落叶松林土壤可溶性碳、氮和官能团特征的时空变化及与土壤理化性质的关系

土壤可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)及其官能团特征在土壤碳、氮循环中作用非常重要。对25个不同年龄落叶松林样地、4个深度(0-20、20-40、40-60和60-80 cm)土壤DOC、DON、有机物官能团(芳香性、分子量和疏水性)特征指标(254、260、272 nm和280 nm的单位吸光度值SUVA:吸光度值/DOC含量)和土壤理化指标(土壤全碳SOC、全氮SON、pH值、电导率、容重)进行测定,旨在探究它们的时、空变化特征及与土壤理化指标相关关系。在空间尺度上,与SOC、SON一致,表层土壤DOC、DON多显著高于深层(P<0.05),但是4个单位吸光度值SUVA₂₅₄、SUVA₂₆₀、SUVA₂₇₂和 SUVA₂₈₀均不存在差异(P>0.05);在时间尺度上,仅表层土壤DOC、SOC 和SON随落叶松年龄显著线性增长(P<0.05),而深层DOC、SOC、SON、不同层土壤DON及各官能团指标均没有显著变化(P>0.05)。可见,土壤可溶性有机物内碳的累积(7 mg kg^-1 a^-1)是SOC累积的一部分(762 mg kg^-1 a^-1),但其DON及可溶性有机物芳香性比例、分子量大小及疏水性容量等官能团特征并未受落叶松生长时间以及土壤深度的显著影响。进一步回归分析表明这些官能团指标随土壤DOC含量增加而指数下降,深层土壤同时受DON显著影响。表层土壤DOC、DON与土壤SOC、SON、土壤电导率显著正相关(P<0.05),深层相关不显著(P>0.05),而官能团指标与土壤理化性质的相关性在各个土层均不显著,显示出表层土壤可溶性有机物的量,而不是官能团组成对土壤理化性质影响显著,而深层土壤可溶性有机物量对土壤理化性质不构成显著影响。对于从可溶性组分、官能团角度,分析落叶松人工林成长过程中土壤碳、氮时空变化具有科学意义。     

亚热带典型林分对表层和深层土壤可溶性有机碳、氮的影响

林分类型是影响土壤可溶性有机碳、氮库大小的重要因素,但目前对其研究主要集中在表层土壤(0～10 cm).本研究以亚热带地区天然林、毛竹林、格式栲人工林和杉木人工林为对象,用3种不同的浸提方式(冷水、热水和KCl溶液)提取表层(0～10 cm)和深层(40～60 cm)土壤中可溶性有机碳(DOC)和有机氮(DON),研究林分类型对表层和深层土壤可溶性有机碳、氮库的影响.结果表明: 林分类型对表层土壤DOC及其占土壤总有机碳(TOC)的比重有显著影响,深层土壤受林分类型的影响不显著;不同林分土壤DON含量仅在表层土壤存在显著差异,在深层土壤差异不显著.林分间土壤微生物生物量碳的差异仅在表层土壤达到显著水平.DON占土壤总氮(TN)的比重在各林分表层和深层土壤间差异均不显著.3种浸提方法得到的DOC和DON库大小顺序为热水>KCl>冷水,不同浸提方法得到的DOC库及DON库的相关性均达到显著水平,表明冷水、热水和KCl溶液浸提得到的有机碳、氮库含有相似组分.冷水和热水浸提方法得到的表层土壤DOC和DON含量及DOC占TOC比重在天然林和毛竹林均显著大于格式栲和杉木人工林,表明天然林和毛竹林土壤可溶性有机碳、氮含量高于格式栲和杉木人工林,更有利于土壤肥力的恢复.     

