全 文 ：杉木采伐迹地造林树种转变对土壤
可溶性有机质的影响*
万晓华1,2摇 黄志群1,2**摇 何宗明3摇 胡振宏1,2摇 余再鹏1,2摇 王民煌1,2摇 杨玉盛1,2摇 范少辉4
( 1湿润亚热带山地生态国家重点试验室培育基地, 福州 350007; 2福建师范大学地理科学学院, 福州 350007; 3福建农林大学
林学院, 福州 350002; 4国际竹藤网络中心, 北京 100102)
摘摇 要摇 以二代杉木林采伐迹地上营造的 19 年生米老排与杉木人工林为对象,采用冷水、热
水和 2 mol·L-1KCl溶液提取 0 ~ 5、5 ~ 10 和 10 ~ 20 cm 层土壤中的可溶性有机碳(DOC)和
有机氮(DON),研究造林树种转变对土壤可溶性有机质的影响.结果表明: 造林树种转变对
林地土壤 DOC和 DON库有显著影响. 米老排人工林土壤中用冷水、热水和 KCl 溶液浸提的
DOC含量均显著高于杉木人工林,0 ~ 5 和 5 ~ 10 cm层土壤中用冷水和热水浸提的 DON含量
显著高于杉木林.不同方法浸提的 DOC 和 DON 含量大小顺序均为 KCl>热水>冷水. 在 0 ~
5 cm土层,米老排人工林土壤微生物生物量碳(MBC)含量比杉木林高 76. 3% .相关分析结果
显示,热水浸提的 DOC和 DON与土壤 MBC之间均呈显著正相关.不同树种人工林间土壤可
溶性有机质的差异主要与凋落物输入的数量和质量有关.在杉木采伐迹地上营造米老排,能
够明显改善土壤肥力.
关键词摇 杉木摇 采伐迹地摇 土壤可溶性有机碳、氮摇 微生物生物量摇 树种
*2011 年教育部新世纪优秀人才支持计划项目(DB鄄168)和 2012 年福建省杰出青年科学基金项目(2060203)资助.
**通讯作者. E鄄mail: zhiqunhuang@ hotmail. com
2013鄄03鄄13 收稿,2013鄄10鄄30 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)01-0012-07摇 中图分类号摇 S718. 5摇 文献标识码摇 A
Effects of tree species transfer on soil dissolved organic matter pools in a reforested Chinese
fir (Cunninghamia lanceolata) woodland. WAN Xiao鄄hua1,2, HUANG Zhi鄄qun1,2, HE Zong鄄
ming3, HU Zhen鄄hong1,2, YU Zai鄄peng1,2, WANG Min鄄huang1,2, YANG Yu鄄sheng1,2, FAN Shao鄄
hui4 ( 1Cultivation Base of State Key Laboratory of Humid Subtropical Mountain Ecology, Fuzhou
350007, China; 2School of Geographical Science, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, Chi鄄
na; 3College of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China;
4 International Center for Bamboo and Rattan, Beijing 100102, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,
2014, 25(1): 12-18.
Abstract: Based on the comparison between reforested 19鄄year鄄old Mytilaria laosensis and Cun鄄
ninghamia lanceolata plantations on cut鄄over land of C. lanceolata, effects of tree species transfer
on soil dissolved organic matter were investigated. Cold water, hot water and 2 mol·L-1 KCl solu鄄
tion were used to extract soil dissolved organic carbon ( DOC) and dissolved organic nitrogen
(DON) from 0-5, 5-10 and 10-20 cm soil layers. In M. laosensis plantaion, the concentrations
of soil DOC extracted by cold water, hot water and 2 mol·L-1 KCl solutions were significantly high鄄
er than that in C. lanceolata plantation. In the 0-5 and 5-10 cm layers, the concentrations of soil
DON extracted by cold water and hot water in M. laosensis plantation were significantly higher than
that in C. lanceolata plantation. The extracted efficiencies for DOC and DON were both in order of
KCl solution>hot water>cold water. In the 0-5 cm layers, soil microbial biomass carbon (MBC)
under M. laosensis was averagely 76. 3% greater than under C. lanceolata. Correlation analysis
showed that there were significant positive relationships between hot water extractable organic matter
and soil MBC. Differences in the sizes of soil DOC and DON pools between the M. laosensis and C.
lanceolata forests might be attributed to the quality and quantity of organic matter input. The trans鄄
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 1 月摇 第 25 卷摇 第 1 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 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jan. 2014, 25(1): 12-18
fer from C. lanceolata to M. laosensis could improve soil fertility in the plantation.
