沿海沙地3种竹林土壤易氧化有机碳研究

Academic Field

WORLD BAMBOO AND RATTAN

世界竹藤通讯

沿海沙地3种竹林土壤易氧化有机碳研究

荣俊冬

1

张迎辉

2

蒋建立

1

魏建文

3

陈礼光

1

郑郁善

1

(1福建农林大学林学院福州350002; 2福州植物园福州350012;

3福建省东山赤山国有防护林场福建漳州363403)

摘要：分析福建省东山赤山国有防护林场沿海沙地绿竹、麻竹、大头典竹3种竹林不同土层、不同季节

土壤易氧化有机碳（ROC)含量变化特征，以及土壤ROC与总有机碳（SOC)、全氮、全磷、全硫、pH 值、土壤温度等指标的相关性，为探寻沿海沙地竹林碳循环规律提供基础数据。研究表明：沿海沙地3 种竹林土壤ROC含量季节变化特征明显，不同季节间含量差异达到极显著水平，3种竹林季节变化规律 基本一致，夏、春、秋季较高，冬季最低；大头典竹林土壤ROC含量最高，绿竹林高于麻竹林，且差异 性极显著；土壤ROC含量随着深度的增加而减小，不同土层之间差异极显著；土壤ROC与SOC、全氮 呈显著正相关，与pH值呈极显著负相关，与全磷、全硫、土壤温度等指标相关性不显著。沿海沙地3种 竹林土壤ROC的季节和空间分布特征有一定差异性，土壤SOC、pH值、全氮是ROC在不同竹林间产生 差异的主要原因。

关键词：沿海沙地竹林；易氧化有机碳；季节动态；土壤理化性质；福建省

DOI: 10.13640/j.cnki.wbr.2017.05.001

Study on Soileasily Oxidized Organic Carbon of Different Bamboo

Forests on Coastal Sandy Land

Rong Jundong1 Zhang Yinghui2 Jiang Jianli1 Wei Jianwen3 Chen Liguang1 Zheng Yushan1

(1 College of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China；

2 The Botanical Garden of Fuzhou, Fuzhou 350002, China；

3 Dongshan Chishan State-owned Protection Forest Farm of Fujian Province, Zhangzhou 350212, Fujian, China)

Abstract ： In order to provide basic data for exploring the law of bamboo forest carbon cycle in coastal sandy sites,

this paper was focused on analyzing the varied characteristics of soil easily oxidized organic carbon ( ROC ) content, as well as the correlation between soil ROC and some indexes including total organic carbon ( SOC ) , total nitrogen

(N), total phosphorus (P), total sulfur (S), pH value and soil temperature under different soil layers and seasons

within three kinds of bamboo forests, such as

Dendrocalamopsis oldhami, Dendrocalamus latiflorus and P

Dendrocalamopsis beecheyana var. pubescens on the Fujian Chishan state-owned forest farm. The soil ROC content of

three bamboo forests in coastal sandy sites changed obviously along with the seasons, the content differences in different seasons reached an extremely significant level ( <0. 01) . Seasonal dynamic that the soil ROC content was higher in summer, spring, autumn and the lowest in winter , which was largely consistent among three bamboo forests. The soil ROC content of

Dendrocalamopsis beecheyana var. pubescens forest was the highest, followed by that

of Dendrocalamopsis oldhami forest and Dendrocalamus latiflorus forest, with an extremely significant difference ( P<

0. 01) . The soil ROC content decreased with the increase of depth, and the difference among different soil layers

was extremely significant (P<0. 01) . The content of soil ROC had a significant positive correlation with those of基金项目：福建省区域发展项目（编号：2015N3015);福建省科技重大专项（编号：2013NZ0001);福建省科技重大项目

(编号：2010N5002)。

作者简介：荣俊冬（1979-)，男，助理研究员，从事森林培育研究工作。E-mail: rongjd@126.com。

通信作者：郑郁善（1960-)，男，教授，博士生导师，主要从事森林培育研究工作。E-mail： zys1960@163.com。

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I ^6^

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SOC and total N, a negative correlation with pH value, and no significant correlation with total P, total S and soil temperature. The spatial distribution characteristics of soil ROC in three kinds of bamboo forests on coastal sandy sites are different along with different seasons. The main reasons for the difference between different bamboo forests are soil SOC, pH value and total N.

