全 文 ：第 34 卷第 15 期
2014年 8月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.15
Aug.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金 (40973053, 41273082); 教育部高等学校博士学科点专项科研基金(博导类)(20123207110013)
收稿日期:2012鄄12鄄14; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄03
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: liujine@ njnu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201212141802
杭子清,王国祥,刘金娥,王刚,王会.互花米草盐沼土壤有机碳库组分及结构特征.生态学报,2014,34(15):4175鄄4182.
Hang Z Q,Wang G X,Liu J E,Wang G,Wang H.Characterization of soil organic carbon fractions at Spartina alterniflora saltmarsh in North Jiangsu.Acta
Ecologica Sinica,2014,34(15):4175鄄4182.
互花米草盐沼土壤有机碳库组分及结构特征
杭子清1,王国祥1,刘金娥1,*,王摇 刚2,王摇 会3
(1. 南京师范大学地理科学学院, 南京摇 210023; 2. 盐城师范学院城市与资源环境学院, 盐城摇 224002;
3. 盐城国家级珍禽自然保护区,盐城摇 224057)
摘要:在江苏盐城互花米草(Spartina alterniflora)盐沼建立以下样地:光滩(Mudflat)、互花米草建群 1a(S.alterniflora flat 2011)、
5a(S.alterniflora flat 2007)、12a(S.alterniflora flat 2000)、23a(S.alterniflora flat 1989)以及碱蓬(Suaeda salsa flat 1989),采集表层
土壤样品,分析土壤中的活性有机碳(可溶性有机碳、微生物量碳)特征,并利用核磁共振波谱法测定土壤总有机碳的结构图
谱,研究互花米草盐沼土壤有机碳库组分及结构特征。 结果表明:(1)互花米草建群后,盐沼表层土壤有机碳含量显著增加(P<
0.05),在 0.82—7.6 g / kg之间,各样地表层土壤有机碳含量为:互花米草滩(5.57 g / kg)>碱蓬滩(2.4 g / kg)>光滩(1.05 g / kg);可
溶性有机碳含量为:互花米草滩(36.08 mg / kg) >碱蓬滩(17.43 mg / kg) >光滩(6.92 mg / kg);微生物量碳含量为:互花米草滩
(52郾 51 mg / kg)>碱蓬滩(18.27 mg / kg)>光滩(13.56 mg / kg)。 互花米草建群后,土壤中活性碳库含量显著增加(P<0.05)。 (2)
土壤有机碳结构以烷氧碳和芳香碳为主,其中芳香碳的平均比例(35.85%)最高,其次为烷氧碳(32.83%)和羧基碳(20.62%),
烷基碳的平均比例(10.36%)最低,其中建群 5a的互花米草样地(SAF2007)土壤芳香碳、烷氧碳、烷基碳含量最高,建群 23a 的
互花米草样地(SAF1989)土壤羧基碳含量最高。 (3)互花米草盐沼土壤中烷基碳 /烷氧碳为:SAF2007 (0郾 44) >SSF1989 (0.43)
>SAF2000 (0.28)>SAF2011(0.27) >SAF1989 (0.22);疏水碳 /亲水碳为:SAF2007 (0.97) >SSF1989 (0郾 87) >SAF2000 (0.85) >
SAF2011 (0.83)>SAF1989 (0.81)。 烷基碳 /烷氧碳在建群 5a后达到最高值 0.44,烷基化程度最高;疏水碳 /亲水碳达到最高值
0.97,土壤碳库稳定性高于其它样地。
关键词:互花米草;土壤有机碳库;核磁共振;海滨湿地;有机碳结构
Characterization of soil organic carbon fractions at Spartina alterniflora saltmarsh
in North Jiangsu
HANG Ziqing1,WANG Guoxiang1,LIU Jin忆e1,*,WANG Gang2,WANG Hui3
1 School of Geography Science,Nanjing Normal University,Nanjing 210023,China
2 College of Urban and Resource Environment,Yancheng Teachers University,Yancheng 224002,China
3 Yancheng National Nature Reserve,Yancheng 224057,China
Abstract: Spartina alterniflora was introduced into China in 1979, and the first plantation of S. alterniflora was successfully
constructed in Jiangsu province in 1982. Since it expanded quickly on coastal wetlands, great attentions were paid to its
positive and negative effects on native ecosystems. In order to study the components and structural characteristics of soil
organic carbon ( SOC) pool of S. alterniflora saltmarsh, field observations and soil sampling work were fulfilled at
permanent study sites including mudflat (MF), S. alterniflora salt marsh of 1鄄year (SAF2011), 5鄄year (SAF2007), 12鄄
year (SAF2000), 23鄄year ( SAF1989) and Suaeda salsa saltmarsh ( SSF1989) along the coastal wetland in Yancheng,
where located the largest area of S. alterniflora saltmarsh in China. The topsoil SOC, dissolved organic carbon (DOC) and
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microbial biomass carbon (MBC) were analyzed, and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy was utilized to
explore the structure of soil organic carbon. The results showed that: (1) the development of S. alterniflora promoted the
soil organic carbon sedimentation. The range of SOC was between 0.82—7.60 g / kg, which occurred as the order of S.