Key words: Cunninghamia lanceolata; cut鄄over land; soil dissolved organic carbon and nitrogen;
soil microbial biomass; tree species.
摇 摇 土壤可溶性有机质 ( dissolved organic matter,
DOM)影响森林生态系统的生产力和持续性,在生
物地球化学循环过程中起着至关重要的作用[1-2] .
DOM也是土壤微生物所需的能量和有机养分(如
N、P等)的来源[3],是调节土壤微生物生物量周转
的关键[4] .试验室浸提 DOM 的方法很多,但由于这
些方法的提取溶剂、振荡时间、温度和土壤前处理等
不同,所提取的土壤可溶性有机碳和有机氮含量存
在差异[5] . 如用 2 mol·L-1KCl 溶液浸提法可以估
算出土壤溶液中被吸附和可交换的有机碳和有机氮
含量[6] .热水浸提的有机质主要来源于土壤微生
物、根系分泌物和溶菌产物中易分解的组分[7] . 树
种的改变可以影响凋落物的数量和质量,以及根系
生物量、周转速率等,从而改变土壤有机质的数量和
质量.而 DOM作为土壤有机质中的易变组分,具有
较快的周转速率,对森林管理措施的响应更敏感.
杉木(Cunninghamia lanceolata)是我国中亚热
带地区重要的速生造林树种. 20 世纪 50 年代,由于
人口迅速增长,木材、燃料及其他林产品的需求量增
加,大面积的常绿阔叶林被杉木纯林所取代.第七次
全国森林资源清查结果显示,全国杉木人工林面积
为 8. 54伊106 hm2,占人工林总面积的 21. 35% ,位居
第一[8] .在杉木营林过程中,多代连栽会导致林地
生产力下降、土壤肥力降低;大规模营造杉木人工林
则导致树种组成单一化.为此,近年来我国南方地区
开始鼓励用阔叶树种造林,特别是在杉木林采伐迹
地上营造阔叶林[9] .目前有关我国亚热带地区树种
组成变化对土壤有机质的影响研究多是对不同植被
类型进行比较[10-12],其局限性在于土地利用历史、
土壤质地、林龄等生物和非生物因子的影响效应.本
文通过对在杉木林采伐迹地上营造杉木和米老排
(Mytilaria laosensis)人工林的对比试验,分析不同树
种对土壤可溶性有机质的影响,旨在为我国人工林
的经营和树种选择提供科学参考.
1摇 研究区域与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究地点 设 在 福 建 省 南 平 市 峡 阳 林 场
(26毅48忆 N,117毅59忆 E),地处武夷山脉的东南侧、闽
江上游,海拔在 229 ~ 246 m. 该地区属中亚热带季
风型气候,年均气温 20. 0 益,年均降水量 1644 mm,
年均蒸发量 1370 mm,年均相对湿度 75. 2% . 土壤
类型为红黄壤.
试验林为 1993 年春在二代杉木林采伐迹地上
营造的米老排和杉木人工林,初植密度均为
2500 株·hm-2 .试验地采用完全随机区组设计,在
试验林中设 8 个 20 m伊30 m试验小区,共 4 个重复,
每个小区中间设有 1 个狭长的缓冲带( >10 排树
木). 2011 年 7 月调查时,米老排和杉木的林龄均为
19 年,林地概况和 0 ~ 20 cm 土壤基本理化性质见
表 1.
1郾 2摇 研究方法
2011 年 7 月,在每个试验小区内,多点(12 个
点)分层(0 ~ 5、5 ~ 10 和 10 ~ 20 cm)采集土样,将
相同土层的土壤均匀混合为 1 个土样,带回室内,去
除砂石、根系后,过 2 mm筛,然后分成两份,一份放
入冰箱中 4 益冷藏,用于测定土壤微生物生物量碳,
另一份在室温下自然风干,用于测定土壤可溶性有
机碳和有机氮含量.
