全 文 ：马尾松人工林林窗对土壤团聚体及
有机碳分布的影响*
宋小艳摇 张丹桔摇 张摇 健**摇 李建平摇 邓长春摇 邓摇 超
(四川农业大学林学院生态林业研究所, 成都 611130)
摘摇 要摇 以四川宜宾 39 年生马尾松人工林人工采伐形成的不同大小林窗为对象,研究林窗
对土壤团聚体的组成、有机碳及活性有机碳含量和储量的影响. 结果表明: 土壤团聚体组成
以>2 mm团聚体为主,其含量占团聚体总量的 51. 7% ~78. 7% . >5 mm土壤团聚体有机碳和
活性有机碳含量与土壤总有机碳和总活性有机碳含量相关性最高,且有机碳及活性有机碳含
量和储量均较高,是该地区土壤有机碳固定的特征团聚体.马尾松林窗形成后,土壤总有机碳
及各团聚体有机碳含量普遍降低,但 1225 m2林窗有机碳储量略高于林下;总活性有机碳含量
仅 225 和 400 m2林窗较马尾松林下高,总活性有机碳储量 225、400、900 和 1225 m2林窗较马
尾松林下高,其余面积林窗低于林下.这表明合适的林窗面积可以增加土壤有机碳及活性有
机碳积累.林窗大小显著影响到团聚体的组成、有机碳及活性有机碳含量和储量. 其中,1225
m2林窗土壤有机碳含量和储量均最高,活性有机碳储量也较高,且团聚体组成较好,是比较适
宜的林窗面积.
关键词摇 林窗摇 马尾松人工林摇 土壤团聚体摇 有机碳摇 活性有机碳
*“十二五冶国家科技支撑计划项目(2011BAC09B05)和国家自然科学基金项目(31370628,31300528)资助.
**通讯作者. E鄄mail: sicauzhangjian@ 163. com
2014鄄03鄄13 收稿,2014鄄08鄄22 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)11-3083-08摇 中图分类号摇 S317; X705摇 文献标识码摇 A
Effects of gaps on distribution of soil aggregates and organic carbon in Pinus massoniana
plantation. SONG Xiao鄄yan, ZHANG Dan鄄ju, ZHANG Jian, LI Jian鄄ping, DENG Chang鄄chun,
DENG Chao ( Institute of Ecology & Forestry, College of Forestry, Sichuan Agricultural University,
Chengdu 611130, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(11): 3083-3090.
Abstract: The effects of forest gap size on the distribution of soil aggregates, organic carbon and
labile organic carbon were investigated in a 39鄄year鄄old Pinus massoniana plantation in Yibin,
Sichuan Province. The results showed that the composition of soil aggregates was dominated by par鄄
ticles >2 mm, which accounted for 51. 7% -78. 7% of the whole soil samples under different sized
forest gaps and beneath P. massoniana plantation. Soil organic carbon content and labile organic
carbon content in >5 mm aggregates were significantly positively correlated with the soil organic car鄄
bon and labile organic carbon contents. Furthermore, the amounts of organic carbon and labile or鄄
ganic carbon storage >5 mm particles were higher than those in other size particles. Therefore, par鄄
ticles >5 mm of aggregates dominated the soil carbon pool. Compared with those P. massoniana
plantations, the contents of organic carbon in aggregates and total topsoil decreased during the for鄄
mation of forest gaps, whereas the soil organic carbon storage under 1225 m2gap was higher. In ad鄄
dition, the soil labile organic carbon content under 225 and 400 m2 gaps and the labile organic car鄄
bon storage under 225, 400, 900 and 1225 m2 gaps were higher than those the plantations, but
were lower than under the other gaps. It was suggested that an appropriate size of forest gap would
increase the accumulation of soil organic carbon and labile organic carbon content. The size of forest
gap had significant effects on the distribution of soil aggregates, organic carbon and labile organic
carbon. The soil sample under 1225 m2 gap had the highest organic carbon content and storage and
a better aggregate proportion, and the higher labile organic carbon storage. Therefore, it was sug鄄
gested that 1225 m2 gap might be an optimal logging gap size.
