南亞熱帶桉樹人工林不同經營模式土壤碳動態(tài)變化及其調控機制.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)展給社會帶來巨大經濟效益的同時，由于不合理的經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。揭示土壤有機碳的輸入和釋放動態(tài)變化及其調控機制對全球碳收支的描述和估算都具有重要意義，然而，目前有關人工林的經營管理對土壤碳固持的影響存在相當的不確定性。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)理化實驗分析方法、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構的季節(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制，為我國高碳匯桉樹人工林的經營提供科學依據。主要研究結果如下:
　　 (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。峰值出現在6-8月，谷值出現在12月底至1月初。土壤含水量(SWC)僅與MP2林土壤呼吸在時間上存在弱的負相關，與其他三個林分土壤呼吸均無相關關系。
　　 (2)通過壕溝法對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)進行分離，研究發(fā)現，自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)呼吸的時間上的變異可以由5cm處土壤溫度通過指數模型解釋。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％。純林和混交林的細跟生物量差異以及土壤有機質含量、凋落物有機質

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致自養(yǎng)呼吸異養(yǎng)呼吸產生差異的主要原因。RS、RR與土壤碳儲量(0-10cm)凋落物量顯著負相關，而與細根生物量和凋落物C/N顯著正相關;而RH僅與凋落物C/N顯著負相關。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構均存在顯著差異，具體表現為總的磷脂脂肪酸量(Total PLFAs)(作為評估微生物量的指標)。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混交林的細菌、放線菌、叢枝菌根真菌都顯著高于對應的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應純林，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，顯著提高了總細菌、革蘭氏陰性細菌、叢枝桿菌的相對豐富度和顯著降低真菌的相對豐富度;而降香黃檀與桉樹二代混交4年后，顯著提高細菌相對豐富度和顯著降低真菌的相對豐富度。通過冗余度分析(RDA)，得出造成微生物群落結構變化的原因可能是固氮樹種引入后，改變了凋落物的數量和質量，影響土壤理化性質，特別是增加土壤氮含量及其有效性，是驅動桉樹人工林土壤微生物生物量和群落結構的主要因素。固氮樹種通過驅動微生物生物

10、量和群落結構的變化將可能增加桉樹人工林土壤有機碳儲量和提高有機碳的穩(wěn)定性。
　　 (4)固氮樹種（馬占相思）和桉樹混交8年后，對土壤酶活性也產生了一定影響。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，對土壤酶活性也產生了一

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構，