典型黑土区不同生态系统土壤团聚体有机碳分布特征

基于团聚体分组和闭蓄态微团聚体分离技术,利用典型黑土区27年长期定位试验,研究草地生态系统、农田生态系统和裸地生态系统下土壤团聚体及团聚体内部组分中有机碳的分布,以解析不同生态系统下土壤团聚体和有机碳固持间的关系,揭示黑土有机碳的物理稳定性机制。结果显示:与农田相比,草地土壤有机碳含量显著提高7.6%;裸地土壤有机碳含量显著下降14.1%。草地促进了大团聚体(250μm),尤其2000μm团聚体的形成,提高了土壤团聚体的稳定性;裸地则降低了土壤的团聚化程度及稳定性,大团聚体和微团聚体含量下降,粉粘粒含量相应增加。草地大团聚体中有机碳含量显著高于农田,且内部各组分有机碳含量均有显著提高,其中粗颗粒有机质、闭蓄态微团聚体和粉黏粒有机碳含量增幅分别为600%、54%和65%;裸地增加了粉粘粒结合有机碳含量,降低了大团聚体和微团聚体中有机碳含量,且大团聚体和微团聚体内部各组分有机碳含量均有所下降。3种生态系统类型土壤均以总粉粘粒结合有机碳为主,占土壤总有机碳52%—79%,其作为惰性碳库是黑土有机碳的重要组成部分。黑土有机碳的累积或损失主要表现为活性较强的有机碳库-团聚体中颗粒有机质的增加或减少,与农田相比,草地土壤有机碳的累积主要归因于大团聚体中粗颗粒有机质的增加,为总有机碳增量的3倍;裸地土壤有机碳的损失主要归因于微团聚体中总细颗粒有机质的减少,对总有机碳损失的贡献率为60%。     

人工油松林表层土壤团聚体活性有机碳含量对短期氮添加的响应

大气氮沉降正在显著影响着森林生态系统的土壤碳循环过程。目前关于大气氮沉降如何影响土壤不同粒级团聚体内活性有机碳含量还不是十分清楚,制约人们对森林土壤碳循环的认识和有关碳循环模型的发展。通过近2年的林地梯度氮添加(0、3、6、9 g Nm~(-2)a~(-1))实验,研究了短期氮添加对人工油松林表层土壤团聚体中不同活性有机碳含量的影响。结果表明:短期氮添加对表层土壤(0—10 cm)水稳性团聚体分布无显著影响;随着氮添加水平增加,大、微团聚体有机碳含量,大、微团聚体中活性和高活性有机碳含量呈先升高后降低的变化规律,并在N6处理(6 g Nm~(-2)a~(-1))下上述各指标达到最大;同一处理下土壤大、微团聚体活性有机碳含量都表现为高活性有机碳中活性有机碳低活性有机碳;相比CK处理,N6处理大团聚体低、中、高活性有机碳含量分别增加115.06%、178.73%和79.61%,微团聚体低、中、高活性有机碳含量增加32.84%、166.79%和62.05%。大、微团聚体中活性有机碳含量增幅最大,表明团聚体中活性有机碳对氮添加响应最为明显。研究发现,短期氮添加主要通过影响表层大、微团聚体中的中活性有机碳进而影响土壤表层有机碳含量。主成分分析表明,N添加改变了土壤理化性质,进而导致根系生物量增加并促进凋落物分解,是表层土壤团聚体活性有机碳变化的主要原因。     

长期施肥对黑土团聚体分布和碳储量变化的影响

用干筛与湿筛2种方法测定了22年长期田间定位试验地土壤风干及水稳性团聚体含量,研究了施肥对黑土团聚体组成、有机碳含量及有机碳库储量的影响。试验设不施肥（CK）、无机肥（NP、NPK）和无机-有机肥配施（NPK+OM）4个处理。结果表明,黑土团聚体以0.25～1 mm团聚体为主。经过湿筛法土壤各粒级水稳性团聚体含量重新分配,表现为以0.25～1 mm粒级为中心,大团聚体含量减少,微团聚体含量增加。与长期不施肥比较,长期施用化肥及有机-无机肥配施显著增加了>2 mm大团聚体含量和0.05～0.25 mm微团聚体含量,各级团聚体有机碳含量显著增加,总有机碳及各级团聚体储量增加,有机质积累,土壤结构得到改善,固碳潜力增加,有机-无机配施效果更加明显。     

