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象，用LICOR-8100 Automated Soil CO₂ Flux System法測定不同林齡系列（幼林、三個中齡林和成熟林）五塊木麻黃純林土壤剖面中易變碳含量。結果表明：MBC含量隨林齡的增長而降低，且在不同層次間的差異越來越小。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。

[關鍵詞] 木麻黃 土壤 易變碳

土壤有機質對于維持土壤生產力具有重要作用，是土壤質量和健康的重要指標[1]。由于土壤中生物、化學和物理過程之間復雜的相互作用，使得不同土壤有機質成分具有不同的化學結構和分解速率，周轉時間從幾小時到幾百上千年，依據周轉速率的快慢把土壤有機碳分成易變碳庫(1abile carbopoo1)和穩定碳庫(stable carbon poo1)，或活性庫(active poo1)、慢性庫(slow po1)和惰性庫(passivepoo1)，不同的碳庫在土壤營養物質和能量流動的控制中起著不同的作用[2-4]。同時，由于土地利用或管理等變化引起了環境條件的改變，礦質土壤總有機質含量須經過幾十到幾百年才能平衡，而在土壤有機質背景值很大的情況下，短期內土壤碳儲量的增加或減少在統計上很難區分。作為森林生態系統中重要的、活躍的組分的可溶性有機碳(DOC)和微生物生物量量碳（MBC）的流動是森林生態系統碳循環的重要組成部分，對揭示森林碳預算及源與匯變化具有重要科學意義，這二者構成了土壤有機碳的主要部分。因此，分離更敏感的易變有機質組分有助于闡明土壤有機碳庫在土地利用或管理變化早期階段的變化[5，6]。

自20世紀50年代以來，我國東南沿海陸續營造了大面積的木麻黃防護林，從根本上改善了沿海地區的生態環境。但是目前大面積的木麻黃林帶已經進入衰退期，為了實現防護效果的可持續性，必須進行林帶更新[7，8]。然而林帶的更新也就意味著土地利用方式的改變，會引起土壤有機碳的變化，有必要對可能引起的“碳”變化進行預測[9]。

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

1 試驗地概況

試驗地設在福建省沿海中部惠安縣崇武鎮赤湖防護林場(118°55′ E，24°55′ N)，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫19.8℃；年均降水量1029mm，年均蒸發量2000mm；夏季(7-9月)多臺風和暴雨天氣，秋冬東北風強盛，8級以上的大風天達105 d，年平均風速7.0 m#8226;s^-1，干濕季明顯。土壤為均一性風積沙土，沙土層厚度80-100 cm。

2 材料與方法

實驗地設置在6年、17年、19年、19年和31年生的5個木麻黃人工純林內，幼林一個，中齡林三個，成熟林一個，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。

在每塊樣地內按照S形選取5個點，去除地表凋落物層，然后用取土鉆（直徑為8cm）進行采樣，采取表層0～20cm（按0～10cm和10～20cm分層）土壤，去掉土壤中可見植物根系和殘體，同一個樣地內同一層次的充分混合組成一個土樣，這樣每個樣地最后只有兩份土樣。樣品帶回室內過2mm鋼篩后再分成兩份，其中一份鮮樣(用冰桶帶回實驗室，放入4℃冰箱冷藏保存)供土壤水溶性碳、微生物生物量碳測定用；另一份風干后再過0.25mm篩子用于土壤總有機碳含量測定。

總有機碳的測定采用常規的重鉻酸鉀－外加熱法，水溶性有機碳的測定采用熱水浸提法，微生物生物量碳的測定采用氯仿熏蒸－K₂SO₄浸提法；實驗設置三次重復。

3 結果與分析

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間久，土層中有機質積累較多，隨著時間的推移，土壤內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比較低的水平，五個樣地的平均含量為58.51mg/kg（見圖2）。五個樣地兩個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，除了中林1有所變異外，MBC的含量基本上是不斷降低的。

另外一個很明顯的結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越小，差異性（即把兩層的差值的絕對值除以兩者的平均值）依次為23.7％、17.5％、17.0％、11.7％和8.7％。這說明在幼林階段，由于根際效應，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，使土層之間的微生物的差異越來越小，這也是林齡的增大導致土壤中有機質的土層差異越來越小所引起的。

3.3 微生物量碳/土壤有機碳（比值）分析

本研究在測定表層土壤易變碳的同時測定了其總的有機碳含量。微生物量碳是活躍的移動性碳庫，微生物量碳/土壤有機碳（MBC/OC）可以作為土壤碳有效性的指標。微生物量雖然只占土壤有機質的很小部分(1～5％)，但卻是控制生態系統中C、N和其他養分流的關鍵。微生物生物量C對環境的變化敏感，能較早地指示生態系統功能的變化。所以探討林地表層土壤中微生物生物量碳/土壤有機碳（比值）很有意義。這里把兩個土壤層次共20cm作為一個整體來分析。上面已經得到五個樣地兩個土層的平均MBC含量分別為94.03、40.14、86.18、52.17和20.01 mg/kg。實驗中五個樣地20cm土層的有機碳含量分別為7.130、12.000、6.387、8.871和12.431 g/kg。最終得到在這五個木麻黃人工林樣地20cm表層土壤中，微生物量碳/土壤有機碳比值處于一個較低的水平（見表1），平均為0.75％。這主要是因為木麻黃林地土壤為以紅壤為底的均一性風積沙土，土壤質地條件很差，這使得沙土中微生物的類群和數量都很低，但是具體的微生物類群和數量還有待進一步深入研究。

4 小結

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。五個樣地兩個土層的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，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越小。五個樣地中表層土壤（0～20cm）MBC/土壤有機碳的比值都處于一個很低的水平，五個樣地的平均比值為0.75％。

參考文獻

[1] 陳慶強，沈承德，易惟熙. 土壤碳循環研究進展[J]. 地球科學進展，1998，13(6)：555-563.

[2] 金峰，楊浩，趙其國．土壤有機碳儲量及影響因素研究進展[J].土壤，2000，(1)：ll-18.

[3] 蘇永中，趙哈林.土壤有機碳儲量、影響因素及其環境效應的研究進展[J].中國沙漠，2002.22(3)：220-228.

[4] 王紹強，劉紀遠，于貴瑞．中國陸地土壤有機碳蓄積量估算誤差分析[J]．應用生態學報，2003，14(5)：797-802.

[5] 潘根興，曹建華，周運超.土壤碳及其在地球表層系統碳循環中的意義[J]．第四紀研究，2000，20(4)：325-334.

[6] 尉海東.中亞熱帶三種人工林生態系統碳貯量及土壤呼吸研究[D]. 福州：福建農林大學碩士學位論文，2005.

[7] 葉功富，張清海，林益明，等. 海岸帶不同立地木麻黃群落能量研究[J]．林業科學，2003，39(專刊)：1-7.

[8] 葉功富，林銀森，吳壽德，等. 木麻黃林生產力動態變化的研究[J]．防護林科技，1996a， (專刊)：l7-20.

[9] 譚芳林.木麻黃防護林生態系統凋落物及養分釋放研究[J].林業科學， 2003 (專)：21-26.