宋小艷, 張丹桔, 張 健, 李建平, 紀(jì)托未, 歐 江, 胡相偉

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院生態(tài)林業(yè)研究所, 成都 611130

馬尾松(Pinusmassoniana)人工林林窗對(duì)土壤不同形態(tài)活性有機(jī)碳的影響

宋小艷, 張丹桔, 張 健*, 李建平, 紀(jì)托未, 歐 江, 胡相偉

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院生態(tài)林業(yè)研究所, 成都 611130

研究了四川盆地低山丘陵區(qū)馬尾松人工林不同大小林窗對(duì)表層土壤活性有機(jī)碳(水溶性有機(jī)碳、微生物量碳、易氧化碳)含量、分配比例及碳庫(kù)管理指數(shù)的影響。結(jié)果表明：(1)林窗下土壤微生物量碳含量與分配比例較林下土壤有所升高，而水溶性有機(jī)碳與易氧化碳含量及水溶性有機(jī)碳分配比例有所降低。(2)林窗大小顯著影響林窗中心土壤活性有機(jī)碳含量與分配比例。隨林窗面積增大，水溶性有機(jī)碳、微生物量碳與易氧化碳含量呈現(xiàn)較為一致的升高趨勢(shì)；水溶性有機(jī)碳和微生物量碳分配比例也升高，易氧化碳分配比例先下降后升高，穩(wěn)定態(tài)碳先升高后降低；總體表現(xiàn)為較大林窗(900—1225m2)微生物活性強(qiáng)，活性有機(jī)碳含量高，且有機(jī)碳庫(kù)穩(wěn)定性較好。(3)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)隨林窗面積增大無(wú)顯著變化，但與各形態(tài)活性有機(jī)碳含量及總有機(jī)碳含量顯著相關(guān)，說(shuō)明土壤碳庫(kù)管理指數(shù)能夠相對(duì)全面地反映林窗大小對(duì)土壤碳庫(kù)的影響。

林窗大小; 活性有機(jī)碳; 碳庫(kù)管理指數(shù); 馬尾松人工林

森林土壤有機(jī)碳(Soil organic carbon，SOC)是陸地碳庫(kù)的主要組成部分，對(duì)保持土壤肥力，維持全球碳庫(kù)平衡起著重要作用。但土壤有機(jī)碳背景值較高，對(duì)于干擾的反應(yīng)表現(xiàn)出一定的滯后性，其數(shù)量和質(zhì)量的最初動(dòng)態(tài)主要表現(xiàn)在活性有機(jī)碳部分[1-2]。土壤活性有機(jī)碳是土壤碳庫(kù)中對(duì)植物、微生物來(lái)說(shuō)活性較高的部分，反映土壤有機(jī)碳的早期變化[3]，且對(duì)干擾反應(yīng)敏感[4]，能更實(shí)際地反映干擾條件下土壤肥力和物理性質(zhì)的變化，指示土壤的綜合活力水平[5]。土壤水溶性有機(jī)碳、微生物量碳及易氧化碳變化是土壤活性碳庫(kù)動(dòng)態(tài)的有效表征[3,6]。目前，森林土壤不同形態(tài)活性有機(jī)碳逐漸受到廣泛關(guān)注[2,4,7]。

