全 文 ：第 35 卷第 18 期
2015年 9月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.18
Sep.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(31300522); 教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目(20125103120018); 四川省教育厅重点项目
(12ZA118, 13ZA0246)
收稿日期:2014鄄01鄄01; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄11鄄19
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: iamtlh@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201401010005
陈刚, 涂利华, 彭勇, 胡红玲, 胡庭兴.瓦屋山扁刺栲鄄中华木荷常绿阔叶次生林土壤有机碳组分特征.生态学报,2015,35(18):6100鄄6109.
Chen G, Tu L H, Peng Y, Hu H L, Hu T X.Characteristics of soil organic carbon components in a secondary Castanopsis platyacantha鄄Schima sinensis
evergreen broad鄄leaved forest, Wawushan Mountain.Acta Ecologica Sinica,2015,35(18):6100鄄6109.
瓦屋山扁刺栲鄄中华木荷常绿阔叶次生林土壤有机碳
组分特征
陈摇 刚, 涂利华*, 彭摇 勇, 胡红玲, 胡庭兴
四川农业大学林学院, 雅安摇 625014
摘要:次生林在全球碳循环中占有重要地位,为了研究中国中亚热带次生林土壤有机碳组分特征,以四川瓦屋山中山段扁刺栲鄄
中华木荷常绿阔叶次生林为对象,通过挖取土壤剖面分层(0—10、10—40、40—70 cm 和 70—100 cm)取样方式,研究土壤各有
机碳组分特征。 结果表明:土壤有机碳、微生物生物量碳、可浸提溶解性有机碳和易氧化碳含量均随土层深度增加而减小,0—
10 cm土层有机碳含量为 121.89 g / kg,高于已报道的亚热带其他常绿阔叶林和四川各类森林;0—10 cm层微生物生物量碳含量
为1931.82 mg / kg,可浸提溶解性有机碳含量为 697.42 mg / kg,易氧化碳含量为 20.98 g / kg,高于已报道的许多相似天然林和人工
林活性碳含量。 土壤有机碳储量为 154.87 t / hm2,在四川省各类森林中处于中等水平。 研究表明瓦屋山扁刺栲鄄中华木荷常绿
阔叶次生林活性碳含量较大,微生物活动和养分流动较为活跃,凋落物层转化为土壤碳的潜力较大,这类生态系统可能会在区
域碳循环过程中扮演更为重要的角色。
关键词:次生林; 土壤有机碳; 亚热带; 瓦屋山
Characteristics of soil organic carbon components in a secondary Castanopsis
platyacantha鄄Schima sinensis evergreen broad鄄leaved forest,
Wawushan Mountain
CHEN Gang, TU Lihua*, PENG Yong, HU Hongling, HU Tingxing
Forestry College, Sichuan Agricultural University, Ya忆an 625014, China
Abstract: Secondary forests are one of the most important fast鄄growth forest types, with a large distribution area and high
potential carbon sequestration capacity. In order to investigate the component characteristics of soil organic carbon in a
subtropical secondary evergreen broad鄄leaved forest, an experiment was conducted in a typical evergreen broad鄄leaved
secondary forest ( Castanopsis platyacantha鄄Schima sinensis) in the middle section of Wawushan Mountain, southwest
China. The physical soil properties and soil carbon fractions were studied, with the soil profile divided (0—10, 10—40,
