全 文 ：山核桃林集约经营过程中土壤有机碳
和微生物功能多样性的变化*
吴家森1,2 摇 钱进芳3 摇 童志鹏4 摇 黄坚钦2 摇 赵科理1**
( 1浙江农林大学浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室, 浙江临安 311300; 2浙江农林大学亚热带森林培育国家
重点实验室培育基地, 浙江临安 311300; 3淳安县林业局, 浙江淳安 311700; 4临安市林业局, 浙江临安 311300)
摘摇 要摇 研究集约经营时间为 5、10、15、20 a山核桃林的土壤有机碳和微生物功能多样性的
演变规律.结果表明: 天然混交林改造为山核桃纯林并经强度经营后,林地土壤有机碳
(TOC)、微生物生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WSOC)含量显著下降,但有机碳库的稳定性
增强.与天然山核桃鄄阔叶混交林(0 a)相比,经过 5 a的强度经营,TOC、MBC、WSOC含量分别
下降 28. 4% 、34. 1%和 53. 3% ,20 a后分别下降 38. 6% 、48. 9%和 64. 1% ,土壤有机碳组分中
的芳香碳、酚基碳和羰基碳比例提高,芳香度提高了 23. 0% .山核桃的强度经营降低了土壤微
生物功能多样性,0、5 a与 10、15、20 a土壤微生物活性的平均颜色变化率(AWCD)值差异显
著,Shannon指数(H)和均匀度指数(E)在 0、5 a 与 15、20 a 间差异显著. 林地土壤 TOC、
WSOC、MBC、AWCD、H和 E等 6 个指标两两之间均显著相关.
关键词摇 土壤有机碳摇 微生物生物量碳摇 水溶性有机碳摇 微生物功能多样性摇 山核桃
文章编号摇 1001-9332(2014)09-2486-07摇 中图分类号摇 S714. 8摇 文献标识码摇 A
Changes in soil organic carbon and soil microbial functional diversity of Carya cathayensis
plantations under intensive managements. WU Jia鄄sen1,2, QIAN Jin鄄fang3, TONG Zhi鄄peng4,
HUANG Jian鄄qin2, ZHAO Ke鄄li1 ( 1Zhejiang Province Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest
Ecosystems and Carbon Sequestration, Zhejiang A&F University, Lin爷an 311300, Zhejiang, China;
2Nurturing Station for the State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang A&F University,
Lin爷an 311300, Zhejiang, China; 3Chun爷an Forestry Bureau, Chun爷an 311700, Zhejiang, Chi鄄
na; 4Lin爷an Forestry Bureau, Lin爷an 311300, Zhejiang, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25
(9): 2486-2492.
Abstract: The change characteristics of soil organic carbon and microbial function diversity in Chi鄄
nese hickory Carya cathayensis stands with different intensive鄄management durations (5, 10, 15
and 20 years) were studied. The results showed that soil total organic carbon (TOC), microbial
biomass carbon (MBC), water鄄soluble organic carbon (WSOC) decreased significantly, while the
stability of soil C pool increased significantly after the conversion from evergreen and deciduous
broadleaf forest to intensively鄄managed forest ( IMF). TOC, MBC and WSOC in the hickory forest
soil decreased by 28. 4% , 34. 1% and 53. 3% with 5鄄year intensive management, and by 38. 6% ,
48. 9% and 64. 1% with 20鄄year intensive management, respectively. The proportions of carboxyl
C, phenolic C and aromatic C in the hickory forest soil all increased significantly, and the aromati鄄
city of soil organic C increased by 23. 0% . Soil microbial functional diversity decreased greatly af鄄
ter intensive management of Chinese hickory forest. Significant differences in average well color
development (AWCD) were found between the 0鄄 and 5鄄year treatments and the 10鄄, 15鄄 and 20鄄
year treatments. The microbial diversity indexes (H) and evenness indexes (E) in the 0鄄 and 5鄄
year treatments were much greater than in the 10鄄 and 20鄄year treatments. Correlation analysis
showed that there were significant correlations among soil TOC, WSOC, MBC, AWCD, H and E.
