鶴山不同植被土壤有機(jī)碳分布特征①

湯松波，習(xí) 丹，任文丹，曠遠(yuǎn)文

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鶴山不同植被土壤有機(jī)碳分布特征①

湯松波1,2,3，習(xí) 丹4，任文丹1,2,3，曠遠(yuǎn)文1,3*

(1中國科學(xué)院華南植物園退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510650；2中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3廣東省應(yīng)用植物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510650；4福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福州 350002)

不同植被類型下土壤有機(jī)碳(SOC) 儲(chǔ)量和動(dòng)態(tài)變化是全球變化研究的熱點(diǎn)之一。對(duì)南亞熱帶鶴山6種不同植被類型(灌草、馬尾松林、桉樹林、鄉(xiāng)土樹林、馬占相思林、季風(fēng)常綠闊葉林) SOC干濕季、空間 (0 ~ 10，10 ~ 20，20 ~ 40 cm) 變化特征、土壤惰性指數(shù)及其與土壤有效氮(TAN) 的關(guān)系研究表明：①6種植被中，干季SOC含量顯著高于濕季，SOC含量隨土層深度降低，馬占相思林SOC含量最高，馬尾松林和灌草最低；②6種植被SOC儲(chǔ)量在0 ~ 10 cm土層所占比例最高，占0 ~ 40 cm土層SOC含量40% 以上；③土壤惰性指數(shù)隨土壤深度增加而下降，常綠闊葉林、鄉(xiāng)土樹林和馬占相思林烷基碳和ROC惰性指數(shù)高于桉樹林和馬尾松林，揭示這3種植被SOC具有更高穩(wěn)定性；④SOC與土壤TAN含量呈顯著正相關(guān)。結(jié)果揭示，在植被恢復(fù)過程中，選擇豆科植物，輔以鄉(xiāng)土樹種營造常綠闊葉林，有利于提高森林潛在碳匯功能。

土壤有機(jī)碳；總有效氮；植被類型；季節(jié)變化；惰性指數(shù)

土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)三大主要碳庫(土壤、大氣和植被) 中最大碳庫[1]，據(jù)估計(jì)，全球森林土壤碳庫約為861Pg C[2]。土壤有機(jī)碳(soil organic carbon，SOC) 作為森林土壤碳庫的重要組成部分，對(duì)調(diào)控全球氣候變化具有重要作用[3]。森林SOC主要來自凋落物輸入和根系周轉(zhuǎn)，并在土壤生物作用下以CO2輸出，實(shí)現(xiàn)大氣-植被-土壤碳庫間的循環(huán)[4]。受人類活動(dòng)影響，全球森林面積銳減，森林土壤固碳能力被嚴(yán)重削弱[5]；同時(shí)，全球變化背景下，森林SOC儲(chǔ)量和動(dòng)態(tài)已發(fā)生顯著變化，森林土壤正逐漸由碳匯轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚碵6]，對(duì)全球碳平衡造成極大影響。

森林SOC受植被類型[7]、土壤氮含量[8]、土壤水分[9]和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[8]等多種因素影響，不同森林生態(tài)系統(tǒng)SOC存在較大的時(shí)空差異。在時(shí)間上，過去認(rèn)為SOC隨森林演替呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定趨勢(shì)。但最新研究表明，成熟森林也具有一定的固碳能力[10]；在空間上，SOC隨著土壤深度增加而下降，且主要集中在0 ~ 100 cm土層[11-12]；另外，植被類型對(duì)SOC影響很大，通常以常綠針葉林最大(約6.81 Pg C)，其次是常綠闊葉林、落葉針葉林、落葉闊葉林和混交林[13-14]。

