，且不同季节间含量差异极显著 (P＜0.01)。麻竹林土壤ROC含量季节变化规律与绿竹林相似，含量以夏季最高(1.35 g/kg)，其次为春季、秋季，冬季含量最低(0.64 g/kg)，为夏季含量的47.41%，且不同季节间含量差异极显著 (P＜0.01)。与绿竹林和麻竹林不同，大头典竹林土壤ROC含量最高出现在春季(2.37 g/kg)，其次为秋季、夏季，冬季含量最低(1.01 g/kg)，为春季含量的42.62%，且不同季节间含量差异也达到极显著水平 (P＜0.01)。总体看来，沿海沙地3种竹林土壤ROC含量呈现一定的规律性，不同季节含量差异均达到极显著水平，表明其对季节变化较敏感，这与以往研究[4，17]结论相一致。

图1 竹林不同季节土壤ROC含量变化

2.2 竹林不同土层土壤ROC含量特征

对竹林不同土层土壤ROC含量分析结果显示(图2)，其变化均表现出随着深度的增加而减小的趋势，但不同竹林间又表现出一定的差异性。绿竹林不同土层ROC含量差异最大，0～10 cm土壤ROC含量为30～50 cm的1.44倍，不同土层之间差异极显著 (P＜0.01)；麻竹林0～10 cm土壤ROC含量高于10～30 cm和30～50 cm土层，且差异极显著 (P＜0.05)但10～30 cm和30～50 cm土层土壤ROC含量差异不显著；大头典竹林各土层土壤ROC含量均高于绿竹林和麻竹林，0～10 cm土壤ROC含量为30～50 cm的1.16倍，不同土层之间差异极显著 (P＜0.01)。从不同竹林来看，3种竹林0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm土层土壤ROC含量均表现为:大头典竹林＞绿竹林＞麻竹林，且差异极显著 (P＜0.01)。

图2 竹林不同土层土壤ROC含量变化

2.3 土壤ROC和其他理化性质的关系

对沿海沙地土壤ROC与SOC、全氮、全磷、全硫、pH值及土壤温度等理化性质指标进行相关分析结果表明 (表3)，土壤ROC与SOC和全氮呈显著正相关，相关系数分别为0.727、0.718(P＜0.05)；与土壤pH值呈极显著负相关，相关系数为－0.837(P＜0.01)；与全磷、全硫、土壤温度等其他理化性质指标相关性不显著。

表3 土壤ROC与其他理化性质之间的相关性

3 结论与讨论

森林每年通过凋落物的分解、淋溶向土壤提供大量有机碳，成为土壤活性有机碳的重要来源[3]。土壤ROC受到森林凋落物数量和组成及分解、土壤温度、湿度、微生物组成等季节动态影响，导致不同林分土壤ROC含量的差异及季节变化。湘中丘陵区杉木人工林、马尾松－石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、石栎－青冈等4种常绿阔叶林土壤ROC含量季节变化表现为夏、秋季较高，春、冬季较低[18]；江西泰和退化红壤区湿地松纯林、马尾松纯林、湿地松×枫香混交林以及枫香纯林等4种类型人工林土壤ROC含量表现为夏、秋、春季较高，冬季最低[19]。本研究结果表明，沿海沙地竹林土壤ROC含量季节变化特征同样明显，3种竹林季节变化规律基本一致，夏、春、秋季较高，冬季最低。从不同竹林土壤ROC含量来看，大头典竹林最高，绿竹林高于麻竹林。

土壤SOC含量受凋落物量和森林盖度的影响较大[20]，而土壤ROC含量在很大程度上取决于土壤SOC含量[21]，本研究中大头典竹林盖度较高，地表枯落物比其他2种竹林明显多，这可能是造成大头典竹林ROC含量明显高于绿竹林和麻竹林的主要原因。由于东南沿海沙地自然环境较为特殊，3种竹林土壤ROC含量均显著低于同纬度常绿阔叶林、针阔混交林、针叶纯林等林分[18－19]，但与马尾松低效林相近[22]。

