杜滿義 封煥英 范少輝 蘇文會(huì) 毛 超 唐曉鹿 劉廣路

(1．國(guó)際竹藤中心 國(guó)家林業(yè)局竹藤科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100102;2．中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院華北林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心 北京 102300)

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閩西毛竹林不同施肥處理下土壤有機(jī)碳含量垂直分布與季節(jié)動(dòng)態(tài)*

杜滿義1,2封煥英1,2范少輝1蘇文會(huì)1毛 超1唐曉鹿1劉廣路1

(1．國(guó)際竹藤中心 國(guó)家林業(yè)局竹藤科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100102;2．中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院華北林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心 北京 102300)

【目的】以期更全面反映毛竹林地培肥機(jī)制，為毛竹林科學(xué)經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)，也為森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡估算與模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。【方法】在永安天寶巖國(guó)家自然保護(hù)區(qū)，選取生長(zhǎng)良好、具有代表性的典型毛竹純林，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置18塊20 m×20 m樣地，包括6個(gè)處理： 施5年毛竹專用肥(Ⅰ)，施5年氮、磷、鉀配方肥(Ⅱ)，施5年有機(jī)肥(Ⅲ)，施1年毛竹專用肥(Ⅳ)，施1年有機(jī)肥(Ⅴ)和不施肥(Ⅵ)，探討不同施肥措施毛竹林土壤有機(jī)碳含量、垂直分布格局、季節(jié)動(dòng)態(tài)變化及土壤有機(jī)碳含量影響因子。【結(jié)果】不同施肥處理毛竹林0～100 cm土層有機(jī)碳平均含量無顯著差異，分別為11.39，9.83，10.49，10.34，9.83和11.20 g·kg-1； 施肥顯著降低0～20 cm表層土壤有機(jī)碳含量，與不施肥毛竹林(Ⅵ)相比施肥毛竹林(Ⅰ-Ⅴ)表層0～10 cm有機(jī)碳含量分別降低9.05%，27.33%，28.84%，18.92%和25.37%，10～20 cm有機(jī)碳含量分別降低1.25%，23.68%，23.47%， 20.48%和18.61%； 隨著土層深度增加，施肥正效應(yīng)得以體現(xiàn)，毛竹林(Ⅰ-Ⅴ)80～100 cm土層有機(jī)碳含量提高2.72%～37.14%； 毛竹林(Ⅰ-Ⅵ)土壤有機(jī)碳含量均隨土層深度增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，碳含量標(biāo)準(zhǔn)誤差亦隨土層深度增加而不斷減小，表明深層土壤有機(jī)碳更為穩(wěn)定； 毛竹林(Ⅰ-Ⅵ)土壤剖面有機(jī)碳含量無顯著季節(jié)變化，但表現(xiàn)出秋冬季有機(jī)碳含量大于春夏季的趨勢(shì)，不同季節(jié)下毛竹林(Ⅰ-Ⅵ)0～100 cm土層有機(jī)碳加權(quán)平均值分別為10.86～12.33，8.98～10.38，10.14～11.32，9.66～11.29，9.19～10.24和10.40～12.23 g·kg-1； 土壤有機(jī)碳含量與土壤全N含量、全P含量、水解N含量、有效P含量和速效K含量極顯著正相關(guān)(P< 0.01)，而與土壤密度和pH值極顯著負(fù)相關(guān)(P< 0.01)?！窘Y(jié)論】毛竹林短期施肥未顯著改變土壤層有機(jī)碳平均含量，但導(dǎo)致淺層土壤有機(jī)碳含量顯著下降，深層土壤有機(jī)碳含量小幅上升，然而隨土壤深度增加而降低的垂直分布格局未變化； 施肥或不施肥情況下土壤剖面有機(jī)碳含量均無顯著的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化，取樣時(shí)間對(duì)土壤有機(jī)碳含量估計(jì)的影響甚微； 毛竹林施肥雖能顯著提高竹林生產(chǎn)力，但施肥過程和高強(qiáng)度采伐卻破壞原有竹林結(jié)構(gòu)，不利于表層土壤有機(jī)碳的積累和貯存，因此毛竹林經(jīng)營(yíng)中應(yīng)盡量減少土壤擾動(dòng)，及時(shí)合理補(bǔ)充礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，適當(dāng)挖筍與采伐，使土壤有機(jī)碳含量保持較高水平，以利于維持毛竹林地長(zhǎng)期生產(chǎn)力。關(guān)鍵詞： 毛竹林； 施肥； 土壤有機(jī)碳； 垂直分布； 季節(jié)動(dòng)態(tài)； 閩西

