全 文 ：应 用 生 态 学 报 2004 年 10 月 第 15 卷 第 10期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Oct . 2004, 15( 10)B1947~ 1952
杉 木 人 工 林 土壤 有 机 质 研 究*
王清奎1, 3 汪思龙1* * 冯宗炜2 邓仕坚1 高 洪1
( 1 中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110016; 2中国科学院生态环境研究中心,北京 100085;
3 中国科学院研究生院, 北京 100039)
=摘要> 土壤有机质在养分循环、土壤理化性质等方面具有重要作用,是陆地生态系统重要的碳库, 对全
球碳素循环的平衡起着重要作用. 本文详细阐述了杉木林地土壤有机质的性质与组成, 杉木连栽对土壤有
机质含量、腐殖质结合形态的影响以及林分发育过程中土壤有机质的变化, 炼山、整地、施肥等经营活动对
杉木林地土壤有机质的影响. 杉木纯林有机质含量和质量均低于混交林, 且随栽植代数的增加有机质含量
和质量呈下降趋势, 林地土壤肥力下降.最后提出应加强对土壤有机质周转模型、有机质组分, 尤其是活性
有机质以及有机质与全球碳循环关系的研究.
关键词 杉木人工林 土壤有机质 连栽
文章编号 1001- 9332(2004) 10- 1947- 06 中图分类号 S714. 2 文献标识码 A
An overview on studies of soil organic ma tter in Chinese fir planta tion. WANG Qingkui1, 3, WANG Silong1 ,
FENG Zongwei2, DENG Shijian1 , GAO Hong1 ( 1 I nstitute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences,
Shenyang 110016, China ; 2Resea rch Center for Eco2Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Bei2
jing 100085, China ; 3 Gradua te School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China ) . 2Chin. J . Ap2
pl. Ecol . , 2004, 15( 10) : 1947~ 1952.
Soil organic matter( SOM) is an impor tant component of soil and an important carbon pool of terrestrial ecosys2
tems, which plays an important role in soil nutrient cycling and in the balance of global carbon cycle. This paper
discussed t he SOM quality in Chinese fir plantation, t he influence of rotation on SOM content, t he change of
SOM dur ing Chinese fir growth, and the effect of human activities such as burning, site preparations and fer tiliza2
tion on SOM. Human activities changed soil environment including soil moisture, temperature, total porosity and
nutrient contents, and hence, made t he turnover of SOM slower or quicker. The content and quality of SOM in
mixed forests were higher than those in pure Chinese fir plantations, and decreased wit h rotation. In the last part
of this paper, some issues to be fur ther researched were put forward, including the turnover model of SOM, its
components, and its r elationship with global carbon cycle.
Key words Chinese fir plantation, Soil organic matter , Continuous planting.
* 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) .
* 通讯联系人.
2004- 02- 02收稿, 2004- 05- 17接受.
1 引 言
杉木( Cunninghamia lanceolata )是我国特有的优良速生
针叶树种,分布广、生长快、繁殖易、材质好,约占我国人工林
面积的 24% ,是我国主要用材树种. 20 世纪 50 年代后, 随着
人口的增加,经济速度的增长, 木材需要量急剧增加, 特别是
70 年代初,原有杉木林资源远远不能满足人们的需求, 于是
各地开始大力发展以人工林为主的杉木用材林, 并向着/ 定
向培育、速生丰产、优质、稳定高效0的方向发展.然而, 由于
高度集约经营以及不合理的营林和耕作措施,兼之该树种特
有的生物学特性,随着杉木人工林的多代连栽,杉木人工林
出现了严重的地力衰退、林地生产力下降的现象.
50 年代起许多学者就注意到我国南方林区经营杉木林
地力衰退问题,随着杉木林栽植范围不断扩大及连栽面积和
代数不断增加,针对杉木产区多代连栽地土壤肥力和林分生
产力下降的现象,各地相继开展了多种形式的杉木林可持续
经营模式的实践和探讨[ 4, 14] . 中国科学院林业土壤研究所在
湖南会同揭开了杉木人工林地力退化研究的序幕,他们发现
连作杉木林土壤养分减少, 微生物区系改变及生产力下降,
后来又提出了土壤中毒问题[ 44] .目前, 在杉木多代连栽的研
究中对连栽林地土壤理化性质、土壤微生物、酶活性等的研
究较多[ 5, 60, 61] , 杨玉盛等[ 50~ 52]相继报道不同栽杉代数杉木
生长特点、生产力、营养元素生物循环、根际土壤微生物与生
化活性、土壤腐殖质结合形态等,盛炜彤等[ 41]重点论述通过
间伐发育林下植物植被, 改良土壤性质,防治地力衰退,为维
护和恢复杉木人工林地土壤功能以及杉木人工林的可持续
经营提供了科学依据.
土壤有机质是土壤的重要组成部分, 影响、制约土壤性
质,保持或提高土壤有机质含量可以促进团聚体的形成并保
持其稳定性,降低压实或其它物理损害的风险, 以及改善持
水能力等[ 11] ;此外, 有机质是土壤微生物生命活动的能源,
可以提高微生物多样性及其活动性, 从而有助于改良、保持
土壤的物理、化学和生物学状态[ 37, 43] ;有机质是植物的养分
来源, 对于保持土壤肥力具有重要意义.土壤有机质是陆地
生态系统重要的碳库, 对全球碳素循环的平衡起着重要作
用.已有许多学者对杉木人工林土壤有机质进行了研究, 但
缺乏系统归纳总结.本文从杉木人工林地土壤有机质的角度
对前人的研究成果进行系统分析研究,以期揭示杉木人工林
地力衰退的营养机理, 为提高杉木人工林生产力、土壤质量
以及维持林地土壤的可持续利用提供系统的理论依据.
2 土壤有机质性质与组成
土壤有机质在土壤肥力中的作用主要取决于它的组成
与性质, 数量与品质等, 所以对有机质性质变化的研究对了
解土壤肥力和土壤肥力退化原因和机理具有重要意义.
