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1 第４２卷第２期南京林业大学学报自然科学版ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ２０１８年３月ＤＯＩ１０３９６９ｊｉｓｓｎ１０００２００６２０１７０６０４０Ｖｏｌ４２Ｎｏ２Ｍａｒ２０１８长白山不同海拔原始红松林土壤活性有机碳含量的生长季动态刘明慧１孙雪１于文杰２秦立武２冯富娟１* １东北林业大学生命科学学院黑龙江哈尔滨１５００４０２长白山科学研究院长白山生物群落与生物多样性吉林省联合重点实验室吉林安图１３３６１３摘要目的研究长白山原始红松林土壤可溶性有机碳ｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎＤＯＣ微生物生物量碳ｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎＭＢＣ易氧化碳ｅａｓｉｌｙｏｘｉｄｉｚｅｄｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎＥＯＣ的含量随海拔变化的垂直地带性规律生长季动态及差异机制方法以长白山海拔６９９１１７７ｍ的原始红松阔叶林为对象以１００ｍ为间隔选择原始红松林同一海拔设置３块重复样地在每个样地内选取１０个随机观察样方１５ｃｍ１５ｃｍ分析０２０ｃｍ表层土中土壤３种活性有机碳的含量随海拔及生长季的动态变化结果原始红松林土壤ＤＯＣ含量随海拔升高而增大ＥＯＣ含量除在１１７７ｍ处较低外在海拔６９９１０４４ｍ间整体上呈现出高海拔处大于低海拔的趋势ＭＢＣ含量仅在５６月表现为低海拔处大于高海拔其他月份也呈现出与ＥＯＣ相同的规律３种活性有机碳占土壤总有机碳ｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎＴＯＣ比例分别在０１０１４５００８２１８和５２０６９１８之间随海拔变化规律与其含量变化规律相似在５１０月的生长季内３种土壤活性有机碳含量及占ＴＯＣ比例在月份间差异显著００５土壤ＤＯＣ含量最高值出现在９月ＭＢＣ含量在６月和９月较高ＥＯＣ含量的最高值则出现在５月和６月土壤活性有机碳各组分含量与土壤有效氮有效磷有效钾ｐｈ含水率容重的相关性均达到显著水平００５且与土壤含水率的相关性最强ｒ０８３５结论处于海拔６９９８１８ｍ间原始红松林的土壤有机碳库稳定性更高土壤碳汇功能更强土壤碳素的积累主要发生在５７８１０月此期ＴＯＣ分解速度较慢土壤碳汇功能更强森林土壤活性有机碳含量可作为衡量土壤中ＮＫ动态变化的敏感性指标关键词原始红松林土壤活性有机碳海拔土壤肥力碳源汇长白山中图分类号Ｓ７１８文献标志码Ａ文章编号１０００２００６２０１８０２００６７０８ＳｅａｓｏｎａｌｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｓｏｉｌａｃｔｉｖｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｉｎｕｓｋｏｒａｉｅｎｓｉｓｆｏｒｅｓｔｉｎＣｈａｎｇｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎｓＣｈｉｎａＬＩＵＭｉｎｇｈｕｉ１ＳＵＮＸｕｅ１ＹＵＷｅｎｊｉｅ２ＱＩＮＬｉｗｕ２ＥＮＧｕｊｕａｎ１１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅＮｏｒｔｈｅａｓｔｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＨａｒｂｉｎ１５００４０Ｃｈｉｎａ２ＣｈａｎｇｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓＪｉｌｉｎｒｏｖｉｎｃｉａｌＪｏｉｎｔＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｈａｎｇｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎＢｉｏｃｏｎｅｎｓｉｓＢｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙＡｎｔｕ１３３６１３ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔＯｂｊｅｃｔｉｏｎＩｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｚｏｎａｌｒｅｇｕｌａｒｉｔｙｗｉｔｈａｌｔｉｔｕｄｅａｎｄｇｒｏｗｔｈｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｓｏｉｌｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎＤＯＣｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎＭＢＣａｎｄｅａｓｉｌｙｏｘｉｄｉｚｅｄｃａｒｂｏｎＥＯＣｉｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｉｌｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅａｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｐｏｏｌａｎｄｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｋｏｒａｉｅｎｓｉｓｆｏｒｅｓｔｗｈｉｃｈｉｓｏｆｇｒｅａｔｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｉｎｔｈｅｃｏｎｔｅｘｔｏｆｇｌｏｂａｌｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅＭｅｔｈｏｄＷｅｓｅｌｅｃｔｅｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｉｎｕｓｋｏｒａｉｅｎｓｉｓｂｒｏａｄｌｅａｖｅｄｍｉｘｅｄｆｏｒｅｓｔｉｎＣｈａｎｇｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎｆｒｏｍ６９９ｔｏ１１７７ｍａｓａｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔａｎｄｓｅｌｅｃｔｅｄｓａｍｐｌｅｐｌｏｔｓａｔ１００ｍｉｎｔｅｒｖａｌｓＡｔｔｈｅｓａｍｅａｌｔｉｔｕｄｅｔｈｒｅｅｓａｍｐｌｅｐｌｏｔｓｗｅｒｅｓｅｔａｎｄａｔｏｔａｌｏｆ１０ｓａｍｐｌｉｎｇｐｏｉｎｔｓｗｉｔｈａｓｉｚｅｏｆ１５ｃｍ１５ｃｍｗｅｒｅｒａｎｄｏｍｌｙｓｅｔｕｐｉｎａｎＳｓｈａｐｅａｔｅａｃｈｐｌｏｔＴｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＤＯＣＭＢＣａｎｄＥＯＣｉｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｉｌ０２０ｃｍｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｐｏｔａｓｓｉｕｍｓｕｌｆａｔｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍｆｕｍｉｇａｔｉｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｎｄｐｏｔａｓｓｉｕｍｐｅｒｍａｎｇａｎａｔｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｖａｒｉａｔｉｏｎｓｉｎａｌｔｉｔｕｄｅａｎｄｇｒｏｗｉｎｇｓｅａｓｏｎｓＲｅｓｕｌｔＷｅｆｏｕｎｄｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＤＯＣｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈａｌｔｉｔｕｄｅｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＥＯＣｓｈｏｗｅｄａｔｒｅｎｄｏｆｈｉｇｈｅｒｃｏｎｔｅｎｔｓａｔａｌｔｉｔｕｄｅｓｏｆ６９９１０４４ｍａｌ收稿日期２０１７０６２０修回日期２０１７１２０６基金项目国家自然科学基金项目３１６７０４９６长白山科学研究院开放基金项目２０１５０６第一作者刘明慧１３２３８８９５６０ｑｑｃｏｍ通信作者冯富娟ｆｆｊ９０１８ｓｉｎａｃｏｍ教授引文格式刘明慧孙雪于文杰等长白山不同海拔原始红松林土壤活性有机碳含量的生长季动态Ｊ南京林业大学学报自然科学版２０１８４２２６７７４

2 68 南京林业大学学报 ( 自然科学版 ) 第 42 卷 though a lower content was observed at m, and MBC exhibited the same pattern as EOC but in May and June. The three components accounted for 0.10%-1.45%, 0.08%-2.18% and 5.20%-69.18% of the TOC, respectively. Contents of the three active organic carbons and their proportions accounting