金 龍 吳志祥 楊 川 管利民 賴華英

(1.中國熱帶農業(yè)科學院橡膠研究所，農業(yè)部儋州熱帶作物科學觀測試驗站，海南 儋州 571737；2.海南大學環(huán)境與植物保護學院，海南 ?？?570228)

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不同調控措施下橡膠凋落葉分解速率研究

金 龍1，2吳志祥1，2楊 川1管利民1賴華英1

(1.中國熱帶農業(yè)科學院橡膠研究所，農業(yè)部儋州熱帶作物科學觀測試驗站，海南 儋州 571737；2.海南大學環(huán)境與植物保護學院，海南 ?？?570228)

通過原位網袋法，研究6、12、20 a和28 a 4組林齡橡膠凋落葉在不同調控措施下1 a內的分解過程。結果表明：橡膠凋落葉在0.07 mm和1.00 mm孔徑網袋內分解趨勢基本一致，表現為隨時間變化分解呈現先快后慢2個階段，經1 a分解后，0.07 mm和1.00 mm孔徑網袋內殘留率分別為36.84%和32.09%。橡膠凋落葉分解速率不僅受埋層位置影響，還與土壤肥力有關。經240 d分解后，地上組(0 cm)和在保留根系下非肥坑地下組(0～30 cm)、肥坑地下組(0～30 cm)殘留率分別為32.09%、7.40%和34.58%。土壤肥力對橡膠凋落物分解的影響主要體現在分解中后期，至240 d時，4塊林地肥坑和非肥坑平均殘留率(保留根系組+去除根系組平均值)分別為35.62%和8.46%。6、12、20 a和28 a 林齡4組橡膠凋落葉原位埋置分解中，前期分解速率差異小，后期分解速率呈顯著差異，至240 d時，殘留率分別為2.94%、7.05%、14.62%和2.18%。橡膠根系前期促進凋落物分解，后期轉為抑制，但橡膠根系沒有顯著性改變凋落物的分解速率。

橡膠林；調控措施；凋落葉；分解速率

凋落物分解是森林生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)和能量流動的重要過程，其分解速度不僅決定了土壤養(yǎng)分的有效利用，同時也會影響陸地與大氣間的碳分配[1-2]。凋落物分解過程主要受凋落物基質質量(內因)和氣候環(huán)境因素(外因)的影響，包括凋落物的物理形態(tài)和化學組成、生物類群組成及數量、水熱環(huán)境、土壤肥力和放置位置等[3-7]。另外，由于凋落物分解研究主要采用網袋法，因此,網袋孔徑大小也會影響凋落物的分解速率[4、8]。在全球尺度上，溫度和降水是主導凋落物分解在不同氣候帶間差異的決定性因素，而在同一氣候區(qū)域內，凋落物分解速率則更多的受制于凋落物質量、立地條件和土壤理化性質的協同作用[7]。其中土壤環(huán)境是影響凋落物分解的一個重要環(huán)境因子。相同類型的凋落物在有機質背景低的土壤中分解速度則更快[9]，但王進[10]研究發(fā)現，馬尾松(Pinusmassoniana)、栓皮櫟(Quercusvariabilis)及其混合凋落葉在不同土壤養(yǎng)分基質中的分解速率表現為高養(yǎng)分最快，中養(yǎng)分次之，低養(yǎng)分最慢。

