張治軍，李 慧，王志超，竹萬寬，陳少雄，杜阿朋＊

(1.國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計院，云南 昆明 650216；2.國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022)

4個尾巨桉幼林林地土壤生態(tài)化學(xué)計量特征

張治軍1，李 慧2，王志超2，竹萬寬2，陳少雄2，杜阿朋2＊

(1.國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計院，云南 昆明 650216；2.國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022)

以4個尾巨桉幼林林地土壤為研究對象，對土壤有機C、全N、全P、全K含量及其化學(xué)計量特征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：土壤養(yǎng)分隨著土層的加深而降低，土壤有機C和全N降幅較大，全P和全K降幅較小。4個林地土壤C/N比變化范圍為7.95 ~ 21.78，平均值為12.36；土壤C/P比變化范圍為23.85 ~ 57.52，平均值為40.85；土壤C/K比變化范圍為3.61 ~ 13.09，平均值為9.05；土壤N/P比變化范圍為1.24 ~ 7.36，平均值為4.30；土壤N/K比變化范圍為0.18 ~ 2.37，平均值為1.05；土壤N/P比變化范圍為0.16 ~ 0.35，平均值為0.25；土壤有機C與養(yǎng)分全量的N、P、K均呈正相關(guān)關(guān)系，其與全K呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系。

尾巨桉；林地；化學(xué)計量特征

隨著現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的快速發(fā)展，生態(tài)化學(xué)計量學(xué)已成為生態(tài)學(xué)研究的熱點問題[1]。國內(nèi)外對生態(tài)化學(xué)計量學(xué)的研究很多，主要集中于對植物組織的元素生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征研究[2-3]，而對土壤養(yǎng)分的生態(tài)化學(xué)計量學(xué)研究則相對較少[4-5]，尤其是針對速生人工林地土壤的生態(tài)化學(xué)計量學(xué)研究則更少。速豐林林地土壤變化備受關(guān)注[6]，研究其生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征，揭示其養(yǎng)分的可獲得性，對于深入理解人工林地土壤肥力動態(tài)具有重要意義[7]。

本研究以4個尾巨桉(Eucalyptus urophylla × E. grandis)幼林為研究對象，對不同林地的土壤進(jìn)行研究，測定其林地的土壤有機C、全N、全P和全K含量，分析其養(yǎng)分特征和化學(xué)計量特征，以期從生態(tài)化學(xué)計量角度為桉樹人工林地土壤養(yǎng)分管理和可持續(xù)經(jīng)營提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 試驗地概況

試驗地分別位于雷州林業(yè)局的紀(jì)家林場(北緯20° 54′，東經(jīng)109°52′)和北坡林場(北緯21°13′，東經(jīng) 109°52′)、廣東化州那務(wù)鎮(zhèn)的那務(wù)林隊(北緯21°59′，東經(jīng)110°35′)和廣西山口林場(北緯21°35′，東經(jīng) 109°43′)，紀(jì)家點土壤類型為玄武巖發(fā)育的粘紅壤；北坡點為淺海沉積物發(fā)育的砂紅壤；那務(wù)點為山地紅壤，山口點為磚紅壤。其中紀(jì)家林場、北坡林場均為2013年10月的新造林，山口林場的為2014年4月新造林，化州那務(wù)林隊的為2013年11月皆伐后的萌芽林，4處桉樹品種均為尾巨桉無性系DH32-29，林分特征如下表1：

表1 林分生長特征

2 研究方法

2.1 樣品采集方法

供試土壤樣品采集于2014年7月，每個試驗地均設(shè)20 m × 20 m的調(diào)查樣方，每個樣方內(nèi)按對角線取6個點，去除土層上枯落物，用土鉆按0 ~ 20 cm和20 ~ 60 cm分層采集土壤樣品，將采集的土樣混合，密封后帶回實驗室內(nèi)，仔細(xì)去除其中可見植物殘體及土壤動物，風(fēng)干，過篩，供室內(nèi)分析使用，野外設(shè)置3個重復(fù)。土壤有機C采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定；全N采用不包含硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的半微量凱式法硝化，再用全自動凱氏定氮儀進(jìn)行測定，全P采用鉬銻抗比色法測定，全K采用氫氧化鈉熔融—火焰光度法測定。

2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel軟件和SPSS 13.0軟件對各試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林地土壤有機C、全N、全P、全K 含量

土壤有機C、全N、全P、全K在不同桉樹林地的含量如圖1所示，0 ~ 20 cm 土壤基本顯著高于20 ~ 60 cm土壤。0 ~ 20 cm土層的土壤有機C含量介于6.05 ~ 11.40 g·kg-1之間，那務(wù)林隊林地與山口林場的差異不顯著，但二者均極顯著大于紀(jì)家和北坡林場(P<0.01)，北坡林場顯著大于紀(jì)家林場(P<0.05)； 20 ~ 60 cm土層的土壤有機C含量介于3.92 ~ 5.46 g·kg-1之間，4個林地差異顯著，其大小排序為：那務(wù)林隊>北坡林場>紀(jì)家林場>山口林場。

