全 文 ：北京地区栓皮栎和油松人工林土壤团聚体
稳定性及有机碳特征*
刘摇 艳1 摇 查同刚1,2**摇 王伊琨1 摇 王高敏1
( 1北京林业大学水土保持学院, 北京 100083; 2水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室, 北京 100083)
摘摇 要摇 通过野外调查与室内分析,研究了北京地区栓皮栎和油松人工林土壤水稳性团聚体
稳定性及有机碳分布特征.结果表明: 在两种人工林内,大团聚体含量均随土层加深呈减少
的趋势.其中,油松人工林中大团聚体(>0. 25 mm)含量占总团聚体的 71% ~ 77% ;栓皮栎人
工林中大团聚体含量(51% ~58% )与微团聚体(臆0. 25 mm)含量(42% ~49% )差异不明显.
油松人工林土壤平均质量直径和几何平均直径均显著高于栓皮栎人工林,分形维数 D值小于
栓皮栎人工林.在两种林分中,土壤各粒级团聚体有机碳含量均随土壤层次的加深呈现逐渐
降低的趋势.油松人工林中水稳性大团聚体的有机碳对土壤有机碳的贡献率为 58% ~ 83% ,
高于栓皮栎人工林水稳性大团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率(49% ~ 66% ) .油松人工林
比栓皮栎人工林更利于土壤水稳性团聚体的稳定和土壤有机碳的保护.
关键词摇 人工林摇 水稳性团聚体摇 土壤团聚体稳定性摇 土壤有机碳摇 北京
文章编号摇 1001-9332(2013)03-0607-07摇 中图分类号摇 S152. 4摇 文献标识码摇 A
Soil aggregate stability and soil organic carbon characteristics in Quercus variabilis and Pinus
tabulaeformis plantations in Beijing area. LIU Yan1, ZHA Tong鄄gang1,2, WANG Yi鄄kun1,
WANG Gao鄄min1 ( 1 College of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing
10083, China; 2Ministry of Education Key Laboratory for Soil and Water Conservation & Desertifica鄄
tion Combating, Beijing 100083, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(3): 607-613.
Abstract: Based on the field survey and laboratory analysis, this paper studied the soil aggregate
stability and soil organic carbon characteristics in Quercus variabilis and Pinus tabulaeformis planta鄄
tions in Beijing area. In the two plantations, the contents of soil macro鄄aggregates decreased with
soil depth. In P. tabulaeformis plantation, soil macro鄄aggregates (>0. 25 mm) occupied the major鄄
ity, accounting for 71% -77% of the total; whereas in Q. variabilis plantation, no significant
difference was observed in the contents of soil macro鄄aggregates and micro鄄aggregates
(臆0. 25 mm), which accounted for 51% -58% and 42% -49% , respectively. Both the mean
mass diameter and the geometrical mean mass diameter of the soil aggregates in P. tabulaeformis
plantation were significantly higher than those in Q. variabilis plantation, and the fractal dimension
(D) of the soil water鄄stable aggregates in P. tabulaeformis plantation was lower than that in Q. varia鄄
bilis plantation, suggesting that P. tabulaeformis plantation was more favorable for the soil aggregate
stability than Q. variabilis plantation. Also in the two plantations, the organic carbon content in soil
water鄄stable aggregates decreased with soil depth. The organic carbon content in soil macro鄄aggregates
was significantly higher in P. tabulaeformis plantation (58% -83%) than in Q. variabilis plantation
(49% -66%). It was suggested that in Beijing area, P. tabulaeformis plantation was more beneficial
to the soil organic carbon protection, as compared with Q. variabilis plantation.
Key words: forest plantation; water鄄stable aggregate; soil aggregate stability; soil organic carbon;
Beijing.
*中央高校基本科研业务费专项(BLYX200925, TD201103)资助.