惰性有機(jī)碳 (recalcitrant organic carbon，ROC) 是土壤碳庫中理化性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的部分。根據(jù)質(zhì)譜分析結(jié)果可將ROC分為烷基碳(Alkyl-C)、烷氧碳(O-alkyl-C)、芳香碳(Aromatic-C) 和羧基碳(Carboxyl-C)[15]4種組分。隨著凋落物分解進(jìn)行，ROC在土壤碳庫中所占比例逐漸增加，但當(dāng)土壤中ROC/TOC (土壤總有機(jī)碳) 值達(dá)到60% ~ 65% 時(shí)將會(huì)保持穩(wěn)定或稍有減少[16]；植被類型對(duì)土壤ROC含量影響顯著[17]，如闊葉林或物種多樣性較高的森林其ROC含量要大于針葉林或其他純林[17-18]，固氮植物類型土壤ROC含量大于非固氮植被類型[19]等；此外，環(huán)境變化對(duì)ROC也影響較大，如大氣CO2濃度升高有利于土壤ROC積累[20]。

本研究以南亞熱帶地區(qū)鶴山不同植被類型(灌草、馬尾松林、桉樹林、鄉(xiāng)土樹林、馬占相思林、常綠闊葉林) 不同深度(0 ~ 10，10 ~ 20，20 ~ 40 cm) 土壤為對(duì)象，分析SOC季節(jié)、空間變化規(guī)律及其與土壤總有效性氮(total available nitrogen，TAN，定義為NO– 3-N與NH4+-N之和) 的關(guān)系，并基于不同植被下ROC (烷基碳，烷氧碳，芳香碳，羧基碳) 比例及惰性指數(shù)空間變化規(guī)律，以期揭示不同植被下SOC穩(wěn)定特征，為退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)過程中構(gòu)建高效固碳人工林樹種的選擇和搭配提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣點(diǎn)概述

研究點(diǎn)為中國科學(xué)院鶴山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，屬典型南亞熱帶季風(fēng)氣候，具明顯干濕季節(jié)交替特征。年平均氣溫為21.7 ℃，年均降水量為1 700 mm[21]。森林土壤為赤紅壤，呈酸性。早期受人為干擾嚴(yán)重，部分植被退化為荒坡地。自1984 年起，鶴山站先后通過營造多種人工林開展植被恢復(fù)研究，并構(gòu)建林、果、草、漁復(fù)合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)示范模式。本研究的6 種植被類型為：①灌草(shrub-grass forest, SF)：主要優(yōu)勢(shì)種為芒萁()及一些小灌木；②馬尾松林(masson pine forest, PF)：林齡30 a以上，胸徑20 ~ 30 cm，蓋度25% ~ 35%，林下有豹皮樟()、銀柴()、陰香()、九節(jié)()等；③桉樹林(eucalyptus forest, EF)：樹高15 m 以上，蓋度25% ~ 35%，林下有紅車 ())、濃子茉莉 ()、紫玉盤()等；④鄉(xiāng)土樹林(native-species forest, NF)：林齡25 a以上，蓋度75% ~ 85%，主要以荷木()為主，伴生九節(jié)()、銀柴()、潺槁木姜子()等；⑤馬占相思林(acacia forest, AF)：林齡25 a以上，喬木層蓋度40% ~ 60%；胸徑20 ~ 25 cm，林下有竹節(jié)樹 ()、白車 ()、黑咀蒲桃 ()等；⑥季風(fēng)常綠闊葉林(monsoon evergreen broadleaved forest, MF)：蓋度達(dá)95% 以上，主要有小果山龍眼()、黃桐(Benth.)和橄欖[(Lour.) Raeusch.]等高大喬木，林下灌木與草本植物種類較少，地表凋落物較多。本研究中6種植被類型立地條件見表1。

表1 鶴山6種植被類型立地條件

注： 表中“–”表示數(shù)據(jù)未記錄。

1.2 土樣采集與化學(xué)分析

分別從上述6種不同植被樣地上、中、下3 個(gè)坡位，用內(nèi)徑2 cm、長60 cm 土鉆分0 ~ 10、10 ~ 20、20 ~ 40 cm 土層采集土樣。每個(gè)樣地內(nèi)采集10 管土合成1個(gè)混合樣，每個(gè)樣地保證3個(gè)混合樣。土樣帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，挑去根系和石礫，粉碎，過2 mm 篩干燥保存，備分析。土樣采集時(shí)間為2011年8 月(代表濕季)和2012年2 月(代表干季)。

