衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复对土壤活性有机碳库的影响

为了解植被恢复对土壤活性有机碳库的影响,采用空间代替时间序列方法,对衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复对土壤活性有机碳含量和分布进行研究。结果表明,土壤有机碳(SOC)、微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)和易氧化碳(ROC)含量均以乔灌阶段最高(P0.05),随土层加深显著减小(P0.05)。随恢复进程,MBC/SOC、DOC/SOC和ROC/SOC显著增加(P0.05);0~20 cm土层,LFOC/SOC随恢复显著增加(P0.05),而20~40 cm土层,LFOC/SOC的差异不明显(P0.05)。随土层加深,LFOC/SOC显著减小(P0.05),DOC/SOC、MBC/SOC和ROC/SOC逐渐增加(P0.05)。SOC、MBC、DOC、LFOC和ROC间存在极显著正相关关系(P0.01)。各类活性有机碳库与土壤含水量(SWC)、全氮(TN)、碱解氮(AN)和速效磷(AP)呈显著或极显著正相关关系(P0.05或P0.01),与土壤容重(BD)呈极显著负相关关系。因此,植被恢复在一定程度上可提高衡阳紫色土丘陵坡地土壤活性有机碳的形成和积累,增加土壤碳储量。     

中亚热带4种森林类型土壤活性有机碳的季节动态特征

2011年12月至2012年9月, 在湘中丘陵区杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林、马尾松(Pinus massoniana)-石栎(Lithocarpus glaber)针阔混交林、南酸枣(Choerospondias axillaries)落叶阔叶林、石栎(Lithocarpus glaber)-青冈(Cyclobalanopsis glauca)常绿阔叶林1 hm²的长期定位观测样地, 采集0-15 cm、15-30 cm土层土壤样品, 测定土壤微生物生物量碳(MBC)、可矿化有机碳(MOC)、易氧化有机碳(ROC)、水溶性有机碳(DOC)含量, 分析4种森林土壤MBC、MOC、ROC、DOC含量的季节变化特征, 为揭示天然林保护与恢复对土壤有机碳(SOC)库的影响机理过程提供基础数据。结果表明: 森林土壤MBC、MOC、ROC、DOC含量具有明显的季节动态, 且不同森林同一土壤活性有机碳组分的季节变化节律基本一致, MBC、MOC、ROC含量表现为夏、秋季较高, 春、冬季较低; DOC含量表现为春、夏、冬季较高, 秋季最低; 同一森林不同土壤活性有机碳组分含量的季节变化节律不同; 土壤MBC、MOC、ROC、DOC含量与土壤自然含水率、SOC、全N、水解N、全P (除杉木人工林土壤MBC、MOC、ROC外)、速效P含量显著或极显著正相关, 与土壤pH值、全K、速效K含量相关性不显著, 表明不同森林类型外源碳库投入和土壤理化性质的差异是导致不同森林类型土壤活性有机碳含量差异显著的主要原因, 该区域森林土壤活性有机碳各组分含量的季节变化与各森林类型组成树种生长节律及其土壤水分含量和SOC、N、P的可利用性, 以及土壤活性有机碳各组分的来源有关, 森林土壤MBC、MOC、ROC、DOC含量可作为衡量森林土壤C、N、P动态变化的敏感性指标。     