Key words: soil organic carbon; microbial biomass carbon; water soluble organic carbon; microbial
functional diversity; Carya cathayensis.
*浙江省重点科技创新团队林业碳汇与计量和果品产业创新团队项目(2010R50030,2009R50033)资助.
**通讯作者. E鄄mail: kelizhao@ zafu. edu. cn
2013鄄12鄄30 收稿,2014鄄06鄄24 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 9 月摇 第 25 卷摇 第 9 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, Sep. 2014, 25(9): 2486-2492
摇 摇 土壤有机碳及其动态平衡是影响土壤中养分的
储存与供应、土壤结构的稳定性、土壤持水力以及土
壤生物生长的主要因子,是评价土壤肥力和土地持
续利用的主要指标之一,其数量和分布反映了地表
植物群落的空间分布、时间上的演替和人为干
扰[1] .土壤活性有机碳是土壤中活性较高、易分解
矿化的部分有机碳. 它们在维持土地生产力和反映
土壤碳储量变化方面具有重要作用,且对区域微环
境变化的响应比土壤有机碳更为敏感[2] . 土壤微生
物作为土壤物质循环和生化过程的主要参与者与调
节者,是陆地生态系统中最活跃的组分之一.它在植
物凋落物的归还、养分循环、土壤理化性质的改善中
起着十分重要的作用,能敏感地反映土壤生态系统
发生的微小变化[3] .
土地利用变化及人为经营是影响土壤有机碳库
及微生物多样性的主要因素之一. 天然灌木林改造
为板栗林后,土壤有机碳、水溶性有机碳和微生物生
物量碳显著下降,有机碳库的稳定性增强[4],土壤
微生物群落功能多样性呈下降趋势[5];而退化板栗
林改造为茶园和毛竹林后,土壤微生物功能多性样
上升[6] .雷竹的长期集约经营导致林地土壤碳库贮
量显著增加,而碳库的稳定性和微生物活性却显著
下降[7] .随着毛竹林集约经营历史的延长,土壤总
有机碳、微生物生物量碳、水溶性碳含量均明显下
降[8] .亚热带丘陵红壤区森林重建 19 a 后,林地土
壤有机碳含量显著增加,微生物结构更趋合理[9] .
在温带森林次生演替过程中土壤微生物多样性发生
了变化[10] .显然,不同的生物气候条件下,土地利用
方式变化及人为干扰对土壤有机碳和微生物多样性
的影响是有差异的.
山核桃(Carya cathayensis)是我国特有的高档
干果和木本油料树种,主要分布在浙皖交界的天目
山系[11] .目前,已对山核桃肥水管理、病虫害防治和
密度调控等进行了系统的研究,形成了一整套高产
栽培技术,净利润可达 4. 5 万元·hm-2[12] . 但在经
济利益的驱动下,大量的山核桃鄄阔叶混交天然林被
改造为山核桃纯林,森林生态系统发生了逆向演替.
同时,经营过程中集约化程度越来越高,去除林下灌
木、杂草,大量施用化肥、农药和除草剂,造成林地土
壤有机碳含量明显低于相同区域的常绿次生阔叶
林[13] .本文在山核桃主产区,通过空间代替时间的
方法,比较不同集约经营时间山核桃地土壤有机碳
及微生物功能多样性的差异,以期为山核桃林土壤
修复及林地土壤科学管理提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于浙江省临安市昌化镇(30毅03忆02义
N,119毅08忆54义 E). 该区属亚热带季风气候区,年均
温 16. 4 益,极端最高气温 41. 7 益,极端最低气温
-13. 3 益,年均有效积温 5774 益,年均降水量 1628
mm,年日照时数 1774 h,无霜期 235 d. 土壤为发育
于板岩的岩性土[14] . 试验林分位于海拔 200 ~ 260
m,坡度 20毅左右,山核桃经营的主要措施有:每年 5
月、9月上旬各施复合肥(N 颐 P2O5 颐 K2O=15 颐 15 颐
15) 600 kg·hm-2,由于长期施用除草剂,林下无灌
木生长,仅有少量的草本植物.