alterniflora saltmarsh (5.57 g / kg)> S. salsa saltmarsh (2.4 g / kg)> mudflat (1.05 g / kg); the DOC occurred as the order
of S. alterniflora saltmarsh(36.08 mg / kg)>S. salsa saltmarsh(17.43 mg / kg)>mudflat(6.92 mg / kg); the MBC occurred as
the order of S. alterniflora saltmarsh(52.51 mg / kg) >S. salsa saltmarsh(18.27 mg / kg) >mudflat(13.56 mg / kg) . These
indicated that the soil active organic carbon pool was enhanced by the development of S. alterniflora. ( 2) The SOC
contained more alcoxyl and aromatic carbon than other carbon fractions. The average proportion of SOC fractions occurred as
the order of aromatic carbons(35.85%) > the alcoxyl carbon (32.83%) > carboxyl carbon (20.62%) > alkyl carbon
(11郾 76%). The highest value of aromatic carbons, alcoxyl carbon and alkyl carbon occurred at the 5鄄year S. alterniflora
saltmarsh ( SAF2007 ), while the highest value of carboxyl carbon occurred at the 23鄄year S. alterniflora saltmarsh
(SAF1989). (3) The ratio of alkyl carbon / alcoxyl carbon in topsoil occurred as the order of SAF2007 (0.44) >SSF1989
(0. 43) >SAF2000 (0. 28) >SAF2011(0. 27) >SAF1989 (0. 22); the ratio of hydrophobic carbon / hydrophilic carbon
occurred as SAF2007 (0.97)>SSF1989 (0.87)>SAF2000 (0.85)>SAF2011 (0.83)>SAF1989 (0.81). The highest ratio
of alkyl carbon / alcoxyl carbon (0. 44) and hydrophobic carbon / hydrophilic carbon (0. 97) occurred at the 5鄄year S.
alterniflora saltmarsh(SAF2007), indicating the highest degree of alkylation and stability of SOC pool.