Key words: forest gap; P. massoniana plantation; soil aggregates; organic carbon; labile organic
carbon.
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 11 月摇 第 25 卷摇 第 11 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, Nov. 2014, 25(11): 3083-3090
摇 摇 土壤有机碳作为一种稳定而长效的碳源物质,
对土壤肥力保持起着重要作用,其质量(有机碳的
活性高低)和含量影响到土壤潜在的生产力[1] . 团
聚体是土壤结构的基本单元[2],也是土壤中物质和
能量循环发生的主要载体[3] . 土壤有机碳的质量和
含量与团聚体有密切联系. 土壤有机碳通过有机无
机胶结作用、粘粒的包裹作用、根系和真菌菌丝等的
缠绕作用以及有机物填充作用等参与团聚体的形
成,是团聚体形成的重要影响因素[4],形成团聚体
的有机碳活性高低对保持团聚体稳定性至关重
要[5] .同时,团聚体通过物理保护作用,将有机碳保
存在团聚体内部而使其免于微生物的分解[6],这可
能使活性有机碳被固定在团聚体内部而变成非活性
部分[7] .这是土壤有机碳固定的最重要机制[6,8] .因
此,研究土壤团聚体中有机碳特别是活性有机碳的
分布对于了解土壤结构和碳库动态十分必要.
林窗作为森林更新与环境改善的重要动力,对
于森林生态系统动态演替与生态功能优化具有重要
作用[9],通过林窗改造促进人工林土壤养分释放和
肥力恢复,是人工林生态恢复的重要途径[10] . 在森
林生产经营过程中,选择合适的林窗大小是林窗改
造的关键.然而目前,关于林窗大小对森林生态系统
功能的影响研究多关注林窗面积的变化对林窗内环
境、植被恢复与演替的影响[11-12],少部分研究开始
关注林窗面积的变化对有机质分解的影响[13-14],而
林窗大小对团聚体的分布、有机碳及活性有机碳的
影响研究还较少.林窗大小的改变深刻影响着有机
质分解[13-14],团聚体作为土壤有机质积累的重要途
径,势必会受到林窗大小的影响.长江上游低山丘陵
区马尾松人工林,由于长期采取单一树种纯林经营
模式,已出现地力衰退、森林生产力下降、物种多样
性锐减、生态功能下降等林业生态问题[15],大多成
为低效林,亟待对其进行改造和生态恢复研究. 因
此,本文以四川宜宾 39 年生马尾松人工林人工采伐
形成的不同大小林窗为对象,研究了不同大小林窗
下土壤团聚体的分布及其有机碳和活性有机碳含量
及储量,旨在认识林窗大小对土壤有机碳库的影响
以及土壤有机质的积累机制,从而为四川盆地低山
丘陵区两百多万公顷的马尾松人工林改造及可持续
经营提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于四川省宜宾市高县(28毅35忆45义—
28毅36忆19义 N,104毅33忆37义—104毅34忆22义 E),气候为中
亚热带湿润季风气候,雨量充沛,雨热同季,海拔
410 ~ 560 m,年均温 18. 1 益,年降水量 1022 mm,全
年日照时数 1148 h.试验地位于来复镇毛巅坳工区
经营小班,土壤为山地黄壤,成土母岩为黄色砂岩,
土壤发育完善,层次过渡明显. 选择 39 年生成熟马
尾松人工纯林为研究对象,林分密度为 1100
株·hm-2,郁闭度 0. 6 ~ 0. 8,林下灌草覆盖度 40% .
主要灌木有野桐(Mallotus tenuifolius)、梨叶悬钩子
(Rubus pirifolius)和铁仔(Myrsine africana)等;主要
草本有商陆(Phytolacca americana)、芒萁(Dicranop鄄
teris linearis)、芒(Miscanthus sinensis)、荩草(Arthrax鄄
on hispidus)、蕨(Pteridium aquilinum)和皱叶狗尾草
(Setaria plicata)等.
