全 文 ：书西北植物学报!
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基金项目$浙江省重点科技创新团队项目"
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作者简介$程彩芳"
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#!女!在读研究生!主要从事森林生态系统结构与功能研究
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通信作者$李正才!博士!副研究员!主要从事森林生态系统结构与功能研究
6)78/9
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不同林龄木荷
$
青冈栎混交林幼林
土壤活性有机碳库研究
程彩芳#!李正才#"!周君刚!!吴亚丛#!赵志霞#!孙娇娇!
"
#
中国林业科学研究院 亚热带林业研究所!浙江富阳
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富阳市林业局!浙江富阳
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摘
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要$以中国北亚热带地区退化灌木林补植改造
,8
和
##8
后形成的木荷
)
青冈栎混交林为研究对象!以保留的灌
木林为对照!分析了造林初期林龄对林分土壤活性有机碳含量的影响结果表明$"
#
#
,8
和
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生木荷
)
青冈栎林
"
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各土层土壤总有机碳含量比灌木林分别增加了
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生木荷
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青冈栎林比灌木林降低了
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除外#!而
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生林分比灌木林增加了
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种林分土壤活性有机碳在总有机碳中所占的比率大小顺序(水溶性有机碳%土壤总有机碳均
为灌木林
#
,8
生木荷
)
青冈栎林
#
##8
生木荷
)
青冈栎林!易氧化碳%土壤总有机碳为
##8
生木荷
)
青冈栎林
#
灌木林
#
,8
生木荷
)
青冈栎林"
%
#
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种林分各活性有机碳组分与土壤总有机碳的相关性均达到极显著水平!而水溶性有机
碳与总有机碳的相关系数相对较低&各林分土壤总有机碳(易氧化碳(轻组有机质与土壤养分的相关性均达到极显著
水平!而灌木林水溶性有机碳与土壤水解氮(速效钾相关性不显著研究认为!灌木林改造为常绿阔叶人工林!林分
土壤有机碳在幼林期已有显著变化!随着林龄增长!人工林有机碳的积累还有待进一步研究
关键词$灌木林&林龄&土壤活性有机碳&木荷
)
青冈栎混交林
中图分类号$
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文献标志码$
C
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森林是重要的陆地生态系统之一!森林土壤碳
库约储存了全球土壤碳库的
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#
*
森林土壤碳
库微小的变化都可能影响到大气中的
5I
!
浓度)!*
但是由于土壤有机碳的背景值高!对气候(土地利用
及管理方式变化的反应具有滞后性!导致难以及时
有效地检测出其微小变化)%*土壤活性有机碳是指
土壤
]
中移动较快(稳定性差(容易被氧化和分解!
且其形态和空间位置对植物和土壤微生物的活性较
高的那部分碳素)**虽然土壤活性有机碳在土壤总
有机碳中所占的比例较小!但它直接参与土壤生物
化学转化过程!且能够灵敏地反映土壤碳库的微小
变化)$)-*!同时!还对土壤养分有效化有重要作用!是
土壤养分循环的驱动力),)*!能够指示土壤有机质的
早期变化因此!土壤活性有机碳的研究是森林土
壤碳库研究的重要方面!对土壤肥力维持和碳循环
动态平衡具有重要意义
!"
世纪
"
年代!中国亚热带地区开展了大规
模的造林运动)&*!以促进退化荒坡生态恢复!大量针
叶树种作为先锋树种被广泛应用于造林)#")##*然
而!在经营过程中发现这些以杉木"
.(22$2
3
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#和马尾松"
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#等树种为
主的单一物种的针叶林分容易发生病虫害!并且常
引起土壤肥力降低!土壤酸化加剧)#!)#%*为了减少
针叶人工纯林产生的不利影响!提高林分生态效益!