Key Words: Spartina alterniflora; soil organic carbon pool; NMR; coastal wetland; structure of organic carbon
摇 摇 湿地土壤有机碳(SOC)是全球陆地最大的碳库
之一,其碳含量是大气中 CO2碳含量的 2—3倍[1鄄2],
兼有“碳源冶与“碳汇冶的双重功能,其碳循环对大气
全球碳收支以及与之有关的全球气候变化有重要影
响。 盐城海滨湿地是我国面积最大、生态类型最齐
全、冲淤演变最复杂的典型淤泥质海滨湿地[3]。 自
1982年引种互花米草以来,迅速海向扩张,形成大面
积的盐沼,和本地种碱蓬产生了种间竞争,未来有可
能取代碱蓬[4],植物种类的更替改变了生态系统结
构和物质转化过程,影响土壤有机碳库的大小和结
构[5]。 互花米草具有较长的生长季、较高的净光合
作用速率以及较大的生物量,固碳作用非常显著[6],
相关研究结果亦表明互花米草的生长导致土壤有机
碳含量显著增加[7鄄8],随着入侵时间的增长,互花米
草来源有机碳的输入显著改变了土壤有机碳组分,
提高了土壤碳汇能力[9],然而有关互花米草对土壤
碳库中不同组分结构有机碳影响的研究鲜见报道。
由于盐城海滨湿地滩面沉积环境以及互花米草建群
时间存在差异,土壤中有机碳在化学组成、降解难易
程度以及转化速率等方面也会有所不同[10鄄12]。 目前
分析有机碳组成结构的方法有很多种,红外光谱法
可以根据红外吸收曲线的峰位、峰强及峰形来判断
化合物的结构组成[13],荧光光谱法则依据胶团中各
种荧光团的综合表现推测出腐殖质中可能存在的官
能团[14],电子自旋共振谱法可以通过谱图的不同线
形和峰宽反映其内部结构[14],其中核磁共振技术
(NMR)是一种非破坏性的分析方法,在研究土壤有
机碳库的化学组成结构上优势明显[15]。 因此,本研
究以江苏盐城海滨湿地作为研究区域,借助核磁共
振技术判别土壤中有机碳库组成和结构,分析互花
米草在入侵过程中对土壤的生物地球化学循环过程
的作用,以期为科学评价互花米草对有机碳库的影
响提供支持。
1摇 研究地区与研究方法
1.1摇 研究区概况
研究区位于江苏盐城新洋港潮滩湿地 ( 32毅
34忆—34毅28忆N,119毅48忆—120毅56忆E),该区受海洋性
与大陆性气候的共同影响,属于典型季风气候区,年
平均气温 13.7—14.6 益,日光辐射总量为 485—506
kJ / cm2,年降水量为 980—1070 mm。 研究范围内人
类干扰较少,植被带分布明显,由海向陆依次分布
有:光滩、互花米草(Spartina alterniflora)盐沼、碱蓬
(Suaeda salsa)盐沼以及芦苇(Phragmites australis)
盐沼。
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1.2摇 研究方法
1.2.1摇 样地选择与采样方法
摇 摇 新洋港潮滩湿地的互花米草引种于 1989 年,此
地建有永久性标志。 本研究组使用手持 GPS / GIS 数
据采集器对盐城海滨湿地互花米草扩张动态进行多
年野外定位调查,并从 2003 年起,在互花米草扩张
边缘建立永久性标志,记录互花米草种群定居时间
和扩张过程。 2011 年 6 月,在研究区内自海向陆选
择一个剖面,根据已建立的永久性标志确定互花米
草种群定居时间,按照互花米草的不同定居时间设
置 6个样地,光滩(Mudflat)、建群 1a 互花米草盐沼
(S. alterniflora flat 2011 )、 5a 互花米草盐沼 ( S.
alterniflora flat 2007 )、 12a 互 花 米 草 盐 沼 ( S.
alterniflora flat 2000 )、 23a 互 花 米 草 盐 沼 ( S.