土壤样品的可溶性有机碳和有机氮含量采用
表 1摇 试验人工林基本概况
Table 1 摇 Site features under Mytilaria laosensis and Cun鄄
ninghamia lanceolata plantations (mean依SD)
性质
Feature
林型 Forest type
米老排
M. laosensis
杉木
C. lanceolata
平均树高 Mean tree height (m) 15. 4依2. 1a 13. 8依3. 5a
平均胸径 Diameter at breast height (cm) 14. 7依2. 8a 15. 9依3. 6a
凋落物 年生物量 Annual biomass ( t·hm-2) 9. 5依1. 7a 4. 3依1. 4b
Litter 碳含量 C content (mg·g-1) 469. 3依11. 0a 513. 6依7. 8b
氮含量 N content (mg·g-1) 19. 3依1. 5a 8. 9依0. 6b
碳氮比 C / N 24. 4依1. 2a 57. 7依2. 3b
枯枝 现存量 Biomass (t·hm-2) 7. 9依2. 0a 4. 9依1. 3b
落叶层 碳储量 C storage (t·hm-2) 3. 4依1. 0a 2. 3依0. 6b
Forest floor 氮储量 N storage (kg·hm-2) 60. 7依10a 39. 8依14b
碳氮比 C / N 55. 8依7. 1a 59. 5依12a
细根生物量 Fine root biomass (t·hm-2) 9. 8依3. 6a 7. 8依1. 0a
土壤 pH值 pH 4. 4依0. 1a 4. 6依0. 2a
Soil 容重 Bulk density (g·cm-3) 1. 01依0. 05a 1. 05依0. 12a
全碳 Total C (t·hm-2) 61. 7依12. 7a 45. 9依3. 8b
全氮 Total N (t·hm-2) 3. 7依0. 8a 3. 0依0. 5a
碳氮比 C / N 16. 9依0. 4a 15. 7依1. 9a
同行不同小写字母表示两种人工林之间差异显著(P<0. 05) Differ鄄
ent letters in the same row indicated significant difference at 0. 05 level
between the two plantations.
311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 万晓华等: 杉木采伐迹地造林树种转变对土壤可溶性有机质的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
Curtin等[7]方法测定,用冷水、热水和 KCl溶液分别
浸提.具体操作过程:1)称取 10 g风干土样于 50 mL
离心管中,加入 40 mL去离子水,振荡 1 h 后,离心,
过 0. 45 滋m滤膜,滤液即为冷水浸提的有机质分析
样;2)热水浸提是称取 10 g风干土样于 50 mL离心
管中,加入 40 mL去离子水,振荡 1 h后,放入 80 益
恒温水浴箱中静置 16 h,然后离心,过 0. 45 滋m 滤
膜,滤液即为热水浸提的有机质分析样;3)用 KCl
溶液浸提是向土样中加入 40 mL KCl 溶液(浓度为
2 mol·L-1),其他操作过程与冷水浸提法一致. 3 种
方法得到的浸提液中,有机碳和总氮浓度用总有机
碳分析仪(SHIMADZU TOC鄄VCPH / CPN analyzer,日
本岛津) (加总氮单元)测定,无机氮 (NH4 + 鄄N 和
NO3 - 鄄N)浓度采用连续流动分析仪(Skalar San++,荷
兰)测定.
土壤微生物生物量碳(MBC)采用氯仿鄄熏蒸法
浸提测定,按下式计算:
MBC=EC / 0. 38
式中:EC为熏蒸和未熏蒸样品中有机碳含量的差值
(mg·kg-1 );0. 38 为微生物生物量碳的浸提系
数[13] .
1郾 3摇 数据处理
所有数据处理和统计分析均在 Excel 2003 和
SPSS 17. 0 软件上进行,由 Origin 8. 0 软件作图. 采
用独立样本 t检验法比较两种人工林之间土壤可溶
性有机碳、有机氮和微生物生物量碳含量的差异,采
用 Pearson相关系数分析不同方法浸提的有机质的
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 两种人工林土壤可溶性有机碳含量的变化
由表 2 可以看出,两种人工林所有土壤层中,不
同方法浸提的土壤有机碳含量大小顺序为 KCl>热
水>冷水,且热水浸提的有机碳含量约为冷水浸提 2
倍,差异达到显著水平.其中米老排人工林土壤中采
用冷水、热水和 KCl溶液浸提的有机碳含量分别比
杉木林高 45. 5% ~ 77. 2% 、 39郾 6% ~ 66. 9% 和
28郾 2% ~42. 2% .两种人工林中冷水、热水和 KCl溶
液浸提的有机碳含量占土壤总有机碳的比例分别为
0. 4% ~1. 0% 、0. 8% ~1. 8%和 1. 1% ~2. 5% .
