全 文 ：杉木人工林土壤活性有机质变化特征 3
王清奎1 ,2 　汪思龙1 3 3 　高　洪1 　于小军1
(1 中国科学院沈阳应用生态研究所会同森林生态实验站 ,沈阳 110016 ;2 中国科学院研究生院 ,北京 100039)
【摘要】　在中国科学院会同森林生态实验站对第一代、第二代杉木林和地带性阔叶林土壤活性有机质主
要组分进行了研究. 结果表明 ,土壤活性有机质各组分含量均为杉木林低于阔叶林 ,而第二代杉木林又低
于第一代杉木. 第一代杉木林活性有机质总量、微生物生物量碳、水溶性有机碳和碳水化合物含量分别为
18. 79 g·kg - 1 、421. 7 mg·kg - 1 、252. 2 mg·kg - 1和 136. 3 mg·kg - 1 ,上述活性有机质组分在第二代杉木林中
的含量分别是第一代杉木林的 73. 6 %、87. 9 %、66. 3 %和 53. 2 % ,地带性阔叶林则分别为 22. 31 g·kg - 1 、
800. 5 mg·kg - 1 、361. 1 mg·kg - 1和 220. 1 mg·kg - 1 . 相关性分析结果表明 ,土壤活性有机质各组分之间具
有不同程度的相关性 ,其中土壤微生物生物量碳与其它活性有机质组分的相关性相对较高.
关键词 　杉木人工林 　土壤活性有机质 　微生物生物量碳 　水溶性有机碳 　水溶性碳水化合物
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 07 - 1270 - 05 　中图分类号 　S714. 2 　文献标识码 　A
Dynamics of soil active organic matter in Chinese f ir plantations. WAN G Qingkui1 ,2 , WAN G Silong1 , GAO
Hong1 , YU Xiaojun1 (1 Huitong Ex perimental S tation of Forest Ecology , Institute of A pplied Ecology , Chinese
Academy of Sciences , S henyang 110016 , China ; 2 Graduate School of Chinese Academy of Sciences , Beijing
100039 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (7) :1270～1274.
Soil active organic matter is the main source of soil nutrients ,and plays an important role in the formation and
stabilization of soil aggregate. Chinese fir ( Cunninghamia lanceolata) is the most important fast2growing timber
tree species in southern China ,but its continuous plantation has caused soil deterioration. The study on the active
fractions of soil organic matter under the first and second generation plantations of Chinese fir and the native
broad2leaved forest at Huitong Experimental Station of Forest Ecology ,Chinese Academy of Sciences ,in Hunan
Province showed that their contents were higher under native broad2leaved forest than under Chinese fir planta2
tions ,and higher under the first than under the second generation plantation. The content of soil active organic
carbon (SAOC) ,microbial biomass carbon (MBC) ,water2soluble organic carbon (WSOC) and water2soluble car2
bohydrate (WSC) was 18. 79 g·kg - 1 ,421. 7 mg·kg - 1 ,252. 2 mg·kg - 1 and 136. 3 mg·kg - 1 under the first
generation plantation of Chinese fir ,and 22. 31 g·kg - 1 ,800. 5 mg·kg - 1 ,361. 1 mg·kg - 1 and 220. 1 mg·kg - 1
under the native broad2leaved forest ,respectively. The corresponding values under the second generation planta2
tion of Chinese fir were 73. 6 % ,87. 9 % ,66. 3 % and 53. 2 % of those under the first generation plantation of
Chinese fir. The results also indicated that there existed some extent correlations among the active fractions of soil
organic matter ,and higher correlations between soil microbial biomass carbon and other active fractions of soil or2
ganic matter.
Key words 　Chinese fir plantation , Soil active organic matter , Microbial biomass C , Water2soluble organic C ,
Water2soluble carbohydrate. 3 中国科学院知识创新工程重要方向项目 ( KZCX32SW2418) 和国家
自然科学基金资助项目 (30270268) .3 3 通讯联系人.
2004 - 09 - 01 收稿 ,2005 - 01 - 07 接受.