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Key words： bamboo forest on coastal sandy sites, easily oxidized organic carbon, seasonal dynamic, soil chemical

and physical properties, Fujian

土壤碳库是地表最大的有机碳库，在全球碳循 环中起着重要作用[1]。土壤中有机物质的降解对碳 的储存和养分状况起重要的控制和指示作用[2]，进 而在一定程度上影响全球气候变化。土壤活性有机 碳是土壤中活跃的化学组分，能显著影响土壤化学 物质的溶解、吸附、解吸、吸收、迁移乃至生物毒 性等行为[3]。虽然土壤活性有机碳占总有机碳 (SOC)的比例较小，但却是土壤生态系统中重要的 能量来源，并可指示土壤有机质的早期变化[4]，土 壤活性有机碳可以作为土壤碳库一段时间内变化的 指示因子[5-7]。目前还无法直接测定土壤活性有机 碳库或潜在矿化有机碳库的数量，主要通过测定土 壤中一些活性有机碳组分来表征土壤活性有机碳库 的大小[8]，土壤易氧化有机碳（ROC)是土壤有机 碳中周转最快、最敏感的组分，常用作表征土壤肥 力变化的重要指标之一 [4,9]。

沿海防护林具有改善气候、降盐改土、固土护 坡、防风固沙等功能，对于沿海地区防灾、减灾和 维护生态平衡起着独特而不可替代的作用[1°]。长期 以来，我国东南沿海防护林树种以木麻黄

达，是东南沿海防风固沙的理想植被[13]，引种竹子 已成为增加沿海防护林树种多样性的有效措施[14]。 本文以东南沿海沙地大头典竹（Den^rocalarnopsis

beecheyana var. pubescents )、绿

竹

(Dendrocalamopsis

ol必ami)和麻竹（Dendrocalamus lati/lorus )林为研

究对象，比较不同土层、不同季节土壤ROC含量变 化特征，以及土壤ROC与SOC、全氮、全磷、全 硫、pH值、土壤温度等指标的相关性，为探寻沿海 沙地竹林碳循环规律提供基础数据。

1材料与方法

1.1研究地概况

试验地位于福建省东山赤山国有防护林场， 属南亚热带海洋性季风气候，气候温暖，光照充 足，历年极端最高气温36.6 °C，极端最低气温 3. 8 °C，年平均气温20. 8 °C。终年无霜冻。年平 均降水量1103. 8 mm,属福建省少雨区。降雨主 要受台风影响，全年降水量主要集中在5—8月， 约占年降水量的61%。各月相对湿度71%~ 85%。土壤以滨海沙土为主。不同竹林土壤理化 性质见表1。

试验林营造于2001年，密度600丛/hm2,长势 较好且均为纯林，竹林生长基本概况见表2。

(Casuarina equisetifolia)

为主，但目前许多木麻黄防

护林已进人自然衰老阶段，防护功能衰退，亜待更 新[11-12]。竹子具有很强的生长能力，地下根系发

表1

林分类型绿竹

土层深度/

土壤 SOC/

不同林分土壤基本理化性质

全氮/

全磷/

全硫/

cm0~10

10~3030~500~1010~3030~500~1010~3030~50

(&/kg)9.075.444.066.604.303.8410.976.045.00

(&^g)1.070.700.550.760.580.541. 140.710.62

(^kg)0.210.030.020.250.080.090.280.090.05

(^kg)0.430.280.290.510.420.420.940.590.32

pH值5. 125.295.525.385.505.725.065.245.48

土壤温度/

C28.4726.7726.3028.7727.5326.7725.4724.2323.77

麻竹

大头典竹

表2

竹林类型绿竹麻竹大头典竹

平均胸径/c

试验竹林生长状况

平均高/

平均丛幅/m

平均立竹数/(株/丛）

4.34.55.6

7.410.6

5.(4. ^5.