1郾 2摇 试验设计
2012 年 4 月,根据临安市森林资源经营档案,
在昌化镇石坎村面积为 42、45、48 hm2的 3 个小流
域,不同流域相距 2 km 左右,分别选择经营 5、10、
15、20 a山核桃纯林各 1 块,同时在样地周围选择山
核桃鄄阔叶混交林作为对照(0 a),每一个小流域作
为一个区组,同一区组中不同经营历史样地的坡向、
坡度和土壤类型相同,面积 1 hm2 .样地林分的基本
特征见表 1.
1郾 3摇 测定项目及方法
土壤总有机碳含量采用重铬酸钾鄄硫酸外加热
法测定[15] .参考 Jones 和 Willett[16]的方法测定水溶
性有机碳含量.微生物生物量碳的测定采用氯仿熏
蒸浸提法[17] .
表 1摇 样地林分基本特征
Table 1摇 Basic characteristics of plots
经营时间
Management
period (a)
林分密度
Stand density
( trees·hm-2)
平均胸径
Average DBH
(cm)
平均树高
Average height
(m)
郁闭度
Canopy density
(% )
林层结构
Canopy structure
乔木树种
Main tree species
0 1350 10. 0 8. 0 80 乔+灌+草 枫香、木荷、青冈、苦槠、山核桃
5 450 6. 0 5. 0 30 乔+草 山核桃
10 450 8. 0 6. 0 50 乔+草 山核桃
15 450 10. 0 7. 0 70 乔+草 山核桃
20 435 12. 0 8. 0 80 乔+草 山核桃
78429 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴家森等: 山核桃林集约经营过程中土壤有机碳和微生物功能多样性的变化摇 摇 摇 摇
摇 摇 土壤氢氟酸(HF)预处理参考 Mathers 等[18]的
方法进行,将经 HF 溶液预处理的土壤样品用核磁
共振波谱仪测定(AVANCE II 300 MH,布鲁克公
司).测试参数:光谱频率为 75. 5 MHz,旋转频率为
5000 Hz,接触时间为 2 ms,循环延迟时间为 2. 5 s.
采用 Biolog Eco检测法,参照文献[19]进行数
据处理.土壤微生物代谢活性采用每孔颜色平均变
化率表示,并计算土壤微生物对碳源利用的 Shan鄄
non多样性指数(H)和均匀度指数(E).
1郾 4摇 数据处理
采用 SPSS 13. 0 软件进行数据处理. 采用单因
素方差分析(one鄄way ANOVA)和新复极差法(SSR)
比较不同数据组间的差异(琢=0. 05).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 山核桃林地土壤有机碳库的变化
由表 2 可知,天然混交林改造为山核桃纯林初
期,林地土壤总有机碳(TOC)含量迅速下降,与天然
混交林(0 a)相比,山核桃在初始经营阶段(前 5
a),TOC含量下降了 28. 4% ,集约经营 20 a后,土壤
TOC含量降低了 38. 6% .
林地土壤活性有机碳与土壤总有机碳的变化规
律相似.从天然林(0 a)转变为山核桃纯林 5 a 后,
土壤微生物生物量碳 ( MBC)、水溶性有机碳
(WSOC)分别下降 34. 1%和 53. 3% ,且差异达显著
水平.随着经营时间的延长,山核桃林地土壤活性有
机碳含量呈下降趋势,集约经营 20 a后,土壤 MBC、
WSOC含量分别下降 48. 9%和 64. 1% .但不同经营
时间之间差异不显著.