雖然，在世界范圍內開展森林凋落物的研究已有100多年的歷史，但是，基于全球森林生態(tài)系統(tǒng)類型、分布區(qū)域及自然條件的復雜多樣，如要探索更具普遍意義的分解規(guī)律及影響機制，仍需要針對特定類型森林生態(tài)系統(tǒng)凋落物開展基礎性研究工作。橡膠林是我國熱區(qū)一種最典型的人工經濟林，其生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展不僅有利于改善當地生態(tài)環(huán)境，而且對提高膠農收益、促進經濟發(fā)展具有直接的現實意義。截至2013年，我國植膠面積接近113.33萬hm2，干膠產量達8.5×105t，分別排在世界第三位和第六位[11]。然而，目前我國對橡膠林生態(tài)系統(tǒng)凋落物的研究主要集中在凋落物年凋落量、凋落過程、凋落物組成、凋落物分解過程和速率以及凋落物分解過程中主要養(yǎng)分的釋放上[12-14]，而對不同環(huán)境下橡膠凋落物分解過程中的影響機制還尚未見到報道，鑒于此，本研究集中比較了橡膠凋落葉在不同環(huán)境下的分解狀況，包括林地環(huán)境、土壤肥力、埋層位置、橡膠根系及網袋孔徑對橡膠凋落葉分解速率的影響，為全面深入認識橡膠林凋落物的分解規(guī)律及影響機制提供理論依據，同時也可為橡膠林生態(tài)系統(tǒng)的經營管理提供參考。

1 試驗地概況

橡膠凋落物分解試驗地設在海南儋州中國熱帶農業(yè)科學院試驗農場一隊和三隊內，位于北緯19°31′47″，東經109°29′30″，平均海拔144 m。屬熱帶季風氣候，年平均溫度20.5～28.5 ℃，最冷月平均溫度16.5～17.6 ℃，全年日平均氣溫≥10 ℃的積溫為8 500～9 100 ℃；全年旱雨兩季分明，5—10月為雨季，11月至翌年4月為旱季，年平均降雨量為1 607～2 000 mm，其中7、8、9月總降雨量占全年降雨量的70%以上；年平均相對濕度83%。試驗區(qū)地形為緩坡丘陵(相對高度差<10 m)，土壤為花崗巖母質化所形成的磚紅壤，土層厚度約100 cm，土壤pH 4.52～5.86。

該試驗區(qū)為第二代膠園，其中，地表放置試驗樣地林下隔行間作有用于壓青肥的天堂鳥(Strelitziareginae)，其他植被多為當年生草本到多年生小草本植物。

2 試驗方法

2.1 凋落物收集

于2013年12月底至翌年1月初橡膠集中落葉期，在晴朗天氣下，分別收集6、12、20 a 和28 a等4個林齡橡膠林新近凋落葉，于室內風干備用。同期在各樣地現用施肥坑和對應的株行中間1.5 m處，分別隔行挖長×寬×高為120 cm×60 cm×40 cm的埋置坑，分別記為施肥坑和非施肥坑(CK)，所有坑穴并排排列，共計4排，每排3個重復，共計96個穴位。為排除邊際效應和其他人為干擾，所有坑穴距離道路最低在15 m以上。

2.2 凋落物分解試驗

2.2.1 地表放置處理 凋落物分解采用目前通用的網袋法。按樹齡劃為4組，每組分別稱取風干凋落葉(50.00±0.50)g，直接裝入大小為45 mm×35 mm，孔徑分別為1.00 mm×1.00 mm和0.07 mm × 0.07 mm的網袋中，每林齡大小網袋各15袋，共計120袋。于2014年1月10日分別將凋落物網袋隨機放入12 a林齡段中，讓其與土壤接觸，并用枯落物將其覆蓋。

2.2.2 地下埋置處理 地下埋置處理采用各林齡橡膠凋落葉原位埋置法。另稱取相等質量的各林齡橡膠凋落葉裝入相同規(guī)格的1.00 mm孔徑網袋內，每林齡144袋，共計576袋。同時將事先挖好的非肥坑和肥坑均分為相等的兩部分，其中一部分用塑料薄膜直立環(huán)壁包裹四周，空留出頂部和底部，阻斷根系環(huán)壁進入網袋且防止雨季雨水截留，即為去根處理；另一組保持原樣，根系可自由進入，即為保根處理。于2014年1月10日將4種林齡凋落物網袋分別原位埋入6、12、20 a和28 a林齡樣地施肥坑和非施肥坑中的去根和保根處理的0～10、10～20、20～30 cm土層中，并用土將其覆蓋填埋。