2郾 2摇 两种人工林土壤可溶性有机氮含量的变化
由表 3 可以看出,两种人工林中,不同方法浸提
的有机氮含量大小顺序为:KCl>热水>冷水. 在 0 ~
5 cm土壤层,米老排林地土壤中冷水和热水浸提的
有机氮含量分别比杉木林高 49. 5%和 39. 8% ;在
5 ~ 10 cm土壤层,米老排林地土壤中冷水和热水浸
表 2摇 两种人工林不同方法浸提的 0 ~ 20 cm土壤可溶性有机碳含量(DOC)及占全碳(SOC)的比例
Table 2摇 Soil dissolved organic C (DOC) concentrations in different extracts and the percentages to soil total organic C
(SOC) at 0-20 cm depth in M. laosensis and C. lanceolata plantations (mean依SD, n=4)
林型
Forest type
土层
Soil depth
(cm)
DOCCW
(mg·kg-1)
DOCHW
(mg·kg-1)
DOCKCl
(mg·kg-1)
DOCCW
/ SOC (% )
DOCHW
/ SOC (% )
DOCKCl
/ SOC (% )
米老排 0 ~ 5 287. 4依21. 2a 641. 6依47. 2a 641. 0依123. 8a 0. 7依0. 1a 1. 6依0. 1a 1. 6依0. 3a
M. laosensis 5 ~ 10 194. 2依17. 1a 367. 0依27. 6a 525. 1依94. 6a 0. 6依0. 1a 1. 2依0. 1a 1. 7依0. 3a
10 ~ 20 129. 2依12. 7a 248. 8依14. 3a 498. 6依26. 6a 0. 5依0. 1a 1. 0依0. 1a 2. 0依0. 3a
杉木 0 ~ 5 190. 8依84. 2b 384. 5依97. 9b 450. 9依87. 4b 0. 6依0. 3a 1. 3依0. 2b 1. 5依0. 3a
C. lanceolata 5 ~ 10 109. 6依15. 3b 252. 1依43. 5b 409. 6依77. 7b 0. 5依0. 1a 1. 1依0. 1a 1. 8依0. 2a
10 ~ 20 88. 8依9. 8b 178. 2依28. 6b 352. 4依112. 6b 0. 5依0. 1a 1. 0依0. 2a 1. 8依0. 4a
CW: 冷水 Cold water; HW:热水Hot water; KCl: KCl溶液 KCl solution. 同一土层不同小写字母表示两种人工林之间差异显著(P<0. 05) Differ鄄
ent letters in the same soil depth indicated significant difference at 0. 05 level between the two plantations. 下同 The same below.
表 3摇 两种人工林不同方法浸提 0 ~ 20 cm土壤可溶性有机氮含量(DON)及占全氮(TN)的比例
Table 3摇 Soil dissolved organic N (DON) concentrations in different extracts and the percentages to soil total organic N
(TN) at 0-20 cm depth in M. laosensis and C. lanceolata plantations (mean依SD, n=4)
林型
Forest
type
土层
Soil depth
(cm)
DONCW
(mg·kg-1)
DONHW
(mg·kg-1)
DONKCl
(mg·kg-1)
DONCW /
TN (% )
DONHW /
TN (% )
DONKCl /
TN (% )
米老排 0 ~ 5 29. 9依3. 4a 48. 5依3. 1a 66. 4依18. 5a 1. 1依0. 2a 2. 2依0. 2a 3. 0依0. 6a
M. laosensis 5 ~ 10 18. 5依2. 2a 30. 2依3. 4a 59. 9依14. 2a 1. 0依0. 1a 1. 7依0. 2a 3. 3依0. 8a
10 ~ 20 16. 2依3. 8a 22. 6依2. 6a 58. 3依16. 0a 1. 1依0. 5a 1. 5依0. 1a 3. 8依0. 8a
杉木 0 ~ 5 20. 0依2. 3b 34. 7依10. 3b 52. 0依14. 1a 1. 5依1. 0a 1. 9依0. 4a 2. 8依0. 8a
