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。

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

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