土地利用对石漠化地区土壤团聚体有机碳分布及保护的影响

对贵州省关岭县石漠化地区不同土地利用方式下的土壤团聚体的稳定性、有机碳分布以及大团聚体有机碳矿化进行了研究,探讨了大团聚体对有机碳的保护作用,以期为选择合理的石漠化治理措施提供科学依据。选取了当地主要的4种土地利用方式,分别为水田(水旱轮作)、旱地、花椒林和火龙果林;其中花椒林和火龙果林位于石漠化治理区内。采用湿筛法分离出各级土壤团聚体并结合室内恒温培养法测定原状和破碎大团聚体中有机碳的矿化动态变化,其中大团聚体保护性碳含量为破碎与原状大团聚体有机碳在42 d内累积矿化量的差值。结果表明:土地利用方式对土壤团聚体稳定性具有显著影响。水田土壤团聚体稳定性要明显优于旱地、花椒林和火龙果林,且后3种土地利用方式间也存在显著差异。土壤有机碳也受到土地利用方式的影响,水田和旱地土壤有机碳含量要明显高于火龙果林和花椒林。各粒级团聚体有机碳含量在土地利用方式间具有较大差异,2 5 mm、0.25 2 mm和<0.25 mm团聚体中有机碳含量按水田、火龙果林、旱地和花椒林依次下降,5 8 mm团聚体中有机碳含量则以花椒林最高,其次是水田和火龙果林,旱地最低。但是就各粒径团聚体的有机碳库而言,<0.25 mm团聚体是土壤有机碳的主要载体。花椒林、旱地、火龙果和水田的大团聚体保护性碳含量分别为83.37、78.86、73.81\,61.04 mg/kg,其差异表明花椒林土壤大团聚体对有机碳的保护作用最强,其次是旱地和火龙果林,水田最弱。因此,在该地区种植花椒林和火龙果林可以改善其土壤质量,其可能机理是通过增加土壤中大团聚体含量,同时增强大团聚体对有机碳的保护作用。     

菌渣施用对柑橘园土壤团聚体有机碳和惰性有机碳的影响

采用物理和化学分组方法研究了不同菌渣施用处理下柑橘果园土壤团聚体有机碳和惰性有机碳的变化, 旨在为以提高有机碳固定为目的的果园土壤管理措施研究提供科学依据。结果表明, 不同施肥对各级别团聚体影响有差异,有机无机配施增加了大团聚体(>250 m)的含量。团聚体内有机碳含量表现为随着粒径增大而增加的趋势, 且大团聚体的有机碳库量表现为随菌渣施用量增加而增加的趋势, 但短期内施用有机肥并没有显著性地提高土壤有机碳库中大团聚体有机碳的比例。施有机肥处理的柑橘园土壤惰性有机碳含量和微团聚体有机碳库量分别比不施肥和单施化肥处理的提高23.77-44.27%和22.78-43.12%、3.67-9.24%和1.80-7.28%, 说明有机无机肥配施可以增加果园土壤有机碳的积累。     

北京地区栓皮栎和油松人工林土壤团聚体稳定性及有机碳特征

通过野外调查与室内分析,研究了北京地区栓皮栎和油松人工林土壤水稳性团聚体稳定性及有机碳分布特征.结果表明:在两种人工林内,大团聚体含量均随土层加深呈减少的趋势.其中,油松人工林中大团聚体(>0.25mm)含量占总团聚体的71%～77%;栓皮栎人工林中大团聚体含量(51%～58%)与微团聚体(≤0.25mm)含量(42%～49%)差异不明显.油松人工林土壤平均质量直径和几何平均直径均显著高于栓皮栎人工林,分形维数D值小于栓皮栎人工林.在两种林分中,土壤各粒级团聚体有机碳含量均随土壤层次的加深呈现逐渐降低的趋势.油松人工林中水稳性大团聚体的有机碳对土壤有机碳的贡献率为58%～83%,高于栓皮栎人工林水稳性大团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率(49%～66%).油松人工林比栓皮栎人工林更利于土壤水稳性团聚体的稳定和土壤有机碳的保护.     