：

301825

1.2研究方法不同，大头典竹林土壤ROC含量最高出现在春季 (2. 37 g/kg)，其次为秋季、夏季，冬季含量最低 (1.01 g/kg)，为春季含量的42.62%，且不同季节 间含量差异也达到极显著水平（P<0. 01)。总体看 2012年，于1月中旬（冬季）、4月中旬（春 季）、7月中旬（夏季）和10月中旬（秋季）分4 次采集土壤样品。每种竹林随机设置3块10 m x 10

m的试验样地，每个样地随机设置3个采样点。在

每个米样点用直径为2 cm的土钻分别取0〜10 cm、 10〜30 cm、30〜50 cm的土壤样品各1份，将同一 样地3个采样点相同土层土样等量混合。样品当天 采回后，放于阴凉干燥处自然风干，用于测定土壤

SOC、ROC和全氮、全磷、全硫、PH值等指标。

1.3 土壤指标测定方法

用硫酸-重铬酸钾氧化外加热、硫酸亚铁滴定法 (LY/T 1237-1999)测定土壤SOC;采用高锰酸钾 氧化法、分光光度计比色测定土壤ROC[15-16]。

采用土：水=1 : 2. 5蒸馏水浸提、酸度计 (LY/T 1239-1999)测定土壤pH值；采用半微量凯 氏定氮法（LY/T 1228-1999)测定全氮；采用氢氧 化钠碱熔-钼锑抗比色法（LY/T 1232-1999)测定 全磷；采用EDTA间接滴定法（LY/T 1255-1999) 测定全硫。1.4数据处理

采用Excel2007软件制图，用DPS数据处理系统 (v16. 05)进行方差分析和显著性检验，米用Pearson 检验法进行土壤ROC与土壤基本理化性质相关性分 析。不同季节土壤ROC含量为各土层的加权平均值。

2结果与分析

2.1竹林土壤ROC含量季节变化特征

测定分析结果显示（图1)，3种竹林土壤ROC

含量随季节变化明显。绿竹林土壤ROC含量夏季最 高（2.11 g/kg)，其次为春季、秋季，冬季含量最 低（0.92 g/kg)，为夏季含量的43. 60%，且不同季 节间含量差异极显著（P<0.01)。麻竹林土壤ROC 含量季节变化规律与绿竹林相似，含量以夏季最高 (1.35 g/kg)，其次为春季、秋季，冬季含量最低 (0.64 g/kg)，为夏季含量的47.41%，且不同季节 间含量差异极显著（P<0. 01)。与绿竹林和麻竹林

来，沿海沙地3种竹林土壤ROC含量呈现一定的规 律性，不同季节含量差异均达到极显著水平，表明 其对季节变化较敏感，这与以往研究[4，17]结论相 一致。

春

季

夏

季

秋

季

冬季

图1

竹林不同季节土壤ROC含量变化

2.2竹林不同土层土壤ROC含量特征

对竹林不同土层土壤ROC含量分析结果显示 (图2)，其变化均表现出随着深度的增加而减小的 趋势，但不同竹林间又表现出一定的差异性。绿竹 林不同土层ROC含量差异最大，0~10cm 土壤ROC 含量为30〜50 cm的1.44倍，不同土层之间差异极 显著（尸<0.01);麻竹林0〜10cm土壤ROC含量高 于10〜30 cm和30〜50 cm 土层，且差异极显著（尸< 0.05)但 10〜30 cm 和 30 〜50 cm 土层土壤 ROC 含 量差异不显著；大头典竹林各土层土壤ROC含量均 高于绿竹林和麻竹林，0〜10 cm 土壤ROC含量为30

□ 0-10cm□ l 0-3 Ocm

/_钿麗葉漂

绿竹林

麻

竹

林

大

头

典

竹

林

图2竹林不同土层土壤ROC含量变化

1

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〜50 cm的1.16倍，不同土层之间差异极显著（P<

0.01)。从不同竹林来看，3种竹林0〜10 cm、10〜

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硫、PH值及土壤温度等理化性质指标进行相关分析 结果表明（表3)，土壤R0C与S0C和全氮呈显著 正相关，相关系数分别为0.727、0.718 (P<0. 05); 与土壤pH值呈极显著负相关，相关系数为-0.837 (P<0. 01);与全磷、全硫、土壤温度等其他理化性 质指标相关性不显著。