阔叶树种逐渐用于营造人工林)#*)#$*在中国北亚热
带地区!木荷(青冈栎等乡土阔叶树种被广泛用于荒
山灌丛造林!人工促进林分更新木荷是山茶科
"
X;<8:<8<
#木荷属"
!"#$%&
#常绿乔木!对立地条件
要求不严格!适应性强!是中国南方山区重要的生物
防火和优质用材树种)#-*!但由于木荷纯林生长不
佳)#,)#*!因而一般营造木荷混交林!且木荷在自然状
态下常与青冈栎呈混交林状态!并形成稳定的植物
群落目前!关于木荷与针叶树种混交林分的研究
较多)#&)!"*!木荷与阔叶树种混交林的研究在凋落物
分解)!#*(林分空间分布格局)!!*等方面也有报道!而
关于木荷阔叶混交林土壤活性有机碳方面还很欠
缺本研究模拟自然状态下木荷(青冈栎混交林生
态系统对原有退化灌木林进行补植更新造林!促进
灌木林正向演替通过分析不同林龄木荷
)
青冈栎
混交林幼林土壤活性有机碳含量!探讨造林初期林
分土壤有机碳的动态变化!进一步为北亚热带地区
人工林固碳能力研究提供基础数据
#
!
研究区概况
研究区位于浙江省富阳市境内!地理位置为
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"
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"
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!属于亚热
带季风气候区!夏季雨热同期!冬季温和少雨!年平
均降雨
#*-*77
!年均温为
#-+!`
!无霜期为
!%,
V
研究区为典型的低山(丘陵地貌!土壤类型为发
育于石英(长石砂岩上的微酸性红壤地带性植被
为亚热带常绿阔叶林!但在过去农业用地扩张以及
对木材(林产品和薪炭需求量大的背景下!大量森林
被砍伐破坏!逐渐转化为农业用地(次生林和灌木林
"薪炭林#等其中!灌木林分发育
$"8
以上!土壤
厚度约
$":7
!优势树种为木荷和青冈栎!由于人为
干扰严重!地上植被生长差!灌木层平均高度为
#+
7
!盖度为
"+"$
!草本植物主要为茅草!灌木林生物
量为
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+
;7
(!

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年用乡土树种木荷和青冈栎的
#
年生苗
木补植改造部分灌木林地!营建生态公益林!人工促
进林分更新!木荷和青冈栎苗木以
#a#
的比例行间
混交!初植密度为
%7b%7
!采用挖穴造林方式!穴
大小为
-":7b-":7b-":7
!人工林分郁闭前每
年秋季抚育林下植被!以促进目的树种生长
!""-
年以相同造林方式对仍然维持薪炭林经营的部分灌
木林进行改造!目前已形成两种林龄的木荷
)
青冈栎
混交林造林前!在研究区灌木林地沿等高线设置
!"
个
!"7b!"7
的样方!调查分析样方内的植被
生长状况和土壤基本理化性质!以保证试验所设样
地在造林前本底条件基本一致
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&
期 程彩芳!等$不同林龄木荷
)
青冈栎混交林幼林土壤活性有机碳库研究
表
>
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调查样地概况
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林分
类型
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年均凋落量
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+
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土壤养分
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OT
为灌木林"
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分别为
,
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)
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材料和方法
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样地调查及土样采集
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年夏季!在研究区内设置
#$
个面积为
!"
7b!"7
的调查样地!其中保留的灌木林样地
$
个
"仍维持薪炭林经营方式!作为试验对照#!
,
和
##8
生木荷
)
青冈栎混交林样地各
$
个!所有样地在造林
前立地条件"地形(土壤等#大体一致!处于同一气候
背景之下!具有可比性样地基本情况见表
#
"木荷
和青冈栎均为亚热带萌芽力较强的常绿阔叶树种!
因此人工林调查样地内的立木密度高于初植密度#
在每个调查样地内
O
形选定
$
个土壤样品采集
点!除去采样点地表枯落物后!挖掘土壤剖面!环刀
法测定土壤容重&同时!以
#":7
为一个层次!分层
采集
"
"
$":7
深度的土壤样品"
$":7
以下为土壤
母质层#!将同一调查样地内各采样点同层次的土壤
样品混合均匀!按四分法取足量"
$""
=
以上#带回
实验室!土样去除杂质过
!77
筛后分做
!
份!一份
装入自封袋中于
*`
条件下鲜样保存!用于测定土
壤水溶性有机碳&另一份土样自然风干!用于测定土
壤总有机碳(易氧化碳(轻组有机质和土壤养分
?+?
!
土壤样品分析
土壤总有机碳测定采用重铬酸钾外加热法)!%*!
