全 文 ：中国生态农业学报 2009年 1月 第 17卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2009, 17(1): 41−47


* 国家自然基金项目(30470303)、中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-YW-405)和中国科学院知识创新工程青年人才领域前
沿项目(07SBS116S3)资助
** 通讯作者: 汪思龙(1964~), 男, 博士, 研究员, 主要研究方向为森林生态学。E-mail: slwang@iae.ac.cn
张剑(1981~), 男, 在读博士, 主要研究方向为森林生态与土壤生态恢复。E-mail: rczhjxmw@163.com.
收稿日期: 2008-02-01 接受日期: 2008-05-08
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2009.00041
不同森林植被下土壤活性有机碳含量及其季节变化*
张 剑 1,2,3 汪思龙 1,2** 王清奎 1,2 刘燕新 1,2,3
(1. 中国科学院沈阳应用生态研究所 沈阳 110016; 2. 湖南会同森林生态系统国家野外科学观测研究站 会同 418307;
3. 中国科学院研究生院 北京 100049)
摘 要 通过对湖南省会同县地区不同季节地带性常绿阔叶林、杉木纯林、火力楠纯林以及杉木火力楠混交
林土壤各活性有机碳的含量测定, 分析了森林植被对土壤活性碳库及其季节变化的影响。结果表明, 常绿阔
叶林转变为人工林后, 土壤活性有机碳含量明显降低; 与杉木纯林相比, 火力楠与杉木混交可提高土壤活性
有机碳含量, 但只有土壤水溶性有机碳含量显著提高;各林地土壤活性有机碳具有明显的季节变化, 一年中
土壤水溶性有机碳含量的大小始终为常绿阔叶林＞杉木火力楠混交林＞火力楠纯林＞杉木纯林, 土壤微生物
量碳、热水浸提有机碳和碳水化合物则表现为常绿阔叶林＞火力楠纯林＞杉木火力楠混交林＞杉木纯林。与
杉木纯林相比, 杉木火力楠混交林可提高林地质量, 但不同林地活性有机碳的季节变化规律表现不尽一致,
表明土壤活性有机碳的季节差异不仅与温度、降雨等气候因素有关, 还受到植被类型的影响。
关键词 杉木人工林 火力楠人工林 人工混交林 地带性常绿阔叶林 土壤活性有机碳 季节变化
中图分类号: S714.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)01-0041-07
Content and seasonal change in soil labile organic carbon under
different forest covers
ZHANG Jian1,2,3, WANG Si-Long1,2, WANG Qing-Kui1,2, LIU Yan-Xin1,2,3
(1. Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China; 2. Huitong National Research Station for
Forest Ecosystem, Huitong 418307, China; 3. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract Based on the concentrations of soil labile organic carbon (SLOC) pools under native evergreen broad-leaved forest
(NBF), and three plantations of pure Cunninghamia lanceolata , pure Michelia macclurei and their mixed forest in different seasons,
the effect of forest types on the content and seasonal changes of SLOC was analyzed for Huitong County of Hunan Province. The
results show that SLOC content decreases after native evergreen broad-leaved forest are substituted by planted forest. Compared with
C. lanceolata plantation, C. lanceolata and M. macclurei mixed forest (MCM) increases SLOC content. However, the difference is
statistically insignificant except for water-soluble organic carbon (WSOC). Substantial seasonal fluctuations in SLOC under forests
are observed. Throughout the year, WSOC decreases in the following order of NBF > MCM > pure M. macclurei plantation (PM) >
pure C. lanceolata plantation (PCF). For soil microbial biomass carbon (MBC), hot-water extractable C (HWC) and hot-water ex-
tractable carbohydrate-C (HWcC) is in the following order of NBF > PM > MCM > PCF. Compared with PCF, MCM increases soil
quality. However, seasonal trends of SLOC under different forest covers are not completely consistent, suggesting that seasonal fluc-
tuations in SLOC are influenced not only by climatic factors like temperature and precipitation, but also by vegetation type.
Key words Cunninghamia lanceolata plantation, Michelia macclurei plantation, Planted mixed forest, Native evergreen
broad-leaved forest, Soil labile organic carbon, Seasonal change
(Received Feb. 1, 2008; accepted May 8, 2008)
土壤有机碳(Soil organic carbon, SOC)是土壤- 植物生态系统的重要组成部分, 对土壤物理、化学
42 中国生态农业学报 2009 第 17卷