2.2.3 凋落物回收 網袋每2個月回收1次。凋落物回收選在天氣晴朗之時，于2014年3月10日開始第1次取樣，之后每隔60 d取樣1次(根據天氣情況前后推移2～3 d)，每次每林齡每處理各取回3袋，去除袋內根系等雜物，待網袋及凋落葉附著泥土風干后，用毛刷將其仔細去除干凈，于105 ℃烘箱中烘干至恒質量并計算殘留率。

2.3 殘留率計算

枯落物殘留率：

Ri=(mi/m0)×100%

式中：Ri為第i月的殘留率；mi為第i月所取樣品的剩余質量；m0為落葉初始質量。

2.4 數據分析

用Excel 2007、Origin 9.0等軟件對所有取樣點數據進行整理、分析、計算、作圖。

3 結果與分析

3.1 不同孔徑網袋內凋落葉分解狀況

用1.00 mm和0.07 mm 2種不同孔徑網袋研究橡膠凋落葉的分解進程，殘留率以4個林齡組凋落葉平均值計算，結果見圖1。

由圖1可知，橡膠凋落葉在不同孔徑網袋中的分解進程一致，即隨時間推移殘留率逐漸降低，殘留率變化在180 d前呈快速下降趨勢，180 d后開始趨緩。從分解速率看，大、小孔徑網袋在分解前期(0～60 d)差異不顯著，趨勢線幾近重合；60 d后，小孔徑網袋分解速率顯著低于大孔徑網袋，分解至300 d時，大、小孔徑網袋內殘留率分別為32.09%和36.84%。整體看來，0.07 mm孔徑網袋相比于1.00 mm孔徑網袋減緩了凋落物的分解進程，這與張瑞清等的研究結果一致。

3.2 不同埋層中凋落葉分解狀況

不同埋層凋落葉分解速率分別以4個林齡組1.00 mm孔徑網袋內地表放置和0～10、10～20、20～30 cm保根處理組的平均殘留率(合計為0～30 cm)表示，結果見圖2。

由圖2可以看出，橡膠凋落葉在不同埋層中的分解過程有明顯差異。其中，在非施肥坑0～30 cm土層中，殘留率幾乎呈直線下降趨勢，至240 d時，殘留率僅為7.40%；在施肥坑0～30 cm土層中，殘留率在0～120 d變化較快，120 d后變化趨勢開始放緩，至240 d時，殘留率為34.58%；地表放置組中，凋落葉分解進程與施肥坑0～30 cm土層中基本相似，存在明顯的快、慢2個不同分解階段，即180 d前分解快，180 d后分解慢，至300 d時，殘留率為32.09%。整個分解過程中，橡膠凋落葉分解速率表現為：地表放置處理<非施肥坑地下組；地上組分解速率只在前120 d顯著高于施肥坑地下組，在后120 d，地上與地下兩組分解速率相差不大?？梢?，不同肥力土壤埋置處理均可加速凋落物前期分解，而對凋落物分解后期的影響則與土壤肥力有關，即低肥力土壤能持續(xù)促進分解，而高肥力土壤的促進作用明顯減弱，甚至轉為抑制作用。

3.3 不同土壤養(yǎng)分下凋落葉分解狀況

土壤肥力對橡膠凋落葉分解的影響分別以4個林地非施肥坑和施肥坑0～30 cm土層(保根+去根)凋落葉平均殘留率來表示，結果見圖3。

由圖3可知，凋落葉在施肥坑與非施肥坑中的分解趨勢表現出明顯的差異，在240 d的研究期內，凋落葉殘留率在非施肥坑中幾乎是直線下降的過程；而在施肥坑中，除在前120 d有一個較大的下降過程外，之后表現為緩慢的降解過程。凋落葉在不同土壤肥力中質量損失差異，主要發(fā)生在分解的中后期(120 d后)。在分解的中前期(0～120 d)，凋落葉在施肥坑和非施肥坑中的分解速率變化較為一致，殘留率差異不顯著；120 d后，凋落葉殘留率在施肥坑與非施肥坑中表現為顯著差異，且隨分解進程的推移，差異也逐漸增大。至240 d時，非施肥坑和施肥坑橡膠凋落葉殘留率分別為8.46%和35.62%，殘留率相差值由13.26%(180 d)增加到27.16%(240 d)。說明相較施肥坑，較貧瘠的非施肥坑更易于凋落葉的分解。