C. lanceolata 5 ~ 10 14. 6依1. 7b 23. 7依4. 7b 49. 0依13. 0a 1. 0依0. 3a 1. 6依0. 1a 3. 3依0. 7a
10 ~ 20 13. 0依4. 2a 19. 9依6. 3a 38. 4依13. 7a 1. 1依0. 2a 1. 6依0. 1a 3. 1依1. 0a
41 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 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 25 卷
表 4摇 两种人工林不同方法浸提的 0 ~ 20 cm土壤可溶性有
机碳(DOC) /氮(DON)值
Table 4摇 Ratios of soil dissolved organic C (DOC) to N
(DON) in different extracts at 0-20 cm depth in M. lao鄄
sensis and C. lanceolata plantations (mean依SD, n=4)
林型
Forest
type
土层
Soil depth
(cm)
DOCCW /
DONCW
DOCHW /
DONHW
DOCKCl /
DONKCl
米老排 0 ~ 5 11. 34依3. 06a 13. 23依0. 52a 9. 90依1. 39a
M. laosensis 5 ~ 10 10. 54依1. 16a 12. 22依0. 81a 8. 91依1. 35a
10 ~ 20 8. 22依1. 68a 11. 09依1. 04a 8. 98依2. 07a
杉木 0 ~ 5 7. 28依1. 14b 11. 26依1. 92a 9. 05依2. 74a
C. lanceolata 5 ~ 10 7. 55依0. 79b 10. 78依1. 75a 8. 67依2. 09a
10 ~ 20 7. 12依1. 30a 9. 35依1. 85a 9. 57依2. 52a
提的有机氮含量分别比杉木林高 26. 7%和 27. 4% .
冷水、热水和 KCl溶液浸提的有机氮含量占土壤全
氮的比例分别为 0. 7% ~ 3. 0% 、1. 3% ~ 2. 5%和
1郾 9% ~4. 5% .
2郾 3摇 两种人工林土壤可溶性有机碳 /氮的变化
冷水、热水和 KCl溶液浸提的有机碳 /氮值变化
范围分别为 5. 3 ~ 15. 7、7. 7 ~ 13. 8 和 6. 6 ~ 12. 7.从
表 4 可以看出,米老排和杉木林之间仅冷水浸提的
有机碳 /氮值在 5 ~ 10 cm 土壤层上具有显著差异,
用热水和 KCl溶液浸提的有机碳 /氮值在所有土层
上均无显著差异.
表 5摇 两种人工林 0 ~ 20 cm 土壤微生物生物量碳(MBC)
及占总有机碳(SOC)的比例
Table 5摇 Soil microbial biomass C (MBC) and the percent鄄
ages to soil total organic C (SOC) under M. laosensis and
C. lanceolata plantations (mean依SD, n=4)
林型
Forest
type
土层
Soil depth
(cm)
土壤微生物
生物量碳 MBC
(mg·kg-1)
占总有机碳比例
MBC / SOC
(% )
米老排 0 ~ 5 861. 3依156. 9a 2. 2依0. 3a
M. laosensis 5 ~ 10 683. 6依186. 2a 2. 3依0. 9a
10 ~ 20 552. 0依187. 9a 2. 3依1. 2a
杉木 0 ~ 5 488. 5依218. 9b 1. 7依0. 8a
C. lanceolata 5 ~ 10 473. 6依137. 7a 2. 2依1. 0a
10 ~ 20 459. 4依116. 6a 2. 9依2. 4a
2郾 4摇 两种人工林土壤微生物生物量碳的变化
由表 5 可以看出,米老排和杉木林之间土壤微
生物生物量碳的差异仅在 0 ~ 5 cm土壤层达到显著
水平,米老排比杉木林高 76. 3% . 土壤微生物生物
量碳占总有机碳的比例米老排林为 1. 2% ~ 4. 0% ,
杉木林为 0. 8% ~3. 8% .
2郾 5摇 土壤各有机碳氮组分之间的相关性
由图 1 可以看出,热水浸提的有机碳与冷水和
KCl溶液浸提的有机碳以及微生物生物量碳之间均
具有显著正相关关系;热水浸提的有机氮与冷水和
KCl溶液浸提的有机氮以及微生物生物量碳之间也
具有显著正相关性.
