全 文 ：湿地松林分结构调整对土壤活性有机碳的影响*
谭桂霞1,2 摇 刘苑秋2**摇 李莲莲2 摇 刘摇 武2 摇 昝玉亭2 摇 霍炳南2 摇 何木姣2
( 1江西农业大学理学院, 南昌 330045; 2江西农业大学林学院, 南昌 330045)
摘摇 要摇 以 21 a湿地松纯林为对照,研究了间伐后补植阔叶树(间伐补阔,补植枫香)对不同
年限(3、6、9 a)湿地松林分和 21 a湿地松伊枫香混交林土壤活性有机碳的影响.结果表明:间
伐补阔后,6 和 9 a湿地松林分的土壤可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)和微生物生
物量碳(MBC)含量均比 21 a湿地松纯林显著增高;21 a湿地松伊枫香混交林的土壤各活性碳
组分含量显著高于 3、6、9 a湿地松林分,其 DOC、ROC和 MBC含量分别比 21 a湿地松纯林增
加 113. 1% 、53. 3%和 54. 6% .说明间伐补阔结构调整是改善人工湿地松纯林土壤生态功能
的有效措施.
关键词摇 土壤活性有机碳摇 湿地松人工林摇 林分结构调整
文章编号摇 1001-9332(2014)05-1307-06摇 中图分类号摇 S714. 6摇 文献标识码摇 A
Effects of stand structure regulation on soil labile organic carbon in Pinus elliottii plantation.
TAN Gui鄄xia1,2, LIU Yuan鄄qiu2, LI Lian鄄lian2, LIU Wu2, ZAN Yu鄄ting2, HUO Bing鄄nan2, HE
Mu鄄jiao2 ( 1College of Science, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China; 2College
of Forestry, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,
2014, 25(5): 1307-1312.
Abstract: Taking 21鄄year鄄old Pinus elliottii pure plantation as the control, effects of enrichment
planting with broadleaf trees (Liquidambar fornosana) after thinning the conifer trees (P. elliottii)
on soil labile organic carbon of different plantations, including 3鄄year鄄old, 6鄄year鄄old, 9鄄year鄄old
P. elliottii and 21鄄year鄄old P. elliottii-L. fornosana mixed plantations, were investigated. The re鄄
sults showed that the contents of soil dissolved organic carbon (DOC), readily oxidizable organic car鄄
bon (ROC), and microbial biomass carbon (MBC) significantly increased in the 6鄄year鄄old and 9鄄
year鄄old plantations compared with those in the 21鄄year鄄old P. elliottii pure plantation. Soil labile or鄄
ganic carbon contents in the 21鄄year鄄old P. elliottii-L. fornosana mixed plantation increased signifi鄄
cantly than those in 3鄄year鄄old, 6鄄year鄄old, 9鄄year鄄old stands, and the DOC, ROC and MBC contents
increased by 113. 1%, 53. 3% and 54. 6%, respectively, compared with those in the 21鄄year鄄old
P. elliottii pure plantation. The results suggested that replanting with broadleaf trees are an effective
measure to improve the soil ecological function in pure P. elliottii plantation.
Key words: soil labile organic carbon; Pinus elliottii plantation; stand structure regulation.
*中国科学院战略性先导科技专项(XDA05050205)和国家公益性
行业专项(200904015)资助.
**通讯作者. E鄄mail: liuyq404@ 163. com
2013鄄09鄄18 收稿,2014鄄02鄄20 接受.
摇 摇 森林土壤有机碳是陆地生态系统最大的有机碳
库之一,在全球碳循环中起着源、汇、库的作用[1] .
人工林的碳汇作用被认为是减缓全球变化的可能机
制和最具潜力的选择,并将成为减缓全球变化的核
心研究内容[2] . 与天然林相比,人工林生态系统稳
定性差,且受人为影响显著.人工林生态系统在森林
生态系统碳收支平衡中起重要作用[3],造林时选择
的林分类型和造林后的经营管理措施都在很大程度
上影响陆地生态系统碳汇功能,因此,其越来越受到
生态学者的广泛关注[4-6] .