土壤SOC 測(cè)定采用K2Cr2O7-H2SO4油浴外加熱法。土壤NO– 3-N和NH4+-N采用凱氏定氮法測(cè)定，二者之和即為土壤總有效性氮(TAN)。烷基碳、烷氧碳、芳香碳、羧基碳測(cè)定方法見Mathers等[15]和張晉京等[22]：稱量5 g風(fēng)干土于100 ml 塑料離心管中，加50 ml HF 溶液(10%，/)，蓋上蓋子，震蕩 1 h，離心 10 min (3 000 r/min)，上清液去掉，殘余物繼續(xù)用 HF 溶液處理，重復(fù)8次，8次處理過程中樣品在搖床上振蕩的時(shí)間為：第 1 ~ 4 次均1 h，第5 ~ 7 次均12 h，第8次為24 h。土壤樣品經(jīng) HF 處理完以后，用雙蒸水洗殘余物4次，去除土壤樣品中殘留的 HF。經(jīng) HF 處理的殘余物，在 40 ℃的烘箱中烘干，磨細(xì)過60目。將經(jīng) HF 預(yù)處理過的土壤樣品進(jìn)行固態(tài)魔角旋轉(zhuǎn)-核磁共振測(cè)定(AVANCE II 300 MH)。試驗(yàn)采用 7 mm CPMAS 探頭，觀測(cè)頻率為 100.5 MHz，MAS 旋轉(zhuǎn)頻率為 5 000 Hz，接觸時(shí)間為 2 ms，循環(huán)延遲時(shí)間為 2.5 s?；瘜W(xué)位移的外標(biāo)物為六甲基苯(Hex methylbenzene，HMB，甲基17.33)。所測(cè)圖譜可分為4 個(gè)共振區(qū)域: 0 ~ 50 (烷基碳)、50 ~ 110 (烷氧碳)、110 ~ 160 (芳香碳)、160 ~ 220 (羧基碳)。對(duì)譜峰曲線進(jìn)行區(qū)域積分，獲得4 種碳化學(xué)組分的相對(duì)含量，根據(jù)公式 (烷基碳+ 芳香碳/(烷氧碳 + 羧基碳)[23]計(jì)算出惰性指數(shù)。土壤容重參考文獻(xiàn)[24-25]，土壤碳密度和碳儲(chǔ)量分別按照如下公式計(jì)算：

SOCD= ∑(1-θ) × BD×C×T/100 (1)

SOCS = Area× SOCD(2)

式中：SOCD：層土壤碳密度(kg/m2)；θ：第層礫石含量(%，/)；BD：第層土壤容重(g/cm3)；C：第層土壤有機(jī)碳含量(C，g/kg)；T：第層土層厚度(cm)。SOCS：層碳儲(chǔ)量(kg)；Area：林型面積(m2)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

土壤SOC含量的差異顯著性采用多因素方差分析(Multi-way ANOVA)檢驗(yàn)和新復(fù)極差法(SSR) 比較不同林型和不同土層之間的差異。SOC與土壤TAN相關(guān)性采用線性相關(guān)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 SOC隨季節(jié)、土層深度及植被類型變化規(guī)律

三因素方差分析結(jié)果(表2) 表明，6種植被SOC含量受季節(jié)、土層深度、植被類型及其交互作用影響顯著(< 0.05)。SOC含量干季顯著大于濕季，在0 ~ 10 cm土層含量最高，且隨土層深度顯著降低(< 0.05)；在6種植被中，SOC含量表現(xiàn)為馬占相思林> 常綠闊葉林> 桉樹林> 鄉(xiāng)土樹林= 馬尾松林=灌草，馬占相思林SOC顯著高于其他5種植被(< 0.05)。

