瓦屋山扁刺栲-中華木荷常綠闊葉次生林土壤有機碳組分特征

陳 剛, 涂利華, 彭 勇, 胡紅玲, 胡庭興

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 雅安 625014

瓦屋山扁刺栲-中華木荷常綠闊葉次生林土壤有機碳組分特征

陳 剛, 涂利華*, 彭 勇, 胡紅玲, 胡庭興

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 雅安 625014

次生林在全球碳循環(huán)中占有重要地位，為了研究中國中亞熱帶次生林土壤有機碳組分特征，以四川瓦屋山中山段扁刺栲-中華木荷常綠闊葉次生林為對象，通過挖取土壤剖面分層(0—10、10—40、40—70 cm和70—100 cm)取樣方式，研究土壤各有機碳組分特征。結(jié)果表明：土壤有機碳、微生物生物量碳、可浸提溶解性有機碳和易氧化碳含量均隨土層深度增加而減小，0—10 cm土層有機碳含量為121.89 g/kg，高于已報道的亞熱帶其他常綠闊葉林和四川各類森林；0—10 cm層微生物生物量碳含量為1931.82 mg/kg，可浸提溶解性有機碳含量為697.42 mg/kg，易氧化碳含量為20.98 g/kg，高于已報道的許多相似天然林和人工林活性碳含量。土壤有機碳儲量為154.87 t/hm2，在四川省各類森林中處于中等水平。研究表明瓦屋山扁刺栲-中華木荷常綠闊葉次生林活性碳含量較大，微生物活動和養(yǎng)分流動較為活躍，凋落物層轉(zhuǎn)化為土壤碳的潛力較大，這類生態(tài)系統(tǒng)可能會在區(qū)域碳循環(huán)過程中扮演更為重要的角色。

次生林; 土壤有機碳; 亞熱帶; 瓦屋山

次生林是原始森林由于人類活動被完全清除后，自然狀態(tài)下自主生長的植物群落[1-2]。我國現(xiàn)有森林面積為2.07億hm2，其中原生林面積為0.12億hm2，次生林面積為1.18億hm2，分別占森林總面積的6%和57%[3]，次生林已成為我國現(xiàn)今森林資源的主體。次生林是全球重要碳匯，約為0.35—0.6 Gt C/a[4](1 Gt = 1015g)，并且是陸地生物圈近幾十年來凈碳匯增加的重要原因[5]。常綠闊葉林作為我國亞熱帶地區(qū)的頂級群落，其森林結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)力高、生物多樣性豐富，但由于人類活動的干擾和破壞，目前我國亞熱帶天然常綠闊葉林已接近消失，取而代之的是大面積的次生林[6]。常綠闊葉次生林植物物種豐富，在生物多樣性保護(hù)，水土保持和碳固定方面具有重要作用，并且，我國絕大多數(shù)亞熱帶次生林尚處于較年輕的階段，具有很大的生長和固碳潛力[6]。

土壤是全球最大的有機碳庫，最新研究結(jié)果顯示全球土壤有機碳庫大于3300 Gt，其微小的變化可能引起大氣CO2濃度的較大波動，進(jìn)而影響溫室效應(yīng)和全球氣候變化[7-8]。因此，近年來，許多生態(tài)學(xué)家都致力于各類陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤有機碳貯存和分配的研究[9-12]，以期為區(qū)域性土壤有機碳庫的估算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。盡管如此，由于地域性研究對象復(fù)雜而多樣，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并不全面、詳細(xì)、可靠，為我國乃至全球范圍內(nèi)的有機碳庫估算帶來很大局限性[13]。

由于土壤碳庫基數(shù)和自然變異大，碳庫微小的變化很難被發(fā)現(xiàn)[14]。Biederbeck等[15]研究指出，土壤有機碳的短暫波動主要來源于易氧化、易分解部分的變化，并選擇了易氧化碳、微生物生物量碳和可礦化碳作為土壤活性有機碳的指示因子。雖然在土壤有機碳含量中土壤活性有機碳只占很小比例, 但它作為土壤生物化學(xué)轉(zhuǎn)換的直接碳源，并且能夠在土壤全碳變化之前反映土壤的微小變化[14,16]。因此，活性碳組分研究在土壤有機碳研究中具有重要意義。針對各地域性土壤開展詳盡的有機碳貯存及活性有機碳分配特征的研究意義重大。

