施肥对生长期毛竹林土壤呼吸的影响

雷海清1,2，傅懋毅1*，谢锦忠1，李正才1，张 玮1，童 龙1，胡露云3



施肥对生长期毛竹林土壤呼吸的影响

雷海清，傅懋毅，谢锦忠，李正才，张 玮，童 龙，胡露云

（1. 中国林业科学研究院亚热带林业研究所，浙江 富阳 311400；2. 浙江省亚热带作物研究所，浙江 温州 325005；3. 浙江农林大学，浙江 临安 311300）

采用Li-6400便携式光合作用测量系统配备的Li-09土壤呼吸室，对浙江富阳地区典型北亚热带林区施肥的毛竹（cv）林地生长期土壤呼吸进行研究。结果表明，不同施肥处理造成土壤有机碳含量差异极显著（P < 0.01）。施肥能有效提高土壤有机碳含量，其中施用有机肥的处理土壤有机碳含量最高；施肥能显著提高毛竹林生长期的土壤呼吸速率，不同施肥处理造成土壤呼吸差异极显著（P < 0.01）；施用有机肥的土壤呼吸比施无机肥的要高；不同施肥处理对的影响差异不显著。

毛竹林；土壤呼吸；施肥

土壤呼吸（soil respiration）是影响大气CO浓度变化的重要生态学过程之一，是全球碳循环和气候变化研究的热点问题之一。虽然国内外近年来对森林土壤呼吸进行大量研究，但是准确估计土壤表面CO通量仍然非常困难，主要是森林土壤呼吸受许多生物因子和环境因子的影响，如土壤温度和水分等，但是，很多研究都忽视了土壤氮有效性对呼吸作用的影响。

施肥是人工林经营管理中广泛应用的一项技术措施，大量的研究表明，施肥能够促进林分生长，进而提高净生态系统生产力；但过度施肥则可能导致林分衰退。因此，科学合理的施肥制度是林分稳产、高产的基础。施肥除了增加林分生产力外，能够显著促进土壤微生物种群数量的增加，土壤酶活性的增强，进而增加土壤的碳释放，同时施肥后林木活细根生物量下降会导致土壤呼吸速率降低，所以施肥会影响人工林生态系统通过土壤呼吸作用向大气释放CO的量。

毛竹（cv）是我国南方重要的森林资源，全球竹林总面积约14 000万hm，毛竹是其中面积最大、分布最广的竹种，具有重要的经济和生态价值。毛竹林在调控地球系统的大气CO浓度和气候动态方面起着十分关键的作用。因此，本研究以浙江富阳地区典型北亚热带毛竹林为研究对象，采用美国Li-cor公司生产的Li-6400便携式光合仪测定土壤呼吸速率，研究施肥对毛竹林土壤呼吸的影响，其结果对于预测全球气候变化、土壤碳库的反馈作用具有重要的意义，从而也为科学估算我国亚热带人工林森林土壤碳库空间动态和人工林生态系统碳平衡研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

研究样点选择在浙江省富阳市上官乡（119° 56′ ~ 120° 02′ E，29° 53′ ~ 30° 06′ N），丘陵地貌，地形呈马蹄形，坐落于富春江南岸，海拔150 ~ 360 m，属北亚热带季风气候，雨量充沛，气候温和，年平均气温16.2℃，极端最高气温40.2℃，极端最低气温－14.4℃，年平均降水量1 464 mm，无霜期237 d。

1.2 试验设置及施肥处理

2008年1月，在同一山坡中下部（海拔150 ~ 215 m，西北坡，坡度20 ~30°）的毛竹人工林内分别设置12块20 m×20 m的样地，样地间距离15 ~ 20 m，立地条件和林分条件基本一致。2008－2010年每年2－9月，分2次在处理样地内施肥（每次施全年施肥量的50%），连续3 a。施肥设4个处理，生物肥料3 000 kg/hm（氮含量7.91 g/kg，有机质含量28.22 g/kg）、复合肥750 kg/hm（N：P：K = 16：16：16）、生物肥料1 500 kg/hm＋复合肥375 kg/hm，不施肥作为对照。