土壤活性有机碳指土壤中移动快、稳定性差、易
氧化及矿化、且对植物和土壤微生物来说活性较高
的碳组分[7],常用可溶性碳和微生物生物量碳等来
表征,虽然其只占土壤全碳含量的较小部分,但它直
接参与土壤生物化学转化过程,是土壤微生物活动
能源和土壤养分的驱动力[8-9],且土壤碳库的变化
主要发生在活性碳库里[10] . 有研究表明,活性有机
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 5 月摇 第 25 卷摇 第 5 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, May 2014, 25(5): 1307-1312
碳对土壤有机碳的变化较非活性有机碳敏感得多,
对气候变化的响应更敏感[11] . 因此,活性有机碳已
成为预测土壤质量和有机质早期变化的重要指
标[12] .
湿地松(Pinus elliottii)原产于美国东南部,20
世纪 30 年代中国开始引种,目前已成为我国南方丘
陵区主要造林树种之一[13] .第八次森林资源清查数
据表明,江西省湿地松的造林面积达 51. 2伊104 hm2,
其不仅具有显著的经济效益,且生态效益也日益明
显.但不合理的林分结构及经营措施导致以湿地松
为主的人工林出现物种多样性低下、土壤退化等生
态问题[14],因此,在不同人工干扰模式下进行研究,
来揭示其对提升土壤质量、促进林木更新演替的影
响已成为当务之急.近几年,江西、安徽、广东、湖南、
湖北等省份的湿地松栽培区正在开展湿地松间伐、
补植阔叶树(间伐补阔)进行林地结构调整等森林
经营措施以提高森林质量[15] . 目前,关于湿地松林
分结构调整对固碳总量[16-18]等方面的研究较多,而
对土壤活性有机碳的影响等鲜有报道.为此,本文研
究湿地松人工纯林经间伐补阔后土壤活性有机碳的
变化,揭示湿地松人工林结构对土壤碳库的影响机
制,为湿地松人工的经营管理与固碳能力研究提供
科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于江西省中部的泰和县石山、螺溪、南
溪三乡结合部的狗丝茅岭(26毅44忆 N,115毅04忆 E).
该区属亚热带季风湿润性气候,年均温 18. 6 益,
逸10 益年积温 5921 益,年降水量 1726 mm,4—6 月
降水量占全年降水量的 49% .研究区内海拔最高为
131. 3 m,最低为 74. 7 m,为典型的红壤低丘岗地;
土壤为第四纪红粘土发育的红壤,pH 4. 9;地带性植
被类型是中亚热带常绿阔叶林.重建人工林前,长期
高强度割茅、挖蔸和常年的过牧已导致严重的水土
流失,研究区内遍布侵蚀沟,表层石砾含量较多[19] .
植被盖度<30% ,且分布不均,以狗尾草(Setaria viri鄄
dis)、野古草(Arunfinella hirta)、白茅( Imperata cylin鄄
drica var. major)、黄茅(Heteropogon contortus)为主.
1991 年,以绿化荒山、重建森林、恢复退化的生态系
统为目标,选择湿地松、马尾松(P. massoniana)、木
荷( Schima superba)、枫香( Liquidambar formosana)
等针阔叶树种重建森林.研究区面积 133. 3 hm2 .
1郾 2摇 研究方法
选取 1991 年营造的 21 a 湿地松纯林、21 a 湿
地松伊枫香混交林,以及分别于 2003 (补阔 9 a)、
2006(补阔 6 a)和 2009 年(补阔 3 a)对湿地松纯林
进行间伐补阔林分为研究对象. 其中,21 a湿地松伊
枫香混交林为行间混交,各补阔林分的补植方式均
为间伐后行间补植枫香.
2012 年 7 月,在 5 种林分类型中选择具有相近
坡向、坡位和坡度的代表性林分各设置 3 个 20 m 伊
20 m样地.在每块样地中按 S形选取 5 ~ 7 个点,分
0 ~ 10、10 ~ 20 和 20 ~ 40 cm 3 个土层取样,将相同
土层土样充分混匀作为 1 个样品.同时采用环刀法,
每土层取 3 个 100 cm3土样测定土壤容重.