1郾 2摇 样地设置与样品采集
2011 年 10 月,选取海拔、坡向、坡度及土壤理
化性质相近,林分密度和郁闭度一致的 39 年生马尾
松人工林,将其采伐形成 100、225、400、625、900、
1225 和 1600 m2等 7 种面积不等的近正方形林窗,
每个面积设置 3 个林窗样地,各林窗间距>10 m,各
林窗基本概况见表 1 和表 2.同时,选择 3 个远离林
窗且面积>400 m2的马尾松纯林作为对照样地. 采
伐过程中,将林窗内乔木等残体移出,但未掘根,并
保留凋落物层. 待林窗采伐 2 年植被基本恢复后,
2013 年 8 月初进行采样.每个样地按照“品冶字形 3
点取样,去除凋落物层后采集 0 ~ 20 cm 表层原状
土,装入塑料盒中.
1郾 3摇 样品处理与测定
土样带回实验室后,将土壤剥成直径为 1 cm左
右的小土块,挑除可见的小石砾及动植物残体后风
干,混匀分为2份:1份(保持原样)进行团聚体分
表 1摇 马尾松人工林不同面积林窗样地基本概况
Table 1摇 General characteristics in different size forest gaps
of Pinus massoniana plantation
林窗面积
Gap area
(m2)
海拔
Altitude
(m)
坡度
Slope
(毅)
坡向
Aspect
相对光强
Relative light
intensity
(% )
月均温
Monthly average
temperature
(益)
100 423 25 西南 SW 87. 7 26. 0
225 438 26 东南 SE 93. 5 26. 4
400 408 24 东南 SE 94. 8 28. 2
625 424 24 东南 SE 95. 3 28. 4
900 441 22 南 S 95. 4 28. 7
1225 418 27 东南 SE 96. 3 29. 0
1600 430 26 东南 SE 98. 3 28. 7
CK 427 23 东南 SE 16. 3 25. 9
4803 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 2摇 马尾松不同面积林窗下土壤理化特征
Table 2摇 Soil physico鄄chemical characteristics in different size forest gaps of Pinus massoniana plantation
林窗面积
Gap area
(m2)
含水量
Water content
(% )
容重
Bulk density
(g·cm-3)
最大持水量
Maximum
moisture capacity
(g·kg-1)
pH 有机碳含量
Soil organic
carbon content
(g·kg-1)
活性有机碳
含量
Soil labile
carbon content
(g·kg-1)
表层有机碳
储量
Organic carbon
storage in
topsoil
(kg·m-2)
表层活性
有机碳储量
Labile carbon
storage in
topsoil
(kg·m-2)
100 22. 9依3. 9 1. 46依0. 06 324. 2依37. 2 3. 38依0. 05 18. 03依2. 95 3. 12依0. 13 520. 01依49. 70 89. 95依1. 82
225 21. 7依4. 0 1. 33依0. 08 396. 1依91. 9 3. 46依0. 08 19. 03依0. 96 4. 27依0. 23 544. 24依19. 99 121. 87依2. 17
400 20. 1依4. 0 1. 37依0. 11 367. 8依79. 0 3. 38依0. 08 19. 08依3. 16 4. 32依0. 29 490. 40依32. 56 112. 15依8. 04
625 21. 3依1. 2 1. 31依0. 11 375. 8依112. 7 3. 50依0. 25 16. 25依0. 90 2. 96依0. 18 485. 89依16. 90 88. 40依1. 18