**通讯作者. E鄄mail: zhtg73@ bjfu. edu. cn
2012鄄07鄄03 收稿,2012鄄12鄄24 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 3 月摇 第 24 卷摇 第 3 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2013,24(3): 607-613
摇 摇 团聚体作为土壤结构的基本单元,不仅是土壤
养分的贮存库,同时还是各种土壤微生物的生
境[1] .有机碳是影响土壤团聚体结构的重要因素之
一,团聚体形成被认为是有机碳固定的重要机
制[2-3] .在全球气候变化的背景下,作为有机碳稳定
性的主要影响因子,土壤团聚体的形成、稳定性机制
及其主要影响因素等方面的研究越来越受到重
视[4-6] .研究表明,土壤团聚体分布影响有机碳含量
及其稳定性,土壤有机碳库储量与水稳性团聚体关
系密切[7] . 土壤团聚体通常被划分为大团聚体
(>0. 25 mm)和微团聚体(臆0. 25 mm),不同粒级团
聚体的稳定机制及其在土壤结构改善和有机碳固定
中的作用不同[8] . Elliott等[9]认为,与大团聚体相联
系的有机碳比微团聚体中的有机碳更容易矿化,大
团聚体中的有机碳参与植被、大气和土壤之间的碳
循环,是土壤有机碳损失的途径之一. Puget 等[10]认
为,大团聚体的形成是微团聚体通过有机碳的胶结
形成、耕地方式和土地利用方式影响微团聚体与大
团聚体之间的转化和再分布.
由于地表植被状况、枯落物的性质及根系作用
不同,导致不同植被类型的土壤性质存在较大差异,
使团聚体的特性也存在差异[11-12] .为了量化研究土
壤团聚体特征,研究者在团聚体含量的基础上提出
了平均质量直径(mean mass diameter,MMD) [13]和
几何平均直径(geometric mean diameter,GMD) [14]等
指标,通过对团聚体直径取对数加权求和,弱化团聚
体直径的影响份额,提高团聚体含量在评价指标体
系中的影响份额.随着分形理论的发展,分形维数被
广泛用于定量描述土壤团聚体结构.杨培岭等[15]提
出,用粒径的质量分布取代粒径的数量分布,直接计
算粒径分布的分形维数,从而表征土粒直径的大小
和质地组成的均匀程度.吴承桢等[16]分别用分形模
型研究不同经营模式下土壤团粒结构的分形维数,
发现土壤团粒结构粒径的分形维数能够较好地反映
土壤水稳性团聚体和水稳性大团聚体含量对土壤结
构与稳定性的影响,土壤团聚体分形维数可作为土
壤质量评价指标之一. Zhang等[17]研究认为,分形理
论是反映土壤团聚体分布的有效方法,分形维数对
土地利用变化敏感.
本文以北京地区常见的栓皮栎(Quercus variabi鄄
lis)和油松(Pinus tabulaeformis)人工林土壤为对象,
研究了土壤水稳性团聚体及有机碳的分布特征,以
期阐述不同植被类型对土壤团聚体稳定性及团聚体
有机碳分布的影响,为深入研究人工林土壤有机碳
稳定性及土壤碳源 /汇功能变化提供理论依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
鹫峰国家森林公园坐落于北京市海淀区北安河
境内,地理坐标为 39毅54忆 N,116毅28忆 E,南连太行
山,北接燕山山脉,总面积 832. 04 hm2 .鹫峰主峰海
拔 465 m,公园最高峰 1153 m.该地区具有暖温带的
气候特征,夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥. 年降水量
为 650 ~ 750 mm,夏季降水量占年降水量的 74% ,
年均气温 12 益,逸10 益积温在 4200 益左右,无霜
期 190 ~ 200 d.
公园所在的北京西山地区的天然植被是典型的
暖温带落叶阔叶林,经历了长期的人为破坏,现在多
为次生林和人工林,目前主要的群落类型有:油松
林、栓皮栎林、侧柏(Platycladus orientalis)林、槲栎
(Quercus aliena)林、辽东栎(Quercus liaotungensis)和
刺槐(Robinia pseudoacacia)林等. 土壤主要发育在
花岗岩、石灰岩、凝灰岩、砂岩等岩石风化形成的残
积、坡积物母质上. 海拔 800 m 以下分布着淋溶褐
土,海拔 800 m以上为棕壤.