将土壤样品过 2 mm 筛后分成两份,一份放置
于 3 ~ 4 益冰箱内供土壤可溶性有机碳(DOC)和土
壤微生物生物量碳(MBC)含量测定;另一份自然风
干后进行土壤总有机碳 ( TOC) 、易氧化有机碳
表 1摇 样地基本概况
Table 1摇 General condition of the sampling stands
林分
Stand
树种
Species
平均胸径
Mean DBH
(cm)
平均树高
Mean tree
height (m)
郁闭度
Crown
closure
覆被度
Cover degree
(% )
林分密度
Stand density
(plants·hm-2)
针阔混交比例
Ratio of conifer
and broadleaf trees
玉 湿地松 P. elliottii 15. 7依0. 4 9. 5依0. 3 42. 3依2. 7 38. 4依2. 6 975依27 -
域 湿地松 P. elliottii 5. 7依0. 6 8. 0依0. 3 34. 7依2. 5 35. 3依2. 5 1285依19 1 颐 2. 7
枫香 L. formosana 4. 2依0. 4 2. 4依0. 5
芋 湿地松 P. elliottii 10. 3依0. 5 5. 2依0. 2 60. 4依4. 4 52. 6依4. 4 1373依30 1 颐 0. 9
枫香 L. formosana 5. 8依0. 5 4. 54依0. 5
郁 湿地松 P. elliottii 18. 3依0. 5 10. 7依0. 3 72. 1依3. 6 70. 3依3. 2 1250依16 1 颐 0. 9
枫香 L. formosana 6. 6依0. 2 6. 1依0. 3
吁 湿地松 P. elliottii 11. 0依0. 5 6. 9依0. 2 91. 2依1. 5 78. 6依3. 1 1273依35 1 颐 0. 9
枫香 L. formosana 11. 5依0. 8 6. 8依0. 4
玉: 21 a湿地松纯林 21鄄year鄄old Pinus elliottii pure plantation; 域:补阔 3 a林分 3鄄year鄄old replanting stand; 芋:补阔 6 a林分 6鄄year鄄old replanting
stand; 郁:补阔 9 a林分 9鄄year鄄old replanting stand; 吁: 21 a湿地松伊枫香混交林 21鄄year鄄old P. elliottii-Liquidambar formosana mixed plantation.
下同 The same below.
8031 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
(ROC)、土壤 N、P、K含量及 pH 值的测定.其中,土
壤 DOC 含量测定采用 Bolan 等[20] 的方法,土壤
MBC采用氯仿熏蒸鄄K2SO4浸提法[21],滤液中有机碳
含量均用 TOC 仪(ELEMENTAR vario)测定. 土壤
ROC含量测定采用重铬酸钾在 130 ~ 140 益下外加
热的方法[22] .土壤 TOC 采用重铬酸钾鄄浓硫酸外加
热法,全氮采用半微量凯氏定氮法,全磷采用氢氧化
钠碱熔鄄钼锑抗比色法,全钾采用氢氧化钠碱熔鄄火
焰光度法,水解氮采用碱解扩散法,速效磷采用碳酸
氢钠浸提鄄钼锑抗比色法,速效钾采用醋酸氨浸提鄄
火焰光度法,pH值采用电位法[23] .
1郾 3摇 数据处理
利用 Excel 2003 和 SPSS 17. 0 软件对数据进行
统计分析.采用单因素方差分析(one鄄way ANOVA)
和 Tukey 法进行多重比较和差异显著性检验(琢 =
0郾 05).采用 Pearson 法进行相关性分析. 图表中数
据为平均值依标准差.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同林分土壤的基本理化性质
由表 2 可知,5 种湿地松人工林土壤 pH 值在
4. 40 ~ 4. 64,容重在 1. 34 ~ 1. 56 g·cm-3 . 21 a 湿地
松纯林、补阔 3、6、9 a林分及 21 a湿地松伊枫香混交
林 0 ~ 40 cm 土层 TOC 含量分别为 7. 82 ~ 19. 16、
7郾 79 ~ 18. 29、9. 58 ~ 19. 27、8. 93 ~ 20. 13 和 8. 60 ~
21. 31 g·kg-1 . 随着补阔年限的增加,土壤 TOC 含
量增加,21 a 湿地松伊枫香混交林土壤 TOC 含量高
于湿地松纯林.同一林分土壤 TOC 含量随土层加深
而减少. 5 种林分土壤全氮和碱解氮含量分别为
0郾 43 ~ 1. 11 g·kg-1和 42. 08 ~ 132. 53 mg·kg-1,其
中,21 a湿地松伊枫香混交林表层土壤全氮和碱解氮
含量最高;土壤全磷和有效磷含量为 0. 13 ~ 0郾 25
g·kg-1和 1. 45 ~ 3. 63 mg·kg-1,全钾和有效钾含量
为 9郾 91 ~14. 04 g·kg-1和33. 70 ~56. 09 mg·kg-1 .土
壤氮、磷、钾含量均呈明显的表层聚集性. 5 种林分
中,21 a湿地松伊枫香混交林的土壤养分含量最高.