40—70 cm and 70—100 cm) and sampled. Results showed that the soil at each level was acidic. Soil potential acidity was
between 3.2 and 4.0, field moisture capacity was 63%—190%, and total porosity and bulk density were 63.0%—83.3%
and 0.41—0.99 g / cm3 respectively. Soil pH value and bulk density increased with increased soil depth, while the field
moisture capacity and total porosity showed the opposite trend. The organic carbon content of litter was 443 g / kg, and the
litter stock and litter carbon stock were 10.4 t / hm2and 4.5 t / hm2, respectively. Litter organic C stock in the studied forest
was higher than in the majority of the plantations and natural forests in Sichuan Province. Soil organic carbon, microbial
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biomass carbon, extractable dissolved organic carbon, and readily oxidizable carbon decreased with an increase in soil
depth. The soil organic carbon content in the 0—10 cm layer was 121.9 g / kg, which was higher than reported in other
subtropical evergreen broad鄄leaved forests and in all types of forests in Sichuan (3.6, 8.6, and 14.6 times the soil organic
content of the soil layers at 10—40 cm, 40—70 cm, and 70—100 cm respectively) . The content of microbial biomass
carbon in the 0—10 cm layer was 1931.82 mg / kg, which was 2.6, 5.7, and 7.8 times that in the following three layers. The
contents of extractable dissolved organic carbon and readily oxidizable carbon in the 0—10 cm layer were 697.42 mg / kg and
20.98 g / kg, respectively. The contents of labile organic carbon in the 0—10 cm layer were higher than in many other
reported similar natural forests and plantations. The density of soil organic carbon, microbial biomass carbon, extractable
dissolved organic carbon, and readily oxidizable carbon were 7.5—48, 0.20—0.81, 0.25—0.37, and 0.8—8.4 kg / m3,
respectively. The density of soil organic carbon, extractable dissolved carbon, and readily oxidizable carbon decreased with
an increase in soil depth, while the microbial biomass carbon first increased and then decreased and peaked at the horizon,
10—40 cm. Soil organic carbon stock was 154.9 t / hm2, which was at the mid鄄level in Sichuan Province. The stocks of