alterniflora flat 1989) 以及碱蓬盐沼 ( S. salsa flat
1989),每处设 3个 1 m伊1 m的样方,采集表层 0—20
cm的土壤样品,将所采集的 3 份土壤混合,作为该
样地的土壤样品,分别用 MF、SAF2011、 SAF2007、
SAF2000、SAF1989、SSF1989 表示(图 1),装入标有
编号的塑料自封袋中,带回实验室后过 2 mm筛分成
2份土样,一份鲜土在 4 益下冷藏,另一份自然风干
处理后待测。
图 1摇 研究区域位置及采样点分布
Fig.1摇 Location of study area and sampling sites
1.2.2摇 样品处理与指标测定
(1)可溶性有机碳(DOC)的测定[16] 摇 称取 20 g
鲜土置于盛有 100 mL蒸馏水的三角瓶中,做 3 个重
复,按照水土比 2颐1在恒温摇床振荡浸提 30 min(25
益,100 r / min)后离心 10 min(5500 r / min),将上清
液过 0.45 滋m 滤膜后直接上机(TOC鄄LC SH, 岛津公
司)测定浸提液中的有机碳含量。
(2)微生物量碳(MBC)的测定[17] 摇 采用氯仿熏
蒸提取法提取土壤微生物量碳,称取 20 g鲜土两份,
一份置于 100 mL 离心管中,另一份置于 100 mL 烧
杯中,做 3个重复,熏蒸和未熏蒸的土壤样品分别用
0.5 mol / L的 K2SO4浸提 30 min,TOC 仪(TOC鄄LCSH,
岛津公司)测定浸提液中的有机碳含量。 最后用以
下公式计算 MBC:
MBC=(E1-E2) / 0.45 (1)
式中,E1和 E2分别为熏蒸和未熏蒸土样提取液中的
有机碳含量,0.45为浸提系数。
土壤有机碳 ( SOC) 直接采用有机碳分析仪
(TOC鄄LCSH, 岛津公司)进行测定。
可溶性有机碳、微生物量碳以及土壤有机碳的
实际测定过程中每个土样均做 3 个重复,控制相对
标准偏差臆10%。
核磁共振样品预处理与波谱分析:为了提高固
体核磁共振测定的精确度,土壤样品在进行核磁共
振分析前先用氢氟酸(HF)进行预处理,预处理方法
如下[18]:称量 8 g 土壤样品于 100 mL 塑料离心管
中,加 50 mL HF(体积分数 10%)溶液,摇床上振荡 1
h(25 益,100 r / min),离心机上 3000 r / min 离心 10
min,弃去上清液,残余物继续用 HF溶液处理。 共重
复处理 8次,摇床时间依次是:第 1—4次 1 h,第 5—
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7次 12 h,最后 1次 24 h。 处理过后的残余物用蒸馏
水清洗后以除去其中的 HF 溶液,方法如下:加 50
mL蒸馏水,振荡 10 min,离心 10 min(3000 r / min),
去掉上清液,整个过程重复 4 次。 残余物在 40 益的
烘箱中烘干,过 60目筛后置于密实袋中,备 NMR 上
机测定。
处理后的样品用固体核磁共振仪(AVANCE III
400MHz,布鲁克公司)进行测定,采用交叉极化魔角
自旋(CPMAS)技术,测定参数分别是:光谱频率为
100.63 MHz,魔角自旋频率为 5 kHz,接触时间为 2
ms,迟滞时间为 0.5 s,采样时间为 0.01 s,扫描次数
为 140000次,各类型碳相对含量用该区间化学位移
积分面积的百分数表示,由机器自动给出。
1.3摇 数据统计分析
试验数据的计算与分析工作在 Excel 2003、
Origin 8.0上进行,使用统计软件 SPSS17.0单因素方
差分析法对数据进行显著性检验和相关性分析。
2摇 结果与分析
2.1摇 互花米草盐沼土壤有机碳库组分分析
土壤可溶性有机碳(DOC)是指能溶解于水,并
且能通过 0.45滋m滤膜的含碳有机物,它们极易被土
壤微生物所分解,是土壤微生物直接利用的土壤碳
源[19]。 各样地表层土壤可溶性有机碳含量(图 2)表
现为 SAF2007 > SAF1989 > SAF2000 > SSF1989 >