本研究以瓦屋山中山段典型扁刺栲(扁刺錐)(Castanopsisplatyacantha)-中華木荷(Schimasinensis)常綠闊葉次生林地為對象，探討土壤有機碳及其活性組分的含量、儲量和在土層中的垂直分布，為區(qū)域碳循環(huán)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

位于四川盆地向川西高原過渡的四川盆地西部邊緣地區(qū)，由于其高降水量和中亞熱帶濕潤氣候，被稱為“華西雨屏”，東西寬 50—70 km，南北長 400—450 km，總面積約2.5萬km2[17]。試驗地位于“華西雨屏”中心地帶的四川洪雅縣瓦屋山國家森林公園，廣泛分布著中亞熱帶常綠闊葉樹種，其中山段的次生林是1956年由原生的扁刺栲-中華木荷群落遭砍伐后自然恢復(fù)而成[18-19]。試驗地設(shè)置在瓦屋山中山區(qū)的木姜杠林班(29°32′35″N，103°15′41″E)，海拔約1600 m。該地段屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，溫和濕潤，日照短，雨水多，云霧多、濕度大。年均溫10—14 ℃，年日照不足800 h，年降水日199—226 d，降水量達(dá)2398 mm，年均相對空氣濕度達(dá)85%—90%[19]。土壤類型為山地黃壤。該中山地段在破壞前均為頂極地帶性常綠闊葉林扁刺栲-中華木荷群落。1956年遭到砍伐破壞，遺留下一些幼樹幼苗，后基本上無進(jìn)一步的干擾破壞而得以自然恢復(fù)，因此該林分樹種林齡約為56a。目前已形成次生常綠闊葉成林，優(yōu)勢種為扁刺栲和中華木荷[18]，草本層十分稀疏。

1.2 研究方法

1.2.1 凋落物及土壤樣品的采集、處理和測定

2012年9月，根據(jù)典型性和代表性原則在木姜杠林班設(shè)置10塊樣方(20 m×20 m)。各樣地調(diào)查基本情況如表1所示。同年11月28日，采集凋落物和土壤樣品。在每個樣方內(nèi)隨機選擇3個樣點，量取 50 cm×50cm的采樣點，共計36個采樣點，分別收集采樣點內(nèi)所有凋落物。在每個樣方內(nèi)隨機挖取3個土壤剖面，共計36個土壤剖面。由于土壤腐殖質(zhì)厚度約為10 cm，故按0—10 cm，10—40 cm，40—70 cm，70—100 cm等4個層次采集各土層土壤樣品，同時用環(huán)刀分層采樣，每個剖面每個土層取3個環(huán)刀土樣。

表1 各樣方基本情況

收集的凋落物樣品，去除可見石礫及表面泥土，于65 ℃烘干至恒重并稱量記錄。各凋落物烘干樣品按四分法分取一部分，粉碎過2 mm篩后裝袋，供化學(xué)分析使用。土樣取小部分用于測量自然含水率，其余用四分法分出一半挑出可見根及石礫，過2 mm篩，于4 ℃條件下保存待測，另一半土樣自然風(fēng)干，去除可見根系和石礫后研磨粉碎，分別過2 mm和0.25 mm篩，裝袋待測。

測定項目有土壤pH值、土壤田間持水量、土壤總孔隙度、土壤容重、凋落物有機碳(LOC)、土壤有機碳(SOC)、土壤微生物生物量碳(MBC)、土壤可浸提溶解性有機碳(EDOC)和土壤易氧化碳(ROC)。土壤pH值采用氯化鉀溶液浸提法進(jìn)行測定(LY/T 1239—1999)。土壤田間持水量、總孔隙度和容重采用環(huán)刀法測定(LY/T 1215—1999)。凋落物和土壤有機碳采用重鉻酸鉀外加熱法(LY/T 1237—1999)測定。土壤MBC采用氯仿熏蒸、0.5 mol/L硫酸鉀溶液浸提[20](做氯仿熏蒸和未熏蒸2種處理)，總有機碳分析儀(TOC-VcPH+TNM-1，Shimazu Inc，Japan)測定總碳和無機碳，根據(jù)所測得的指標(biāo)計算MBC，計算方公式為：