水溶性有机碳测定参照
3/81
=
等)!**的方法&易氧化
碳测定采用
%%%77?9
+
3
(#高锰酸钾氧化法)!$*&轻
组有机质测定采用
#+,
=
+
73
(#碘化钠重液分离
法)!-*&土壤养分各指标测定采用常规方法$土壤水
解氮!碱解扩散法&土壤全氮!凯氏定氮法&速效钾!
乙酸铵提取!原子吸收光谱法
?+@
!
数据统计分析
采用
6N:<9!""%
和
OdOO#+"
软件进行数据统
计分析及制图不同林分间土壤活性有机碳的差异
显著性分析采用单因素方差分析法和多重比较法
"
3Oc
检验#!土壤活性碳与土壤养分的相关性分析
采用双变量
d<8R0?1
相关系数分析法!双尾检验
%
!
结果与分析
@+>
!
不同林龄木荷
)
青冈栎林的土壤活性有机碳
灌木林改造为木荷
)
青冈栎林生长
,8
(
##8
后!
"
"
$":7
土壤各层总有机碳含量分别增加了
!!+,&A
"
*%+%*A
和
$!+%%A
"
&-+#%A
!其中!
,8
生木荷
)
青冈栎林与灌木林土壤总有机碳在
*"
"
$"
:7
土层差异不显著!其他各层差异均达到显著水
平
##8
生木荷
)
青冈栎林
"
"
$":7
土壤各层总有
机碳含量比
,8
生提高了
#&+$&A
"
*-+#,A
!差异
均达到显著水平"表
!
#
不同林分土壤水溶性有机碳含量均在
"
"
#"
:7
表层最高!随土壤剖面加深而下降!到
%"
"
*"
:7
土层又稍有上升!
*"
"
$":7
土层为最低相比
于灌木林!
,8
生木荷
)
青冈栎林土壤各层水溶性有
机碳含量总体表现为降低趋势!降低幅度为
*+#"A
"
&+$%A
"
#"
"
!":7
除外#!且在
"
"
#":7
差异显
著&
##8
生木荷
)
青冈栎林
"
"
$":7
各土层水溶性
有机碳含量增加了
"+,#A
"
$+%,A
!但各层均无显
著差异
##8
生木荷
)
青冈栎林各层土壤水溶性有
机碳比
,8
生增加了
%+&#A
"
#$+*#A
!在
"
"
#"
:7
土层差异达到显著水平"表
%
#
,8
(
##8
生木荷
)
青冈栎林土壤易氧化碳含量分
别比灌木林增加了
##+##A
"
!$+#A
和
$,+&A
"
#""+&"A
!且
##8
生木荷
)
青冈栎林与灌木林各土层
差异均达到显著"表
*
#
##8
生木荷
)
青冈栎林土壤
各层易氧化碳含量高于
,8
生
%&+&*A
"
-,+-,A
!除
*#
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
%$
卷
!"
"
%":7
土层外!其余各层均差异显著
,8
生木荷
)
青冈栎林土壤轻组有机质含量高于
灌木林
#+#A
"
$+!"A
"表
$
#!且在
"
"
*":7
土
层均差异显著&
##8
生林分土壤各层轻组有机质均
显著高于灌木林!增加了
,*+$"A
"
&%+,$A
与
,8
生木荷
)
青冈栎林相比!
##8
生林分土壤各层轻组有
机质含量增加了
#+&#A
"
*,+-$A
!且在
%"
"
*":7
和
*"
"
$":7
土层差异显著
@+?
!
土壤活性有机碳占总有机碳的比率
各林分土壤水溶性有机碳占总有机碳的比率为
"+!,A
"
#+,#A
!且随着土层深度增加水溶性有机
碳比率呈增大的趋势"表
-
#!各土层水溶性有机碳
占总有机碳的比率均表现为$灌木林
#
,8
生
#
##8
生木荷
)
青冈栎林!其中!灌木林与两种林龄人工林
各层差异均达到显著水平!
,8
生和
##8
生林分在
!"