4個林地中0 ~ 20 cm土層的土壤全N含量介于631.25 ~ 1 226.76 mg·kg-1之間，彼此間差異不顯著，但20 ~ 60 cm土層差異顯著(P<0.05)，其排序為：北坡林場(600.38 mg·kg-1)>紀(jì)家林場(551.76 mg·kg-1)>山口林場(476.56 mg·kg-1)>那務(wù)林隊(267.85 mg·kg-1)。4個林地中0 ~ 20 cm土層的土壤全P含量介于129.99 ~ 386.73 mg·kg-1之間，20 ~ 60 cm土層介于108.95 ~ 386.73 mg·kg-1之間，兩個土層的土壤全P含量均顯著大于其余三者(P<0.05)，而后三者之間差異不顯著。4個林地中0 ~ 20 cm土層的土壤全K含量介于554.68 ~ 2 395.83 mg·kg-1之間，20 ~ 60 cm土層介于435.95 ~ 1 519.83 mg·kg-1之間，兩個土層的差異都顯著，其大小排序均為：那務(wù)林隊>山口林場>紀(jì)家林場>北坡林場。

3.2 各林地土壤有機C、全N、全P、全K 的生態(tài)化學(xué)計量特征

由表2可知，4個林地0 ~ 20 cm和20 ~ 60 cm土層的C/N比變化范圍分別為8.30 ~ 18.33和7.95 ~ 21.78，那務(wù)林隊兩個土層的C/N比均顯著大于其他三者，而后三者彼此差異均不顯著。4個林地0 ~ 20 cm和 20 ~ 60 cm土層的C/P比變化范圍分別為41.37 ~ 57.52和23.85 ~ 40.42，彼此差異均不顯著。4個林地0 ~ 20 cm土層的C/K比變化范圍為4.76 ~ 13.09，北坡林場和山口林場差異不顯著，但二者均顯著大于紀(jì)家林場和那務(wù)林隊(P<0.05)，而紀(jì)家林場又顯著大于那務(wù)林隊(P<0.05)；20 ~ 60 cm的變化范圍為3.61 ~ 11.58，彼此差異極顯著(P<0.01)，其排序為：北坡林場>紀(jì)家林場>山口林場>那務(wù)林隊。

4個林地0 ~ 20 cm和20 ~ 60 cm土層的N/P比變化范圍分別為2.37 ~ 7.36和1.24 ~ 5.05，其中20 ~ 60 cm土層的N/P比差異極顯著(P<0.01)，紀(jì)家林場和北坡林場之間無顯著差異，二者極顯著大于那務(wù)林隊和山口林場，而山口林場也極顯著大于那務(wù)林隊。4個林地0 ~ 20 cm土層的N/K比無顯著差異，20 ~ 60 cm土層的差異極顯著(P<0.01)，其排序為：北坡林場(1.38)>紀(jì)家林場(1.15)>山口林場(0.82)>化州林場(0.18)。4個林地0 ~ 20 cm土層的P/K比變化范圍為0.16 ~ 0.0.35，北坡林場的最大，與其他的差異極顯著，其余三者彼此無顯著差異。

圖1 不同林地土壤有機C、全N、全P、全K含量

表2 土壤化學(xué)計量特征

3.3 各林地土壤有機C、全N、全P、全K的生態(tài)化學(xué)計量比的相關(guān)性

對土壤全N、有機C、全P、全K及全N、有機C、全P、全K化學(xué)計量比之間的相關(guān)性進(jìn)行分析后得出(表3)：土壤有機C與養(yǎng)分全量的N、P、K均呈正相關(guān)關(guān)系，其與全K呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.580，土壤有機C與N/P、N/K和P/K均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)相對較小。

土壤全N與土壤全P、全K均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)很??；土壤全N與C/P和C/K均呈正相關(guān)關(guān)系，其中與C/K的相關(guān)系數(shù)為0.356，達(dá)到顯著相關(guān)(P<0.01)。土壤全P與全K呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.583，其與C/K呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為?0.401。土壤全K與C/N呈極顯著正相關(guān)，與N/P呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.642和0.304。

表3 土壤養(yǎng)分含量與化學(xué)計量比之間的相關(guān)性分析

4 結(jié)論與討論

4個林地0 ~ 20 cm土層的土壤有機C、全N、全P、全K含量基本都顯著高于20 ~ 60 cm土層，表明土壤養(yǎng)分隨著土層的加深而降低，兩層相比較，土壤有機 C、全 N、全 P、全 K含量降幅分別為47.02%、44.82%、7.50%和31.51%，這與朱秋蓮等[8]在黃土高原區(qū)的研究規(guī)律一致。另外，4個林地兩個土層的土壤有機C、全P、全K含量均為那務(wù)林隊的最大，而土壤全N含量最小的為那務(wù)林隊。這主要是由于此林分為新皆伐后的萌芽林，未進(jìn)行造林前的施基肥及其采伐剩余物(樹兜及枯枝落葉)得以保留尚未腐爛還土造成的結(jié)果。