表2 季節(jié)、土壤深度和植被類型對(duì)SOC影響三因素方差分析結(jié)果

2.2 SOC儲(chǔ)量及分布特征

6種植被土層SOC 季節(jié)變化特征見圖1，除桉樹林和鄉(xiāng)土樹林20 ~ 40 cm土壤層外，其余植被類型干季SOC含量均高于濕季，灌草0 ~ 10 cm、松林10 ~ 20 cm、桉樹林10 ~ 20 cm、馬占相思林10 ~ 20 cm、常綠闊葉林10 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土壤層干濕季差異均達(dá)到顯著水平(< 0.05)，其他土層SOC在干濕季無顯著差異。

(SF：灌草，PF：馬尾松林，EF：桉樹林，NF：鄉(xiāng)土樹林，AF：馬占相思林，MF：季風(fēng)常綠闊葉林，下圖同；誤差柱表示一倍的標(biāo)準(zhǔn)誤(SE)，*表示干濕季差異顯著(P < 0.05))

6種不同植被SOC含量在濕季和干季垂直變化特征相似(圖2)，除濕季松林外，0 ~ 10 cm土層SOC含量均顯著高于(< 0.05) 10 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm 土層，但10 ~ 20 cm與20 ~ 40 cm土層SOC含量無顯著性差異(> 0.05)。方差分析顯示，在0 ~ 10 cm土層，SOC含量表現(xiàn)為馬占相思林顯著(< 0.05) 高于其他幾種植被，而馬尾松林顯著(< 0.05) 低于桉樹林和常綠闊葉林，其余植被間無顯著性差異(> 0.05)；在10 ~ 20 cm土層，馬占相思林和常綠闊葉林SOC含量相似且顯著(< 0.05) 高于其余植被類型SOC；20 ~ 40 cm土層SOC含量在不同植被間無顯著差異。

(圖中大寫字母不同表示同一土層不同植被類型間差異達(dá)到P < 0.05顯著水平，小寫字母不同表示同一植被類型不同土層間差異達(dá)到P < 0.05顯著水平，下同)

就儲(chǔ)量看，無論干季還是濕季，0 ~ 40 cm土層中總SOC有43% 以上儲(chǔ)存在0 ~ 10 cm土層中 (表3)；對(duì)0 ~ 10 cm土層 SOC儲(chǔ)量所占比例方差分析表明，6種植被類型0 ~ 10 cm 土層SOC儲(chǔ)量差異不顯著(> 0.05)，采樣季節(jié)、植被類型對(duì)0 ~ 10 cm土層SOC儲(chǔ)量在0 ~ 40 cm土層總SOC儲(chǔ)量比例影響不顯著。但馬占相思林0 ~ 10 cm土層SOC占0 ~ 40 cm土層SOC百分?jǐn)?shù)最高，表明相對(duì)其他植被，豆科植物馬占相思能有效在森林土壤表層累積SOC。

表3 干濕季0 ~ 10 cm土層SOC儲(chǔ)量占0 ~ 40 cm土層SOC比例(%)

注： 表中小寫字母相同表示不同植被間差異沒有達(dá)到顯著水平(>0.05)。

2.3 惰性碳組分及惰性指數(shù)隨植被類型的變化

6種植被土壤在各土層中4種ROC組分比例從大到小順序依次為：烷氧碳 > 烷基碳> 羧基碳> 芳香碳。烷基碳比例除季風(fēng)闊葉林和馬占相思林外，均隨土壤深度增加而下降(圖3A)，烷氧碳和羧基碳比例隨土壤深度增加而增大(圖3B、3D)。對(duì)6種植被各土層惰性指數(shù)分析結(jié)果表明，惰性指數(shù)均隨土層深度降低(表4)，變化趨勢(shì)與烷基碳一致。常綠闊葉林惰性指數(shù)各層均最大，馬尾松林、鄉(xiāng)土樹林和桉樹林土壤惰性碳分別在0 ~ 10、10 ~ 20和20 ~ 40 cm土層中最小。

