邊坡防護(hù)林對土壤有機(jī)碳的作用

第第頁邊坡防護(hù)林對土壤有機(jī)碳的作用農(nóng)田防護(hù)林作為一種再生資源性林種，可以降低風(fēng)速、控制土壤侵蝕、塑造農(nóng)田景觀、創(chuàng)建生物棲息環(huán)境，對保護(hù)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)以及維護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡具有重要意義［1］。目前，中國已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大的林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)國家［2］，其中包括著名的"三北"防護(hù)林和長江中上游防護(hù)林建設(shè)。川中丘陵區(qū)為典型淺狀丘陵地貌，該區(qū)的防護(hù)林是長江中上游防護(hù)林的組成部分，主要以柏木(Cupressusfunebris)為主體。已有研究表明，防護(hù)林對風(fēng)沙的控制作用顯著，并且能改善農(nóng)田微環(huán)境［3］。目前，國內(nèi)對防護(hù)林研究的主要目的已經(jīng)從防風(fēng)固沙轉(zhuǎn)變?yōu)楦牧纪寥篮透纳妻r(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)［2，4］。防護(hù)林在增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)效益的同時(shí)，也具有一定的脅迫作用［5－6］。由于受土壤生物生命活動和人類生產(chǎn)活動的影響，土壤有機(jī)碳(SOC)數(shù)量處于不斷變化中，是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的部分之一［7］。目前關(guān)于防護(hù)林的研究多集中在干旱和沿海地區(qū)，討論重點(diǎn)集中在防護(hù)林建設(shè)、防護(hù)效應(yīng)及其對小氣候的影響等方面［8－9］，對于林下農(nóng)田土壤有機(jī)碳的研究相對較少。筆者就川中丘陵區(qū)典型農(nóng)田土壤有機(jī)碳及其分布特征進(jìn)行研究，探討柏木防護(hù)林對農(nóng)田土壤有機(jī)碳的影響，為川中丘陵區(qū)農(nóng)田邊坡防護(hù)林的建設(shè)和改造提供理論依據(jù)。1材料與方法1.1研究區(qū)概況研究區(qū)位于四川盆地中北部的鹽亭縣(北緯30度58'31″～31度29'40″，東經(jīng)105度12'17″～105度43'20″)。該縣地貌以丘陵和低山為主，海拔400～600m，氣候類型屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫17.3℃，極端最高氣溫40℃，極端最低氣溫－5.1℃，多年平均降水量825.5mm。土壤以紫色土和水稻土為主，分別占全縣耕地面積的72.8%和23.26%［10］。農(nóng)作物以水稻、玉米、小麥和油菜為主，其中旱地多實(shí)行油菜－玉米輪作。鹽亭縣于1970年代大規(guī)模滅荒造林，并采用初植密度6000～12000株•hm－2的高密度方式，以解決用材燒柴問題。最初營造的林分為榿柏混交林，后期由于各種環(huán)境因素和柏木生長的絕對優(yōu)勢，混交樹種中榿木大部分死亡，全縣90%以上為純柏木林。1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)在鹽亭縣林山鄉(xiāng)金線村小流域內(nèi)選擇有柏木防護(hù)林和無柏木防護(hù)林的旱地為試驗(yàn)樣地，在2種樣地中同時(shí)選擇2種不同種植制度(油菜－玉米輪作和玉米單作)進(jìn)行區(qū)組配對試驗(yàn)，共計(jì)4種處理:有邊坡防護(hù)林的油菜－玉米地(A)、有邊坡防護(hù)林的玉米地(B)、無邊坡防護(hù)林的油菜-玉米地(C)和無邊坡防護(hù)林的玉米地(D)。