林窗作為森林自然更新與環(huán)境變化的重要?jiǎng)恿?，?duì)于森林生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演替與生態(tài)功能優(yōu)化具有重要作用[8]，也是人工林生態(tài)恢復(fù)的重要途徑[9]。林窗大小作為林窗的重要特征，通過(guò)改變林地微環(huán)境[10]和植被更新[11]，影響土壤碳過(guò)程[12-13]。活性有機(jī)碳作為土壤有機(jī)碳中活性較高的部分[3]，對(duì)干擾反應(yīng)敏感[4]，也將受到林窗大小的影響。目前，關(guān)于林窗大小的研究多關(guān)注林窗大小對(duì)林窗內(nèi)環(huán)境、植被恢復(fù)與演替的影響[10-11]，而林窗大小對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響研究還十分鮮見(jiàn)。四川盆地低山丘陵區(qū)人工林面積已超過(guò)200萬(wàn)hm2，但大面積的馬尾松純林帶來(lái)了地力衰退、病蟲(chóng)害集中暴發(fā)以及地上/地下生物多樣性降低等生態(tài)安全問(wèn)題[14]。為此，以四川宜賓39年生馬尾松人工林人工采伐形成的不同大小林窗為研究對(duì)象，研究了不同林窗大小下土壤活性有機(jī)碳庫(kù)的變化，旨在為四川盆地低山丘陵區(qū)大面積的馬尾松人工林改造及可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省宜賓市高縣境內(nèi)(28°35′321″N—28°36′464″N，104°33′120″E—104°33′373″E)；氣候?yàn)橹衼啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，雨量充沛，雨熱同季；海拔410—560m；年均溫18.1℃；年降水量1021.8 mm；全年日照時(shí)數(shù)1148 h。試驗(yàn)地位于來(lái)復(fù)鎮(zhèn)毛巔坳工區(qū)經(jīng)營(yíng)小班，土壤為山地黃壤，成土母巖為黃色砂巖，土壤發(fā)育完善，剖面層次分明。選擇39年生成熟馬尾松人工純林為研究林分，林分密度1100株/hm2，郁閉度0.6—0.8，林下灌草覆蓋度約40%，主要灌木有野桐Mallotustenuifolius，梨葉懸鉤子Rubuspirifolius，鐵仔MyrsineAfricana等；主要草本有商陸Phytolaccaamericana，芒萁Dicranopterislinearis，芒Miscanthussinensis，藎草Arthraxonhispidus，蕨Pteridiumaquilinum，皺葉狗尾草Setariaplicata等。

1.2 樣地設(shè)置與樣品采集

2011年10月，將所選的39年生馬尾松人工林采伐形成7種面積不等的近正方形林窗(面積分別為G1：100 m2、G2：225 m2、G3：400 m2、G4：625 m2、G5：900 m2、G6：1225 m2、G7：1600 m2)，每個(gè)林窗面積設(shè)置3個(gè)重復(fù)樣地(圖1)，各樣地間距>10 m。同時(shí)，選擇遠(yuǎn)離林窗且面積大于400m2的馬尾松純林作為對(duì)照樣地(3個(gè))。林窗采伐過(guò)程中，林窗內(nèi)喬木等殘?bào)w移出，但未掘根，并保留凋落物層。于各樣地中心土壤5cm深處分別埋設(shè)1個(gè)紐扣溫度記錄器(iButton DS1921G, Maxim Com. USA)，每2h自動(dòng)監(jiān)測(cè)溫度。待林窗采伐2年植被基本恢復(fù)后，2013年8月初進(jìn)行采樣。于林窗中心、林窗邊緣和對(duì)照馬尾松林林下，按照“品”字形3點(diǎn)取樣，去除凋落物和腐殖質(zhì)層后采集表層(0—20 cm)土，混勻裝入無(wú)菌塑料袋中，置于冰袋保鮮箱24 h內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)用環(huán)刀采集0—5cm土壤樣品，以測(cè)定土壤物理性質(zhì)。并選擇晴朗無(wú)云的天氣，使用JD- 3數(shù)字照度計(jì)于8:30—11:30之間觀測(cè)不同林窗中心、林下及曠地的光照強(qiáng)度，算出各觀測(cè)點(diǎn)的相對(duì)光強(qiáng)(%)，相對(duì)光強(qiáng)=各觀測(cè)點(diǎn)光照強(qiáng)度/曠地光照強(qiáng)度×100%。其中，林窗邊緣界定為林冠空隙與周?chē)吔缒净克鶉傻牟糠帧Ａ执凹傲窒赂艣r見(jiàn)表1。