胡敏酸/富啡酸(HA/ FA)比值是土壤腐殖质组成中胡
敏酸( C)量和富啡酸( C)量之比值, 常以表征土壤腐殖质组
成的性质, 而胡敏酸是土壤腐殖质重要组成部分, 它的含量
及特性在一定程度上能反映土壤腐殖质的类型和性质, 土壤
腐殖化度(土壤胡敏酸占土壤含 C 量的百分比)则是衡量腐
殖质品质优劣的标志之一.杉阔轮栽土壤腐殖质的分子量增
大,结构更为复杂.杂木林表层土壤胡敏酸含量和土壤腐殖
质化度分别是一代杉木林的 11 73 倍和 1138 倍,与一代杉木
林相比, 二代和三代杉木林表层土壤胡敏酸含量分别下降
201 69%和 29189% , 表层土壤腐殖质化度分别降低 15168%
和161 90% .杨玉盛等[ 53]对不同林分土壤腐殖质的组成及性
质进行了研究,其结果显示土壤胡敏酸与富啡酸之比均小于
015,其比值大小依次为杂木林> 一代杉木林> 二代杉木林
> 三代杉木林. 这说明杂木林土壤的腐殖物质聚合程度较
高,三代杉木林的腐殖物质聚合程度较差, 质量亦较差. 李夷
荔等[ 23]研究了不同地位指数的杉木林,其结果为除了 14 地
位指数的杉木成林外,其它林分第二代和第三代林胡敏酸含
量及土壤腐殖化度均较一代林低, 如 16 地位指数的杉木幼
龄林地胡敏酸含量, 第二代林较一代林下降了 791 93% , 腐
殖化度降低了 87107% ;第二代成熟林胡敏酸含量较一代成
熟林下降了 46191% , 腐殖化度下降了 711 42% .杂木林表层
和底层的腐殖化度分别是杉木林的 11 36 和 11 32 倍, 土壤胡
敏酸含量分别是杉木林的 1162 和 11 49 倍. 杂木林 HA/ FA
大于杉木林 ,说明杂木林土壤的腐殖物质聚合程度较高, 质
量比杉木林的好[ 55] . 留杉栽阔模式林分表层和底层土壤腐
殖质组成中胡敏酸与富啡酸比值(HA/ FA)分别比杉木萌芽
林的大 01 05 和 01 04[ 39] .土壤胡敏酸与富啡酸的比值降低说
明杉木连栽后腐殖质聚合程度较低,质量亦较低.综上可知,
杉木林随着栽植代数的增加, 土壤有机碳可能会有增加, 但
胡敏酸含量和腐殖化度一般都趋于降低,即连栽后土壤腐殖
化程度减弱,腐殖质的分子量变小, 复杂程度降低,腐殖质品
质变劣.
胡敏酸的光学特性是判断土壤腐殖质性质的重要依据,
其A4值在一定程度上可以粗略地综合反映腐殖质的芳化
程度和芳化分子大小, A4 值愈大, 分子的复杂程度愈高, 芳
香族原子团多, 缩合程度较高,相反, 较为简单的 HA 则芳香
性小, 脂肪侧链多,光密度较小[ 26, 27] . 杨玉盛等[ 53]的研究表
明, 杂木林表层土壤胡敏酸的 A4 值大于杉木林, 且 A4 值随
杉木人工林栽植代数的增加而降低, 杉木林取代杂木林后,
表层土壤 A4 值下降 401 58% ,与一代杉木林相比, 二代和三
代杉木林表层土壤 E4 值分别下降 121 20%和 14163% . 留杉
栽阔模式林分表层和底层土壤中胡敏酸光密度 E4 值分别
比杉木萌芽林的大 0119 和 01 07 [ 39] .
森林土壤胡敏酸的光密度值( A4/ A6)则在一定程度上
反映腐殖酸分子中芳香环的缩合度、芳构化度和分子量大小
等, 其值愈大,则反映腐殖酸分子中芳香环的缩合度、芳构化
度和分子量愈小[ 26] .有研究表明, 杂木林土壤胡敏酸 A4/ A6
值小于杉木林的,且 A4/ A6 值随杉木林连续栽植代数的增
加而增加.杉木林 (一代 )取代杂木林以及随着连栽代数增
加,胡敏酸 A4/ A6 值则有所增加[ 4 8, 53] . 留杉栽阔模式林分
表层和底层土壤胡敏酸光密度比值 A4/ A6 比杉木萌芽林有
所减小[ 39] .腐殖质品质明显下降将导致土壤供肥能力降低,
从而直接影响杉木生长. 土壤腐殖质中芳香物质的缩合程度
降低,而脂肪族物质含量则增加, 这与林分结构及枯死物的
质量有较大关系. 杉木林(一代)取代杂木林后及随着杉木连
续栽植代数增加, 土壤有机质和腐殖质酸类含量下降, 土壤
腐殖化度减弱, 腐殖质的分子量变小,复杂程度降低,芳香族
原子团变少, 结合度减弱, 而脂肪族结构加大, 活性减弱, 团
粒化作用减弱, 而分解和裂解矿物的作用加强, 土壤腐殖质
品质变差[ 53, 55] .连栽后杉木土壤有机质可能会增加,但胡敏
酸含量和腐殖化度一般都趋于降低, 即连栽后土壤腐殖化度
(胡敏酸含 C量)减弱, 腐殖质的分子量变小,复杂程度降低,
腐殖质品质降低. 陈爱玲等[ 2]的研究表明,杉阔轮载有利于
促进分子量大、腐殖质化度高、结构更为复杂的腐殖质的形
成和积累. 留杉栽阔模式林分表层和底层土壤的腐殖化度分
别是杉木萌芽林的 1160 倍和 1186 倍[ 39] . 这表明留杉栽阔
后林地土壤腐殖酸类含 C 量增加, 土壤腐殖质化度增强, 腐
殖质的分子量增大, 复杂程度增加,芳香族原子团变大,结合
度增强;而脂肪族结构变小,活性增强, 团粒化作用增强, 分
解和裂解矿物作用减弱, 土壤腐殖质品质变好.