樣地采用同樣的施肥制度，即在每年春季種植時(shí)施肥，施肥量折合為N150.0kg•hm－2，P2O590.0kg•hm－2，K2O54.1kg•hm－2，前茬留田。農(nóng)田土壤平均pH值8.83，全氮0.62g•kg－1，全磷0.64g•kg－1，全鉀18.42g•kg－1，堿解氮42.29mg•kg－1，有效磷4.16mg•kg－1，速效鉀71.39mg•kg－1。于2011年4月20日，在樣地A和B中，從防護(hù)林到農(nóng)田中央0、2和5m處進(jìn)行樣點(diǎn)布設(shè);在樣地C和D中，從農(nóng)田邊緣到農(nóng)田中央0、2和5m處進(jìn)行樣點(diǎn)布設(shè)。每塊樣地不同距離樣點(diǎn)設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)樣點(diǎn)分別采集0～10和＞10～20cm深度土樣。2011年9月20日再次以同樣的方式采集土樣，此時(shí)樣地A和C在油菜收獲后改種玉米，樣地B和D進(jìn)行玉米留茬。對所采集的土壤樣品分別測定有機(jī)碳和微生物量碳(Cmic)含量。土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)測定［11］，微生物量碳含量采用熏蒸提取(容量分析法)測定［12］。1.3數(shù)據(jù)處理采用單因素方差分析(ANOVA)對不同處理、不同距離樣點(diǎn)土壤有機(jī)碳和微生物量碳含量進(jìn)行比較，采用多因素方差分析比較防護(hù)林和輪作措施對土壤有機(jī)碳和微生物量碳含量的影響。所有數(shù)據(jù)采用SPSS13.0軟件處理，采用Excel2003軟件作圖。2結(jié)果與分析2．1土壤有機(jī)碳含量的分布特征圖1為2011年4月20日4種樣地土壤有機(jī)碳含量的分布情況。從圖1可以看出，樣地A和B土壤有機(jī)碳含量高于樣地C和D。土壤有機(jī)碳含量的垂直變化明顯，總體上0～10cm土層有機(jī)碳含量高于＞10～20cm土層。水平方向上，輪作之前(4月20日)，樣地A和B土壤表層(0～10cm)有機(jī)碳含量隨著與防護(hù)林距離的縮短而減小，距柏木防護(hù)林0m處土壤有機(jī)碳含量顯著低于5m處(P＜0.05)。對于＞10～20cm土層而言，與防護(hù)林不同距離土壤有機(jī)碳含量無顯著差異(P＞0.05)。對于沒有邊坡防護(hù)林的樣地C和D，水平方向上土壤有機(jī)碳含量變化趨勢不明顯，除樣地C＞10～20cm土層以外，與農(nóng)田邊緣不同距離處土壤有機(jī)碳含量差異均未達(dá)顯著水平(P＞0.05)。由圖2可見，樣地A和B土壤有機(jī)碳含量隨著與柏木防護(hù)林距離縮短而減少，距防護(hù)林5m處0～10cm土層有機(jī)碳含量分別為9.85和9.46g•kg－1，顯著高于0和2m處;距防護(hù)林0m處＞10～20cm土層有機(jī)碳含量顯著低于5m處(P＜0.05)。樣地C和D中，與農(nóng)田邊緣不同距離處土壤有機(jī)碳含量差異均未達(dá)顯著水平(P＞0.05)?？傮w來看，邊坡防護(hù)林對農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量的水平分布具有顯著影響。2．2土壤微生物量碳含量的分布特征圖3為4月20日不同處理樣地土壤微生物量碳含量的分布情況。從圖3可以看出，樣地A和B中，0～10cm土層微生物量碳含量隨著與柏木防護(hù)林距離的縮短而減小，距防護(hù)林5m處土壤微生物量碳含量顯著高于0和2m處(P＜0.05);但對于＞10～20cm土層，與防護(hù)林不同距離處土壤微生物量碳含量無顯著差異(P＞0.05)。