全 文 ：第 wt卷 第 t期
u s s x年 t 月
林 业 科 学
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不同林分下土壤活性有机碳库研究
姜培坤
k浙江林学院生态环境研究所 临安 vttvssl
摘 要 } 采样分析常绿阔叶林 !马尾松林和人工杉木林不同层次土壤的活性有机碳含量 ∀结果表明 }常绿阔叶林
土壤微生物量碳和易氧化态碳含量高于马尾松与杉木林土壤 o杉木林土壤水溶性碳含量相对较低 ∀从不同层次
看 o土壤微生物量碳 !易氧化态碳含量均随着土层深度加深而递减 ∀水溶性碳 !微生物量碳和易氧化态碳占总有机
碳的比率分别波动在 s1vt h ∗ t1t{ h !s1|s h ∗ u1xt h和 z1sv h ∗ u|1xu h之间 o其中 o土壤水溶性碳占总有机碳比
率为马尾松林 常绿阔叶林 人工杉木林 o易氧化态碳占总有机碳比率常绿阔叶林明显高于马尾松林和杉木林 ∀
不同土壤水溶性有机碳占总有机碳比率随剖面从上到下均表明出上升趋势 o而易氧化态碳占总有机碳比率随剖面
加深有规律地下降 ∀土壤有机碳总量与各活性碳之间以及各类活性碳之间相关性均达到极显著水平 ∀
关键词 } 常绿阔叶林 ~马尾松林 ~人工杉木林 ~水溶性有机碳 ~微生物量碳 ~易氧化碳
中图分类号 }≥ztw1u 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussxlst p ssts p sw
收稿日期 }ussu p tt p ut ∀
基金项目 }国家自然科学基金资助项目kvsuztszul ∀
Σοιλ Αχτιϖε Χαρβον Ποολ υνδερ ∆ιφφερεντ Τψπεσ οφ ςεγετατιον
¬¤±ª°¨ ¬®∏±
k Εχολογψ ανδ Ενϖιρονµεντ Ινστιτυτε o Ζηεϕιανγ Φορεστρψ Χολλεγε Λιν. ανvttvssl
Αβστραχτ } ≥²¬¯¶∏±§¨µ·«µ¨¨·¼³¨¶²©√¨ ª¨·¤·¬²± º¨ µ¨ ¶¨¯¨ ¦·¨§©²µ·«¬¶¶·∏§¼o¤±§¶¤°³¯ ¶¨º¨ µ¨ ¤±¤¯¼½¨ §©²µ§¬©©¨µ¨±·©µ¤¦·¬²±¶²©
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土壤活性有机碳是指土壤中移动快 !稳定性差 !易氧化 !矿化 o并对植物和土壤微生物活性较高的那部分
有机态碳k沈宏等 ot|||l ∀虽然它只占土壤有机碳总量的较小部分 o但由于它可以在土壤全碳变化之前反映
土壤微小的变化 o又直接参与土壤生物化学转化过程 o同时 o也是土壤微生物活动能源和土壤养分的驱动力
k • ¤±§¨µετ αλqot||w ~≤²¯ °¨¤± ετ αλqot|{vl o因而它对土壤碳库平衡和土壤化学 !生物化学肥力保持具有重要
意义 ∀
土壤活性有机碳常可用水溶性碳 !微生物量碳 !易氧化态碳和矿化态碳等来进行表征 ∀在特定的生物 !