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 土壤样品的采集及处理
2011 年 7 月,根据典型性和代表性的原则,在
研究区选择坡向、坡度和气候条件基本一致的栓皮
栎和油松人工林(表 1),在每个林分中设置 3 个 20
m伊20 m 样地.采样时,按照“S冶形在每个样地中设
置 5 个采样点,除去土体表层枯枝落叶,按 0 ~ 10、
10 ~ 20、20 ~ 40 cm分层采集土壤样品,对应层次混
合装袋构成1个土壤样品,即每个样地3个分层混
表 1摇 林分基本概况
Table 1摇 Basic information of Quercus variabilis and Pinus tabulaeformis plantation
林型
Forest
type
经纬度
Longitude and
latitude
海拔
Elevation
(m)
平均树高
Average tree
height (m)
平均胸径
Mean DBH
(cm)
郁闭度
Canopy
density
林分密度
Stand density
(plant·hm-2)
优势植物种
Dominant
species
Q 40毅03. 508忆 N, 116毅05. 354忆 E 395 8. 88 14. 06 0. 80 1685 栓皮栎、侧柏
P 40毅03. 511忆 N, 116毅05. 242忆 E 430 8. 24 13. 54 0. 84 1285 油松、刺槐
Q:栓皮栎人工林 Q. variabilis plantation; P:油松人工林 P. tabulaeformis plantation. 下同 The same below.
806 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
表 2摇 土壤基本理化性状
Table 2摇 Physical and chemical properties of the soil (mean依SE, n=3)
林型
Forest
type
土层
Soil depth
(cm)
土壤机械组成
Soil mechanical composition (% )
砂粒
Sand particle
(2 ~ 0. 05 mm)
粉粒
Silt particle
(0. 05 ~ 0. 002 mm)
粘粒
Clay particle
(<0. 002 mm)
土壤密度
Soil density
(g·cm-3)
总孔隙度
Soil total
porosity
(% )
有机碳
Organic
carbon
(g·kg-1)
Q 0 ~ 10 28. 3依0. 4 62. 8依0. 4 8. 9依0. 1 1. 17依0. 05 54. 3依2. 1 22. 26依1. 10
10 ~ 20 19. 2依0. 2 66. 7依0. 9 14. 1依1. 0 1. 33依0. 05 49. 5依1. 7 19. 29依1. 47
20 ~ 40 18. 2依0. 6 66. 2依0. 6 15. 6依0. 3 1. 39依0. 06 47. 6依2. 3 13. 95依1. 08
P 0 ~ 10 41. 4依4. 3 49. 9依4. 1 8. 7依0. 4 0. 96依0. 14 62. 5依5. 4 37. 33依1. 80
10 ~ 20 47. 9依2. 6 45. 4依2. 5 6. 7依0. 1 1. 16依0. 06 62. 9依2. 1 29. 29依2. 04
20 ~ 40 31. 6依1. 4 56. 9依0. 9 11. 5依0. 5 1. 21依0. 04 53. 5依0. 9 14. 65依1. 21
合样;同时用 100 cm3标准环刀采集土样,运回实验
室后自然风干,挑去残根和各种新生体及侵入体,混
匀后,一部分保持原样进行团聚体分级,另一部分经
研磨过 2 mm筛,用于土壤理化性质测定.
1郾 2郾 2 测定方法
土壤水稳性团聚体的测定:称取过 10 mm 筛的
风干土 50 g于水稳性团聚体分析仪的套筛(从上至
下的顺序为 5、2、1、0. 5、0. 25 mm )顶层,浸润 10
min,在上下振幅为 3 cm下湿筛 5 min.收集筛上物,
在 60 益下烘干、称量.
采用常规方法分析土壤基本理化性状(表 2).