30 cm、30〜50 cm 土层土壤R0C含量均表现为：大 头典竹林> 绿竹林 > 麻竹林，且差异极显著（P<

0.01)。

2.3 土壤R0C和其他理化性质的关系

对沿海沙地土壤R0C与S0C、全氮、全磷、全

表3 土壤R0C与其他理化性质之间的相关性

指标 相关系数

S0C 0.727*

全氮 全磷 全硫 pH值 -0.837\"

土壤温度

0.718* 0.321 0.441 -0.445

3结论与讨论

森林每年通过凋落物的分解、淋溶向土壤提供大

山[23]和徐侠对福建省武夷山[24]以及孙伟军对湖南省 长沙县[25]等不同森林类型土壤R0C分析的结果一 致。关于土壤R0C与pH值的关系方面，不同学者研 究结论不同，王棣对秦岭典型林分[26]和辜翔对中亚 热带4种森林类型[18]研究认为土壤R0C含量与pH 值不存在显著相关性，而马和平对西藏色季拉山不同 林分[27]和王国兵对苏北沿海4种不同土地利用方 式[28]的研究认为土壤R0C含量与pH值存在显著或 极显著的负相关，本研究表明沿海沙地3种竹林土壤

R0C与土壤pH值呈极显著负相关。沿海沙地3种

量有机碳，成为土壤活性有机碳的重要来源[3]。土壤

R0C受到森林凋落物数量和组成及分解、土壤温度、

湿度、微生物组成等季节动态影响，导致不同林分土 壤R0C含量的差异及季节变化。湘中丘陵区杉木人 工林、马尾松-石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、 石栎-青冈等4种常绿阔叶林土壤R0C含量季节变 化表现为夏、秋季较高，春、冬季较低[18];江西泰和退 化红壤区湿地松纯林、马尾松纯林、湿地松x枫香混交 林以及枫香纯林等4种类型人工林土壤R0C含量表 现为夏、秋、春季较高，冬季最低[19]。本研究结果表 明，沿海沙地竹林土壤R0C含量季节变化特征同样 明显，3种竹林季节变化规律基本一致，夏、春、秋季 较高，冬季最低。从不同竹林土壤R0C含量来看，大 头典竹林最高，绿竹林高于麻竹林。

土壤S0C含量受凋落物量和森林盖度的影响较 大[20]，而土壤R0C含量在很大程度上取决于土壤

S0C含量[21]，本研究中大头典竹林盖度较高，地表枯

竹林土壤R0C的季节和空间分布特征有一定差异性，土壤S0C、pH值、全氮是R0C在不同竹林间产生差异的主要原因。

参考文献

落物比其他2种竹林明显多，这可能是造成大头典竹 林R0C含量明显高于绿竹林和麻竹林的主要原因。 由于东南沿海沙地自然环境较为特殊，3种竹林土壤

R0C含量均显著低于同纬度常绿阔叶林、针阔混交

林、针叶纯林等林分[18-19]，但与马尾松低效林 相近[22]。

3种竹林土壤R0C在0〜10 cm的含量都明显高 于10〜30 cm和30〜50 cm，且表现出随土层深度增加 而减小的趋势，可能是因为土壤随深度的增加受微生 物的影响越来越小。沿海沙地土壤R0C含量与S0C 和全氮呈显著正相关，这与姜培坤对浙江省玲珑

[1] Janzen H H. Carbon cycling in earth systems ： a soil science

perspective[ J]. Agriculture Ecosystems & Environment，2005， 104(3) ： 399-417.

[2] Coryc C，Dianar N，Stevenk S，et al. Increases in soil respiration following labile carbon additions linked to rapid shifts in soil microbial community composition [ J]. Biogeochemistry， 2007， 82(3)： 229-240.

[3] 柳敏，宇万太，姜子绍，等.土壤活性有机碳[J].生态学杂

志，2006, 25(11): 1412-1417.[4] 沈宏，曹志洪，胡正义.土壤活性有机碳的表征及其生态效

应[J].生态学杂志，1999, 18(3): 32-38.

[5] Shrestha R K，Ladha J K，Lefroy R D. Carbon management for sustainability of an intensively managed rice - based cropping system[J]. Biology and Fertility of Soils，2002， 36(3) ： 215 -223.