经营强度对毛竹林土壤团聚体稳定性和碳氮磷分布的影响

土壤团聚体是土壤有机质分解、腐殖质形成的主要场所，不同粒径团聚体的组成特征可以衡量土壤肥力状况。为了探明经营强度(施肥、垦复频次)对毛竹林土壤团聚体的影响，以粗放经营毛竹林为对照，以中强度(每4年施肥、垦复一次)和高强度(每2年施肥、垦复一次)集约经营毛竹林为对象，利用干筛和湿筛结合的方法分离毛竹林0～10、10～20和20～30 cm土层土壤水稳性团聚体，分析不同土层中各粒径团聚体有机碳、全氮和有效磷的分布情况。结果表明：经营强度对毛竹林土壤团聚体组成、稳定性以及有机碳、全氮、有效磷含量有显著影响。与对照相比，中、高强度集约经营降低了0～10 cm土层土壤大团聚体比例和团聚体稳定性，增加了20～30 cm土层土壤大团聚体比例和团聚体稳定性，减少了大团聚体有机碳含量以及微团聚体有机碳、全氮和有效磷含量，说明中、高强度经营不利于0～10 cm土层土壤大团聚体的形成和大团聚体对碳的固存，减少人为干扰有利于土壤团聚体对有机碳的积累以及微团聚体对氮、磷的积累。大团聚体质量分数和大团聚体有机碳含量与团聚体稳定性均呈显著正相关，且二者对团聚体稳定性的影响解释最强，因此，大团聚体和大团聚体有机碳含量...     

黑土团聚体结合碳对不同有机肥施用量的响应

以连续11年化肥配施不同剂量有机肥的黑土为研究对象,采用团聚体分组与闭蓄态微团聚体分离技术,研究土壤团聚体及其内部组分有机碳对不同有机肥施用量的响应,以期从团聚体尺度揭示黑土有机碳的物理稳定性机制。试验设置4个处理:OM0,仅施化肥;OM1,低量有机肥(7.5 Mg hm~(-2) a~(-1))+化肥;OM2,中量有机肥(15 Mg hm~(-2) a~(-1))+化肥;OM3,高量有机肥(22.5 Mg hm~(-2) a~(-1))+化肥,各处理化肥用量相同。结果显示,与单施化肥相比,有机培肥处理土壤有机碳水平均有显著提升,低量、中量和高量有机肥处理分别提高了7.1%、12.4%和15.7%。有机培肥促进了土壤的团聚化作用,随着有机肥施用量的增加,250—2000μm团聚体含量增加,粉粘粒含量降低,土壤团聚体的稳定性增强,但与中量有机肥相比,高量有机肥输入对土壤团聚化的作用并不明显。有机培肥加速了土壤大团聚体的周转,大团聚体周转速率随着有机肥施用量的增加而加快。有机肥输入并未影响粉黏粒结合有机碳浓度,表明在无有机肥投入的传统管理措施下,黑土粉黏粒已接近或达到碳饱和水平。随着有机肥输入的增加,微团聚体有机碳小幅增加,大团聚体有机碳增加趋势明显,而当有机肥用量最大时,微团聚体有机碳无显著变化,仅大团聚体有机碳仍继续增加,表明高量有机肥投入下微团聚体有机碳库已达到饱和,而更多的新增碳流向大团聚体。对大团聚体内部组分解析发现,高量有机肥处理下大团聚体有机碳的增加主要归因于粗颗粒有机质的增加。这些结果表明,黑土团聚体对有机碳的固持存在由小到大的等级饱和机制,随着有机肥输入的增加,粉粘粒最先达到饱和,然后是微团聚体,而更多的新增碳向周转不断加速的大团聚体富集,固持在活性相对较强的有机碳库—粗颗粒有机质之中。     

