苏南丘陵地区栓皮栎次生林与火炬松人工林土壤有效碳

苏南丘陵地区栓皮栎次生林与火炬松人工林土壤有效碳3陈月琴　徐　侠　阮宏华33　王国兵　栾以玲(南京林业大学森林资源与环境学院江苏省林业生态工程重点实验室,南京210037)摘　要　采用重复熏蒸2培养法研究了苏南丘陵地区具有代表性的栓皮栎次生林和火炬松人工林土壤有效碳的变化特征。

结果表明:栓皮栎次生林土壤中的有效碳和微生物量碳含量均显著高于火炬松人工林,而火炬松人工林土壤有效碳占总有机碳比率(417%)及土壤微生物量碳含量占土壤有效碳比率(5413%)分别高于栓皮栎次生林(219%和4019%);去除森林凋落物后,2种林分土壤有效碳含量均显著降低;土壤有效碳与土壤微生物量碳以及土壤总有效碳显著相关。

重复熏蒸2培养法是估测该地区森林土壤有效碳的一种简单有效的方法。

与火炬松人工林相比,天然次生栓皮栎林土壤含有较多的活性有机碳,可能对区域碳平衡产生较大的影响。

关键词　栓皮栎次生林;火炬松人工林;土壤有效碳;重复熏蒸2培养法中图分类号　X171.1　文献标识码　A 文章编号　1000-4890(2007)12-2028-07So il l ab ile carbon i n secondary Q uercus va riabilis forest and P inus taeda pl an t a ti on i n h illy area of South J i a ngsu,Ch i n a .CHE N Yue 2qin,XU Xia,RUAN Hong 2hua,WANG Guo 2bing,LUAN Yi 2ling (College of Forest R esources and Environm en tal Science,N anjing Forestry U niversity,N an jing 210037,China ).Chinese Journa l of Ecology ,2007,26(12):2028-2034.Abstract:By using sequential fum igati on 2incubati on method,the s oil labile carbon in a seconda 2ry Q uercus va riabilis forest and a P inus taeda p lantati on in hilly area of South J iangsu,China was investigated .The results showed that s oil labile carbon and m icr obial bi omass carbon were signifi 2cantly higher in secondary Q.va riabilis forest than in P .taeda p lantati on,while the rati o of s oil labile carbon t o s oil t otal organic carbon and that of s oil m icr obial bi omass carbon t o s oil labile carbon were higher in P .taeda p lantati on than in secondary Q.variabilis forest (417%and 5413%vs .219%and 4019%,res pectively ).The s oil labile carbon in the t w o f orests reduced significantly after litter re moval .Soil labile carbon had significant correlati ons with s oil m icr obial bi omass carbon and t otal organic carbon .It was f ound that sequential fum igati on 2incubati on was an effective and easy method t o measure and esti m ate the labile carbon in f orest s oils in this area .Compared with P .taeda p lantati on,secondary Q.variabilis f orest had more s oil labile carbon,which m ight have greater influence on the l ocal carbon cycle .Key words:secondary Q uercus variabilis f orest;P inus taeda p lantati on;s oil labile carbon;se 2quential fum igati on 2incubati on .3国家自然科学基金资助项目(30370256)。

33通讯作者E 2mail:hruan1690@yahoo .com 收稿日期:2007202213 接受日期:20072082211　引　言土壤中释放到大气的CO 2的增加,可能是导致全球气候变暖的重要因素之一。

有效碳是土壤中最具活性的那部分土壤碳,虽然它只占土壤有机碳总量的较小部分,但其周转非常迅速,并且在人们经营管理或其他土壤干扰之后会有较大的改变(姜培坤,2005)。

土壤有效碳可以在土壤全碳变化之前反映土壤微小的变化(苏永春和勾影波,2001),又直接参与土壤生物化学转化过程,是土壤微生物活动能源和土壤养分的驱动力(Ca mbardella &Elli ott,1993),因此它对土壤碳库平衡和土壤化学、生物化学与肥力保持具有重要意义(徐秋芳等,2003;苏静生态学杂志Chinese Journal of Ecol ogy 2007,26(12):2028-2034 等,2005)。

