海南岛典型人工林土壤活性有机碳氮及土壤酶活性研究

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橡胶树和桉树人工林是我国海南地区广泛种植的典型人工林生态系统,对该区域森林生态系统的稳定性和土壤生态系统的可持续发展具有重要影响。土壤活性有机碳氮和土壤酶是土壤生态系统重要的活性组分,对于提高土壤的潜在生产力和维持土壤生态系统正常的物质和能量的循环流动具有重要理论意义,因此常被用作监测土壤质量的重要指标。本研究选择海南儋州地区不同种植阶段橡胶树(5、10、15、20、25年)和桉树(2、4、6年)人工林,每树种每个种植阶段设置3个重复(面积为40×20 m2)样地,结合野外采样以及室内分析测试等方法,分析两种人工林土壤活性有机碳氮和土壤酶随林龄及土层的分布特征,并运用相关分析和回归分析等方法研究不同人工林土壤活性有机碳氮、土壤酶以及土壤主要理化因子间的相互关系。旨在了解橡胶树与桉树人工林土壤活性有机碳氮以及土壤酶类分布特征,以及该两类土壤活性组分与土壤理化因子间的相互关系,为监测人工林生态系统服务功能、土壤生态系统健康状况以及土地的可持续利用提供数据支持,也为人工林的科学化管理提供理论依据。主要研究结果如下:1.不同林龄橡胶林土壤活性有机碳氮含量变化范围分为:微生物生物量碳7.81~172.20 mg·kg-1;微生物生物量氮1.91~16.17mg kg-1;溶解性有机碳3.17~80.32 mg·kg-1;溶解性有机氮13.72~27.67mg·kg-1。不同林龄桉树林含量变化表现为:微生物生物量碳5.03~91.83mg·kg-1;微生物生物量氮0.60~10.68mg·kg-1;溶解性有机碳10.96 ~42.94 mg·kg-1;溶解性有机氮4.91~10.65 mg·kg-1。橡胶树和桉树人工林土壤各活性有机碳氮组分随种植年限的增长总体表现为种植年限较短的人工林(橡胶树为5年和10年生,桉树林为2年生)土壤活性有机碳氮含量高于种植年限较长的人工林。橡胶树和桉树人工林土壤活性有机碳氮在1m深垂直剖面上均表现出明显的表聚特征。其中橡胶林土壤微生物量碳、微生物量氮、溶解性有机碳和溶解性有机氮在0-1Ocm处含量分别占 1m 剖面的 29.69%~43.80%、27.54%~36.60%、26.90%~40.02%和30.60%~49.24%;桉树林土壤土壤微生物量碳、微生物量氮、溶解性有机碳和溶解性有机氮在0-10cm处含量分别占1m剖面的44.49%-59.19%、32.82%~58.89%、31.64%~34.19%和 27.34%~46.49%。2.橡胶树人工林土壤酶活性变化范围分别为:脲酶0.04~0.41 mg·g-1;过氧化氢酶0.12~1.87ml·g-1;多酚氧化酶1.74~9.10 ml·g-1。其中脲酶活性随林龄的变化表现为20和25年生橡胶林活性较高,与土壤DON含量相似。桉树人工林土壤酶活性变化范围分别为:脲酶0.19~1.16 mg·g-1;过氧化氢酶0.11~1.16 mg·g-1;多酚氧化酶4.58~10.40 ml·g-1。桉树人工林土壤脲酶活性随林龄的变化趋势同桉树林土壤DON变化一致。两种人工林土壤脲酶活性与土壤溶解性有机氮关系密切。在1m深的垂直剖面上橡胶树和桉树人工林土壤脲酶和过氧化氢酶活性均表现出随土层加深呈上层土壤活性高下层土壤活性低的特征,多酚氧化酶则表现为表层土壤活性低而底层土壤活性高的分布趋势,但桉树人工林土壤多酚氧化酶活性在不同土层间并无显著差异。3.橡胶树人工林土壤各活性有机碳氮与其他土壤因子间存在紧密联系,其中与土壤多酚氧化酶、碳氮比、含水量以及土壤容重都呈现出负相关关系,说明在橡胶树人工林生态系统中该四种土壤因素对土壤活性有机碳的分布有限制作用。其它土壤因素与各活性有机碳氮的含量具有积极的作用。不同土壤因子间的相关程度也不同,土壤溶解性有机碳含量与溶解性有机氮(r=0.789)、微生物量氮(r=0.727)和全氮(r=0.736)的相关性要高于其它因,表明橡胶林土壤溶解性有机碳含量对不同形式氮素的依赖程度均较高;此外,土壤微生物量碳、微生物量氮、溶解性有机碳和溶解性有机氮对土壤全氮含量(r=0.588, 0.764, 0.736, 0.527)的依赖程度均高于土壤总有机碳含量(r=0.479,0.534, 0.504, 0.501), 土壤脲酶和过氧化氢酶活性与土壤全氮含量(r=0.407,0.784)的相关性也高于总有机碳(r=0.328, 0.289),进一步表明在橡胶人工林生态系统中,土壤氮素可能是限制土壤可持续生产力的重要因素之一。4.桉树人工林土壤各因子之间同样相互作用,相互影响。其中土壤碳氮比与含水量对土壤活性有机碳氮呈负相关性,且含水量呈显著负相关;其它各因子(土壤容重除外)均与土壤活性有机碳氮呈显著或极显著的正相关性,土壤微生物熵与桉树人工林土壤微生物量碳、微生物量氮和溶解性有机碳也表现为极显著正相关关系(r=0.938, 0.665, 0.517) ; 土壤脲酶和多酚氧化酶活性与土壤各养分因子的相关程度要高于多酚氧化酶,且脲酶活性与土壤微生物量碳、微生物量氮、溶解性有机碳和溶解性有机氮的相关系数(r=0.723,0.931,0.749,0.726)均高于过氧化氢酶(r=0.571,0.424,0.558,-0.293),另外桉树林土壤脲酶活性也与总有机碳(r=0.888)和TN(r=0.848)呈极显著正相关性,而另外两种酶则无明显关系。结果表明,在桉树人工林生态系统中,土壤脲酶活性与土壤中多种养分因子均存在显著或极显著的正相关性,可以作为评价桉树人工林土壤生态系统健康状况的指标之一。5.逐步线性回归分析结果显示,橡胶树和桉树人工林土壤活性有机碳氮因子间的综合效应对土壤酶活性的影响总体要高于土壤总有机碳、全氮,进一步表明与土壤总有机碳和全氮相比,土壤微生物量碳、微生物量氮、溶解性有机碳和溶解性有机氮等活性因子对土壤酶活性的变化具有更为灵敏的指示作用,是监测土壤酶分布以及变化的有效指标。
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