式中，MBC為微生物生物量碳，TC1為熏蒸樣品總碳，IC1為熏蒸樣品無機碳，TC0為未熏蒸樣品總碳，IC0為未熏蒸樣品無機碳，KC為微生物生物量碳轉(zhuǎn)換系數(shù)(0.45[20])。

EDOC采用0.5 mol/L硫酸鉀[21]浸提，浸提液過0.45 μm微孔濾膜后用總有機碳分析儀測定。ROC采用0.333 mol/L高錳酸鉀氧化法測定[14]。

1.2.2 數(shù)據(jù)計算與處理

對土壤有機碳密度進(jìn)行分層計算的方法：

Tj=(1-αj)bjcj

式中，Tj為第j層土壤有機碳密度(kg/m3)；αj為第j層礫石(粒徑>2 mm)體積百分?jǐn)?shù)，本研究中各土層礫石含量小于1%，以0%進(jìn)行計算；bj為第j層平均土壤容重(g/cm3)；cj為第j層總有機碳平均含量(g/kg)。

對0—100 cm土層土壤有機碳儲量計算的方法：

式中，S為土壤有機碳儲量(t/hm2)；dj為第j層土壤厚度(cm)；10為單位換算系數(shù)；k為土壤層數(shù)。

為了比較各土層各指標(biāo)之間的差異，利用 SPSS16. 0(SPSS Inc.，USA)對土層各指標(biāo)進(jìn)行方差分析(One-way ANOVA)，并進(jìn)行LSD多重比較(α=0.05)，統(tǒng)計顯著水平為α=0.05。用Sigmaplot 10.0(Systat software Inc.，USA)繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土層深度土壤pH值和物理性質(zhì)

本研究結(jié)果表明，各土層土壤均呈酸性，潛在酸度3.2—4.0，田間持水量為63%—190%，總孔隙度和容重分別為63.0%—83.3%和0.41—0.99 g/cm3，土壤pH值和容重隨土層深度的增加而升高，而土壤田間持水量和總孔隙度隨土層的加深而降低(表2)。各個土層pH值、總孔隙度和容重的變異數(shù)均較小，只有70—100 cm土層田間持水量的變異系數(shù)略大(CV=35%)，表明調(diào)查群落內(nèi)土壤pH值和物理性質(zhì)在水平方向上較為均一。4個土層間的pH值、總孔隙度和容重均存在顯著差異，而土壤田間持水量除40—70 cm和70—100 cm兩個土層間無顯著差異外，其余各土層間均有顯著差異，表明該林地內(nèi)土壤pH值和物理性質(zhì)在垂直方向上具有較大變異。其中0—10 cm層的田間持水量均值是70—100 cm層的3倍，而70—100 cm層土壤容重為0—10 cm層的2.4倍。

表2 瓦屋山常綠闊葉次生林不同土層深度土壤pH和物理性質(zhì)

2.2 不同土層深度土壤碳組分含量、密度及各碳組分儲量

0—10 cm土層的SOC、MBC、EDOC和ROC含量分別為：(121.9±40.4)、(1.93±0.6)、(0.7±0.2)和(21.0±11.8) g/kg，土壤有機碳和3個碳組分含量均隨土層深度的增加而降低(圖1)，且0—10 cm土層各碳組分含量均顯著高于下面3層。其中0—10 cm土層SOC含量為10—40 cm、40—70 cm和70—100 cm 3個土層的3.6、8.6和14.6倍，0—10 cm土層MBC含量也比下面3土層分別高出2.6、5.7和7.8倍。而40—70與70—100 cm兩土層中4個碳組分的含量均不存在顯著性差異。凋落物層有機碳含量為(443±25) g/kg，且各樣點測定結(jié)果差異不大，變異系數(shù)僅為6.2%。