若尔盖退化高寒草甸土壤团聚体结合有机碳的变化

选取若尔盖沼泽化草甸及其不同退化程度为研究对象,利用湿筛法进行团聚体分级,并测定各组分有机碳含量,研究了高寒草甸退化对土壤有机碳(SOC,Soil Organic Carbon)、团聚体以及团聚体结合有机碳(OC,Organic Carbon)的影响,旨在从土壤团聚体及其内部组成的角度去解析SOC的变化特征及机制。结果显示：1)退化使大团聚体比例降低且内部组成改变,团聚体稳定性降低。2)退化使各粒级团聚体及大团聚体内部组分结合OC含量均显著降低。3)大团聚体及其内部粗颗粒有机质中OC储量减少是退化中土壤有机碳流失的主要形式,微团聚体、闭蓄态微团聚体和闭蓄态黏粉粒中OC储量随退化增加。4)退化显著降低了高寒草甸SOC含量和储量,表层(0—10 cm)SOC含量变化主要决定于微团聚体和大团聚体OC含量,亚表层(10—20 cm)SOC含量主要受大团聚体OC含量和团聚体平均重量直径(MWD)影响;对于SOC储量,团聚体MWD是表层SOC储量的最重要影响因素,而亚表层SOC储量取决于团聚体组成、土壤理化性质和大团聚体OC含量的综合作用。研究结果表明,改善土壤团聚体组成和稳定性,增加大团聚体有机...     

长期不同植被覆盖对黑土团聚体内有机碳组分的影响

为探究黑土团聚体内土壤有机碳(SOC)的“分馏”特征, 揭示不同植被覆盖下土壤团聚体的固碳机制, 该文以中国科学院海伦农业生态系统国家野外综合研究站内不同植被覆盖(草地、农田和裸地)长期定位实验的土样为研究对象, 利用团聚体湿筛分组、有机碳物理和化学分组相结合的方法, 研究了黑土团聚体及其内部的碳密度和腐殖质组分的碳分配特征。研究发现, 黑土经过不同植被覆盖31年后, 长期草地覆盖使土壤表层SOC、全氮(TN)含量显著增加, 农田和无植被覆盖的裸地SOC含量减少, 且在裸地显著降低。3种处理中, 2-0.25 mm (含2 mm, 下同)粒级团聚体均为优粒级。土壤团聚体的稳定性顺序为草地>农田>裸地。草地覆盖使土壤大团聚体的比例和有机碳库增加, 微团聚体和粉黏粒所占比例和碳库均减少, 说明草地覆盖促进了土壤大团聚体形成, 土壤固碳能力显著增强。而农田和裸地因外源碳投入少, 有机碳含量均是微团聚体>大团聚体>粉黏粒, SOC主要分布在微团聚体中。不同植被覆盖处理对土壤团聚体内密度组分和腐殖质各组分碳的富集“分馏”作用很明显, 与农田和裸地相比, 长期草地植被覆盖处理>2 mm和2-0.25 mm粒级团聚体中轻组碳含量富集的较多, 2-0.25 mm粒级团聚体中富里酸、胡敏酸和胡敏素的碳富集均最高, 而农田和裸地促进了微团聚体内腐殖质碳的富集。草地覆盖显著增加了大团聚体内活性有机碳组分, 来源于植物的碳首先进入到大粒径的团聚体中, 使土壤团聚结构显著改善, 农田和无植被覆盖的裸地土壤中轻组碳含量显著降低, 团聚体内有机碳以重组碳和胡敏素为主, 稳定化程度更高。     

中国成熟天然林土壤有机碳垂直分异特征

以分布在中国不同气候区的131个成熟天然林土壤为研究对象,测定不同土层(0～10、10～20、20～30、30～50和50～100 cm)土壤有机碳(SOC)密度,分析其与气象因子、土壤性质的关系,研究天然林SOC垂直分布特征及其影响机理。结果表明: 温带针叶林、温带落叶阔叶林、亚热带落叶阔叶林和亚热带常绿阔叶林0～30 cm土层SOC密度均随土壤深度增加而降低。在0～100 cm土层,SOC密度地带性分异明显,温带针叶林SOC密度显著高于温带落叶阔叶林,亚热带常绿阔叶林SOC密度显著高于亚热带落叶阔叶林。SOC密度与土壤黏粒、年降水量以及地上净初级生产力呈显著正相关,与土壤pH和年均温呈显著负相关。年降水量与年均温调节天然林SOC输入与输出,土壤pH与黏粒影响天然林SOC积累,对成熟的天然针叶林与常绿阔叶林进行有效保护,有利于增加我国森林土壤碳库。     