和生物特征的变化起着关键作用。但土壤有机碳总
量的变化非常缓慢, 很难观测到其短期内的微小变
化, 在森林土壤中表现得更为明显[1]。土壤活性有机
碳是土壤中移动快、稳定性差、易氧化、矿化，对
植物和土壤微生物活性较高的那部分有机态碳[2]直
接参与土壤生物化学转化过程, 在土壤养分循环中
具有重要作用, 是土壤养分的储存库; 并且能够在
土壤全碳变化之前反映出土壤管理措施和环境引起
的土壤微小变化。因此, 可作为土壤质量和潜在生
产力的敏感指标[3, 4]。土壤活性有机碳可用水溶性有
机碳、微生物量碳、热水浸提有机碳和碳水化合物
等来表征。有研究表明[5−7], 由于土壤活性有机碳对
环境的高度敏感性 , 因此会表现出明显的季节变
化。Zhou 等[5]报道了竹林土壤微生物量碳和水溶性
有机碳的季节变化, Zhang等[8]报道了格氏栲和杉木
人工林枯枝落叶层水溶性有机碳的季节变化, 但对
土壤热水浸提有机碳和碳水化合物的研究报道较少。
杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林是我国南
方主要的森林类型, 由于多代连栽和不合理的经营
措施导致林地生产力急剧下降。一些学者[9,10]对亚热
带常绿阔叶林和人工林土壤活性有机碳进行了研究,
发现常绿阔叶林转变为杉木人工林后, 土壤活性有
机碳含量明显降低, 并且随着连栽代数的增加而减
少。冯宗炜等[11]通过多年定位研究, 发现火力楠和
杉木混交可明显提高林地生产力和生态功能。此后,
许多学者就杉木火力楠混交对土壤养分循环、林地
生产力、凋落物分解以及细根周转等方面的影响进
行了深入研究[12−14]。森林土壤退化的核心问题是土
壤有机质组分功能的退化, 表现为有机质含量下降
和活性降低。因此, 在相对较短的时期内, 如何提高
土壤有机质的活性, 改善其功能, 对于土壤恢复来
说至关重要。有人[15,16]采用室内培养方法研究了杉
木凋落物与其他凋落物混合分解对土壤活性有机碳
的影响, 但室内培养实验与野外实际情况存在一定
差异。例如, 室内培养实验所用土壤为过筛土壤, 排
除了土壤动物的影响; 室内培养对揭示土壤水溶性
有机碳的真实反应可能存在一定影响, 因为土壤水
溶性有机碳在自然状态下具有很强的迁移性。目前,
杉阔混交对土壤活性有机碳的影响及其季节变化方
面的研究报道较少。本文研究了湖南省会同县境内
地带性常绿阔叶林、杉木纯林、火力楠纯林以及杉木
火力楠混交林的土壤活性有机碳含量及其季节动态,
对于揭示森林植被对土壤碳库的影响和指导杉木人工
林的可持续经营具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 研究地概况
试验在中国科学院会同森林生态试验站
(110°08′E, 27°09′N)进行, 该站位于湖南省西部的会
同县, 属典型的亚热带湿润气候, 年均气温 16.5 , ℃
1月平均气温 4.5 , 7℃ 月平均气温 27.5 , ℃ 年降水
量 1 200~1 400 mm, 年蒸发量 1 100～1 300 mm, 年
平均相对湿度 80％, 林地土壤为山地红黄壤, 地带
性 植 被 为 典 型 的 亚 热 带 常 绿 阔 叶 林 , 以 栲
(Castanopsis spp.)、石栎(Lithocarpus spp.)等为主。
研究样地为地带性常绿阔叶林(NBF)和 3 种人
工林, 即 1982年秋第 1代人工杉木林皆伐后, 1983
年春在皆伐迹地上设置了杉木 (Cunninghamia
lanceolata)纯林(PCF)、火力楠(Michelia macclurei)
纯林(PM)以及杉木与火力楠的针阔混交林(MCM)3
种人工林生态系统 , 3 种人工林密度均为 2 000
株·hm−2。针阔混交林的杉木与阔叶树的比例为
8︰2。4种林分林地基本概况见表 1。
1.2 研究方法
试验中所用土壤均为表层土壤(0～10 cm), 分
别于 2006 年 4 月(春)、7 月(夏)、10 月(秋)和 2007
年 1月(冬)采自 4种林型。研究地区 2006年 3月至
2007年 2月月平均气温和总降雨量的动态变化见图
1。具体采样方法为: 每一林地选择 3个具有代表性
的样地, 样地面积为 10 m×10 m, 在每块样地内随
机选取 10个点。去除地表凋落物层, 然后用直径为
4.5 cm的取土钻进行采样, 并组成 1个混合土样, 去
掉土壤中可见植物根系和残体．将土样分为两部分,
一部分新鲜土样过 2 mm筛后放置于冰箱中(3～4 )℃