對(duì)不同土層中4種ROC組分與ROC含量作相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，在0 ~ 10 cm土層除芳香碳外(= 0.034)，其余組分與ROC含量均無顯著相關(guān)(相關(guān)系數(shù)及值分別是：1 = –0.738，= 0.094；2 = –0.417，= 0.41：3 = 0.846，= 0.034；4 = 0.480，= 0.336)；10 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土壤層各組分與ROC含量均無顯著相關(guān)性，且土壤ROC含量隨芳香碳增加而增加，表明芳香碳對(duì)森林表層土壤中ROC的穩(wěn)定性具有一定影響。

2.4 SOC與TAN相關(guān)性

6種植被下土壤TAN含量空間分布規(guī)律與SOC相似，隨土層深度降低。除馬尾松林和濕季常綠闊葉林外，0 ~ 10 cm土層TAN含量均顯著(< 0.05) 高于10 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土層。干季，以馬占相思林高，季風(fēng)常綠闊葉林最低 (圖4)；濕季，0 ~ 10 cm土層TAN含量則以灌草和鄉(xiāng)土樹林含量最高，常綠闊葉林最低(圖4)。

(A. 烷基碳；B. 烷氧碳；C. 芳香碳；D. 羧基碳)

表4 不同植被類型不同土層惰性指數(shù)

不同植被SOC含量與TAN相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，干季除馬尾松林外，其余5種植被SOC含量與TAN呈顯著正相關(guān)；濕季，除常綠闊葉林外，其他5種植被SOC含量與TAN也具顯著正相關(guān)性(圖5)。

3 討論

3.1 SOC季節(jié)與空間變化解析

森林SOC含量主要受凋落物輸入、死亡根分解、土壤微生物活動(dòng)、土壤理化性質(zhì)等因子影響。研究表明，濕季土壤呼吸顯著大于干季，且與土壤微生物生物量、細(xì)根生物量及土壤碳存在顯著正相關(guān)[26]，凋落物分解速率濕季顯著高于干季[27]；降水量也與森林SOC周轉(zhuǎn)速率呈正相關(guān)[28]。本研究中，除鄉(xiāng)土樹林外，其余植被類型SOC在濕季均小于干季或具有下降趨勢(shì)(圖1)。其主要原因可能在于：濕季土壤含水量及土壤溫度高于干季，土壤微生物活動(dòng)增強(qiáng)，加速SOC分解[29]；同時(shí)，濕季植物生長比干季快，植物凋落物、細(xì)根輸入量大，受激發(fā)效應(yīng)影響SOC分解加快[30]。

圖4 不同植被類型土壤TAN含量

(實(shí) 心點(diǎn)、實(shí)線代表濕季；空心點(diǎn)、虛線代表干季)

森林SOC大部分儲(chǔ)存在土壤表層，研究發(fā)現(xiàn)0 ~ 20 cm土層的SOC占土壤1 m深SOC 50% 以上，且隨土層深度迅速下降[11-12]。植被類型對(duì)SOC在土壤中的垂直分布影響顯著[12]，不同植被下0 ~ 20 cm土壤中SOC占1 m土壤總SOC比例以森林最大，草地次之，灌叢最少[7]。深層土壤SOC主要由穩(wěn)定性有機(jī)質(zhì)輸入量決定[31]，還與土壤自身結(jié)構(gòu)、質(zhì)地緊密相關(guān)[32]。本研究發(fā)現(xiàn)0 ~ 10 cm土層SOC含量超過0 ~ 40 cm土層40% 以上(表3)，無論干濕季，馬占相思0 ~ 10 cm土層SOC最高，灌草、馬尾松林最低，可能與植物生長和群落生產(chǎn)力有關(guān)。馬占相思林作為豆科植物，具有較高生產(chǎn)力，且土壤微生物對(duì)氮素獲取并不完全依賴于SOC分解；灌草和馬尾松林可能由于生產(chǎn)力較低，尤其是灌草地表凋落物積累相對(duì)較少，表層SOC含量較低，植被根系主要分布淺層土壤，深層土壤SOC的輸入也相對(duì)較少。因此，在植被恢復(fù)前期，選擇豆科樹種能有效提高表層土壤SOC含量。