研究不同森林土壤有效碳含量与分布对揭示区域森林土壤碳循环规律,准确预测未来全球气候变化趋势具有重要意义。

到目前为止,土壤有效碳(available carbon)还没有一个严格或确切的定义。

不同的研究者由于研究方法不同,所指的土壤有效碳也不同。

W hitbread (1998)认为土壤有效碳包括了众多游离度较高的有机质,如植物残茬、根类物质、真菌菌丝、微生物量及其渗出物如多糖等。

Part on等(1987)把土壤中的有机碳库分为3类:活性土壤有机碳(active carbon pool)、慢分解土壤有机碳(sl ow carbon pool)、惰性土壤有机碳(passive carbon pool)。

Sollins(1983)、Tis2 dall(1996)和Ca mbardella(1992,1993)等利用相对密度法把土壤有机碳分成轻组有机碳(light fracti on carbon)和重组有机碳(heavy fracti on carbon)。

Johns等(1994)认为土壤有效碳是能被微生物利用作为能源或碳源的土壤有机质;Needel m an(1999)认为土壤有效碳是土壤中易被微生物利用和转化的有生命和无生命有机物质的多相混合体。

在国内的文献中,沈宏等(1999)把在一定的时空条件下受植物、微生物影响强烈、具有一定溶解性,且在土壤中移动较快、不稳定、易氧化、易分解、易矿化,其形态和空间位置对植物和微生物有较高活性的那部分土壤碳素,确认为土壤有效碳。

张甲绅等(2000)指出,土壤有效碳就是土壤中在室温和天然pH条件下能溶于水相的那部分有机组分。

总之,土壤有效碳并非一种单纯的化合物(李刚仁等,2002),它是土壤圈中十分活跃的重要化学组分,对土壤中化学物质的溶解、吸附、解吸、吸收、迁移乃至生物毒性等行为均有显著影响(刘淑霞等,2003)。

自Jenkins on和Powls on(1976)采用熏蒸培养法估测土壤微生物量碳以后,Sparling和W est(1988)以及Vor oney等(1993)对熏蒸培养法进行了改进,但这些方法———包括以上物理的、化学的方法都不能直接测得土壤有机碳库及其潜在转化率(Zou& Ruan,2005)。

Z ou和Ruan等(2005)对土壤有效碳做了生物学定义,认为土壤有效碳与土壤中微生物生长过程中所能被其分解利用的那部分有机碳有关,这个生物学定义包含了2部分内容,土壤有效碳包括了微生物作用的化学降解和物理变化;有效碳是化学降解,但微生物由于受土壤矿物保护作用不受物理作用影响的部分不认为是土壤有效碳。

根据上述理论,他们提出了测定土壤有效碳的新方法———重复熏蒸2培养法(sequential fum igati on2incubati on),研究土壤有效碳库及其潜在转化率。

首先,假设土壤有效碳的分解过程是渐弱的,直至最后几乎不分解,然后由重复熏蒸培养法测得的有效碳通过一个简单的一次动力学模型进行估算;通过这个操作相对简单的方法可以得出土壤有效碳库以及潜在转化率。

本文利用重复熏蒸2培养测定土壤有效碳的方法(Zou&Ruan,2005),分析苏南丘陵地区具有代表性的栓皮栎次生林和火炬松人工林2种林分土壤中有效碳的含量及其变化特点,了解土壤有效碳与土壤微生物生物量碳以及土壤总有机碳的相互关系,为进一步阐明该地区不同森林土壤碳循环规律提供基础。

2　材料与方法211　试验地概况与样地设置试验地位于江苏省句容县境内的南京林业大学下蜀实习林场(31°56′N,119°14′E),属北亚热带季风气候区,干湿寒暑四季分明,光照充足,水热资源丰富。

该区域年平均气温为1512℃,年平均降水量为105516mm。

土壤以黄棕壤为主,土层厚度一般约50c m以上。

地带性植被为带有常绿成分的落叶阔叶林。

为测定森林土壤有效碳,采取了长期凋落物控制研究,始于2003年,样地选择以栓皮栎(Q uercus variabilis B l.)为主的次生林和以火炬松(P inus tae2 da L.)为主的人工林。

每个林分内,采用随机区组设计,设置4个重复的区组,每个区组设置2个不同处理,面积为2m×2m的样方,其中一个作凋落物排除处理(T)另一个作对照处理(C)。

次生栎林中2个处理分别为T Q(栎林凋落物排除处理样方)和C Q(栎林控制处理样方);火炬松人工林中分别松T P (松林凋落物排除处理样方)和CP(松林控制处理样方)。