表 1 林地基本概况及其土壤基本理化性质
Tab. 1 General situation of different forest stands and soil physico-chemistry properties
林地
Forest stand
pH
容重
Bulk density
(g·cm−3)
总有机碳
SOC
(g·kg−1)
全氮
Total N
(g·kg−1)
全磷
Total P
(g·kg−1)
全钾
Total K
(g·kg−1)
林龄
Age
(a)
海拔
Elevation
(m)
常绿阔叶林 NBF 4.25 1.18 28.77 2.36 0.25 20.48 44 391
杉木纯林 PCF 4.94 1.27 21.69 1.68 0.18 18.58 24 521
火力楠纯林 PM 4.57 1.09 24.92 1.92 0.23 18.92 24 521
杉木火力楠混交林MCM 4.91 1.18 21.99 1.69 0.23 18.98 24 521

第 1期 张 剑等: 不同森林植被下土壤活性有机碳含量及其季节变化 43


以供测定土壤微生物生物量和水溶性有机碳, 另一
部分土壤风干后过 2 mm和 0.25 mm筛, 供测定热水
浸提有机碳和碳水化合物以及总有机碳。

图 1 研究地区 2006年 3月至 2007年 2月月平均气温和
总降雨量的动态变化
Fig. 1 Monthly changes of air temperature and precipitation in the
studied sites from Mar., 2006 to Feb., 2007

土壤微生物量碳(Soil microbial biomass carbon,
MBC)测定采用氯仿熏蒸浸提法 [17]; 水溶性有机碳
(Water-soluble organic carbon, WSOC)按McGill等[18]
的方法浸提; 热水浸提有机碳(Hot water-extractable
C, HWC)和碳水化合物(Hot-water extractable carbo-
hydrate-C, HWcC)按 Haynes等[19]的方法浸提; WSOC
和 HWC用 Elementar High TOC +NⅡ 仪测定, HWcC
采用苯酚-硫酸法[20]测定。
1.3 数据处理方法
根据野外调查观测资料和实验室内的分析资料,
用 EXCEL(2003)图表处理软件和 SPSS(13.0)统计分
析软件进行数据处理分析。其中, 数据进行 One-way
ANOVA 方差分析, 并用 LSD 多重比较法进行差异
显著性分析, 相关性分析采用 Pearson检验法。
2 结果与分析
2.1 不同林分下土壤活性有机碳含量
从试验结果看, 植被类型对土壤活性有机碳有显
著影响(表 2)。在试验期间, 4 种森林植被下土壤微生
物量碳、水溶性有机碳、热水浸提有机碳和热水浸提
碳水化合物的年平均值分别为 194.08～ 307.60
mg·kg−1、24.48～73.72 mg·kg−1、653.01～1 188.98
mg·kg−1以及 314.98～496.77 mg·kg−1。各活性有机
碳含量均以常绿阔叶林最高, 杉木纯林最低, 且二者
之间达到差异显著水平。不同森林植被下土壤微生物
量碳和热水浸提有机碳的年平均值表现为: 常绿阔叶
林＞火力楠纯林＞杉木×火力楠混交林＞杉木纯林;
从差异显著性分析结果看, 常绿阔叶林明显高于 3 种
人工林, 火力楠纯林明显高于杉木纯林, 而杉木×火力
楠混交林与两种纯林之间并未达到差异显著水平
(P>0.05)。此外, 不同林分下热水浸提碳水化合物年平
均值表现为与热水浸提有机碳相同的趋势, 但 3 种人
工林之间并没有显著差异。而水溶性有机碳表现为:
常绿阔叶林＞杉木×火力楠混交林＞火力楠纯林＞杉
木纯林, 显著性分析结果表明, 杉木×火力楠混交林与
杉木纯林之间存在显著差异, 而与常绿阔叶林之间没
有达到显著水平, 两种纯林之间也没有显著差异。以
上结果可以看出, 地带性常绿阔叶林转变为人工林后,
土壤活性有机碳含量明显降低, 而火力楠纯林和杉木
火力楠混交林土壤活性有机碳含量则高于杉木纯林。
2.2 土壤活性有机碳的季节变化
不同林分下土壤活性有机碳表现出明显的季节
动态(表 3)。一年中, 4种林分下土壤水溶性有机碳含
量始终是常绿阔叶林＞杉木×火力楠混交林＞火力
楠纯林＞杉木纯林, 其他活性碳库则表现为常绿阔
叶林＞火力楠纯林＞杉木×火力楠混交林＞杉木纯
林。土壤水溶性有机碳以夏季最高, 春、夏季节高
于秋、冬季节, 杉木纯林最低值出现在秋季, 其他 3
种林地则出现在冬季。土壤微生物量碳最高值均在
秋季, 冬季和夏季最低。从春季到秋季, 土壤热水浸
提有机碳和碳水化合物含量持续降低; 转入冬季以
后, 热水浸提碳水化合物含量继续降低, 而热水浸
提有机碳含量只有常绿阔叶林继续降低, 3种人工林
则略有升高。