土壤養(yǎng)分供給及其平衡狀況已成為維持與提高人工林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的關(guān)鍵所在(徐福利等， 2014)。施肥是影響土壤質(zhì)量演化及其可持續(xù)利用最為深刻的農(nóng)業(yè)措施之一(劉恩科等， 2010)，對(duì)土壤養(yǎng)分、碳貯量、CO2和N2O釋放、團(tuán)聚體、微生物群落結(jié)構(gòu)與功能均產(chǎn)生顯著影響(Macketal., 2004； Skinner， 2013； Zhouetal., 2013； Nicolasetal., 2014； Plaza-Bonillaetal., 2014)。毛竹(Phyllostachysedulis)生長(zhǎng)速度快，可以連續(xù)采伐及永續(xù)利用，具有高效的固碳能力，對(duì)平衡大氣CO2有重要作用(Zhouetal., 2009； 2011)。毛竹經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)過程中會(huì)消耗土壤中的大量養(yǎng)分，需要及時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)分來維持林地持續(xù)生產(chǎn)力(王意錕等， 2014)，毛竹施肥可以提高毛竹林生產(chǎn)力并影響生物量分布格局，進(jìn)而影響到毛竹林經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益的發(fā)揮(陳孝丑等， 2012； 杜滿義等， 2015)。然而相對(duì)于其他森林或土地利用類型，毛竹經(jīng)營(yíng)中的頻繁干擾造成其土壤有機(jī)碳庫(kù)管理和精確估算更易受到人類活動(dòng)方式的影響，是碳貯量和碳流失最不確定的森林類型(漆良華等， 2013； 李翀等， 2015)。近年來有關(guān)施肥對(duì)毛竹林生長(zhǎng)(朱強(qiáng)根等， 2013； 王意錕等， 2014)、土壤肥力(郭曉敏等， 2007)及養(yǎng)分循環(huán)(劉廣路等， 2010； Lietal., 2013)的研究較多，而有關(guān)土壤有機(jī)碳含量的土層垂直分布和季節(jié)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的報(bào)道較少。在全球氣候變化背景下，如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)毛竹經(jīng)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益和土壤碳吸收、碳封存生態(tài)效益日益成為關(guān)注焦點(diǎn)。

閩北是我國(guó)毛竹自然分布的中心產(chǎn)區(qū)之一，具有區(qū)域代表性，因此本研究以閩西不同施肥處理毛竹林為對(duì)象，探討不同施肥處理毛竹林土壤有機(jī)碳含量、垂直分布格局、季節(jié)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及有機(jī)碳含量影響因子，試圖揭示毛竹林土壤有機(jī)碳的時(shí)空格局，以期更全面反映毛竹林林地培肥機(jī)制，為毛竹林科學(xué)經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)，也為森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡估算與模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省永安市天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(117°31′—117°33.5′E，25°55′—25°58′N)，福建永安素有“中國(guó)毛竹之鄉(xiāng)”美譽(yù)，地處戴云山余脈，屬于中低山地貌，海拔580～1 604 m，屬于亞熱帶東南季風(fēng)氣候型，年均氣溫23 ℃，全年最低氣溫-11 ℃，全年最高氣溫40 ℃，全年無霜期290天左右，年均降水量2 000 mm，≥10 ℃年活動(dòng)積溫4 520～5 800 ℃，持續(xù)天數(shù)為225～250天，空氣相對(duì)濕度80%左右。竹林主要分布在海拔800 m以下，研究區(qū)內(nèi)竹林覆蓋率96.8%，主要為毛竹，其間少量混生江南油杉(Keteleeriacyclolepis)、杉木(Cunninghamialanceolata)、楊梅(Myricarubra)、南酸棗(Choerospondiasaxillaris)、鵝掌楸(Liriodendronchinense)和木荷(Schimasuperba)等樹種。