3.2 土壤速效氮對(duì)SOC的影響

碳和氮參與生態(tài)系統(tǒng)諸多過程，如物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)，且互相耦合[33]。氮主要通過促進(jìn)植物生長、提高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力來增加凋落物輸入[34-36]；另一方面，生態(tài)系統(tǒng)氮飽和容易導(dǎo)致土壤酸化，抑制土壤微生物活動(dòng)，減少SOC分解[8]。鶴山6種植被土壤TAN含量存在明顯干濕季變異特征(圖4)，但6種植被SOC含量均與TAN呈顯著正相關(guān) (圖5)，可能原因在于：鶴山植被均屬于非氮限制，尤其是馬占相思林本身具固氮功能，植物具有較高生產(chǎn)力；其次，在氮沉降增加背景下[37]，鶴山森林土壤酸化對(duì)土壤微生物具有抑制作用，SOC分解減少[38]。盡管灌草和鄉(xiāng)土樹林濕季TAN含量高于另外4種植被，但其SOC含量仍較低，可能由于灌草郁閉度較低，減少了林冠對(duì)大氣氮沉降截留效應(yīng)[39-41]，加之凋落物輸入少，使SOC處于較低水平。隨植被恢復(fù)時(shí)間的延長，SOC逐漸積累，但土壤中氮逐年減少[42]。因此，在植被恢復(fù)過程中，生態(tài)系統(tǒng)固碳能力受土壤氮限制。

3.3 ROC組分和惰性指數(shù)特征及其在植被恢復(fù)中的指示意義

SOC是植被退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)效果的重要指標(biāo)之一。ROC對(duì)SOC穩(wěn)定性貢獻(xiàn)較其他組分大，ROC惰性指數(shù)被廣泛關(guān)注，惰性指數(shù)越高，SOC穩(wěn)定性越大[23, 36]。如Jien 等[43]和陳小梅等[44]發(fā)現(xiàn)，松林凋落物中烷氧碳含量多于季風(fēng)林和混交林，而烷基碳含量后者高于前者，并推測(cè)SOC穩(wěn)定性與土壤惰性指數(shù)正相關(guān)。本研究中，季風(fēng)常綠闊葉林惰性指數(shù)最高(表4)，可能與其較高烷基碳含量有關(guān)(圖3)；6種不同植被類型惰性指數(shù)均隨土壤深度下降，其原因可能是土壤中小分子碳水化合物及蛋白質(zhì)可以形成土壤膠質(zhì)體或被黏土礦物質(zhì)通過物理過程等方式長期保存在深層土壤中[45]；同時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)凋落物輸入增加可以產(chǎn)生激發(fā)效應(yīng)，使深層土壤宿存、惰性有機(jī)碳穩(wěn)定性下降，分解加速[30, 46]，導(dǎo)致深層土壤惰性指數(shù)降低。惰性指數(shù)隨土壤深度變化規(guī)律提示我們?cè)谘芯可鷳B(tài)系統(tǒng)固碳過程時(shí)不能簡(jiǎn)單認(rèn)為土壤越深SOC越穩(wěn)定或惰性碳含量越高。本研究中雖然常綠闊葉林和灌草惰性指數(shù)高于其他植被類型，但由于灌草凋落物分解速率快[47]，導(dǎo)致土壤中烷氧碳含量偏低(表4)，其固碳能力并不強(qiáng)；而常綠闊葉林中凋落物含量高，加之較高的生產(chǎn)力和惰性指數(shù)(表4)，表現(xiàn)出很強(qiáng)的固碳能力。