1 　引 　　言
土壤有机质 ( Soil organic matter , SOM) 是土壤
的重要组成部分 ,是土壤养分 (如 N、S、P) 的贮存库
和土壤微生物活动的能量来源 ,对土壤结构的形成
和稳定具有重要作用. 但是 ,有机质总量在短时间内
的变化很微小 ,难以察觉 ,这主要是因为土壤在漫长
的发育过程中积累了大量有机质 ,但其空间变异性
较大 ,这在森林土壤中表现得更为明显[4 ] . 土壤活
性有机质 (Active soil organic matter ,ASOM) 是指在
土壤中周转速度相对较快的那部分有机质 ,在土壤
养分短期周转、为微生物提供能量等方面发挥着重
要作用[26 ] ,主要包括微生物生物量碳 ( Microbial
biomass carbon ,MBC) 、易氧化有机质、水溶性有机
碳 (Water2soluble organic C ,WSOC) 、水溶性碳水化
合物 ( Water2soluble carbohydrate , WSC) 等. 许多研
究者[2 ,15 ,21 ,31 ]发现活性有机质对土壤有机碳的变
化较非活性有机质敏感得多 ,与土壤性质的关系也
比总有机质密切. 因此 ,活性有机质作为土壤潜在生
产力和由土壤管理措施变化所引起的土壤有机质变
化的早期预测指标[5 ,12 ] . 杉木 ( Cunni ngham ia
应 用 生 态 学 报 　2005 年 7 月 　第 16 卷 　第 7 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J ul. 2005 ,16 (7)∶1270～1274
lanceolata)是我国南方主要造林树种 ,存在连栽林
地生产力下降问题. 目前有许多学者已进行了大量
研究 , 但主要集中在杉木人工林凋落物及其分
解[6 ,18 ,19 ] 、土壤有机质含量[27 ,30 ,34 ] 、腐殖质组成和
性质[7 ,33 ]等方面 ,而有关杉木人工林土壤活性有机
质及其组分间相互关系的研究报道很少. 本文通过
对第一代、第二代杉木纯林和地带性阔叶林土壤活
性有机质组分及其关系的研究来揭示杉木人工林土
壤有机质组分的变化特征 ,为提高杉木人工林土壤
质量、生产力以及指导杉木人工林经营提供科学依
据.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地概况
所有试验均在中国科学院会同森林生态实验站 (110°
08′E ,27°09′N) 进行 ,该实验站海拔介于 200～500 m 之间 ,
为低山丘陵地貌类型 ,气候属亚热带湿润气候 ,年均温度
16. 5 ℃,年均降雨量约 1 200 mm ,年平均相对湿度 80 %. 土
壤为山地红壤 ,主要由板岩和页岩发育而成. 地带性植被为
典型的亚热带常绿阔叶林 ,以栲 ( Castanopsis) 、石栎 ( L itho2
carpus)等为主. 3 种林分林地基本概况见表 1.
表 1 　林地基本概况及其土壤基本理化性质
Table 1 General situation of different forest stands and soil physico2
chemistry properties
林地
Forest stand
林龄
Age
(yr)
海拔
Elevation
(m)
坡向
Aspect
有机碳
SOC
(g·kg - 1)
全氮
Total N
(g·kg - 1)
碳/ 氮
C∶N
pH
( H2O)
第二代杉木林 SG 21 521 北 N 24. 69 1. 58 15. 61 4. 73
第一代杉木林 FG 21 521 东北 NE 37. 80 1. 97 19. 20 4. 43
常绿阔叶林 NB 41 391 东北 NE 39. 20 2. 66 14. 73 4. 66
NB :地带性常绿阔叶林 Native broad2leaved forest ; FG:第一代杉木林 First generation planta2
tion of Chinese fir ; SG:第二代杉木林 Second generation plantation of Chinese fir ; SSG:比重 Soil
special gravity. 下同 The same below.
212 　研究方法
试验中所用土壤均为表层土壤 (0～ 10 cm) ,分别于
2004 年 3 月采自第一代、第二代杉木人工林和地带性常绿
阔叶林. 具体采样方法为 :每一林地选择 3 个具有代表性的
样地 ,样地面积为 10 m ×10 m ,在每块样地内随机选取 10
个点 ,去除地表凋落物层 ,然后用直径为 4. 5 cm 的取土钻进
行采样 ,并组成一个混合土样 ,去掉土壤中可见植物根系和
残体. 将土样分为两部分 ,一部分新鲜土样过 2 mm 筛后放
置于冰箱中 (3～4 ℃)供测定土壤微生物生物量和水溶性有
机碳 ,另一部分土壤风干后过 2 mm 和 0. 5 mm 筛 ,供测定土
壤活性有机质总量、水溶性碳水化合物等. 土壤活性有机质
采用重铬酸钾氧化2稀释热法 [21 ] ,土壤微生物生物量碳采用
氯仿熏蒸浸提法[28 ] ,水溶性有机碳采用水浸提法[17 ] ,其中
溶液中的有机碳采用德国产的 Elementar High TOC Ⅱ+ N
有机碳分析仪测定 ,水溶性碳水化合物采用热水浸提、蒽酮
比色法[9 ,32 ] . 土壤有机碳采用 Elementar High TOC Ⅱ+ N 有
机碳分析仪测定 ,土壤基本理化性质采用常规方法测定.