試驗(yàn)區(qū)內(nèi)毛竹通過自身擴(kuò)鞭繁殖成林，成林時(shí)間約25年，自然狀態(tài)下毛竹林密度為1 600～2 000株· hm-2，竹林地每年8,9 月份進(jìn)行砍伐，每年施除草劑1次或劈山1次，林下有少量灌木和雜草。主要土壤類型為紅壤，0～100 cm土層平均元素含量為有機(jī)質(zhì)23.45 g·kg-1，全氮0.63 g·kg-1，全磷0.23 g·kg-1，全鉀20.05 g·kg-1，水解氮93.10 mg·kg-1，有效磷27.08 mg·kg-1，速效鉀65.42 mg·kg-1，交換性鈣53.08 mg·kg-1，交換性鎂11.39 mg·kg-1，pH值為4.71(杜滿義等， 2015)。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與施肥處理

2011年7月對(duì)研究區(qū)立地因子和植被狀況進(jìn)行調(diào)查，包括立竹度、樹高和郁閉度等； 用便攜式GPS、羅盤儀等測(cè)定各樣地坡度、坡向、土層厚度、海拔及經(jīng)緯度等(表1)。利用典型樣地法與隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)布置相關(guān)試驗(yàn)。選取生長(zhǎng)良好，具有代表性的典型毛竹林設(shè)置18塊20 m×20 m樣地，6種施肥處理，每處理3次重復(fù)。6種施肥處理分別為施5年毛竹專用肥(Ⅰ)，施5年氮、磷、鉀配方肥(Ⅱ)，施5年有機(jī)肥(Ⅲ)，施1年毛竹專用肥(Ⅳ)，施1年有機(jī)肥(Ⅴ)，不施肥樣地(Ⅵ)。相鄰樣地之間設(shè)置至少5 m的緩沖帶。各處理樣地概況見表1。毛竹林Ⅰ-Ⅲ施肥時(shí)間為2007—2011年，Ⅳ和Ⅴ施肥時(shí)間為2011年，每年5月份統(tǒng)一施肥，各種施肥當(dāng)量按N元素施入量相等進(jìn)行折合計(jì)算，專用肥和氮、磷、鉀配方施肥在距離毛竹約30 cm處進(jìn)行穴施，穴施深度為30 cm； 有機(jī)肥在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)開溝6～7條進(jìn)行溝施，溝施深度為30 cm。專用肥、配方肥和有機(jī)肥概況見表2。

表2 專用肥、配方肥和有機(jī)肥概況

2.2 土壤樣品采集及室內(nèi)分析

于2012年1，4，7和10月分次取樣，每次取樣均在每個(gè)樣地內(nèi)按照“S”型選取5個(gè)樣點(diǎn)，采樣時(shí)先除去地面凋落物，挖取土壤剖面，取0～10，10～20， 20～40，40～60，60～80和80～100 cm土層的土樣，將每樣地相同層次土壤混合，用四分法選出1 kg土樣，每次獲樣品108個(gè)，4次取樣共計(jì)432個(gè)。同時(shí)，在每個(gè)樣點(diǎn)，采用容積100 cm3的環(huán)刀分層取樣，從每層中部取土測(cè)定土壤密度。將土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，充分混勻并去掉植物根系和殘?bào)w，室內(nèi)風(fēng)干后研磨粉碎，過2 和0.149 mm 篩，然后裝入無菌塑封袋，用于土壤總有機(jī)碳和各種養(yǎng)分含量測(cè)定。

土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定、土壤全氮含量采用半微量凱氏定氮法測(cè)定、水解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定、全磷含量采用堿溶-鉬銻抗比色法測(cè)定、有效磷含量采用氟化銨-鹽酸浸提法-鉬銻抗比色法測(cè)定、全鉀含量采用氫氧化鈉融熔法-原子吸收光譜法測(cè)定、速效鉀含量采用中性乙酸銨浸提-原子吸收光譜法測(cè)定、交換性鈣含量和交換性鎂含量采用乙酸銨提取-原子吸收分光光度法測(cè)定、脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定、磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定、過氧化氫酶活性采用容量法測(cè)定、pH值采用電極法測(cè)定、土壤密度采用環(huán)刀法測(cè)定(張萬(wàn)儒， 1999； 魯如坤， 2000)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)野外調(diào)查資料和室內(nèi)分析結(jié)果，用Excel(2010)和SPSS(19.0)統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，不同施肥處理、季節(jié)及土層的土壤有機(jī)碳數(shù)據(jù)變量的差異運(yùn)用One-Way ANOVA分析，LSD進(jìn)行方差分析，相關(guān)性分析采用Peason相關(guān)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同施肥處理毛竹林土壤有機(jī)碳特征