2郾 2摇 林分结构调整对土壤 DOC含量的影响
由图 1 可知,5 种湿地松人工林土壤可溶性有
机碳(DOC)含量为 40. 74 ~ 125. 43 mg·kg-1 . 同一
土层土壤 DOC含量在不同林分间表现不同.在 0 ~
10 cm土层,补阔 3 a林分土壤 DOC 含量与 21 a 湿
地松纯林无显著差异,补阔 6、9 a 林分土壤 DOC 含
量比 21 a 湿地松纯林分别显著增加 61. 3% 和
82郾 3% ,21 a 湿地松伊枫香混交林土壤 DOC 含量为
21 a湿地松纯林的 1. 1 倍.在 10 ~ 20 和 20 ~ 40 cm
土层中,表现出相同特征,但 20 ~ 40 cm土层中 5 种
林分土壤 DOC 含量变异程度较小. 5 种林分土壤
DOC含量在垂直剖面上均表现为随土层加深而
减少.
2郾 3摇 林分结构调整对土壤 ROC含量的影响
5 种湿地松人工林土壤易氧化碳(ROC)含量明
显不同,为 5. 55 ~ 15. 78 g·kg-1 .在 0 ~ 10 cm土层,
表 2摇 样地土壤基本理化性质
Table 2摇 Soil physiochemical property in the sties
林分
Stand
土层
Soil layer
(cm)
总有机碳
Total organic C
(g·kg-1)
全氮
Total N
(g·kg-1)
全磷
Total P
(g·kg-1)
全钾
Total K
(g·kg-1)
碱解氮
Alkalystic N
(mg·kg-1)
有效磷
Available P
(mg·kg-1)
速效钾
Available K
(mg·kg-1)
容重
Bulk density
(g·cm-3)
pH
玉 0 ~ 10 19. 16依0. 86aBC 0. 94依0. 05aB 0. 25依0. 03aA 11. 54依1. 47aB 97. 37依12. 48aC 2. 01依0. 05aC 41. 36依0. 42aC 1. 34依0. 07bC 4. 40依0. 04bB
10 ~ 20 11. 64依0. 64bA 0. 71依0. 10bA 0. 24依0. 02aA 11. 01依1. 38aA 73. 97依9. 88bB 1. 70依0. 18abB 37. 27依0. 78bB 1. 43依0. 04abB 4. 48依0. 02abA
20 ~ 40 7. 82依1. 11cB 0. 52依0. 06bB 0. 23依0. 02aA 9. 91依0. 45aB 49. 16依8. 66cB 1. 49依0. 22bC 33. 70依2. 57bA 1. 47依0. 04aA 4. 59依0. 08aAB
域 0 ~ 10 18. 29依0. 50aC 0. 85依0. 06aB 0. 24依0. 04aA 13. 81依0. 11aA 96. 45依5. 76aC 2. 21依0. 22aC 45. 44依0. 39aBC 1. 37依0. 02bBC 4. 48依0. 10aA
10 ~ 20 8. 57依1. 17bB 0. 48依0. 06bC 0. 23依0. 01bA 12. 94依0. 60bA 52. 35依10. 98bC 1. 75依0. 16bB 38. 81依1. 06bB 1. 41依0. 02abB 4. 58依0. 05aA
20 ~ 40 7. 79依0. 35bB 0. 43依0. 07bC 0. 22依0. 03cA 12. 42依0. 26bA 42. 08依11. 35bC 1. 45依0. 03bC 34. 21依1. 99bA 1. 45依0. 45aA 4. 56依0. 03aB
芋 0 ~ 10 19. 27依1. 05aBC 1. 06依0. 12aA 0. 20依0. 04aA 13. 93依0. 32aA 110. 45依3. 39aB 3. 02依0. 25aB 47. 51依1. 53aBC 1. 51依0. 04aA 4. 61依0. 05aA
10 ~ 20 10. 25依0. 09bA 0. 69依0. 07bA 0. 16依0. 05aA 12. 15依0. 25bA 68. 21依10. 09bB 2. 05依0. 15bB 30. 32依6. 59bC 1. 53依0. 02aA 4. 64依0. 08aA
20 ~ 40 9. 58依0. 31bA 0. 56依0. 07bA 0. 15依0. 05aA 11. 70依0. 92bAB 50. 01依9. 25bB 1. 83依0. 09bB 21. 73依4. 40bB 1. 55依0. 03aA 4. 73依0. 07aA
郁 0 ~ 10 20. 13依0. 66aAB 1. 09依0. 05aA 0. 18依0. 04aA 12. 77依0. 58aAB 126. 87依7. 30aAB 2. 80依0. 24aB 52. 22依7. 19aB 1. 45依0. 04aAB 4. 34依0. 08aB