900 24. 0依3. 5 1. 34依0. 17 381. 6依62. 1 3. 43依0. 07 18. 89依2. 43 3. 62依0. 10 552. 53依17. 94 106. 51依3. 53
1225 20. 1依4. 4 1. 36依0. 26 364. 4依66. 3 3. 47依0. 07 21. 45依0. 92 3. 96依0. 42 618. 99依12. 52 114. 44依7. 31
1600 21. 1依1. 7 1. 45依0. 04 311. 9依43. 9 3. 42依0. 07 17. 97依1. 11 3. 09依0. 12 549. 26依4. 83 94. 62依2. 40
CK 20. 1依2. 0 1. 26依0. 14 394. 7依56. 0 3. 40依0. 07 23. 60依3. 32 4. 01依0. 48 603. 83依86. 56 102. 13依11. 64
级,另 1 份研磨过 100 和 60 目尼龙筛,备用.土壤团
聚体分级采用干筛法[16],具体方法如下:把孔径分
别为 5、2、1、0. 5 和 0. 25 mm 的 5 个系列土筛和一
无孔的底盘由上至下套合,称一定量的风干土于最
上面的土筛中,加盖后放于振荡式筛分仪(功率 370
W),筛分 5 min 后取下,即把风干土壤分为 6 个粒
径组,即>5、5 ~ 2、2 ~ 1、1 ~ 0. 5、0. 5 ~ 0. 25 和<0. 25
mm.经筛分的各粒径团聚体分别称量,然后分别研
磨过 100 和 60 目尼龙筛,用于测定有机碳和活性有
机碳含量.土壤有机碳采用重铬酸钾氧化鄄外加热法
测定(LY / T 1237—1999);土壤活性有机碳采用 333
mmol·L-1高锰酸钾氧化法测定,具体步骤如下:称
取含 15 ~ 30 mg 碳的风干土壤样品于 50 mL离心管
中,加入 333 mmol·L-1高锰酸钾溶液 25 mL,密封
振荡 l h,4000 r·min-1离心 5 min,取少量上清液稀
释 250 倍,然后将稀释液于 565 nm 波长处比色,利
用 KMnO4消耗量计算活性有机碳含量[17-18] .
1郾 4摇 数据处理
采用 SPSS 17. 0 软件对数据进行统计分析,采
用 Origin 8 软件作图.采用单因素方差分析法(one鄄
way ANOVA)及 Tukey 多重比较法(琢 = 0. 05)分析
林窗大小对表层土壤团聚体有机碳及活性有机碳含
量和储量的影响. 采用配对样本 t 检验分析林窗与
对照表层土壤团聚体有机碳及活性有机碳含量和储
量的差异.采用线性回归分析团聚体有机碳和活性
有机碳与土壤总有机碳和活性有机碳之间的关系.
表层团聚体的有机碳储量 =该团聚体中有机碳含
量伊该级团聚体的含量伊容重伊表层土壤体积. 图表
中数据为平均值依标准误.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 林窗对土壤团聚体组成特征的影响
如图 1 所示,林窗和对照均以>2 mm 团聚体为
主,所占比例为 51. 7% ~ 78. 7% . 林窗大小对各粒
径团聚体(2 ~ 1 和<0. 25 mm除外)所占比例产生显
著影响.其中,400 和 625 m2林窗的>2 mm粒径团聚
体含量低于对照和其他林窗,而 1 ~ 0. 5 和 0. 5 ~
0郾 25 mm 团聚体含量明显升高,说明团聚体发生了
由大团聚体向小团聚体的转化.
2郾 2摇 林窗对表层土壤团聚体有机碳含量及储量的
影响
如图 2 所示,林窗和对照团聚体有机碳(Corg)
含量峰值均出现在>5 和 5 ~ 2 mm粒径.对照>5 mm
团聚体有机碳含量显著高于 100 和 625 m2林窗,2 ~
1 和 0. 5 ~ 0. 25 mm 团聚体有机碳含量显著高于所
有林窗,其余粒径团聚体有机碳含量在对照与林窗
之间无显著差异. 而林窗大小仅对0郾 5 ~ 0郾 25 mm
图 1摇 马尾松人工林不同面积林窗土壤团聚体组成
Fig. 1摇 Aggregate composition in forest gaps with different sizes
in Pinus massoniana plantation.