3种竹林土壤ROC在0～10 cm的含量都明显高于10～30 cm和30～50 cm，且表现出随土层深度增加而减小的趋势，可能是因为土壤随深度的增加受微生物的影响越来越小。沿海沙地土壤ROC含量与SOC和全氮呈显著正相关，这与姜培坤对浙江省玲珑山[23]和徐侠对福建省武夷山[24]以及孙伟军对湖南省长沙县[25]等不同森林类型土壤ROC分析的结果一致。关于土壤ROC与pH值的关系方面，不同学者研究结论不同，王棣对秦岭典型林分[26]和辜翔对中亚热带4种森林类型[18]研究认为土壤ROC含量与pH值不存在显著相关性，而马和平对西藏色季拉山不同林分[27]和王国兵对苏北沿海4种不同土地利用方式[28]的研究认为土壤ROC含量与pH值存在显著或极显著的负相关，本研究表明沿海沙地3种竹林土壤ROC与土壤pH值呈极显著负相关。沿海沙地3种竹林土壤ROC的季节和空间分布特征有一定差异性，土壤SOC、pH值、全氮是ROC在不同竹林间产生差异的主要原因。

[1]Janzen H H.Carbon cycling in earth systems:a soil science perspective[J].Agriculture Ecosystems ＆ Environment， 2005，104(3):399－417.

[2]Coryc C，Dianar N，Stevenk S，et al.Increases in soil respiration following labile carbon additions linked to rapid shifts in soil microbial community composition[J].Biogeochemistry， 2007，82(3):229－240.

[3]柳敏，宇万太，姜子绍，等.土壤活性有机碳[J].生态学杂志，2006，25(11):1412－1417.

[4]沈宏，曹志洪，胡正义.土壤活性有机碳的表征及其生态效应[J].生态学杂志，1999，18(3):32－38.

[5]Shrestha R K，Ladha J K， Lefroy R D.Carbon management for sustainability of an intensively managed rice－based cropping system[J].Biology and Fertility of Soils， 2002， 36(3):215－223.

[6]Shrestha R K，Ladha J K，Gami S K.Total and organic soil carbon in cropping systems of Nepal[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems， 2006， 75(1):257－269.

[7]Melero S， López－Garrido R， Madejón E， et al.Long－term effects of conservation tillage on organic fractions in two soils in southwest of Spain[J].Agriculture Ecosystems ＆ Environment，2009， 133(1):68－74.

[8]张仕吉，项文化.土地利用方式对土壤活性有机碳影响的研究进展[J].中南林业科技大学学报，2012，32(5):134－143.

[9]王清奎，汪思龙，冯宗炜，等.土壤活性有机质及其与土壤质量的关系[J].生态学报，2005，25(3):513－519.

[10]胡海波，张金池，鲁小珍.我国沿海防护林体系环境效应的研究[J].世界林业研究，2001，14(5):37－43.

[11]张水松，叶功富，徐俊森，等.木麻黄基干林带类型划分和更新造林关键技术研究[J].林业科学，2002，38(2):44－53.

[12]林武星，叶功富，徐俊森，等.滨海沙地木麻黄基干林带不同更新方式综合效益分析[J].林业科学，2003(增1):112－116.

[13]林爱玉，涂志华，上官保国，等.沿海沙地引种竹子和木麻黄固沙功能比较研究[J].福建林学院学报，2013，33(1):28－33.

[14]张梅，郑郁善，陈礼光，等.滨海沙地竹子引种试验初报[J].西南林业大学学报，2007，27(1):48－50.

[15]Blair G J，Rdb L， Lise L.Soil carbon fractions based on their degree ofoxidation， and the developmentofa carbon management index for agricultural systems[J].Australian Journal of Agricultural Research， 1995， 46(7):393－406.

[16]沈宏，曹志洪，徐志红.施肥对土壤不同碳形态及碳库管理指数的影响[J].土壤学报，2000，37(2):166－173.

[17]石亚攀，陈立新，段文标，等.红松针阔混交林林隙土壤总有机碳和易氧化有机碳的时空异质性研究[J].水土保持学报，2013，27(6):186－192.

[18]辜翔，张仕吉，项文化，等.中亚热带4种森林类型土壤活性有机碳的季节动态特征[J].植物生态学报，2016，40(10):1064－1076.

[19]谭桂霞，刘苑秋，李莲莲，等.退化红壤区不同类型人工林土壤活性有机碳及其季节变化[J].江西农业大学学报，2014， 36(2):434－440.