for TOC changed obviously during the growing season ( from May to October), with significant differences between months (P<0.05). The DOC content was higher in Septem ber, the MBC content was higher in June and September, and the EOC contents was the highest in May and June. The contents of all the three components were significantly correlated with available mineral nutrients ( nitrogen, phosphorus, and potassium), ph, bulk density and water content of the soil samples (P<0.05), of which the correlation with water content was the highest (r = 0.835). Conclusion The above results imply that the P. koraiensis forest at m has a higher soil organic carbon pool stability and stronger soil carbon sink capacity. The accumulation of soil carbon mainly occurred in May, July, August and October, indicating a higher soil carbon sink capacity during this period. In general, the content of soil active organic carbon in the forest soil could be used as a sensitivity index to measure dynam ic changes in forest soil nutrients (N, P and K). Keywords:primitive Pinus koraiensis forest; soil active organic carbon; elevation; soil fertility; carbon source / sink; Changbai Mountain 森林土壤碳库是陆地碳库的重要组成之一, 约占全球陆地生态系统的 3 / 4, 其微小变化都可能影响大气中 CO 2 的浓度 [1-2], 在全球碳循环中起着至关重要的作用土壤碳分为土壤有机碳和土壤无机碳, 土壤有机碳成分复杂, 存在多种有机碳组分和形式, 其中土壤活性有机碳是土壤有机碳重要的组成部分 [3-4] 土壤可溶性有机碳 ( dissolved organic carbon, DOC) 微生物生物量碳( microbial biomass carbon, MBC) 易氧化碳 ( easily oxidized organic carbon, EOC) 则被视作土壤活性有机碳的重要的指标 [5] 虽然土壤活性有机碳含量在总有机碳 (total organic carbon, TOC) 中只占一小部分, 但其能直接参与土壤中生物化学过程, 是碳从土壤碳库释放到大气碳库的主要媒介 [6-7], 对环境具有高度敏感性 [8], 能够在全球碳库变化之前反映土壤的微小变化, 对预测未来全球气候变化具有重要作用, 因而土壤活性有机碳受到广泛关注 [5-10] 海拔的变化是影响森林土壤活性有机碳的重要因子之一, 能够直接或间接影响森林土壤碳库的大小及稳定性近年来得到公认的是, 土壤活性有机碳具有一定垂直地带性规律, 土壤有机碳库的稳定性与海拔变化有关 [11] 但是, 关于土壤活性有机碳随海拔变化规律的研究并未得到一致结论, 多数研究认为土壤活性有机碳随海拔升高呈增加的趋势 [12-13], 也有研究认为 DOC MBC 等组分没有表现出明显的海拔分布特征 [14] 实际上, 海拔变化引起的包括温度降水等环境因子的梯度效应, 主要影响土壤理化性质和植被类型的变化, 这些因素的变化及其相互作用又会直接或间接地影响土 [11, 壤活性有机碳的梯度效应 13], 其中, 土壤理化性质是影响土壤表层活性有机碳的重要因素 [14] 以红松 (Pinus koraiensis) 为建群种的原始红松阔叶林是我国东北地区最有代表性的地带性顶极植被, 是我国温带针阔混交林带内最典型最多样最重要的森林生态系统 [15] 原始红松阔叶林也是北半球森林的重要组成部分, 该区域气候寒冷土壤潮湿有岛状永久性冻土存在, 属于全球气候变化敏感区域我国的原始红松林主要集中分布于长白山和小兴安岭, 其中长白山是研究温带森林对全球气候变化正负反馈的理想地带原始红松林是大气 CO 2 重要的碳汇, 长白山原始红松阔叶林全年森林净生态系统碳交换量可达 g / m 2 [16], 对平衡我国北方地区碳收支有着重要作用, 且长白山的原始红松林带分布在海拔 500 ~ m 之间, [17] 呈现典型的垂直地带性分布特征关于长白山原始红松林土壤活性有机碳的分布情况曾有过报道, 但多针对单一活性有机碳组分, 或小空间尺度变化 [18], 对长白山原始红松林整个垂直分布带的土壤活性有机碳空间变化规律的研究仍属空白笔者以长白山海拔 699 ~ m 的原始红松阔叶林为对象, 研究了 0~20 cm 表层土中土壤活性有机碳的组成结构随海拔变化的垂直地带性规律及生长季动态, 并探讨其差异机制, 研究结果为科学评价原始红松林土壤碳库的稳定性及碳源碳汇的潜在功能提供依据, 这在全球气候变化大背景下极具现实意义 1 材料与方法 1.1 研究区概况样地位于吉林省长白山国家级自然保护区内 ( ~ E, ~ N), 土壤类型为暗棕色森林土该地区属受季风影响的温带大陆性山地气候, 具有冬季寒

3 第 2 期刘明慧, 等 : 长白山不同海拔原始红松林土壤活性有机碳含量的生长季动态 69 冷漫长夏季短暂温凉的特点, 全年无霜期 100 d, 年均气温为 ~ 4. 9, 年相对湿度为 65% ~ 海拔 / m elevation 乔木 arbor Table 1 表 1 主要植物种 major plant species 灌木 shrub 74%, 从山脚到山顶, 年降水量变幅在 800 ~ mm 之间样地植被情况如表 1 所示不同海拔样地概况 Site conditions in elevations 草本 herbal 郁闭度 canopy density 平均树高 / m average height 平均胸径 / cm average DBH 土壤温度 / soil temperature S 针 / S 阔 699 红松色木槭紫椴水曲柳蒙古栎大青杨拧筋槭暴马丁香山梅花珍珠梅忍冬茶藨子鸡树条荚蒾山茄子鹿药猴腿蹄盖蕨唐松草荷青花老鹳草黑芝麻 ±3.3A 0.8±0.3A 818 红松白桦紫椴水曲柳臭冷杉黄檗红皮云杉香杨暴马丁香山梅花绣线菊刺玫蔷薇山楂叶悬钩子翅卫矛毛榛子长白忍冬鸡树条荚蒾卫矛刺五加木贼野芝麻山茄子老鹳草山尖子龙葵狼牙委陵菜 ±3.0A 0.4±0.2A 937 红松紫椴蒙古栎臭冷杉鱼鳞云杉白牛槭色木槭裂叶榆落叶松枫桦山杨青楷槭五角槭刺五加珍珠梅接骨木绣线菊鸡树条荚蒾山楂叶悬钩子忍冬大蓟野芝麻老鹳草粗茎鳞毛蕨山茄子重楼木贼唐松草 ±3.4A 1.9±2.0A 红松鱼鳞云杉红皮云杉臭冷杉色木槭紫椴水曲柳香杨青杨落叶松青楷槭卫矛刺五加东北茶藨子刺玫蔷薇山尖子山茄子粗茎鳞毛蕨木贼连线草重楼猴腿蹄盖蕨 ±3.2A 1.2±1.3A 红松臭冷杉鱼鳞云杉长白落叶松红皮云杉白桦珍珠梅刺五加卫矛木贼 ±3.8A 5.6±0.7B 注 :S 为胸高断面积 S. indicate the breast height basal area. 1.2 研究方法采用梯度格局法, 在长白山北坡海拔 699 ~ m 之间, 以 100 m 为间隔选择原始红松林, 同一海拔设置 3 块重复样地, 样地间隔大于 20 m, 样地面积为 20 m 20 m, 在每个样地内选取 10 个随机观察样方 (15 cm 15 cm) 去除地表凋落物层, 用环刀采集 0 ~ 10 cm 和 10 ~ 20 cm 土层样本, 用于土壤容重分析, 同时用直径 6 cm 的土芯取样器分别在 0 ~ 10 cm 和 10 ~ 20 cm 的深度采集表层土壤, 并将相同海拔同一样地内同层土壤样品混合均匀用无菌袋将土样密封放入带有冰袋的泡沫箱带回实验室, 并立即过 2 mm 筛, 去除土壤中可见植物根系和动植物残体将每份混合样分成两 [18] 部分, 一部分土样风干用于土壤理化指标和土壤 EOC 含量的测定, 另一部分保存于 -40 冰箱中, 用于土壤 DOC 和 MBC 含量的测定由于长白山地区 11 月至次年 4 月为土壤冻结期, 因此取样时间为 2016 年 5 月 14 日 6 月 19 日 7 月 14 日 8 月 19 日 9 月 20 日 10 月 16 日 1.3 样地树种结构调查每块样地内分别建立 3 个 20 m 20 m 的样方, 用胸径尺测量样地内大于 5 cm 的活立木胸径 (DBH, 式中记为 D SH ), 记录其种名及胸径大小, 计算每块样地 S 针 / S 阔, 即针叶树种与阔叶树种胸高断面积总和的比值 ( 表 1), 胸高断面积计算式为 : S = π (D