圖1 瓦屋山常綠闊葉次生林不同土層深度有機碳、微生物生物量碳、可浸提性有機碳和易氧化碳含量Fig.1 Content of SOC、MBC、EDOC and ROC in deferent soil depth of evergreen broad-leaved secondary forest in Wawushan MountainSOC: 土壤有機碳soil organic carbon; MBC: 微生物生物量碳microbial biomass carbon; EDOC: 可浸提溶解性有機碳extractable dissolved organic carbon; ROC: 易氧化碳readily oxidizable carbon; 圖中矩形盒表示25%—75%的數(shù)據(jù)，矩形盒內(nèi)橫線代表該組數(shù)據(jù)的中位數(shù)，上下頸須代表該組數(shù)據(jù)中的10%—90%的數(shù)據(jù)

不同土層各碳組分碳密度值由各土層各碳組分含量和相應(yīng)的土壤容重計算(表3)。結(jié)果表明該森林群落土壤SOC、MBC、EDOC和ROC密度分別為7.5—48.9、0.20-0.81、0.25-0.37和0.8—8.4 kg/m3。SOC、MBC和ROC密度均隨土層深度的增加而降低，且0—10 cm層的密度均顯著高于其下面3層，但40—70與70—100 cm兩土層中這3個碳組分含量差異均不顯著。EDOC密度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在10—40 cm土層含量最高(0.37 kg/m3)，40—70 cm土層的EDOC密度高于0—10 cm土層，但差異未達(dá)顯著水平。SOC、MBC、ROC密度隨土層深度增加而下降趨勢不如其含量明顯，且EDOC密度在垂直剖面上的變化規(guī)律與其含量存在差異也表明各組分碳密度明顯受土層物理特性的影響。

土壤0—100 cm層SOC儲量為156 t/hm2，ROC儲量(21.00 t/hm2)顯著高于MBC(3.20 t/hm2)和EDOC(3.03 t/hm2)，同時ROC儲量占SOC儲量的比例也顯著高于MBC和EDOC儲量占SOC含量的比例，而EDOC與MBC儲量之間不存在顯著差異(圖2)。凋落物層凋落物儲量和凋落物層有機碳儲量分別為10.4 t/hm2和4.5 t/hm2。

表3 瓦屋山常綠闊葉次生林不同土層深度土壤碳組分密度

圖2 瓦屋山常綠闊葉次生林土壤(0—100 cm)各碳組分儲量Fig.2 Stock of each carbon fraction (0—100 cm) in an evergreen broad-leaved secondary forest, Wawushan MountainSOC: 土壤有機碳soil organic carbon; MBC: 微生物生物量碳microbial biomass carbon; EDOC: 可浸提溶解性有機碳extractable dissolved organic carbon; ROC: 易氧化碳readily oxidizable carbon; 不同字母表示處理間差異顯著(單因素方差分析，LSD多重比較法，α = 0.05)

3 討論

3.1 扁刺栲-中華木荷常綠闊葉次生林土壤物理性質(zhì)

本研究發(fā)現(xiàn)，瓦屋山中山區(qū)扁刺栲-中華木荷常綠闊葉次生林土壤為酸性，且隨土層深度的增加pH值升高，0—10 cm土層潛在酸度(氯化鉀浸提液測定)為3.2。森林土壤有機質(zhì)主要由胡敏酸和富里酸等有機酸類腐殖質(zhì)組成，因此土壤有機質(zhì)含量較高時土壤酸度增加。田間持水量是土壤中所能保持的毛管懸著水的最大量，被認(rèn)為是土壤所能穩(wěn)定保持的最高含水量[22-23]。本研究發(fā)現(xiàn)試驗地田間持水量隨土層深度的增加而降低，這與李靈等[24]對位于中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候的武夷山0—60 cm土層的研究結(jié)果相似。土壤總孔隙度和容重相互聯(lián)系，反映土壤的透水性、通氣性和根系生長阻力狀況等[25]。本研究中土壤容重隨土層深度的增加而增大，總孔隙度隨土層深度的增加而減小，與李靈等[24]和王燕等[26]對亞熱帶常綠闊葉林地的研究結(jié)果相似。