气候带中 o随着森林的生长 o土壤碳库及碳形态将会达到稳定状态 o因而 o土壤碳素状况常可作为生态功能的
标志或控制器k°¤∏¯ ot|{wl ∀不同森林植被下土壤由于承接其凋落物和根系分泌物类型不同 o因而形成的土
壤碳库特别是活性碳状况会存在差别 ∀研究同一地区不同森林植被下土壤活性碳含量与分布对揭示森林植
被对土壤碳库的影响结果具有重要意义 ∀
t 样品与方法
1 .1 研究区概况
采样区设在浙江省临安市玲珑山 ∀该区属中亚热带 o地理座标为 tt|βwuχ∞ovsβtwχ‘o年平均气温
tx1| ε o年降水量 t wuw °° o无霜期 uvy §∀土壤为发育于凝灰岩的黄红壤 ∀在研究区选择有可比性的次生
常绿阔叶林 !天然马尾松k Πινυσ µασσονιαναl林和人工杉木k Χυννινγηαµια λανχεολαταl林 ∀次生常绿阔叶林 }海
拔 uxs ° o郁闭度为 |s h o主要树种有青冈k Χαστανεα γλαυχαl !苦槠k Χq σχλεροπηψλλαl !木荷k Σχηιµα συπερβαl !甜
槠k Χαστανοπσισ εψρειl等 o不同树种林龄在 us ∗ ux ¤o平均胸径 tw1v ¦°~天然马尾松林 o海拔 t{s ° o郁闭度 zs h
左右 o林下有 木kΛοροπεταλυµ χηινενσεl !苦槠等灌木 o马尾松平均胸径 ty1x ¦°o林龄 uw ¤~人工杉木林 o林龄
uu ¤o密度为 v txs株#«°pu o郁闭度为 |x h o平均胸径 tz1w ¦°∀
1 .2 采样与分析方法
ussu年 z月上旬 o在确定的 v类林分中选择典型地段各 v处 o挖掘土壤剖面 o分别取 s ∗ ts !ts ∗ us !us ∗
vs !vs ∗ ws !ws ∗ xs ¦°土层内样品 o然后把每一种林分中 v个 o样点各层土样分别混合成一个样品 ∀土壤带
回室内马上过 u °°钢筛 o去除石砾和根系 o再分成 u份 ∀t份鲜样供土壤水溶性碳和微生物量碳分析 ~另 t
份风干后 o进一步处理 o供土壤有机碳总量 !易氧化态碳和土壤养分分析 ∀
土壤有机碳总量 o重铬酸钾外加热法k中国土壤学会 ot|||l ~水溶性碳 o称鲜土 vs1s ªo水Β土为 uΒt o用蒸
馏水浸提 o在 ux ε 下恒温振荡器中振荡 s1x «o高速离心 ts °¬±kz sssµ#°¬±ptl o后用 s1wx Λ°滤膜抽滤 o滤液
直接在岛津 ג≤∂ ≤°‹有机碳分析仪上测定 ~微生物量碳采用氯仿熏蒸 p Žu≥’w 提取法 o提取液在有机碳分
析仪上测定 ~易氧化态碳采用 vvv °°²¯#pt高锰酸钾氧化法k沈宏等 ousssl ~土壤全氮 o克氏法 ~水解氮 o碱解
扩散法 ~有效磷 o盐酸氟化铵浸提 o磷钼兰比色法 ~速效钾 o乙酸铵提取 o火焰光度法k中国土壤学会 ot|||l ∀
u 结果分析
211 不同林分下土壤活性碳库分析
从表 t可以看到 o不同林分下土壤微生物量碳和易氧化碳含量均随着土层深度加深而递减 o这主要是由
于这 u类活性碳含量很大程度上决定于土壤总有机碳量k„±§¨µ¶²° ετ αλqot|{|l o下层土壤受生物影响少 o因
而总有机碳含量低 ∀土壤水溶性有机碳不同林分下均是 s ∗ ts ¦°表层含量最高 ∀随着剖面的加深 o杉木林
土壤水溶性有机碳含量平稳下降 ∀而阔叶林土壤从表层开始一直下降至 us ∗ vs ¦°土层 o但到 vs ∗ ws ¦°土
层水溶性有机碳含量又稍有上升 ∀马尾松土壤水溶性有机碳 s ∗ ts ¦°含量高 ots ∗ us ¦°下降 o到 us ∗ vs
¦°又稍有上升 ows ¦°以下又平稳下降 ∀水溶性有机碳含量一方面决定于土壤总碳量k…∏µ©²µ§ ετ αλqot|zxl o
另一方面 o由于粘粒的吸附作用 o在心土层粘粒含量高的土层常可以提取出较多数量kŽ∏¬·¨µ¶ ετ αλqot||vl ∀