1.3 研究方法

1.3.1 土壤呼吸速率测定 利用美国Li-Cor公司生产的Li-6400便携式光合作用测量系统配备Li-09土壤呼吸室测定土壤呼吸速率。2011年5月，在每块样地内随机安装6个PVC土壤呼吸环（直径10 cm、高4 cm），以后均不移动。7月毛竹生长旺盛期，分别在上旬、中旬、下旬选择天气晴朗日测定土壤呼吸速率。每次4个处理共连续测定4 d，每天测一个处理的3个样地，每次将3个样地中所有的6个土壤呼吸环逐一测定一次，测定时间集中在每天的11:00－13:00。取每个样地的月平均值代表该样地呼吸值。

1.3.2 土壤温度测定 土壤温度采用Li-6400附带的温度探针测定每个样点附近15 cm深度的土壤温度，与测定土壤呼吸的时间同步进行。取每个样地的月平均值代表该样地土壤温度值。

表1 供试毛竹林地土壤基本理化性质

1.3.3 土壤样品采集和测定 2007年7月，对每个样方内土壤采用直径2 cm、长15 cm的土壤取样钻，取0 ~ 10 cm的土壤样品100 g，每个样方取3个样，带回实验室，测定土壤pH（水浸提—酸度计法LY/T1239-1999）、有机质（重铬酸钾氧化—外加热法LY/T 1237-1999）、全氮（硫酸—混合加速剂消煮—扩散法LY/T1228-1999）、速效钾（CHCOONH浸提—火焰光度法LY/T1236-1999）、有效磷（NHF-HCL）浸提—钼锑抗比色法LY/T 1233-1999）。结果见表1。2011年7月，用同样的方法采集土壤样品，测定土壤有机质（重铬酸钾氧化—外加热法LY/T1237-1999）。

1.3.4值计算 运用来表示土壤呼吸对温度变化响应的敏感程度，计算公式如下：

=e¹⁰

式中，代表土壤温度为0℃时的土壤呼吸速率，为土壤呼吸与温度间指数模型中的温度反应系数。

1.4 数据分析

采用SPSS 13.0 for Windows统计分析软件的回归（Regression）分析中的曲线估计（Curve Estimation）中指数回归（Exponential）分析土壤温度和土壤呼吸的关系；对不同施肥处理土壤有机碳含量、土壤呼吸和进行ANOVA分析，并在0.05显著水平上进行LSD法多重比较；在Excel软件中绘制相关图表。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对土壤有机碳含量的影响

不同施肥处理对土壤有机碳含量的影响见图1。由图1可知，不同施肥处理造成土壤有机碳含量差异极显著（P < 0.01）。施用有机肥的土壤有机碳含量最高，达到29.68 g/kg，其次为施用有机肥＋无机肥的处理，为26.54 g/kg，施用无机肥的为21.66 g/kg，都比对照的17.18 g/kg要高。

图1 不同施肥处理对土壤有机碳的影响

Figure 1 Effect of different fertilization treatment on organic carbon content

2.2 不同施肥处理对土壤呼吸速率的影响

不同施肥处理对土壤呼吸速率的影响见图2。由图2可知，不同施肥处理造成土壤呼吸差异极显著（P < 0.01）。施用有机肥的土壤呼吸速率最高，达到5.62 μmolCO/（m·s），其次为施用有机肥＋无机肥处理，为5.03 μmol CO/（m·s），施用无机肥的为4.35 μmol CO/（m·s），都比对照的3.42 μmol CO/（m·s）要高。