"
%":7
(
%"
"
*":7
和
*"
"
$":7
土层有显著差
异
%
种林分土壤易氧化碳占总有机碳的比率为
!!+!%A
"
!&+&#A
!随土层加深而波动下降!各土层
比率均表现为$
##8
生
#
灌木林
#
,8
生木荷
)
青冈
栎林!但各层差异不显著
@+@
!
土壤活性有机碳与总有机碳的相关性分析
%
种林分
"
"
$":7
层土壤各活性有机碳组分与
总有机碳的相关性均达到极显著水平"
4
$
"+"#
#!水
溶性有机碳与总有机碳的相关性相对较低"图
#
#
土壤水溶性有机碳与总有机碳的相关性表现为$灌木
林
$
##8
生
$
,8
生&易氧化碳与总有机碳相关性表
现为$灌木林
$
,8
生
$
##8
生&轻组有机质与总有
机碳的相关性表现为$
,8
生
$
灌木林
$
##8
生
表
?
!
不同林型土壤总有机碳含量
X8Q9!
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林分类型
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e
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水平上差异显著下同
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$
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表
@
!
不同林型土壤水溶性有机碳含量
X8Q9<%
!
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81/::8RQ?1/1P;<0P81V0
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7
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+
Y
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#
林分类型
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US
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土层
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U
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表
A
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不同林型土壤易氧化碳含量
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林分类型
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B
!
不同林型土壤轻组有机质含量
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$#
&
期 程彩芳!等$不同林龄木荷
)
青冈栎混交林幼林土壤活性有机碳库研究
@+A
!
土壤有机碳与土壤养分的关系
表
,
显示!在
,8
和
##8
生木荷
)
青冈栎林中!
土壤养分与土壤总有机碳(水溶性有机碳(易氧化碳
和轻组有机质的相关性均达到极显著水平&在灌木
表
C
!
不同林分类型
D
!
BD3E
土壤活性有机碳占总有机碳的比率
X8Q9<-
!
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81/::8RQ?10P?P?P89?R
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81/::8RQ?1/1P;<0P81V0
土层
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%
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表示土壤水溶性有机碳&
6I5
表示土壤易氧化碳&
XI5
表示土壤总有机碳&下同
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MOI5
!
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!
土壤活性有机碳与总有机碳的相关关系
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表
F
!
土壤养分与土壤有机碳的相关性
X8Q9<,
!
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81/::8RQ?1081V0?/91LPR/<1P0
林分类型
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US
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总有机碳
XI5
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MOI5
易氧化碳
6I5
轻组有机质
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""
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""
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U
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U
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""
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速效钾
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水解氮
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速效钾
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西
!
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!
植
!
物
!
学
!
报
%$
卷
林中!除水解氮(速效钾与水溶性有机碳的相关性不
显著外!其他土壤养分与有机碳各组分表现出极显
著相关不同年龄林分土壤活性有机碳与土壤养分
的相关系数有差异!
##8
生木荷
)
青冈栎林土壤养分
与土壤活性碳的相关系数普遍高于灌木林!同一林
分不同活性有机碳组分与土壤养分的相关性也不
同!但均表现为水溶性有机碳与土壤养分的相关性
较低
*
!
讨
!
论
A+>
!
林龄对土壤总有机碳的影响
土壤有机碳储存主要取决于生物质碳输入量(
分解释放量和进入水系统损失碳量三者之间的关
系!与气候(地上生物量变化及干扰因素的时间(强
度(方式等特征密切相关)!,*本研究中!灌木林改
造为木荷
)
青冈栎林后
"
"
$":7
各层土壤总有机碳
含量均有显著提高"
,8
生木荷
)
青冈栎林与灌木林
*"
"
$":7
土层除外#这是因为森林土壤有机碳
主要来源于植被凋落物和根系的归还)!*!灌木林植
被以灌草为主!地上生物量积累少!对土壤的有机碳
输入量也相应较低!加之植被覆盖差导致林内温湿
度变化大!加剧土壤有机质的矿化作用)!&)%"*而不利
于土壤碳积累灌木林改造为人工林后!随着林龄
增长林内环境的改善和植被生物量的提高是土壤有
机碳迅速积累的主要原因此外!本研究区采用补
植造林!未进行炼山整地!降低了对土壤团聚体和土
壤结构的破坏程度!进而减小了对土壤有机碳分解
速率的影响)%#*
##8
生木荷
)
青冈栎林各层土壤有
机碳含量均显著高于
,8
生林分!这是因为一方面!