不同施肥處理毛竹林0～100 cm土層土壤有機(jī)碳平均含量無顯著差異，分別為11.39，9.83，10.49，10.34，9.83和11.20 g·kg-1。施肥顯著降低淺層土壤有機(jī)碳含量(圖1)，0～10和10～20 cm土層土壤有機(jī)碳含量均以不施肥(Ⅵ)毛竹林最高，不施肥(Ⅵ)毛竹林土壤有機(jī)碳含量分別為30.60和21.77 g·kg-1，顯著高于施肥處理Ⅱ-Ⅴ(P< 0.05)； 與不施肥毛竹林相比，施肥毛竹林(Ⅰ-Ⅴ)0～10 cm土層有機(jī)碳含量分別降低9.05%，27.33%，28.84%，18.92%和25.37%，10～20 cm土層分別降低1.25%，23.68%，23.47%， 20.48%和18.61%。不同施肥處理毛竹林20～40，40～60和60～80 cm土層有機(jī)碳含量差異均不顯著，但施用5年有機(jī)肥(Ⅲ)毛竹林土壤有機(jī)碳含量隨著土層深度增加(在40～60 cm及以下)逐漸變?yōu)?個(gè)處理中最高的，在80～100 cm土層顯著高于施肥處理Ⅰ和Ⅴ及Ⅵ(P< 0.05)。與不施肥處理毛竹林相比，施肥毛竹林(Ⅰ-Ⅴ)80～100 cm土層有機(jī)碳含量提高2.72%～37.14%。

圖1 不同施肥處理毛竹林各土層土壤有機(jī)碳含量Fig.1 Soil organic carbon (SOC) content in each soil layer under different fertilizations in Phyllostachys edulis stands

3.2 毛竹林土壤剖面有機(jī)碳垂直分布特征

不同施肥處理的毛竹林土壤有機(jī)碳含量均隨土層加深而降低，其中0～60 cm土層下降劇烈，60～100 cm下降平緩。碳含量標(biāo)準(zhǔn)誤差值表現(xiàn)為隨土壤加深不斷減小，在深層土壤更穩(wěn)定(圖2)。不同土層的有機(jī)碳含量差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

3.3 毛竹林土壤有機(jī)碳含量季節(jié)變化特征

各處理毛竹林0～100 cm土層有機(jī)碳含量各季節(jié)間均無顯著差異，但秋冬季大于春夏季(圖3)。施肥處理Ⅰ-Ⅵ各季節(jié)的土壤剖面有機(jī)碳含量分別為10.86～12.33，8.98～10.38，10.14～11.32，9.66～11.29，9.19～10.24和10.40～12.23 g·kg-1。土壤剖面有機(jī)碳含量的季節(jié)變異特征不同，其中施肥5年的毛竹林(Ⅰ-Ⅲ)和不施肥毛竹林(Ⅵ)變異系數(shù)大于15%，而施肥1年的毛竹林(Ⅳ，Ⅴ)變異系數(shù)小于15%，分別為14.65%和8.14%。

3.4 土壤理化性質(zhì)

不同施肥處理毛竹林土壤密度表現(xiàn)出隨土層加深而顯著增大的趨勢(shì)(0.745～1.592 g·cm-3)； 酸性土壤是毛竹較為適應(yīng)的生境(pH4.44～5.31)，pH值表現(xiàn)出隨土層加深而略微增大的趨勢(shì)； 土壤全K含量在不同土層間未表現(xiàn)出明顯規(guī)律，數(shù)值波動(dòng)較小； 土壤全N、全P、水解N、有效P及速效K含量均表現(xiàn)出隨土層加深而顯著減小的趨勢(shì)，但趨勢(shì)并非完全一致。其中全N、水解N及速效K在0～100 cm土層間隨土層加深均降幅明顯，而全P和有效P在0～40 cm土層降幅明顯，40～100 cm土層變化微小(圖4)。