3 　结果与讨论
311 　土壤活性有机质
活性有机质是土壤中有效性较高、易被土壤微
生物分解利用、对植物养分供应有最直接作用的那
部分有机质 ,其含量的高低明显影响植物对土壤养
分的吸收利用. 由图 1 可知 ,杉木人工林土壤活性有
机碳含量低于地带性阔叶林 ,且第二代杉木纯林低
于第一代杉木纯林. 第一代和第二代杉木纯林土壤
活性有机碳含量分别是地带性阔叶林的 84. 2 %和
61. 9 % ;而第二代杉木纯林土壤活性有机碳含量比
第一代杉木纯林低 26. 4 %. 经差异显著性分析可
知 ,第一代杉木纯林与阔叶林之间土壤活性有机质
含量的差异性没有达到显著水平 ( P > 0. 05) ,而第
二代杉木纯林与阔叶林和第一代杉木纯林之间活性
有机质含量的差异性达到了显著水平. 土壤活性有
机碳占土壤有机碳的百分比例也是杉木林低于阔叶
林 ,但第一代杉木林低于第二代杉木林 (表 2) . 汪思
龙等[30 ]研究发现 ,杉阔混交林有机质和活性有机质
含量高于杉木纯林 . 土壤活性有机质是微生物和动
图 1 　不同林地土壤活性有机碳的含量
Fig. 1 Content of active soil organic carbon ( ASOC) under different
forests.
注 :不同字母表示差异显著水平 ( P < 0. 05) Different letters on the
tops of the bars means significant difference at P < 0105. NB :地带性常
绿阔叶林 Native broad2leaved forest ; FG:第一代杉木林 First genera2
tion plantation of Chinese fir ; SG: 第二代杉木林 Second generation
plantation of Chinese fir . 下同 The same below.
表 2 　土壤活性有机质各组分含量占土壤有机碳的百分比例
Table 2 Active fractions of soil organic carbon as percentage of soil or2
ganic carbon ( SOC) ( %)
林 地
Forest stand
活性有机碳
/ 有机碳
ASOC/ SOC
微生物生物量
碳/ 有机碳
MBC/ SOC
水溶性有机
碳/ 有机碳
WSOC/ SOC
水溶性碳水化
合物/ 有机质
WSC/ SOM
常绿阔叶林 NB 56. 92 2. 04 0. 92 0. 33
第一代杉木林 FG 49. 71 1. 12 0. 67 0. 21
第二代杉木林 SG 55. 96 1. 50 0. 68 0. 17
17217 期 　　　　　　　　　　　　　　王清奎等 :杉木人工林土壤活性有机质变化特征 　　　　　　　　　　　
物活动的一个重要能量来源 ,其含量的高低能反映
土壤微生物和动物的相对含量. 土壤活性有机质的
变化一方面是由于地上覆盖植被类型不同造成的 ,
另一方面也有经营管理措施不当的缘故[8 ] . 营造杉
木林时的炼山活动不仅会破坏土壤理化性质 ,也使
大量有机质以气体 (如 CO2) 、固体颗粒等形式损失
掉. Blair 等[3 ]认为 ,对于农林可持续发展系统来说 ,
土壤碳库容量是一个很重要的因子 ,其变化主要发
生在易氧化碳库存量.
312 　土壤微生物生物量碳
微生物生物量是土壤有机质中最活跃的和最易
变化的部分 ,是土壤中易被植物利用的养分库及有
机物分解和 N 矿化的动力 ,与土壤中的 C、N、P、S
等养分循环密切相关. 土壤微生物生物量碳含量在
第一代、第二代杉木纯林和地带性阔叶林中差别很
大 ,范围为 365. 4～840. 6 mg·kg - 1 ,其中杉木纯林
明显低于地带性阔叶林 ,且差异性达到了显著水平
(图 2) . 第一代、第二代杉木纯林土壤微生物生物量
碳含量分别为 421. 7 和 379. 9 mg·kg - 1 ,仅为地带
性阔叶林的 52. 7 %和 46. 3 % ;而第二代杉木纯林土
壤微生物生物量碳是第一代杉木纯林的 88 %. 土壤
微生物生物量碳占有机碳 (Cmic/ Corg) 比例在同一地
区可以作为反映因土壤管理措施变化而造成有机质
变化的一个指标[11 ] ,能预测土壤有机质长期变化或
监测土地退化及恢复. 在第一代、第二代杉木纯林和
地带性阔叶林中 ,土壤微生物生物量碳占有机碳
(Cmic/ Corg) 比例分别为 1. 12 %、1. 50 %和 2. 04 %
(表 2) . 一般认为 ,微生物生物量碳占土壤总有机质
的1 %～3 %[16 ] ,与此研究结果一致 . 不同林地土壤
图 2 　不同林地土壤微生物生物量碳的含量
Fig. 2 Content of soil microbial biomass carbon ( MBC) under different
forests.
