不同林分下土壤活性有机碳库研究

1、第41卷第1期2005年1月林SCIENTIA业科SILVAE学SINICAEVol 41,No 1Jan.,2005不同林分下土壤活性有机碳库研究姜培坤(浙江林学院生态环境研究所 临安311300)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,杉木林土壤水溶性碳含量相对较低。从不同层次看,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0 31%1 18%、0 90%2 51%和7 03%29 52%之间,其中,土壤水溶

2、性碳占总有机碳比率为马尾松林>常绿阔叶林>人工杉木林,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,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:S714 2 文献标识码:A 文章编号:1001-7488(2005)01-0010-04SoilActiveCarbonPoolunderDifferentTypesofVegetationJia

3、ngPeikun(EcologyandEnvironmentInstitute,ZhejiangForestryCollege Lin an311300)Keywords: broad-leavedevergreenforest;MassonPine;ChineseFir;water-solubleorganiccarbon(WSOC);microbialbio-mass(MBC);easeofoxidationofcarbon(EOC)土壤活性有机碳是指土壤中移动快、稳定性差、易氧化、矿化,并对植物和土壤微生物活性较高的那部分有机态碳(沈宏等,1999)。虽然它只占土壤有机碳总量的较小部分,

4、但由于它可以在土壤全碳变化之前反映土壤微小的变化,又直接参与土壤生物化学转化过程,同时,也是土壤微生物活动能源和土壤养分的驱动力(Wanderetal.,1994;Colemanetal.,1983),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,随着森林的生长,土壤碳库及碳形态将会达到稳定状态,因而,土壤碳素状况常可作为生态功能的标志或控制器(Paul,1984)。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,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

5、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。收稿日期:2002-11-21。基金项目:国家自然科学基金资助项目(30271072)。第1期姜培坤:不同林分下土壤活性有机碳库研究111 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,地理座标为119 42 E,30 14 N,年平均气温15 9 ,年降水量1424mm,无霜期236d。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(Pinusmassoniana)林和人工杉木(Cunninghamialanceolata)林。次生常绿阔叶林:海拔250

6、m,郁闭度为90%,主要树种有青冈(Castaneaglauca)、苦槠(C.sclerophylla)、木荷(Schimasuperba)、甜槠(Castanopsiseyrei)等,不同树种林龄在2025a,平均胸径14 3cm;天然马尾松林,海拔180m,郁闭度70%左右,林下有木(Loropetalumchinense)、苦槠等灌木,马尾松平均胸径16 5cm,林龄24a;人工杉木林,林龄-222a,密度为3150株 hm,郁闭度为95%,平均胸径17 4cm。1.2 采样与分析方法2002年7月上旬,在确定的3类林分中选择典型地段各3处,挖掘土壤剖面,分别取010、1020、2030

7、、3040、4050cm土层内样品,然后把每一种林分中3个,样点各层土样分别混合成一个样品。土壤带回室内马上过2mm钢筛,去除石砾和根系,再分成2份。1份鲜样供土壤水溶性碳和微生物量碳分析;另1份风干后,进一步处理,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,重铬酸钾外加热法(中国土壤学会,1999);水溶性碳,称鲜土30 0g,水 土为2 1,用蒸馏水浸提,在25 下恒温振荡器中振荡0 5h,高速离心10min(7000r min),后用0 45 m滤膜抽滤,滤液直接在岛津TOCVCPH有机碳分析仪上测定;微生物量碳采用氯仿熏蒸-K2SO4提取法,提取液在有机碳分析仪上测定;

8、易氧化态碳采用333mmol L高锰酸钾氧化法(沈宏等,2000);土壤全氮,克氏法;水解氮,碱解扩散法;有效磷,盐酸氟化铵浸提,磷钼兰比色法;速效钾,乙酸铵提取,火焰光度法(中国土壤学会,1999)。-1-12 结果分析2 1 不同林分下土壤活性碳库分析从表1可以看到,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,这主要是由于这2类活性碳含量很大程度上决定于土壤总有机碳量(Andersometal.,1989),下层土壤受生物影响少,因而总有机碳含量低。土壤水溶性有机碳不同林分下均是010cm表层含量最高。随着剖面的加深,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

