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森林土壤活性有机碳库的研究

徐秋芳  
【摘要】: 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碳,常可用水溶性有机碳、微生物量碳和易氧化碳等来进行表征。土壤活性碳直接参与了土壤生物化学转化过程,虽然只占土壤全碳的较小部分,但它们可以在土壤全碳变化之前反映土壤微小的变化。不同森林类型,由于其凋落物数量、类组及分解行为不同,因而形成的土壤碳库大小与特征将存在较大差别,林地不同利用特别是强度利用后,土壤活性有机碳库将会发生较大变化。因而研究不同森林植被下土壤活性有机碳的含量、空间变异及动态变化,研究林地人为利用过程中土壤活性有机碳的消长,对评价森林土壤质量,保持林地土壤化学、生物化学肥力具有重要意义。本文采用野外调研和定位试验相结合的方法,比较研究了亚热带具代表性的常绿阔叶林、马尾松林、杉木林和毛竹林四种森林类型土壤活性有机碳的含量、空间变异、年动态变化规律及其与土壤其他肥力指标的关系。探讨了雷竹林长期实施高效覆盖栽培措施和生产上常用施肥方式对林地土壤活性有机碳的影响。揭示了毛竹林长期集约经营后土壤活性有机碳的演变规律。主要研究结果如下: 1、对常绿阔叶林、马尾松林、杉木林和毛竹林野外调查分析结果表明:四类森林植被下土壤TOC含量常绿阔叶林和毛竹林极显著高于杉木林和马尾松林。水溶性有机碳含量毛竹林>常绿阔叶林>杉木林>马尾松林,方差分析显示,毛竹林土壤WSOC显著高于杉木林,极显著高于马尾松林,阔叶林和杉木林WSOC也显著高于马尾松林。WSOC占TOC比率以杉木林最高,马尾松林最低。马尾松林、杉木林和毛竹林土壤WSOC与TOC之间的相关性均达显著水平,相关系数分析为0.5106~*(100℃提取)、0.4739~*(25℃提取)和0.4752~*(25℃提取)。四种林分土壤微生物量碳含量从数值上虽呈现出常绿阔叶林>马尾松林>毛竹林>杉木林的排序,但方差分析发现,它们间无显著性差异。四类林分土壤MBC占TOC比率以毛竹林最低,显著低于其它三种林分。常绿阔叶林、马尾松林和杉木林土壤MBC与TOC均具有极显著相关性,相关系数分别为0.7444~(**)、0.6484~(**)和0.5521~(**),毛竹林土壤MBC与TOC的相关性不显著。四类林分土壤的易氧化态碳毛竹林明显高于其它三种林分(p<0.05),。土壤EOC1占TOC比率毛竹林(52.4%)和杉木林(50.5%)显著高于阔叶林土壤(48.9%)和马尾松林(45.74%)。四种林分土壤易氧化态碳与总有机碳相关性均达到极显著水平。 2、常绿阔叶林、马尾松林、衫木林土壤活性碳的年动态研究表明:阔叶林土壤易氧 化态碳(EOCI)含量对温度的反映较明显,从1月至7月份逐渐增加,7一9月份基本 不变,以后则回落,马尾松林土壤易氧化态碳含量的变化较平稳,杉木林土壤从1月至5 月份上升较明显,7月份开始又缓慢下降。EOCI占TOC的比例3种林分土壤均表现为 3一7月份较高。土壤水溶性有机碳含量的季节动态变化3种林分变化趋势基本一致,表 现为冷季高而暖季低,马尾松林土壤变化相对较大,衫木林、阔叶林变化幅度较小,3 种林分下土壤WSOC的季节变幅大于EOCI。3种林分土壤微生物量碳含量的季节变化 总体上3一7月份较高,而1月份和11月份最低,阔叶林、马尾松林和衫木林下达到峰 值的时间分别在7月份、3月份。3种林分下土壤EOCI与WSOC之间均呈负相关, 但只有阔叶林土壤负相关性达显著水平(一0 .8663*),土壤EOCI与MBC之间均有较 好的正相关,但只有在杉木林下达到显著水平(0 .8848*)。 3、常绿阔叶林、马尾松林和杉木林三类森林土壤空间变异研究表明:常绿阔叶 林、马尾松林和杉木林三类森林土壤从表层(O一20厘米)到底层(60一80厘米)水溶性 有机碳含量总体上呈现下降趋势,但20一40厘米至40一60厘米土层,下降量不大,甚至 还有增加(马尾松林)。三种林分土壤从表层到底层土壤水溶性有机碳占总有机碳比例均 明显上升,常绿阔叶林共升高了69.89%,马尾松林升高了71.95%,杉木林升高 6 0 .95%。从0一20厘米至60一80厘米,整个剖面上各层土壤水溶性有机碳占土壤总有机 碳比率均是杉木林最高,阔叶林次之,马尾松林最低。三类森林植被根区土壤水溶性有 机碳含量均极显著高于非根区土壤。从三类林分比较来看,常绿阔叶林根区土壤水溶性 有机碳含量显著高于马尾松林和杉木林根区。三种林分中常绿阔叶林土壤水溶性有机碳 根际效应(R/S)最大(2 .66)、杉木林次之(2,33),马尾松林最小(2,20)。 4、不同森林植被下土壤连续浸提所得的水溶性有机质(WSOM)的结构特征如 下:竹林下土壤首次浸提的水溶性有机质分子量较阔叶林、马尾松林和杉木林土壤大。 同一土壤水溶性有机质的分子量随着浸提次数的增加而增大。从不同林分下土壤和不同 浸提次数所得的水溶性有机质红外光谱可知其化合种类没有明显差异,但其组成比例有 明显不同。竹林土壤首次浸提抽得的WSOM与其它3种土壤的差异最明显,表现为较 多的缔合轻基和丰富的芳环化合物,以及较少的脂肪碳。第1次浸提的水溶性有机质和 第2、第3次浸提的水溶性有机质之间差异最大。随着浸提次数的增加,缔合轻基、脂 碳含量以


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