microbial biomass carbon, extractable dissolved organic carbon, and readily oxidizable carbon were 3.1, 3.0 and 21.0 t /
hm2, respectively. This study suggests that (1) the content of the soil labile organic carbon was relatively high, (2) the
activity of microorganisms and the flow of nutrients were relatively active, and (3) there is a huge amount of forest litter in
the C. platyacantha鄄S. sinensis evergreen broad鄄leaved secondary forest that can be transformed into soil carbon in the
future. These ecosystems will play a more important role in regional carbon cycles in the future.
Key Words: secondary forest; soil organic carbon; subtropics; Wawushan Mountain
次生林是原始森林由于人类活动被完全清除后,自然状态下自主生长的植物群落[1鄄2]。 我国现有森林面
积为 2.07亿 hm2,其中原生林面积为 0.12 亿 hm2,次生林面积为 1.18 亿 hm2,分别占森林总面积的 6%和
57%[3],次生林已成为我国现今森林资源的主体。 次生林是全球重要碳汇,约为 0.35—0.6 Gt C / a[4](1 Gt =
1015 g),并且是陆地生物圈近几十年来净碳汇增加的重要原因[5]。 常绿阔叶林作为我国亚热带地区的顶级群
落,其森林结构复杂、生产力高、生物多样性丰富,但由于人类活动的干扰和破坏,目前我国亚热带天然常绿阔
叶林已接近消失,取而代之的是大面积的次生林[6]。 常绿阔叶次生林植物物种丰富,在生物多样性保护,水
土保持和碳固定方面具有重要作用,并且,我国绝大多数亚热带次生林尚处于较年轻的阶段,具有很大的生长
和固碳潜力[6]。
土壤是全球最大的有机碳库,最新研究结果显示全球土壤有机碳库大于 3300 Gt,其微小的变化可能引起
大气 CO2浓度的较大波动,进而影响温室效应和全球气候变化[7鄄8]。 因此,近年来,许多生态学家都致力于各
类陆地生态系统土壤有机碳贮存和分配的研究[9鄄12],以期为区域性土壤有机碳库的估算提供基础数据。 尽管
如此,由于地域性研究对象复杂而多样,基础数据并不全面、详细、可靠,为我国乃至全球范围内的有机碳库估
算带来很大局限性[13]。
由于土壤碳库基数和自然变异大,碳库微小的变化很难被发现[14]。 Biederbeck等[15]研究指出,土壤有机
碳的短暂波动主要来源于易氧化、易分解部分的变化,并选择了易氧化碳、微生物生物量碳和可矿化碳作为土
壤活性有机碳的指示因子。 虽然在土壤有机碳含量中土壤活性有机碳只占很小比例, 但它作为土壤生物化
学转换的直接碳源,并且能够在土壤全碳变化之前反映土壤的微小变化[14,16]。 因此,活性碳组分研究在土壤
有机碳研究中具有重要意义。 针对各地域性土壤开展详尽的有机碳贮存及活性有机碳分配特征的研究意义
重大。
本研究以瓦屋山中山段典型扁刺栲(扁刺锥) (Castanopsis platyacantha)鄄中华木荷(Schima sinensis)常绿
阔叶次生林地为对象,探讨土壤有机碳及其活性组分的含量、储量和在土层中的垂直分布,为区域碳循环研究
提供基础数据。
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1摇 材料与方法
1.1摇 试验地概况
位于四川盆地向川西高原过渡的四川盆地西部边缘地区,由于其高降水量和中亚热带湿润气候,被称为
“华西雨屏冶,东西宽 50—70 km,南北长 400—450 km,总面积约 2.5万 km2 [17]。 试验地位于“华西雨屏冶中心
地带的四川洪雅县瓦屋山国家森林公园,广泛分布着中亚热带常绿阔叶树种,其中山段的次生林是 1956 年由
原生的扁刺栲鄄中华木荷群落遭砍伐后自然恢复而成[18鄄19]。 试验地设置在瓦屋山中山区的木姜杠林班(29毅
32忆35义N,103毅15忆41义E),海拔约 1600 m。 该地段属中亚热带季风性湿润气候,温和湿润,日照短,雨水多,云雾
多、湿度大。 年均温 10—14 益,年日照不足 800 h,年降水日 199—226 d,降水量达 2398 mm,年均相对空气湿
度达 85%—90%[19]。 土壤类型为山地黄壤。 该中山地段在破坏前均为顶极地带性常绿阔叶林扁刺栲鄄中华
木荷群落。 1956年遭到砍伐破坏,遗留下一些幼树幼苗,后基本上无进一步的干扰破坏而得以自然恢复,因
此该林分树种林龄约为 56a。 目前已形成次生常绿阔叶成林,优势种为扁刺栲和中华木荷[18],草本层十分
稀疏。
1.2摇 研究方法