圖1 四川省宜賓市研究區(qū)域內(nèi)樣地位置示意圖 Fig.1 Map of the sampling plots in study region in Yibin city Sichuan provinceG1—G7代表面積為100 m2、225 m2、400 m2、625 m2、900 m2、1225 m2、1600m2的林窗， CK為林下對(duì)照; G- 1，G- 2，G- 3表示各林窗面積的3個(gè)重復(fù)樣地，以此類(lèi)推

表1 馬尾松人工林不同面積林窗樣地基本概況

1.3 樣品分析與測(cè)定

將土樣中較大的樹(shù)根和石子剔除后分為2份：一份過(guò)2 mm篩裝袋，4 ℃保存，用于測(cè)定土壤水溶性有機(jī)碳(WSOC)和微生物生物量碳(MBC)；另一份自然風(fēng)干，過(guò)0.15 mm篩用于測(cè)定總有機(jī)碳(SOC)、過(guò)0.25mm篩用于測(cè)定易氧化碳(ROC)。

土壤WSOC采用浸提水土比2∶1，25℃下去離子水恒溫震蕩30min后，高速離心20min(4000r/min)，0.45um濾膜抽濾，提取液中的有機(jī)碳含量采用總有機(jī)碳總氮分析儀(Mulit N/C 2100)測(cè)定[15-16]；MBC采用改進(jìn)的氯仿熏蒸-K2SO4浸提法，熏蒸和未熏蒸處理土壤提取液中有機(jī)碳之差除以轉(zhuǎn)換系數(shù)(0.45)為微生物量碳含量[17]；SOC采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定(LY/T 1237—1999)；ROC采用333 mmol/L高錳酸鉀氧化，565 nm波長(zhǎng)比色測(cè)定[18]；穩(wěn)定態(tài)碳(NLC)為SOC與ROC的差值。土壤理化特征值如表2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel，Origin8和 SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件完成。其中林窗面積對(duì)活性有機(jī)碳含量、分配比例及碳庫(kù)管理指數(shù)的影響采用回歸分析或單因素方差分析(One-way ANOVA)及Tukey進(jìn)行多重比較，顯著水平均設(shè)置為α= 0.05。林窗中心、邊緣與林下活性有機(jī)碳含量及分配比例的差異采用配對(duì)樣本T檢驗(yàn)。用Pearson相關(guān)系數(shù)分析土壤活性有機(jī)碳含量與土壤基本理化性質(zhì)之間的相關(guān)性。以馬尾松林下土壤為參照土壤，計(jì)算出不同大小林窗中心和邊緣土壤碳庫(kù)管理指數(shù)。碳庫(kù)管理指數(shù)計(jì)算方法如下[18]：

碳庫(kù)指數(shù)(CPI)=樣品SOC/參照SOC
碳庫(kù)活度(L)=ROC/NLC

碳庫(kù)活度指數(shù)(LI)=樣品土壤L/參照土壤L

碳庫(kù)管理指數(shù)(CMI)=CPI×LI×100

表2 馬尾松不同面積林窗下土壤理化特征

2 結(jié)果

2.1 不同大小林窗下土壤活性有機(jī)碳含量及碳庫(kù)管理指數(shù)

在林窗中心，隨林窗面積增加，土壤WSOC含量升高(圖2)；MBC與ROC含量先上升(G1—G2)，然后下降(G2—G4)，此后升高(G4—G6)，但在G7又有所降低(P<0.05)；而NLC含量和CMI無(wú)顯著變化。在林窗邊緣，隨林窗面積增加，WSOC與MBC含量先下降(G1—G3)，此后WSOC含量呈上升趨勢(shì)，MBC含量上升后下降(P<0.05)；NLC含量先下降，最后又緩慢上升，但ROC含量與CMI無(wú)顯著變化(圖2)。

