廣西扁桃適生區(qū)土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)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(yōu)良的綠化樹種。其在左右江及邕江流域生長優(yōu)良，但在桂林、柳州、梧州、北海等區(qū)域長勢較差[2]。土壤是植物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是直接影響地上生產(chǎn)力水平、群落結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵性因素[3-4]。研究扁桃適生土壤的C、N、P養(yǎng)分特征及相互關(guān)系，可從土壤生態(tài)計量學(xué)方面解釋扁桃生長區(qū)域差異性的原因及豐富扁桃適生土壤碳氮磷養(yǎng)分生態(tài)理論和土壤營養(yǎng)規(guī)律，為扁桃的引種及種植提供參考。近年來，已有學(xué)者對刺槐(Robiniapseudoacacia)[5]、芒萁(DicranopterisdichotomaBernh.)[6]、杉木(Cunninghamialanceolata)[7]、側(cè)柏(Platycladusorientalis)[8]等植物的土壤生態(tài)化學(xué)計量特征進(jìn)行了研究，但有關(guān)扁桃的土壤生態(tài)化學(xué)計量特征研究未見有報道。本研究利用生態(tài)化學(xué)計量研究扁桃適生土壤的C、N、P養(yǎng)分特征，獲得土壤養(yǎng)分規(guī)律、生態(tài)化學(xué)計量特征及土壤養(yǎng)分與生態(tài)化學(xué)計量比間的相關(guān)性，并揭示環(huán)境因子對土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計量比的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及樣地設(shè)置

研究區(qū)位于廣西西南部(22.522°～23.758°N，106.796°～108.663°E)，屬亞熱帶季風(fēng)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(shè)置5個代表性比較強(qiáng)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(nèi)設(shè)置3個20 m×20 m典型樣方，采用土鉆法在每個樣方內(nèi)用“S”型采集5個點(diǎn)的0～20 cm土層的土壤樣品，挑去石塊、根系等雜物后，混勻、風(fēng)干、過篩后裝入密封袋，供室內(nèi)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(jī)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(tǒng)計分析

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

CV=(SD/MN)×100%

式中，CV表示變異系數(shù)，SD表示標(biāo)準(zhǔn)偏差，MN表示平均值。

采用Canoco 5.0.2 進(jìn)行RDA分析，分析環(huán)境因子和土壤理化性質(zhì)及生態(tài)化學(xué)計量比之間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 廣西扁桃適生區(qū)土壤養(yǎng)分分布特征

廣西扁桃適生區(qū)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(shù)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(shù)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(shù)為49.74%。SOC、TN、TP均屬于中等變異，且TP變異性強(qiáng)于SOC和TN。

表2 廣西扁桃適生區(qū)土壤養(yǎng)分含量

2.2 廣西扁桃適生區(qū)土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計量特征

廣西扁桃適生區(qū)土壤C︰N變化范圍10.41～30.93，均值17.16，變異系數(shù)為52.80%(表3)。C︰P變化范圍11.41～25.03，均值19.03，變異系數(shù)為35.65%。N︰P變化范圍0.37～2.29，均值1.38，變異系數(shù)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(qiáng)于C︰P。

表3 廣西扁桃適生區(qū)土壤有機(jī)碳、全氮、全磷生態(tài)化學(xué)計量特征

2.3 廣西扁桃適生區(qū)土壤養(yǎng)分含量及生態(tài)化學(xué)計量特征間的相關(guān)性分析

由表4可看出，土壤TP含量與C︰P呈顯著負(fù)相關(guān)，與N︰P呈極顯著負(fù)相關(guān)。C︰N與N︰P呈顯著負(fù)相關(guān)。可見，土壤SOC、TN和TP含量對土壤化學(xué)計量的貢獻(xiàn)具有一定的差異性。TP含量對土壤C︰P、N︰P貢獻(xiàn)為負(fù)，SOC、TN含量對土壤化學(xué)計量的貢獻(xiàn)不顯著。

