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\摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 18 期摇 摇 2011 年 9 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
高寒矮嵩草草甸冬季 CO2释放特征 吴摇 琴,胡启武,曹广民,等 (5107)………………………………………
开垦对绿洲农田碳氮累积及其与作物产量关系的影响 黄彩变,曾凡江,雷加强,等 (5113)……………………
施氮对几种草地植物生物量及其分配的影响 祁摇 瑜,黄永梅,王摇 艳,等 (5121)………………………………
浙江天台山甜槠种群遗传结构的空间自相关分析 祁彩虹,金则新,李钧敏 (5130)……………………………
大兴安岭林区不同植被对冻土地温的影响 常晓丽,金会军,于少鹏,等 (5138)…………………………………
樟子松树轮不同组分的稳定碳同位素分析 商志远,王摇 建,崔明星,等 (5148)…………………………………
内蒙古不同类型草地叶面积指数遥感估算 柳艺博,居为民,朱高龙,等 (5159)…………………………………
杭州西湖北里湖荷叶枯落物分解及其对水环境的影响 史摇 绮,焦摇 锋,陈摇 莹,等 (5171)……………………
火干扰对小兴安岭落叶松鄄苔草沼泽温室气体排放的影响 于丽丽,牟长城,顾摇 韩,等 (5180)………………
黄河中游连伯滩湿地景观格局变化 郭东罡,上官铁梁,白中科,等 (5192)………………………………………
黄土区次生植被恢复对土壤有机碳官能团的影响 李摇 婷,赵世伟,张摇 扬,等 (5199)…………………………
我国东北土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化性质的相关性 祖元刚,李摇 冉,王文杰,等 (5207)……………
黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子 高会议,郭胜利,刘文兆 (5217)……………………………………
宁南山区典型植物根际与非根际土壤微生物功能多样性 安韶山,李国辉,陈利顶 (5225)……………………
岩溶山区和石漠化区表土孢粉组合的差异性———以重庆市南川区为例 郝秀东,欧阳绪红,谢世友 (5235)…
夏蜡梅及其主要伴生种叶的灰分含量和热值 金则新,李钧敏,马金娥 (5246)…………………………………
苏柳 172 和垂柳对 Cu2+的吸收特性及有机酸影响 陈彩虹,刘治昆,陈光才,等 (5255)………………………
导入 TaNHX2 基因提高了转基因普那菊苣的耐盐性 张丽君,程林梅,杜建中,等 (5264)………………………
空气湿度与土壤水分胁迫对紫花苜蓿叶表皮蜡质特性的影响 郭彦军,倪摇 郁,郭芸江,等 (5273)……………
黄土高原旱塬区土壤贮水量对冬小麦产量的影响 邓振镛,张摇 强,王摇 强,等 (5281)…………………………
咸阳地区近年苹果林地土壤含水量动态变化 赵景波,周摇 旗,陈宝群,等 (5291)………………………………
苗药大果木姜子挥发油成分变化及其地理分布 张小波,周摇 涛,郭兰萍,等 (5299)……………………………
环境因子对小球藻生长的影响及高产油培养条件的优化 丁彦聪,高摇 群,刘家尧,等 (5307)…………………
不同基质对北草蜥和中国石龙子运动表现的影响 林植华,樊晓丽,雷焕宗,等 (5316)…………………………
安徽沿江浅水湖泊越冬水鸟群落的集团结构 陈锦云,周立志 (5323)……………………………………………
黑胸散白蚁肠道共生锐滴虫目鞭毛虫的多样性分析与原位杂交鉴定 陈摇 文,石摇 玉,彭建新,等 (5332)……
基于熵权的珠江三角洲自然保护区综合评价 张林英,徐颂军 (5341)……………………………………………
专论与综述
中小尺度生态用地规划方法 荣冰凌,李摇 栋,谢映霞 (5351)……………………………………………………
土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展 陈摇 朝,吕昌河,范摇 兰,等 (5358)………………………………
海洋浮游植物与生物碳汇 孙摇 军 (5372)…………………………………………………………………………
多年冻土退化对湿地甲烷排放的影响研究进展 孙晓新,宋长春,王宪伟,等 (5379)……………………………
生源要素有效性及生物因子对湿地土壤碳矿化的影响 张林海,曾从盛,仝摇 川 (5387)………………………
生态网络分析方法研究综述 李中才,徐俊艳,吴昌友,等 (5396)…………………………………………………
研究简报
不同群落中米氏冰草和羊草的年龄结构动态 金晓明,艾摇 琳,刘及东,等 (5406)………………………………
主题分辨率对 NDVI空间格局的影响 黄彩霞,李小梅,沙晋明 (5414)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*314*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄09
封面图说: 在树上嬉戏的大熊猫———大熊猫是中国的国宝,自然分布狭窄,数量极少,世界上仅分布在中国的四川、陕西、甘肃
三省的部分地区,属第四纪冰川孑遗物种,异常珍贵。 被列为中国国家一级重点保护野生动物名录,濒危野生动植
物种国际贸易公约绝对保护的 CITES附录一物种名录。 瞧,够得上“功夫熊猫冶吧。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 18 期
2011 年 9 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 18
Sep. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室自主研究项目(10502鄄Z11);中国科学院“西部之光冶人才计划“黄土高原植被恢复对
土壤团聚体稳定性和有机碳官能团的影响冶;国家支撑计划重大项目课题(2006BAC01A07)
收稿日期:2011鄄04鄄02; 摇 摇 修订日期:2011鄄07鄄04
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: swzhao@ ms. iswc. ac. cn
李婷,赵世伟,张扬,马帅,李晓晓.黄土区次生植被恢复对土壤有机碳官能团的影响.生态学报,2011,31(18):5199鄄5206.