3 土壤有机质的动态
31 1 杉木连栽对土壤有机质的影响
31 11 1 对有机质含量的影响 土壤有机质含量是衡量土壤
肥力高低的一项重要指标, 其中腐殖质是有机质的核心部
分,它的组成和特性在很大程度上也反映了土壤肥力状
况[ 54] . 杉木人工林栽植模式影响土壤有机质含量. 邱章
忠[ 40]比较了杉木纯林和杉木枫香混交林的有机质含量, 发
现混交林有机质含量比杉木纯林的高, 且混交林中枫香混交
比例愈高,土壤有机质含量愈高. 混交林各土层有机质腐殖
酸含量与纯林相比均有不同幅度的提高, 其中表层土有机
质、腐殖酸含量分别比纯林高 31 47、21 269 g# kg- 1 [ 63] . 杉木
密度 1 350 株#hm- 2的混交林表层和底层土壤有机质含量分
1948 应 用 生 态 学 报 15卷
别比杉木纯林高 9315%、571 7% [ 62] .有机质含量的提高有利
于土壤微生物和土壤原生动物的活动及土壤有机胶结物的
大量形成. 杉木纯林与杂木林相比较, 土壤有机质含量和腐
殖质酸 C含量均以杂木林为最大, 与杂木林相比, 一代杉木
林表层土壤有机 C和腐殖质酸 C 含量分别下降了 20105%
和 23135% [ 53] .杨玉盛等[ 48]的试验结果显示,三代杉木林表
层土壤有机质含量分别比杂木林、一代和二代杉木林的下降
481 03%、181 38%和 11149% , HA 含量则分别下降 14617%、
421 6%和 131 1% ,同时 HA/ FA 和 E4/ E6 值亦有不同程度下
降,而胡敏酸 E4/ E6 值则有所增加, 说明从杉木林(一代)取
代杂木林以及随着连栽代数增加,土壤有机质和胡敏酸含量
急剧减少, 且腐殖质品质有明显的下降.而有的研究结果与
此不一致.李夷荔等[ 23]研究表明,除了第二代中龄林及第二
代 14 地位指数的成林有机碳量较一代林降低外, 其它林地
随着栽植代数的增加, 土壤有机质碳含量并未降低, 而且还
有不同程度的增加,说明土壤腐殖质仍有一定程度的积累.
土壤有机质含量和腐殖质酸 C 含量随杉木连续栽植代数增
加而减少. 与一代杉木林相比, 二代和三代杉木林表层土壤
腐殖质酸含 C量分别下降了 5143% 和 131 38% [ 53] . 这说明
自杂木林采伐后经过劈草炼山、整地营造杉木林, 一方面由
于营林措施干扰, 使林地积累的大量有机质遭到分解而损
失;另一方面, 由于群落结构改变,林内枯死物数量和质量发
生较大改变 ,从而导致土壤有机质积累量下降.杂木林采伐
后,经过劈草炼山、整地营造杉木林后, 土壤有机质矿化加
强、积累速度下降[ 55] .
31112 对腐殖质结合形态的影响 森林土壤中有机残体与
无机矿物质的相互复合,主要是指土壤中有机化合物与粘粒
的相互作用形成稳定性不等、性质不同的复合体, 它们是植
物生长所需养分、水分来源的载体, 同时对土壤肥力其他因
素的变化还有很大影响[ 22, 55] . 土壤中腐殖质的结合形态可
以分为松结态、稳结态和紧结态,其中土壤腐殖质中松结合
态 C主要来源于新鲜有机质, 易被土壤微生物氧化,其活性
亦较大, 对土壤有效养分的供应起着重要作用,而土壤腐殖
质紧结合态是与矿物部分结合较紧且较稳定的腐殖质, 它不
易被微生物氧化, 但与 N、P 等全量养分关系密切, 故土壤腐
殖质紧结合态在全量养分的保贮及稳定结构方面起着重要
作用.留杉栽阔模式林分表层和底层土壤的松结合态腐殖质
分别是对照的 11 34 倍和 1167倍, 松结合态腐殖质含 C量占
总 C量的比例则比对照的分别增加 21 85%和 41 15% , 腐殖
质中Ñ/ Ó(即松结合态/稳结合态)值亦比对照的大, 说明留
杉栽阔模式林分土壤中腐殖质活性增大, 对养分供应有益.
而且, 土壤养分含量的保贮及结构稳定作用亦得到加强, 土
壤腐殖质化度增加,土壤肥力明显得到改善[ 39] .不同林分类
型的土壤腐殖质稳结合态 C含量 90%左右是以松结合态和
紧结合态形式存在于土壤中, 杉木林取代杂木林后, 土壤腐
殖质松结合态 C含量和紧结合态 C含量分别下降 25169%
和 21138% , 而土壤腐殖质稳结合态 C含量却有所增加;与
一代杉木林相比,二代和三代杉木林土壤腐殖质松结合态 C
含量分别下降 11111% 和 21130% , 土壤腐殖质紧结合态 C
含量分别下降 6101% 和 161 12% [ 53] . 杉木林取代杂木林后
随着杉木连续栽植, 土壤中松结合态和紧结合态腐殖质所占
比例及Ñ/ Ó值均呈下降趋势,说明在此过程中土壤的腐殖
化度减少,同时对形成良好土壤结构的能力下降,土壤肥力
明显退化. 土壤中松结合态腐殖质含量及所占比例下降与林
地枯死物数量减少和质量下降有关, 而紧结合态腐殖质含量
和所占比例下降, 则与营林措施采取(特别是炼山措施反复
使用)导致其分解有关[ 17] . 杉木林取代杂木林后, 与杂木林
相比,松结态和紧结态腐殖质所占比例下降, 杉木林的土壤
腐殖质松结态/紧结态比值比杂木林的小, 说明杉木林的腐
殖质活化度减小[ 55] ,这与杉木林和杂木林林分组成、凋落物
和林下植被数量和质量差异有关. 另外, 杉木林土壤紧结态
腐殖质含量的降低也说明杉木林对形成良好土壤结构的能
力不及杂木林, 致使土壤肥力退化.