10 ~ 20 10. 46依0. 96bA 0. 65依0. 04bA 0. 17依0. 04aA 12. 49依0. 53abA 62. 00依7. 30bBC 2. 26依0. 39bAB 42. 27依7. 82bA 1. 45依0. 05aAB 4. 52依0. 09aA
20 ~ 40 8. 93依0. 46cAB 0. 49依0. 14cB 0. 17依0. 05aA 11. 53依0. 55bAB 58. 66依10. 70bA 1. 66依0. 09bBC 33. 96依8. 28cA 1. 56依0. 05aA 4. 60依0. 09aAB
吁 0 ~ 10 21. 31依0. 71aA 1. 11依0. 03aA 0. 17依0. 04aA 14. 04依1. 26aA 132. 53依5. 47aA 3. 63依0. 19aA 56. 09依5. 92aA 1. 40依0. 03aABC 4. 44依0. 04bB
10 ~ 20 10. 75依0. 60bA 0. 6依0. 08bAB 0. 15依0. 02aA 13. 17依0. 10abA 82. 76依4. 67bA 2. 85依0. 28bA 32. 85依5. 42bC 1. 45依0. 05aAB 4. 52依0. 04abA
20 ~ 40 8. 60依0. 72cAB 0. 48依0. 04cB 0. 13依0. 03aA 11. 43依0. 84bAB 62. 84依6. 70cA 2. 38依0. 09bA 25. 77依6. 11bB 1. 48依0. 04aA 4. 56依0. 04aB
不同小写字母表示同一林分不同土层间差异显著,不同大写字母表示同一土层不同林分间差异显著(P<0. 05) Different small letters indicated
significant difference among different soil layers in the same stand, and different capital letters indicated significant difference among different stands in the
same soil layer at 0. 05 level.
90315 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 谭桂霞等: 湿地松林分结构调整对土壤活性有机碳的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 1摇 不同林分不同土层土壤可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)和微生物生物量碳(MBC)含量
Fig. 1摇 Soil DOC, ROC and MBC contents in different soil layers in different stands.
玉:21 a湿地松纯林 21鄄year鄄old Pinus elliottii pure plantation; 域:补阔 3 a林分 3鄄year鄄old replanting stand; 芋:补阔 6 a林分 6鄄year鄄old replanting
stand; 郁:补阔 9 a林分9鄄year鄄old replanting stand;吁: 21 a湿地松伊枫香混交林21鄄year鄄old P. elliottii-Liquidambar formosana mixed plantation. 不
同大写字母表示同一林分不同土层间差异显著,不同小写字母表示同一土层不同林分间差异显著(P<0. 05) Different capital letters indicated
significant difference among different soil layers in the same stand, and different small letters indicated significant difference among different stands in the
same soil layer at 0. 05 level.
土壤 ROC 含量为 21 a 湿地松伊枫香混交林>补阔
9 a林>补阔 6 a林>补阔 3 a林抑21 a 湿地松纯林,
与土壤 DOC 含量的变化规律一致.其中,21 a 湿地
松伊枫香混交林土壤 ROC 含量分别为 21 a 湿地松
纯林的 1. 8 倍、补阔 3 a 林的 1. 8 倍、补阔 6 a 林的
1. 4 倍、补阔 9 a林的 1. 3 倍;补阔 9 a林分土壤 ROC
含量显著高于补阔 6、3 a及 21 a湿地松纯林. 10 ~20
和 20 ~40 cm土层土壤 ROC含量均以 21 a 湿地松伊
枫香混交林最高,21 a 湿地松纯林最低,5 种林分土
壤 ROC含量变异程度较小.在垂直剖面上,土壤 ROC
含量表现为随土层加深而减少(图 1).