[6] Shrestha R K， Ladha J K，Gami S K. Total and organic soil carbon in cropping systems of Nepal [ J]. Nutrient Cycling in

学术园地

Academic Field

[18]

WORLD BAMBOO AND RATTAN

辜翔，张仕吉，项文化，等.中亚热带4种森林类型土壤活 性有机碳的季节动态特征[J

世界竹藤通讯

Agroecosystems, 2006, 75(1)： 257-269.

[7] Melero S, Lopez-Garrido R, Madejon E, et al. Long-term effects of conservation tillage on organic fractions in two soils in southwest of Spain [ J]. Agriculture Ecosystems & Environment, 2009, 133(1)： 68-74.[8] 张仕吉，项文化.土地利用方式对土壤活性有机碳影响的研

究进展[J].中南林业科技大学学报，2012, 32(5): 134 -143.[9] 王清奎，汪思龙，冯宗炜，等.土壤活性有机质及其与土壤质

量的关系[J].生态学报，2005, 25(3): 513-519.[10] 胡海波，张金池，鲁小珍.我国沿海防护林体系环境效应的

].植物生态学报，2016, 40

退化红壤区不同类型人工林

(10) : 1064-1076.

[19] 谭桂霞，刘苑秋，李莲莲，等.

土壤活性有机碳及其季节变化[J].江西农业大学学报，

2014, 36(2): 434-440.[20] 耿玉清，余新晓，岳永杰，等.北京山地针叶林与阔叶林土

壤活性有机碳库的研究[J].北京林业大学学报，2009, 31 (5): 19-24.

[21] Anderson T H，Domsch K H. Ratios of microbial biomass carbon

to total organic carbon in arable soils [ J ]. Soil Biology & 研究[J].世界林业研究，2001，14(5): 37-43.

[11] 张水松，叶功富，徐俊森，等.木麻黄基干林带类型划分和

更新造林关键技术研究[J].林业科学，2002, 38(2): 44 -53.

[12] 林武星，叶功富，徐俊森，等.滨海沙地木麻黄基干林带不

同更新方式综合效益分析[J].林业科学，2003(增1): 112 -116.

[13] 林爱玉，涂志华，上官保国，等.沿海沙地引种竹子和木麻

黄固沙功能比较研究[J].福建林学院学报，2013, 33( 1): 28-33.[14] 张梅，郑郁善，陈礼光，等.滨海沙地竹子引种试验初报

[J].西南林业大学学报，2007, 27(1): 48-50.[15] Blair G J，Rdb L， Lise L. Soil carbon fractions based on their

degree of oxidation， and the development of a carbon management index for agricultural systems [ J ]. Australian Journal of Agricultural Research, 1995，46(7): 393-406.[16] 沈宏，曹志洪，徐志红.施肥对土壤不同碳形态及碳库管理

指数的影响[J]. 土壤学报，2000, 37(2): 166-173.[17] 石亚攀，陈立新，段文标，等.红松针阔混交林林隙土壤总

有机碳和易氧化有机碳的时空异质性研究[J].水土保持学 报，2013, 27(6):186-192.

Biochemistry, 1989，21(4):471-479.[22] 赖家明，李开志，黄从德，等.不同改造措施对马尾松低效

林土壤活性有机碳的影响[J].林业科学研究，2013, 26 (2) : 167-173.

[23] 姜培坤.不同林分下土壤活性有机碳库研究[J].林业科学2005, 41(1): 10-13.[24] 徐侠，王丰，栾以玲，等.武夷山不同海拔植被土壤易氧化

碳[J].生态学杂志，2008, 27(7): 1115- 1121.[25] 孙伟军，方晰，项文化，等.湘中丘陵区不同演替阶段森林

土壤活性有机碳库特征[J].生态学报，2013, 33 (24): 7765-7773.[26] 王棣，耿增超，佘雕，等.秦岭典型林分土壤活性有机碳及

碳储量垂直分布特征[J].应用生态学报，2014, 25(6): 1569-1577.

[27] 马和平，郭其强，刘合满，等.西藏色季拉山土壤微生物量

碳和易氧化态碳沿海拔梯度的变化[J].水土保持学报， 2012, 26(4) : 163-166.

[28] 王国兵，赵小龙，王明慧，等.苏北沿海土地利用变化对土

壤易氧化碳含量的影响[J].应用生态学报，2013, 24(4): 921-926.

|| 2017年第15卷第5期

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