土壤含水量采用烘干法,土壤密度采用环刀法,土粒
密度测定采用比重瓶法,土壤总孔隙度依据土壤密
度和土粒密度计算得出,土壤有机碳采用重铬酸钾
外加热法,土壤机械组成采用吸管法测定[18] .
1郾 3摇 数据处理
供试土壤各粒级团聚体的质量百分含量、团聚
体中有机碳贡献率的计算公式如下:
各粒级团聚体体质量百分含量 = (各处理中该
团聚体质量 /各处理土壤样品总质量)伊100% (1)
团聚体中有机碳贡献率 = [该级团聚体中有机
碳含量伊该级团聚体含量] /各层土壤有机碳含量伊
100% (2)
平均质量直径(MMD)和几何平均直径(GMD)
计算公式如下:
MMD =移
n
i = 1
xiw i (3)
GMD = exp 移
n
i = 1
w i lnxi /移
n
i = 1
w[ ]i (4)
式中:xi 为筛分出来的任一粒径范围团聚体的平均
直径;w i 为任一粒径范围团聚体的质量占土壤样品
干质量的分数.求和是所有粒径范围的团聚体数量.
分形维数 ( fractal dimension,D) 采用杨培岭
等[15]推导的公式计算:
W(啄 < 軈di)
W0
=
軈di
軈d
æ
è
ç
ö
ø
÷
max
3-D
(5)
对上式两边取对数,得:
lg W(啄 <
軈di)
W
é
ë
êê
ù
û
úú
0
= (3 - D)lg
軈di
軈d
æ
è
ç
ö
ø
÷
max
(6)
分别以 lg W(啄<
軈di)
W
é
ë
êê
ù
û
úú
0
、lg
軈di
軈d
æ
è
ç
ö
ø
÷
max
为纵、横坐标作
图,3-D 即为 lg
軈di
軈d
æ
è
ç
ö
ø
÷
max
和 lg W(啄<
軈di)
W
é
ë
êê
ù
û
úú
0
实验直线的
斜率,即可求出土壤 D值.其中:軈di 为某级团聚体平
均直径;W(啄<軈di)表示粒径小于 軈di 的团聚体质量;
M0为团聚体总质量,軈dmax为团聚体的最大粒径.
采用 Microsoft Excel 2003 和 SPSS 16. 0 软件对
数据进行处理,采用单因素方差分析(one鄄way ANO鄄
VA)和最小显著差异法(LSD)对不同数据组间进行
差异显著性比较,用 Pearson相关系数评价不同因子
间的相关关系,显著性水平设定为 琢=0. 05.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同林分土壤团聚体特征
2郾 1郾 1 土壤团聚体数量和分布摇 土壤团聚体是由微
小矿物颗粒复合而成的稳定结构. 根据团聚体形成
的多级团聚理论,微团聚体聚合形成大团聚体[19],
大团聚体破碎形成小团聚体,二者既互为基础又互
为消长.一般将>0. 25 mm 的团聚体称为土壤团粒
结构体,是维持土壤结构稳定的基础. 其含量越高,
土壤结构的稳定性越大[20] . 由表 3 可以看出,不同
林分下土壤水稳性团聚体各粒级的组成比例存在较
大差异,随着粒径的减小,水稳性团聚体的组成比例
呈逐渐增加趋势.栓皮栎林和油松林各土层中,均以
< 0. 25 mm 的土壤水稳性团聚体含量最高,达
49郾 4% ,与其他各粒级团聚体含量差异显著;其中栓
9063 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘摇 艳等: 北京地区栓皮栎和油松人工林土壤团聚体稳定性及有机碳特征摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 不同林分土壤水稳性团聚体的质量百分含量
Table 3摇 Percentage of mass of soil water stable aggregates under different plantations (mean依SE, n=3)
林型
Forest
type
土层
Soil depth
(cm)
粒 级 Size (mm)