BH / 2) 2 式中 :S 为胸高断面积,cm 2 ;D BH 为胸径,cm 1.4 土壤 TOC 含量及活性有机碳指标的测定测定土壤 TOC 含量采用 Multi N / C 2100s 分析仪土壤 DOC 含量的测定采用 0 5 mol / L K 2 SO 4 浸提法 [22], 浸提液用 TOC 仪测定浸提液中的碳含 [19] 量土壤 MBC 含量采用氯仿熏蒸法测定, 土壤 EOC 含量采用 KMnO 4 氧化法测定 [12] 1.5 数据分析采用单因素方差分析 ( One way ANOVA) 和 LSD 多重比较, 分析各活性有机碳组分在不同海拔及生长季不同月份之间的差异, 显著性水平设定为 α = 0.05 采用多因素方差分析法分析海拔土层取样时间及其交互作用对土壤活性有机碳含量的影响两种分析均利用 SPSS19.0 软件进行

4 ７０２南京林业大学学报自然科学版拔不同土层之间ＤＯＣ含量差异均不显著结果与分析２１第４２卷土壤ＤＯＣＭＢＣ和ＥＯＣ含量的变化０２１９００５各海拔的ＤＯＣ含量均呈现出单峰型的季１可溶性有机碳ＤＯＣ各月份土壤ＤＯＣ节变化节律且在９月份达到最高然后开始下降１Ａ１Ｂ５８９１０月的规律较为一致除海拔１土壤ＤＯＣ占土壤ＴＯＣ的比例在０１０含量随海拔变化的规律性存在一定差异表１图图１不同月份间差异均显著００５０４４ｍ略低外整体上随海拔升高呈上升趋势在１１４５之间变化情况见图２其比值在各海拔和ＤＯＣ含量随海拔变化没有明显的规律性除５６含量相似的变化规律１７７ｍ处达到最高值为８６９１０ｍｇｋｇ６月和７月月外其他各月海拔间差异显著００５同海图１ｉｇ１月份之间差异显著００５并呈现出与ＤＯＣ土壤ＤＯＣＭＢＣＥＯＣ含量随海拔及月份的变化ＣｈａｎｇｅｓｏｆｓｏｉｌＤＯＣＭＢＣａｎｄＥＯＣｃｏｎｔｅｎｔｓｗｉｔｈｅｌｅｖａｔｉｏｎｓａｎｄｍｏｎｔｈｓ注大写字母不同表示各月份之间显著差异性小写字母不同表示各海拔之间显著差异性００５值代表海拔间差异性下同ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｐｉｔａｌｌｅｔｔｅｒｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓａｍｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｎｔｈｓＴｈｅｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｔｅｒｓｍｅａｎｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓａｍｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｌｔｉｔｕｄｅｓ００５ＴｈｅｖａｌｕｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓａｍｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｌｔｉｔｕｄｅｓＴｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ２土壤微生物生物量碳ＭＢＣ各月份两土层ＭＢＣ含量随海拔的变化规律略有不同０１０著００５土壤ＭＢＣ占ＴＯＣ的比例变化在００８ｃｍ土层ＭＢＣ最高值多出现在海拔９３７１０４４ｍ２１８之间且随海拔和月份变化规律与ＭＢＣ含１０４４ｍ间除５６月表现为低海拔处大于高海拔ＴＯＣ值差异显著００５处最低值均出现在海拔１１７７ｍ处在海拔６９９外其他月份也呈现出高海拔处大于低海拔的规量变化规律相似图２各海拔和月份之间ＭＢＣ３土壤易氧化碳ＥＯＣ各月份０１０ｃｍ律１０２０ｃｍ土层ＭＢＣ含量在各个月份均没土层ＥＯＣ的海拔变化规律一致均呈单峰型曲线在６９９ｍ处ＥＯＣ最高值多出现在６９９ｍ处图１除５６月有明显的垂直变化规律图１Ｄ但最高值多出现除７１０月外的其他月份ＭＢＣ含量在海拔之间差异显著００５随土层的加深ＭＢＣ含量显著下降７２８８６００５除９３７ｍ外其他海拔ＭＢＣ含量的生长季曲线分别在６月和９月出现峰值月份间的差异只在６９９ｍ和１１７７ｍ处显图１Ｅ除７１０月外其他月份１０２０ｃｍ土层外其他月份ＥＯＣ含量在各海拔间差异不显著００５各海拔的０１０ｃｍ土层ＥＯＣ均显著高于１０２０ｃｍ土层１９５６３５００５０１０ｃｍ土层ＥＯＣ含量在不同海拔的变化规律见图１Ｃ１０２０ｃｍ土层ＥＯＣ含量在各海拔