微生物生物量碳含量的差异是由土壤 C/ N 比、p H
等因素造成的. 因为这些因素均影响土壤微生物的
生命活动. 从表 1 可知 ,第一代、第二代杉木纯林和
地带性阔叶林土壤 p H 差别不明显. 同时 ,杉木纯林
土壤的 C/ N 比高于地带性阔叶林 ,这可能会造成土
壤中微生物可利用的氮素不足 ,影响土壤微生物的
生命活动. 此外 ,植被覆盖类型、管理措施等因素也
影响土壤微生物生物量碳的含量以及占土壤有机碳
的比例. 还有研究结果显示 ,土壤微生物生物量碳和
Cmic/ Corg比与土粘粒、粉粒含量呈正相关 ,与砂粒含
量呈负相关[29 ] .
313 　水溶性有机碳和碳水化合物
水溶性有机碳是土壤活性有机质的一部分 ,容
易被土壤微生物分解 ,在提供土壤养分方面起着重
要的作用[22 ] . 由图 3 可知 ,在 3 种林地中土壤水溶
性有机碳含量与土壤微生物生物量碳的变化一致 ,
即第二代杉木纯林 < 第一代杉木纯林 < 阔叶林. 第
一代、第二代杉木纯林分别为 252. 2 和 167. 1 mg·
kg - 1 ,分别是阔叶林的 69. 8 %和 46. 3 %. 土壤水溶
性有机碳占土壤有机碳的百分含量在 0. 67 %～
0192 % ,其中第一代和第二代杉木纯林差别很小 ,分
别为 0. 67 %和 0. 68 % , 而阔叶林最高 , 达到了
0192 % ,与文献中报道的土壤中水溶性有机碳占土
壤有机碳的比例范围为 0. 08 %～0. 95 %的结果是
一致的[23 ] . 土壤水溶性有机碳在土壤中的含量受土
壤 p H、土壤吸附性能等因素影响. 李淑芬等[20 ]研究
了森林水溶性有机碳与土壤因子的关系 ,结果显示
土壤中的水溶性有机碳含量与土壤 p H 值之间呈极
显著线性负相关 ( r = - 0. 523 3 3 ) ,此研究结果也显
示水溶性有机碳含量与土壤 p H 具有负相关性 ,但
相关程度很弱 ( r = - 0. 14 , n = 9) ,没有达到显著水
平. 3 种林地之间土壤水溶性有机碳含量的差异性
也均达到了显著水平. 由于在水中可溶 ,水溶性有机
碳对森林土壤生态系统中元素的生物地球化学循环
以及铝和重金属等元素的毒性和迁移都有深刻的影
响. 同时它的淋失是土壤有机碳损失的重要途径 ,水
溶性有机碳作为资源质量的一个指标已被广泛应
用 ,对研究碳循环与环境有重要意义.
　　碳水化合物是土壤中最重要、最易降解的有机
成分之一 ,其对气候变化、耕作、生物处理等外界影
响的敏感程度远远高于有机质总量[10 ] . 由图 3 可以
看出 ,不同林地土壤水溶性碳水化合物含量差别也
比较大 ,其差异性均达到了显著水平. 第二代杉木纯
林土壤中水溶性碳水化合物含量最低 ,为 72. 6 mg·
2721　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
kg - 1 ,分别为阔叶林 (136. 3 mg·kg - 1) 和第一代杉
木纯林 (220. 1 mg·kg - 1) 的 33. 96 %和 53. 24 %. 土
壤水溶性碳水化合物占土壤有机质的百分比例在
0. 17 %～0. 33 %之间 ,低于 Haynes 等[13 ]的研究结
果. 碳水化合物是土壤团聚体形成的重要胶结剂 ,
Angers 等[1 ]研究发现 ,水溶性碳水化合物与团聚体
稳定性密切相关 , 与团聚体的相关系数达到了
0174 [14 ] .