31 2 林分发育过程对土壤有机质的影响
在林分发育过程中随着森林郁闭度、光照、凋落物的变
化, 土壤有机质也处于变化之中. 胡慧蓉等[ 13]发现, 林地土
壤有机质含量的变化随杉木年龄的增加而逐渐升高.这主要
是种植杉木林后增加了土壤归还物, 而森林郁闭又使林下处
于温凉潮湿状态, 减缓了枯落物的分解速率, 有利于有机质
的积累.同时二代中龄林土壤有机质含量下降明显, 与前人
研究 15年生一、二代杉木人工林土壤有机质含量的结果相
一致.而二代幼龄林土壤有机质含量却有所增加,这可能是
由于某些耕作制度如炼山带来的短暂效果[ 24, 36] , 也可能是
一代林成熟后, 枯落物和采伐剩余物归还于地面,土壤有机
质得以补充的结果[ 44] . 土壤有机质和胡敏酸含量的急剧减
少和腐殖质品质的下降都将导致土壤供肥能力降低,进而直
接影响杉木生长. 据杨玉盛等[ 56]报道, 根际土壤有机质含量
在整个生长期呈下降趋势, 主要表现在从幼龄林发育至中龄
林时期;非根际土壤有机质含量, 从幼龄林至中龄林呈下降
趋势, 由中龄林至成熟林呈缓慢上升趋势.
4 经营措施对土壤有机质的影响
41 1 炼山
杉木人工林的培育在我国具有悠久的历史, 传统的杉木
人工林经营要进行炼山、整地、间伐等管理措施. 这些人为活
动都会对杉木林地土壤有机质造成不同程度的影响.炼山使
林地大量有机物质 (采伐剩余物、凋落物及林下植被 )被烧
毁,炼山过程中的高温使土壤有机质有不同程度地挥发或以
细颗粒尘埃飞扬而损失. 叶镜中等[ 58]在江西武夷山林场进
行了不同处理的炼山试验, 其试验结果表明, 土壤有机质的
损失量与堆积物的质量及火烧时间等相关, 在 0~ 20 cm 土
层中土壤有机质减少了 18% ~ 30% , 且其组成和结构也发
生了一定变化[ 59] .马祥庆等[ 30, 32]研究了炼山对林地土壤有
机质的影响, 其结果显示炼山后 1 年和 6 年杉木林地土壤有
机质的流失量分别为 4891394、1 0551 527 kg# hm- 2 , 是不炼
山林地的 141 5和 7倍. 林思祖等[ 25]研究了炼山对杉木人工
194910 期 王清奎等:杉木人工林土壤有机质研究
幼林养分流失的影响, 其研究发现, 养分流失主要在炼山后
1~ 4 年之间,而关键的年份是第二年, 炼山后第一年有机质
流失比对照高 1901 0 kg# hm- 2 ,流失量随着炼山后时间的延
长而逐渐降低,在第五年趋于平稳. 何智英等[ 12]进行了炼山
后杉木幼林地水土流失动态的研究, 其结果显示, 有机质在
0~ 10 cm和 10~ 20 cm土层内分别损失 61 64%和 01 72% ,
且炼山后历年林地径流水的有机质浓度均大于不炼山. 此
外,据吴蔚东等[ 46]报道,炼山( 41 7)造林地土壤有机质含量
极显著低于不炼山 ( 6185) , 仅为不炼山林地有机质含量的
681 6% . 而福建林学院杉木研究所[ 15]在炼山对土壤肥力影
响的研究中却发现炼山 3 年后土壤有机质有所提高. 其次,
炼山后土壤表层损耗了土壤有机质和营养元素,地被植物被
烧毁,加剧了水土流失. 大量养分输出杉木林生态系统, 引起
林地养分贮量减少,进而导致林地肥力下降.
412 整地
林地砍伐、炼山后, 一般要在造林前进行整地.整地主要
是通过翻动土壤改变林地原有坡形,使地表径流过程发生变
化,为降雨直接冲刷泥沙提供了条件, 从而加重了林地的水
土流失,引起土壤养分的大量流失. 马祥庆等[ 28]研究了整地
方式对杉木人工林生态系统的影响, 发现全垦、带垦及穴垦
林地 5 年有机质流失量分别为 1 2331 570、9821312 和
7031677 kg# hm- 2. 叶功富等[ 57]研究了整地方式对杉木生长
过程和土壤肥力的动态影响, 其研究结果显示,不同整地方
式杉木幼林林地 0~ 20cm土层有机质含量, 带垦、全垦分别
比穴垦减少 0162%和 11 04% ;而不同整地方式杉木成林地
( 0~ 20cm)土壤肥力的差异没有幼林地明显, 土壤理化性状
指标未呈现规律性的变化, 全垦、带垦、穴垦分别为 21 65%、
2158%、21 67% .这表明整地措施对土壤肥力的影响也有一
定限度, 超出该时间范围则其作用逐渐变小以至消失. 这种
变化可能是由于杉木生长过程中枯枝落叶的分解、根系的改
土作用、林下植被发展对地力的改良, 以及土壤恢复自然状
态,使杉木林地由整地措施造成的土壤理化性质的差异在成
林地逐渐变小. 另据马祥庆等[ 29]报道, 扩穴连带抚育、块状
抚育及不抚育林地 5 年有机质流失量分别达 1 8291 244、1
6941395、691063 kg# hm- 2. 可见, 在我国南方山区不适当的
整地方式引起了林地严重水、土、肥流失,由此造成对林地干
扰是相当严重的,频繁的整地干扰必然影响到林地土壤肥力
的恢复, 进而影响到杉木人工林的生产力, 因此变革目前不
合理整地方式已是当务之急.