1.2.1摇 凋落物及土壤样品的采集、处理和测定
2012年 9月,根据典型性和代表性原则在木姜杠林班设置 10 块样方(20 m伊20 m)。 各样地调查基本情
况如表 1 所示。 同年 11 月 28 日,采集凋落物和土壤样品。 在每个样方内随机选择 3 个样点,量取 50 cm伊
50cm的采样点,共计 36个采样点,分别收集采样点内所有凋落物。 在每个样方内随机挖取 3个土壤剖面,共
计 36个土壤剖面。 由于土壤腐殖质厚度约为 10 cm,故按 0—10 cm,10—40 cm,40—70 cm,70—100 cm等 4
个层次采集各土层土壤样品,同时用环刀分层采样,每个剖面每个土层取 3个环刀土样。
表 1摇 各样方基本情况
Table 1摇 Basic situation of each quadrat
样地号
Quadrat
Number
坡度坡向
Slope and
Aspect
郁闭度
Canopy
Density
扁刺栲
株数 CL
扁刺栲
平均胸径
Mean DBH
of CL / cm
中华
木荷株数
SS
中华木荷
平均胸径
Mean DBH
of SS / cm
其他树种株数
Other Tree
Spicies
合计株数
Total
1 NE,摇 9毅 0.8 19 18.0 24 25.1 3 46
2 W,摇 14毅 0.7 9 25.2 10 25.6 4 23
3 NE,摇 16毅 0.7 9 26.3 8 29.7 9 26
4 NE,摇 9毅 0.8 6 18.2 21 22.4 19 46
5 WE,摇 11毅 0.7 5 25.3 14 28.1 5 24
6 WE,摇 12毅 0.7 12 26.4 1 38.9 8 21
7 N,摇 9毅 0.8 18 23.0 0 10 28
8 NE,摇 12毅 0.7 12 27.0 1 33.7 17 30
9 N,摇 5毅 0.8 8 15.6 9 21.8 17 34
10 N,摇 13毅 0.6 2 27.4 1 29.3 9 12
摇 摇 CL:Castanopsisp latyacantha 扁刺栲;SS:Schima sinense 中华木荷;DBH: Diameter at breast height 胸径; -:无数据
收集的凋落物样品,去除可见石砾及表面泥土,于 65 益烘干至恒重并称量记录。 各凋落物烘干样品按四
分法分取一部分,粉碎过 2 mm筛后装袋,供化学分析使用。 土样取小部分用于测量自然含水率,其余用四分
法分出一半挑出可见根及石砾,过 2 mm筛,于 4 益条件下保存待测,另一半土样自然风干,去除可见根系和
石砾后研磨粉碎,分别过 2 mm和 0.25 mm筛,装袋待测。
测定项目有土壤 pH值、土壤田间持水量、土壤总孔隙度、土壤容重、凋落物有机碳(LOC)、土壤有机碳
(SOC)、土壤微生物生物量碳(MBC)、土壤可浸提溶解性有机碳(EDOC)和土壤易氧化碳(ROC)。 土壤 pH
值采用氯化钾溶液浸提法进行测定(LY / T 1239—1999)。 土壤田间持水量、总孔隙度和容重采用环刀法测定
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(LY / T 1215—1999)。 凋落物和土壤有机碳采用重铬酸钾外加热法(LY / T 1237—1999)测定。 土壤 MBC 采
用氯仿熏蒸、0.5 mol / L硫酸钾溶液浸提[20](做氯仿熏蒸和未熏蒸 2 种处理),总有机碳分析仪(TOC鄄VcPH+
TNM鄄1,Shimazu Inc,Japan)测定总碳和无机碳,根据所测得的指标计算 MBC,计算方公式为:
MBC=
(TC1-IC1)-(TC0-IC0)
KC
式中,MBC为微生物生物量碳,TC1为熏蒸样品总碳,IC1为熏蒸样品无机碳,TC0为未熏蒸样品总碳,IC0为未熏
蒸样品无机碳,KC为微生物生物量碳转换系数(0.45 [20])。
EDOC采用 0.5 mol / L硫酸钾[21]浸提,浸提液过 0.45 滋m微孔滤膜后用总有机碳分析仪测定。 ROC 采用
0.333 mol / L高锰酸钾氧化法测定[14]。
1.2.2摇 数据计算与处理
对土壤有机碳密度进行分层计算的方法:
T j =(1-琢 j)b jcj
式中,T j为第 j层土壤有机碳密度(kg / m3);琢 j为第 j层砾石(粒径>2 mm)体积百分数,本研究中各土层砾石含
量小于 1%,以 0%进行计算;b j为第 j层平均土壤容重(g / cm3);cj为第 j层总有机碳平均含量(g / kg)。
对 0—100 cm土层土壤有机碳储量计算的方法:
S= 移
k
j = 1
T jd j
10
式中,S为土壤有机碳储量(t / hm2);d j为第 j层土壤厚度(cm);10为单位换算系数;k为土壤层数。
为了比较各土层各指标之间的差异,利用 SPSS16. 0(SPSS Inc.,USA)对土层各指标进行方差分析(One鄄
way ANOVA),并进行 LSD多重比较(琢 = 0.05),统计显著水平为 琢 = 0.05。 用 Sigmaplot 10.0(Systat software
Inc.,USA)绘图。
2摇 结果与分析