阔叶林和马尾松林表层土壤水溶性有机碳含量高总有机碳起了决定作用 o而出现 us ∗ ws ¦°不同层次含量
上升和该层次土壤粘性大分不开 ∀
表 1 不同林分下土壤活性碳含量 ≠
Ταβ . 1 Τηε αµ ουντ οφ διφφερεντ φραχτιονσ οφ οργανιχ χαρβον υνδερ διφφερεντ στανδσ
土 层
≥²¬¯ §¨³·«Π¦°
• ≥’≤Πk°ª#®ªp tl …≤Πk°ª#®ªptl ∞’≤Πkª#®ªptl
… ° ≤ƒ … ° ≤ƒ … ° ≤ƒ
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us ∗ vs
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≠ …}常绿阔叶林 …µ²¤§2¯ ¤¨√¨ § √¨ µ¨ªµ¨ ±¨ ©²µ¨¶·o ° }马尾松林 ¤¶¶²± °¬±¨ o≤ƒ }杉木林 ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µq下同 ∀ ׫¨ ¶¤°¨ ¥¨ ²¯º q
比较不同林分土壤可以发现 o微生物量碳和易氧化态碳阔叶林土壤明显高于马尾松林和杉木林 o杉木林
土壤虽表层含量高于马尾松林 o但综合 s ∗ xs ¦°可以看到 ou种林分差异不大 ∀水溶性有机碳含量杉木林土
壤相对较低 o阔叶林土壤除 s ∗ ts ¦°土层含量显著高于马尾松林外 o其余土层含量和马尾松林无明显差异 ∀
tt 第 t期 姜培坤 }不同林分下土壤活性有机碳库研究
2 .2 土壤活性碳库占总有机碳的比率
土壤活性碳占总有机碳的比率比活性碳总量更能反映森林植被对土壤碳行为的影响结果 ∀从表 u可以
看出 o水溶性有机碳占总有机碳比率以马尾松林最高 o其次是常绿阔叶林 o而杉木林相对较低 ∀陶澍等
kt|||l认为森林土壤水溶性有机质主要是以富啡酸和分子量较小的有机酸 !碳水化合物为主 o而刘长怀等
kt||sl的研究发现 o杉木林土壤腐殖质含多量富啡酸 o酸性大 o易分散 o这似乎意味着杉木林土壤水溶性有机
碳占总有机碳比例应该高于阔叶林和马尾松林 o其实 o溶于水的有机碳除了富啡酸外还有胡敏酸的一价阳离
子盐和其他多种有机成分 o并且 o这种比例还受土壤有机物矿化过程的影响 ∀当然 o要彻底弄清不同林分土
壤水溶性有机质的物质成分 o还必须进一步做水溶性有机物的分子表征 ∀从易氧化碳占总有机碳总量比率
来看 o常绿阔叶林土壤明显高于马尾松林和杉木林 o说明阔叶林土壤碳素活性大 !易转化 ∀微生物量碳占总
有机碳比率不同土壤差别不大 o所不同的是常绿阔叶林土壤深达 vs ∗ ws ¦°土层仍有较高的比率 ∀从不同
层次土壤来看 o不同林分土壤水溶性有机碳占总有机碳比率从上到下均表明出上升趋势 o这和水溶性碳随下
渗透水迁移分不开 ∀而易氧化态碳不同 o它占总有机碳的比率随剖面变深而很有规律地下降 ∀微生物量碳
占总有机碳比率总体上是从上到下递减 o但规律性不强 o这反映了生物活性碳的复杂多变 ∀
表 2 活性碳占总有机碳的比率
Ταβ . 2 Τηε περχενταγεσ οφ διφφερεντ αχτιϖε χαρβον το τοταλσοιλ χαρβον
林分 ƒ²µ¨¶··¼³¨ 土层 ⁄¨ ³·«Π¦° ג≤Πkª#®ªptl • ≥’≤Πג≤Πh …≤Πג≤Πh ∞’≤Πג≤Πh
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图 t 土壤各种形态碳之间的相互关系
ƒ¬ªqt ׫¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³¥¨·º¨¨ ± §¬©©¨µ¨±·©µ¤¦·¬²±¶²©¶²¬¯ ¦¤µ¥²±
2 .3 土壤活性碳之间的相关分析
对土壤总有机碳量与各活性碳以及各活性碳之间进行了相关分析 o分析所得模型见图 t ∀从结果来看 o