本研究還發(fā)現(xiàn)，芳香碳對(duì)表層土壤ROC含量具有重要影響，同Ma 等[48]研究結(jié)果相似；同時(shí)，對(duì)不同土層惰性碳組分分析結(jié)果顯示(圖3)，烷基碳對(duì)惰性指數(shù)影響較大，且烷基碳含量越高，惰性指數(shù)越大。因此增加凋落物中具有較高烷基碳、芳香碳、酚類化合物或它們的前體化合物含量的物種有助于提高森林土壤尤其是表層土壤固碳能力。在鶴山6種植被中，常綠闊葉林、鄉(xiāng)土樹林和馬占相思林土壤中烷基碳含量(圖3A)和惰性指數(shù)均處于較高水平，表明它們對(duì)SOC的保存能力較其他幾種植被類型強(qiáng)。因此在選擇物種對(duì)退化森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)時(shí)可以優(yōu)先考慮選用，如在恢復(fù)初期選擇固氮植物為先鋒種，快速增加土壤表層有機(jī)質(zhì)含量，再輔以鄉(xiāng)土樹種，構(gòu)建穩(wěn)定常綠闊葉林，在提高森林SOC儲(chǔ)量同時(shí)，提升SOC穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)退化生態(tài)系統(tǒng)植被的持續(xù)性恢復(fù)。

4 結(jié)論

南亞熱帶鶴山森林SOC含量受季節(jié)、土壤深度和植被影響顯著：干季SOC含量顯著高于或具高于濕季趨勢(shì)，0 ~ 10 cm土層SOC含量最高且隨土層深度降低，馬占相思林SOC含量最高，馬尾松林和灌草最低；6種植被中，0 ~ 40 cm土層內(nèi)SOC有43% 存在0 ~ 10 cm土層中，馬占相思林0 ~ 10 cm土層較其他植被更容易積累SOC；常綠闊葉林、鄉(xiāng)土樹林和馬占相思林烷基碳和ROC惰性指數(shù)高于桉樹林和馬尾松林，揭示這2種植被SOC具有更高穩(wěn)定性；SOC與土壤TAN含量呈顯著正相關(guān)?；谝陨辖Y(jié)果，建議在退化森林生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)實(shí)際中，可在初期營造豆科馬占相思林，快速提高表層土壤SOC，中期輔以鄉(xiāng)土樹種營造常綠闊葉林，能利于提高森林SOC穩(wěn)定性。

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Characteristics of Soil Organic Carbon Under Different Forest Types in Heshan of Southern China

TANG Songbo1,2,3, XI Dan4, REN Wendan1,2,3, KUANG Yuanwen1,3*

(1 Key Laboratory of Vegetation Restoration and Management of Degraded Ecosystems, South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3 Guangdong Provincial Key Laboratory of Applied Botany, Guangzhou 510650, China; 4 Forestry College, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China)

The storage and dynamics of soil organic carbon (SOC) under different forest types is one of the important concerns of global change. We determined the seasonal (dry and wet seasons) and spatial (0–10, 10–20 and 20–40 cm depths) variations of SOC under six forest types (Shrub-grass forest, SF; Masson pine forest, PF; Eucalyptus forest, EF; Native-species forest, NF; Acacia forest, AF; Monsoon evergreen broadleaved forest, MF) in Heshan, southern China. Carbon recalcitrant indexes (RIC) and its relationships with total available nitrogen (TAN) in soils of the forest types were also detected. The results showed that: 1) the contents of SOC under 6 forest types were higher in wet season than in dry season with a declining trend with the increase of soil depth, SOC content was highest in AF while lowest in PF and SF; 2) 0–10 cm depth soils had highest proportion of SOC storage (more than 40%) for 0–40 cm depth soils; 3) RIC decreased with increase of soil depth. The higher contents of Alkyl-C and ROC in MF, NF and AF than in EF and PF implied that SOC in the former three forest types had higher stability; and 4) SOC contents significantly positively correlated with soil TAN contents in all forest types. The results suggested that in the process of vegetation restoration, the selection of legume species coupled with native species constructing evergreen broadleaved forest would improve potential carbon sink of forests.

Soil organic carbon; Total availability nitrogen; Forest types; Seasonal pattern; Carbon recalcitrant index

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(No. 41471443)資助。

(kuangyw@scbg.ac.cn)

湯松波(1992 —)，男，江西上饒人，碩士研究生，主要從事森林生態(tài)研究。E-mail: TangSongbo@scbg.ac.cn

10.13758/j.cnki.tr.2018.01.017

Q94；S154.1

A