中亚热带4种森林类型土壤活性有机碳的季节动态特征北大核心CSCD

2011年12月至2012年9月,在湘中丘陵区杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林、马尾松(Pinus massoniana)-石栎(Lithocarpus glaber)针阔混交林、南酸枣(Choerospondias axillaries)落叶阔叶林、石栎(Lithocarpus glaber)-青冈(Cyclobalanopsis glauca)常绿阔叶林1 hm2的长期定位观测样地,采集0–15 cm、15–30 cm土层土壤样品,测定土壤微生物生物量碳(MBC)、可矿化有机碳(MOC)、易氧化有机碳(ROC)、水溶性有机碳(DOC)含量,分析4种森林土壤MBC、MOC、ROC、DOC含量的季节变化特征,为揭示天然林保护与恢复对土壤有机碳(SOC)库的影响机理过程提供基础数据。结果表明:森林土壤MBC、MOC、ROC、DOC含量具有明显的季节动态,且不同森林同一土壤活性有机碳组分的季节变化节律基本一致,MBC、MOC、ROC含量表现为夏、秋季较高,春、冬季较低;DOC含量表现为春、夏、冬季较高,秋季最低;同一森林不同土壤活性有机碳组分含量的季节变化节律不同;土壤MBC、MOC、ROC、DOC含量与土壤自然含水率、SOC、全N、水解N、全P(除杉木人工林土壤MBC、MOC、ROC外)、速效P含量显著或极显著正相关,与土壤p H值、全K、速效K含量相关性不显著,表明不同森林类型外源碳库投入和土壤理化性质的差异是导致不同森林类型土壤活性有机碳含量差异显著的主要原因,该区域森林土壤活性有机碳各组分含量的季节变化与各森林类型组成树种生长节律及其土壤水分含量和SOC、N、P的可利用性,以及土壤活性有机碳各组分的来源有关,森林土壤MBC、MOC、ROC、DOC含量可作为衡量森林土壤C、N、P动态变化的敏感性指标。     

湘中丘陵区不同演替阶段森林土壤活性有机碳库特征

为了解天然次生林保护对土壤活性有机碳库的影响,采用空间替代时间研究方法,对湘中丘陵区不同演替阶段4种林分类型（杉木人工林、马尾松+石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、青冈+石栎常绿阔叶林）土壤活性有机碳及其与土壤养分相关性进行研究。结果表明：1）各土层总有机碳（TOC）、微生物生物量碳（MBC）、水溶性有机碳（DOC）、易氧化有机碳（EOC）含量均表现为：青冈+石栎常绿阔叶林 > 南酸枣落叶阔叶林 > 马尾松+石栎针阔混交林 > 杉木人工林,在0-30cm土层,马尾松+石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、青冈+石栎常绿阔叶林TOC含量比杉木人工林分别高出13.40%、19.40%和29.91%,MBC含量分别高出15.62%、32.89%和53.33%,DOC含量分别高出8.52%、8.75%和13.76%,EOC含量分别高出32.79%、38.48%和78.30%;2）天然次生林各土层MBC占TOC的比率以南酸枣落叶阔叶林最高,青冈+石栎常绿阔叶林为其次,马尾松+石栎混交林最低,均高于同一土层杉木人工林（除马尾松+石栎混交林15-30cm土层外）,天然次生林各土层DOC占TOC的比率随着演替进展而下降,均低于同一土层杉木人工林（除马尾松+石栎混交林0-15cm土层外）,天然次生林各土层EOC占TOC的比率随着演替进展而增加,且均高于同一土层杉木人工林;3）土壤MBC、DOC、EOC含量与TOC含量的相关性均达到极显著水平,且天然次生林土壤MBC、DOC、EOC含量与TOC含量的相关系数随着演替进展而增高,均高于杉木人工林;4）4种林分土壤TOC、MBC、DOC、EOC含量与土壤全N、碱解N、全P、有效P、全K、速效K含量之间的相关性均达到显著或极显著水平。     