413 施肥
为了提高林地生产力, 加速杉木生长, 在杉木人工林经
营过程中常进行施肥管理. 农必昌等[ 34]通过对杉木连栽幼
林不同配比的施肥试验发现, 施肥后当年, 有机质比施肥前
提高 11105% , 停止施肥后第二年有机质含量仍有上升趋
势,比施肥前提高 511 08% . 这主要是施肥后减轻了土壤酸
化,所以要根据土壤特性进行有效地施肥管理.陈爱玲等[ 3]
通过对杉木幼林施肥 1 年及 17 年后土壤养分变化的研究,
结果表明, 杉木幼林施肥 1 年后,比无施肥土壤的有机质含
量变化不大, 仅比不施肥土壤增加 1132% ~ 2134% , 这主要
是因为试验林为 3 年林龄的幼林, 其枯枝落叶归还量很少;
而杉木幼林施肥 17 年后施肥比无施肥的土壤有机质增加
17113% ~ 231 76% ,主要因为林地施肥后, 杉木经过 17 年的
生长,其林下植被数量明显多于无施肥林地, 有利于营养物
质的生物小循环, 即有利于地上枯枝落叶在地面的积累及腐
殖化和矿质化的进行, 同时土壤微生物群也由此更为活跃,
因而增加其土壤有机质、全氮含量以及提高土壤速效氮、速
效磷和速效钾的水平. 此外,还进行了其它管理措施对杉木
林地土壤有机质影响的研究. 马祥庆等[ 31]研究了轮伐期对
杉木人工林生物量的影响, 其结果显示随轮伐期延长, 林分
各器官生物量逐年增加,呈不断积累趋势, 并有利于土壤有
机质含量的积累. 应金花等[ 49]也研究了在一代杉木人工林
迹地上进行不同立地管理对二代杉木人工林土壤有机质的
影响.
5 研究前景
51 1 土壤有机质周转模型
土壤有机质的周转是有机质研究的重要内容 ,对进一步
认识杉木人工林土壤有机质的积累和矿化以及如何恢复和
提高有机质含量和质量具有重要意义. 土壤有机质的周转受
有机物输入量、土壤质地、水分、温度等多个因素的综合影
响.研究特定因素对土壤有机质周转的影响是必要的, 但如
果仅限于此, 就难于客观反映自然条件下各因素的综合作用
效果.而土壤有机质周转模型是一个重要的工具和手段, 利
用数学模型可将时间和空间上离散的数据资料进行综合分
析,从而更深刻地认识客观条件下有机质周转规律和周转过
程, 了解土壤肥力的演变过程, 指导土壤管理[ 6, 19, 42] . 随着
CO2浓度不断升高、全球温室效应加强, 人们越来越关注土
壤有机质的动态变化. 森林土壤有机质周转模型的研究将为
碳循环和碳平衡提供决策依据, 研究气候和土地利用变化对
有机质的影响[ 7, 18, 21] .如 Kelly等[ 20]利用 Century模型模拟
了不同土地利用方式和气候类型下土壤碳的变化, Miko
等[ 33]对 Century 模型的 SOM子模型进行了修正,以用来更
好地描述凋落物和森林土壤碳、氮的动态变化.
51 2 土壤有机质组分,尤其是活性有机质的研究
土壤有机质包括腐殖质和非腐殖质两个组分 ,其中非腐
殖质组分包括动植物残体和微生物量两个部分. 研究者们按
有机质周转时间的快慢及难易程度不同, 将土壤有机质分为
土壤微生物量碳、分解较慢的有机碳和难分解有机碳[ 35, 45] .
其中, 土壤微生物量碳包括代谢库和结构库部分的活性和非
活性微生物量, 这部分碳占土壤有机质总量的 3% ~ 7% , 其
周转时间为几个月到几年;分解较慢的有机碳包括一些较难
分解的结构物质及微生物代谢产品, 占有机质总量的 50%
左右, 其周转时间在 20~ 50 年之间;难分解有机碳的抗分解
能力较强, 这部分有机碳占有机质组分的 43% ~ 47% ,其周
转时间在 400~ 2 000 年之间[ 35] .土壤活性有机质是指土壤
中有效性较高、易被土壤微生物分解矿化、对植物养分供应
1950 应 用 生 态 学 报 15卷
有最直接作用的那部分有机质[ 1, 16] . 土壤活性有机质主要包
括微生物量碳、微生物量氮、轻组有机质、易矿化的碳和氮、
容易提取的碳和氮以及碳水化合物[ 8, 9] . 土壤活性有机质在
土壤养分的短期循环中起重要作用,可反映有机质的有效性
和由土壤管理措施的变化而引起的土壤有机质早期的变
化[ 10] ,指示土壤有机质或土壤质量.土壤微生物量是土壤活
性有机质库的重要组成部分,受到温度和含水量季节变化的
影响. Powlson 等[ 38]认为 ,土壤微生物量碳可以作为监测土
壤有机质水平变化的一个指标.目前有关杉木人工林土壤有
机质组分, 尤其是活性有机质部分的研究很少,很有必要加
强这一方面的研究.
513 土壤有机质与全球碳循环关系的研究
土壤有机质作为生态系统重要的碳库, 是地球大气 CO2
的巨大碳源或碳汇,对全球碳素循环的平衡起着重要作用.
据估计,地球表面土壤中有机碳总量为 31 0@1018 g# hm- 2 ,
相当于地表以上的大气圈、水圈和生物圈含碳量的总和[ 47] .
土壤有机碳对外部因素,如温度、降水及大气 CO2 含量等变
化的响应已成为全球变化背景下土壤碳动态研究的主要内
容.这种响应是以土壤有机碳的存量及状态为基础的, 它们
受土壤本身特征,如粘粒含量、矿物组成、土体结构等内在因
素的制约.土壤和植物吸收额外碳能力的增加有助于减少大
气中 CO2的积累. 因此,土壤在碳沉降中的作用已引起人们
的注意.在过去, 将森林、草地和湿地等变为农田成为土壤中
碳释放到大气中的主要原因[ 17] . 土壤有机碳的释放, 对全球
气候产生的影响不亚于工业向大气排放二氧化碳的影响. 因
此,研究杉木人工林土壤有机碳储量对于探讨全球变化及其
影响具有十分重要的意义.