580311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 宋小艳等: 马尾松人工林林窗对土壤团聚体及有机碳分布的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
团聚体有机碳含量产生显著影响.随林窗面积增大,
不同团聚体有机碳含量与土壤总有机碳含量的变化
基本一致,均呈“M冶型分布,即 100 ~ 400 m2林窗升
高,在 625 m2林窗降低,625 ~ 1225 m2林窗升高,
1600 m2林窗又降低.
林窗和对照土壤团聚体有机碳储量峰值均在
>5 mm粒径处.林窗与对照样地有机碳储量之间的
差异以 400 m2林窗最为明显,当团聚体粒径>1 mm
时,其有机碳储量低于对照样地,当团聚体粒径
<1 mm时,高于对照样地. 林窗大小对表层团聚体
(2 ~ 1 mm除外)有机碳储量影响均显著.随林窗面
积增大,>5 和 5 ~ 2 mm 团聚体(较大粒径)有机碳
储量变化基本一致,100 ~ 400 m2下降,而后升高,
1225 ~1600 m2又下降;1 ~ 0. 5,0. 5 ~ 0. 25 和<0. 25
mm团聚体(较小粒径)有机碳储量变化相似,100 ~
400 m2林窗升高,而后下降,1600 m2林窗又有所上升.
2郾 3摇 林窗对表层团聚体活性有机碳含量及储量的
影响
如图 3 所示,林窗和对照样地土壤团聚体活性
有机碳(CL)含量峰值均在较小粒径(0. 5 ~ 0. 25 或
<0. 25 mm)处.所有林窗 1 ~ 0. 5 mm 团聚体活性有
机碳含量均显著低于对照样地;100 与 400 m2林窗<
1 mm 粒径团聚体活性有机碳含量均低于对照样
地;225、400、900 和 1225 m2林窗各粒径(1 ~ 0. 5 mm
除外)均显著高于对照或与对照无显著差异. 林窗
大小对各粒径团聚体活性有机碳含量均影响显著.
随林窗面积增大,团聚体活性有机碳含量(1 ~ 0. 5
mm除外)与土壤总活性有机碳含量均呈“M冶型分
布,即 100 ~ 225 m2林窗先升高,然后 225 ~ 625 m2
林窗降低,625 ~ 1225 m2林窗再升高,1600 m2林窗
又降低.
林窗和对照样地土壤团聚体活性有机碳储量峰
值均在>5 mm粒径处.林窗与对照样地土壤相比,400
m2林窗>5 mm 团聚体活性有机碳储量低于对照,其
余粒径均高于对照. 225与 1225 m2林窗>1 mm粒径显
著高于对照,而其<1 mm粒径较对照低.不同林窗大
小团聚体活性有机碳储量(2 ~1 mm除外)差异显著.
随林窗面积增大,>5 和 5 ~ 2 mm团聚体活性有机碳
储量呈基本一致的变化规律,以 400 m2林窗最低;1 ~
0. 5、0. 5 ~0. 25和<0. 25 mm团聚体活性有机碳储量
变化相似,100 ~ 400 m2林窗先升高,然后下降,但
<0. 25 mm在 1600 m2林窗又升高.
2郾 4摇 土壤总有机碳及总活性有机碳含量与各粒径
团聚体有机碳及活性有机碳含量的关系
由表 3 可知,随土壤总有机碳和总活性有机碳
含量增加,各粒径团聚体有机碳含量(1 ~ 0. 5 mm
除外)和活性有机碳含量均呈增加趋势,表现出一
定的正相关关系.其中,>5、5 ~ 2、0. 5 ~ 0. 25 和 2 ~ 1
mm粒径有机碳含量与总有机碳含量显著相关,>5、
0. 5 ~ 0. 25 和<0. 25 mm 粒径活性有机碳含量与总
活性有机碳含量显著相关;而 1 ~ 0. 5 和<0. 25 mm
粒径有机碳含量与总有机碳含量以及 5 ~ 2、2 ~ 1 和
图 2摇 马尾松人工林不同面积林窗表层土壤团聚体有机碳含量及储量
Fig. 2摇 Contents and storages of organic carbon of topsoil aggregates in forest gaps with different sizes in Pinus massoniana plantation.