3.4 不同林地環(huán)境凋落葉分解狀況

橡膠凋落葉在不同林地中的分解速率，以橡膠凋落葉在該林地非施肥坑(保根+去根)中0～30 cm土層的平均殘留率來表示，結果見圖4。

由圖4可知，林地土壤環(huán)境對凋落物分解的影響表現出一定的時間階段性，在分解開始的120 d內，4個不同林地凋落葉分解速度差異不明顯，殘留率均以12 a林地最大，6 a林地最??；120 d后，6 a和28 a林地橡膠凋落葉分解速度開始顯著增大，殘留率顯著低于12 a和18 a林地，其中又以28 a林地凋落葉殘留率下降幅度最大；至240 d，4個林地平均殘留率分別為2.94%、7.05%、14.62%和2.18%?？梢姡值赝寥拉h(huán)境可顯著影響橡膠凋落葉的分解進程，而這可能與土壤生物及土壤環(huán)境(肥力)有關。

3.5 橡膠根系對其凋落葉分解的影響

橡膠根系對其凋落葉分解的影響分別以4個林地施肥坑和非施肥坑中的保根和去根處理的平均殘留率表示，結果見圖5。

由圖5可知，0～60 d，在施肥坑和非施肥坑中，保根處理相較于去根處理均加速了凋落葉的分解，分解速率分別提高了1.47%和2.00 %。此后，根系的促進效應逐漸減弱并最終轉變?yōu)橐种菩⒂?80 d時達到根系最強抑制作用，此時施肥坑和非施肥坑中保根處理分解速率比去根分解速率分別低3.33%和9.02%。整個分解過程中，不同土壤肥力下的根系對凋落物分解的影響均沒達到顯著性水平，說明相比于土壤肥力對橡膠凋落葉分解速率的決定性影響，橡膠根系對凋落物分解的影響為次一級影響因素。

4 結論與討論

4.1 不同孔徑網袋內橡膠凋落葉殘留率變化

分解結束時，0.07 mm孔徑網袋內橡膠凋落葉殘留率較1.00 mm孔徑網袋低7.11%，即土壤中小型動物對凋落物分解的貢獻在7%左右。這明顯低于González等[15]的研究，即土壤動物對熱帶雨林地區(qū)凋落物分解的貢獻可達66%，也低于西雙版納季節(jié)雨林大中型土壤動物對凋落物分解46%的貢獻[8]。這可能與所選用的網袋孔徑大小有關。由于本研究所使用的大孔徑網袋孔徑大小僅為1.00 mm，限制了很大一部分大中型土壤動物的進入，不可避免地降低了土壤動物的貢獻值，而前人所使用的網袋孔徑多為1.80 mm或2.00 mm，一方面有利于更大體徑動物的進入，另一方面也會加大凋落物碎屑的滲漏(包含在土壤動物貢獻之中)。另外，橡膠林屬于人工林，相比于自然狀況下的熱帶雨林，植被群落結構單一，土壤動物的類群數量可能不如后者，導致對凋落物分解的貢獻也隨之降低。