說明邊坡防護(hù)林對表層土壤微生物量碳含量的影響較大。無防護(hù)林的樣地C和D中，與農(nóng)田邊緣不同距離處土壤有機(jī)碳含量差異均未達(dá)顯著水平(P＞0.05)。由圖4可見，9月20日，由于土壤溫度等因素的影響，各樣地土壤微生物量碳含量均有不同程度增加?？傮w來看，樣地A和B土壤微生物量碳含量高于樣地C和D。樣地A和B中，0～10和＞10～20cm土層微生物量碳含量總體表現(xiàn)為隨與邊坡防護(hù)林距離縮短而降低，距防護(hù)林5m處土壤微生物量碳含量顯著高于0m處(P＜0.05)。樣地C和D中，與農(nóng)田邊緣不同距離處土壤有機(jī)碳含量差異均未達(dá)顯著水平(P＞0.05)。#p#分頁標(biāo)題#e#2．3邊坡防護(hù)林和輪作措施對土壤有機(jī)碳和微生物量碳的影響通過多因素方差分析(表1)得出，無論是否進(jìn)行輪作，邊坡防護(hù)林對農(nóng)田土壤有機(jī)碳和土壤微生物量碳含量都有顯著影響(P＜0.05);而輪作僅對農(nóng)田表層(0～10cm)土壤微生物量碳的影響達(dá)顯著水平(P＜0.05)，對農(nóng)田土壤有機(jī)碳和＞10～20cm土層微生物量碳的影響均未達(dá)顯著水平，這可能是由于輪作措施只對農(nóng)田表層土壤的微生物活性造成影響。3討論可以看出，川中丘陵區(qū)柏木防護(hù)林對農(nóng)田土壤有機(jī)碳和微生物量碳含量有明顯的增加作用，這主要是因?yàn)檗r(nóng)田土壤中有機(jī)碳主要來源于以各種形式進(jìn)入土壤的有機(jī)物質(zhì)［13］，防護(hù)林產(chǎn)生大量的枯枝落葉進(jìn)入土壤，從而增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量。以往研究也證明，增加地表植被蓋度，如退耕還林［14］和人工造林［15］等措施均能明顯增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，筆者的研究結(jié)果與其一致。土壤有機(jī)碳含量不同會造成土壤微生物群落組成和活性的差異［15］。4種不同類型的樣地中，有防護(hù)林農(nóng)田土壤微生物量碳含量總體高于無防護(hù)林農(nóng)田，這主要是因?yàn)榉雷o(hù)林導(dǎo)致農(nóng)田小氣候改變和土壤有機(jī)碳含量提高，進(jìn)而增強(qiáng)土壤微生物活性，提高土壤微生物量碳含量。有防護(hù)林農(nóng)田土壤有機(jī)碳總體表現(xiàn)為隨與防護(hù)林距離縮短而降低的變化趨勢，這可能有2個(gè)方面的原因:一是喬木對土壤養(yǎng)分的大量吸收［15］。柏木為淺根系物種，其根系主要集中分布于上層土壤中，細(xì)根和吸收根較多，粗根較少，根系的吸收面積較大，吸收能力強(qiáng)［16］。二是防護(hù)林對近距離農(nóng)作物的脅迫作用［17］。喬木通過遮擋光照，和農(nóng)作物競爭水分、養(yǎng)分等途徑對農(nóng)作物生長造成一定脅迫，導(dǎo)致作物減產(chǎn)，秸稈還田量相對減少。有防護(hù)林農(nóng)田土壤微生物量碳含量也總體表現(xiàn)為隨與防護(hù)林距離縮短而降低的變化趨勢，這與毛瑢等［18］的研究結(jié)果相似。這是因?yàn)榱窒峦寥烙袡C(jī)碳含量降低導(dǎo)致微生物代謝活動減弱;此外，柏木能分泌一種揮發(fā)性物質(zhì)，即植物殺菌素，可能對細(xì)菌、真菌及原生動物有較大的殺滅作用，進(jìn)而影響土壤微生物的數(shù)量及其分解能力，導(dǎo)致土壤微生物量碳含量下降?？傊?，柏木邊坡防護(hù)林能夠明顯增加農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量，