桉树林分改造提升对土壤活性碳氮组分的影响

摘要 对福建省莆田市桉树林套种不同阔叶树种2年后表层土壤（0～10 cm）土壤可溶性有机碳（DOC）、土壤可溶性有机氮（DON）、土壤微生物量碳（MBC）、土壤微生物量氮（MBN）、铵态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）含量特征进行分析，并与细根生物量（FRB）、凋落物现存量（LSC）及其碳氮含量、土壤含水率（SMC）、土壤容重（SBD）、pH、P、K含量等进行相关性分析。结果表明，套种香樟+枫香+山樱花模式FRB（0.59 t/hm2）、LSC（1.58 t/hm2）、DOC（219.91 mg/kg）、DON（44.91 mg/kg）、NH4+-N（14.95 mg/kg）均显著高于其他模式；套种香樟+枫香+山樱花模式的土壤微生物量碳氮（MBC/MBN）比显著低于其他模式；主成分分析（PCA）结果表明，DON、FRB、MBN、NH4+-N呈显著正相关，MBC/MBN、凋落物碳氮比（LCC/LNC）、细根碳氮比（FRC/FRN）、NO3--N之间存在显著负相关；冗余分析（RDA）结果显示，短期内桉树林分改造后土壤总磷（STP）、SBD、pH、LCC/LNC和FRC会显著影响土壤活性碳氮组分。

关键词 桉树林；土壤活性碳氮组分；细根；凋落物；碳氮比

中图分类号 S 714  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）21-0135-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.21.031

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Forest Transformation on Active Carbon and Nitrogen Components in Eucalyptus Stand

WANG Dong-xue

（Fuzhou Minhua Engineering Design Limited Liability Company， Fuzhou， Fujian 350003）

Abstract The content characteristics of DOC， DON， MBC， MBN， NH4+-N， NO3--N in the surface soil （0～10cm） of eucalyptus forest interplanted with different broad-leaved trees in Putian City， Fujian Province were analyzed， meanwhile， correlation analysis was made with the following indicators， such as FRB， LSC and their C and N content， SMC， SBD， pH， STP and STK content. The results showed that， FRB（0.59 t/hm2）， LSC（1.58 t/hm2），DOC（219.91 mg/kg）， DON（44.91 mg/kg）， NH4+-N（14.95 mg/kg） in the Eucalyptus interplanting Cinnamomum czmphora+Liquidambar formosana+Cerasus serrulata mode were significantly higher than the others. MBC/MBN of the Eucalyptus forest interplanting C.czmphora+L. formosana+C. serrulata mode was significantly lower than the others， indicating that the soil microbial community composition changed significantly after interplanting.PCA results showed that there was a highly positive correlation between SOC，SON，FRB，MBC，MBN， and NO3--N， but negatively related to MBC/MBN， FRC/FRN， LCC/LNC and NH4+-N. RDA results showed that STP，SBD，pH， LCC/LNC and FRC significantly affected soil active C and N components in the short term after transformation.

Key words Eucalyptus stand;Soil active C and N components;Fine roots;Litter;C/N ratio

森林土壤碳氮循环是森林生态系统重要的功能过程之一，在调解和维持生态系统生产力和稳定性方面发挥着重要作用［1-2］。按照分解难易和对植物有效性，土壤碳氮可划分为活性碳氮、稳态碳氮和难分解碳氮。其中，活性碳氮组分周转周期短，对包括树种结构变化在内的环境变化反应较敏感［3］。桉树是南亚热带地区分布面积较大，颇具争议的一个树种，也是林分改造提升的重点［4］。现有研究主要集中于林下植被多样性［5］、生物量和生产力［6-7］和土壤理化性质［8-9］等方面。笔者以福建省桉树林分改造为研究对象，从土壤活性碳氮组分变化的角度评价了土壤质量对不同改造模式的响应，以期为改良树种选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

研究区位于福建省莆田市涵江区，地理坐标119°02′43″E，25°34′05″N。属南亚热带，多年平均气温20.3 ℃，1月最冷，平均气温11.3 ℃，7月最热，平均气温28.6 ℃。年日照时数1 977 h，多年平均降雨量1 500 mm，4—9月为雨季，约占全年降雨量的80%。土壤以红壤为主。

1.2 样地设置与取样

2019年7月，选取3个套种模式的桉树成熟林分小班（表1）。每种林分随机设置3个20 m×20 m样地；沿南北对角线等距布设10～12个取样点，利用土钻获取0～10 cm表层土壤，按四分法取样，1份放入有生物冰袋的便携式保温箱，另1份放入布袋带回实验室。环刀法测定土壤容重（SBD）；沿东西对角线等距设置4个1 m×1 m小样方，采用全收获法收集样方内的凋落物，80 ℃鼓风烘箱烘至恒重，推算凋落物现存量（LSC），部分粉碎过筛备用。