Li T, Zhao S W, Zhang Y, Ma S, Li X X. Effect of revegetation on functional groups of soil organic carbon on the Loess Plateau. Acta Ecologica Sinica,
2011,31(18):5199鄄5206.
黄土区次生植被恢复对土壤有机碳官能团的影响
李摇 婷1,2,4,赵世伟1,2,*,张摇 扬3,马摇 帅1,2,4,李晓晓1,2,4
(1. 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 杨凌摇 712100;
2. 西北农林科技大学水土保持研究所, 杨凌摇 712100;
3. 陕西省地产开发服务总公司, 西安摇 710075; 4. 中国科学院研究生院, 北京摇 100049)
摘要:以植被空间排列顺序推断时间演替顺序,采用同步辐射软 X 射线探讨子午岭林区典型植物样地白羊草(Bothriochlor
ischaemum)狼牙刺(Sophora viciifolia)辽东栋群落(Quercus liaotungensis)演替过程中土壤有机碳官能团变化。 图谱定性分析显
示,恢复过程中各植被条件下 0—5 cm和 20—40 cm土层土壤脂肪鄄C、酮鄄C 吸收强度明显增加;0—5 cm 土层土壤脂肪鄄C 吸收
较 20—40 cm强,而土壤酮鄄C吸收较 20—40 cm弱。 半定量分析结果显示,随植被演替进程,0—5 cm土层土壤各官能团相对百
分含量都有所增加,如芳香鄄C、脂肪鄄C、酮鄄C呈现逐渐增加趋势,至辽东栎群落时,20—40 cm 土层土壤脂肪鄄C 相对百分含量明
显增加。 植被恢复过程中,各样地 SOC官能团组成基本一致,但植被恢复影响土壤 SOC官能团数量变化;植被恢复能促进 0—5
cm和 20—40 cm土层土壤脂肪鄄C、酮鄄C含量增加,并且这种作用随着植被恢复时间的延长逐渐增强,说明植被演替增强了土壤
有机碳化学稳定性。
关键词:土壤有机碳; 官能团; 植被恢复; 同步辐射软 X射线
Effect of revegetation on functional groups of soil organic carbon on the
Loess Plateau
LI Ting1,2,4, ZHAO Shiwei1,2,*,ZHANG Yang3, MA Shuai1,2,4, LI Xiaoxiao1,2,4
1 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and
Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China
2 Institute of Soil and Water Conservation,Northwest Sci鄄tech University of Agriculture and Forestry, Yangling 712100,China
3 Shaanxi Company Of Real Estate Service, Xi忆an 710075, China
4 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Vegetation succession affects soil physical and chemical properties, including organic carbon functional group
species, quantities, and structural changes. Changes in soil organic carbon (SOC) functional groups during the vegetation
restoration process could reveal the processes governing changes in the composition and properties of humus. The study was
on the Loess Plateau in the Ziwuling forest region of Shaanxi Province, where various stages of secondary forests have
developed. At different phases of development, vegetation systems in this region have changed from pioneer herbage
species, which initially colonized abandoned croplands, (Bothriochloa isehemum, Artenmisia giradii, Stipa bungeana,
Artenmisia sacrorum, Spodiopogen sibiricus, Sophora flavecens, Themeda japonica, and Arundinella anomala), to secondary
shrubs (Hippophae rhamnoides, Sophora viciifdia, and Ostryopsis davidiana), to an early forest community ( Populus
davidiana, Betula platyphylla, and Platycladus orientalis with groups of trees and / or shrubs), and finally to a Liaotungesis
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community forming the mature forest. The SOC content in the 0—40 cm soil layer increases significantly during the
vegetation succession from abandoned cropland to mature Liaotungesis forest. The rate of increase in SOC is different during
vegetation succession, and organic carbon functional groups varied among the different plant communities. Recent studies
using synchrotron鄄based C(1s) near鄄edge X鄄ray absorption fine structure (NEXAFS) have shown it to be an effective, non鄄
invasive technique, which can be used to identify and fingerprint the complex structural characteristics of SOC.