圖2 馬尾松人工林不同大小林窗下土壤活性有機(jī)碳(水溶性有機(jī)碳、微生物量碳、易氧化碳、穩(wěn)定態(tài)碳)含量及碳庫(kù)管理指數(shù)Fig.2 Content of soil labile organic carbon (WSOC: water-soluble organic carbon, MBC: microbial biomass carbon, ROC: readily oxidizable carbon, NLC: non-labile carbon) and carbon management index in different size forest gaps of Pinus massoniana plantation

2.2 不同大小林窗下土壤活性有機(jī)碳分配比例

在林窗中心，隨林窗面積增加，水溶性有機(jī)碳分配比例(WSOC/SOC)增大(圖3)；微生物量碳分配比例(MBC/SOC)在G2時(shí)顯著升高，此后基本穩(wěn)定(P<0.05)；易氧化碳分配比例(ROC/SOC)先降低(G1—G6)再升高，而穩(wěn)定態(tài)碳分配比例(NLC/SOC)與之相反，先升高后降低。在林窗邊緣，隨林窗面積增加，土壤WSOC/SOC與MBC/SOC均無(wú)顯著變化，ROC/SOC先下降(G1—G4)，G5時(shí)顯著上升，此后又有所下降(P<0.05)，總體表現(xiàn)為較大林窗(G5—G7)高于較小林窗(G1—G4)，而NLC/SOC與ROC/SOC相反，總體表現(xiàn)為較小林窗(G1—G4)高于較大林窗(G5—G7)(圖3)。

2.3 林下與林窗及林窗內(nèi)中心與邊緣土壤活性有機(jī)碳含量及分配比例差異

林窗中心與馬尾松林下比較，各面積林窗(除G7)土壤WSOC含量及分配比例均極顯著低于林下(P<0.01)；而各面積林窗土壤MBC含量及分配比例則高于林下，但部分林窗與林下差異不顯著；各面積林窗(除G2和G6)土壤ROC含量顯著低于林下(P<0.05)，但ROC分配比例與林下差異均不顯著。林窗邊緣與林下比較，各面積林窗土壤WSOC含量均極顯著低于林下(P<0.01)，同時(shí)，WSOC分配比例(除G6和G7)顯著低于林下(P<0.05)；各面積林窗(除G3和G7)MBC含量均極顯著高于林下(P<0.01)，但其分配比例僅G4顯著高于林下(P<0.05)，其他林窗與林下差異不顯著；而各面積林窗ROC及NLC含量及分配比例則與林下差異均不顯著(表3)。

圖3 馬尾松人工林不同大小林窗下土壤活性有機(jī)碳(水溶性有機(jī)碳、微生物量碳、易氧化碳、穩(wěn)定態(tài)碳)分配比例Fig.3 Proportion of soil labile organic carbon (water-soluble organic carbon, microbial biomass carbon, readily oxidizable carbon, non-labile carbon) in different size forest gaps of Pinus massoniana plantationWSOC/SOC: 水溶性有機(jī)碳分配比例Proportion of water-soluble organic carbon in soil organic carbon;MBC/SOC: 微生物量碳分配比例Proportion of microbial biomass carbon in soil organic carbon;ROC/SOC: 易氧化碳分配比例Proportion of readily oxidizable carbon in soil organic carbon;NLC/SOC:穩(wěn)定態(tài)碳分配比例Proportion of non-labile carbon

表3 馬尾松人工林林下與林窗及林窗內(nèi)中心與邊緣土壤活性有機(jī)碳含量及分配比例差異

WSOC: 水溶性有機(jī)碳Water-soluble organic carbon;WSOC/SOC: 水溶性有機(jī)碳分配比例Proportion of water-soluble organic carbon in soil organic carbon; MBC: 微生物量碳 Microbial biomass carbon; MBC/SOC: 微生物量碳分配比例Proportion of microbial biomass carbon in soil organic carbon; ROC: 易氧化碳Readily oxidizable carbon;ROC/SOC: 易氧化碳分配比例Proportion of readily oxidizable carbon in soil organic carbon;NLC:穩(wěn)定態(tài)碳Non-labile carbon;NLC/SOC:穩(wěn)定態(tài)碳分配比例Proportion of non-labile carbon; *P<0.05; **P<0.01, ns,P≥0.05