氮沉降对杉木人工幼林土壤溶液可溶性有机物质浓度及光谱学特征的影响

为探究氮沉降对亚热带杉木人工幼林土壤溶液可溶性有机物质(DOM)浓度及光谱学特征的影响,采用负压法,对0～15和15～30 cm土层土壤溶液DOM进行了2年的动态监测及光谱学特征研究.结果表明:氮沉降显著减少了各土层土壤溶液可溶性有机碳(DOC)浓度,增加了芳香化指数(AI)及腐殖化指数(HIX),但对可溶性有机氮(DON)无显著影响.土壤溶液DOM浓度存在明显的季节变动,夏秋季显著高于春冬季.傅里叶红外光谱结果表明,森林土壤溶液DOM在6个区域的相似位置存在吸收峰,其中1145～1149 cm^-1的吸收峰最强.三维荧光光谱表明,DOM主要以类蛋白质物质(Ex/Em=230 nm/300 nm)和微生物降解产物(Ex/Em=275 nm/300 nm)为主,施氮使0～15 cm土层类蛋白质物质减少.氮沉降可能主要是通过降低土壤pH、抑制土壤碳矿化和刺激植物生长等途径显著抑制土壤溶液DOC浓度,而表层被抑制的DOC成分以类蛋白质物质和羧酸盐物质为主.氮沉降短期可能有利于土壤肥力的储存,但随着氮沉降量的积累,土壤中营养物质将难以得到有效利用.     

黄土高原不同乔木林土壤微生物量碳氮和溶解性碳氮的特征

选取黄土丘陵区子午岭4种不同乔木林下的0—5 cm和5—20 cm的土壤为研究对象,通过氯仿熏蒸浸提方法测定了微生物量碳氮、溶解性碳氮以及土壤的理化性质。研究结果表明,不同乔木林下0—5 cm土层土壤微生物量氮(MBN)土壤微生物量碳(MBC)均表现为:辽东栎侧柏油松刺槐,5—20 cm土层为:侧柏辽东栎油松刺槐,说明不同乔木林对土壤表层和下层的微生物量有明显的影响。上层土壤溶解性碳(DOC)、溶解性氮(DON)大于下层土壤。土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)在4—8之间,MBC/MBN、MBN、MBC均表现为随着土层的深度逐渐降低的趋势。MBC与MBN具有显著的正相关性,MBN、MBC与有机碳(SOC)、土壤全氮(TN)、MBC/MBN、溶解性碳与微生物量碳之和(DOC+MBC)、溶解性氮与微生物量氮之和(DON+MBN)呈现出极显著的正相关性(P0.01)。DOC+MBC、DON+MBN比DOC、DON、MBC、MBN更能反映土壤微生物量与活性碳氮库。总体来说,人工刺槐林对土壤碳氮库的增加有一定的作用,但是相对于辽东栎和侧柏等天然次生林有一定的差距。     

菌渣化肥配施对稻田土壤微生物量碳氮和可溶性碳氮的影响

菌渣作为一种养分丰富的有机物料还田,可减少化肥施用,同时保持土壤肥力;而土壤微生物量碳、氮和可溶性碳、氮是土壤活性碳氮库的重要组成部分,其含量和比例变化对土壤肥力均具有重要作用。因此,探讨不同比例菌渣化肥配施对土壤微生物量碳、氮及可溶性碳、氮的影响,评价菌渣在优化土壤肥力方面的生态作用具有重要意义。本研究在水稻田间定位试验条件下,设置3个化肥水平(C) 0%、50%、100%,菌渣相对用量(F) 0%、50%、100%,共9个处理,分析了各处理土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)和可溶性碳(DOC)、氮(DON)的变化特征,及其占土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)的比例与相关关系。结果表明:菌渣化肥配施后,微生物量碳和可溶性碳、氮均在C100F50最高,微生物量氮在C50F100最高,与不施肥处理相比,分别显著增加了49.40%、43.65%、83.52%、207.19%;MBC/SOC和DOC/SOC均随着菌渣化肥配施量的增加而减少,MBN/TN和DON/TN均在C100F50最高。相关分析表明,MBC、DOC与SOC,MBN与TN均呈极显著正相关,DON和TN呈显著正相关。总体来讲,菌渣化肥配施能够显著提高土壤微生物量碳、氮和可溶性碳、氮含量,但不是随着用量的增加一直呈增加趋势,高量菌渣或者化肥下会有降低趋势;菌渣化肥配施降低了土壤微生物量和可溶性碳氮比,因此适宜的菌渣化肥配施是提高土壤有机碳周转速度、微生物活性及其氮素供应能力和有效性的最佳选择。     