>5 5 ~ 2 2 ~ 1 1 ~ 0. 5 0. 5 ~ 0. 25 <0. 25
Q 0 ~ 10 4. 8依0. 6d 10. 6依1. 8bcd 9. 2依1. 1cd 18. 4依1. 6b 15. 0依1. 7bc 42. 0依4. 9a
10 ~ 20 2. 9依0. 8c 7. 6依2. 1c 8. 1依1. 5c 16. 9依0. 8b 20. 7依2. 1b 43. 8依2. 8a
20 ~ 40 5. 4依0. 8c 9. 0依1. 7bc 11. 3依1. 5bc 11. 7依1. 0bc 13. 2依1. 15b 49. 4依3. 7a
P 0 ~ 10 11. 4依3. 1b 17. 8依0. 6ab 11. 2依0. 58b 22. 6依2. 3a 13. 6依1. 6b 23. 4依1. 5a
10 ~ 20 10. 1依1. 3c 20. 1依2. 2ab 14. 7依0. 8bc 21. 7依2. 4a 10. 6依1. 4c 22. 8依1. 8a
20 ~ 40 10. 3依1. 27d 12. 8依0. 9cd 12. 6依0. 9cd 19. 8依1. 5b 15. 6依0. 9bc 28. 9依1. 7a
同行不同小写字母表示粒级间差异显著(P<0. 05) Different small letters in the same row meant significant difference at 0. 05 level among different si鄄
zes. 下同 The same below.
皮栎林各土层中<0. 25 mm 的土壤水稳性团聚体含
量均远高于油松林,是其 1. 71 ~ 1. 92 倍.两种林分
各土层中>5 mm水稳性团聚体含量均较低,且在栓
皮栎林中最低.
在两种林分中,<0. 25 mm 的土壤水稳性团聚
体含量随土层加深呈增加的趋势,而水稳性大团聚
体含量则随土层加深呈减小趋势. 栓皮栎林和油松
林中,各土层大团聚体含量分别在 71. 1% ~77. 2%和
50. 6% ~58. 0%之间,是微团聚体含量的 2. 45 ~ 3. 38
和 1. 02 ~1. 38倍.由此可见,不同植被类型影响土壤
水稳性团聚体的分布.油松林中水稳性团聚体主要分
布在大团聚体中;而在栓皮栎林中,大团聚体中的水
稳性团聚体含量与微团聚体的差异不明显.
2郾 1郾 2 土壤团聚体稳定性摇 不同粒径团聚体对土壤
养分的保持和供应、孔隙组成、水力性质和生物运动
的作用不同[21-22],因此在团聚体总量的基础上,团
聚体大小分布状况与土壤质量的关系更为密切. 平
均质量直径(MMD)和几何平均直径(GMD)是反映
土壤团聚体大小分布状况的常用指标. 其值越大表
示土壤团聚度越高,团聚体稳定性就越强[19] . 由图
1 可以看出,不同植被类型下,同一土层土壤团聚体
的 MMD和 GMD 有显著差异. 同一林分下,不同土
层间土壤MMD差异不显著;油松林中 20 ~ 40 cm的
土壤 GMD与其他层次差异显著,而栓皮栎中各层
土壤 GMD差异不显著. 油松林各层(0 ~ 40 cm)土
壤 MMD和 GMD均显著高于栓皮栎林,且油松林土
壤水稳性团聚体 MMD 是栓皮栎林的 1. 78 倍.说明
油松林土壤水稳性团聚体稳定性较好,土壤结构稳
定性、抗侵蚀能力相对较强.
摇 摇 土壤分形维数是反映土壤结构几何形状的参
数,在维数上表现出粘粒含量越高,质地越细,分形
维数越高[15] .团聚体粒径分布的分形维数越小,则
土壤越具有良好的结构和稳定性. 根据式(6)计算
出两种林分土壤湿筛团聚体的分形维数及其相关系
数(R2),结果见表 4. 研究土壤的分形维数范围在
2. 56 ~ 2. 82,回归分析所得 R2值均>0. 88,线性相关
均达到极显著水平.在两种林分中,土壤水稳性团聚
体分形维数随土层呈现下降趋势,说明表层土壤较
底层土壤相对松散,通透性强,随着土壤层次的增
加,土壤水稳性团聚体稳定性呈现逐渐降低的趋势.