2.4 土壤活性有機(jī)碳含量及碳庫(kù)管理指數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

馬尾松不同大小林窗下各活性有機(jī)碳含量及碳庫(kù)管理指數(shù)間的相關(guān)性：SOC與各活性有機(jī)碳(MBC除外)、穩(wěn)定態(tài)碳含量及CMI均顯著相關(guān)，顯示了土壤有機(jī)碳對(duì)活性有機(jī)碳含量及土壤碳庫(kù)的決定作用；CMI與WSOC、ROC及SOC含量均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；ROC與WSOC和SOC極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與NLC和MBC含量顯著正相關(guān)(P<0.05)；而MBC僅與WSOC顯著相關(guān)(P<0.05)。各活性有機(jī)碳、穩(wěn)定態(tài)碳含量及碳庫(kù)管理指數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性：MBC與溫度，CMI與含水量以及MBC與最大持水量顯著正相關(guān)(P<0.05)，其他均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系(表4)。

表4 馬尾松人工林林窗土壤活性有機(jī)碳含量及碳庫(kù)管理指數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

3 討論

本研究中，馬尾松人工林林窗與林下比較，雖然土壤總有機(jī)碳含量無(wú)顯著變化，但各形態(tài)活性有機(jī)碳含量及分配比例發(fā)生改變，且隨林窗內(nèi)位置的不同有所差異。這首先體現(xiàn)了土壤活性有機(jī)碳對(duì)干擾反應(yīng)較敏感，能指示土壤總有機(jī)碳的早期變化[4]。由于馬尾松人工林林窗形成后，高大喬木被砍伐，林窗內(nèi)植被蓋度降低，為林窗土壤提供了較充足的光照和較高的溫度，促進(jìn)微生物活動(dòng)，同時(shí)，植被類(lèi)型由以喬木為主變?yōu)橐圆荼緸橹?，草本植物豐富的根系為微生物提供了較多的能源物質(zhì)，也利于土壤微生物的生長(zhǎng)與繁殖[2]，使土壤微生物量碳(MBC)含量及分配比例顯著升高。但林窗內(nèi)草本生物歸還能力不及喬木，這可能是導(dǎo)致林窗內(nèi)水溶性有機(jī)碳(WSOC)和易氧化碳(ROC)含量降低的重要因素[7,19]。同時(shí)，較強(qiáng)的微生物活動(dòng)，必然增加其對(duì)能源物質(zhì)的消耗。WSOC和ROC是微生物重要的可利用能源物質(zhì)，微生物活動(dòng)的加強(qiáng)，使WSOC和ROC被大量分解，應(yīng)是其含量降低的原因之一。另外，在采樣季節(jié)(夏季)較豐富的降雨背景下，土壤WSOC流失加劇[20- 21]，也使WSOC含量降低。林窗內(nèi)不同位置(中心與邊緣)由于光溫水與植被分布的不同[10-11]，會(huì)使土壤活性有機(jī)碳含量產(chǎn)生差異，但這種差異的程度與林窗面積相關(guān)[22]。本研究中，在林窗面積較小(G1)時(shí)，林窗邊緣與中心MBC和WSOC含量差異顯著，其他面積林窗各活性有機(jī)碳差異不顯著。這與林窗大小影響植被的邊緣效應(yīng)相類(lèi)似，顯示了較小面積林窗較強(qiáng)的邊緣效應(yīng)[23]。