表4 土壤有機(jī)碳、全氮、全磷及其生態(tài)化學(xué)計量特征間的相關(guān)性

2.4 環(huán)境因子對土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計量比的影響

對環(huán)境因子與土壤SOC、TN、TP含量及生態(tài)化學(xué)計量比進(jìn)行冗余分析(RDA)(圖1)。由圖1可知，土壤C、N、P化學(xué)計量特征分別在第Ⅰ、Ⅱ排序軸解釋系統(tǒng)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(guān)，相關(guān)性C︰N>TP>SOC；與C︰P、N︰P、TN含量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性N︰P>C︰P>TN。年均溫與TN含量、SOC含量、N︰P、C︰P呈正相關(guān)，相關(guān)性TN>SOC>N︰P>C︰P>TP；與C︰N呈負(fù)相關(guān)。海拔與TN含量、N︰P、C︰P呈正相關(guān)，相關(guān)性C︰P>N︰P>TN；與SOC含量、TP含量、C︰N呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性TP>SOC>C︰N。年均降雨量與C︰N呈正相關(guān)；與TN含量、TP含量、N︰P呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性TN>SOC>N︰P>TP。

圖1 環(huán)境因子和土壤 C、N、P化學(xué)計量特征的冗余度分析

各環(huán)境因子貢獻(xiàn)率見表5，可知對土壤C、N、P化學(xué)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(xiàn)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(huán)境因子對土壤 C、N、P化學(xué)計量特征貢獻(xiàn)率及顯著性檢驗(yàn)

3 討論與結(jié)論

3.1 廣西扁桃適生區(qū)土壤C、N、P含量及其生態(tài)化學(xué)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(zhì)的氧化作用等有機(jī)碳輸出以及植被凋落物和根系分泌物的有機(jī)碳輸入的影響，不同生態(tài)系統(tǒng)中SOC儲量往往存在明顯差異[11]。廣西扁桃適生區(qū)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(jī)質(zhì)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(guān)。土壤P主要受氣候、土壤母質(zhì)[16]影響。P含量主要來源于土壤母質(zhì)，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(qū)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(jī)質(zhì)和質(zhì)量程度的重要指標(biāo)，主要受區(qū)域水熱條件和成土作用特征的控制[13]。土壤有機(jī)層的C︰N、C︰P可以用來指示有機(jī)質(zhì)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(biāo)，并被用于確定養(yǎng)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(qū)土壤N含量低，礦化作用較慢。這可能是因?yàn)檠芯繀^(qū)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(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)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(yuǎn)低于我國陸地土壤C︰P均值，說明研究區(qū)土壤表現(xiàn)為凈礦化，具有較高的有效性。

3.2 廣西扁桃適生區(qū)土壤C、N、P及其比值的相關(guān)性

相關(guān)分析結(jié)果表明，土壤TP含量與C︰P呈顯著負(fù)相關(guān)，與N︰P呈極顯著負(fù)相關(guān)。而SOC、TN含量與C︰P、N︰P相關(guān)性不顯著，說明研究區(qū)土壤C︰P、N︰P主要受TP含量影響。C︰N與N︰P成顯著負(fù)相關(guān)關(guān)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(jié)果一致。

3.3 廣西扁桃適生區(qū)土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計量對環(huán)境因子的響應(yīng)

土壤受到以海拔主導(dǎo)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(zhì)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(qū)屬于低海拔地區(qū)，氣溫差異不明顯，這可能是跟相關(guān)研究存在不一致的原因之一。土壤pH是影響土壤養(yǎng)分的重要因素[23]。本研究中，pH顯著影響了土壤C、N、P化學(xué)計量比。歐陽林梅等[26]、龐金鳳等[24]研究發(fā)現(xiàn)，pH對土壤C、N、P化學(xué)計量有著重要的調(diào)控作用，此結(jié)論在本研究中也進(jìn)一步得到了證實(shí)。本研究區(qū)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(fā)現(xiàn)，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?yàn)檠芯繀^(qū)經(jīng)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(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化作用慢，但土壤P表現(xiàn)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(xué)計量特征。

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