9、层开始一直下降至2030cm土层,但到3040cm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010cm含量高,1020cm下降,到2030cm又稍有上升,40cm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(Burfordetal.,1975),另一方面,由于粘粒的吸附作用,在心土层粘粒含量高的土层常可以提取出较多数量(Kuitersetal.,1993)。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,而出现2040cm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Tab.1 Theamountofdifferentfracti

10、onsoforganiccarbonunderdifferentstands土 层Soildepth cm0101020203030404050WSOC (mg kg-1)BL102 3349 3239 6345 0947 73MP53 8844 6450 1052 2344 46CF51 4539 4839 1236 1339 24BL680 20265 31135 80115 8236 71MBC (mg kg-1)MP267 44135 50128 3189 3369 14CF395 18183 5095 6392 9168 03BL9 742 952 060 850 53EOC (g

11、kg-1)MP2 401 171 020 620 27CF3 231 640 930 740 85BL:常绿阔叶林Broad-leavedevergreenforest,MP:马尾松林MassonPine,CF:杉木林ChineseFir.下同。Thesamebelow.比较不同林分土壤可以发现,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,杉木林土壤虽表层含量高于马尾松林,但综合050cm可以看到,2种林分差异不大。水溶性有机碳含量杉木林土,12林业科学41卷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2可

12、以看出,水溶性有机碳占总有机碳比率以马尾松林最高,其次是常绿阔叶林,而杉木林相对较低。陶澍等(1999)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,而刘长怀等(1990)的研究发现,杉木林土壤腐殖质含多量富啡酸,酸性大,易分散,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,其实,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,并且,这种比例还受土壤有机物矿化过程的影响。当然,要彻底弄清不同林分土壤水溶性有机质的物质成分,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,常绿阔叶林土壤明显高于

13、马尾松林和杉木林,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,所不同的是常绿阔叶林土壤深达3040cm土层仍有较高的比率。从不同层次土壤来看,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,这和水溶性碳随下渗透水迁移分不开。而易氧化态碳不同,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,但规律性不强,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Tab.2 Thepercentagesofdifferentactivecarbontototalsoilcarbon林分Foresttype土

14、层Depth cm010203040010203040010203040TOC (g kg-1)32 9811 279 034 764 0612 078 576 484 733 8715 7510 406 445 266 11WSOC TOC %0 3100 4380 4390 9471 1760 4460 5210 7731 1041 1490 3270 3800 6070 6990 642MBC TOC %2 062 351 502 430 902 221 561 981 891 782 511 761 481 771 11EOC TOC %29 5226 1822 8117 8413 0

15、519 8817 1516 7513 177 0320 5115 7714 5013 9713 97BLMPCF2.3 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,分析所得模型见图1。从结果来看,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、微生图1 土壤各种形态碳之间的相互关系Fig.1 Therelationshipbetweendifferentfractionsofsoilcarbon第1期姜培坤:不同林分下土壤活性有机碳库研究13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

16、很大程度上依赖有机碳总贮量,另一方面,也说明了各类活性碳之间关系密切,它们虽然表述与测定方法不同,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3表明,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Tab.3 Thecorrelationcoefficientsbetweenactivecarbonandsoilnutrients全氮Tota-lNTOCWSOCMBCEOC0 90

17、27*0 8049*0 8995*水解氮Hydrolyzable-N*0 9790*0 7886有效磷Available-P-0 0713-0 08154-0 0340-0 1346速效钾Available-K*0 63490 4416*0 69420 9716*0 8796*0 94740 5679*r0 01=0 641,*r0 05=0 514.3 结论比较不同林分土壤活性碳含量,微生物量碳和易氧化态碳以常绿阔叶林最高,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020cm土层最高,随着剖面加深均出现下降趋