SAF2011> MF,平均值分别为 50. 67、46. 22、39. 12、
17郾 43、8.31、6.92 mg / kg。 相关性分析表明,土壤可
溶性有机碳与土壤有机碳极显著相关(P<0.01)(图
3),这说明土壤有机碳很有可能决定了土壤中可溶
性有机碳的含量。 各样地(MF、SAF2011、SAF2007、
SAF2000、 SAF1989 ) 的 DOC / SOC 比 值 分 别 为
0郾 66%、1.01%、0.67%、0.62%、0.61%,互花米草建群
该比值没有明显变化。
图 2摇 土壤 DOC、MBC及 SOC含量
Fig.2摇 Concentration of DOC、MBC and SOC
摇 摇 土壤微生物量碳(MBC)是土壤有机碳库中活性
很强的一部分,尽管占总有机碳的比例很小,但常被
作为评价土壤有机碳库周转速率的指标之一[20]。
各样地表层土壤微生物量碳含量 (图 2)表现为
SAF2007> SAF1989> SAF2000> SSF1989> SAF2011>
MF,平均值为 70.34、69.24、61.55、18.27、13.56、8.92
mg / kg。 相关性分析表明,土壤微生物量碳与土壤有
机碳极显著相关(P<0.01)(图 3)。
由互花米草盐沼土壤有机碳的含量(图 2)变化
可知,在建群初期,随着互花米草建群时间的增加,
土壤有机碳含量显著增加(P<0.01),在 SAF2007 处
达到最大,对照样点 MF仅为其 13.8%。 但是随着互
花米草盐沼进一步的扩张发育,滩面高程增加,盐沼
内水分盐度等环境条件变化梯度更加显著,影响土
壤有机碳积累和分解过程,土壤有机碳含量有波动。
互花米草盐沼各样点含量为 0.82—7.60 g / kg,平均
值为 4.29 g / kg,总体高于碱蓬盐沼和光滩。 不同植
被类型表层土壤有机碳含量表现为:互花米草盐沼
滩(5.57 g / kg) >碱蓬盐沼(2.40 g / kg) >光滩(1.05
g / kg)。
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图 3摇 土壤 DOC、MBC与 SOC的关系
Fig.3摇 The relationship among DOC、MBC and SOC
2.2摇 土壤有机碳组成结构特征分析
土壤有机碳固态 NMR碳谱主要可划分为以下 4
个共振区域[17],烷基碳(Alkyl C)区,0—45 滋mol /
mol;烷氧碳区(Alcoxyl C)区,45—110 滋mol / mol;芳
香碳 (Aromatic C)区,110—160 滋mol / mol;羧基碳
(Carboxyl C)区,160—200 滋mol / mol。 根据已有的
研究报道[10,17, 19鄄2 0],烷基碳区内,可以在 啄21—22、
25—26、31、33 和 43—44滋mol / mol 等处观察到吸收
峰,其中 啄30 处的吸收峰最为明显;烷氧碳区内,
啄50—60 处的吸收峰为甲氧基碳,啄60—110 处的吸
收峰为碳水化合物碳;芳香碳区内,啄110—145 处的
吸收峰是芳香碳,啄145—160 处的吸收峰为被 O 取
代的酚基碳;羧基碳区内,啄172—174 处的吸收峰为
羧基、酰胺和脂碳。
互花米草盐沼土壤中的有机碳形态以烷氧碳和
芳香碳为主(图 4),芳香碳的平均比例(35.85%)最
高,其次为烷氧碳(32.83%)和羧基碳(20.62%),烷
基碳的平均比例(10.36%)最低。 互花米草建群初
期,土壤有机碳中烷基碳有增加趋势,在 SAF2007 处
出现最大值(11. 84%)后逐渐下降,低于碱蓬盐沼
(SSF1989处)土壤烷基碳含量(12.2%)。 烷氧碳与
烷基碳的变化趋势相反,在 SAF2007 处出现最小值
27.2%后逐渐增加至 SAF1989处的 37.73%。 有机碳
中芳香碳含量变化不大,碱蓬盐沼(SSF1989 处)的
芳香碳含量低于互花米草盐沼;羧基碳与烷基碳的