杉木人工林土壤可溶性有机质及其与土壤养分的关系

通过在福建省来舟林场对不同栽植代数杉木人工林土壤可溶性有机碳(DOC)和氮(DON)及土壤养分的研究,其结果表明,随着杉木栽植代数的增加林地土壤DOC和DON含量逐渐下降,在0～10cm土层内第3代杉木林土壤DOC和DON含量分别是第1代杉木林的83.9%和87.1%、第2代杉木林的90.6%和96.9%,在10～20cm土层内第3代杉木林土壤DOC和DON含量分别是第1代杉木林的80.2%和81.5%、第2代杉木林的81.8%和90.0%。在不同林地和土层内土壤DOC含量之间的差异性达到了显著或极显著水平,而DON含量之间的差异性不显著。不同栽植代数杉木林土壤养分的变化趋势与DOM一致,随着杉木连栽,土壤养分含量呈下降趋势。在0～10cm土层内第3代杉木林土壤全氮、全钾、铵态氮和速效钾含量分别是第1代杉木林的83.1%、60.4%、68.1%和44.3%,是第2代杉木林的84.6%、68.5%、74.4%和58.7%;在10～20cm土层内第3代杉木林土壤全氮、全钾、铵态氮和速效钾含量分别是第1代杉木林的74.0%、53.4%、57.6%和54.6%,是第2代杉木林的94.8%、59.5%、74.3%和65.5%。经相关性分析,在各土层内土壤DOC和DON含量与土壤全氮、全钾、铵态氮和速效钾等土壤养分含量存在着不同程度的相关性。     

川西亚高山不同演替阶段天然次生林土壤碳氮含量及酶活性特征

为了解次生林自然更新演替过程中土壤碳氮含量及酶活性的变化规律, 采用空间代替时间的方法, 在川西亚高山米亚罗林区选取环境条件基本一致的20世纪60、70和80年代采伐迹地自然更新演替的次生林(60-NSF、70-NSF和80-NSF)和岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林(对照, CK)为对象, 研究了表层(0-20 cm)土壤碳氮含量和土壤酶活性的关系。结果表明: 表层土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)含量均随森林植被更新演替呈显著降低趋势, 而全氮(TN)和可溶性有机氮(DON)含量则表现为60-NSF < 80-NSF < 70-NSF, 但70-NSF和80-NSF间差异不显著; 次生林表层土壤有机碳氮及其活性组分含量均低于CK, 其中80-NSF的DOC和DON含量与CK差异不显著。次生林的β-葡萄糖苷酶(βG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和多酚氧化酶(PHO)活性均显著低于CK, 纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO)活性与CK无显著差异; 天然次生林中, 60-NSF的βG和CBH活性显著低于70-NSF和80-NSF; 80-NSF的NAG活性显著高于60-NSF和70-NSF; 4种林型之间的PEO活性无显著性差异。Pearson相关分析和冗余分析显示, 土壤TN、LFOC和DOC含量与土壤酶活性显著相关, 其中TN含量解释了酶活性变化的65.4%, 说明土壤氮含量变化可能会影响到土壤碳的水解酶活性, 同时也表明土壤微生物优先利用易分解碳和氮。因此, 次生林近60年的天然更新演替引起了TN、LFOC及DOC含量的显著下降, 导致表层土壤某些胞外酶(如βG、CBH和NAG)活性降低。从土壤酶活性角度看, 岷江冷杉原始林比早期演替阶段的次生林(<60 a)更有利于川西亚高山高海拔森林生态系统的碳氮循环。     