本研究表明，馬尾松林窗大小顯著影響林窗中心土壤各形態(tài)活性有機(jī)碳含量。林窗大小是林窗的重要特征，通過(guò)影響林窗內(nèi)光照、溫度和水分條件[10]，進(jìn)而使植被更新與分布改變[11]，同時(shí)影響土壤碳過(guò)程[12- 13]。土壤微生物量碳是理想的生物學(xué)指標(biāo)，反映土壤生物活性高低。普遍研究表明，在低于最適溫度(35—45℃)時(shí)，土壤微生物活性隨溫度上升迅速增加[24]。本研究中，隨林窗面積增大，光照強(qiáng)度和光照時(shí)間明顯增加，土壤溫度隨之升高，可能是微生物活性增強(qiáng)，MBC含量增加的原因。同時(shí)，微生物活性增強(qiáng)將有利于土壤養(yǎng)分釋放與土壤肥力改善[9]，為植被生長(zhǎng)提供更好的條件，使植被凋落物和根系分泌物增加，而植被凋落物和根系分泌物以及微生物本身都是WSOC和ROC的重要來(lái)源[25-26]，因此較大面積林窗(900—1225m2)具有較高的WSOC和ROC含量，與MBC含量呈現(xiàn)相似的規(guī)律。但是G3和G4活性有機(jī)碳含量比面積更小的林窗G2低，不符合整體規(guī)律。G3和G4 相對(duì)于G2(較小面積林窗)而言，林窗內(nèi)光照和溫度條件都較好，植被得到了較好的改善，植被生長(zhǎng)對(duì)土壤養(yǎng)分的需求高于G2，使其土壤活性有機(jī)碳被大量分解提供植被生長(zhǎng)所需養(yǎng)分，這可能是G3和G4活性有機(jī)碳含量比G2低的原因。但G3、G4與較大林窗植被條件均較好，植被對(duì)土壤的養(yǎng)分的需求相差不大，而G3和G4光照和溫度條件不如較大林窗，微生物活動(dòng)比較大林窗弱，使G3和G4活性有機(jī)碳含量低于較大林窗。此外，土壤總有機(jī)碳含量也隨林窗面積增大而增加，各活性有機(jī)碳含量與之呈現(xiàn)一致的變化，證明了土壤有機(jī)碳含量在很大程度上決定了活性有機(jī)碳含量[27]。本研究表明，林窗大小在顯著影響活性有機(jī)碳含量的同時(shí)，還使其分配比例發(fā)生了改變。本研究中，WSOC/SOC和MBC/SOC均隨著林窗面積增大而增大，反映了較大林窗土壤含有更多易于被微生物利用的有機(jī)質(zhì)[28]，且通過(guò)更活躍的微生物活動(dòng)，把土壤有機(jī)碳儲(chǔ)存在微生物體內(nèi)，指示了土壤有機(jī)碳的積累效應(yīng)[28-29]。而土壤有機(jī)碳的活性及穩(wěn)定性則分別是由土壤易氧化碳和穩(wěn)定態(tài)碳占總有機(jī)碳的比例反應(yīng)[30]。本研究中，隨林窗面積增大ROC/SOC先降低后升高，NLC/SOC先升高后降低，表明土壤有機(jī)碳活性先降低后升高，而穩(wěn)定性先升高后降低。這是因?yàn)檩^大林窗(900—1225m2)由于植被歸還能力較強(qiáng)，土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源增加，可能使土壤團(tuán)聚作用加強(qiáng)，部分活性有機(jī)碳被包裹在團(tuán)聚體內(nèi)部而成為非活性部分[25]，從而使土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性增強(qiáng)。但G7林窗雖然林窗面積最大，各活性有機(jī)碳含量及分配比例并不是最高，且穩(wěn)定性不是最佳，這可能與G7相對(duì)較低的土壤溫度有關(guān)。林窗邊緣由于獨(dú)特的微環(huán)境，林窗邊緣植被具有邊緣效應(yīng)，而林窗大小影響著邊緣效應(yīng)的強(qiáng)度[22-23]。本研究中，在一定林窗大小范圍內(nèi)(100—400或625m2)，林窗邊緣土壤WSOC、MBC含量及ROC分配比例隨林窗面積增加而降低與林窗中心呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律；而當(dāng)林窗面積大于400m2或625m2，林窗邊緣效應(yīng)對(duì)土壤有機(jī)碳的影響減弱，林窗邊緣WSOC與MBC含量及ROC分配比例表現(xiàn)出與林窗中心相似的變化規(guī)律。本研究中，較小面積林窗邊緣活性有機(jī)碳及分配比例對(duì)林窗大小的響應(yīng)不同于林窗中心，這應(yīng)是由于較小面積林窗邊緣效應(yīng)更強(qiáng)[23]，同時(shí)應(yīng)與此時(shí)林窗中心與邊緣不同的地上/地下相互作用對(duì)土壤有機(jī)碳庫(kù)的影響有關(guān)[19]。