在实验室，取一半布袋土样过筛，后经流水浸泡、漂洗，拣出小于2 mm细根，并区分死活根，80 ℃鼓风烘箱烘至恒重，推算细根生物量（FRB），粉碎过筛备用。

1.3 样品分析方法

土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法处理，MBC采用TOC-VCPH/CPN 分析仪（Shimadzu，Japan）测定，MBN采用SmartChem 200全自动分析仪（Alliance，France）测定，转换系数MBC=EC/0.45，MBN=EN/0.54。土壤可溶性有机碳（DOC）、土壤可溶性有机氮（DON）采用2 mol/L氯化钾浸提法处理，DOC采用TOC-VCPH/CPN 分析仪（Shimadzu，Japan）测定，DON、硝态氮（NO3--N）、铵态氮（NH4+-N）采用SmartChem200全自动分析仪（Alliance，France）测定。土壤有机碳（STC）、有机氮（STN）、凋落物碳（LCC）、凋落物氮（LNC）和细根碳（FRC）、细根氮（FRN）利用碳氮元素分析仪（Vario EL Ⅲ，Elementar Analysensysteme GmbH，Hanau，Germany）测定。土壤全钾（STK）、全磷（STP）、速效磷（SAP）和速效钾（SAK）的测定方法参照中国林业行业标准（LY/T 1228—1237）。

1.4 数据处理方法

利用Excel 2010整理，利用SPSS 17.0对数据进行Duncan多重比较，Canoco 5.0对数据进行PCA和RDA分析，利用Origin 9.5作图。

2 结果与分析

2.1 不同林分模式细根及凋落物性质

从图1可以看出，模式3的LSC与LCC、LNC含量均较大，LCC/LNC表现为模式3最小，模式4最大。多重比较显示，模式3的LSC和LCC/LNC与其他模式有显著差异。0～10 cm土层的FRB以模式3最大，其次依次为模式1、模式2，模式4最小；FRC、FRN、FRC/FRN则相反，表现为模式3最小，模式1和模式2次之，模式4最大；Duncan多重比较显示，模式3和模式4存在显著差异。

2.2 不同林分模式土壤活性碳氮组分含量

由图2可知，模式3的土壤DOC含量、NH4+-N含量显著高于其他各模式，模式1和模式2间差异不显著。各模式MBC、MBN含量差异不显著，MBC/MBN从小到大表现为模式3、模式2、模式1、模式4，NO3--N则表现为模式4显著高于其他模式。

2.3 细根、凋落物性质与土壤理化因子的相关关系

从图3可以看出，PC1和PC2两轴能够共同解释总方差的比例为84.12%。其中，模式4的3个样地mode41～mode43集中在FRC、FRN和NO3--N含量的高值区域，MBC/MBN、FRC/FRN和LCC/LNC也较高。模式3的3个样地mode31～mode33集中在DON、DOC、FRB、MBC、MBN、NH4+-N含量的高值区域。模式2和模式3的样地各土壤理化指标介于模式3和模式4之间。DON、DOC、FRB、MBC、MBN、NH4+-N之间呈正相关关系，MBC/MBN、LCC/LNC和FRC/FRN、NO3--N之间存在正相关关系，但是2组指标之间呈负相关关系。

2.4 土壤活性碳氮组分与细根、凋落物性质及土壤理化因子的关系

以DON、DOC、MBC、MBN、MBC/MBN、NH4+-N、NO3--N为响应变量，土壤理化性质和LSC、LCC、LNC、LCC/LNC、FRB、FRC、FRN、FRC/FRN为环境变量进行RDA排序（图4），排序结果显示，RDA1第1轴单独解释总方差的比例达到98.32%，第2轴单独解释总方差的比例为1.45%，二者共同解释总方差的比例为99.77%。

pH（贡献度为35.9%，F=31.7，P=0.002）、STP（贡献度为25.7%，F=13.6，P=0.002）、土壤含水率（SMC）（贡献度为13.9%，F=8. P=0.04）、LCC/LNC（贡献度为8.2%，F=6.4，P=0.006）、FRC（贡献度为5.6%，F=28.2，P=0.008）对于样方沿着第1轴的分布起到关键作用，DON、DOC、NH4+-N、MBC、MBN主要与pH、STP和SMC较高的模式4的3个样地mode31～mode33所在林地密切相关，而MBC/MBN和NO3--N则主要与LCC/LNC和FRC较高的模式4的3个样地mode41～mode43所在林地密切相关。

3 结论与讨论

土壤表层（0～10 cm）是森林地下生态过程活跃的区域，不同质量的凋落物分解淋溶的养分及产生的次生代谢物能够影响土壤微生物群落组成和植物细根的分布［10］。该研究中，模式3凋落物现存量显著高于其他模式，达到1.58 t/hm2，这与林分套种株数和套种树种有关，模式3套种密度是模式1和模式2的近2倍，对林分凋落物现存量的贡献大，间接影响了土壤表层的细根分布。该研究与王微等［11］研究得出的细根生物量与凋落物层生物量存在显著线性相关关系的结论一致，相关系数R2达到0.925。