更新方式对亚热带森林土壤溶液可溶性有机质数量及化学结构的影响

采用负压法对福建省三明市亚热带常绿阔叶林中米槠次生林(BF)、米槠人促更新林(RF)、米槠人工林(CP) 0～15、15～30、30～60 cm土层土壤溶液可溶性有机质(DOM)的浓度及光谱学特征进行研究.结果表明: 土壤溶液可溶性有机碳(DOC)浓度整体趋势为RF>CP>BF,而可溶性有机氮(DON)则为米槠人工林最高;且 DOC 和 DON 在表层(0～15 cm)土壤浓度皆显著高于底层(30～60 cm).芳香化指数大小为RF>CP>BF,且整体为表层较高.米槠人工林表层土壤以荧光强度高的短波峰(320 nm)为特征峰,表明其易分解物质含量高,腐殖化程度较低;而米槠人促更新林表层土壤则以宽平的中长波峰(380 nm)为特征峰,说明其腐殖化程度较高,有助于土壤肥力的储存.此外,30～60 cm深层DOM特性几乎不受森林更新方式的影响.     

去除根系和凋落物对滨海沙地3种防护林土壤碳氮库的短期影响

以福建长乐滨海沙地上3种人工林(尾巨桉、纹荚相思、木麻黄)土壤为研究对象,设置去除凋落物、去除根系和对照3种处理,观测1年后分析改变地上、地下有机质输入对沙地土壤碳氮储量、可溶性有机碳(DOC)氮(DON)和微生物量碳(MBC)氮(MBN)的影响。结果表明:不同树种人工林间土壤碳氮储量无显著差异;不同树种人工林间土壤活性碳氮组分差异显著,木麻黄土壤DOC含量显著高于纹荚相思,纹荚相思土壤DON显著高于木麻黄和尾巨桉,尾巨桉土壤MBN显著高于木麻黄和纹荚相思。改变地上地下有机质输入对滨海沙地土壤碳氮库有显著影响且这种影响随树种而异。去除凋落物后纹荚相思、木麻黄土壤碳储量分别下降38.0%、25.1%,氮储量分别下降12.9%、12.5%;去除凋落物后尾巨桉、纹荚相思、木麻黄土壤DOC分别下降37.5%、30.6%、52.9%,MBC分别下降31.0%、56.9%、29.7%,MBN分别下降50.7%、34.9%、42.2%;去除根系后尾巨桉、纹荚相思土壤MBC分别下降57.7%、15.4%。回归分析显示,滨海沙地土壤DOC、MBC与土壤碳储量呈显著正相关,土壤DOC和MBC分别能够解释土壤碳储量变化的47.7%和57.7%。研究表明:树种通过调控地上、地下输入影响可溶性有机碳氮和微生物量碳氮,进而影响土壤碳氮库。     

退化红壤区人工林土壤的可溶性有机物、微生物生物量和酶活性

以江西省泰和县退化红壤区18年生马尾松纯林(Ⅰ)、马尾松 枫香 木荷混交林(Ⅱ)、木荷纯林(Ⅲ)和枫香纯林(Ⅳ)4种人工林林分为对象,并以自然恢复的无林荒草地为对照(CK),研究其土壤的可溶性有机碳(SOC)、氮(SON),微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)和土壤酶活性的变化.结果表明： 在0～10 cm土层,各林分类型的土壤SOC、SON含量分别为354～1007 mg·kg^-1和24～73 mg·kg^-1,MBC、MBN含量分别为203～488 mg·kg^-1和24～65 mg·kg^-1,脲酶和天门冬酰胺酶活性分别为95～133 mg·kg^-1·d^-1和58～113 mg·kg^-1·d^-1.不同林分类型之间SOC、SON含量为Ⅳ>CK > Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ,MBC、MBN含量为CK>Ⅳ>Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ,天门冬酰胺酶活性为Ⅳ>CK>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,差异显著,而脲酶活性没有显著差异.随着土层加深,SOC、SON、MBC、MBN、脲酶及天门冬酰胺酶活性下降.在0～20 cm土层,SOC、SON、MBC、MBN、全碳和全氮两两之间达极显著相关.天门冬酰胺酶活性与SOC、SON、MBC、MBN、TSN、全碳、全氮极显著相关;而脲酶活性与SON、MBCMBN、TSN、全碳显著相关.     