植被凋落物是土壤有机碳的重要来源!其归还土壤
的质量和数量对土壤碳循环有显著影响)%!)%**!收集
林分凋落物发现
##8
生木荷
)
青冈栎林年凋落物量
显著高于
,8
生林分"分别为
!+$*
和
"+&P
+
;7
(!
+
8
(#
#&另一方面!根系的周转和分解是森林土壤的
重要有机碳源)%$*!一些学者研究不同林龄常绿阔叶
林发现林分细根系生物量与林龄呈正相关)%-*!本研
究中!
##8
生木荷
)
青冈栎林乔木层根系生物量是
,
8
生林分的
!+%
倍"分别为
#!+$
和
$+$%P
+
;7
(!
#!大量的细根代谢残体和分泌物释放到土壤
中有助于有机碳的快速积累
退化灌木林改造为木荷
)
青冈栎林后!随着植被
的恢复林分生物量不断积累(林内环境逐渐改善!人
工林土壤有机碳在幼林期已有显著提高!特别是造
林
,8
后土壤有机碳积累速度加快!随着林龄增长!
人工林土壤有机碳的动态变化还有待进一步研究
A+?
!
林龄对土壤活性有机碳的影响
水溶性有机碳占土壤总有机碳的比例很小!但
它却是土壤微生物能够直接利用的有机碳源)%,*
本研究中!
##8
生木荷
)
青冈栎林
"
"
$":7
土壤各
层水溶性有机碳含量均比灌木林有一定提高!而
,8
生木荷
)
青冈栎林水溶性有机碳含量
"
"
#":7
土层
低于灌木林
&+$%A
!且差异显著这一方面由于森
林土壤水溶性有机碳主要来源于土壤有机质(枯枝
落叶和根系分泌物!水溶性有机碳与土壤总有机碳
常处于动态平衡中!一定条件下可互相转化)%)%&*!
##
8
生木荷
)
青冈栎林植被生物归还能力高!因此水溶
性有机碳含量也较高&另一方面!灌木林地造林后直
至林分郁闭前每年秋季对林下灌草进行抚育!使得
,8
生木荷
)
青冈栎林缺少林下植被覆盖!有机质矿
化作用强!特别在南方多雨季节!地表径流加重了土
壤水溶性有机碳的流失量)*"*
]89Q/P@
等)*#*认为!
土壤水溶性有机碳含量受植被类型(地表径流(土壤
养分质量及土壤微生物等多方面因素的影响本研
究中!造林初期土壤水溶性有机碳含量有一定程度
下降!随着林龄增长林分逐渐郁闭!林内环境的改善
将促进水溶性有机碳的积累
土壤易氧化碳为微生物活动提供能源!是土壤养
分的潜在来源!其稳定性相对较差
38/Y
等)*!*研究
发现凋落物的分解能够补充土壤易氧化碳的消耗!而
林分生物量(林龄以及温度是影响森林凋落物量的主
要因素)*%!"*本研究中!两种林龄木荷
)
青冈栎林土
壤易氧化碳含量均高于灌木林!且
##8
生人工林与灌
木林差异显著这是因为易氧化碳含量很大程度上
取决于土壤总有机碳量)***!造林后!地上植被的恢复
增加了凋落物和根系输入土壤的有机碳量!且随着恢
复年限增长!土壤易氧化碳含量呈增长趋势
森林生态系统中!地上植被凋落物和地下根系
回归是土壤轻组有机质的主要来源)*$*!轻组有机质
含量与土壤有机碳储存及其短期动态有关)*-*!对土
壤肥力的改变有指示作用本研究中!
,8
生和
##8
生木荷
)
青冈栎林土壤轻组有机质含量分别比灌木
林提高了
#+#A
"
$+!"A
和
,*+$"A
"
&%+,$A
!
差异显著"
,8
生林分
*"
"
$":7
土层除外#这是
由于随着人工林植被的恢复!林分碳储量快速积累!
大大增加了轻组有机质的来源"样地调查时!灌木
林(
,8
生和
##8
生木荷
)
青冈栎林植被碳储量分别
为
*+*-
!