Consequently it can be used to investigate the impact of management on the composition and biogeochemical cycling of
organic C at the molecular level in terrestrial ecosystems. This synchrotron radiation technology has rarely been used to
study SOC structure in China before so we used it in this study with the objective of developing a new method to explore the
effect of the succession process under typical plant species ( Bothriochlor ischaemum, Sophora viciifolia, Quercus
liaotungensis) on changes in SOC functional groups. The time succession sequence could be inferred from current vegetation
spatial arrangements. Therefore, we collected samples from two soil layers (0—5 cm,20—40 cm) in soil profiles under
selected vegetation systems typically representing different vegetation succession stages in the region. Results obtained,
which were qualitatively analyzed, indicated that aliphatic鄄C and ketone鄄C absorption intensities in samples from the 0—5
cm and 20—40 cm soil layers increased significantly during the vegetation process: the peak intensity of aliphatic鄄C of the
0—5cm layer was greater than in the 20—40 cm layer; the ketone鄄C absorption intensity of samples from the 0—5 cm soil
layer was less than in the 20—40 cm layer. Results of a semi鄄quantitative analysis showed that the functional groups忆
relative percentage content in the 0—5 cm soil layers increased during the plant succession process, and the aliphatic鄄C
aromatic鄄C, and ketone鄄C contents followed a gradually increasing trend. For the Quercus liaotungensis community, the
aliphatic鄄C relative percentage content increased significantly in the 20—40 cm soil layer. The results show that the SOC
functional groups from different land use鄄type samples were basically identical, and that the revegetation affected the change
in the quantity of SOC functional groups during the revegetation process. Revegetation can promote increases in aliphatic鄄C
and ketone鄄C contents in both the 0—5 cm and 20—40 cm soil layers, and this effect gradually increased with prolonged
revegetation time This illustrated that the vegetation succession enhanced SOC chemical stability.
Key Words: soil organic carbon (SOC); functional groups; revegetation; soft X鄄ray Synchrotron radiation
黄土高原总面积 64 万 km2,植被覆盖度低,水土流失严重,是我国主要生态脆弱区之一。 植被恢复是黄
土高原生态环境建设的根本途径。 自建国以来,黄土高原地区的人工造林面积累积超过其总面积的 1 倍,目
前该区森林覆盖率(包括疏林和灌木在内)仅为 12. 2% [1]。 近年来,研究者对黄土高原地区植被恢复对土壤
理化性状、肥力以及抗侵蚀能力等问题进行了研究。 研究表明,植被恢复过程中土壤侵蚀得到控制,有机质含
量提高,土壤发育程度增强[2]。 土壤有机质积累和转化是不同植物种竞争替代和植物群落演替的重要推动
力[3]。 植被演替影响有机碳官能团种类、数量、结构变化,SOC 官能团变化在某种程度上可揭示植被恢复过
程中腐殖质组成与性质变化规律。
子午岭林区地跨陕西、甘肃两省,处于黄土高原的腹地,是黄土高原现存比较完整的天然次生林区。 子午
岭林区农田生态系统转换为林、草生态系统,有利于土壤有机碳的积累,且各生态系统中,表层(0—10 cm)土
壤总有机碳含量显著高于深层土壤(40—70 cm) [4]。 子午岭林区植被由草本向木本(尤其是辽东栎)方向演
替过程中,其植物残体腐解特征表明木本(辽东栎和沙棘)残体在土壤中残留率比较高,可以保持较高的有机
物质含量,使土壤的理化性状保持较好的状态[5]。 关于黄土区土壤 SOC 结构化学特性研究,近年来,对子午
岭人工与天然油松林土壤腐殖质组成、形态及胡敏酸光学特征进行研究[6鄄7]。 尽管对子午岭林区土壤物理固
碳机制有较多研究[8鄄12],但目前鲜见针对本区植被恢复过程中土壤有机碳官能团特征的变化研究报道。
研究土壤有机碳结构的传统方法包括水解、氧化降解、还原降解和生物化学降解等化学方法,使用传统方
法研究土壤有机碳会使土壤有机碳发生某些反应(如脱羧过程,脱氨基作用),导致有机碳化学结构和性状的