三江平原不同湿地类型土壤活性有机碳组分及含量差异

土壤活性有机碳对土壤干扰的反应较快,是土壤有机碳早期变化的敏感性指标。近50年来,三江平原湿地土壤有机碳库受农事活动影响较大。为了探讨不同湿地类型土壤活性有机碳主要组分土壤可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和易氧化有机碳(Easily oxidized organic carbon,EOC)的分布差异及主要影响因子,选择了三江平原洪河自然保护区4种典型的湿地类型(小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地)为研究对象。分析了不同湿地类型土壤可溶性有机碳,微生物量碳和易氧化有机碳在0—30 cm土层内的分布特征和分配比例及其与有机碳、土壤养分和酶活性指标(蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶)之间的相关关系。结果表明:(1)4种湿地类型土壤DOC、MBC和EOC含量均随土层深度的增加而减少。不同湿地类型之间土壤活性有机碳含量在0—30 cm土层内存在显著性差异(P0.05),相对于长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地而言,未淹水的小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地具有较高的DOC,MBC和EOC含量。(2)土壤DOC、MBC和EOC占有机碳比例分别为0.27%—0.63%,1.27%—5.94%和19.63%—41.25%。土壤DOC所占比例呈先增后减的变化趋势,最大的比例均出现在10—20 cm。MBC所占比例在土壤剖面上则未表现出一致的变化规律,而EOC所占比例则随土层深度的增加而逐渐减少。(3)土壤DOC占SOC比例以小叶章湿地最高,MBC和EOC占SOC的比例则以小叶章+沼柳湿地最高。而长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地则具有更低的DOC,MBC和EOC比例。(4)综合分析表明,4种湿地类型土壤DOC,MBC和EOC两两之间存在极显著相关性关系,它们除了与碳氮比相关性不显著外,与土壤有机碳,全氮,全磷养分和酶活性指标间相关性均达到极显著水平,尤其是与有机碳和全氮的相关性系数更高,此外DOC与纤维素酶,MBC与过氧化氢酶相关性更大。由此可见,土壤碳氮磷养分和酶活性是影响土壤活性有机碳组分分布的重要因素。     

川西沿海拔梯度典型植被类型土壤活性有机碳分布

研究土壤活性有机碳含量及分配比例是揭示土壤碳库周转及调控机理的重要途径,通过利用高锰酸钾氧化法获得易氧化有机碳、湿筛法获得颗粒有机碳和密度分离法获得轻组有机碳3项指标探讨沿海拔梯度不同植被类型间(山地常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、针阔混交林、暗针叶林)土壤活性有机碳含量差异及调控因子,结果表明:随土层加深,土壤颗粒和轻组有机碳含量及分配比例均降低,土壤易氧化有机碳含量降低而分配比例保持较稳定水平。高海拔植被类型具有较高的土壤活性有机碳含量和分配比例。不同活性有机碳含量之间均呈显著线性相关(P0.05)表明活性有机碳起源的类似。活性有机碳与土壤粘粒+粉粒含量百分比呈显著负相关(P0.05)表明活性有机碳趋向分布于土壤大团聚体当中。年均温与不同植被类型间表层土壤活性有机碳含量和分配比例成负相关趋势,但可能由于取样点较少的缘故而在统计上不显著。年均温与土壤非保护性有机碳向保护性有机碳的转化速率常数(K)接近于显著负相关(P=0.062)。     

中国东部森林土壤有机碳组分的纬度格局及其影响因子

土壤有机碳是森林碳库的重要组成部分,其活性有机碳组分不仅是土壤碳周转过程的重要环节,还是气候变化最敏感的指标。以中国东部南北森林样带(NSTEC,North-South Transect of Eastern China)为对象,选择了9个典型森林生态系统(尖峰岭、鼎湖山、九连山、神农架、太岳山、东灵山、长白山、凉水和呼中),涵盖了我国热带森林、亚热带森林和温带森林的主要类型,测定其0—10 cm土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(EOC)、微生物碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量,结合气候、土壤质地、土壤微生物和植被生物量等因素,探讨了森林土壤有机碳组分的纬度格局及其主要影响因素。实验结果表明:SOC、EOC、MBC和DOC含量分别为23.12—77.00 g/kg、4.62—17.24 g/kg、41.92—329.39 mg/kg和212.63—453.43 mg/kg。SOC、EOC和MBC随纬度增加呈指数增长(P0.05),而DOC则随纬度增加呈指数降低(P0.05)。在不同气候带上,SOC和EOC含量表现为热带森林亚热带森林温带森林(P0.05),DOC含量表现为热带森林亚热带森林温带森林(P0.001)。气候、植被生物量、土壤质地和土壤微生物可解释土壤有机碳组分纬度格局的大部分空间变异(SOC 74%;EOC 65%;MBC 51%和DOC 76%)。其中,气候是土壤有机碳组分呈现纬度格局的主要影响因素,土壤质地是SOC和EOC的次要影响因素,而土壤微生物和植被生物量是MBC和DOC的次要影响因素。     