图 1摇 土壤各有机碳氮组分的相关性
Fig. 1摇 Correlations among soil dissolved organic C fractions and soil dissolved organic N fractions.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 树种对可溶性有机碳的影响
本研究结果表明,米老排人工林土壤可溶性有
机碳库显著高于杉木人工林(表 2).这与张剑等[12]
对广西三门江森林(枫香鄄樟树人工林 VS 杉木人工
林)和 Wang等[14]对湖南会同(火力楠人工林 VS 杉
木人工林)的研究结果相类似. 王清奎等[11]通过对
511 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 万晓华等: 杉木采伐迹地造林树种转变对土壤可溶性有机质的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
我国亚热带(北、中、南 3 个温度带)地区地带性阔
叶林和杉木林土壤活性有机质比较研究发现,杉木
林取代阔叶林后,可溶性有机碳含量最大降幅达
43. 3% ,杉木连栽导致土壤可溶性有机碳含量最大
降幅达 30. 4% . 本研究中,米老排和杉木人工林的
林龄、土地利用历史、土壤质地和气候条件均一致,
因此,两个树种人工林之间土壤特性的差异主要源
于树种的影响[15] . 树种主要通过地上凋落物、地下
根系分泌物和根系周转来影响土壤可溶性有机质库
的大小[16] .本研究中,米老排林年凋落物量和枯枝
落叶层现存量均显著高于杉木林,且米老排林地枯
枝落叶层碳、氮储量较高(表 1),这一方面导致淋滤
物质组成中碳含量较高,另一方面也为土壤微生物
提供了大量的碳及养分,促进凋落物的分解.一般来
说,针叶树种的凋落物中含有较多难以分解的、疏水
性芳香族化合物,而落叶树种的凋落物中含有较多
易变的、亲水性低分子量化合物[17-18] . Kuiters 和
Mulder[19]发现,从落叶树种的凋落物中能够淋滤出
较多的可溶性有机碳;Don 等[20]也发现,从不同树
种凋落物中淋滤出的可溶性有机碳含量不同,树种
对土壤可溶性有机碳的影响依赖于凋落物的分解程
度.郭培培等[21]通过凋落物分解试验发现,杉木凋
落叶的分解速率明显低于阔叶树种(木荷、乐昌含
笑和青冈). 本研究中,米老排凋落物氮含量较高,
C / N值较低,分解较快,有利于较多的有机碳、氮组
分被淋溶到土壤中.
3郾 2摇 树种对可溶性有机氮的影响
有机氮进入土壤的过程主要包括:枯枝落叶层
和植物冠层的淋滤过程,土壤有机质的微生物溶解,
微生物残体和代谢产物,以及根系分泌物和根系周
转[16,22] .而树种也主要通过控制这些过程来影响土
壤可溶性有机氮库及其动态.本研究结果显示,米老
排和杉木人工林之间冷水和热水浸提的有机氮含量
在 0 ~ 5、5 ~ 10 cm 土壤层上具有显著差异(表 3).
Burton等[23]研究也发现,土地利用变化对土壤可溶
性有机氮库的影响主要局限在 0 ~ 10 cm土壤层.有
研究表明,植物的大多数功能细根集中在 0 ~ 10 cm
土壤层[24],该层较高的根系活性(如根系分泌物和
根系周转等)有利于提高微生物生物量及其活性.
在本区域的先前研究中也发现,米老排和杉木林细
根主要集中在 0 ~ 10 cm土壤层,而该层较高的细根
碳、氮储量有利于土壤有机质的积累[25] . 土壤有机
质的微生物降解过程也是影响土壤可溶性有机质含
量的重要因子之一[14,17] . Smolander 和 Kitunen[15]研
究发现,70 年生白桦树(Betula pendula)和挪威云杉
(Picea abies)土壤可溶性有机氮含量高于毗邻的欧
洲赤松(Pinus sylvestris). Burton 等[23]也发现,南洋
杉(Araucaria cunninghamii)人工林土壤有机氮含量
低于阔叶林.他们认为树种之间可溶性有机氮的差
异,主要来源于有机质输入的数量和质量以及相关
的微生物转换过程.本区域的先前研究中发现,杉木
人工林转变为米老排人工林后,显著提高了土壤微
生物生物量;通过凋落物交换试验也发现,在杉木林
小区添加质量较高的米老排凋落物后,土壤微生物
磷脂脂肪酸生物标记物的含量明显增加[26] .本研究
中,土壤微生物生物量碳与热水浸提的有机氮之间
也具有显著正相关性. 这些均表明,树种转变后,由
于凋落物质量较高,为土壤微生物提供了大量碳源,
促进了土壤微生物生物量,而高质量且易变的碳输
入有利于提高土壤可溶性有机氮含量[23] . Xing
等[27]报道了 12 年生杉木人工林与阔叶人工林(树
种为滇楠)的土壤微生物生物量及与氮相关的酶活
性均与土壤可溶性有机氮含量具有强正相关性,表
明微生物群落在森林生态系统可溶性有机氮动态中
扮演重要角色.有研究表明,针叶树种和阔叶树种下
土壤微生物群落组成具有显著差异[28],但关于特定
的土壤微生物功能组是如何影响可溶性有机质的形
成及转化,还需要进一步对不同树种下土壤微生物
群落组成和功能进行分析[23,29] .
