南亞熱帶桉樹人工林不同經(jīng)營模式土壤碳動(dòng)態(tài)變化及其調(diào)控機(jī)制.pdf

1、桉屬是中國南方大面積種植的一類人工林，伴隨著桉樹人工林迅速發(fā)展給社會(huì)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，由于不合理的經(jīng)營管理也帶來一系列的生態(tài)問題。土壤呼吸即土壤表面CO2的排放，其排放量在決定生態(tài)系統(tǒng)作為碳源或碳匯方面起著重要作用。揭示土壤有機(jī)碳的輸入和釋放動(dòng)態(tài)變化及其調(diào)控機(jī)制對(duì)全球碳收支的描述和估算都具有重要意義，然而，目前有關(guān)人工林的經(jīng)營管理對(duì)土壤碳固持的影響存在相當(dāng)?shù)牟淮_定性。本研究在廣西壯族自治區(qū)中國林科院熱林中心選取了位置相鄰，具有相似

2、的立地條件的南亞熱帶四種桉樹人工林類型:桉樹一代純林(PP1)、桉樹一代/馬占相思混交林(MP1)、桉樹二代純林(PP2)、桉樹二代/降香黃檀混交林(MP2)。主要采用常規(guī)理化實(shí)驗(yàn)分析方法、Li-Cor-8100土壤碳通量測量系統(tǒng)紅外氣體分析儀法、磷脂脂肪酸(PLFA)法和酶底物法，研究了(1)不同連栽的桉樹純林及其與混交林不同土壤呼吸組分季節(jié)變化及其影響因子;(2)不同連栽的桉樹純林及其混交林土壤年累積呼吸的差異及其相關(guān)因子;(3)不

3、同連栽的桉樹純林及其混交林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化及其影響的生物和非生物因子;(4)不同連栽的桉樹純林及其混交林土壤酶活性的季節(jié)變化及其環(huán)境因子。本研究的目的是揭示固氮樹種對(duì)南亞熱帶桉樹人工林土壤碳固持潛力的影響及其微生物機(jī)制，為我國高碳匯桉樹人工林的經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)桉樹4種人工林土壤總呼吸速率及各呼吸組分速率季節(jié)變化均與5cm處土壤溫度(T5)變化基本相似，季節(jié)變異很大程度上依賴于5cm處

4、土壤溫度。峰值出現(xiàn)在6-8月，谷值出現(xiàn)在12月底至1月初。土壤含水量(SWC)僅與MP2林土壤呼吸在時(shí)間上存在弱的負(fù)相關(guān)，與其他三個(gè)林分土壤呼吸均無相關(guān)關(guān)系。
　　 (2)通過壕溝法對(duì)桉樹不同人工林各呼吸組分自養(yǎng)呼吸(RR)和異養(yǎng)呼吸(RH)進(jìn)行分離，研究發(fā)現(xiàn)，自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)呼吸的時(shí)間上的變異可以由5cm處土壤溫度通過指數(shù)模型解釋。PP1和MP1、PP2和MP2之間總呼吸全年累積量(RS)、自養(yǎng)呼吸累積量(RR)和異養(yǎng)呼吸累積量

5、(RH)都有顯著性差異。PP1的全年累積土壤總呼吸通量為(1106.47 g C m-2)，比MP1(968.66 g C m-2)增加了12.45％; PP2的全年累積土壤總呼吸通量為1147.41 g Cm-2，比MP2(844.08 g C m-2)增加了26.44％。MP1的自養(yǎng)呼吸累積量(403.99 g C m-2)比PP1(693.13g C m-2)減少了41.71％，但其異養(yǎng)呼吸累積量(564.66 g C m-2)卻

6、比PP1增加了36.61％; MP2的自養(yǎng)呼吸累積量(506.72 g C m-2)比PP2的降低了MP2(136.87 g C m-2)降低72.99％，而其異養(yǎng)呼吸累積量(707.21 g C m-2)比PP2(640.69 g C m-2)增加了10.38％。異養(yǎng)呼吸貢獻(xiàn)率由PP1的37.54％增加到MP1的58.25％，從PP2的56.03％增加到MP2的83.94％。純林和混交林的細(xì)跟生物量差異以及土壤有機(jī)質(zhì)含量、凋落物有機(jī)質(zhì)