川西亚高山森林凋落物去除对土壤腐殖质动态的影响

森林凋落物作为森林土壤腐殖质的主要来源, 在土壤腐殖质的形成中发挥着重要作用, 但不同森林类型凋落物因其含量、组成等的不同, 对土壤腐殖质的影响也不同。该研究以川西亚高山针叶林、阔叶林和针阔混交林3种不同森林类型为对象, 采用凋落物原位控制实验, 对比研究不同关键期凋落物去除对土壤可提取腐殖质、胡敏酸和富里酸含量及胡敏酸/富里酸、胡敏酸/可提取腐殖质的影响。主要结果: (1)土壤可提取腐殖质、胡敏酸和富里酸含量在不同森林类型中差异显著。土壤可提取腐殖质含量总体表现为针叶林>针阔混交林>阔叶林, 胡敏酸含量总体表现为针阔混交林>针叶林>阔叶林, 而富里酸含量则表现为针叶林>阔叶林>针阔混交林, 其中3种林型中土壤腐殖质的主要成分为富里酸, 总体均表现为富里酸型。不同采样时期也显著影响了土壤可提取腐殖质、胡敏酸和富里酸含量, 总体均表现为先升高后下降的趋势。除个别采样时期外, 凋落物去除总体降低了土壤可提取腐殖质、胡敏酸和富里酸的含量。(2)胡敏酸/富里酸和胡敏酸/可提取腐殖质的结果显示3种林型土壤总体腐殖化程度均较低, 整体表现为针阔混交林>阔叶林>针叶林, 凋落物去除在一定程度上有利于提高阔叶林与针阔混交林的腐殖质品质。(3)相关分析表明不同凋落物处理间土壤可提取腐殖质与土壤有机碳含量、全氮含量和土壤含水量呈显著正相关关系, 与温度呈显著负相关关系。综上所述, 短期的凋落物去除会降低土壤腐殖物质的含量, 但不同林型间由于凋落物类型差异会导致土壤腐殖质的不同变化, 说明土壤腐殖质的动态变化受凋落物类型以及环境因素的综合调控。因此, 关于凋落物变化对土壤腐殖质的影响还需进一步的长期研究。     

Association of Soil Aggregation with the Distribution and Quality of Organic Carbon in Soil along an Elevation Gradient on Wuyi Mountain in China

Forest soils play a critical role in the sequestration of atmospheric CO₂ and subsequent attenuation of global warming. The nature and properties of organic matter in soils have an influence on the sequestration of carbon. In this study, soils were collected from representative forestlands, including a subtropical evergreen broad-leaved forest (EBF), a coniferous forest (CF), a subalpine dwarf forest (DF), and alpine meadow (AM) along an elevation gradient on Wuyi Mountain, which is located in a subtropical area of southeastern China. These soil samples were analyzed in the laboratory to examine the distribution and speciation of organic carbon (OC) within different size fractions of water-stable soil aggregates, and subsequently to determine effects on carbon sequestration. Soil aggregation rate increased with increasing elevation. Soil aggregation rate, rather than soil temperature, moisture or clay content, showed the strongest correlation with OC in bulk soil, indicating soil structure was the critical factor in carbon sequestration of Wuyi Mountain. The content of coarse particulate organic matter fraction, rather than the silt and clay particles, represented OC stock in bulk soil and different soil aggregate fractions. With increasing soil aggregation rate, more carbon was accumulated within the macroaggregates, particularly within the coarse particulate organic matter fraction (250–2000 μm), rather than within the microaggregates (53–250μm) or silt and clay particles (< 53μm). In consideration of the high instability of macroaggregates and the liability of SOC within them, further research is needed to verify whether highly-aggregated soils at higher altitudes are more likely to lose SOC under warmer conditions.     