天然林转变为山核桃人工林 5 a 后,MBC / TOC
由 0. 8%下降为 0. 7% ,WSOC / TOC 则由 0. 9%下降
为 0. 6% ,差异达显著水平;随着经营时间的延长,
山核桃林地土壤活性有机碳含量占总有碳的比例继
续下降,但不同经营时间之间差异不显著.
2郾 2摇 山核桃林地土壤有机碳结构的变化
天然混交林转变为山核桃林纯林及集约经营过
程中降低了土壤有机碳含量,也改变了土壤有机碳的
结构.由图 1可知,不同经营历史林地土壤有机碳的
固态13C核磁共振波谱可划分为 7 个共振区:烷基碳
(0 ~45 ppm)、N鄄烷氧碳(45 ~ 60 ppm)、烷氧碳(60 ~
90 ppm)、缩醛碳(90 ~ 110 ppm)、芳香碳(110 ~145
ppm)、酚基碳(145 ~ 165 ppm)和羰基碳 165 ~ 210
ppm).对核磁共振谱峰曲线进行区域积分,可以获得
土壤有机碳中各种含碳组分的百分比(表 3).
天然林转变为山核桃纯林初期(5 a),林地土壤
N鄄烷氧碳的比例下降 9. 4% ,而缩醛碳、酚基碳和羰
基碳的比例增加了 15. 1% 、10. 7% 、8. 1% ;人工纯
林化经营 20 a后,与天然混交林相比,土壤 N鄄烷氧
碳的比例继续下降,降低了 25. 1%,而芳香碳、酚基
碳和羰基碳比例继续上升,分别增加17. 9% 、27郾 7%
表 2摇 山核桃林地土壤有机碳含量
Table 2摇 Soil organic carbon content of Carya cathayensis stands
经营时间
Management
period(a)
总有机碳
TOC
(g·kg-1)
微生物生物量碳
MBC
(mg·kg-1)
水溶性有机碳
WSOC
(mg·kg-1)
MBC / TOC
(% )
WSOC / TOC
(% )
0 28. 16依1. 91a 225. 84依23. 75a 251. 80依24. 25a 0. 8依0. 1a 0. 9依0. 1a
5 20. 17依2. 01b 148. 83依13. 23b 117. 62依12. 31b 0. 7依0. 1ab 0. 6依0. 1b
10 19. 39依3. 01b 134. 75依14. 42b 107. 77依12. 42b 0. 6依0. 0b 0. 6依0. 1b
15 18. 15依0. 91b 123. 73依13. 25b 96. 52依10. 35b 0. 6依0. 0b 0. 5依0. 1b
20 17. 28依2. 34b 115. 39依12. 37b 90. 39依11. 87b 0. 6依0. 0b 0. 5依0. 0b
TOC: Total organic carbon; MBC: Microbial biomass carbon; WSOC: Water鄄soluble organic carbon. 同列不同字母表示差异显著(P<0. 05) Different
letters in the same column meant significant difference at 0. 05 level. 下同 The same below.
表 3摇 山核桃林地土壤含碳组分在13C NMR谱中的信号强度分布
Table 3摇 Signal intensity distribution of different carbon fractions in the 13C NMR spectra of Carya cathayensis stands
经营时间
Management
period
(a)
烷基碳
Alkyl C
(% )
N鄄烷氧碳
N鄄alkyl C
(% )
烷氧碳
O鄄alkyl C
(% )
缩醛碳
Acetal C
(% )
芳香碳
Aromatic C
(% )
酚基碳
Phenolic C
(% )
羰基碳
Carboxyl C
(% )
烷基 C /烷氧 C
Alkyl C /
O鄄alkyl C
疏水 C /亲水 C
Hydrophilic C /
hydrophobic C
脂族 C /芳香
Caliphatic C /
aromatic C
芳香度
Aromaticity
(% )
0 22. 8a 16. 0a 25. 7a 11. 1a 13. 1b 5. 4b 6. 9b 0. 55b 0. 69b 2. 99a 19. 6b
5 21. 2a 14. 5b 24. 7a 12. 8a 13. 3b 5. 9b 7. 5b 0. 54b 0. 68b 2. 74a 20. 8b
10 23. 1a 13. 9b 24. 1a 11. 6a 12. 5bc 6. 2ab 8. 7a 0. 61a 0. 72ab 2. 65ab 20. 5b
15 23. 3a 13. 9b 24. 4a 10. 6a 14. 7ab 6. 0ab 7. 1b 0. 61a 0. 79a 2. 59ab 22. 3ab
20 22. 9a 12. 0b 23. 8a 11. 4a 15. 4a 6. 8a 7. 7b 0. 64a 0. 82a 2. 35b 24. 1a
8842 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
图 1摇 山核桃林地土壤总有机碳的核磁共振图谱
Fig. 1摇 13 C NMR spectra of soil total organic carbon of Carya
cathayensis stands.