表 2 不同林分下土壤各活性有机碳的年平均含量
Tab. 2 Annual average concentration of soil active organic carbon pools under different forest stands mg·kg−1
林地
Forest stand
土壤微生物量碳
MBC
水溶性有机碳
WSOC
热水浸提碳水化合物
HWcC
热水浸提有机碳
HWC
常绿阔叶林 NBF 307.60 ± 55.99 a 73.72 ± 45.71 a 496.77 ± 164.77 a 1 188.98 ± 292.15 a
杉木纯林 PCF 194.08 ± 17.98 c 24.48 ± 17.16 c 314.98 ± 106.98 b 653.01 ± 200.72 c
火力楠纯林 PM 238.22 ± 24.68 b 40.60 ± 21.14 bc 401.71 ± 130.85 ab 852.56 ± 208.99 b
杉木火力楠混交林MCM 217.41 ± 21.72 bc 62.43 ± 38.21 ab 353.13 ± 119.78 b 722.08 ± 171.47 bc
表中数值为平均值±标准差, 同列不同字母表示 P<0.05差异显著水平。Values are means ± standard deviation. Different letters in the same
column indicate significant difference at P<0.05.

44 中国生态农业学报 2009 第 17卷


表 3 不同森林类型土壤各活性有机碳的季节变化
Tab.3 Seasonal variation in SLOCs concentrations under different forest stands mg·kg−1
林地
Forest stand
季节
Season
土壤微生物量碳
MBC
水溶性有机碳
WSOC
热水浸提碳水化合物
HWcC
热水浸提有机碳
HWC
春 Spring 315.42 ± 3.57 102.47 ± 15.80 661.47 ± 24.26 1 517.56 ± 118.53
夏 Summer 279.86 ± 4.58 127.67 ± 3.92 548.24 ± 14.80 1 373.40 ± 131.17
秋 Autumn 388.84 ± 16.61 45.02 ± 3.07 539.69 ± 11.73 1 024.42 ± 38.62
常绿阔叶林
NBF
冬 Winter 246.27 ± 12.03 19.70 ± 0.43 237.67 ± 15.63 840.55 ± 31.44
春 Spring 198.02 ± 1.13 37.51 ± 11.87 451.38 ± 10.23 951.16 ± 117.73
夏 Summer 195.13 ± 9.18 42.54 ± 1.34 345.36 ± 7.88 664.96 ± 31.14
秋 Autumn 214.74 ± 14.83 7.38 ± 1.13 296.42 ± 2.73 479.53 ± 5.73
杉木纯林
PCF
冬 Winter 177.82 ± 19.73 10.49 ± 0.17 166.77 ± 2.63 516.36 ± 2.98
春 Spring 259.71 ± 7.01 51.78 ± 8.85 563.71 ± 18.12 1 158.72 ± 81.58
夏 Summer 216.89 ± 6.32 65.53 ± 4.82 446.50 ± 10.80 889.33 ± 4.37
秋 Autumn 259.87 ± 12.77 31.64 ± 3.02 378.31 ± 3.19 657.67 ± 31.94
火力楠纯林
PM
冬 Winter 216.40 ± 17.50 13.43 ± 0.53 218.33 ± 8.13 704.50 ± 7.15
春 Spring 224.47 ± 1.80 98.36 ± 6.06 472.88 ± 9.55 956.51 ± 69.94
夏 Summer 198.54 ± 20.45 98.64 ± 11.56 440.11 ± 10.39 785.67 ± 9.20
秋 Autumn 235.53 ± 10.05 35.57 ± 6.25 317.02 ± 14.79 554.29 ± 23.17
杉木火力楠混交林
MCM
冬 Winter 211.09 ± 30.19 18.14 ± 1.03 182.51 ± 4.33 591.84 ± 5.58

在春夏季节, 植物进入生长期, 为土壤微生物
提供了足够的易分解的新鲜有机质, 另一方面适宜
的水热条件, 极大地提高了微生物活性和植被的新
陈代谢速率, 凋落物分解加快, 根系分泌物也增多。
因此, 尽管此时降雨对土壤有机碳有较强的淋溶、
淋失作用, 但强的生物活性、高的生物代谢产物产
生速率, 使 WSOC 含量在土壤环境中保持持续上
升。而土壤微生物处于活跃的新陈代谢状态下, 土
壤微生物的周转速率提高, 能耗加快, 导致活性土
壤微生物量碳蓄存量降低, HWC 和 HWcC 也随之
减少。
从夏季到秋季, 温度有所降低, 加之降雨量偏
低, 土壤干旱, 导致土壤微生物活性极大地减弱。这
种情况下, 一定量的降雨会刺激微生物的大量繁殖,
使土壤MBC含量急剧增加, 尤以常绿阔叶林最为明
显。而土壤WSOC、HWC和HWcC均大幅度降低, 一
方面是由于高温干旱导致植物和微生物新陈代谢减
弱 , 分泌物减少 ; 另一方面 , 可能是长时间土壤干
燥后的降雨对可溶解的有机碳部分产生较强的淋溶
作用。
从秋季到冬季, 随着气温的降低, 微生物活性
和数量都逐渐降低, 土壤微生物量碳减少。此时, 植
物基本停止生长, 根系分泌物减少, 凋落物分解缓
慢, 产生的水溶性有机碳和碳水化合物减少, 含量
降低。而微生物一方面利用土壤中活性有机碳来维
持自身生存, 另一方面, 其死亡后的尸体转化为可
被热水浸提的有机碳[21]。常绿阔叶林由于微生物数
量巨大, 在微生物周转缓慢的情况下, HWC 消耗量
超过转化量, 含量降低; 而 3 种人工林则表现为转
化量高于消耗量,含量略有升高。因此, 土壤活性有
机碳的季节变化不仅与温度、降雨等气候因素有关,
也受到植被类型的影响。
2.3 土壤活性有机碳之间的相关性
对各活性碳库之间的相关性分析结果表明(表 4),
除土壤微生物量碳和水溶性有机碳显著相关外, 各活
性有机碳库两两之间都存在着极显著相关关系 ,