毛乌素沙地杨柴灌木林恢复演替过程中土壤活性有机碳组分变化特征

土壤活性有机碳是土壤有机碳(SOC)的活性部分,是衡量土壤质量和健康状况的重要指标,能够反映植被恢复演替过程中土壤环境的早期变化。但在SOC贫瘠的沙地,长期恢复演替如何影响土壤活性有机碳组分尚不清楚。本研究以毛乌素沙地杨柴人工灌木林为研究对象,分别选取未造林(CK)与造林年限9 a、18 a和30 a的杨柴人工灌木林,探究毛乌素沙地杨柴人工灌木林恢复演替过程中土壤可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(ROC)和SOC变化规律。结果表明：(1)毛乌素沙地杨柴灌木林随恢复演替年限增加土壤固碳能力增强,但在恢复演替18 a时出现转折点,恢复演替18—30 a时土壤固碳速率相对减缓;(2)表层0—10 cm土壤DOC、MBC和ROC对恢复演替响应较为敏感,恢复演替过程中表层土壤活性有机碳各组分含量逐渐升高;(3)恢复演替年限并未对土壤活性有机碳占SOC比例产生显著影响,同时也未显著改变碳库活度。综上所述,毛乌素沙地杨柴灌木林恢复演替有助于土壤活性有机碳和SOC积累,但长期恢复演替是否持续对土壤活性有机碳固持产生积极作用仍需进一步研究。     

红壤退化地森林恢复后土壤有机碳对土壤水库库容的影响

亚热带红壤侵蚀退化地实施生态恢复后生物生产力恢复迅速,但土壤尤其是土壤水库的功能并未获得同步恢复,导致土壤水库对于降水和地表径流的调节能力低下,区域性洪涝灾害和季节性干旱依然突出。采用野外调查和室内分析相结合的方式,研究了南方红壤侵蚀退化地典型植被恢复类型(马尾松与阔叶树复层林、木荷与马尾松混交林、阔叶混交林)0—60cm土层土壤水库各种库容差异,以及土壤总有机碳和活性有机碳密度分布特征,采用典型相关分析方法对土壤水库库容与土壤有机碳密度两组指标进行相关分析。结果表明:随着土层深度的增加,各森林恢复类型死库容呈上升趋势,兴利库容和最大有效库容呈下降趋势,防洪库容变化趋势不明显,木荷与马尾松混交林兴利库容略高。不同森林恢复类型同一土层土壤总有机碳密度均表现为马尾松与阔叶树复层林木荷与马尾松混交林阔叶混交林,而活性有机碳密度则以阔叶混交林最大。典型相关分析表明,土壤有机碳水平对土壤水库库容的增加具有显著的因果影响关系(P=0.01),其中对有机碳水平起到主导性贡献作用的是水溶性有机碳。因此,对于退化红壤地森林恢复初期,可通过适当密植和立体种植,提高林地生物量和土壤碳密度,并在马尾松等先锋树种针叶林分中补植阔叶乔灌木,以增加土壤活性有机碳含量,增大土壤水库容量,从而有利于土壤水库结构和功能以及退化生态系统的快速恢复。     