红壤侵蚀地不同人工恢复林对土壤总有机碳和活性有机碳的影响

土壤有机碳尤其是活性有机碳可快速反映土壤肥力和土壤质量的恢复程度。研究了南方红壤侵蚀地3种典型人工恢复林(马尾松与阔叶复层林(Pinus massoniana-broadleaved multiple layer forest(PB))、木荷与马尾松混交林(Schima superba-Pinus massoniana mixed forest(SP))、阔叶混交林(broad-leaved mixed forest(BF)))土壤(0—60 cm)总有机碳和不同活性有机碳的垂直分布特征及其差异。结果表明:不同恢复林分土壤总有机碳(SOC)含量和有机碳储量均表现为PBSPBF,均随土层深度的增加而逐渐降低;土壤表层有机碳富集系数为0.49—0.55,表明表层土壤具有较高的有机碳恢复水平和保持强度。不同林分土壤易氧化有机碳(ROC)、水溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量变化范围为0.92—9.17 g/kg、535.89—800.46 mg/kg和27.24—261.31 mg/kg,且均随土层深度的增加而降低,土壤活性有机碳含量总体以BF较高。土壤活性有机碳分配比例以ROC/SOC最高,DOC/SOC次之,MBC/SOC最低,且随土层深度的增加,ROC/SOC的值呈逐渐降低趋势,DOC/SOC的值却呈逐渐升高趋势,MBC/SOC(微生物熵)则变化规律不明显;不同林分间土壤活性有机碳分配比例以BF最高,表明阔叶混交林更有利于活性碳的积累。因此,对于红壤侵蚀地森林恢复初期,可适当密植和立体种植,以提高土壤碳储量和土壤肥力,并在马尾松等先锋树种林分中补植阔叶树种,以增加土壤活性有机碳含量,从而有利于退化生态系统土壤速效养分和土壤功能的快速恢复。     

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。     

草原土壤有机碳含量的控制因素

基于374个高寒草原和温带草原土壤样品的测试结果,运用多元逐步回归分析模型定量评估了土壤环境因子对土壤有机碳(SOC)含量的影响.结果表明:高寒草原土壤有机碳含量(20.18 kg C/m2)高于温带草原(9.23 kg C/m2).土壤理化生物学因子对高寒草原和温带草原SOC含量(10 cm)变化的贡献分别是87.84％和75.00％.其中,土壤总氮含量和根系对高寒草原SOC含量变化的贡献均大于对温带草原SOC含量变化的相应贡献.土壤水分是温带草原SOC含量变化的主要限制性因素,其对SOC含量变化的贡献达33.27％.高寒草原土壤C/N比显著高于温带草原土壤的相应值,揭示了青藏高原高寒草原较高的SOC含量是由于较低的土壤微生物活性所导致.     

全球森林土壤微生物生物量碳氮磷化学计量的季节动态

土壤微生物生物量在森林生态系统中充当具有生物活性的养分积累和储存库。土壤微生物转化有机质为植物提供可利用养分, 与植物的相互作用维系着陆地生态系统的生态功能。同时, 土壤微生物也与植物争夺营养元素, 在季节交替过程和植物的生长周期中呈现出复杂的互利-竞争关系。综合全球数据对温带、亚热带和热带森林土壤微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比值的季节动态进行分析, 发现温带和亚热带森林的土壤微生物生物量C、N、P含量均呈现夏季低、冬季高的格局。热带森林四季的土壤微生物生物量C、N、P含量都低于温带和亚热带森林, 且热带森林土壤微生物生物量C含量、N含量在秋季相对最低, 土壤微生物生物量P含量四季都相对恒定。温带森林的土壤微生物生物量C:N在春季显著高于其他两个森林类型; 热带森林的土壤微生物生物量C:N在秋季显著高于其他2个森林类型。温带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在四季都保持相对恒定, 而热带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在夏季高于其他3个季节。阔叶树的土壤微生物生物量C含量、N含量、N:P、C:P在四季都显著高于针叶树; 而针叶树的土壤微生物生物量P含量在四季都显著高于阔叶树。在春季和冬季时, 土壤微生物生物量C:N在阔叶树和针叶树之间都没有显著差异; 但是在夏季和秋季, 针叶树的土壤微生物生物量C:N显著高于阔叶树。对于土壤微生物生物量的变化来说, 森林类型是主要的显著影响因子, 季节不是显著影响因子, 暗示土壤微生物生物量的季节波动是随着植物其内在固有的周期变化而变化。植物和土壤微生物密切作用表现出来的对养分的不同步吸收是保留养分和维持生态功能的一种权衡机制。     