2郾 4摇 林分结构调整对土壤 MBC含量的影响
由图 1 可知,5 种湿地松人工林土壤微生物生
物量碳(MBC)含量为 49. 54 ~ 137. 45 mg·kg-1 . 其
中,0 ~ 10 cm 土层为 80. 58 ~ 137. 45 mg·kg-1,
10 ~ 20、20 ~ 40 cm 土层分别为 63. 12 ~ 90. 04、
49郾 54 ~ 71. 33 mg·kg-1 .在同一土层中,5 种林分土
壤 MBC含量大小为:21 a 湿地松伊枫香混交林>补
阔 9 a林>补阔 6 a 林>补阔 3 a 林>21 a 湿地松纯
林.与 0 ~ 10 cm 土层相比,10 ~ 20 和 20 ~ 40 cm 土
层中 5 种林分土壤 MBC含量变异程度较小. 5 种湿
地松人工林土壤 MBC含量随土层加深而逐渐减少.
2郾 5摇 土壤各活性有机碳的相关关系
由表 3 可知,土壤 DOC、ROC、MBC和 TOC之间
呈显著正相关,这一方面说明土壤活性碳很大程度
上依赖于 TOC含量,另一方面也说明各活性碳之间
相互作用密切,虽然它们的表述和测定方法不同,但
各自从不同角度表征了土壤中活性较高部分碳的含
量.另外,也表明土壤 TOC 含量的变化制约着土壤
活性有机碳含量的变化.
表 3摇 土壤各活性有机碳之间的相关系数
Table 3摇 Correlation coefficients among different labile or鄄
ganic carbon (n=60)
DOC ROC MBC TOC
DOC 1 0. 832** 0. 858** 0. 725**
ROC 1 0. 730** 0. 934**
MBC 1 0. 640**
TOC 1
**P<0. 01.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 土壤活性有机碳对林分结构调整的响应
土壤有机碳主要来源于植被地上部分的凋落物
及其地下部分根的分泌物和细根周转产生的碎屑.
植被的物种组成、土地利用方式以及管理措施等都
会影响土壤有机碳的质量、数量和周转[24] . Guo
等[25]研究表明,杉木林和常绿阔叶林的土壤碳库存
在很大差异,改善杉木林的结构显著增加了土壤碳
储量.赖家明等[5]研究发现,马尾松低效林经过补
植构建混交林后,土壤有机碳及活性有机碳均显著
增加.本研究表明,湿地松伊枫香混交林的活性有机
碳含量显著高于湿地松纯林,且土壤活性有机碳含
量随补阔年限的增加而增加.
林分结构通过影响归还土壤凋落物的数量、质
量和分解速率进而改变与土壤有机碳、氮循环相关
的微生物过程[26] .活性有机碳含量差异与凋落物和
枯死细根归还量、质量有关. 同时,林分结构也影响
土壤养分和微生物群落结构,最终导致土壤 MBC 和
微生物效率的利用率发生变化[27] . 本研究表明,除
补阔 3 a林分外,其余各林分土壤活性碳库均显著
高于 21 a湿地松纯林,其中,21 a湿地松伊枫香混交
0131 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
林土壤各活性碳组分含量均为最高. 这是由于在补
阔初期(3 a),极少有新的枯枝落叶形成,而随补阔
年限的增加,阔叶树种的凋落物增加,凋落物及根系
输入到土壤中的有机碳随之增加,凋落物和细根是
土壤 DOC的主要来源[28],并且成熟结构的混交林
具有更有效的微生物作用,使得大部分的碳基体纳
入生物量,因此减少了单位生物量碳的呼吸损耗,形
成了相对的低代谢商[29] .与湿地松凋落物和细根相
比,枫香凋落物和细根 C / N小、初始氮含量高,微生
物较容易利用,自身分解较快[8],有利于土壤活性
有机碳含量的提高,这与本研究结果一致.