0025 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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改变,不能真实反映土壤有机碳结构特性的变化[13鄄14]。 相比之下,现代光谱技术同步辐射软 X射线测定技术
可无损、快速测定土壤有机碳结构组成特征。 自 20 世纪 80 年代同步辐射光源发展以来,近边软 X 射线吸收
精细结构(NEXAFS)光谱已经成为研究土壤的最好工具[15鄄16],国外应用同步辐射光源研究 SOC 分布、形态、
元素组成和与土壤微团聚体联结关系及人为耕作对 SOC 结构影响都取得较大成果[17鄄20],而国内应用同步辐
射光源研究土壤腐殖质结构较少。
在利用植被空间排列顺序推断时间演替顺序方法的基础上,本研究选取子午岭林区植被恢复过程中典型
样点(白羊草、狼牙刺、辽东栋),应用同步辐射近边软 X 射线吸收(XANES) (X鄄ray Absorption Near Edge
Structure)方法研究子午岭林区植被恢复过程中土壤有机碳官能团的变化规律,有助于了解植被演替过程中
SOC的化学稳定机制。
1摇 材料与方法
1. 1摇 研究区概况
研究区为子午岭北部甘肃合水县连家贬林场,位于北纬 35毅03忆—36毅37忆,东经 108毅10忆—109毅08忆,属黄土
高原丘陵沟壑区。 海拔约 1500 m,相对高差 200 m 左右,为半干旱季风气候,年均气温 7. 4 益,年均降雨量
587. 6 mm,逸10 益积温 2671. 0 益,干燥度 0. 97,阴阳坡水热条件变化较大但无气候的垂直带状变化,土壤以
石灰性褐土为主,属暖温带北部落叶栋林亚地带[21]。
1. 2摇 样地的选择
在黄土高原子午岭林区选取不同植被演替阶段的代表性植被群落样地,作为时间序列下植被恢复演替的
过程进行试验研究。 邹厚远等[21]在采取植被空间排列顺序推断时间演替顺序的基础上,通过对子午岭北部
现存植被与过去资料的对比、对弃耕地弃耕时间的追访以及对该区森林资源动态变化的了解等途径,研究了
近 50 a该区植被演替规律,指出该区目前还保存有空间上完整的植被正向演替系列,主要演替阶段齐全,并
得出了详尽的植被演替关系,弃耕地先锋群落———草本群落(白羊草 Bothriochlor ischaemum、菱篙 Artemiaia
giradii+长茅草 Stipa bungeana、铁杆篙 Artemisia vestita、大油芒 Spodiopogen sibiricus+苦参 Sophora flavecens、黄营
草 Themeda japonica 或野古草 Arundinella anomala);灌丛群落(沙棘 Hippophae rhamnoides、狼牙刺 Sophora
viciifolia、虎棒子 Ostryopsis davidiana);早期森林群落(乔灌群聚、山杨 Populus davidiana、白桦 Betula platyphlla、
侧柏 Platycladus orientalis);辽东栋群落(Quercus liaotungensis)。 在演替序列中选择植物群落的典型样地,草
本群落白羊草、灌丛群落狼牙刺、辽东栋群落辽东栎 3 种植被下的土壤为研究对象,以农地为对照。 草本群落
的典型样地(10 m 伊 10 m)分别设 3 个 1 m 伊 1 m样方,在灌丛群落样地(50 m 伊 50 m)分别设 3 个 5 m 伊 5 m
样方,在辽东栋阶段的各个样地(100 m 伊 100 m)分别设 3 个 10 m 伊 10 m样方,在每个样地对角线选择 3 个
植被盖度较为一致的样方进行地上植被调查和土壤样品的采集。 表层 0—5 cm及浅层土壤中的 0—40 cm相
邻土层间 SOC 含量差异显著,而深层 SOC 含量较稳定[22鄄23],因此以上各样点均采集 0—5 cm、20—40 cm、
40—70 cm土层土壤,将同一植被条件下 3 个样方的同一土层土壤混匀,带回室内风干。 土样用高频共振机
(北京开源多邦有限公司)研磨至约 20滋m粉末待测。 具体样地条件如表 1 所示。
表 1摇 子午岭样地基本情况
Table 1摇 The basic situation of site in Ziwuling mountain
样地
Site
坐标
Longitude Latitude
海拔
Altitude / m
坡向
Slope aspect
坡度
Gradient
植被
Plant
农地摇 108毅28忆5. 4义E36毅4忆26. 9义N 1482
西 偏
南 10毅 13毅 马铃薯
白羊草 108毅31忆50. 7义E36毅4忆56义N 1323
南 偏
西 5毅 21毅 白羊草 80% 、柴胡 5% 、茭蒿 3. 5%等
狼牙刺 108毅31忆53. 7义E36毅5忆1. 6义N 1347 正西坡 25毅 狼牙刺 70% 、丁香 10% 、大针茅 4. 6%等
辽东栎 108毅31忆29. 3义E36毅2忆59. 7义N 1442
东 偏
北 45毅 17毅 辽东栎 75% 、虎榛子 7. 6% 、披针苔草 4. 3%等
1025摇 18 期 摇 摇 摇 李婷摇 等:黄土区次生植被恢复对土壤有机碳官能团的影响 摇
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1. 3摇 测定与分析
实验仪器:中国科学院高能物理所同步辐射实验室软 X 实验站(4B7B),扫描能量范围为 280—310 eV,
扫描步长为 0. 1 eV。 样品处光源参数:能量范围为 50—1700 eV,能量分辨率(E / 驻E)R鄄1000。
软 X 射线测定:将土样装入装样板,上机待测。 软 X 射线图谱采用 Athena 进行数据规一化,应用
Originppro7. 5 选基线(吸收峰谷底的连线)并半定量对吸收峰面积进行统计分析[17],对吸收峰分峰积分并用
高斯函数积分求各 SOC官能团的相对百分含量(% )。 参照 Dawit S[17],Johannes L[18]和 Jiamin W[20]在近边软
X射线测试土壤图谱解析,对本实验土壤测定图谱吸收峰属性进行指认。
2摇 结果与分析
2. 1 软 X射线测定图谱特征
图 1 和图 2 表明,土壤有机碳的主要吸收峰在 284—310 eV 范围内,主要吸收峰在 285. 2 eV,287. 2 eV,
288. 8 eV,290. 5 eV,297. 4 eV,300. 4 eV。 在 285. 2 eV 处,代表 C1S- 仔 *质子化的芳香鄄C,有较强吸收峰;
287. 2 eV代表 1 s-3 p / 滓*脂肪鄄C,有较弱吸收峰或肩吸收峰;288. 8 eV 代表 1S- 仔 * 羧基鄄C,有强吸收峰,
290. 5 eV代表碳酸盐与含羰基的有机碳比例,根据 0—60 cm土层内部土壤碳酸盐含量呈正态分布,且各土层
土壤碳酸盐含量均值差异不显著[24],本实验假定土壤 0—40 cm土层碳酸盐含量基本一致,那么 290. 5 eV 吸