表 4 土壤微生物生物量碳、水溶性有机碳、热水浸提有机碳和碳水化合物之间的相关系数
Tab.4 Correlation coefficients among soil microbial biomass C (MBC), water soluble organic C (WSOC) , hot water-extractable C
(HWC)and hot-water extractable carbohydrate-C (HWcC) under different forests
WSOC MBC HWC
MBC 0.285*
HWC 0.747*** 0.576***
HWcC 0.762*** 0.588*** 0.859***
* , ** and***分别表示 P<0.05, P<0.01 和 P<0.001的显著性水平(双尾检验, n=48)。 *, ** and *** mean significant difference at P<0.05,
P<0.01 and P<0.001 respectively (two-tailed, n=48).
第 1期 张 剑等: 不同森林植被下土壤活性有机碳含量及其季节变化 45


表明各活性碳之间关系密切, 它们虽然表述与测定
方法不同, 但都在一定程度上表征了土壤中活性较
高部分的碳含量。WSOC、HWC和 HWcC 3种溶解
性有机碳中, 以HWcC与MBC的相关性和相关系数
最高, HWC 次之, 表明热水浸提碳水化合物对微生
物的有效程度最高, 水溶性有机碳最低。
3 讨论
3.1 不同植被下土壤活性有机碳含量
土壤有机碳主要来源于植被地上部分的凋落物
及其地下部分根的分泌物和细根周转产生的碎屑。
植被的物种组成、土地利用方式以及管理措施等都
会影响土壤有机碳的质量、数量和周转[22]。常绿阔
叶林转变为不同类型的人工林后, 森林植被类型发
生变化, 凋落物以及根系输入到土壤中的有机碳的
质量和数量也随之改变 , 导致土壤有机碳存在差
异。而土壤中的活性有机碳部分在土壤养分短期周
转、为微生物提供能量等方面发挥着重要作用, 能
够更敏感地反映出这种变化[7]。
本研究结果表明, 与常绿阔叶林相比, 3种人工
林土壤活性有机碳含量降低, 这与大部分研究结果
一致。王清奎等 [9, 10]研究发现, 与阔叶林相比, 第
一、二代杉木纯林土壤活性有机质总量、微生物生
物量碳、水溶性有机碳和碳水化合物含量均不同程
度的降低; 姜培坤[23]分析了常绿阔叶林、马尾松林
和杉木人工林不同层次土壤的活性有机碳含量, 也
发现常绿阔叶林土壤微生物量碳和水溶性有机碳含
量高于马尾松与杉木林土壤。这一方面是人为干扰
的结果, 例如, 炼山、皆伐等活动导致土壤有机质大
量减少; 另一方面, 由于土地利用变化引起凋落物
种类、数量减少, 质量下降以及林地生物多样性的
降低所致。本研究还表明, 杉木火力楠混交林土壤
各活性有机碳库高于杉木纯林, 尤其是水溶性有机
碳含量的增加最为显著。凋落物和细根是土壤水溶
性有机碳的主要来源[24], 凋落物的分解和细根的周
转释放出水溶性有机碳, 同时, 也为土壤微生物的
活动提供能源, 而土壤微生物是土壤热水浸提有机