Soil Respiration and Organic Carbon Dynamics with Grassland Conversions to Woodlands in Temperate China

Soils are the largest terrestrial carbon store and soil respiration is the second-largest flux in ecosystem carbon cycling. Across China''s temperate region, climatic changes and human activities have frequently caused the transformation of grasslands to woodlands. However, the effect of this transition on soil respiration and soil organic carbon (SOC) dynamics remains uncertain in this area. In this study, we measured in situ soil respiration and SOC storage over a two-year period (Jan. 2007–Dec. 2008) from five characteristic vegetation types in a forest-steppe ecotone of temperate China, including grassland (GR), shrubland (SH), as well as in evergreen coniferous (EC), deciduous coniferous (DC) and deciduous broadleaved forest (DB), to evaluate the changes of soil respiration and SOC storage with grassland conversions to diverse types of woodlands. Annual soil respiration increased by 3%, 6%, 14%, and 22% after the conversion from GR to EC, SH, DC, and DB, respectively. The variation in soil respiration among different vegetation types could be well explained by SOC and soil total nitrogen content. Despite higher soil respiration in woodlands, SOC storage and residence time increased in the upper 20 cm of soil. Our results suggest that the differences in soil environmental conditions, especially soil substrate availability, influenced the level of annual soil respiration produced by different vegetation types. Moreover, shifts from grassland to woody plant dominance resulted in increased SOC storage. Given the widespread increase in woody plant abundance caused by climate change and large-scale afforestation programs, the soils are expected to accumulate and store increased amounts of organic carbon in temperate areas of China.     

小兴安岭原始阔叶红松林和枫桦次生林土壤有机碳库比较研究

土壤有机碳含量是全球生态系统碳储量变化的重要指标之一,本研究以空间替代时间序列的方法,分别选取了小兴安岭地区原始阔叶红松林和枫桦次生林并测定土壤有机碳库、土壤全氮含量、土壤微生物量碳及土壤相关理化性质,结果表明,土壤有机碳含量(SOC)、土壤全氮含量(TN)、土壤微生物量碳(MBC)、土壤含水率等指标随着土壤层的深度增加而逐渐减少最后趋于稳定,而土壤容重随着土壤层的加深而增大。在原始林中0~10和10~20cm层的SOC、TN含量差异不显著,而次生林则差异显著。原始阔叶红松林和枫桦次生林的土壤有机碳密度(SOCD)分别为21.46和21.3 kg·m^-2,差异不显著。原始林和次生林的平均有机碳含量分别为35.79,28.6 g·kg^-1,土壤全氮含量分别为2.86,1.83 g·kg^-1,枫桦次生林MBC与SOC的线性相关性高于原始林。结果表明原始林土壤肥力高于次生林,在今后次生林的管理中应适当混栽针叶树种,原始林中应适当间伐使地下碳储量增加。     

Potential impacts of climate warming on active soil organic carbon contents along natural altitudinal forest transect of Changbai Mountain

Understanding soil carbon fractions and their responses to the global warming is important for improving soil carbon management of natural altitudinal forest ecosystem. In this study, the contents of soil total organic carbon (SOC), soil labile organic carbon (LOC), and microbial biomass carbon (MBC) in soil upper layers (0–20 cm) were measured along a natural altitudinal transect in the north slope of Changbai Mountain. The results showed that under natural conditions the contents of SOC and LOC were largest in Betula ermanii forest (altitude 1996 m), moderate in spruce-fir forest (altitude 1350 m), and smallest in Korean pine mixed broad-leaf tree forest (altitude 740 m). MBC contents in different forest ecosystems decreased in the order of Betula ermanii forest, Korean pine mixed broad-leaf tree forest, and dark coniferous forest. In addition, the responses of SOC, LOC, and MBC to soil warming were conducted by relocating intact soil cores from high- to low-elevation forests for one year. As expected, the soil core relocation caused significant increase in soil temperature but made no significant effect on soil moisture. After one year incubation, soil relocation significantly decreased SOC contents, whereas the contents of LOC, MBC, and the ratios of LOC to SOC and MBC to SOC increased.