土壤总有机碳含量与水溶性碳 !微生物量碳及易氧化态碳之间的相关性均达到极显著水平 ∀水溶性碳 !微生
ut 林 业 科 学 wt卷
物量碳 !易氧化碳两两之间也都存在着极显著相关关系 ∀这一方面说明了土壤活性碳很大程度上依赖有机
碳总贮量 o另一方面 o也说明了各类活性碳之间关系密切 o它们虽然表述与测定方法不同 o但它们都在一定程
度上表征了土壤中活性较高部分的碳含量 ∀
2 .4 土壤活性碳与土壤养分的相关分析
表 v表明 o土壤水溶性碳 !微生物量碳 !易氧化态碳与土壤全氮 !水解氮 !相关性达极显著水平 ∀微生物
量碳 !易氧化碳与速效钾含量也存在显著或极显著相关性 ~但各类活性碳与土壤有效磷含量相关性均不显
著 ∀
表 3 土壤活性碳与土壤养分的相关系数 ≠
Ταβ . 3 Τηε χορρελατιον χοεφφιχιεντσ βετωεεν αχτιϖε χαρβον ανδ σοιλ νυτριεντσ
全氮 ײ·¤¯2‘ 水解氮 ‹¼§µ²¯¼½¤¥¯ 2¨‘ 有效磷 „√¤¬¯¤¥¯ 2¨° 速效钾 „√¤¬¯¤¥¯ 2¨Ž
ג≤ s1|su z33 s1|z| s33 p s1szt v s1yvw |33
• ≥’≤ s1{sw |33 s1z{{ y33 p s1s{t xw s1wwt y
…≤ s1{|| x33 s1|zt y33 p s1svw s s1y|w u33
∞’≤ s1{z| y33 s1|wz w33 p s1tvw y s1xyz | 3
≠ 33 ρs1st € s1ywt o3 ρs1sx € s1xtw q
v 结论
比较不同林分土壤活性碳含量 o微生物量碳和易氧化态碳以常绿阔叶林最高 o水溶性碳含量常绿阔叶林
和马尾松林均明显高于杉木林土壤 ∀不同林分土壤微生物量碳与易氧化碳含量均随着土壤剖面加深而递
减 ∀水溶性有机碳含量不同林分也均是 s ∗ us¦°土层最高 o随着剖面加深均出现下降趋势 o但阔叶林和马尾
松林分别在 vs ∗ ws¦°和 us ∗ vs¦°土层出现含量稍有增高的现象 o土壤水溶性有机碳占总有机碳比率为马
尾松林 常绿阔叶林 人工杉木林 o易氧化态碳占总有机碳比率以常绿阔叶林为最高 ∀不同林分土壤水溶
性有机碳占总有机碳比率随剖面从上到下表现出上升趋势 o易氧化碳占有机碳比率随剖面加深面下降 ∀
土壤有机碳总量与各活性碳之间以及各类活性碳之间相关性均达极显著水平 ∀各活性碳与土壤全氮 !
水解和速效钾之间也表现出较好的相关性 ∀
参 考 文 献
刘长怀 o罗汝英 qt||s q宁镇丘陵区森林土壤腐殖质的化学特征 q南京林业大学学报 otwktl }t p y
沈 宏 o曹志洪 qusss q施肥对土壤不同碳形态及碳库管理指数的影响 q土壤学报 ovzkul }tyy p tzv
沈 宏 o曹志洪 o胡正义 qt||| q土壤活性碳的表征及其生态意义 q生态学杂志 ot{kvl }vu p v{
陶 澍 o曹 军 qt||| q山地土壤表层水溶性有机物淋溶动力学模型研究 q中国环境科学 otykul }wts p wtw
中国土壤学会 qt||| q土壤农业化学分析方法 q北京 }中国农业出版社 otwy p uuy
„±§¨µ¶²° × ‹ o⁄²°¶¦«Ž‹ qt|{| q •¤·¬²±¶²© °¬¦µ²¥¬¤¯ ¥¬²°¤¶¶¦¤µ¥²°·²·²¤·¤¯ ²µª¤±¬¦¦¤µ¥²±¬± ¤µ¤¥¯¨¶²¬¯¶q≥²¬¯ …¬²¯ …¬²¦«¨ ° out }wzt p wz|
…∏µ©²µ§• o…µ¨°° µ¨  qt|zx q• ¨¯¤·¬²± ¥¨·º¨¨ ± §¨±¬·µ¬©¬¦¤·¬²±¦¤³¤¦¬·¬¨¶²©¶²¬¯¶¤±§·²·¤¯ º¤·¨µ¶²¯∏¥¯¨¤±§µ¨¤§¬¯¼ §¨¦²°³²¶¤¥¯¨¶²¬¯²µª¤±¬¦°¤·¨µq≥²¬¯ …²¬¯
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vt 第 t期 姜培坤 }不同林分下土壤活性有机碳库研究