碳和碳水化合物最主要的来源之一[25, 26]。因此, 凋
落物和细根的分解可能是影响土壤活性有机碳库的
主要因素。一些模拟试验结果表明, 火力楠与杉木
凋落物混合分解时表现出相互促进的作用[13], 添加
混合叶凋落物土壤微生物量碳、水溶性有机碳等活
性有机碳含量高于添加纯杉木叶凋落物土壤[15], 且
火力楠细根比杉木细根更显著地增加土壤活性有机
碳的含量[27]。凋落物和细根的化学成分可能是导致
这一结果的主要原因[28, 29], 凋落物和细根的 C/N以
及纤维素、木质素等 C 的存在形式直接影响着微生
物对其分解和利用的程度, 从而影响土壤活性有机
碳的含量。与杉木凋落物和细根相比, 阔叶树凋落
物和细根 C／N小、初始氮含量高, 微生物较容易利
用, 自身分解较快, 有利于土壤活性有机碳含量的
提高。
3.2 土壤活性有机碳的季节变化
由于土壤活性有机碳对环境条件变化的高度敏
感性, 各林地土壤活性有机碳含量具有明显的季节
差异。土壤水溶性有机碳在森林生态系统土壤形成、
土壤养分有效性和污染物移动性方面都起着重要作
用, 本研究中各林地土壤水溶性有机碳含量从春季
到夏季升高 , 从夏季到秋冬两季则降低 , 这与
Campbell 等[30, 31] 的研究结果一致。但也有研究表
明, 竹林[5]、杉木和格氏栲人工林[8]土壤水溶性有机
碳含量在秋冬季节高于夏季。
土壤微生物量直接参与生态系统 C、N 和其他
养分的循环, 与生态系统生产力密切相关。因此, 土
壤微生物量碳的季节变化可一定程度上反映土壤有
机碳的周转和养分的循环[18]。本研究表明, 各林地
土壤微生物量碳在夏季和冬季较低, 其原因可能是
夏季温度和湿度较为适宜, 土壤微生物量碳周转速
度快 , 其累积量就相对较少 ; 而冬季气温低 , 不利
于微生物的活动和繁殖, 导致土壤微生物量碳较低,
与其他研究结果不尽一致。Piao 等[7]在中国西南岩
溶地区的研究发现 , 土壤微生物量碳在冬季最高 ,
夏季最低; Zhou 等[5]报道了竹林春季土壤微生物量
碳低于夏季。这些研究结果的差异可能与研究地区、
植被类型以及气候条件的差异有关。
土壤热水浸提有机碳主要包括微生物、碳水化
合物以及构成土壤其他活性有机碳的简单化合物, 并
且可以作为森林土壤有机质质量变化的敏感指标[32]。
土壤热水浸提碳水化合物是土壤团聚体的重要胶结
剂, 与土壤团聚体的稳定性密切相关 [33], 也是土壤
热水浸提有机碳的重要组成部分。本研究中, 土壤
热水浸提碳水化合物约占土壤热水浸提有机碳的
30%～60％, 比其他研究结果中的范围要大, Puget
等[34]报道耕作土壤中这一比例为 40%～50％, Ghani
等[35, 36]研究了不同土地利用方式后, 认为这一比例
在 40%～60％之间。不同林地土壤热水浸提有机碳
和碳水化合物含量的季节变化趋势表现为, 前者从
春季到冬季一直呈下降趋势, 后者不同林地的变化
略有差异, 地带性常绿阔叶林从春季到冬季持续降
低, 而 3 种人工林则在冬季略有回升, 这可能与常
绿阔叶林土壤微生物数量大, 能耗多有关。有研究[36]
发现土壤热水浸提有机碳的季节变化在不同年份之
46 中国生态农业学报 2009 第 17卷