图2 不同施肥处理对土壤呼吸的影响

Figure 2 Effect of different fertilization treatment on soil respiration

2.3 不同施肥处理对的影响

由图3可知，不同施肥处理对的影响差异不显著，各个施肥处理的值都集中在1.12 ~ 1.14。

图3 不同施肥处理对Q10的影响

Figure 3 Effect of different fertilization treatment on

3 结论与讨论

3.1 不同施肥处理对土壤有机碳含量的影响

大部分的研究都表明，施肥会改变土壤的有机碳含量。在河南封丘的轻质黄潮土上采用玉米—小麦轮作的种植模式进行施肥实验，结果表明，以有机肥或以化肥形式配合施用N、P、K不但可以极大提高土壤生产力，而且有益于增加土壤有机碳储量，并且有机肥对土壤有机碳含量的提高作用显著高于化肥。在云南元谋荒漠生态系统定位观测站对干热河谷生态恢复区印楝、新银合欢和大叶相思纯林进行施肥，研究结果施肥处理的土壤碳含量明显高于对照，并且有机—无机配施的土壤有机碳含量高于单施氮、磷肥的处理。本研究首次以毛竹林为研究对象，采用连续三年施肥，结果与前人研究结果一致，不同施肥处理造成土壤有机碳含量差异极显著（P < 0.01）。施肥能有效提高土壤有机碳含量，施用有机肥的处理土壤有机碳含量最高。

3.2 不同施肥处理对土壤呼吸速率的影响

土壤呼吸对施肥的响应因肥料类型、施肥数量和研究地点条件的不同变化极大。在北卡落来纳州中部的一个森林中、德国的一个温带森林中、俄罗斯的松树林中、挪威的云杉林中和明尼苏达洲的一个草原上，施肥都增加了土壤呼吸。在河南封丘的玉米—小麦轮作的种植模式上的施肥试验表明施用有机肥土壤年呼吸总量显著高于其它处理。安徽省滁州市红琊山林场麻栎人工林的施肥实验表明，不同处理林分的土壤总呼吸速率和异养呼吸速率随着施肥量增加呈递增趋势，施肥量为0.45 kg/株，样地土壤总呼吸速率和异养呼吸速率较对照样地分别增加了48.9%和38.6%。但在东北林业大学帽儿山林场对水曲柳和落叶松开展的施肥试验结果却是施肥导致林分土壤平均呼吸速率显著降低，与对照（不施肥）相比，水曲柳降低25.8%，落叶松降低34.9%。本研究结果表明，施肥能显著提高毛竹林生长期的土壤呼吸速率，不同施肥处理造成土壤呼吸速率差异极显著（P < 0.01）。施用有机肥的土壤呼吸速率比施无机肥的要高。

3.3 不同施肥处理对的影响

很少有研究涉及到施肥对的影响，对水曲柳和落叶松的研究结果表明，施肥处理并没有引起两个树种林分内土壤呼吸温度系数的改变。本研究结果同样认为，施肥对土壤呼吸温度的敏感性的影响不显著。

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Effect of Fertilization on Soil Respiration invarStand

LEI Hai-qing，FU Mao-Yi，XIE Jin-zhong，LI Zheng-Cai， ZHANG Wei，TONG Long，HU Lu-yun

（）

Effect of fertilization on soil respiration instands in Fuyang, Zhejiang province was determined by Licor-6400 photosynthesis System with Li-09 soil respiration chamber. The result showed that organic carbon content in the tested soil had great differences among different treatments(P<0.01), Fertilization could increase organic carbon content in bamboo soil, especially in that fertilized with organic manure. The results also demonstrated that fertilization could evidently increase soil respiration rate. There had significant difference among different fertilization (P<0.01), but no significant difference of Q.

bamboo forest; soil respiration; fertilization

1001-3776（2012）04-0020-04

S714.8

A

2012-01-08；

2012-05-05

浙江省重大科技项目（2008C02001-1）；浙江省自然科学基金项目（Y12C030045）；浙江省农科院科技创新能力提升工程项目“提高碳汇潜力的造林模式研究与示范”

雷海清（1977－），女，云南曲靖人，工程师，博士，从事森林资源可持续经营和管理研究；*通讯作者。