图 3 　不同林地土壤水溶性有机碳和碳水化合物含量
Fig. 3 Contents of water2soluble soil organic C ( WSOC) and carbohy2
drate ( WSC) under different forests.
314 　土壤活性有机质组分间的相关性
土壤活性有机质的各个组分作为有机质的一部
分是相互联系的. 碳水化合物是土壤微生物细胞必
需的组成物质和主要能源 ,与土壤微生物存在密切
的关系[26 ] . 图 4 和表 3 是对杉木纯林和地带性阔叶
林土壤中各活性有机质组分之间进行的相关性分析
结果. 土壤微生物生物量碳与水溶性碳水化合物含
量具有极显著的正相关性 ( r = 0. 935 3 3 3 , P <
01001) ,与土壤水溶性有机碳 ( r = 0. 925 3 3 3 , P <
01001) 、活性有机质总量 ( r = 0. 788 3 3 , P < 0. 01)
以及土壤有机碳 ( r = 0. 644 3 , P < 0. 05) 含量之间
的相关性也达到了显著或极显著水平. 这表明土壤
有机碳和各种活性有机质组分都是土壤微生物的碳
源 ,但它们对土壤微生物的有效程度不同. 由相关系
数可知 ,水溶性碳水化合物对微生物的有效程度最
高 ,其次为水溶性有机碳和活性有机质总量 ,土壤有
机碳对微生物的有效程度最低. 土壤活性有机碳占
土壤有机碳的比例与土壤 C/ N 比之间达到了极显
著水平 ,而与土壤活性有机质的其它指标均没有达
到显著水平 (表 3) . 土壤 C/ N 比与土壤活性有机质
各组分呈线性负相关 ,但没有达到显著水平. 水溶性
碳水化合物与活性有机质其它组分之间的相关性达
到了显著或极显著水平. 倪进治等[24 ]研究发现 ,土
壤生物活性有机碳库与土壤微生物生物量、水溶性
有机碳呈极显著正相关. 此外 ,Liang 等[17 ]研究表
明 ,土壤微生物生物量碳与水溶性有机碳、碳水化合
物中的碳呈显著正相关 ,而与长脂肪链碳呈负相关 ,
这说明微生物生物量碳不仅与水溶性有机碳的数量
有关 ,而且与其质量也有关.
图 4 　土壤微生物生物量碳与有机碳、活性有机碳、水溶性有机碳和
碳水化合物的相关性
Fig. 4 Correlations of soil microbial biomass C ( MBC) with active soil
organic carbon (ASOC) ,water2soluble organic C ( WSOC) and carbohy2
drate ( WSC) under different forests ( n = 9) .
表 3 　土壤活性有机质各组分间的相关系数( n = 9)
Table 3 Correlation coeff icients among active fractions of soil organic matter in soils under different forests ( n = 9)
ASOC ASOC/ SOC
( %)
WSC WSC/ SOM
( %)
WSOC WSOC/ SOC
( %)
SOC C∶N
MBC/ SOC( %) 0. 37ns 0. 55ns 0. 64 3 0. 77 3 3 0. 64 3 0. 85 3 3 3 0. 12ns - 0. 53ns
ASOC 0. 30ns 0. 81 3 3 0. 62 3 0. 81 3 3 0. 39ns 0. 92 3 3 3 - 0. 35ns
ASOC/ SOC( %) 0. 08ns 0. 10ns 0. 12ns 0. 26ns - 0. 09ns 0. 89 3 3 3
WSC 0. 95 3 3 3 0. 99 3 3 3 0. 78 3 3 0. 79 3 3 - 0. 11ns
WSC/ SOM ( %) 0. 95 3 3 3 0. 92 3 3 3 0. 58ns - 0. 09ns
WSOC 0. 82 3 3 0. 78 3 3 - 0. 10ns
WSOC/ SOC 0. 28ns - 0. 13ns
SOC
- 0. 02ns
ns :Not significant at P < 0. 05 ; 3 P < 0. 05 ; 3 3 P < 0 . 01 ; 3 3 3 P < 0. 001.
37217 期 　　　　　　　　　　　　　　王清奎等 :杉木人工林土壤活性有机质变化特征 　　　　　　　　　　　
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作者简介 　王清奎 ,男 ,1977 年生 ,在读博士. 主要从事土壤
有机质、土壤质量研究. E2mail :wqkui @163. com
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