间也存在差异, 甚至有相反的变化趋势, 主要是由
于同一季节不同年份之间在降雨、气温等气候因素
存在较大差异。本研究中不同林地之间土壤活性有
机碳的季节变化趋势并不完全一致, 因此, 植被类
型对土壤活性有机碳的季节变化也有显著影响。
3.3 各活性有机碳之间的关系
土壤活性有机质的各个组分作为有机质的一部
分是相互联系的。碳水化合物是土壤微生物细胞必
需的组成物质和主要能源, 与土壤微生物存在密切
关系[7]。土壤微生物生物量碳与土壤热水浸提碳水
化合物含量具有极显著正相关性 (r=0.588**,
P<0.01), 与土壤水溶性有机碳(r=0.285*, P<0.05)、
土壤热水浸提有机碳(r=0.576**, P<0.01)含量之间
的相关性也达到了显著或极显著水平, 表明土壤各
种活性有机碳组分都是土壤微生物的碳源, 但它们
对土壤微生物的有效程度不同。由相关系数可知 ,
土壤热水浸提碳水化合物对微生物的有效程度最
高。王清奎等[10]也认为, 土壤水溶性碳水化合物对
微生物的有效程度最高。Liang等[37]研究发现, 土壤
微生物量碳与水溶性有机碳、碳水化合物中的碳呈
显著正相关, 而与长脂肪链碳呈负相关, 表明微生
物量碳不仅与水溶性有机碳的数量有关, 而且与其
质量有关。也有人[7]发现, 不同季节之间土壤微生物
量碳与 0.5 mol·L−1 K2SO4浸提的水溶性有机碳、碳
水化合物显著负相关, 认为他们是土壤微生物重要
碳源并与土壤微生物相互消长。但本研究中同一林
地类型不同季节之间土壤微生物量碳与其他活性有
机碳之间没有显著相关性, 这可能与研究区域的差
异有关。另外, 一年中不同林地土壤各活性有机碳
库的方差分析结果表明, 土壤微生物量碳和土壤热
水浸提有机碳能够较好地区分不同森林类型, 并且
与其他活性有机碳具有明显相关性, 因此, 可以作
为土壤质量的评价指标, 这与其他人的研究结果一
致[21,32,38]。
4 结语
研究发现, 常绿阔叶林转变为人工林后, 土壤
活性有机碳含量明显降低; 与杉木纯林相比, 火力
楠与杉木混交可提高土壤活性有机碳含量 , 其中 ,
土壤水溶性有机碳含量显著增加, 而土壤其他活性
有机碳库在一年的观测中并未显著提高。可以认为
杉木火力楠混交林主要通过增加土壤可溶性有机碳
含量, 提高并促进养分在土壤中的运输, 有利于植
物对养分的吸收, 从而提高林地生产力。因此, 与杉
木纯林相比, 杉木火力楠混交林更有利于提高土壤
质量和退化土壤的恢复。此外, 土壤微生物量碳和
土壤热水浸提有机碳可以作为土壤质量评价的生
化指标。土壤活性有机碳的季节变化一方面与温
度、降雨等气候因素有关 , 另一方面与植被类型
有关。
参考文献
[1] Bolinder L. C., Angers D. A., Gregorich E. G., et al. The re-
sponse of soil quality indicators to conservation manage-
ment[J]. Can. J. Soil Sci., 1999, 79: 37−45
[2] 沈宏 , 曹志洪 , 胡正义 . 土壤活性有机碳的表征及其生态
效应[J]. 生态学杂志, 1999, 18 (3): 32−38
[3] Wander M. M., Traina S. J., Stinner B. R., et al. The effects
of organic and conventional management on biologically ac-
tive soil organic matter fractions [J]. Soil Sci. Soc. Am. J.,
1994, 58: 1130−1139
[4] Haynes R. J. Labile organic matter fractions as central com-
ponents of the quality of agricultural soils: an overview[J].
Adv. Agron., 2005, 85: 221−268
[5] Zhou G. M., Xu J. M., Jiang P. K. Effect of management
practices on seasonal dynamics of organic carbon in soils un-
der bamboo plantations[J]. Pedosphere, 2006, 16(4): 525−531
[6] Hayakawa K. Seasonal variations and dynamics of dissolved
carbohydrates in Lake Biwa[J]. Organic Geochemistry, 2004,
35: 169−179
[7] Piao H. C., Hong Y. T., Yuan Z. Y. Seasonal changes of mi-
crobial biomass carbon related to climatic factors in soils
from Karst areas of southwest China[J]. Biol. Fertil. Soils,
2000, 30: 294−297
[8] Zhang J. S., Guo J. F., Chen G. S., et al. Concentrations and
seasonal dynamics of dissolved organic carbon in forest floors
of two plantations (Castanopsis kawakamii and Cunningha-
mia lanceolata) in subtropical China[J]. Journal of Forestry
Research, 2005, 16(3): 205−208
[9] Wang Q. K., Wang S. L., Deng S. J. Comparative study on
active soil organic matter in Chinese fir plantation and native
broad-1eaved forest in subtropical China[J]. Journal of For-
estry Research, 2005, 16(1): 23−26
[10] 王清奎, 汪思龙, 高洪, 等. 杉木人工林土壤活性有机质变
化特征[J]. 应用生态学报, 2005, 16(7): 1270−1274
[11] 冯宗炜, 陈楚莹, 张家武, 等. 一种高生产力和生态协调的
亚热带针阔混交林——杉木火力楠混交林的研究[J]. 植物
生态学报, 1988, 12(3): 165−180
[12] 汪思龙, 廖利平, 邓仕坚, 等. 杉楠混交与人工杉木林自养
机制的恢复[J]. 应用生态学报, 2000, 11(1): 33−36
[13] 廖利平, 马越强, 汪思龙, 等. 杉木与主要阔叶造林树种叶
凋落物的混合分解[J]. 植物生态学报, 2000, 24(1): 27−33
[14] 廖利平, 陈楚莹, 张家武, 等. 杉木、火力楠纯林及混交林
细根周转的研究[J]. 应用生态学报, 1995, 6(1): 7−10
[15] 王清奎, 汪思龙, 于小军, 等. 杉木与阔叶树叶凋落物混合
分解对土壤活性有机质的影响 [J]. 应用生态学报 , 2007,
18(6): 1203−1207
[16] Hu Y. L., Wang S. L., Zeng D. H. Effects of single Chinese
fir and mixed leaf litters on soil chemical, microbial proper-
ties and soil enzyme activities[J]. Plant and Soil, 2006, 282:
第 1期 张 剑等: 不同森林植被下土壤活性有机碳含量及其季节变化 47