A: 羰基碳 Carboxyl C; B:酚基碳 Phenolic C; C:芳香碳 Aromatic C;
D: 缩醛碳 Acetal C; E: 烷氧碳 O鄄alkyl C; F: N鄄烷氧碳 N鄄alkyl C;
G: 烷基碳 Alkyl C.
和 10. 5% ,其他碳组分的比例则变化不大.
2郾 3摇 山核桃林地土壤微生物碳源利用的差异
Biolog 盘中每孔的平均吸光值(AWCD)是反映
土壤微生物群落功能多样性的一个重要指标[20] .由
图 2 可知,随着培养时间的延长,不同年龄山核桃处
理的 AWCD值呈抛物线模式,土壤微生物活性随时
间的延长而提高.在 24 h内不同处理土壤的 AWCD
值无明显变化,而后快速上升,至 144 h 达较高值
后,变化趋于平缓,168 h 时,AWCD值基本稳定.整个
培养过程中,不同经营时间山核桃林地土壤
AWCD的变化均表现为0 a>5 a>15 a抑20 a>10 a,
图 2摇 山核桃林地土壤微生物的 AWCD平均颜色变化率
Fig. 2 摇 Average well鄄color development ( AWCD) of soil mi鄄
crobes of Carya cathayensis stands.
192 h 的 AWCD 平均值分别为 1. 36、1. 30、1郾 13、
1郾 09、0. 98,经多重比较,经营时间 0 a与 5 a土壤的
AWCD 值差异不显著,而与 10、15、20 a 土壤的
AWCD值差异显著.
摇 摇 利用培养 192 h 后的 AWCD 值,对不同经营时
间山核桃土壤微生物利用单一碳源特性进行主成分
分析(PCA).由图 3 可知,在 PC1 轴上,经营时间为
0、5 a 山核桃主要分布在正方向,主成分值分别为
2 ~ 5、 0 ~ 2;10、15、20 a山核桃主要分布在负方向,
主成分值分别为-1 ~ -2、-2 ~ -4、-3 ~ -6. 在 PC2
轴上,0、20 a山核桃分布在正方向,主成分值分别为
0 ~ 3、1 ~ 4;5、10、15 a 山核桃分布在负方向上,5 a
和 10、15 a 在 PC2 轴上的主成分值分别为 0 ~ -2、
0 ~ -4.说明不同经营时间山核桃林地土壤微生物
对碳源利用的差异较大,山核桃的集约经营改变了
土壤微生物利用碳源的模式.
2郾 4摇 山核桃林地土壤微生物多样性指数
不同经营时间山核桃林地土壤微生物对碳源利
用的多样性指数存在一定差异(表 4). 土壤微生物
对碳源利用的 Shannon多样性指数(H)和均匀度指
数(E)均随着经营时间的延长而降低,以经营时间
1 0 a为界线,林地土壤微生物对碳源利用的多样性
图 3摇 山核桃林地土壤微生物碳源利用率的主成分分析
Fig. 3摇 PCA analysis of carbon sources by soil microorganisms
of Carya cathayensis stands.