土壤碳庫(kù)管理指數(shù)能夠全面和動(dòng)態(tài)地反映不同經(jīng)營(yíng)措施下土壤質(zhì)量下降或更新的程度[31]。本研究中，林窗中心與邊緣碳庫(kù)管理指數(shù)隨林窗面積增大均無(wú)顯著變化，這可能由于林窗形成時(shí)間較短(2a)，林窗面積對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響還不大。其中，900m2(G5)林窗邊緣土壤碳庫(kù)管理指數(shù)最高(CMI >1)，反映了該林窗在形成2a后其土壤碳庫(kù)環(huán)境得到了一定程度的改善。以往研究表明，碳庫(kù)管理指數(shù)與土壤有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳、微生物量碳、活性有機(jī)碳之間呈極顯著正相關(guān)[25]，這在本研究中得到了進(jìn)一步證實(shí)，但在本研究中，微生物量碳與碳庫(kù)管理指數(shù)相關(guān)性不顯著，這可能與微生物高的環(huán)境敏感性而碳庫(kù)管理指數(shù)變化相對(duì)較緩有關(guān)。各活性有有機(jī)碳間存在不同程度的相關(guān)性，但均與土壤有機(jī)碳顯著相關(guān)，說(shuō)明各活性有機(jī)碳含量雖然反映的是土壤有機(jī)碳中相對(duì)不同的活性部分，但都很大程度上決定于土壤有機(jī)碳含量的高低，都是土壤活性碳庫(kù)的重要組成部分。其中微生物高的環(huán)境敏感性可能是造成微生物量碳與易氧化碳及總有機(jī)碳不顯著相關(guān)的原因。但微生物量碳與水溶性有機(jī)碳具有良好的相關(guān)性，這是由于水溶性有機(jī)碳是有機(jī)質(zhì)的淋溶和分解產(chǎn)物，與微生物活動(dòng)直接相關(guān)[32]。此外，本研究中，土壤微生物量碳與溫度和最大持水量顯著相關(guān)，溫度直接影響微生物活性，而最大持水量可能通過(guò)改變土壤通氣狀況影響微生物生長(zhǎng)，與前人研究結(jié)果基本一致[25]。