不同小写字母表示处理间差异显著(P<0. 05)Different small letters indicated significant difference among different treatments at 0. 05 level.
6803 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
图 3摇 马尾松人工林不同面积林窗表层土壤团聚体活性有机碳含量及储量
Fig. 3摇 Contents and storages of labile organic carbon of topsoil aggregates in forest gaps with different sizes in Pinus massoniana plan鄄
tation.
表 3摇 土壤各粒径团聚体有机碳及活性有机碳含量与总有机碳及活性有机碳含量的相关系数
Table 3摇 Correlation coefficients between organic carbon and labile organic carbon contents in soil aggregates and soil total
organic carbon and labile organic carbon contents
粒径团聚体有机碳及活性有机碳
Organic carbon and labile organic carbon in soil aggregates
>5 mm 5 ~ 2 mm 2 ~ 1 mm 1 ~ 0. 5 mm 0. 5 ~ 0. 25 mm <0. 25 mm
土壤总有机碳
Soil total organic carbon
0. 909** 0. 702** 0. 577* -0. 167 0. 752* 0. 097
土壤总活性有机碳
Soil total labile organic carbon
0. 851** 0. 312 0. 074 0. 175 0. 785** 0. 465*
*P<0. 05; **P<0. 01.
1 ~ 0. 5 mm粒径活性有机碳含量与总活性有机碳含
量相关性均不显著.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 土壤团聚体、有机碳及活性有机碳含量的粒径
分布
土壤团聚体的形成是一个复杂的物理、化学、生
物学及生物化学过程,其详细的机理还不完全清楚.
本研究中,马尾松人工林对照样地与各林窗团聚体
的粒径分布存在不同规律,但均以>2 mm 大团聚体
为主,所占比例可达 51. 7% ~ 78. 7% ,表明>2 mm
大团聚体是该区域土壤团聚体存在的主要形式,这
与何淑勤和郑子成[19]的研究结果一致.不同粒径团
聚体不仅在总团聚体中所占比例不同,有机碳含量
和性质也存在差异,对于土壤结构和肥力的作用也
不同[20] .普遍认为,大团聚体是由有机质和微团聚
体胶结形成,有机碳含量较高[4,21-22] . 本研究中,土
壤团聚体有机碳含量均在>5 和 5 ~ 2 mm 粒径团聚
体中达到最大,与前人研究结果基本一致[4,21-22] .另
有研究表明,在贵州喀斯特山区以<0. 25 mm 粒径
团聚体有机碳含量最高[16,23-24] . 可见,不同地区土
壤母质、植被条件和生态环境的差异,导致了土壤团
聚体中有机碳分布不同.同时,对团聚体有机碳与总
有机碳关系的研究显示(表 3),>5、5 ~ 2 和 0. 5 ~
0郾 25 mm粒径团聚体有机碳含量与总有机碳含量显
著相关,表明土壤总有机碳的积累主要受到>5、5 ~
2 和 0. 5 ~ 0. 25 mm 团聚体中有机碳含量增加的影
响.由于 0. 5 ~ 0. 25 mm团聚体所占比例较低,因而
>5 和 5 ~ 2 mm粒径团聚体是马尾松林下和各林窗
土壤有机碳的主要载体,对土壤总有机碳含量积累
起重要作用.