2.1摇 不同土层深度土壤 pH值和物理性质
本研究结果表明,各土层土壤均呈酸性,潜在酸度 3.2—4.0,田间持水量为 63%—190%,总孔隙度和容重
分别为 63.0%—83.3%和 0.41—0.99 g / cm3,土壤 pH值和容重随土层深度的增加而升高,而土壤田间持水量
和总孔隙度随土层的加深而降低(表 2)。 各个土层 pH 值、总孔隙度和容重的变异数均较小,只有 70—100
cm土层田间持水量的变异系数略大(CV= 35%),表明调查群落内土壤 pH 值和物理性质在水平方向上较为
均一。 4个土层间的 pH值、总孔隙度和容重均存在显著差异,而土壤田间持水量除 40—70 cm和 70—100 cm
两个土层间无显著差异外,其余各土层间均有显著差异,表明该林地内土壤 pH 值和物理性质在垂直方向上
具有较大变异。 其中 0—10 cm 层的田间持水量均值是 70—100 cm 层的 3 倍,而 70—100 cm 层土壤容重为
0—10 cm层的 2.4倍。
表 2摇 瓦屋山常绿阔叶次生林不同土层深度土壤 pH和物理性质
Table 2摇 Soil physical properties in deferent soil depth of evergreen broad鄄leaved secondary forest in Wawushan Mountain
土层深度
Soil depth / cm
pH
Mean依SD CV / %
田间持水量 / %
Field moisture capacity
Mean依SD CV / %
总孔隙度 / %
Total porosity
Mean依SD CV / %
容重 / (g / cm3)
Soil bulk density
Mean依SD CV / %
摇 0—10 3.2依0.1d 4.5 190依46a 24 83.3依5.3a 6.4 0.41依0.10d 25.27
10—40 3.8依0.2c 4.0 108依26b 24 72.2依5.6b 7.7 0.66依0.14c 21.66
40—70 4.0依0.1b 2.2 73依16c 22 65.6依4.3c 6.5 0.89依0.13b 14.62
70—100 4.0依0.1a 1.8 63依23c 35 63.0依5.7d 9.0 0.99依0.17a 17.28
摇 摇 Mean依SD: 平均值依标准差 Standard deviation; CV: 变异系数 Coefficient of variation; 同列相同写字母表示不同土层间差异不显著(单因素方
差分析, LSD多重比较法, 琢 = 0.05)
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2.2摇 不同土层深度土壤碳组分含量、密度及各碳组分储量
0—10 cm土层的 SOC、MBC、EDOC和 ROC含量分别为:(121.9依40.4)、(1.93依0.6)、(0.7依0.2)和(21.0依
11.8) g / kg,土壤有机碳和 3个碳组分含量均随土层深度的增加而降低(图 1),且 0—10 cm 土层各碳组分含
量均显著高于下面 3 层。 其中 0—10 cm 土层 SOC 含量为 10—40 cm、40—70 cm 和 70—100 cm 3 个土层的
3.6、8.6和 14.6倍,0—10 cm土层 MBC含量也比下面 3 土层分别高出 2.6、5.7 和 7.8 倍。 而 40—70 与 70—
100 cm两土层中 4个碳组分的含量均不存在显著性差异。 凋落物层有机碳含量为(443依25) g / kg,且各样点
测定结果差异不大,变异系数仅为 6.2%。
图 1摇 瓦屋山常绿阔叶次生林不同土层深度有机碳、微生物生物量碳、可浸提性有机碳和易氧化碳含量
Fig.1摇 Content of SOC、MBC、EDOC and ROC in deferent soil depth of evergreen broad鄄leaved secondary forest in Wawushan Mountain
SOC: 土壤有机碳 soil organic carbon; MBC: 微生物生物量碳 microbial biomass carbon; EDOC: 可浸提溶解性有机碳 extractable dissolved
organic carbon; ROC: 易氧化碳 readily oxidizable carbon; 图中矩形盒表示 25%—75%的数据,矩形盒内横线代表该组数据的中位数,上下颈
须代表该组数据中的 10%—90%的数据
不同土层各碳组分碳密度值由各土层各碳组分含量和相应的土壤容重计算(表 3)。 结果表明该森林群
落土壤 SOC、MBC、EDOC和 ROC密度分别为 7.5—48.9、0.20-0.81、0.25-0.37 和 0.8—8.4 kg / m3。 SOC、MBC
和 ROC密度均随土层深度的增加而降低,且 0—10 cm 层的密度均显著高于其下面 3 层,但 40—70 与 70—
100 cm两土层中这 3个碳组分含量差异均不显著。 EDOC密度呈现先增加后降低的趋势,在 10—40 cm土层