收强度变化就主要受含羰基的有机碳变化影响;297. 4 eV,300. 4 eV表示土壤钾 LIII,LII吸收峰。 本实验土壤
吸收图谱与 Jiamin Wan等[20]用近边软 X射线测定土壤图谱图形一致。
2800
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
285.2
288.8290.5 297.4300.4 1
2
3
4287.2
1 农地原土0—5cm 2 白羊草原土0—5cm3 狼牙刺原土0—5cm 4 辽东栎原土0—5cm
285 290 295 300 305 310
能量 Photo energy/eV
吸收
强度
Abs
orpti
on
摇 图 1摇 不同植被条件下 0—5 cm土层土壤有机碳官能团软 X射线
吸收谱
Fig. 1 Carbon K鄄edge spectra of various soil samples from 0—5cm
soil horizon in different vegetation
2800
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
285.3
288.8290.5 297.4300.4
1
2
3
4
5287.2
1 农地原土20—40cm 2 白羊草原土20—40cm 3 狼牙刺原土20—40cm 4 辽东栎原土20—40cm 5 辽东栎原土40—70cm
吸收
强度
Abs
orpti
on
285 290 295 300 305 310
能量 Photo energy/eV
摇 图 2摇 不同植被条件下 20—40cm土层土壤有机碳官能团软 X 射
线吸收谱
Fig. 2摇 Carbon K鄄edge spectra of various soil samples from 20—
40cm soil horizon in different vegetation
2. 2摇 XANES吸收图谱特征定性分析
0—5 cm土层各植被条件下土壤 XANES吸收图谱中(图 1),各土壤样品的 SOC 官能团吸收图谱形状特
征大体一致,羧基鄄C吸收最强,其次为酮鄄C,芳香鄄C,脂肪鄄C。 图中狼牙刺、辽东栎土壤羧基鄄C 吸收较农地强,
因脂肪鄄C与羧基鄄C叠加,所以需在半定量分析中进一步讨论羧基鄄C 变化。 酮鄄C 吸收峰被羧基鄄C 吸收峰抬
高,在农地、狼牙刺、辽东栎土壤中酮鄄C吸收峰较强,白羊草土壤酮鄄C 吸收较弱,农地酮鄄C 吸收最强。 各土样
土壤芳香鄄C吸收较强,且吸收强度差异不明显,狼牙刺土壤芳香鄄C吸收较农地、白羊草有所增强。 白羊草、狼
牙刺、辽东栎土壤中脂肪鄄C为较弱肩吸收峰,农地脂肪鄄C 吸收为弱单独吸收峰,且白羊草、狼牙刺、辽东栎土
壤脂肪鄄C吸收比农地强,说明在恢复过程中土壤脂肪鄄C含量有不同程度增加。
如图 2,20—40 cm土层土壤吸收图谱特征与 0—5 cm土层土壤吸收图谱特征基本一致。 羧基鄄C 吸收最
2025 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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强,其次为酮鄄C、芳香鄄C、脂肪鄄C。 在植被恢复过程中,各土壤芳香鄄C 吸收强度变化不明显,辽东栎土壤芳香鄄
C吸收较白羊草、狼牙刺有所减弱。 农地、白羊草、狼牙刺土壤脂肪鄄C 有弱肩吸收峰,辽东栎土壤较强肩吸收
峰。 受辽东栎土壤脂肪鄄C较强肩吸收峰影响,辽东栎土壤脂肪鄄C、羧基鄄C叠加峰较农地、白羊草、狼牙刺宽且
上升较缓。 各土壤有强酮鄄C吸收峰,狼牙刺土壤酮鄄C吸收峰强度较农地、白羊草有着明显增加。
0—5 cm和 20—40 cm 两个土层土壤吸收图谱特征对比,芳香鄄C、羧基鄄C 吸收峰强度相差不大,20—40
cm土层土壤脂肪鄄C吸收明显比 0—5 cm土层弱,酮鄄C 吸收峰明显比 0—5 cm 强。 表明 0—5 cm,20—40 cm
土层土壤芳香鄄C、羧基鄄C含量变化不明显,而 0—5 cm 土层土壤脂肪鄄C 含量高,20—40 cm 土层土壤酮鄄C 含
量高。 0—5 cm土层土壤脂肪鄄C含量高可能是表层植物残体分解或根系作用导致 0—5 cm 土层土壤输入更
多脂肪鄄C,另外活性较差的酮鄄C在成土过程中,通过其它活性相对较强官能团(醇,羧基鄄C)转化而不断积累,
所以受外界影响较小的 20—40 cm土层土壤积累较多。 辽东栎 20—40 cm,40—70 cm 土层土壤 K 吸收峰强
度较农地、白羊草、狼牙刺土壤弱,且比辽东栎 0—5 cm土层土壤 K吸收弱,说明随着土层加深,辽东栎土壤 K
含量减少。
在白羊草、狼牙刺、辽东栎 0—5 cm土层土壤总有机碳含量比农地有着明显增加情况下,定性分析图谱显
示,主要变化是脂肪鄄C和酮鄄C的吸收强度,而芳香鄄C 和羧基鄄C 吸收强度变化不明显。 白羊草、狼牙刺、辽东
栎 0—5 cm土层土壤脂肪鄄C吸收明显比农地强,土壤酮鄄C 吸收峰比农地弱,但在这个恢复序列中,土壤总有
机碳含量增加不明显情况下,0—5 cm土层土壤酮鄄C吸收峰强度明显增加,且有逐渐增加趋势。 在恢复过程
中,辽东栎 20—40 cm土层土壤脂肪鄄C吸收明显比其它图谱强。 随植被演替,因草本植物残落物有机碳矿化
率平均值(33. 14% )>灌木(27. 80% )>乔木(23. 23% ) [25],土壤中脂肪鄄C 和酮鄄C 含量出现逐渐增加趋势,可
能受植物残体矿化速率及植物残体不同碳氮比的影响。
土壤酮鄄C、脂肪鄄C吸收强度的显著变化说明植被演替改变 SOC 各官能团含量,即改变 SOC 官能团组成
结构,且主要影响 0—5 cm土层 SOC。 当恢复至辽东栎序列时,可能受其根系较深及残体矿化作用的影响,辽
东栎群落对 20—40 cm土层土壤 SOC结构也有显著影响。
2. 3摇 软 X射线测定图谱特征半定量分析
半定量分析显示(表 2),农地 0—5 cm土层 SOM官能团中羧基鄄C(41. 47% )相对百分含量最多,其次为
酮鄄C(23. 17% ),芳香鄄C(19. 28% ),脂肪鄄C(16. 08% );20—40 cm土层土壤各官能团相对百分含量由大至小
顺序与 0—5 cm一致,且 20—40 cm土层土壤中活性较强的羧基鄄C、脂肪鄄C百分含量比 0—5 cm低,稳定性较
强的芳香鄄C、酮鄄C较 0—5 cm 土层高。 农地与白羊草,狼牙刺 20—40 cm 土层土壤各官能团相对百分含量
由大到小顺序都是羧基鄄C,酮鄄C,芳香鄄C,脂肪鄄C;白羊草和狼牙刺0—5cm土层土壤各官能团由大至小顺序
表 2摇 土壤 SOC各官能团相对百分含量
Table 2摇 Organic carbon functional groups relative content change
土样
Samples
土层
Soil layer / cm
官能团 Functional groups
芳香鄄C / %
Aromatic鄄C
脂肪鄄C / %
Aliphatic鄄C
羧基鄄C / %
Carboxylic鄄C
酮鄄C / %
Ketone鄄C