参考文献
1 Blair GJ, Lefroy RDB, Lisle L. 1995. Soil carbon fract ions based on
their degree of oxidat ion and th e development of a carbon manage2
ment index for agricultural systems. Aust J Agric Res, 46: 1459~
1466
2 Chen A2L(陈爱玲) , Chen G2S(陈光水) , Xie J2S( 谢锦升) , et al .
2001. Soil humus and fert ility characterist ic of the management pat2
t ern of plant ing broadleaf and Chinese fir alternatively. J Northeast
For Univ(东北林业大学学报) , 29( 1) : 30~ 33( in Chinese)
3 Chen A2L( 陈爱玲) , L in D2X(林德喜) , Zhang G2F(张国防) , et
al . 2000. Study on the soil nut rient dynamic in Cunninghamia
lanceolata plantat ion after 17 years with fert ilization. J Fuj ian Col l
For (福建林学院学报) , 20( 3) : 265~ 268( in Chinese)
4 Chen C2J(陈存及) , Dong J2W(董建文) , Lin J2D(林敬德) , et al .
1996. Format ion, development and st ructure of semi2natural mixed
forest of Chinese fir with broadleaf t rees. J Fuj ian Coll For (福建
林学院学报) , 16( 4) : 310~ 314( in Chinese)
5 Chen C2Y(陈楚莹) , Zhang J2W(张家武), Zhou C2L( 周崇莲) , et
al . 1990.Researches on improving the quality of forest land and the
productivity of art ificial Cunninghamia lanceolata stands. Chin J
App l Ecol (应用生态学报) , 1( 2) : 97~ 106( in Chinese)
6 Falloon PD, Smith P, Coleman K, et al . 1998a. Estimating the size
of the inert organic matter pool for use in the Rothamsted carbon
model. Soi l Biol Biochem , 30: 1207~ 1211
7 Falloon PD, Smith P, Smith JU, et al . 1998b. Regional estimates of
carbon sequest ration potent ial: Linking th e Rothamsted carbon
turnover model to GIS databases. Biol Fert Soil s, 27: 236~ 241
8 Franzluebbers AJ, Zuberer DA, Hons FM. 1995. Comparison of mi2
crobiological methods for evaluating quality and fert ility of soil. Biol
Fer t Soi ls , 19: 135~ 140
9 Gergorich EG, Carter MR, Angers DA, et al . 1994. Towards a mini2
mum data set to assess soil organic mat ter quality in agricultural soils.
Can J Soil Sci , 74: 367~ 385
10 Haynes RJ, Beare MH. 1996. Aggregat ion and organic mat ter stor2
age in meso2 thermal, humid soils. In: Carter MR, Stewart BA, eds.
Advances in Soil Scien ce. St ructure and Organic Matter Storage in
Agricultural Soils. Boca Raton: CRC Lewis Publishers. 213~ 262
11 Haynes RJ, Swift RS, Stephen RC. 1991. Influence of mixed crop2
ping rotat ions( Pasture2arable) on organic mat ter content, water sta2
ble aggregat ion and clod porosity in a group of soils. Soi l T il lage
Res , 19: 77~ 87
12 He Z2Y(何智英 ) , Lin K2M( 林开敏) , Yu X2T ( 俞新妥 ) , et al .
1994.Study on the dynamic of lost amount of water, soil and ac2
company nutrient from young Chinese fir. J Fujian Coll For (福建
林学院学报) , 14( 3) : 247~ 252
13 Hu H2R(胡慧蓉 ) , Guo A(郭 安) , Deng G2K(邓光葵) . 2001.
Effect of Cunninghamia lanceolata plantat ion on physical and
chemical properties of soil. Yunnan For Sci T ech ( 云南林业科
技) , 3: 21~ 23( in Chinese)
14 H uang Q2L(黄清麟) , Li Y2H (李元红) , Li X2Q (李秀全) . 1994.
An experimental study on plant ing conifers in conserved broad2leaf
t rees. J Fuj ian Coll For (福建林学院学报) , 14 ( 2) : 287~ 290( in
Chinese)
15 Institute of Chinese fir of Fujian College of Forest ry(福建林学院
杉木研究 ) . 1992. Effect of burning on ecosystem of Chinese fir
plantat ion. In: Peng W2D(盛炜彤) , eds. Study on Soil Fert ility of
Forest Plantat ion. Beijing: China Science and Technology Press. 130
~ 134( in Chinese)
16 Janzen HH, Campbell CA, Brandt SA, et al . 1992. Light fract ion
organic mat ter in soils from long2 term crop rotat ions. Soi l Sci Soci
Amer J , 56: 1799~ 1806
17 Jenkinson DS. 1990.T he turnover of organic carbon and nit rogen in
the soil. Phi los T rans R Soc London B , 329: 361~ 368
18 Jenkinson DS, Adams DE, Wild A. 1991. Model est imates of CO2 e2
missions from soil in response to global warming. Nature, 364: 304
~ 306
19 Jenkinson DS, Coleman KC. 1994. Calculat ing the annual input of
organic mat ter to soil from measurements of total organic carbon
and radiocarbon. Eur J Soi l Sci ,45: 167~ 174
20 Kelly RH, Parton WJ, Crocker GJ ,Grace PR, et al . 1997. Simulat2
ing t rends in soil organic carbon in long2term experiments using the
century model. Geoder ma, 82: 75~ 90
21 King AW, Post WM, Wullschlegar SD. 1997. T he potent ial re2
sponse of terrestrial carbon storage to changes in climate an d atmo2
spheric CO2. Climate Change, 35: 199~ 227
22 Liao L2P(廖利平) , Chen C2Y(陈楚莹) , Zhang J2W( 张家武) , et
al . 1995. Turnover of fine roots in pure and mixed Cunningka mia
lanceolala and Michel ia macclur a forests. Chin J Appl Ecol (应用
生态学报) , 6( 1) : 7~ 10( in Chinese)
23 Li Y2L(李夷荔) , Lin K2W(林开旺 ) , Fan S2H (范少辉) . 2001.
Study on soil humus bio2chemical propert ies of different generat ion
and growth stage of Chinese fir plantation. For Sci Technol (林业
科技通讯) , 10: 25~ 28(in Chinese)