滇南喀斯特断陷盆地土地利用方式对土壤有机碳及其活性组分的影响

土地利用方式是影响土壤有机碳库的重要因素,为探究喀斯特断陷盆地土壤有机碳库对土地利用方式及环境因素的响应,以滇南喀斯特地区5种典型土地利用方式(耕地、草地、灌丛、人工林、天然林)为研究对象,分析不同土地利用方式土壤有机碳(SOC)及活性有机碳(LOC)组分,即可溶性有机碳(DOC)、易氧化性有机碳(EOC)及微生物量碳(MBC)的含量、储量及分配比例在土壤垂直剖面(0-60 cm)的变化特征。结果表明：5种土地利用方式的SOC含量随土层深度的增加逐渐降低,其储量依次为灌丛(191.77 t/hm²)、草地(166.86 t/hm²)、耕地(142.47 t/hm²)、人工林(134.31 t/hm²)和天然林(102.62 t/hm²);EOC和MBC的平均含量及储量均以草地及灌丛最高、人工林及天然林次之,二者在土壤垂直剖面上与SOC含量的变化特征一致,但EOC和MBC含量在土层间的下降幅度大于SOC;土地利用方式和土层深度对DOC无显著影响(P>0.05);活性有机碳的分配比例受土地利用方式及土层深度的显著影响(P<0.01),其中人工林的EOC/SOC和MBC/SOC显著低于草地、灌丛及天然林。通径分析指出SOC和EOC主要受C/P比、全磷、砂粒和交换性钙的影响,砂粒和C/P比是影响MBC的主要因子。研究阐明在喀斯特断陷盆地地区EOC和MBC对土地利用方式的响应比SOC更敏感。另外,今后在土壤碳库的研究中应更多关注土壤磷和物理结构对其的影响。     

Seasonal dynamics of active soil organic carbon in four subtropical forests in Southern China

Aims The objective of this paper was to quantify the seasonal variation of active soil organic carbon in the subtropical forests for better understanding of the underline mechanisms in controlling soil organic carbon storage and dynamics in natural and restored forests in the region. Methods The study was conducted in a one-hectare permanent plot at Dashanchong Forest Park in Changsha County, Hunan Province, China. Four types of subtropical forests were selected as our study sites: (1) Cunninghamia lanceolata plantation, (2) Pinus massoniana-Lithocarpus glaber mixed forest, (3) Choerospondias axillaries deciduous broad-leaved forest, and (4) L. glaber-Cyclobalanopsis glauca evergreen broad-leaved forest. The soil samples were taken from 0-15 cm and 15-30 cm depths within each of the forests from December 2011 to September 2012. Soil microbial biomass carbon (MBC), mineralized organic carbon (MOC), readily oxidized carbon (ROC), and dissolved organic carbon (DOC) were analyzed for their seasonal changes. Important findings There existed a considerable seasonal variations of soil MBC, MOC, ROC, DOC among the forests, with a similar patterns of active organic carbon fraction. Soil MBC, MOC and ROC were significantly higher in the summer and the autumn than those in the spring and winter, while soil DOC was higher in the spring, summer and winter than that in the autumn. The seasonal variations of different active organic carbon fractions appeared different within the same forest type. Significantly-positive correlations were found between soil MBC, MOC, ROC, DOC and soil moisture content, soil organic carbon (SOC), total N, hydrolysis N, total P (except for MBC, MOC and ROC in Cunninghamia lanceolata plantation), available P, but not between soil MBC, MOC, ROC, DOC concentrations and soil pH, total K and available K. The results indicated that the differences of exogenous carbon devotion, physicochemical properties were responsible for the significant differences of soil active organic carbon, and the growth rhythm of tree species, soil moisture content, the availability of nutrient (SOC, N and P), and the sources of soil active organic carbon fractions made a major contribution to seasonal variations of soil active organic carbon. Soil MBC, MOC, ROC, and DOC could be used as sensitivity indexes to assess the dynamics of soil C, N and P.     