綜上所述，馬尾松人工林林窗的形成提高了土壤微生物量碳的含量與分配比例，降低了水溶性有機(jī)碳與易氧化碳含量及水溶性有機(jī)碳分配比例，使土壤生物活性增強(qiáng)，但土壤有機(jī)碳活性部分含量降低。林窗大小顯著影響林窗中心各形態(tài)活性有機(jī)碳含量與分配比例。隨林窗面積增大，水溶性有機(jī)碳、微生物量碳與易氧化碳含量呈現(xiàn)較為一致的升高趨勢(shì)；水溶性有機(jī)碳和微生物量碳分配比例也升高，易氧化碳分配比例先下降后升高，穩(wěn)定態(tài)碳先升高后降低。而由于邊緣效應(yīng)，林窗邊緣各形態(tài)活性有機(jī)碳含量及分配比例對(duì)林窗大小的響應(yīng)與林窗中心有所不同。同時(shí)，可能由于林窗形成時(shí)間較短，林窗大小對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響并不顯著?？傮w來(lái)看，900—1225m2林窗(G5—G6)內(nèi)微生物活性強(qiáng)，活性有機(jī)碳含量高，且有機(jī)碳庫(kù)穩(wěn)定性較好。為此，建議將900—1225m2作為該地馬尾松人工林改造的最適林窗面積；同時(shí)應(yīng)延長(zhǎng)林窗存在時(shí)間，林窗內(nèi)植被應(yīng)以自然恢復(fù)為主，且加強(qiáng)林窗內(nèi)水肥管理，這樣可以在一定程度上提高林窗內(nèi)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)。本研究為該地馬尾松人工林科學(xué)經(jīng)營(yíng)和管理提供了科學(xué)依據(jù)，但林窗面積對(duì)土壤有機(jī)碳庫(kù)的影響仍需要較長(zhǎng)時(shí)間的定位研究。

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Effects of gap size inPinusmassonianaplantations on different soil labile organic carbon fractions

SONG Xiaoyan, ZHANG Danju, ZHANG Jian*, LI Jianping, JI Tuowei, OU Jiang, HU Xiangwei

InstituteofEcology&Forestry,CollegeofForestry,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu611130,China

Large areas ofP.massonianaplantations are often assumed to have serious ecological problems such as reduced biodiversity and soil degradation. Logging gaps are an efficient practice used to solve these problems. We investigated how the size of forest gaps inP.massonianaplantations influenced the characteristics of different soil labile organic carbon fractions and the carbon management index. Compared with those inP.massonianaplantations, the content and proportion of microbial biomass carbon increased, while the content of water-soluble organic carbon and readily oxidizable carbon, and the proportion of water-soluble organic carbon decreased in forest gaps. The size of the forest gap had significant effects on the content and proportion of labile organic carbon fractions. With the increasing size of forest gaps, the content of water-soluble organic carbon, microbial biomass carbon, and readily oxidizable carbon increased. The proportions of water-soluble organic carbon and microbial biomass carbon increased, the proportion of readily oxidizable carbon first decreased and then increased and the non-labile carbon proportion first increased and then decreased. The content and proportion of labile organic carbon and the stability of organic carbon were relatively higher in larger (900—1225 m2) gaps. The carbon management index was not significantly affected by forest gap size, which positively correlated with the content of different soil labile organic carbon fractions and soil total organic carbon. The effects of forest gap size on soil organic carbon were relatively significant in larger (900—1225 m2) forest gaps in terms of a higher stability of organic carbon and a greater amount of microbial biomass carbon and water-soluble organic carbon. This suggests that 900—1225 m2gaps might provide optimal logging gap size for the conservation of ecological functions and natural regeneration inP.massonianaplantations.

forest gap size; labile organic carbon; carbon management index;P.massonianaplantation

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題 (2011BAC09B05); 國(guó)家自然科學(xué)基金(31370628); 國(guó)家自然科學(xué)基金(31300528)

2014- 02- 07;

日期:2014- 10- 08

10.5846/stxb201402070221

*通訊作者Corresponding author.E-mail: sicauzhangjian@163.com

宋小艷, 張丹桔, 張健, 李建平, 紀(jì)托未, 歐江, 胡相偉.馬尾松(Pinusmassoniana)人工林林窗對(duì)土壤不同形態(tài)活性有機(jī)碳的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(16):5393- 5402.

Song X Y, Zhang D J, Zhang J, Li J P, Ji T W, Ou J, Hu X W.Effects of gap size inPinusmassonianaplantations on different soil labile organic carbon fractions.Acta Ecologica Sinica,2015,35(16):5393- 5402.