4.2 不同土壤肥力中橡膠凋落葉殘留率變化

橡膠凋落葉前期分解速率在非施肥坑和施肥坑中基本一致，而后期非施肥坑中分解速率明顯快于施肥坑。因為埋于土壤中的凋落物相較于周圍土壤有近似于“培養(yǎng)基”的作用，新近的凋落物有大量可供微生物代謝利用的優(yōu)質能源物質，這一階段微生物生長繁殖受土壤養(yǎng)分含量影響較小，且該階段凋落物損失主要為淋溶損失，因而，橡膠凋落葉在施肥坑和非施肥坑中前期分解速率差異不大。而后，隨著易分解物質的耗盡，難分解物質的積累，加上外來新鮮壓青肥及化肥的施入，尤其是集中大量施加N、P、K等化學肥料后，會引起施肥坑內網袋中的微生物大量死亡和外遷尋求更可口的食物[16]，導致其內的凋落物分解速率開始減慢；對于非施肥坑，雖然凋落物品質也隨時間推移不斷降低，但養(yǎng)分含量和生存環(huán)境仍始終優(yōu)于周圍土壤，并經過一段時間的適應后，適宜于低品質凋落物分解的微生物開始生長增殖，因而，總體分解速度并沒有因此而減緩。黃靖宇等[9]也發(fā)現，相同類型凋落物在有機質背景低的土壤中分解更快，這是因為土壤微生物從貧瘠土壤吸收的可利用能量要少于相對肥沃的土壤，為了最大化的繁衍種群，土壤微生物會盡可能的吸收環(huán)境中的可利用碳源。但王進[10]發(fā)現，隨土壤肥力的增加，凋落物的分解速率加快，尤其是對低品質凋落物類型這種影響更為顯著，這可能與土壤養(yǎng)分高、中、低等級的劃分及土壤微生物數量與組成結構不同有關。

4.3 不同埋層中橡膠凋落葉殘留率變化

與置于地表凋落物分解速率相比，埋于非施肥坑中的橡膠凋落葉分解速率明顯較快，但埋于施肥坑中的橡膠凋落葉分解速率只在前期快于地表，后期分解速率與地表基本持平。馬祥慶等[17]和章志情等[18]也發(fā)現，埋置處理明顯加速了杉木凋落葉分解，并認為導致這一差異是由于受光照影響，地下土壤水熱條件要好于地表，有利于凋落物的分解。另外，本研究認為，埋于地下的凋落物與土壤接觸面積更大，土壤生物參與凋落物分解的機會也更大，因此，在環(huán)境及生物聯合作用下，地下組凋落物分解速率比地上組更快。但也有研究得出相反的結論，認為地表受到降水淋溶作用及其他外部環(huán)境的影響要好于地下，導致凋落物分解速率埋置處理前期顯著低于地表放置，后期由于淋溶作用影響減弱，地下組和地上組分解速率無顯著差異[5]，因此，埋置處理是否加速凋落物分解可能還與區(qū)域氣候條件有關。需要注意的是，經240 d的分解后，埋于施肥坑中的橡膠凋落葉分解速率明顯降低，殘留率與地表基本相同。這可能與施肥坑中人為集中大量施加N、P、K等化肥影響微生物活動及酶活性有關。有研究表明，微生物的數量和酶的活性只有在適宜的氮含量范圍內才能發(fā)揮正效應，高濃度氮對后期凋落物分解具有明顯的抑制作用?？梢?，埋置處理對凋落物分解的影響與區(qū)域氣候環(huán)境、凋落物類型及土壤肥力密切相關。

4.4 不同林地環(huán)境下橡膠凋落葉殘留率變化

基于橡膠凋落葉野外原位分解研究發(fā)現，觀測結束時，不同林齡林地埋置處理橡膠凋落葉殘留率以6、28 a林齡林地顯著低于12 a和20 a林齡。林地環(huán)境對凋落物分解的影響在多種森林類型中均有體現，逯軍峰等[19]研究指出，隨林齡增長，凋落物分解速率增加；適度間伐可以減小油松(Pinustabulaeformis)木質素/N和C/N比，有利于凋落物分解[20]；不同密度巨桉林凋落物分解速率表現為：833株/hm2>1 333株/hm2>2 222株/hm2[21]。不同林齡橡膠林由于其林下植被和土壤環(huán)境存在差異[22]，可能是導致不同林地凋落物分解速率差異的主要原因。