总有机碳 / (g / kg)
Total organic carbon
农地原土 0—5 19. 28 16. 08 41. 47 23. 17 11. 21
白羊草原土 0—5 22. 88 20. 08 46. 65 10. 39 25. 13
狼牙刺原土 0—5 24. 54 22. 87 36. 72 15. 87 17. 57
辽东栎原土 0—5 19. 03 20. 52 41. 96 18. 50 26. 14
农地原土 20—40 19. 36 13. 69 37. 23 29. 73 4. 98
白羊草原土 20—40 24. 11 6. 81 39. 46 29. 62 3. 86
狼牙刺原土 20—40 20. 94 7. 82 37. 11 34. 13 3. 53
辽东栎原土 20—40 20. 13 21. 77 26. 34 31. 75 6. 65
辽东栎原土 40—70 14. 29 0. 00 54. 77 30. 94 4. 50
3025摇 18 期 摇 摇 摇 李婷摇 等:黄土区次生植被恢复对土壤有机碳官能团的影响 摇
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为羧基鄄C,芳香鄄C,脂肪鄄C和酮鄄C。 辽东栎 0—5 cm 土层土壤各官能团由大至小顺序为羧基鄄C,脂肪鄄C,芳
香鄄C,酮鄄C;20—40 cm土层土壤酮鄄C(31. 75% )相对含量最多,而羧基鄄C(26. 34% ),脂肪鄄C(21. 77% )与芳
香鄄C(20. 13% )含量相当;40—70 cm 土层土壤各官能团顺序为羧基鄄C(54. 77% ),酮鄄C(30. 94% ),芳香鄄C
(14郾 29% ),脂肪鄄C没有吸收峰。
半定量分析表明随着土层加深,活性较强的脂肪鄄C 相对百分含量有所减少,较稳定的酮鄄C、芳香鄄C 相对
百分含量有所增加;同时表明白羊草,狼牙刺 20—40 cm土层各官能团与农地 SOC 各官能团数量结构组成相
同,即羧基鄄C相对百分含量最高,稳定性官能团相对百分含量较高。
本实验 SOC羧基鄄C相对百分含量最多,这与 Dawit Solomon[19]研究土壤中羧基鄄C 相对百分含量最高一
致,且在恢复序列中,0—5 cm土层中土壤脂肪鄄C相对百分含量逐渐增加,芳香鄄C、酮鄄C 相对百分含量逐渐减
少,这与 Dawit Solomon[17]研究土壤开垦过程中,土壤表层 SOC芳香鄄C相对百分含量增加相反,但正好与预测
恢复过程中,脂肪鄄C相对百分含量增加,芳香鄄C 相对百分含量减少一致。 因白羊草和狼牙刺根系对 20—40
cm土层土壤影响较小,输入有机碳较少,因此其土壤各官能团相对百分含量顺序与农地一致,而辽东栎根系
较为明显影响 20—40 cm土层土壤,如表 2 中辽东栎 20—40 cm土层有机碳含量增加,因此到辽东栎时,20—
40 cm土层土壤脂肪鄄C相对百分含量明显增加,说明 20—40 cm土层土壤辽东栎群落 SOC官能团组成发生明
显改变,这与定性分析结果一致。
与农地相比,白羊草、狼牙刺、辽东栎 0—5 cm 土层土壤羧基鄄C,芳香鄄C,脂肪鄄C 相对百分含量都有所增
加,芳香鄄C、脂肪鄄C呈现逐渐增加趋势;酮鄄C 相对百分含量有所减少,但在植被演替过程中土壤酮鄄C 相对百
分含量有逐渐增加趋势,这与定性分析结果一致。 20—40 cm土层土壤羧基鄄C、芳香鄄C、脂肪鄄C 相对百分含量
比表层少,且脂肪鄄C相差最多的,说明固碳过程中增加幅度最大的是脂肪鄄C,植被演替对脂肪鄄C 影响最大。
辽东栎 40—70 cm没有脂肪鄄C吸收峰,可能是土层深度影响没有脂肪鄄C 输入。 本文研究得出植被恢复过程
中,SOC含量增加条件下,脂肪鄄C增加较多,说明在整个演替过程中,脂肪鄄C 相对含量增加与 SOC 固定有相
互作用。 这与 Aleksander Jokic[26]利用核磁共振 NMR 分析湿地 SOC 结构主要由脂肪鄄C(如多糖,长链聚乙
烯)组成研究结果一致,且 Aleksander Jokic提出脂肪鄄C较多主要是因为聚乙烯结构能强吸附有机质分子。 脂
肪鄄C与土壤矿物颗粒结合对 SOC结构保护起到很重要作用[27鄄28]。 土壤中存在大量脂肪鄄C,决定了表层 SOC
的稳定性[26]。 子午岭植被演替过程中,SOC中脂肪鄄C的增加对 SOM 的积累有重要作用,且化学稳定性较强
的酮鄄C、芳香鄄C也明显增加,因此植被演替促进 SOC增加,同时也增强了 SOC化学稳定性。
3摇 结论
(1)图谱定性分析表明植被恢复能促进 0—5 cm,20—40 cm 土层土壤脂肪鄄C,酮鄄C 含量增加,并且这种
作用随演替时间的延长和植被类型由坡耕地、弃耕地向草地、灌木、森林改变逐渐增强。 土壤剖面 SOC 官能
团变化研究表明表层土壤脂肪化程度高,且随土层加深而减弱,稳定性较强的酮鄄C变化趋势与之相反。
(2)半定量分析表明,恢复过程中有机碳官能团种类数量发生变化;0—5 cm 土层土壤 SOC 官能团变化
更活跃,测出的各种官能团中脂肪鄄C变化最活跃,增加最多,可能官能团变化主要受根系作用。
本实验结果将为黄土高原植被恢复对土壤腐殖质结构变化影响及土壤 SOC 化学稳定机制提供依据。 本
文因涉及植物残体矿化及微生物活性等因素影响,未对 SOC各官能团形成与变化的生化过程进行探讨。
致谢:感谢中国科学院高能物理所软 X射线实验站赵屹东老师与实验站同学在实验与分析中给予的帮助。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 18 September,2011(Semimonthly)
CONTENTS
CO2 emission from an alpine Kobresia humilis meadow in winters WU Qin, HU Qiwu, CAO Guangmin, et al (5107)………………
Effect of cultivation on soil organic carbon and total nitrogen accumulation in Cele oasis croplands and their relation to crop yield
HUANG Caibian, ZENG Fanjiang, LEI Jiaqiang, et al (5113)
…
……………………………………………………………………
Biomass and its allocation of four grassland species under different nitrogen levels
QI Yu, HUANG Yongmei, WANG Yan, et al (5121)
……………………………………………………
………………………………………………………………………………
Small鄄scale spatial patterns of genetic structure in Castanopsis eyrei populations based on autocorrelation analysis in the Tiantai