表 4摇 山核桃林地土壤微生物功能多样性指数
Table 4摇 Indices of microbial function diversity in the soils
of Carya cathayensis stands
经营时间
Management
period (a)
Shannon指数
H
均匀度指数
E
0 3. 61依0. 06a 0. 97依0. 00a
5 3. 59依0. 09a 0. 97依0. 01a
10 3. 34依0. 09ab 0. 97依0. 01ab
15 3. 03依0. 02bc 0. 94依0. 00bc
20 3. 02依0. 07bc 0. 94依0. 00bc
98429 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴家森等: 山核桃林集约经营过程中土壤有机碳和微生物功能多样性的变化摇 摇 摇 摇
表 5摇 林地土壤不同形态有机碳与微生物功能多样性的相关系数
Table 5摇 Correlation coefficients among soil microbial functional diversity and nutrients of Carya cathayensis
微生物生物量碳
MBC
水溶性有机碳
WSOC
平均颜色变化率
AWCD
均匀度指数
E
Shannon指数
H
有机碳 TOC 0. 67** 0. 63** 0. 55** 0. 39* 0. 42*
微生物生物量碳 WBC 0. 79** 0. 49* 0. 36* 0. 34*
水溶性有机碳 WSOC 0. 36* 0. 42* 0. 59**
平均颜色变化率 AWCD 0. 80** 0. 92**
均匀度指数 E 0. 88**
*P<0. 05; **P<0. 01.
指数均表现为 0、5 a 与 15、20 a 间的差异性达显著
水平.
2郾 5摇 山核桃林地土壤有机碳与微生物多样性的相
关性
土壤有机碳能反映土壤微生物养分代谢状况,
土壤有机碳转化所需能量的 90%以上来自微生物
的分解,是表征土壤微生物功能的特征指标.土壤有
机碳也是影响土壤微生物生物学性质的主要因
素[21] .天然混交林改造成为山核桃纯林后,凋落物
的种类和数量减少,造成了林地土壤有机碳、水溶性
有机碳、微生物生物量碳含量下降,不利于微生物的
生长与繁殖,从而降低了土壤微生物功能多样性.山
核桃林地土壤 TOC、WSOC、MBC和微生物对碳源利
用的 E、H、AWCD值等 6 个指标中两两之间的相关
性均达到显著水平(表 5).可见,土壤不同形态有机
碳与微生物对碳源利用的多样性之间具有极好的相
关性.汪景宽等[22]研究指出,不同肥力棕壤 WSOC、
TOC、MBC 两两之间的相关性达到显著水平;而安
韶山等[23]研究表明,9 种典型植物土壤 AWCD、微
生物对碳源利用的 Shannon多样性指数和均匀度指
数两两之间均呈显著正相关.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 土地利用变化及人为经营对山核桃林土壤有
机碳库的影响
土地利用变化及人类的干扰活动是影响土壤碳
过程的重要因素之一,对土壤有机碳的含量、组成和
结构都会产生显著影响[24-25] .尤其是在土地利用方
式改变初期( <10 a),土壤有机碳含量的变化最为
显著,常绿阔叶林改造成板栗人工林 10 a 后,林地
土壤总有机碳含量下降了 45. 5% ,微生物生物量碳
和水溶性有机碳也表现出相同的变化规律[26] .本研
究表明,天然次生阔叶林改造为山核桃纯林 5 a 后,
林地土壤有机碳、微生物生物量碳和水溶性有机碳
的含量显著下降,分别降低了 28. 4% 、34. 1% 和
53郾 3% .后期山核桃纯林化经营,林地土壤有机碳含
量缓慢下降,与 0 a 相比,经过 20 a 年的人工经营,
土壤有机碳、微生物生物量碳和水溶性有机碳的含
量下降 38. 6% 、48. 9%和 64. 1% . 天然阔叶林由于
没有受到人为干扰,土壤植被覆盖度高,郁闭度达
80% ,每年植被枯落物全部回归土壤,土壤表层枯落
物、腐殖质含量高,因而有机碳含量高. 而山核桃纯
林受到人为干扰,灌木层和草本层缺失,有机质输入
明显减少.本研究中,天然混交林枯落物现存量达
4. 76 t·hm-2,而不同经营时间山核桃纯林(5 ~ 20
a)仅为 2. 16 ~ 2. 94 t·hm-2 .同时,山核桃林相结构
的改变,土壤温度高,有机质分解速度快;并且山核
桃纯林水土流失严重,造成林地土壤有机碳大量流
失,从而导致土壤有机碳含量明显下降. 陈世权
等[27]研究表明,阔叶林转变为山核桃纯林 10 a 后,
土壤有机碳含量下降 38. 7% .