3.2 扁刺栲-中華木荷常綠闊葉次生林土壤碳組分特征

土壤有機碳水平在特定森林生態(tài)系統(tǒng)一定時期內(nèi)處于平衡狀態(tài)，主要取決于森林凋落物和植物根系狀況[27-29]。目前，該次生林凋落物層有機碳儲量較高(4.5 t/hm2)，表層土壤腐殖質(zhì)較豐富。因此，本研究中表層土壤有機碳含量較高的一個重要原因可能在于植被的快速生長帶來的大量根際沉降物、死亡細(xì)根和地表凋落物輸入。其另一重要原因可能與海拔有關(guān)，本試驗地海拔為1600 m，比處于中亞熱帶的浙江天童山(表4)常綠闊葉林高出1400多m[27]，年平均溫度低于其他試驗地，再加之該地位于華西雨屏區(qū)的中心，雨量充沛，且表層土壤較疏松，凋落物層有機碳能大量淋溶到土壤表層，但由于溫度相對較低，有機碳的分解相對較慢，表層土壤有機碳的積累就較高。黃從德等[30]對四川省森林土壤(表5)進(jìn)行的大范圍研究表明，處于高海拔的冷、云杉表層土壤有機碳含量是所有森林類型中最高的。

土壤微生物生物量碳在土壤碳庫中所占比例很小，一般只占有機碳的1%—4%[34]，但它與全量養(yǎng)分存在一定的相關(guān)性，其含量越高，其土壤肥力往往越高，因此，被視為土壤肥力變化的重要指標(biāo)之一[35-36]。本研究結(jié)果0—10 cm土層MBC含量為1931.82 mg/kg，高于劉爽等[37]報道的溫帶硬闊葉林(1302 mg/kg)，楊樺林(1074 mg/kg)和蒙古櫟林(721 mg/kg)；也高于李靈等[38]報道的福建三明格氏栲人工林[(1035±103) mg/kg]和杉木人工林[(820±76) mg/kg]。本研究結(jié)果高于溫帶硬闊林和櫟林的一個重要原因可能是本研究地所處中亞熱帶，水熱條件均優(yōu)于黑龍江帽兒山；而高于同一氣候帶且林分年齡差不多(約50a)的栲和杉木人工林的重要原因可能是人工林地中樹種過于單一，使得微生物群落不如本研究地的豐富多樣。本研究中，土壤MBC含量隨土層的加深而降低(圖1)，這與尉海東等[39]對楊樹人工林的研究，李靈等[38]對格氏栲和杉木人工林的研究和劉爽等[37]對溫帶森林的研究結(jié)果一致。土壤微生物多分布在表層土中[39]，原因有兩點，一方面，地表大量的枯枝落葉提供充分的營養(yǎng)源，通氣和水熱狀況也較好，利于微生物的生長和繁殖；另一方面，表層土壤中細(xì)根相對密集，土壤有機質(zhì)也較多、土壤通氣狀況較好，但隨著土層的加深, 生境條件變差，從而影響微生物的分布。

表4 亞熱帶常綠闊葉林地表層(0—10 cm)土壤有機碳特征

表5 四川省主要人工林和天然林土壤有機碳特征

土壤可浸提溶解性碳是有機碳中具有一定溶解性、易分解、移動快、可以被土壤微生物直接利用的有機碳源[40-42]，對森林土壤生態(tài)系統(tǒng)中元素的生物地球化學(xué)循環(huán)及鋁、重金屬、水和養(yǎng)分循環(huán)及有效性等影響較大[43]。李淑芬等[44]的研究結(jié)果表明，南方酸性森林土壤中溶解性有機碳與一些全量和速效養(yǎng)分、有機絡(luò)合態(tài)鐵和有機絡(luò)合態(tài)鋁之間呈極顯著或顯著的正相關(guān)關(guān)系，因此可以作為土壤肥力性狀及調(diào)整土壤中鋁和鐵的溶出和遷移生物學(xué)指標(biāo)。本研究中0—10 cm土層EDOC含量697.42 mg/kg，0—100 cm土層儲量為302.59 g/cm2，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于福建省萬木林省級自然保護(hù)區(qū)羅浮栲天然林土壤表層可溶性有機碳含量(74.84 mg/kg)與0—100 cm土層儲量(28.40 g/cm2)[45]。這表明本研究地由土壤總有機碳轉(zhuǎn)化的可溶性有機碳較為豐富，為整個扁刺栲-中華木荷次生林養(yǎng)分元素循環(huán)和微生物分布提供保證，該次生林的整個養(yǎng)分流動較為活躍。