Mountain of Zhejiang Province QI Caihong, JIN Zexin, LI Junmin (5130)………………………………………………………
Influence of vegetation on frozen ground temperatures the forested area in the Da Xing忆anling Mountains, Northeastern China
CHANG Xiaoli,JIN Huijun,YU Shaopeng,et al (5138)
………
……………………………………………………………………………
Analysis of stable carbon isotopes in different components of tree rings of Pinus sylvestris var. mongolica
SHANG Zhiyuan, WANG Jian, CUI Mingxing, et al (5148)
……………………………
………………………………………………………………………
Retrieval of leaf area index for different grasslands in Inner Mongolia prairie using remote sensing data
LIU Yibo, JU Weimin, ZHU Gaolong, et al (5159)
………………………………
………………………………………………………………………………
Decomposition of lotus leaf litter and its effect on the aquatic environment of the Beili Lake in the Hangzhou West Lake
SHI Qi, JIAO Feng, CHEN Ying, et al (5171)
……………
……………………………………………………………………………………
Effects of fire disturbance on greanhouse gas emission from Larix gmelinii鄄Carex schmidtii forested wetlands in XiaoXing忆an
Mountains, Northeast China YU Lili, MU Changcheng, GU Han, et al (5180)…………………………………………………
Wetland landscape transition pattern of Lianbo Beach along the Middle Yellow River
GUO Donggang,SHANGGUAN Tieliang,BAI Zhongke,et al (5192)
…………………………………………………
………………………………………………………………
Effect of revegetation on functional groups of soil organic carbon on the Loess Plateau
LI Ting, ZHAO Shiwei,ZHANG Yang, et al (5199)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Soil organic and inorganic carbon contents in relation to soil physicochemical properties in northeastern China
ZU Yuangang, LI Ran, WANG Wenjie, et al (5207)
………………………
………………………………………………………………………………
Characteristics of soil respiration in fallow and its influencing factors at arid鄄highland of Loess Plateau
GAO Huiyi, GUO Shengli, LIU Wenzhao (5217)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Soil microbial functional diversity between rhizosphere and non鄄 rhizosphere of typical plants in the hilly area of southern Nixia
AN Shaoshan,LI Guohui,CHEN Liding (5225)
……
……………………………………………………………………………………
Differences in the surface palynomorph assemblages on a karst mountain and rocky desertification areas: a case in Nanchuan
District,Chongqing HAO Xiudong, OUYANG Xuhong,XIE Shiyou (5235)………………………………………………………
Ash content and caloric value in the leaves of Sinocalycanthus chinensis and its accompanying species
JIN Zexin, LI Junmin, MA Jine (5246)
………………………………
……………………………………………………………………………………………
Uptake kinetic characteristics of Cu2+by Salix jiangsuensis CL J鄄172 and Salix babylonica Linn and the influence of organic acids
CHEN Caihong, LIU Zhikun, CHEN Guangcai, et al (5255)
…
………………………………………………………………………
Introduction of TaNHX2 gene enhanced salt tolerance of transgenic puna chicory plants
ZHANG Lijun,CHENG Linmei,DU Jianzhong,et al (5264)
………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effects of air humidity and soil water deficit on characteristics of leaf cuticular waxes in alfalfa (Medicago staiva)
GUO Yanjun, NI Yu,GUO Yunjiang, et al (5273)