24 Lin K2M(林开敏) , H e Z2Y( 何智英) , Yu X2T ( 俞新妥 ) , et al .
1992. Studies on the dynamics of soil fert il ity in young Chinese fir
plantat ion after controlled burning. J Fuj ian Col l For (福建林学院
学报) , 12( 3) : 290~ 295( in Chinese)
25 Lin S2Z(林思祖) , Lin K2M(林开敏) , Wu Z2X(吴擢溪) . 1997. A
quantitat ive study on the effect s of cont rolled burning on the nut ri2
ent loss of th e young Chinese fir plantat ion . J Nat Resou r (自然资
源学报) , 12( 3) : 243~ 249( in Chinese)
26 Liu C2H (刘长怀) , Luo R2Y(罗汝英) . 1990. Chemical characteris2
tic of humus in forest soils of Nanjing2Zhenjiang hills. J Nanj ing
For Univ (南京林业大学学报) , 14( 1) : 1~ 6( in Ch inese)
27 Liu S2Q(刘树庆 ) , Du M2Y(杜孟庸) , Zhou J2X(周健学) , et al .
1989. Research of degree of organo2mineralizat ion and combined
forms of humus an d the relat ionship with fertility in different fert il2
ity soil. Chi J Soi l Sci (土壤通报) , 20( 6) : 267~ 270( in Chinese)
28 Ma X2Q(马祥庆) , Liu A2Q( 刘爱琴) , He Z2Y( 何智英 ) , et al .
2000. Effect s of site preparat ions on ecosystem of Chinese fir plan2
tations. J Mount Sci (山地学报) , 18( 3) : 237~ 243( in Chin ese)
195110 期 王清奎等:杉木人工林土壤有机质研究
29 Ma X2Q(马祥庆 ) , Liu A2Q( 刘爱琴) , Yu L2G(俞立亘 ) . 1999.
Effect of tending method on ecosystem of Chinese fir plantat ion. J
Soi l Erosion Soil Water Conser ( 土壤侵蚀与水土保持学报) , 5
( 3) : 11~ 17( in Chinese)
30 Ma X2Q(马祥庆) , Yang Y2S(杨玉盛) , Lin K2M(林开敏) , et al .
1997. E ffect of different ground clearing on Chinese fir planat ion e2
cosystems. Acta Ecol Sin (生态学报) , 17: 176~ 183( in Chinese)
31 Ma X2Q (马祥庆) , Ye S2J (叶世坚) , Chen S2S( 陈绍栓 ) . 2000.
Effect of rotat ion on site product ivity maintenance of Ch inese fir
planation. Sci Si lvae Sin(林业科学) , 36( 6) : 47~ 52( in Ch inese)
32 Ma X2Q(马祥庆 ) , Yu X2T (俞新妥 ) , He Z2Y( 何智英) , et al .
1996. Effect s of different forest ground clearances on the soil ero2
sion of the ecosystem of young Chinese forest. J Nat Resour (自然
资源学报) , 11( 1) : 33~ 40( in Chinese)
33 Miko UFK, Keryn IP. 2002. Modelling C and N dynamics in forest
soils with a modified version of the CENTURY model. Soil Biol
Biochem , 34: 341~ 354
34 Nong B2C(农必昌) , Zhang Y(张 英) , Lin Y2C(林春元) , et al .
1998. Nut rient monitoring and fert ilizat ion benefit of young Chin ese
fir of cont inuous plant ing. Guangxi Agric Sci (广西林业科学) , 27
( 4) : 181~ 187( in Chinese)
35 Parton WJ, Schimel DS, Cole CV, et al . 1987. Analysis of factors
cont rolling soil organic mat ter levels in Great Plains grasslands. Soi l
Sci Soc Am J , 51: 1173~ 1179
36 Peng C2H(彭长辉) , Zhong X2Q(钟晓青) . 1990. Dynamic simula2
t ion analysis of N, P, K in Chinese fir plantat ion. J Cent ral2South
For Coll (中南林学院学报) , 10( 2) : 155~ 164( in Chinese)
37 Peverill KI, Judson GJC. 1999. Soil Analysis. An Interpretat ion
Manual. Collingwood: Aust ralian Soil and Plant Analysis Council
Inc. 319~ 323
38 Powlson DS, Jenkinson DS. 1987.A comparison of organic matter,
biomass, adenosine triphosphate an d mineralizable nit rogen contents
of plowed and direct drilled soils. J Agric Sci , 97: 713~ 721
39 Qiu R2H(邱仁辉) , Yang Y2S(杨玉盛) , Yu X2T (俞新妥) , et al .
1998. Study on soil humus and fert ility characterist ic of the man2
agement pat tern of plant ing broadleaf with reserving Chin ese fir. J
Northeast For Univ(东北林业大学学报) , 26( 6) : 33~ 36( in Chi2
nese)
40 Qiu Z2Z(邱章忠) . 2000. Study on soil chemical propert ies and en2
zymat ic act ivity of m ixed forest of Chinese fir and Chinese sweet
gum. For Sci T ech nol (林业科技开发 ) , 14 ( 5 ) : 27~ 29( in Chi2
nese)
41 Sheng W2T (盛炜彤), Yang C2D(杨承栋 ) . 1997. Research on ef2
fect of ameliorating soil propert ies by undergrowth vegetat ion of
China fir. Acta Ecol Sin ( 生态学报) , 17 ( 4) : 377~ 382 ( in Chi2
nese)
42 Smith P, Willison T , Hakamata T . 1997. Modelling change in the
organic carbon content of Japanese soils using the Rothamsted car2
bon model. In: Proceeding of th e Internat ional Workshop on the E2
valuat ion of Soil Processes on Carbon Cycl ing in Terrest rial Ecosys2
t ems and Their Modeling. NIAES, Tsukuba, Japan, March NIAES,
T sukuba. pp. 101~ 103
43 Sombroek WG, Nachtergaele FO,H ebel A. 1993.Amounts, dynam2
ics and sequestering of carbon in t ropical and subt ropical soils. AM2
BIO , 22: 417~ 425
44 Sun Q2W (孙启武 ) , Yang C2D( 杨承栋 ) , Jiao R2Z ( 焦如珍 ) .
2003. Th e changes of soil propert ies of the successive Chinese fir
plantat ion in Dagang mountain of Jiangxi Province. Sci Silvae Sin
(林业科学) , 39( 3) : 1~ 5( in Chinese)
45 van Veen JA, Paul EA. 1981. Organic C dynamics in grassland soils
1. Background informat ion and computer simulat ion. Can J Soi l
Sci , 61: 185~ 201
46 Wu W2D(吴蔚东) , Liu K2S(刘开树) . 1991. In fluence of planting
Chinese fir on broad2leaved forest stands after burning on soil nut ri2
ents. J J iangx i Agric Univ (江西农业大学学报 ) , 1: 33~ 39 ( in
Chinese)