本研究中,>5 和 5 ~ 2 mm 粒径团聚体活性有
机碳含量不高,说明活性有机碳含量与有机碳含量
780311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 宋小艳等: 马尾松人工林林窗对土壤团聚体及有机碳分布的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
在粒径的分布上存在差异. 土壤活性碳是土壤有机
碳中最易被分解的部分[25],但团聚体内部的活性碳
由于受团聚体的物理保护而隔离了微生物的分解,
使不同粒径团聚体中活性碳含量与有机碳含量存在
差异,同时,也使活性碳可能由碳源转变为碳汇[7],
对土壤碳汇功能产生重要影响.本研究表明,马尾松
林窗与对照样地 0. 5 ~ 0. 25 和<0. 25 mm 团聚体活
性碳含量最高. 有研究发现,云雾山草原区土壤以
0. 5 ~ 0. 25 mm 水稳性团聚体活性有机碳含量最
高[7],喀斯特山区土壤则以<0. 25 mm 团聚体活性
有机碳含量最高[16,23];这说明较小团聚体粒径中活
性碳含量较高,符合有机碳输入优先向小粒径团聚
体累积的层级理论[26] .同时,有研究表明,易分解有
机质在分子或团聚体水平上被结合在土壤团聚体内
部则会使其分解受阻而变成非活性部分[1] . 由于较
大团聚体对易分解有机质的物理保护作用更强,较
多活性部分变成了非活性部分,可能造成较大团聚
体活性碳含量较低.可见,该地区马尾松林土壤较小
团聚体(<0. 5 mm)具有一定的碳汇效应.同时,>5、
0. 5 ~ 0. 25 和<0. 25 mm 粒径团聚体有机碳含量与
总有机碳含量显著相关(表 3),表明土壤总活性碳
的积累主要依赖于>5、0. 5 ~ 0. 25 和<0. 25 mm粒径
团聚体有机碳含量的增加.但<0. 5 mm 团聚体占总
团聚体比例较低,活性碳储量不高,仅 400 和 625 m2
林窗<0. 5 mm 团聚体活性碳储量占总活性碳储量
的比例分别达 38. 1%和 25. 1% ,其余林窗<20% .因
此,>5 mm团聚体是活性碳积累的主要载体,不仅
活性碳含量与总活性碳关系最为密切,活性碳储
量占总活性碳储量的比例也最高,达到 33. 1% ~
59郾 7% .
3郾 2摇 马尾松林窗与对照土壤团聚体的分布、有机碳
和活性有机碳差异
土壤团聚体状况是土壤肥力的中心调节器,在
很大程度上影响土壤通气性和抗蚀性,任何土壤的
退化首先表现出土壤团粒结构的消失[27] .林窗的形
成使土壤团聚体的分配状况改变,其中,400 和 625
m2林窗土壤大团聚体向小团聚体转化,>2 mm 团聚
体含量显著低于林下,说明 400 和 625 m2林窗土壤
团聚作用减弱,土壤结构表现出一定程度的退化.这
可能是由于 400 和 625 m2林窗土壤有机碳含量和储
量均较低(表 2),有机碳趋于分解,使形成大团聚体
的胶结物质减少,土壤团聚作用减弱.土壤有机碳含
量是团聚体形成的重要影响因素[4] .廖洪凯等[23]研
究表明,有机碳含量高的土壤,>2 mm 团聚体含量
相应较高.同时,植物根系和菌丝的缠绕作用也可能
影响大团聚体的稳定性[28] .
马尾松林窗与对照有机物输入输出的差异,导
致土壤物理性状和微生物活性不同,使土壤团聚体
的分配状况发生改变,同时也改变了各粒径团聚体
有机碳和活性碳含量及储量[29] . 林窗形成后,植被
由以乔木为主变为以灌草为主,通过植被归还土壤
的有机碳减少,同时林窗内较好的光照和温度条件
使微生物对土壤有机质的分解作用增强,使林窗内
总有机碳含量减少,从而使各粒径团聚体有机碳含
量减少[23],其>5、2 ~ 1 和 0. 5 ~ 0. 25 mm 土壤团聚
体与林下差异显著,说明林窗形成对土壤大团聚体
(>0. 25 mm)有机碳含量的影响较大. 大团聚体是
土壤结构稳定的基础[30],同时也是有机碳存储的主
要部分,本研究中占到总有机碳储量的 88. 2% ~
96. 0% ,该部分团聚体的周转与土壤有机碳的存储
密切相关[29],保护和维持这部分团聚体的稳定性和
比例对土壤肥力的可持续性具有重要意义[31] .本研
究表明,林窗形成使大团聚体有机碳储量及总有机
碳储量普遍降低,但 1225 m2林窗却略高于对照.这
说明林窗的形成,加强了土壤有机碳的矿化,且主要
表现在大团聚体有机碳储量的流失,而合适的林窗
大小由于光照、温度和水分条件更为适宜,植被生长
更好,可以在一定程度上避免有机碳流失. 同时,林
窗的形成也影响活性碳含量和储量,但是这与林窗
面积密切相关,总活性有机碳含量在 225 和 400 m2
林窗较对照样地高,其余面积林窗低于对照;总活性
有机碳储量在 225、400、900 和 1225 m2林窗较对照
样地高,其余面积林窗低于对照,而这种差异主要体
现在>5 和 0. 5 ~ 0. 25 和<0. 25 mm粒径团聚体活性
碳上(表 3).