圖2 不同施肥處理土壤有機(jī)碳含量的垂直變化Fig.2 Vertical distribution of SOC under different fertilizations in Phyllostachys edulis stands

圖3 不同施肥處理毛竹林土壤有機(jī)碳的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Seasonal dynamics of SOC under different fertilizations in Phyllostachys edulis stands

圖4 不同施肥處理毛竹林各土層土壤理化指標(biāo)的變化Fig.4 The variation of soil physiochemical indicators with depth under different fertilizations in Phyllostachys edulis stands

3.5 土壤有機(jī)碳含量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

土壤有機(jī)碳含量與大部分土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)，與土壤密度和pH值極顯著負(fù)相關(guān)(P< 0.01)，與土壤全氮、全磷、水解氮、有效磷、速效鉀等絕大多數(shù)因子極顯著正相關(guān)(P< 0.01)(表3)。

表3 土壤有機(jī)碳含量與土壤理化因子間的Person相關(guān)系數(shù)①

①*：P< 0.05； **：P< 0.01.

4 討論

4.1 土壤有機(jī)碳含量對(duì)短期施肥的響應(yīng)

本研究中短期施肥導(dǎo)致毛竹林淺層土壤有機(jī)碳含量降低的原因是多方面的。首先，毛竹林施肥等集約經(jīng)營(yíng)措施雖在一定程度上增加了土壤碳源輸入，但施肥過程對(duì)表層土壤有較大擾動(dòng)，使土壤中微生物數(shù)量、土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)、酶種類及其活性均發(fā)生變化(徐江兵等， 2007； 畢明麗等， 2010； 劉恩科等， 2010； 鐘曉蘭等， 2015)，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)礦化增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致淺層土壤碳含量降低。其次，毛竹林施肥后年凈生產(chǎn)力迅速提高，竹筍和成竹數(shù)量大幅增加，竹林密度顯著增大(杜滿義等， 2015)，為保持竹林合理密度，施肥毛竹林往往采取更高強(qiáng)度的采伐，這就更容易導(dǎo)致毛竹林結(jié)構(gòu)破壞、表層土壤及有機(jī)質(zhì)大量流失(徐秋芳等， 2003； 劉廣路， 2009； 李翀等， 2015)。綜上所述表明，尋找一種有利于減少表層土壤碳損失的包括施肥方式、采伐強(qiáng)度等措施的綜合經(jīng)營(yíng)方案，是增強(qiáng)毛竹林固碳作用的有效途徑，也是未來的研究方向。

本研究顯示，毛竹林短期施肥可以增加深層土壤有機(jī)碳含量，且以施用5年有機(jī)肥提高幅度最大。目前關(guān)于有機(jī)物添加對(duì)深層土壤有機(jī)碳影響的結(jié)論并不一致。Sébastien 等(2007)指出新鮮有機(jī)物的加入會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定的深層土壤有機(jī)碳分解速度加快； Wang等(2014)認(rèn)為深層土壤有機(jī)碳處于穩(wěn)定狀態(tài)是由于缺乏新鮮碳源的輸入，添加凋落物可以刺激深層土壤有機(jī)碳的礦化。這些研究均表明外源有機(jī)質(zhì)的添加不利于深層有機(jī)碳的穩(wěn)定和積累。相反，有些研究表明施肥能增加土壤微生物生物量碳(Bhattacharyyaetal., 2008)，顯著改變土壤真菌結(jié)構(gòu)(畢明麗等， 2010)，氮添加還可抑制有機(jī)碳礦化(Wangetal., 2014)。在我國(guó)黃土丘陵區(qū)植被恢復(fù)導(dǎo)致的有機(jī)物增加量大于分解量，最終使深層土壤截留更多的有機(jī)碳(王征等， 2010)。本次試驗(yàn)中毛竹林施肥后，尤其是施用5年有機(jī)肥的竹林，其深層土壤在未受到翻動(dòng)干擾的情況下獲得更多的碳源，其中氮肥的添加還可以抑制有機(jī)碳的礦化作用，最終表現(xiàn)為深層土壤有機(jī)碳含量會(huì)有小幅提高。對(duì)于施肥僅1年的竹林而言，施肥能否在短時(shí)間內(nèi)影響深層土壤碳含量，深層土壤碳含量的小幅提高與施肥措施是否有直接關(guān)系，需要進(jìn)一步研究。