油松林各层土壤分形维数均低于栓皮栎林,说明油
松林土壤水稳性团聚体含量较高,土壤具有良好的
结构与稳定性,更利于土壤水稳性团聚体的形成和
稳定.
图 1摇 林型对土壤平均质量直径(MMD)和几何平均直径
(GMD)的影响
Fig. 1 摇 Effects of forest types on vertical distributions of soil
mean diameter (MMD) and geometric mean diameter (GMD)
(mean依SE, n=3).
Q:栓皮栎人工林 Q. variabilis plantation; P:油松人工林 P. tabulae鄄
formis plantation. 玉:0 ~ 10 cm; 域:10 ~ 20 cm; 芋:20 ~ 40 cm. 不同
大写字母表示土壤层次之间差异显著,不同小写字母表示各粒级之
间的差异显著(P <0. 05) Different capital letters indicated significant
difference among soil layers and different small letters indicated signifi鄄
cant difference among aggregate size at 0. 05 level. 下同 The same be鄄
low.
016 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
表 4摇 不同林分下土壤水稳性团聚体分形维数和相关性
Table 4摇 Fractal dimension of water stable aggregates un鄄
der different plantations
林型
Forest
type
土层
Soil depth
(cm)
分形维数
Fractal
dimension
R2
Q 0 ~ 10 2. 78 0. 934**
10 ~ 20 2. 80 0. 882**
20 ~ 40 2. 82 0. 965**
P 0 ~ 10 2. 64 0. 951**
10 ~ 20 2. 56 0. 963**
20 ~ 40 2. 69 0. 947**
** P<0. 01.
摇 摇 由表 5 可以看出,分形维数(D)与 MMD、GMD
呈极显著负相关,MMD与 GMD呈极显著正相关.土
壤有机碳含量与 D 值呈相关,与 MGD、GMD 正相
关,说明土壤有机碳含量越高,D 值越小,MGD 和
GMD越大,土壤结构越稳定. >5、5 ~ 2 和 1 ~ 0. 5
mm的水稳性团聚体与 D 值呈显著负相关,与
MMD、GMD、SOC 呈正相关;<0. 25 mm 水稳性团聚
体与 D 值呈极显著正相关,而与 MMD、GMD、SOC
呈负相关.这表明较大粒级水稳性团聚体含量的增
加,有利于提高土壤结构和土壤有机碳的稳定性.
2郾 2摇 土壤团聚体特征与土壤有机碳
2郾 2郾 1 土壤团聚体中有机碳的含量摇 由图 2 可以看
出,在栓皮栎林中,除 20 ~ 40 cm土层中 5 ~ 2 mm粒
级的有机碳含量显著低于其他土层外,0 ~ 10 和
10 ~ 20 cm 土层中,同一粒级的有机碳含量差异性
不显著;在油松林中,除 1 ~ 0. 5 mm 粒级外,不同土
层中同一粒级的有机碳含量差异显著. 两种林分
0 ~ 10 cm土壤中各粒级水稳性团聚体有机碳含量
整体高于 10 ~ 20 和 20 ~ 40 cm,并且随着土层加
深,土壤各粒级水稳性团聚体有机碳含量表现出逐
渐下降的趋势.同一林分同一土层的各粒级团聚体
有机碳含量整体上差异不显著.
在相同土层下,油松林中同一粒级的团聚体有
机碳含量均显著高于栓皮栎林(除 20 ~ 40 cm 土层
外),油松林中 2 ~ 1、1 ~ 0. 5 和 0. 5 ~ 0. 25 mm 粒级
间的团聚体有机碳含量与栓皮栎林差异不显著,说
明植被类型和土壤层次对土壤团聚体有机碳的分布
有明显影响.