变化 趋 势 一 致, 在 SAF2007 处 出 现 最 大 值
(23郾 45%),普遍低于碱蓬盐沼(SSF1989 处)土壤的
羧基碳含量(25.13%)。
脂肪族碳(烷基碳+烷氧碳)与芳香碳比值表现
为 SAF2000 ( 1. 29) > SAF1989 ( 1. 27) > SAF2011
(1郾 24)>SSF1989 (1.19) >SAF2007 (1郾 04),该比值
在互花米草建群 12a(SAF2000 处)达到最大值 1.29
后下降,高于碱蓬盐沼(SSF1989 处);烷基碳与烷氧
碳的比值在 SAF2007 处达到最大值,和碱蓬盐沼
(SSF1989处)相近。
烷基碳与烷氧碳的比值表现为 SAF2007 (0.44)
>SSF1989 (0.43)>SAF2000 (0.28)>SAF2011(0.27)
>SAF1989 (0. 22),呈先上升后下降的趋势,其中
SAF2007样地比值最高。
烷基碳+芳香基碳为疏水碳,烷氧碳+羧基碳为
亲水碳。 各样地疏水碳含量 /亲水碳含量表现为:
SAF2007 (0.97) >SSF1989 (0.87) >SAF2000 (0.85)
>SAF2011 (0.83)>SAF1989 (0.81)。
图 4摇 土壤有机碳中不同类型 C含量分布
Fig.4摇 Concentration of different organic carbon types
3摇 讨论
3.1摇 互花米草对土壤有机碳库组分的影响
摇 摇 有机碳是土壤的重要组成部分,其含量大小可
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以反映土壤肥力及初级生产力[21]。 相关研究表明
互花米草海向扩张提高了 SOC含量,这是海源输入、
植物输入以及潮沟、洼地、水分等因素共同作用于分
解过程的结果,随着建群时间的增长,有机碳库周转
率降低,生物可利用性减小,SOC 质量提高[7,11,22]。
王刚等[9]研究表明,入侵 12 a 的互花米草样地表土
年均碳汇积累速率为 1.8 t / hm2,如此多的有机物输
入到土壤中是土壤有机碳增加的主要原因。 本研究
中,在互花米草定居盐城海滨湿地 1—23a 后,表层
土壤的有机碳含量与光滩相比显著增加(P<0.05),
这说明互花米草入侵盐城海滨湿地促进了土壤
碳汇。
土壤可溶性有机碳 ( DOC) 和微生物量碳
(MBC)是用来表征土壤活性碳库的重要指标,尽管
它们只在土壤碳库中占很小的部分,却在土壤物质
转化和养分循环中发挥着重要作用[4]。 土壤可溶性
有机碳(DOC)主要来源于光合产物、表层有机质的
淋溶或分解和土壤有机质的微生物过程。 植被变化
首先改变了土壤的植被条件、理化性质等,从而影响
土壤微生物活性的变化,引起土壤各组分一系列的
连锁变化[18]。 江苏大丰王港口湿地互花米草滩可
溶性有机碳的含量介于 20.3—27.2 mg / kg 之间[7],
DOC与 SOC 呈显著正相关(P<0.05),本研究也表
明,DOC 有与 SOC 相同的变化趋势,究其原因可能
有:1)互花米草样地凋落物和根系分泌物较多,有机
碳含量较大,淋溶作用以及分解形成的 DOC 含量也
较多;2)互花米草样地 DOC 中的富啡酸和酚类物质
较多,可以抑制土壤微生物的活动[18],使得微生物
可利用的 DOC减少,土壤中的 DOC含量增加。
和其他自然湿地生态系统相比较而言,盐沼湿
地土壤的微生物量碳(MBC)含量相对较小,虽然互
花米草的生长可以促进土壤微生物量碳增加,但是
与淡水湿地土壤微生物量碳相比仍要小一个数量
级[23],如三江平原湿地的土壤 MBC 含量分别达到
2035.5、1729.8、1035.2 mg / kg[23],与本研究的测定结
果差异很大,这可能主要是与海滨潮滩湿地的特殊
生境有关。 相关研究表明[24],互花米草在滨海潮间
带的大面积生长,为土壤微生物提供了不同的碳源,
改变了土壤微生物功能群。 江苏海滨湿地土壤含盐
量达到 1.17%,大大抑制了非耐盐微生物的生长与
繁殖,且营养元素的普遍缺乏是限制潮间带湿地植