47 Wu Z2M(吴忠民 ) , Zeng Q2B(曾清波) , Li Y2D( 李义德 ) , et al .
1997. A preliminary research on th e carbon storage and CO2 release
of the tropical forest soils in Jianfengling, Hainan island, China. Ac2
ta Phytoecol Sin (植物生态学报) , 21( 5) : 416~ 423( in Chinese)
48 Yang Y2S(杨玉盛) ,H e Z2M(何宗明) , Chen G2S(陈光水) , et al .
2001. PCA of soil fertility under different gaps of cont inuously
plant ing Chinese fir. Soil E nviron Sci (土壤与环境) , 10( 1) : 33~
38( in Chinese)
49 Ying J2H(应金花) , He Z2M( 何宗明) , Fan S2H(范少辉) , et al .
2001. Effect s of site management on some soil properties of a sec2
ond2 rotat ion plantat ion of Chinese fir. Soi l Envi ron Sci (土壤与环
境) , 10( 3) : 201~ 203( in Chinese)
50 Yang Y2S( 杨玉盛) , Huang B2L(黄宝龙) , He Z2M(何宗明) , et
al . 1999. Growth pattern of 292year2old Chinese fir grown from
seed in different rotat ions. Sci Si lvae Sin (林业科学) , 35( 1) : 32~
36( in Chinese)
51 Yang Y2S(杨玉盛) , Qiu R2H (邱仁辉) ,H e Z2M(何宗明 ) , et al .
1998. Studies on the stand product ivity and biological cycle of nut ri2
ent elements in the 292year2old plantat ions of Chinese fir on differ2
ent rotat ions. Sci Silvae Sin (林业科学) , 34 ( 6) : 3 ~ 11 ( in Ch i2
nese)
52 Yang Y2S(杨玉盛), Qiu R2H (邱仁辉) , Yu X2T (俞新妥) , et al .
1999. Nut rient elements biological cycle of un dergrowth under dif2
ferent rotations of cont inuously planting Chinese fir. J Nor theast
For Univ (东北林业大学学报) , 27( 3) : 26~ 30( in Chinese)
53 Yang Y2S(杨玉盛), Qiu R2H (邱仁辉) , Yu X2T (俞新妥) , et al .
1999. Study on soil humus and fert ility characterist ics in the 29
year2old plantations of Chinese fir on different rotations. Sci Si lvae
Sin(林业科学) , 35( 3) : 116~ 119( in Chinese)
54 Yang Y2S(杨玉盛) , Yang L2Z(杨伦增) , Yu X2T (俞新妥) . 1996.
Seasonal change of microorganism in soil following replancement of
broad2leaved forest by Chinese fir plantat ion . J F uj ia n Col l For (福
建林学院学报) , 6( 1) : 9~ 13( in Chinese)
55 Yang Y2S(杨玉盛) ,Yang L2Z(杨伦增) , Yu X2T(俞新妥) , et al .
2001. Changes in composit ion and propert ies of soil humus follow2
ing replacement of broad2leaved forest by Chinese fir plantat ion . J
Fuj ian Coll For (福建林学院学报) , 29( 1) : 30~ 33( in Chinese)
56 Yang Y2S(杨玉盛) , Yu X2T( 俞新妥) , H e Z2Y(何智英) , et al .
1989. Effect of cont rol burning on the ecological system of Chinese
fir plantation Ò. A preliminary study on th e soil fertility changes
burning the beginning of cont rol burning. J Fujian Col l For (福建
林学院学报) , 9( 3) : 248~ 255( in Chinese)
57 Ye G2F(叶功富) , Lin W2X(林武星) , Zhang S2S(张水松 ) , et al .
1998. Dynamics of site preparat ion modes on the growth course and
soil fert ility of Cunninghamia lanceolata . J Fuj ian For Sci T ech2
nol (福建林业科技) , 25( 1) : 7~ 12( in Ch inese)
58 Ye J2Z(叶镜中) , Shao J2F(邵锦锋) , Wang G2X(王桂馨) . 1992.
Effect of burning on physical and chemical propert ies of soil. In:
Peng W2D(盛炜彤) , eds. Study on Soil Fertility of Forest Planta2
tion. Beijing: China Science and Technology Press. 130 ~ 134 ( in
Chinese)
59 Ye J2Z(叶镜中), Shao J2F(邵锦峰) , Wang G2X(王桂馨) , et al .
1990. Th e effect of burning off on the physical and chemical charac2
terist ics of soil. J Nanj ing For Univ(南京林业大学学报) , 14( 4) :
1~ 7( in Chinese)
60 Yu X2T(俞新妥) , Zhang Q2S( 张其水) . 1989. Studies on the en2
zyme act ivit ies and fert ilit ies of soils in Chinese fir repeated planta2
tion woodland. J F uj ia n Col l For (福建林学院学报) , 9( 3) :256~
262( in Chinese)
61 Zhang Q2S(张其水), Yu X2T(俞新妥) . 1991.A study on the root
system of artificial Chinese fir stands on the repeated plantat ion
woodland in Fujian. Acta Phytoecol Geobot Sin (植物生态学与地
植物学学报) , 15( 4) : 374~ 379( in Chinese)
62 Zheng Y2S(郑郁善) , Chen L2G( 陈礼光) , Hong W( 洪 伟 ) .
1998. Study on product ivity and soil properties of m ixed forests of
Chinese fir and Phyllostachys heterocycla cv. pubescens. Sci Si lvae
Sin (林业科学) , 34( supp. ) : 16~ 25( in Chinese)
63 Zheng Y2S(郑郁善) , Ding Y2X( 丁应祥) . 1997. Propert ies of soil
under the mixed forest s of Tsoong. s t ree and Chinese fir. J Nan2
jing For Univ (南京林业大学学报) , 21( 4): 31~ 36( in Chinese)
作者简介 王清奎, 男, 1977 年生,在读博士, 主要从事森林
土壤有机质研究. 电话: 024283970344; E2mail: wqkui@ 163.
com
1952 应 用 生 态 学 报 15卷