含量最高(0.37 kg / m3),40—70 cm 土层的 EDOC 密度高于 0—10 cm 土层,但差异未达显著水平。 SOC、
MBC、ROC密度随土层深度增加而下降趋势不如其含量明显,且 EDOC 密度在垂直剖面上的变化规律与其含
量存在差异也表明各组分碳密度明显受土层物理特性的影响。
土壤 0—100 cm层 SOC储量为 156 t / hm2,ROC储量(21.00 t / hm2)显著高于 MBC(3.20 t / hm2)和 EDOC
(3.03 t / hm2),同时 ROC 储量占 SOC 储量的比例也显著高于 MBC 和 EDOC 储量占 SOC 含量的比例,而
EDOC与 MBC储量之间不存在显著差异(图 2)。 凋落物层凋落物储量和凋落物层有机碳储量分别为 10.4 t /
hm2和 4.5 t / hm2。
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表 3摇 瓦屋山常绿阔叶次生林不同土层深度土壤碳组分密度
Table 3摇 Density of soil carbon fractions in deferent soil depth in an evergreen broad-leaved secondary forest, Wawushan Mountain
土层深度
Soil depth / cm
SOC密度 / (kg / m3)
SOC density
Mean依SD CV / %
MBC密度 / (kg / m3)
MBC density
Mean依SD CV / %
EDOC 密度 / (kg / m3)
EDOC density
Mean依SD CV / %
ROC 密度 / (kg / m3)
ROC density
Mean依SD CV / %
0—10 48.9依18.5a 37.9 0.8依0.3a 40.4 0.27依0.08bc 29.4 8.4依4.0a 48.2
10—40 17.3依5.9b 34 0.4依0.2b 55.4 0.37依0.09a 23.6 2.3依1.1b 48.3
40—70 11.0依3.0c 26.9 0.3依0.1bc 50.7 0.29依0.09b 29 1.1依0.5c 41.5
70—100 7.5依2.3c 31 0.2依0.1c 60.7 0.25依0.08c 33.2 0.8依0.4c 52
摇 摇 SOC: 土壤有机碳 soil organic carbon; MBC: 微生物生物量碳 microbial biomass carbon; EDOC: 可浸提溶解性有机碳 extractable dissolved
organic carbon; ROC: 易氧化碳 readily oxidizable carbon; Mean依SD:平均值依标准差 Standard deviation; CV:变异系数 Coefficient of variation;同列
相同大写字母表示不同土层间差异不显著(单因素方差分析, LSD多重比较法, 琢 = 0.05)
摇 图 2摇 瓦屋山常绿阔叶次生林土壤(0—100 cm)各碳组分储量
Fig.2 Stock of each carbon fraction (0—100 cm) in an evergreen
broad鄄leaved secondary forest, Wawushan Mountain
SOC: 土壤有机碳 soil organic carbon; MBC: 微生物生物量碳
microbial biomass carbon; EDOC: 可浸提溶解性有机碳 extractable
dissolved organic carbon; ROC: 易氧化碳 readily oxidizable carbon;
不同字母表示处理间差异显著(单因素方差分析,LSD 多重比较
法,琢 = 0.05)
3摇 讨论
3.1摇 扁刺栲鄄中华木荷常绿阔叶次生林土壤物理性质
本研究发现,瓦屋山中山区扁刺栲鄄中华木荷常绿
阔叶次生林土壤为酸性,且随土层深度的增加 pH 值升
高,0—10 cm 土层潜在酸度(氯化钾浸提液测定)为
3.2。 森林土壤有机质主要由胡敏酸和富里酸等有机酸
类腐殖质组成,因此土壤有机质含量较高时土壤酸度增
加。 田间持水量是土壤中所能保持的毛管悬着水的最
大量,被认为是土壤所能稳定保持的最高含水量[22鄄23]。
本研究发现试验地田间持水量随土层深度的增加而降
低,这与李灵等[24]对位于中亚热带湿润季风气候的武
夷山 0—60 cm土层的研究结果相似。 土壤总孔隙度和
容重相互联系,反映土壤的透水性、通气性和根系生长
阻力状况等[25]。 本研究中土壤容重随土层深度的增加
而增大,总孔隙度随土层深度的增加而减小,与李灵
等[24]和王燕等[26]对亚热带常绿阔叶林地的研究结果
相似。
3.2 摇 扁刺栲鄄中华木荷常绿阔叶次生林土壤碳组分
特征
土壤有机碳水平在特定森林生态系统一定时期内
处于平衡状态,主要取决于森林凋落物和植物根系状
况[27鄄29]。 目前,该次生林凋落物层有机碳储量较高(4.5 t / hm2),表层土壤腐殖质较丰富。 因此,本研究中表
层土壤有机碳含量较高的一个重要原因可能在于植被的快速生长带来的大量根际沉降物、死亡细根和地表凋