379−386
[17] Vance E. D., Brooks P. C., Jenkinson D. S. An extraction
method for measuring soil microbial biomass[J]. Soil Boil.
Biochem., 1987, 19: 703−707
[18] McGill W. B., Cannon K. R., Robertson J. A., et al. Dynamics
of soil microbial biomass and water-soluble organic C in
Breton L. after 50 years of cropping to two rotations [J]. Can.
J. Soil Sci., 1986, 66: 1−19
[19] Haynes R. J., Francis G. S. Changes in microbial biomass C,
soil carbohydrate composition and aggregate stability induced
by growth of selected crop and forage species under field
conditions[J]. J. Soil Sci., 1993, 44: 665−675
[20] Safarik I., Santruckova H. Direct determination of total soil
carbohydrate content. [J] Plant and Soil, 1992, 143: 109−114
[21] Sparling G., Vojvodic V. M., Schipper L. A. Hot-water-soluble
C as a simple measure of labile soil organic matter: The rela-
tionship with microbial biomass C[J]. Soil Biol. Biochem.,
1998, 30: 1469−1472
[22] Berger T. W., Neubauer C., Glatzel G. Factors controlling soil
carbon and nitrogen stores in pure stands of Norway spruce
(Picea abies) and mixed species stands in Austria[J]. Forest
Ecology and Management, 2002, 159: 3−14
[23] 姜培坤. 不同林分下土壤活性有机碳库研究[J]. 林业科学,
2005, 41(1): 10−13
[24] Kalbitz K., Solinger S., Park J. H., et al. Controls on the dy-
namics of dissolved organic matter in soil: A review[J]. Soil
Science, 2000, 165: 277−304
[25] Redl G., Hübner C., Wurst F. Changes in hot water soil ex-
tracts brought about by nitrogen immobilization and miner-
alization processes during incubation of amended soils[J].
Biol. Fertil. Soils, 1990, 10: 45−49
[26] Haynes R. J., Beare M. H. Influence of six crop species on
aggregate stability and some labile organic matter fractions[J].
Soil Biol. Biochem., 1997, 29: 1647−1653
[27] 刘艳, 汪思龙, 王晓伟, 等. 不同温度条件下杉木、桤木和
火力楠细根分解对土壤活性有机碳的影响[J]. 应用生态学
报, 2007, 18(3): 481−486
[28] Couteaux M. M., Bottner P., Berg B. Litter decomposition,
climate and litter quality[J]. Trends in Ecology and Evolution,
1995, 10: 63−66
[29] Silver W. L., Miya R. K. Global patterns in root decomposi-
tion: Comparisons of climate and litter quality effects[J].
Oecologia, 2001, 129: 407−419
[30] Campbell C. A., Biederbeck V. O., Wen G., et al. Seasonal
trends in selected soil biochemical attributes: Effects of crop
rotation in the semiarid prairie[J]. Can. J. Soil Sci., 1999, 79:
73−84
[31] Campbell C. A., Lafond G. P., Biederbeck O., et al. Seasonal
trends in soil biochemical attributes: Effects of crop man-
agement on a Black Chernozem[J]. Can. J. Soil Sci., 1999, 79:
85−97
[32] Wang Q. K., Wang S. L. Soil organic matter under different
forest types in Southern China[J]. Geoderma, 2007, 142:
349−356
[33] Haynes R. J., Swift R. S. Stability of soil aggregates in rela-
tion to organic constituents and soil water content[J]. J. Soil
Sci., 1990, 41: 73−83
[34] Puget P., Angers D. A., Chenu C. Nature of carbohydrates as-
sociated with water-stable aggregates of two cultivated
soils[J]. Soil Biol. Biochem., 1999, 31: 55−63
[35] Ghani A., Dexter M., Sarathchandra U., et al. Assessment of
extractable hot-water carbon as an indicator of soil quality on
soils under long-term pastoral, cropping, market gardening
and native vegetation[J]. Proc. Aust. NZ. Joint Soils Conf.,
2000, 2: 119−120
[36] Ghani A., Dexter M., Perrott K. W. Hot-water extractable
carbon in soils: a sensitive measurement for determining im-
pacts of fertilization, grazing and cultivation[J]. Soil Biol.
Biochem., 2003, 35: 1231−1243
[37] Liang B. C., Mackenize A. F., Schnitzer M., et al. Manage-
ment-induced change in labile soil organic matter under con-
tinuous corn in eastern Canadian soils[J]. Biol. Fert. Soils,
1998, 26: 88−94
[38] 张春霞, 郝明德, 魏孝荣, 等. 不同农田生态系统土壤微生
物生物量碳的变化研究[J]. 中国生态农业学报, 2006, 14(1):
81−83