烷基 C0 ~ 45 ppm /烷氧 C45 ~ 110 ppm比值可作为有机
碳分解程度的指标[28];疏水 C /亲水 C = (C0 ~ 45 ppm +
C110 ~ 165 ppm) / (C45 ~ 110 ppm+C165 ~ 210 ppm),其比值越大则
土壤有机碳稳定性越高[29];脂族 C0 ~ 110 ppm /芳香
C110 ~ 165 ppm值越高,表明腐殖物质中芳香核结构越
少,脂肪族侧链越多,缩合程度越低,分子结构越简
单.芳香度(C110 ~ 165 ppm / C0 ~ 165 ppm伊100% ),其值越大,
表明芳香核结构越多,分子结构越复杂.与天然混交
林(0 a)相比,经过 20 a 的强度经营,林地土壤有机
碳结构发生了改变,土壤有机碳中烷基 C /烷氧 C、疏
水 C /亲水 C的比值分别提高了 16郾 4%和 18郾 8% ,说
明土壤中难分解有机碳的比例相对增加.脂族 C /芳
香 C 的比值下降了 21郾 4% ,而芳香度则提高了
23郾 0% ,进一步说明了土壤中有机碳分子结构变得
复杂,腐殖物质中芳香核结构越多、脂肪族侧链越
少、缩合程度越高,分子结构越复杂,即随着山核桃
集约经营时间的延长,林地土壤有机碳库的稳定性
增强.天然阔叶林改造成山核桃纯林并经过长期集
约经营后,土壤中的一部分活性有机碳组分转化为
0942 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
难降解的碳库组分或者转化成 CO2而损失,与上述
研究中 TOC、WSOC 和 MBC 均显著减少相一致. 商
素云等[4]研究也表明,天然灌木林改造板栗林并长
期集约经营后,土壤碳库的稳定性显著增加.
3郾 2摇 土地利用变化及人工经营对山核桃林土壤微
生物功能多样性的影响
天然混交林改造为山核桃纯林及后期的强度人
为经营,降低了土壤微生物生态功能多样性. 0、5 a
与 10、15、20 a 土壤的 AWCD 值达显著性差异,
Shannon 指数和均匀度指数则表现为 0、5 a与 15、20
a间差异显著. 导致这种差异的原因主要是地上植
物种类组成,植物残体、根的生物量、根系分泌物的
改变[30] .天然林改造为山核桃纯林及人为的强度经
营,改变了土壤微生物利用碳源的模式,经营时间为
0、5 a的山核桃林地与 10 a 以上林地之间存在着显
著性差异.这与落叶松(Larix gmelinii)人工林[31]和
小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛[32]微生物
功能多样性随着林龄的增加而逐渐提高的研究结果
相反.造成这种差异的原因主要是山核桃人工林特
殊的经营方式,如大量除草剂的施用、林下灌木杂草
层的缺乏,使得林地凋落物归还量减少,从而引起土
壤微生物功能多样性的改变.
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作者简介摇 吴家森,男,1972 年生,教授级高级工程师.主要
从事森林土壤与环境科学研究. E鄄mail: jswu@ zafu. edu. cn
责任编辑摇 孙摇 菊
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