土壤易氧化碳含量及其與土壤總有機碳的比值反映了土壤碳的穩(wěn)定性，土壤總有機碳中ROC所占比例越高，說明土壤碳的活性越大，穩(wěn)定性越差[35]，同時作為有機碳中的活性組分，ROC直接參與土壤生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，為微生物活動提供能源并驅(qū)動土壤養(yǎng)分循環(huán), 對土壤碳及其質(zhì)量變化具有更高的靈敏性[46]，因此，ROC對土壤碳庫平衡和土壤化學(xué)、生物學(xué)穩(wěn)定性維持具有重要的意義，土壤ROC多少往往表征著土壤能釋放的有效肥力的多少[47]。本研究中0—10 cm土層ROC含量為20.98 g/kg，占SOC含量的17.21%，0—100 cm層ROC儲量占SOC儲量的比例也達(dá)到13.50%，高于江蘇省瓦屋山林場杉木、毛竹、麻櫟和濕地松人林0—10 cm層ROC含量[48]；也高于浙江山塢殼斗科樟科為主的常綠闊葉天然次生林[(15.58±3.15) g/kg)和杉木人工林[(13.30±1.20) g/kg][49]。黃宗勝等[47]在貴州茂蘭所做的關(guān)于喀斯特森林植被自然恢復(fù)過程中土壤有機碳庫特征演化結(jié)果表明ROC含量在早期階段(草本和草灌階段)最低，中期階段(灌叢灌木和灌喬過渡階段)次之，后期階段(喬木和頂極階段)最高。本研究地處于該區(qū)域植被恢復(fù)的后期階段，ROC含量也高于大多人工林和天然次生林地，表明本研究地土壤能為微生物生存提供充足能源，凋落物層和土壤中有效肥力釋放的潛力較大。

試驗地0—100 cm土壤SOC、MBC、EDOC和ROC儲量分別為154.9、3.1、3.0、21.0 t/hm2，其中土壤有機碳儲量在四川省各類森林中處于中等水平，高于四川省杉木(Cunninghamialanceolata)、云南松(Pinusyunnanensis)、馬尾松(Pinusmassoniana)等部分天然林和桉(Eucalyptus)、柏木(Cupressusfunebris)、楊(Populus)等大部分人工林[29-30]，且高于我國亞熱帶地區(qū)大部分人工林(71.5—147.0 t/hm2)[50-52]與四川西北部亞高山云杉天然林土壤有機碳儲量(156.1 t/hm2)[53]非常接近(表5, 表6)。瓦屋山常綠闊葉次生林有機碳密度和儲量較高的一個重要原因可能是表層中有機碳含量非常高。黃從德等[30]研究的四川省各類森林中，0—10 cm層SOC含量介于19.2—72.4 g/kg，均明顯小于本試驗地該土層SOC含量(121.9 g/kg)，而本研究中10—100 cm各土層SOC含量與四川省其他各類森林差異不大。

綜上所述，位于華西雨屏區(qū)中心地帶的瓦屋山扁刺栲-中華木荷常綠闊葉次生林，土壤有機碳儲量高于同一氣候帶人工林和天然林，在四川省各類森林中處于中等水平，而凋落物層有機碳儲量和土壤表層有機碳含量均明顯高于四川省各類人工林和天然林，微生物生物量碳、可浸提溶解性有機碳和易氧化碳高于許多已報道的天然次生林和人工林，說明該生態(tài)系統(tǒng)活性碳含量較大，微生物活動和養(yǎng)分流動較為活躍，凋落物轉(zhuǎn)化為土壤碳的潛力較大，碳儲量仍處在不斷積累的過程。因此可以預(yù)見這類生態(tài)系統(tǒng)將在區(qū)域碳循環(huán)過程中扮演更為重要的角色。

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Characteristics of soil organic carbon components in a secondaryCastanopsisplatyacantha-Schimasinensisevergreen broad-leaved forest,Wawushan Mountain