3郾 3摇 不同林窗大小对团聚体的分布、有机碳和活性
有机碳的影响
林窗大小是林窗的重要特征,本研究表明,林窗
大小显著影响土壤团聚体分布、有机碳及活性有机
碳含量及储量.林窗大小通过改变光照、温度、水分
及植被组成[11-12],使土壤有机碳质量和含量不同,
而土壤有机碳质量和含量是团聚体形成的重要影响
因素,因而林窗大小影响土壤团聚体组成. 同时,林
窗大小还影响团聚体中有机碳和活性有机碳含量.
各粒径团聚体有机碳和活性有机碳含量与土壤总有
机碳和总活性有机碳含量类似,随林窗面积增大呈
“M冶型分布,这表明土壤总有机碳和总活性有机碳
含量在一定程度上决定了各粒径团聚体有机碳和活
8803 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
性有机碳的含量[23] . 本研究中,不同面积林窗土壤
总有机碳含量差异不显著. 虽然不同面积林窗
0. 5 ~ 0郾 25 mm粒径团聚体有机碳含量差异显著,但
该粒径团聚体(400 和 625 m2林窗除外)含量最低,
为<3% ,对土壤总有机碳储量影响甚微. 而>2 mm
团聚体有机碳储量超过总有机碳储量的 80% (400
和 625 m2林窗除外),是土壤有机碳的主要载体.林
窗大小对>2 mm 团聚体有机碳储量和总有机碳储
量影响显著,表现为大林窗(900 ~ 1600 m2)高于中
小林窗(100 ~ 625 m2). 这表明大林窗更有利于有
机碳的积累,且有机碳的积累主要体现在>2 mm 粒
径团聚体储量的增加.同时,土壤活性碳是有机碳中
的重要部分,两者密切相关[1],林窗大小显著影响
到各粒径团聚体活性碳含量及储量. 随林窗面积增
大,土壤总活性碳含量与各粒径团聚体活性碳含量
均呈较为一致的“M冶型波动[23],其中,225 和 400
m2林窗优势较为明显,且高于马尾松林下. 但 400
m2林窗土壤团聚体趋于向小粒径团聚体转化,表现
出一定程度的土壤退化,且贮藏在小团聚体内不易
被利用的活性有机碳比例较大,总活性有机碳储量
也低于 225 和 1225 m2林窗,因此,不是一个理想的
林窗面积.结合总有机碳储量来看,225 m2林窗土壤
总有机碳储量较低,不如较大林窗,也不是最优林窗
面积.因此,有机碳含量和储量均最高的 1225 m2林
窗,活性碳储量仅低于 625 m2林窗,且团聚体组成
较好,是比较适宜的林窗面积.但生态过程是一个长
期而缓慢的过程,本研究中林窗的形成时间仅 2 年,
目前的效应仅是初期响应,其相关的林窗效应可能
尚不明显,林窗大小对土壤结构和有机碳库的影响
有待继续研究.
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作者简介摇 宋小艳,女,1990 年生,硕士研究生.主要从事森
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责任编辑摇 孙摇 菊
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