2郾 2郾 2 土壤团聚体中土壤有机碳分布摇 由表 6 可以
看出,在栓皮栎林下,各土层中>5 mm 水稳性团聚
体有机碳对土壤有机碳的贡献率最小,1 ~ 0. 5 和
0郾 5 ~ 0. 25 mm水稳性团聚体有 vv 机碳对土壤有机
碳的贡献率占较大份额;在油松林中,各土层中 1 ~
0郾 5 mm水稳性团聚体有机碳对土壤有机碳含量的
表 5摇 土壤水稳性团聚体各参数之间的相关性
Table 5摇 Correlation between parameters of water stable aggregation
摇 摇 D 摇 摇 MMD 摇 摇 GMD 摇 摇 SOC 粒 级 Size (mm)
摇 >5 摇 摇 摇 5 ~ 2摇 摇 摇 2 ~ 1摇 摇 摇 1 ~ 0. 5摇 摇 摇 0. 5 ~ 0. 25摇 摇 <0. 25
D 1
MMD -0. 939** 1
GMD -0. 979** 0. 986** 1
SOC -0. 678 0. 646 0. 706 1
粒级 >5 -0. 852* 0. 976** 0. 932** 0. 538 1
Size 5 ~ 2 -0. 972** 0. 951** 0. 975** 0. 767 0. 863* 1
(mm) 2 ~ 1 -0. 790 0. 805 0. 777 0. 203 0. 776 0. 773 1
1 ~ 0. 5 -0. 834* 0. 777 0. 833* 0. 760 0. 706 0. 794 0. 369 1
0. 5 ~ 0. 25 0. 612 -0. 685 -0. 633 -0. 374 -0. 631 -0. 728 -0. 813* -0. 231 1
<0. 25 0. 958** -0. 950** -0. 976** -0. 695 -0. 904* -0. 922** -0. 672 -0. 918** 0. 466 1
* P<0. 05; ** P<0. 01.
表 6摇 两种林分内土壤团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率
Table 6摇 Contribution of water stable aggregates carbon to SOC under different plantations (%, mean依SE, n=3)
林型
Forest
type
土层
Soil depth
(cm)
粒 级 Size (mm)
>5 5 ~ 2 2 ~ 1 1 ~ 0. 5 0. 5 ~ 0. 25
Q 0 ~ 10 3. 7依1. 3b 5. 3依1. 1b 6. 1依0. 6b 11. 4依2. 0a 7. 7依1. 1ab
10 ~ 20 4. 1依0. 9c 7. 8依1. 6bc 8. 1依1. 1bc 12. 3依1. 8ab 15. 0依2. 2a
20 ~ 40 3. 3依0. 2c 7. 5依1. 6bc 10. 5依1. 8ab 14. 8依1. 6a 14. 5依2. 1a
P 0 ~ 10 11. 2依2. 7a 13. 0依2. 6a 11. 0依1. 6a 15. 4依0. 9a 11. 7依2. 0a
10 ~ 20 11. 4依1. 5b 16. 2依2. 6b 12. 8依2. 2b 27. 3依5. 4a 15. 9依3. 0b
20 ~ 40 6. 1依1. 6c 13. 5依1. 2ab 9. 8依2. 3bc 17. 4依2. 3a 11. 1依3. 6abc
1163 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘摇 艳等: 北京地区栓皮栎和油松人工林土壤团聚体稳定性及有机碳特征摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 不同林分下土壤各粒径团聚体中有机碳含量
Fig. 2摇 SOC in different aggregate sizes under different planta鄄
tions (mean依SE, n=3).
贡献率最高,均在 15%以上,且在 10 ~ 20 cm 土层
中最高,达到 27. 3% . 0 ~ 10 cm土层中,各粒级水稳
性团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率差异不显
著,油松林和栓皮栎林中水稳性大团聚体有机碳对
土壤有机碳的贡献率分别在 57. 9% ~ 83. 5% 和
49郾 37% ~66. 4%之间.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 两种林分土壤团聚体的差异原因
油松林中水稳性大团聚体含量高于栓皮栎林,
主要是由于油松林有机碳含量高于栓皮栎林. 有机
质作为良好的有机胶结剂,能胶结较小的团聚体并
促进大团聚体的形成,改善土壤结构[23] . Marbet
等[24]研究指出,土壤团聚程度、土壤结构与土壤有
机碳关系密切.土壤有机质的增加会导致团聚体数
量和稳定性的增加. 本研究结果表明,两种林分中,
水稳性大团聚体含量随土层的加深呈减小的趋势.