4.2 施肥對(duì)土壤有機(jī)碳垂直分布的影響

本研究短期施肥雖然造成毛竹林淺層土壤(0～20 cm)有機(jī)碳含量降低和深層土壤有機(jī)碳含量增加，然而并未改變土層中有機(jī)碳含量隨土層加深而降低的垂直分布規(guī)律(圖2)，這與前人研究結(jié)果(田大倫等， 2011； 漆良華等， 2013； 李翀等， 2015)。主要是因毛竹的采伐剩余物、凋落物以及鞭根系統(tǒng)大都存于表層或淺層土壤，分解后形成的腐殖質(zhì)在表層進(jìn)行積累(周國(guó)模， 2006； 杜滿義， 2013)。毛竹林土壤有機(jī)碳含量在深層更為穩(wěn)定(圖3)，主要是因土壤有機(jī)碳含量受擾動(dòng)影響隨土層加深而衰減，而且深層土壤的氧氣含量降低不利于有機(jī)質(zhì)分解。土壤中微生物活性和細(xì)菌數(shù)量均隨土壤深度增加而減少，而施肥可以改變微生物的群落特征(李秀英等， 2005； 劉曉梅等， 2009)。因此，與深層土壤相比，淺層土壤中微生物群落更易受到施肥等經(jīng)營(yíng)措施的影響，從而影響到土壤有機(jī)質(zhì)的分解和積累過程，導(dǎo)致淺層土壤有機(jī)碳變異更明顯(劉延惠等， 2012)。與淺層土壤相比，深層土壤更少受到施肥、翻耕、挖筍、砍竹、除草等人為經(jīng)營(yíng)措施的干擾，凋落物和鞭根的不均勻分布以及環(huán)境溫濕度變化對(duì)深層土壤的影響也顯著小于淺層土壤，這些因素更利于深層土壤有機(jī)碳含量的穩(wěn)定(Wangetal., 2014； 董莉茹， 2014)。

4.3 施肥對(duì)土壤有機(jī)碳季節(jié)動(dòng)態(tài)的影響

毛竹林土壤剖面有機(jī)碳含量季節(jié)變化不顯著，但呈現(xiàn)出秋冬季高于春夏季的趨勢(shì)(圖3)，與已有研究結(jié)果(高志勤等， 2006； 漆良華等， 2013)相似。在一定范圍內(nèi)，隨溫度和濕度上升，土壤有機(jī)質(zhì)加速分解(Kirschbaum， 2000； Tangetal., 2015)，春夏季土層溫濕度較秋冬季節(jié)高，必然導(dǎo)致土壤礦化作用較強(qiáng)，消耗更多有機(jī)質(zhì)，相反秋冬季節(jié)土層溫濕度低，根系生理代謝緩慢 (范少輝等， 2009； 陳紅等， 2013)，微生物利用碳源較少，土壤有機(jī)質(zhì)礦化作用較弱； 同時(shí)，每年8—9月份伐竹后初期竹根大量死亡，在很短時(shí)間內(nèi)大量補(bǔ)充了土壤有機(jī)質(zhì)； 伐竹也導(dǎo)致更多竹葉等凋落物補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)(高志勤等， 2007)，因此秋冬季土壤剖面有機(jī)碳含量較高。由于土壤有機(jī)質(zhì)含量季節(jié)變化并不顯著，在毛竹林施肥結(jié)束一段時(shí)間后，取樣季節(jié)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定結(jié)果影響甚微。但是，對(duì)土壤中活性有機(jī)碳的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化，還需要進(jìn)一步研究，因?yàn)榛钚杂袡C(jī)碳對(duì)環(huán)境和經(jīng)營(yíng)措施的改變更敏感，能指示土壤有機(jī)質(zhì)的早期變化(杜滿義等， 2013)。

5 結(jié)論

施肥能顯著提高毛竹林生產(chǎn)力，對(duì)0～100 cm土層土壤有機(jī)碳平均含量無顯著影響，然而施肥過程和高強(qiáng)度采伐會(huì)破壞竹林結(jié)構(gòu)，尤其是擾動(dòng)表層土壤，導(dǎo)致淺層土壤有機(jī)碳含量顯著下降，但深層土壤有機(jī)碳含量有小幅上升； 林地施肥未明顯改變土壤有機(jī)碳含量的垂直分布規(guī)律； 林地施肥或不施肥情況下土壤剖面的有機(jī)碳含量均無顯著季節(jié)變化。