落物输入。 其另一重要原因可能与海拔有关,本试验地海拔为 1600 m,比处于中亚热带的浙江天童山(表 4)
常绿阔叶林高出 1400多 m[27],年平均温度低于其他试验地,再加之该地位于华西雨屏区的中心,雨量充沛,
且表层土壤较疏松,凋落物层有机碳能大量淋溶到土壤表层,但由于温度相对较低,有机碳的分解相对较慢,
表层土壤有机碳的积累就较高。 黄从德等[30]对四川省森林土壤(表 5)进行的大范围研究表明,处于高海拔
的冷、云杉表层土壤有机碳含量是所有森林类型中最高的。
土壤微生物生物量碳在土壤碳库中所占比例很小,一般只占有机碳的 1%—4%[34],但它与全量养分存在
一定的相关性,其含量越高,其土壤肥力往往越高,因此,被视为土壤肥力变化的重要指标之一[35鄄36]。 本研究
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结果 0—10 cm土层 MBC 含量为 1931.82 mg / kg,高于刘爽等[37]报道的温带硬阔叶林(1302 mg / kg),杨桦林
(1074 mg / kg)和蒙古栎林(721 mg / kg);也高于李灵等[38]报道的福建三明格氏栲人工林[(1035依103) mg /
kg]和杉木人工林[(820依76) mg / kg]。 本研究结果高于温带硬阔林和栎林的一个重要原因可能是本研究地
所处中亚热带,水热条件均优于黑龙江帽儿山;而高于同一气候带且林分年龄差不多(约 50a)的栲和杉木人
工林的重要原因可能是人工林地中树种过于单一,使得微生物群落不如本研究地的丰富多样。 本研究中,土
壤 MBC含量随土层的加深而降低(图 1),这与尉海东等[39]对杨树人工林的研究,李灵等[38]对格氏栲和杉木
人工林的研究和刘爽等[37]对温带森林的研究结果一致。 土壤微生物多分布在表层土中[39],原因有两点,一
方面,地表大量的枯枝落叶提供充分的营养源,通气和水热状况也较好,利于微生物的生长和繁殖;另一方面,
表层土壤中细根相对密集,土壤有机质也较多、土壤通气状况较好,但随着土层的加深, 生境条件变差,从而
影响微生物的分布。
表 4摇 亚热带常绿阔叶林地表层(0—10 cm)土壤有机碳特征
Table 4摇 Soil organic carbon characteristics of surface layer (0—10 cm) in subtropical evergreen broadleaf forests
气候带
Climate zone
地点
Location
海拔
Elevation / m
阔叶林优势树种
Dominant
tree species
林龄
Stand age / a
有机碳含量
SOC / (g / kg)
文献
References
北亚热带 Northern subtropical zone 浙江富阳 壳斗科+樟科 40 38.0依11.8 [31]
中亚热带 Mid鄄subtropical zone 浙江宁波 130 栲树+木荷 36.19 [27]
中亚热带 Mid鄄subtropical zone 浙江宁波 180 栲树 57.25 [27]
中亚热带 Mid鄄subtropical zone 四川瓦屋山 1600 扁刺栲、中华木荷 56 121.90依40.4 本研究
南亚热带 Southern subtropical zone 广东鼎湖山 50—200 锥栗、木荷、厚壳桂 400 37.2 依 7.3 [32]
摇 摇 壳斗科 Fagaceae;樟科 Lauraceae;木荷 Schima superba;锥栗 Castanopis chinensis;厚壳桂 Cryptocarya chinesis; SOC: soil organic carbon; : 无
数据
表 5摇 四川省主要人工林和天然林土壤有机碳特征
Table 5摇 Characteristics of SOC of major plantation and natural forest in Sichuan Province
林分类型
Type of stand
凋落物层有机碳储量
Carbon stock
in litter layer /
( t / hm2)
0—10 cm土层有机碳含量
Concentration of SOC
in 0—10 cm soil /
(g / kg)
0—100 cm土层有机碳储量
Carbon stock
in 0—100 cm soil /
( t / hm2)
参考文献
References
冷、云杉 Abies fabri and Picea asperata 6.70依2.80 72.4依25.5 264.4依49.2 [30,33]
杉木 Cunninghamia lanceolata 0.71依0.22 24.0依6.3 126.8依18.5 [30,33]
马尾松 Pinus massoniana 2.00依0.61 18.7依4.4 102.7依21.1 [30,33]
柏木 Cupressus funebris 0.87依0.31 19.2依7.0 107.6依22.8 [30,33]
