土壤环境对橡胶-大叶千斤拔复合生态系统固氮及凋落物分解的响应

Large-scale cultivation of rubber in Xishuangbanna has threatened the stability of ecosystem. Rubber-Flemingia macrophylla agroforestry system as the environmentally friendly rubber plantation has been wildly popularized in this region. Soil environment is the basis of matter and energy balances. The introduction of legume species in this agrosystem increased the ability of N-fixation and biomass of litter, which also changed the quality of the litter. However, our knowledge of the influence of this agroforestry on soil environment remains limited. In this study, we focus on three questions: ⑴ Responses of soil environment to N-fixation in rubber- Flemingia macrophylla agroforestry system, ⑵ Responses of soil environment to process of litter decomposition, ⑶ Responses of soil environment to the comprehensive effect of N-fixation and litter decomposition. The knowledge about the response of soil environment to the agroforestry will be useful to the popularization of the rubber- Flemingia macrophylla agroforestry system and improvement for ecological environment.

西双版纳大面积橡胶纯林的种植给当地生态系统的稳定性带来了极大的挑战。橡胶-大叶千斤拔混合林作为环境友好型橡胶林已在西双版纳大力推广。土壤环境是林地实现物质与能量交换的基础。豆科植物的引入，增加了该复合系统的固氮能力、凋落物量以及质量。目前，土壤环境对该复合系统响应机制的研究尚属空白。本项目以西双版纳勐腊县龙林村已组建的橡胶-大叶千斤复合生态系统为研究对象，通过野外定位与控制实验，重点研究：⑴土壤环境对橡胶-大叶千斤拔复合生态系统固氮效应的响应机制；⑵土壤环境对橡胶-大叶千斤拔复合生态系统凋落物分解过程的响应机制；⑶土壤环境对橡胶-大叶千斤拔复合生态系统固氮及凋落物分解综合效应的响应机制。通过研究，解析橡胶-大叶千斤拔复合生态系统对土壤环境的生态调控机制，为环境友好型橡胶林的建设及区域生态环境的改善做出实质性贡献。

目前，西双版纳地区橡胶林种植面积已覆盖整个陆地面积的20%以上。单一橡胶林大面积种植已经严重威胁到当地的生态安全。橡胶-大叶千斤拔复合林作为环境友好型橡胶林已在西双版纳大面积种植。我们为了探讨不同年龄橡胶林下种植豆科植物大叶千斤拔对土壤水分、碳氮含量、凋落物分解速率、温室气体排放、交换性盐基和土壤动物群落特征的影响而申请了本项目。研究结果表明：1）橡胶林0-90 cm土层的土壤水分会随着橡胶林和橡胶-大叶千斤拔复合林种植年限的增加而增加，成熟橡胶林和橡胶-大叶千斤拔复合林具有较高的土壤水分涵养能力。旱季，橡胶林可以通过利用30 cm以下的土壤水分来躲避干旱。2）橡胶林下种植大叶千斤拔，虽然在较短时间内对土壤总碳和总氮含量没有显著影响，但提高了土壤碳氮活性成分。同时，橡胶林下种植大叶千斤降低了土壤轻组碳/氮比，土壤轻组碳/氮比的降低提高了土壤微生物活性并加剧了氮的硝化进程，显著提高了土壤硝态氮的含量。3）橡胶林下种植大叶千斤拔加快了凋落物的分解速率，土壤水分和微生物活性是影响凋落物分解速率的主要因素。4）幼龄和成熟橡胶林下种植大叶千斤拔之后，CO2 通量和相同年龄的橡胶纯林相比分别减少了30.8%和17.6%； CH4增汇和相同年龄的橡胶纯林相比分别提高了166.5% 和807.6%；N2O 排放量和相同年龄的橡胶纯林相比分别提高了18.7% 和107.1%。幼龄和成熟橡胶林下种植大叶千斤拔，三种温室气体综合增温潜势分别下降了30.4% 和17.1%。5）橡胶林下种植大叶千斤拔可以有效减少交换性盐基的淋失。当土壤pH低于5.5时，每降低一个单位的pH会有7.85 cmol kg-1 盐基释放淋溶掉。6）低龄橡胶林下种植大叶千斤拔显著降低了土壤地表节肢动物密度和类群丰富度，而成熟橡胶林下种植大叶千斤拔对土壤地表节肢动物密度和类群丰富度影响较小。以上研究成果将为东南亚橡胶种植区环境友好型橡胶林的建设和推广提供重要的理论依据。