被生长的一个重要因素。 因此,互花米草在潮滩湿
地扩张生长,为该处土壤微生物提供了种类不同的
碳源,改变了土壤微生物群落生理功能结构,对海滨
湿地生态系统的碳循环具有重要意义。 本研究中,
各样地 MBC 含量介于 8.92—70.34 mg / kg 之间,显
著高于 DOC含量(P<0.05),且两者增加趋势相同,
MBC增加的原因在于互花米草适应能力强,拥有发
达的根系,而地下根系是微生物活动的能源机制,改
变了土壤理化性质以及根系分泌物,从而可以影响
微生物的数量和活性[10]。
3.2摇 互花米草对土壤有机碳库组成结构特征的影响
土壤有机碳是由具有不同保留时间的组分形成
的复杂系统[25],研究表明,土壤有机碳主要是由可
识别的生物分子组成,其中 71%—79%是以碳水化
合物、氨基化合物、脂类、酚类的结构形式存在
的[26]。 脂肪族碳 /芳香碳的比值可以用来表示物质
分子结构的复杂程度,该比值越高反应物质中芳香
结构越少、脂肪族侧链越多、缩合程度越低、分子结
构越简单。 本研究中 SAF2007 样地比值最低,为
1郾 04,SAF2011、 SAF2000、SAF1989 这 3 个样地比值
分别为 1.24、1.29、1.27,4 个样地差异并不显著(P>
0郾 05),这说明互花米草随着定居时间的增长,有机
碳组分的分子结构变化有限。
Mathers等[27]研究表明,土壤有机碳中烷基碳所
占的比例最大;商素云等[28]报道,天然灌木林改造
成板栗林后土壤有机碳中的烷氧碳和羰基碳比例显
著下降,而烷基碳和芳香碳比例显著增加。 从本试
验结果来看,互花米草盐沼土壤中的有机碳以芳香
碳(35.85%)和烷氧碳(32.83%)为主,互花米草建群
5a后,土壤中烷基碳含量达到 11.84,而烷氧碳含量
在建群 23a后达到 37.73,不同研究中各种不同形态
的有机碳所占比例差别较大,这与植物种类、土壤类
型以及水文气候等因素有关。
烷基碳 /烷氧碳比值反应了物质烷基化程度的
高低。 一般认为,烷基碳来自于微生物代谢产物和
木栓质、角质等植物生物聚合物[29鄄30],难以降解,较
为稳定。 烷氧碳则相对易于分解,因此烷基碳 /烷氧
碳的比值可以反映土壤有机碳库稳定性。 由结果可
知 SAF2007 样地最高,这表明互花米草入侵 5a 后,
土壤烷基化程度增加,难分解有机碳的比例增多,其
原因可能在于互花米草入侵样地后,凋落物残体以
0814 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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及互花米草自身的固碳作用使得大量的有机碳进入
土壤,提高了土壤微生物对土壤中活性有机碳的利
用程度,对土壤中烷氧碳的利用程度增加,使烷基碳
相对富集,导致烷基碳 /烷氧碳比值增加,从而有助
于提高土壤有机碳的稳定性。 SSF1989 样点比值达
到 0.43,高于 SAF1989样点的 0.22,这说明碱蓬盐沼
土壤有机碳稳定程度高于附近的互花米草盐沼。
另外有研究表明,疏水碳和亲水碳的比值能够
反映土壤有机碳和团聚体结合的稳定性。 本研究中
两者比值在 0.81—0.97 之间,且在 SAF2007 样点出
现最大值 0.97,这说明该样点有机碳稳定性较高,也
与上述分析一致。
4摇 结论
(1)互花米草建群后,盐沼表层土壤有机碳、活
性碳库含量显著增加(P<0.05),各样地表层土壤有
机碳、可溶性有机碳以及微生物量碳含量均表现为
互花米草滩>碱蓬滩>光滩。
(2)互花米草土壤有机碳结构以烷氧碳和芳香
碳为主,其中芳香碳的平均比例最高,烷基碳的平均
比例最低;建群 5a 的互花米草样地土壤芳香碳、烷
氧碳、烷基碳含量最高,建群 23a 的互花米草样地土
壤羧基碳含量最高。
(3)在建群 5a后,互花米草盐沼土壤中烷基碳 /
烷氧碳和疏水碳 /亲水碳均达到最高值;土壤有机碳
烷基化程度和土壤碳库稳定性高于其它样地。
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