4.5 不同根系處理下橡膠凋落葉殘留率變化

橡膠根系對凋落物分解的影響在分解前60 d表現為促進作用，此后，這種促進效應逐漸轉變?yōu)橐种菩埧芠23]也發(fā)現，在分解的0～60 d，種植植物加快了凋落物的分解，而后這種促進效應逐漸被其抑制效應所代替，至分解結束時(120 d)，種植植物比不種植植物多分解6.8%。這是因為前期根系分泌物促進了微生物對凋落物的分解，而后期，根系促進微生物活動的效應，逐漸被根系吸水所產生的抑制微生物的生境效應所掩蓋。同樣，對于橡膠林，每年1—2月為其落葉高峰期，直到3—4月才長出第一蓬葉，因此，這一階段為一年中蒸騰作用最小時期，根系吸水損失也最??；5月后，橡膠林郁閉度進入穩(wěn)定期，溫度也維持在較高水平，蒸騰作用旺盛，根系吸水損失增大。但值得注意的是，如果僅僅是因為根系吸水導致凋落物濕度降低而抑制其分解速率的話，本試驗所在地區(qū)1—2月為旱季，土壤含水率應較雨季(4—10月)低，地下組凋落物濕度也相應更低也更不利于其分解才對。因此，是否是因為橡膠根系吸水而抑制了凋落物后期分解速率還有待進一步研究。

凋落物分解往往是一個長期而又復雜的過程，不同分解階段分解特性具有很大的不同。本研究受客觀因素限制，只研究了橡膠凋落葉在不同環(huán)境下1 a內的分解過程，研究結果能夠反應橡膠凋落葉階段性的分解特征，但還不足以表征整個分解過程。因此，今后關于橡膠凋落葉跨年度全周期分解研究還有待進一步進行。

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(責任編輯 趙粉俠)

Study on Decomposition of Rubber Leaf-Litter with Different Control Measures

Jin Long1，2, Wu Zhixiang1，2, Yang Chuan1, Guan Limin1, Lai Huaying1

(1.Rubber Research Institute，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Danzhou Investigation & Experiment Station of Tropical Crops，Ministry of Agriculture，Danzhou Hainan 571737, China;2. College of Environment and Plant Protection, Hainan University, Haikou Hainan 570228, China)

Leaf-litter of 6-year-old，12-year-old，20-year-old and 28-year-old rubber plantations was used to studied the decomposition progress in one year under different control measures by mesh bag method. The results as following: leaf-litter in 0.07 mm and 1.0 mm mesh bags was in a same decomposition dynamic, which was increased first and then drop, and the litter residues rates at the end of year were 36.84 % and 32.09 %, respectively. Leaf-litter decomposition rates not only by the position of the buried layer influence, but also with soil fertility-related. After 240 d, litter residues of ground plane (0 cm), comparison hole (0-30 cm) and fertile hole (0-30 cm) not included roots removed were 32.09%, 7.40% and 34.58%, respectively. Litter decomposition of rubber was reflected by soil fertility mainly focus on the late stage of decomposition. To 240 d, residues of litter in comparison hole and fertile hole (the average value of the group of roots reserved and roots removed) were 8.46% and 35.62%, respectively. The difference of litter decomposition rates of 6-year-old，12-year-old，20-and 28-year-old rubber plantations were little at early stage but significant at late stage. To 240 d, residues of litter were 2.94%, 7.05%, 14.62% and 2.18%, respectively. Although rubber roots promoted litter decomposition at early stage, and convert to inhibition at the late stage, no significant influence was detected about rubber roots on litter decomposition at all stages.

rubber plantation; control measures; leaf litter; decomposition rate

2015-03-23

中國熱帶農業(yè)科學院橡膠研究所基本科研業(yè)務費專項(1630022014011)資助。

吳志祥(1970—)，男，副研究員。研究方向：熱帶作物栽培和農業(yè)氣象生態(tài)。Email:zhixiangwu@21cn.com。

10.11929/j.issn.2095-1914.2015.05.004

S714.5

A

2095-1914(2015)05-0021-06

第1作者：金龍(1987—)，男，碩士生。研究方向：熱帶作物栽培生態(tài)。Email: jl812273236@163.com。