本研究中,林分结构调整对土壤 DOC、ROC、
MBC含量的影响程度有差异,不同有机碳组分对林
分结构的响应不同,林分结构调整对 0 ~ 40 cm土层
土壤 DOC含量影响显著,而对于 ROC、MBC 含量的
影响只在 0 ~ 10 cm 表土层显著. DOC 主要来自植
物的枯枝落叶、根系分泌物、土壤本身的有机质,以
及土壤动物及微生物新陈代谢的产物[30] . DOC在土
壤中移动较快,易分解矿化[31],且 DOC 含量受土壤
淋溶作用的影响,大量可溶性物质随土壤溶液的淋
溶从中层转移到下层[22] . ROC 是土壤中易被氧化,
对植物和微生物具有较高可利用性的化学活性组
分. ROC含量很大程度上取决于土壤 TOC 含量[32] .
本研究中,各种林分表层土壤 ROC 含量明显高于
中、下土层,且变异程度较中层和下层明显,下层土
壤 ROC 含量变化与中层较相似. 这是因为 ROC 的
主要来源是植物根系和根系脱落物[33],因此,随土
壤层次的加深,ROC 含量逐渐减少. ROC 含量的垂
直剖面变化,除与土壤 TOC 含量的垂直变化有关
外,还与下层土壤高含量的粘粒保护着有机碳从而
导致活性有机碳含量下降有关[34] . MBC 是土壤有
机碳中最活跃的生物活性组分,虽然所占比例较低,
但对土壤有机碳的动态过程具有重要影响[35] .本研
究中,不同林分对 MBC 含量的影响在 0 ~ 10 cm 土
层中差异显著,而在 10 ~ 20 和 20 ~ 40 cm土层变化
幅度小于 0 ~ 10 cm 土层,其原因主要是由于土壤
MBC含量决定于林地光照、通气状况特别是林木凋
落物与根系物质分解过程中诱导形成的微生物区
系.土壤上层的植物根系分布较多,光照充足,通气
性良好,这样的环境适宜微生物生长.土壤底层通气
性差,植物根系分布较少,不适合微生物生长,因此
土壤 10 ~ 20 和 20 ~ 40 cm土层土壤 MBC 含量较土
壤上层少,且变幅不如土壤上层大.综上,土壤 ROC
和 MBC对林分结构调整的响应并没有 DOC敏感.
3郾 2摇 土壤活性有机碳与总有机碳的相关性
土壤 TOC含量与 ROC、MBC、DOC 之间的相关
性均达到显著水平. 说明土壤活性有机碳含量在很
大程度上依赖于土壤 TOC.这与前人的研究结果[36]
一致.土壤 DOC含量与土壤 TOC 和 MBC 含量之间
具有显著正相关关系,表明土壤有机碳和 MBC均是
土壤 DOC的重要来源.而土壤 DOC 与土壤 MBC 含
量间的相关系数( r=0. 858, P<0. 01)大于其与土壤
有机碳含量间的相关系数( r = 0. 725, P<0郾 01),说
明土壤 DOC 含量受土壤 MBC 的影响比土壤 TOC
更大.这是由于土壤有机质虽然是土壤 DOC 的重要
来源,但土壤 DOC 的来源物质还包括植物凋落物、
微生物生物量、枯死根及根系分泌物,特别是枯枝落
叶层释放的 DOC 大部分是微生物代谢产物. 因此,
土壤 DOC含量受土壤 MBC的影响更大.
4摇 结摇 摇 论
间伐补阔结构调整可明显增加湿地松人工林土
壤活性有机碳含量,是改善湿地松纯林土壤生态功
能的一项重要措施,土壤 DOC、ROC、MBC 均可作为
土壤有机碳库变化的早期指示指标,但 DOC 对林分
结构调整的响应较 ROC、MBC 更敏感;补阔结构调
整主要对土壤表层活性有机碳含量的影响较大,而
且不同土层活性有机碳的改变程度不同;各活性碳
之间相互作用密切,它们虽然表述和测定方法不同,
但从各自不同角度表征了土壤中活性较高部分的碳
含量.
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作者简介摇 谭桂霞,女,1977年生,博士研究生,讲师. 主要从事
土壤化学与土壤碳循环研究. E鄄mail: 58273921@ qq. com
责任编辑摇 孙摇 菊
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