主要是土壤地表枯落物较多,有机质含量较高,促进
了大团聚体的形成,下层土壤的有机质含量相对较
低,土壤大团聚体形成量则较少,表现出随土层深度
的增加,有机碳含量逐渐减少,水稳性大团聚体含量
降低.这与周纯亮等[25]对中亚热带杉木林、湿地松
林、毛竹林和次生林土壤团聚体及其有机碳分布的
研究结果相一致. 即土壤总有机碳与>0. 25 mm 水
稳性团聚体含量呈幂指数正相关,说明土壤有机碳
含量越高,>0. 25 mm 水稳性团聚体含量越多,土壤
团聚度越高,土壤结构越稳定.
两种林分下土壤平均质量直径为 0. 86 ~ 1. 91
mm,几何平均直径为 0. 38 ~ 0. 88 mm,分形维数为
2. 56 ~ 2. 82.油松林土壤水稳性团聚体稳定性高于
栓皮栎林,说明油松林有利于土壤团聚体的稳定.其
主要原因可能是油松林土壤容重较小,总孔隙度较
大,土壤结构疏松、通气性较好. 油松林地表枯落物
储量较多,增加了土壤有机质含量,促进了团聚体的
形成,并且松针含较多树脂和蜡脂等疏水性物[26],
阻碍了水的润湿速度[27],导致团聚体内部空气缓慢
释放,从而增加了其抗破碎能力. 同一林分中,随土
壤深度的增加,土壤水稳性团聚体稳定性呈降低的
趋势.这与土壤水稳性大团聚体含量随土层的变化
趋势一致.
3郾 2摇 土壤团聚体分布与土壤有机碳含量
在栓皮栎林和油松林中,随着土壤层次的加深,
土壤各粒级水稳性团聚体中有机碳含量逐渐降低,
与土壤有机碳随土层变化的趋势一致. 这与肖复明
等[28]对毛竹林的研究结果相一致.可能由于植物的
枝叶残体和根系大部分分布于表层土壤中,分解后
形成的腐殖质在表层土壤中积累,因而土壤有机碳
含量从表层向下逐渐递减.在同一土层,油松林中土
壤相同粒级水稳性团聚体有机碳含量均高于栓皮栎
林,且在 0 ~ 10、10 ~ 20 cm土层差异显著.这主要是
由于油松林土壤中有机碳含量高于栓皮栎林. 说明
不同植被类型对土壤团聚体中有机碳含量的影响存
在一定的差异.
土壤有机碳含量与土壤 MMD、GMD 呈正相关,
与 D值呈负相关,说明土壤有机碳含量影响土壤水
稳性团聚体的稳定性. >5、5 ~ 2、2 ~ 1、1 ~ 0. 5 mm
的团聚体含量与土壤有机碳正相关,而 0. 5 ~ 0. 25、
<0. 25 mm的团聚体含量与有机碳负相关. 主要是
由于土壤有机碳影响土壤团聚体形成和稳定性. 微
团聚体通过有机质的黏合形成大团聚体[1],当土壤
有机碳含量的增加时,为土壤中较小的颗粒胶结成
较大的水稳性团聚体创造了有利的条件.
致谢摇 感谢美国农业部林务局南方研究站孙阁教授对本文
英文修订提供的帮助.
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作者简介摇 刘摇 艳,女,1988 年生,硕士研究生.主要从事土
壤生态研究. E鄄mail: nyly1988@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
3163 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘摇 艳等: 北京地区栓皮栎和油松人工林土壤团聚体稳定性及有机碳特征摇 摇 摇 摇 摇