…………………
…………………………………………………………………………………
Influence of water storage capacity on yield of winter wheat in dry farming area in the Loess Plateau
DENG Zhenyong, ZHANG Qiang, WANG Qiang, et al (5281)
…………………………………
……………………………………………………………………
Research of dynamic variation of moisture in apple orchard soil in the area of Xianyang in recent years
ZHAO Jingbo, ZHOU Qi, CHEN Baoqun, et al (5291)
………………………………
……………………………………………………………………………
Volatile oil contents correlate with geographical distribution patterns of the miao ethnic herb Fructus Cinnamomi
ZHANG Xiaobo,ZHOU Tao,GUO Lanping,et al (5299)
……………………
……………………………………………………………………………
Effect of environmental factors on growth of Chlorella sp. and optimization of culture conditions for high oil production
DING Yancong, GAO Qun, LIU Jiayao, et al (5307)
………………
………………………………………………………………………………
The effects of substrates on locomotor performance of two sympatric lizards, Takydromus septentrionalis and Plestiondon chinensis
LIN Zhihua, FAN Xiaoli, LEI Huanzong, et al (5316)
……
……………………………………………………………………………
Guild structure of wintering waterbird assemblages in shallow lakes along Yangtze River in Anhui Province, China
CHEN Jinyun, ZHOU Lizhi (5323)
…………………
…………………………………………………………………………………………………
Phylogenetic diversity analysis and in situ hybridization of symbiotic Oxymonad flagellates in the hindgut of Reticulitermes chinensis
Snyder CHEN Wen, SHI Yu, PENG Jianxin, et al (5332)………………………………………………………………………
An entropy weight approach on the comprehensive evaluation of the Pearl River Delta Nature Reserve
ZHANG Linying, XU Songjun (5341)
………………………………
………………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
On planning method of mesoscale and microscale ecological land RONG Bingling, LI Dong, XIE Yingxia (5351)……………………
Effects of land use change on soil organic carbon:a review CHEN Zhao,L譈 Changhe,FAN Lan,et al (5358)………………………
Marine phytoplankton and biological carbon sink SUN Jun (5372)………………………………………………………………………
Effect of permafrost degradation on methane emission in wetlands: a review
SUN Xiaoxin, SONG Changchun, WANG Xianwei, et al (5379)
……………………………………………………………
…………………………………………………………………
A review on the effects of biogenic elements and biological factors on wetland soil carbon mineralization
ZHANG Linhai, ZENG Congsheng, TONG Chuan (5387)
………………………………
…………………………………………………………………………
A review of studies using ecological network analysis LI Zhongcai, Xu Junyan, WU Changyou, et al (5396)…………………………
Scientific Note
Dynamics of age structures on Agropyron michnoi and Leymus chinensis in different communities
JIN Xiaoming, AI Lin, LIU Jidong, et al (5406)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
The impact of thematic resolution on NDVI spatial pattern HUANG Caixia, LI Xiaomei, SHA Jinming (5414)………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 18 期摇 (2011 年 9 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 18摇 2011
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电话:(010)62941099
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