3郾 3摇 不同方法浸提的有机碳和有机氮比较
热水浸提的有机碳被认为是土壤中易变的和易
分解的土壤碳库[30],与冷水浸提的有机质相比,能
够更好地指示土壤中易被降解的有机质组分[31-32] .
本研究结果显示,热水浸提的有机碳含量约为冷水
浸提量的 2 倍(表 2),与 Gregorich等[33]的研究结果
一致.并且热水浸提的有机碳与冷水浸提的有机碳、
微生物生物量碳之间均具有显著正相关关系(图
1).本研究结果验证了以下观点:在热水浸提过程
中,由于营养细胞遭到破坏,使得一部分微生物生物
量被释放出来[34-35] . Sparling 等[34]研究发现,矿质
土壤中用热水浸提的有机碳含有大约 43%的微生
物生物量碳.不同浸提方法得到的可溶性有机氮具
有显著差异[6,36] .其中,热水浸提的有机氮主要来自
于土壤微生物生物量、根系分泌物和溶菌产物中已
经降解的有机氮组分[7];KCl 溶液浸提的主要是从
土壤胶体和有机质物理吸附作用中释放的有机氮,
代表着可被吸收和可交换的有机氮组分[24] . Chen
和 Xu[37]研究表明,不同浸提方法得到的森林土壤
61 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 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 25 卷
有机氮含量变化范围为1 ~ 448 mg·kg-1,平均值为
35 mg·kg-1 .本研究中冷水、热水和 KCl 溶液浸提
的有机氮含量在此范围内,且与其他研究报道的森
林土壤可溶性有机氮含量变化范围一致[27,29] .本研
究中,热水浸提的有机碳和有机氮均与微生物生物
量碳之间具有显著正相关性(图 1),表明热水浸提
的有机质含量较高,能够为土壤微生物提供大量底
物,从而促进土壤微生物生物量和活性.可溶性有机
碳氮比值被认为能够指示微生物和植物对可溶性有
机质利用的倾向性[38] . 例如,具有较低碳氮比值的
可溶性有机化合物(如氨基酸、DNA)大部分被细菌
所利用[39] .一般来说,森林土壤中可溶性有机碳氮
比值的变化范围为 20 ~ 40[40] .而本研究中,冷水、热
水和 KCl溶液浸提的有机碳氮比值均低于这个水
平,但与澳大利亚亚热带森林土壤中用冷水和 KCl
溶液浸提的有机碳氮比值变化范围一致(分别为
5 ~ 30 和 5 ~ 24) [38] .
4摇 结摇 摇 论
在杉木林采伐迹地上营造阔叶树种后,显著提
高了土壤可溶性有机碳库,而树种组成改变对土壤
可溶性有机氮的影响局限在 0 ~ 10 cm土壤层.树种
之间土壤可溶性有机质的差异,主要与凋落物输入
的数量和质量以及微生物生物量和活性有关. 不同
方法浸提的可溶性有机碳和有机氮组分存在差异,
其中热水浸提的有机质影响土壤微生物生物量和活
性.可溶性有机质是土壤肥力的重要指标,研究结果
表明,在杉木林采伐迹地上营造阔叶林能够改善土
壤肥力.
致谢摇 野外试验得到福建省南平市峡阳国有林场的大力支
持和帮助.
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作者简介摇 万晓华,女,1986 年生,硕士研究生.主要从事森
林土壤碳循环研究. E鄄mail: xiaohuawan2012@ foxmail. com
责任编辑摇 李凤琴
81 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 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 25 卷