建議在毛竹林經(jīng)營(yíng)時(shí)盡量減少土壤擾動(dòng)，合理施肥，及時(shí)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)元素，適當(dāng)挖筍與伐竹，使土壤有機(jī)碳含量保持較高水平，以利于維持毛竹林地長(zhǎng)期生產(chǎn)力及其固碳功能。

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(責(zé)任編輯 于靜嫻)

Effects of Fertilization on Vertical Distribution and Seasonal Dynamics of Soil Organic Carbon inPhyllostachysedulisForests, Western Fujian Province

Du Manyi1,2Feng Huanying1,2Fan Shaohui1Su Wenhui1Mao Chao1Tang Xiaolu1Liu Guanglu1

(1.KeyLaboratoryofScienceandTechnologyofBambooandRattanofStateForestryAdministrationInternationalCentreforBambooandRattanBeijing100102; 2.NorthChinaForestryExperimentCenter,CAFBeijing102300)

【Objective】To reveal mechanisms of soil fertility enhacement in moso bamboo (Phyllostachysedulis) stands and to provide data for the estimation and simulation of carbon (C) balance in forest ecosystems, we investigated the effects of fertilization on spatial and temporal pattern of soil organic carbon (SOC) in the west of Fujian province. 【Method】 18 sample plots, in a size of 20 m × 20 m, were set in typical pure moso bamboo forest with good growth, using randomized block design in Tianbaoyan National Nature Reserve in Yong’an. Six treatments were applied, including 5-year applications of specialized fertilizer for bamboo (Ⅰ), formula fertilizer fused with nitrogen (N)-phosphorus (P)-potassium (K) (Ⅱ),organic fertilizer (Ⅲ), 1-year applications of specialized fertilizer for bamboo (Ⅳ), organic fertilizer (Ⅴ) ,and non-fertilization (Ⅵ). SOC contents under different fertilization treatments, soil depths and seasons were analyzed to reveal the vertical distribution and seasonal dynamics of SOC and its relationship with soil quality in moso bamboo forest. 【Result】 Fertilization had no significant effects on the average SOC content in 0-100 cm soil layer. However, fertilization treatments (Ⅰ-Ⅴ) significantly decreased the SOC content in 0-10 cm soil layer by 9.05%, 27.33%, 28.84%, 18.92%, 25.37% and in 10-20 cm layer by 1.25%, 23.68%, 23.47%, 20.48%, 18.61%, respectively, whereas SOC contents in 80-100 cm layer increased by 2.72%-37.14%, suggesting that fertilization exhibited positive effects on SOC content with soil depth. In addition, SOC content and its standard error decreased with soil depth, indicating that soil C in deep layer was more stable than that in top layer. No significant seasonal changes of SOC content in bamboo forests was observed, but the SOC concentrations in autumn and winter is slightly higher than that in spring and summer. Moreover, SOC content was significantly positively correlated with soil total N, total P, hydrolysis N, available P and available K，but significantly negatively correlated with soil bulk density and pH. 【Conclusion】Short-term fertilization had no significant effects on the average SOC content in the 0-100 cm soil layers and the vertical distribution pattern of SOC, but led to a significant decline of SOC in the top soil layers and a slightly increase of SOC in deep soil layer. Moreover, fertilization had no significant effects on the seasonal dynamics of SOC content, indicating that sample data was not a main determinant. Furthermore, SOC content was significantly correlated with soil total N, total P, hydrolysis N and other soil quality factors, demonstrating that minimized soil disturbance, timely and appropriate nutrient supplements, appropriate collection of bamboo shoots and cuttings of bamboo would help to maintain a high level of SOC content and long-term productivity.

Phyllostachysedulisforests; fertilization;soil organic carbon; vertical distribution;seasonal dynamics; western Fujian Province

10.11707/j.1001-7488.20170302

2016-01-04；

2017-02-21。

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201404408)； 中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(CAFYBB2014QA036)。

S718.5

A

1001-7488(2017)03-0012-09

*劉廣路為通訊作者。