CHEN Gang, TU Lihua*, PENG Yong, HU Hongling, HU Tingxing

ForestryCollege,SichuanAgriculturalUniversity,Ya′an625014,China

Secondary forests are one of the most important fast-growth forest types, with a large distribution area and high potential carbon sequestration capacity. In order to investigate the component characteristics of soil organic carbon in a subtropical secondary evergreen broad-leaved forest, an experiment was conducted in a typical evergreen broad-leaved secondary forest (Castanopsisplatyacantha-Schimasinensis) in the middle section of Wawushan Mountain, southwest China. The physical soil properties and soil carbon fractions were studied, with the soil profile divided (0—10, 10—40, 40—70 cm and 70—100 cm) and sampled. Results showed that the soil at each level was acidic. Soil potential acidity was between 3.2 and 4.0, field moisture capacity was 63%—190%, and total porosity and bulk density were 63.0%—83.3% and 0.41—0.99 g/cm3respectively. Soil pH value and bulk density increased with increased soil depth, while the field moisture capacity and total porosity showed the opposite trend. The organic carbon content of litter was 443 g/kg, and the litter stock and litter carbon stock were 10.4 t/hm2and 4.5 t/hm2, respectively. Litter organic C stock in the studied forest was higher than in the majority of the plantations and natural forests in Sichuan Province. Soil organic carbon, microbial biomass carbon, extractable dissolved organic carbon, and readily oxidizable carbon decreased with an increase in soil depth. The soil organic carbon content in the 0—10 cm layer was 121.9 g/kg, which was higher than reported in other subtropical evergreen broad-leaved forests and in all types of forests in Sichuan (3.6, 8.6, and 14.6 times the soil organic content of the soil layers at 10—40 cm, 40—70 cm, and 70—100 cm respectively). The content of microbial biomass carbon in the 0—10 cm layer was 1931.82 mg/kg, which was 2.6, 5.7, and 7.8 times that in the following three layers. The contents of extractable dissolved organic carbon and readily oxidizable carbon in the 0—10 cm layer were 697.42 mg/kg and 20.98 g/kg, respectively. The contents of labile organic carbon in the 0—10 cm layer were higher than in many other reported similar natural forests and plantations. The density of soil organic carbon, microbial biomass carbon, extractable dissolved organic carbon, and readily oxidizable carbon were 7.5—48, 0.20—0.81, 0.25—0.37, and 0.8—8.4 kg/m3, respectively. The density of soil organic carbon, extractable dissolved carbon, and readily oxidizable carbon decreased with an increase in soil depth, while the microbial biomass carbon first increased and then decreased and peaked at the horizon, 10—40 cm. Soil organic carbon stock was 154.9 t/hm2, which was at the mid-level in Sichuan Province. The stocks of microbial biomass carbon, extractable dissolved organic carbon, and readily oxidizable carbon were 3.1, 3.0 and 21.0 t/hm2, respectively. This study suggests that (1) the content of the soil labile organic carbon was relatively high, (2) the activity of microorganisms and the flow of nutrients were relatively active, and (3) there is a huge amount of forest litter in theC.platyacantha-S.sinensisevergreen broad-leaved secondary forest that can be transformed into soil carbon in the future. These ecosystems will play a more important role in regional carbon cycles in the future.

secondary forest; soil organic carbon; subtropics; Wawushan Mountain

國家自然科學(xué)基金項目(31300522); 教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金項目(20125103120018); 四川省教育廳重點項目(12ZA118, 13ZA0246)

2014-01-01;

日期:2014-11-19

10.5846/stxb201401010005

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

陳剛, 涂利華, 彭勇, 胡紅玲, 胡庭興.瓦屋山扁刺栲-中華木荷常綠闊葉次生林土壤有機碳組分特征.生態(tài)學(xué)報,2015,35(18):6100-6109.

Chen G, Tu L H, Peng Y, Hu H L, Hu T X.Characteristics of soil organic carbon components in a secondaryCastanopsisplatyacantha-Schimasinensisevergreen broad-leaved forest, Wawushan Mountain.Acta Ecologica Sinica,2015,35(18):6100-6109.