南亚热带森林土壤碳库稳定性与碳库管理指数对模拟酸雨的响应

通过对土壤总有机碳(SOC)、易氧化有机碳(ROC_(333)、ROC_(167)、ROC_(33))、颗粒有机碳(POC)、微生物量碳(SMBC)、溶解性有机碳(DOC)的测定,探讨模拟酸雨(pH 3.0、pH 3.5、pH 4.0、对照CK)对鼎湖山三个不同演替阶段森林(季风常绿阔叶林、针阔混交林、马尾松针叶林)土壤碳库稳定性及碳库管理指数的影响。结果表明:模拟酸雨增加了总有机碳的含量和各组分活性有机碳的含量(P0.05),但酸雨在一定程度上抑制了土壤中微生物量与活性。土壤中各组分活性有机碳与总有机碳呈显著相关,其中ROC_(333)和POC的含量与SOC关系最为密切,相关系数分别为0.853、0.846;碳库管理指数(CMI)结果表明,碳库活度(L)及碳库活度指数(LI)随森林的正向演替有下降的趋势,CPI与CMI呈现相反的趋势。在土壤有机碳及部分活性碳组分增加,碳库活性降低的前提下,土壤碳库稳定性增加。从各项指标的变化幅度可以得出:南亚热带森林土壤随森林群落正向演替而对模拟酸雨响应有更加敏感的趋势,各指标间的敏感性表现为CMIR_(333)POCSMBCR_(167)R_(33)LIDOCCPISOC。     

Effects of precipitation on soil organic carbon fractions in three subtropical forests in southern China

Aims The aim of this study was to investigate the effects of precipitation changes on soil organic carbon (SOC) fractions in subtropical forests where the precipitation pattern has been altered for decades.Methods We conducted field manipulations of precipitation, including ambient precipitation as a control (CK), double precipitation (DP) and no precipitation (NP), for 3 years in three forests with different stand ages (broadleaf forest [BF], mixed forest [MF] and pine forest [PF]) in subtropical China. At the end of the experiment, soil samples were collected to assay SOC content, readily oxidizable organic carbon (ROC) and non-readily oxidizable organic carbon (NROC), as well as soil microbial biomass carbon (MBC), pH and total nitrogen content. Samples from the forest floors were also collected to analyze carbon (C) functional groups (i.e. alkyl C, aromatic C, O-alkyl C and carbonyl C). Furthermore, fine root biomass was measured periodically throughout the experiment.Important findings Among the forests, ROC content did not exhibit any notable differences, while NROC content increased significantly with the stand age. This finding implied that the SOC accumulation observed in these forests resulted from the accumulation of NROC in the soil, a mechanism for SOC accumulation in the mature forests of southern China. Moreover, NP treatment led to significant reductions in both ROC and NROC content and therefore reduced the total SOC content in all of the studied forests. Such decreases may be due to the lower plant-derived C inputs (C quantity) and to the changes in SOC components (C quality) indicated by C functional groups analyses under NP treatment. DP treatment in all the forests also tended to decrease the SOC content, although the decreases were not statistically significant with the exception of SOC and ROC content in PF. This finding indicated that soils in MF and in BF may be more resistant to precipitation increases, possibly due to less water limitations under natural conditions in the two forests. Our results therefore highlight the different responses of SOC and its fractions to precipitation changes among the forests and suggest that further studies are needed to improve our understanding of SOC dynamics in such an important C sink region.     

火烧迹地不同恢复方式土壤有机碳分布特征

以大兴安岭1987年重度火烧后恢复的兴安落叶松人工林、樟子松人工林、人促杨桦林和天然次生杨桦林为对象,研究不同恢复方式林分土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳的分布特征.结果表明: 4种恢复方式林分的土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳分别为9.63～79.72 g·kg^-1、33.21～186.30 mg·kg^-1和200.85～1755.63 mg·kg^-1,且随土层深度增加而降低.不同恢复方式间土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳差异显著,以人促杨桦林最高,兴安落叶松人工林和天然次生杨桦林次之,樟子松人工林最低.各恢复方式林分的土壤微生物熵为1.1%～2.3%,以人促杨桦林最高,樟子松人工林最低,不同林分土壤微生物熵的垂直分布特征不同.土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、土壤可溶性有机碳含量均呈显著正相关.人促杨桦林土壤有机碳活性高于其他林分,火烧迹地采用人工促进天然恢复的方式较人工恢复和天然恢复的土壤碳循环能力更强.