[20]耿玉清，余新晓，岳永杰，等.北京山地针叶林与阔叶林土壤活性有机碳库的研究[J].北京林业大学学报，2009，31(5):19－24.

[21]Anderson T H，Domsch K H.Ratios of microbial biomass carbon to total organic carbon in arable soils[J].Soil Biology＆Biochemistry， 1989， 21(4):471－479.

[22]赖家明，李开志，黄从德，等.不同改造措施对马尾松低效林土壤活性有机碳的影响[J].林业科学研究，2013，26(2):167－173.

[23]姜培坤.不同林分下土壤活性有机碳库研究[J].林业科学，2005， 41(1):10－13.

[24]徐侠，王丰，栾以玲，等.武夷山不同海拔植被土壤易氧化碳[J].生态学杂志，2008，27(7):1115－1121.

[25]孙伟军，方晰，项文化，等.湘中丘陵区不同演替阶段森林土壤活性有机碳库特征[J].生态学报，2013，33(24):7765－7773.

[26]王棣，耿增超，佘雕，等.秦岭典型林分土壤活性有机碳及碳储量垂直分布特征[J].应用生态学报，2014，25(6):1569－1577.

[27]马和平，郭其强，刘合满，等.西藏色季拉山土壤微生物量碳和易氧化态碳沿海拔梯度的变化[J].水土保持学报，2012， 26(4):163－166.

[28]王国兵，赵小龙，王明慧，等.苏北沿海土地利用变化对土壤易氧化碳含量的影响[J].应用生态学报，2013，24(4):921－926.

Study on Soileasily Oxidized Organic Carbon of Different Bamboo Forests on Coastal Sandy Land

Rong Jundong1Zhang Yinghui2Jiang Jianli1Wei Jianwen3Chen Liguang1Zheng Yushan1
(1 College of Forestry， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350002， China；2 The Botanical Garden of Fuzhou， Fuzhou 350002， China；3 Dongshan Chishan State－owned Protection Forest Farm of Fujian Province， Zhangzhou 350212， Fujian， China)

In order to provide basic data for exploring the law of bamboo forest carbon cycle in coastal sandy sites，this paper was focused on analyzing the varied characteristics of soil easily oxidized organic carbon(ROC)content，as well as the correlation between soil ROC and some indexes including total organic carbon(SOC)，total nitrogen(N)，total phosphorus(P)，total sulfur(S)，pH value and soil temperature under different soil layers and seasons within three kindsofbamboo forests， such asDendrocalamopsisoldhami，DendrocalamuslatiflorusandDendrocalamopsis beecheyanavar.pubescenson the Fujian Chishan state－owned forest farm.The soil ROC content of three bamboo forests in coastal sandy sites changed obviously along with the seasons，the content differences in different seasons reached an extremely significant level(P＜0.01).Seasonal dynamic that the soil ROC content was higher in summer， spring， autumn and the lowest in winter ， which was largely consistent among three bamboo forests.The soil ROC content ofDendrocalamopsis beecheyanavar.pubescensforest was the highest，followed by that ofDendrocalamopsis oldhamiforest andDendrocalamus latiflorusforest， with an extremely significant difference(P＜0.01).The soil ROC content decreased with the increase of depth，and the difference among different soil layers was extremely significant(P＜0.01).The content of soil ROC had a significant positive correlation with those of SOC and total N，a negative correlation with pH value， and no significant correlation with total P， total S and soil temperature.The spatial distribution characteristics of soil ROC in three kinds of bamboo forests on coastal sandy sites are different along with different seasons.The main reasons for the difference between different bamboo forests are soil SOC，pH value and total N.

bamboo forest on coastal sandy sites， easily oxidized organic carbon， seasonal dynamic， soil chemical and physical properties，Fujian

10.13640/j.cnki.wbr.2017.05.001

福建省区域发展项目 (编号:2015N3015)；福建省科技重大专项 (编号:2013NZ0001)；福建省科技重大项目(编号:2010N5002)。

荣俊冬 (1979－)，男，助理研究员，从事森林培育研究工作。E－mail:rongjd＠126.com。

郑郁善 (1960－)，男，教授，博士生导师，主要从事森林培育研究工作。E－mail:zys1960＠163.com。