&+&$
和
!+#"P
+
;7
(!
#此外!林下植被
的清除对凋落物的分解有一定的抑制作用)*,*!使
,
,#
&
期 程彩芳!等$不同林龄木荷
)
青冈栎混交林幼林土壤活性有机碳库研究
8生人工林中处于不同分解阶段的植物残体和一些
微生物结构体积累增多!这也可能导致表层土壤轻
组有机质含量较高
##8
生木荷
)
青冈栎林轻组有
机质含量高于
,8
生!且在
%"
"
*":7
和
*"
"
$":7
土层有显著差异
O/N
等)**研究发现!植被凋落物
是表层土壤轻组有机质的主要来源!随土层加深其
凋落物对轻组有机质的影响减弱!下层土壤轻组有
机质只要依赖于植物细根代谢残体(分泌物以及死
亡的微生物等
##8
生木荷
)
青冈栎林下层土壤较
高的轻组有机质含量可能主要来源于其较大的根系
生物量
土壤活性有机碳与总有机碳的比值比活性有机
碳含量更能体现土壤有机碳库的状况土壤全碳中
水溶性有机碳的分配比例反映了土壤有机碳的流失
水平)*&*研究发现!灌木林水溶性有机碳占土壤总
有机碳的比值显著高于其他两种林分!而
##8
生木
荷
)
青冈栎林水溶性有机碳的比值最低这表明人
工林植被恢复后有效减轻了土壤有机碳的流失量!
且随着恢复年限增长改善效果更佳土壤易氧化碳
占总有机碳的比值反映了有机碳的活性强度!比值
高意味着土壤有机碳的活性大!养分循环较快!而稳
定性差)$"*本研究中!
%
种林分易氧化碳占总有机
碳的比率表现为
##8
生
#
灌木林
#
,8
生木荷
)
青冈
栎林!差异均不显著这说明造林初期人工林分土
壤化学活性下降!土壤肥力降低!随林龄增长!林分
土壤碳素有效率提高!养分循环较快!但有机碳稳定
性降低
本研究中!
%
种林分土壤各类活性有机碳含量
与总有机碳含量均呈极显著相关关系!这一方面说
明土壤总有机碳储量在很大程度上制约着土壤活性
有机碳的变化&另一方面!说明各类活性有机碳虽然
在形态和测定方法上不同!但分别从不同角度表征
了土壤中活性较高部分的碳含量)$#*!对土地利用变
化敏感!可以作为北亚热带地区指示土壤质量和肥
力变化的指标各林分土壤水溶性有机碳含量与总
有机碳含量的相关系数小于其他活性碳指标与总有
机碳含量的相关系数!这与刘荣杰等)$!*的研究结果
一致!主要是因为土壤水溶性有机碳含量依赖于总
有机碳量!同时也受到土壤黏粒吸附作用的影响并
能够随渗透水迁移)$%*!此外!夏季土壤微生物活动
最旺盛!森林土壤中分解产生的大量水溶性有机碳
被微生物消耗!水溶性有机碳处于不断产生与消耗
的动态平衡!也可能是导致土壤水溶性有机碳与总
有机碳的相关性较差的原因)$**
##8
生木荷
)
青冈
栎林各活性有机碳组分与土壤养分均有较好的相关
性!可能与
##8
生人工林林分结构合理有关!其乔
木层郁闭后改善了林内环境!同时!丰富的林下灌草
和凋落物层提高了土壤抗侵蚀能力!有效阻止了表
层土壤养分的流失
木荷
)
青冈栎林
"
"
$":7
各层土壤易氧化碳(
轻组有机质含量均随林龄增长而增加!而土壤水溶
性有机碳含量在造林后总体表现为先降低后增加的
趋势"
,8
生
$
灌木林
$
##8
生木荷
)
青冈栎林#&随
着人工林植被的恢复!土壤水溶性有机碳与总有机
碳的比值逐渐减小!这意味着林内环境的改善降低
了土壤水溶性有机碳的流失水平&
##8
生木荷
)
青冈
栎林土壤有机碳与土壤养分的相关性相对较高!补
植改造退化灌木林人工促进林分更新对土壤养分的
维持有重要作用
参考文献!
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