本研究中4個林地0 ~ 20 cm和20 ~ 60 cm土層的C/N比平均值分別為12.97和11.75，與我國土壤的C/N比平均值(10 ~ 12)基本相當(dāng)[9]。4個林地土壤的C/P比變化范圍為23.85 ~ 57.52，兩土層之間差異均不顯著；土壤 C/K比變化范圍為 3.61 ~ 13.09，均為北坡林場的最大，那務(wù)林隊的最小。4個林地0 ~ 20 cm的N/P比和N/K比彼此差異均不顯著，20 ~ 60 cm的彼此差異均顯著且都為那務(wù)林隊的最小。土壤P/K比變化范圍為0.16 ~ 0.35，0 ~ 20 cm北坡林場的最大(P<0.01)，20 ~ 60 cm的彼此差異不顯著。

土壤有機C與養(yǎng)分全量的N、P、K均呈正相關(guān)關(guān)系，其與全K呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系，與N/P、 N/K和P/K均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)相對較小。

[1] 曾冬萍,蔣利玲,曾從盛,等.生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報,2013,33(18):5484-5492.

[2] 高三平,李俊祥,徐明策,等.天童常綠闊葉林不同演替階段常見種葉片N、P化學(xué)計量學(xué)特征[J].生態(tài)學(xué)報,2007, 27(3):947-952.

[3] Han W X,Fang J Y,Guo D L,et al.Leaf nitrogen and phosphorus stoichiometry across 753 terrestrial plant species in China[J].New Phytologist,2005,168(2):377-385.

[4] 羅亞勇,張宇,張靜輝,等.不同退化階段高寒草甸土壤化學(xué)計量特征[J].生態(tài)學(xué)雜志,2012,31(2):254-260.

[5] Tian H Q,Chen G S,Zhang C,et al.Pattern and variation of C:N:P ratios in China’s soils: a synthesis of observational data[J].Biogeochemistry,2010,98(1-3):139-151.

[6] 廖觀榮.我國桉樹人工林立地土壤問題研究概況[J].生態(tài)環(huán)境,2003,12(1):119-121.

[7] 劉興詔,周國逸,張德強,等.南亞熱帶森林不同演替階段植物與土壤中N、P的化學(xué)計量學(xué)特征[J].植物生態(tài)學(xué)報,2010,34(1):64-71.

[8] 朱秋蓮,邢肖毅,張宏,等.黃土丘陵溝壑區(qū)不同植被區(qū)土壤生態(tài)化學(xué)計量特征[J].生態(tài)學(xué)報,2013,33(15):4674-4682.

[9] 黃昌勇.土壤學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

Soil Ecological Stoichiometry Under Young Eucalyptus urophylla × E. grandis Plantations

ZHANG Zhi-jun1, LI Hui2, WANG Zhi-chao2, ZHU Wan-kuan2, CHEN Shao-xiong2, DU A-peng2
(1. China Forest Exploration & Design Institute of Kunming, Kunming 650216, Yunnan, China; 2. China Eucalypt Research Centre, Zhanjiang 524022, Guangdong, China)

The soil organic C, total N, total P, total K content and stoichiometry in four Eucalyptus urophylla × grandis plantations were studied. The results showed that w ith increasing soil depth the soil nutrients decreased including significant decreases in soil organic C and N whilst total P and total K decreased by smaller margins than C and N. The C/ N ratio ranged from 7.95 to 21.78, and the mean value was 12.36; the C/ P ratio ranged from 23.85 to 57.52, and the mean value was 40.85; the C/ K ratio ranged from 3.61 to 13.09 and the mean value was 9.05; the N/ P ratio ranged from 1.24 to 7.36, and the mean value was 4.30; the N/ K ratio ranged from 0.18 to 2.37, and the mean value was 1.05; and, the P/ K ratio ranged from 0.16 to 0.35, and the mean value was 0.25. Soil organic C and the total amount of the nutrients N, P and K were positively correlated w ith K.

Eucalyptus urophylla × E. grandis; forest land; soil ecological stoichiometry

S718.51+6

A

2014-11-14

林業(yè)科技創(chuàng)新平臺運行補助項目——廣東湛江桉樹生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站(2014-LYPT-DW-027)

張治軍(1979— )，男，博士，高級工程師，主要從事林業(yè)規(guī)劃設(shè)計

＊通訊作者：杜阿朋(1979— )，男，博士，助理研究員，主要從事森林生態(tài)等研究.E-mail:dapzj@163.com