氮素添加和CO2浓度升高对白羊草根际和非根际土壤水溶性有机碳、氮的影响

采用盆栽控制试验对黄土丘陵区白羊草在不同CO₂浓度(400和800 μmol·mol^-1)和施氮水平(0、2.5、5.0 g N·m^-2·a^-1)条件下根际和非根际土壤水溶性有机碳(DOC)和水溶性有机氮(DON)的变化特征进行研究.结果表明: CO₂浓度升高对白羊草根际和非根际土壤DOC、水溶性总氮(DTN)、DON、水溶性铵态氮(NH₄⁺-N)、水溶性硝态氮(NO₃^--N)含量均无显著影响.施氮显著提高了根际和非根际土壤DTN、NO₃^--N含量和根际土壤DON含量,显著降低了根际土壤DOC/DON.在各处理条件下,根际土壤DTN、NO₃^--N和DON含量均显著低于非根际土壤,根际土壤DOC/DON显著高于非根际土壤.短期CO₂浓度升高对黄土丘陵区土壤水溶性有机碳、氮含量无显著影响,而氮沉降的增加在一定程度上改善了土壤中水溶性氮素缺乏的状况,但并不足以满足植被对水溶性氮素的需求.     

植被恢复对侵蚀红壤可溶性有机质含量及光谱学特征的影响

为了解植被恢复对侵蚀红壤可溶性有机质含量及结构特征的影响, 以福建省长汀县河田镇植被恢复后的侵蚀红壤及对照裸地为研究对象, 对两试验地0-60 cm深土壤中可溶性有机质的含量及光谱学特征进行了比较研究。结果表明: 侵蚀红壤植被恢复后, 土壤可溶性有机碳含量显著提高, 在土表到60 cm深度的6个10 cm土层中, 植被恢复土壤可溶性有机碳含量分别提高为对照裸地相应土层的5.6、4.7、4.6、3.1、2.4及2.2倍。可溶性有机氮含量在两试验地之间的差异在各土层中不一致。植被恢复各土层侵蚀红壤可溶性有机质的芳香化指数显著高于对照裸地, 荧光发射光谱腐殖化指数略高于对照裸地, 植被恢复后的侵蚀红壤与对照裸地间荧光同步光谱腐殖化指数无明显差异。荧光同步光谱图中, 两试验地侵蚀红壤可溶性有机质的吸收主要为类蛋白质及芳香性脂肪族荧光基团的吸收。傅里叶红外光谱结果显示, 与对照裸地相比, 植被恢复后的侵蚀红壤土壤可溶性有机质中官能团种类更多, 且含有更多芳香碳及羧基碳。两试验地土壤可溶性有机质均表现为芳香化及腐殖化程度随土层的加深而降低。相关性分析显示, 土壤可溶性有机质的芳香化及腐殖化指数与土壤碳氮总量有极显著正相关关系。总之, 侵蚀红壤经植被恢复后, 土壤可溶性有机碳含量及可溶性有机质的芳香化指数显著提高, 可溶性有机质的腐殖化指数略有增大, 可溶性有机质结构更复杂, 更不易被分解, 因此有利于土壤肥力的恢复。     

不同肥力棕壤溶解性有机碳、氮生物降解特性

溶解性有机碳、氮在土壤全碳、全氮含量中所占的比例很小,但却是土壤有机质中最为重要和活跃的部分。研究利用土壤溶解性有机碳、氮生物降解的测定方法,分别选取沈阳农业大学试验站不同肥力及与定位试验地紧密相连的自然林地棕壤为研究对象,开展棕壤溶解性有机碳、氮的生物降解特性的研究,为了解溶解性有机碳、氮在土壤生态系统碳、氮循环中的作用,探讨棕壤溶解性有机碳、氮与土壤肥力的关系提供理论依据。研究结果表明,棕壤林地溶解性有机碳、氮的含量最高,高肥处理次之,低肥处理含量最低。棕壤溶解性有机碳、氮与全碳、全氮和微生物量碳、氮的相关性达到极显著水平,与土壤肥力紧密相关,可以作为指示土壤肥力的重要指标。不同肥力棕壤溶解性有机碳、氮的降解速率在培养初期较快,而后逐渐减慢,降解数据符合双指数衰变模型。棕壤溶解性有机碳分别由降解速率不同的两个库组成：周转时间在1d的易分解部分和周转时间大约为400d的难分解部分。棕壤溶解性有机氮是由周转速率大约为2d的易降解部分和周转速率在99～105d左右的难分解部分组成． 经过42d的培养,浸提液中剩余溶解性有机质碳氮比值较培养前有所增加。     