7、含量、土壤C/N比率、凋落物量和凋落物C(∶)N的不同而造成土壤微生物生物量差異是導(dǎo)致自養(yǎng)呼吸異養(yǎng)呼吸產(chǎn)生差異的主要原因。RS、RR與土壤碳儲(chǔ)量(0-10cm)凋落物量顯著負(fù)相關(guān)，而與細(xì)根生物量和凋落物C/N顯著正相關(guān);而RH僅與凋落物C/N顯著負(fù)相關(guān)。PP1和MP1自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)呼吸溫度敏感性(Q10)沒有差異。然而，在PP2和MP2之間，異養(yǎng)呼吸溫度敏感性(Q10)沒有差異，MP2自養(yǎng)呼吸溫度敏感性(Q10)顯著高于PP1。

8、　　 (3)PP1和MP1土壤微生物量和群落結(jié)構(gòu)均存在顯著差異，具體表現(xiàn)為總的磷脂脂肪酸量(Total PLFAs)(作為評(píng)估微生物量的指標(biāo))。在干季和濕季，MP1的微生物量比PP1分別高出27.56％和21.86％，均顯著高于PP1。MP1和MP2混交林的細(xì)菌、放線菌、叢枝菌根真菌都顯著高于對(duì)應(yīng)的PP1和PP2純林，而真菌剛好相反，混交林的真菌生物量均低于相對(duì)應(yīng)純林，MP1的總土壤微生物量顯著高于PP1，但MP2的土壤總微生物量沒有

9、顯著提高。馬占相思與桉樹一代混交8年后，顯著提高了總細(xì)菌、革蘭氏陰性細(xì)菌、叢枝桿菌的相對(duì)豐富度和顯著降低真菌的相對(duì)豐富度;而降香黃檀與桉樹二代混交4年后，顯著提高細(xì)菌相對(duì)豐富度和顯著降低真菌的相對(duì)豐富度。通過冗余度分析(RDA)，得出造成微生物群落結(jié)構(gòu)變化的原因可能是固氮樹種引入后，改變了凋落物的數(shù)量和質(zhì)量，影響土壤理化性質(zhì)，特別是增加土壤氮含量及其有效性，是驅(qū)動(dòng)桉樹人工林土壤微生物生物量和群落結(jié)構(gòu)的主要因素。固氮樹種通過驅(qū)動(dòng)微生物生物

10、量和群落結(jié)構(gòu)的變化將可能增加桉樹人工林土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量和提高有機(jī)碳的穩(wěn)定性。
　　 (4)固氮樹種（馬占相思）和桉樹混交8年后，對(duì)土壤酶活性也產(chǎn)生了一定影響。在干季（2月），固氮樹種和桉樹一代混交能顯著提高土壤水解酶活性（β-葡萄糖苷酶），對(duì)其它土壤酶活性影響較小;在濕季（8月），和純林相比，混交林土壤的β-葡萄糖苷酶活性有了顯著的提高，但過氧化物酶活性卻顯著減少。固氮樹種（降香黃檀）和桉樹二代林混交4年后，對(duì)土壤酶活性也產(chǎn)生了一

11、定影響。在于季（2月），固氮樹種（降香黃檀）和桉樹二代混交能顯著提高土壤水解酶活性（β-葡萄糖苷酶），對(duì)其它土壤酶活性影響較小，均無顯著差異;在濕季（8月），和純林相比，混交林土壤的β-葡萄糖苷酶活性有了顯著的提高，但過氧化物酶活性卻顯著減少。本研究結(jié)果表明，固氮樹種與林桉混交后，能明顯改變桉樹人工林土壤酶活性。造成這種變化的原因可能是固氮樹種引入后，顯著增加土壤有機(jī)碳含量，提高氮的有效性和可利用性，顯著改變土壤微生物群落生物量和結(jié)構(gòu)，