柳杉 Cryptomeria fortunei 0.56依0.03 55.6依7.4 220.5依34.5 [30,33]
楠、樟 Phoebe and Cinnamomum 1.79依0.54 51.5依18.0 186.8依60.2 [30,33]
栎类、硬阔 Quercus and Hardwood 1.26依0.38 28.6依1.0 156.4依28.5 [30,33]
软阔 Softwood 2.20依0.17 62.3依25.1 240.0依46.2 [30,33]
栎类、硬阔 Quercus and Hardwood 10.03依3.1 121.9依40.4 156.1依32.8 本研究
土壤可浸提溶解性碳是有机碳中具有一定溶解性、易分解、移动快、可以被土壤微生物直接利用的有机碳
源[40鄄42],对森林土壤生态系统中元素的生物地球化学循环及铝、重金属、水和养分循环及有效性等影响较
大[43]。 李淑芬等[44]的研究结果表明,南方酸性森林土壤中溶解性有机碳与一些全量和速效养分、有机络合
态铁和有机络合态铝之间呈极显著或显著的正相关关系,因此可以作为土壤肥力性状及调整土壤中铝和铁的
溶出和迁移生物学指标。 本研究中 0—10 cm 土层 EDOC 含量 697.42 mg / kg,0—100 cm 土层储量为 302.59
g / cm2,均远远大于福建省万木林省级自然保护区罗浮栲天然林土壤表层可溶性有机碳含量(74.84 mg / kg)与
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0—100 cm土层储量(28.40 g / cm2) [45]。 这表明本研究地由土壤总有机碳转化的可溶性有机碳较为丰富,为
整个扁刺栲鄄中华木荷次生林养分元素循环和微生物分布提供保证,该次生林的整个养分流动较为活跃。
土壤易氧化碳含量及其与土壤总有机碳的比值反映了土壤碳的稳定性,土壤总有机碳中 ROC 所占比例
越高,说明土壤碳的活性越大,稳定性越差[35],同时作为有机碳中的活性组分,ROC直接参与土壤生物化学转
化过程,为微生物活动提供能源并驱动土壤养分循环, 对土壤碳及其质量变化具有更高的灵敏性[46],因此,
ROC对土壤碳库平衡和土壤化学、生物学稳定性维持具有重要的意义,土壤 ROC 多少往往表征着土壤能释
放的有效肥力的多少[47]。 本研究中 0—10 cm 土层 ROC 含量为 20.98 g / kg,占 SOC 含量的 17.21%,0—100
cm层 ROC储量占 SOC 储量的比例也达到 13.50%,高于江苏省瓦屋山林场杉木、毛竹、麻栎和湿地松人林
0—10 cm层 ROC含量[48];也高于浙江山坞壳斗科樟科为主的常绿阔叶天然次生林[(15.58依3.15) g / kg)和
杉木人工林[(13.30依1.20) g / kg] [49]。 黄宗胜等[47]在贵州茂兰所做的关于喀斯特森林植被自然恢复过程中
土壤有机碳库特征演化结果表明 ROC 含量在早期阶段(草本和草灌阶段)最低,中期阶段(灌丛灌木和灌乔
过渡阶段)次之,后期阶段(乔木和顶极阶段)最高。 本研究地处于该区域植被恢复的后期阶段,ROC 含量也
高于大多人工林和天然次生林地,表明本研究地土壤能为微生物生存提供充足能源,凋落物层和土壤中有效
肥力释放的潜力较大。
试验地 0—100 cm土壤 SOC、MBC、EDOC和 ROC储量分别为 154.9、3.1、3.0、21.0 t / hm2,其中土壤有机碳
储量在四川省各类森林中处于中等水平,高于四川省杉木 ( Cunninghamia lanceolata)、云南松 ( Pinus
yunnanensis)、马尾松 ( Pinus massoniana) 等部分天然林和桉 ( Eucalyptus)、柏木 ( Cupressus funebris)、杨
(Populus)等大部分人工林[29鄄30],且高于我国亚热带地区大部分人工林(71.5—147.0 t / hm2) [50鄄52]与四川西北
部亚高山云杉天然林土壤有机碳储量(156.1 t / hm2) [53]非常接近(表 5, 表 6)。 瓦屋山常绿阔叶次生林有机
碳密度和储量较高的一个重要原因可能是表层中有机碳含量非常高。 黄从德等[30]研究的四川省各类森林
中,0—10 cm层 SOC含量介于 19.2—72.4 g / kg,均明显小于本试验地该土层 SOC 含量(121.9 g / kg),而本研
究中 10—100 cm各土层 SOC含量与四川省其他各类森林差异不大。
综上所述,位于华西雨屏区中心地带的瓦屋山扁刺栲鄄中华木荷常绿阔叶次生林,土壤有机碳储量高于同
一气候带人工林和天然林,在四川省各类森林中处于中等水平,而凋落物层有机碳储量和土壤表层有机碳含
量均明显高于四川省各类人工林和天然林,微生物生物量碳、可浸提溶解性有机碳和易氧化碳高于许多已报
道的天然次生林和人工林,说明该生态系统活性碳含量较大,微生物活动和养分流动较为活跃,凋落物转化为
土壤碳的潜力较大,碳储量仍处在不断积累的过程。 因此可以预见这类生态系统将在区域碳循环过程中扮演
更为重要的角色。
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