Fluxes and concentrations of dissolved organic carbon and nitrogen – a synthesis for temperate forests

Dissolved organic carbon (DOC) and nitrogen (DON)represent an important part of the C and N cycles inforest ecosystems. Little is known about the controlson fluxes and concentrations of these compounds insoils under field conditions. Here we compiledpublished data on concentrations and fluxes of DOC andDON from 42 case studies in forest ecosystems of thetemperate zone in order to evaluate controls on alarger temporal and spatial scale. The focus was onannual fluxes and concentrations in throughfall,forest floor leachates and soil solutions. In allcompartments considered, concentrations and fluxesdiffered widely between the sites. Highestconcentrations of DOC and DON were generally observedin forest floor leachates and in A horizons. Highestfluxes occurred in forest floor leachates. The fluxesof DOC and DON in forest floor leachates increasedwith increasing annual precipitation and were alsopositively related to DOC and DON fluxes withthroughfall. Variation in throughfall fluxes couldexplain 46% and 65% of the variation in DOC and DONfluxes from the forest floor, respectively. No generaldifference in DOC and DON concentrations and fluxes inforest floor leachates was found when comparingconiferous and hardwood sites. Concentrations of DOCin forest floor leachates were positively correlatedto the pH of the forest floor. Furthermore, there wasno relationship between organic C and N stocks, soilC/N, litterfall or mineral N inputs and concentrationsand fluxes of DOC and DON in forest floor leachates.Including all compartments, fluxes of DOC and DON werehighly correlated. Ratios of DOC to DON calculatedfrom fluxes from the forest floor were independent ofthe amount of annual precipitation, pointing to asimilar response of DOC and DON to precipitationconditions. A decrease in the ratio of DOC to DON withsoil depth as observed on a plot-scale, was notconfirmed by data analysis on a large scale. Thecontrols observed on annual fluxes and concentrationsof DON and DOC at regional scale differed from thosereported for smaller time and space scales.     

马尾松林采伐迹地火烧黑炭对土壤活性碳氮库的影响

黑炭是火烧过程中不完全燃烧的产物,在火烧迹地的分布具有异质性。为了解黑炭输入量对土壤活性碳氮库的影响,选取中亚热带33年生马尾松人工林采伐迹地为研究对象,对比炼山1年后移除(B0)、单倍(B1)和双倍黑炭输入(B2)处理和未火烧对照土壤可溶性有机碳氮含量(DOC和DON)、矿质氮、土壤微生物量碳氮含量(MBC和MBN)之间的差异。结果表明:炼山对土壤DOC和DON含量的影响因土层而异,在0—10 cm土层,火烧土壤DOC和DON含量与对照土壤没有显著差异,而在10—20 cm土壤要显著低于对照土壤(P0.05)。火烧土壤矿质氮、土壤MBC和MBN含量均低于对照土壤,但差异未达到显著性水平(P0.05)。火烧土壤含水率、pH、全碳和全氮、铵态氮、土壤MBN含量均与黑炭输入量成正比,特别是在10—20 cm土层,B2处理土壤铵态氮含量显著高于B0和B1处理(P0.05)。对于土壤MBN,黑炭输入处理(B1和B2)火烧土壤MBN含量与对照土壤没有显著差异,而去除黑炭处理(B0)火烧土壤MBN含量则显著低于对照土壤(P0.05)。结果说明黑炭输入对火烧土壤的微生物群落恢复和N素保持具有积极意义,因此亚热带人工林管理过程中应重视黑炭的利用。