5 第２期７１刘明慧等长白山不同海拔原始红松林土壤活性有机碳含量的生长季动态的季节波动没有一致的规律性各海拔土壤ＥＯＣ土壤ＥＯＣ占ＴＯＣ的比例范围为５２０含量多在５６月出现最高值８９月出现最低值６９１８其随海拔和季节的变化规律与ＥＯＣ含量ｍ外其他海拔处ＥＯＣ含量各月份间无显著差异差异显著００５图１Ｃ１０月份略有上升除海拔６９９ｍ和９３７００５图２ｉｇ２２２不同海拔月份时土壤ＤＯＣＭＢＣＥＯＣ含量占ＴＯＣ的比例ＴｈｅｒａｔｉｏｏｆｓｏｉｌＤＯＣＭＢＣａｎｄＥＯＣｔｏＴＯＣａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｌｅｖａｔｉｏｎｓａｎｄｍｏｎｔｈｓ土壤活性有机碳的影响效应土壤活性有机碳的影响效应如表２所示除ＤＯＣ对土层差异的响应不敏感外海拔取样时间和土层的变化对土壤活性有机碳组分及占ＴＯＣ的比例影响均达显著水平０００１多因素方差表２Ｔａｂｌｅ２差异来源ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｕｒｃｅ取样时间取样时间海拔取样时间土层取样时间海拔土层海拔土层海拔土层注０００１２３变化相似图２各海拔和月份之间ＥＯＣＴＯＣ值分析结果显示海拔和取样时间海拔和土层土层和取样时间的交互作用及三者的共同作用对土壤活性有机碳组分及所占ＴＯＣ的比例也有显著的影响０００１土壤活性有机碳影响效应的多因素方差分析Ｔｈｅｍｕｌｔｉｐｌｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｆｏｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｅｌｅｖａｔｉｏｎｏｎｓｏｉｌｌａｂｉｌｅｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ自由度ｄｆＤＯＣＭＢＣＥＯＣＤＯＣＴＯＣＭＢＣＴＯＣＥＯＣＴＯＣ５７１７７５８３１５５１４４２７２３４１７７３９５７０１８５２４８３９１２５１３８４２５２１０１７５０２５２０２０６０７４１９８３４２０８４７４７５４９１８０９０００５１２７６７８１４８９７５９０７２６３４９土壤活性有机碳与土壤理化因子的相关性采用ｅａｒｓｏｎ相关系数法对土壤活性有机碳与土壤理化因子的相关性分析表３土壤ＭＢＣＥＯＣ含量均与ＴＯＣ有效氮有效磷有效钾ｐｈ和含水率呈极显著正相关００１与容１１２０４２８１４１１８４４６１５９３１８８１００１３４７４８５３８１３６４２６３１８７９１７３７２０００５１４１８０１７５８２３２４０８１０２８２１３６５２２７９１５３０２６１３３８７１２１３７２７２重呈极显著负相关００１且二者与土壤含水率的相关系数最高土壤ＤＯＣ与有效磷ｐｈ呈极显著正相关００１与容重呈显著负相关００５土壤活性有机碳占ＴＯＣ比例与土壤理化因子的相关性与其对应含量的相关性相似

6 72 南京林业大学学报 ( 自然科学版 ) 第 42 卷 Table 3 表 3 土壤活性有机碳与理化指标的相关系数 The correlation between soil physical and chemical indexes and labile soil organic carbon 项目 items 总有机碳 total organic carbon 有效氮 available N 有效磷 available P 有效钾 available K ph 含水率 water content 容重 bulk density DOC MBC EOC DOC / TOC MBC / TOC EOC / TOC 注 :. P< 0. 05;.P< 讨论 3.1 海拔变化对土壤活性有机碳的影响长白山原始红松林土壤活性有机碳含量对海拔变化响应敏感, 3 种活性有机碳含量在海拔间差异显著生长季内,DOC 含量随海拔升高而增大,EOC 含量除在 m 处较低外, 在海拔 699 ~ m 间整体上呈现出高海拔处大于低海拔的趋势,MBC 含量仅在 5 6 月表现为低海拔处大于高海拔, 其他月份也呈现出与 EOC 相同的规律显然, 随海拔升高土壤温度的降低对 3 种活性有机碳都产生了不同程度的影响, 土壤温度的降低, 会引起土壤有机碳分解速度变慢, 易于活性有机碳的积累 [12] 但是, 海拔 m 处的 MBC EOC 含量却并不符合此规律, 这可能与 m 处样地内针叶树种所占比例明显偏高有关 ( 仅该处针叶与阔叶树种胸高断面积之比明显区别于其他样地, 且差异显著 ), 针叶树的凋落物由于含有很多难以分解的木质素等成分, 会降低土壤中 MBC 和 EOC 含量 [20], 而 DOC 除源自凋落物分解之外, 降水淋溶和土壤腐殖质是其更重要的来源, 故不会对 DOC 含量产生较大影响 [21] 至于 MBC 含量在 5 6 月份变化规律的特殊性, 可能与土壤含水率有关, 低海拔处早在 5 6 月之前积雪就开始融化, 土壤中充足的水分增强了微生物活性 [11], 引起了 MBC 含量的升高事实上,MBC 含量确实与土壤含水率呈显著正相关性相较于土壤活性有机碳含量, 其占 TOC 的比例更能反映出土壤有机碳库的状况 [22] DOC 占 TOC 的比例能准确反映出 TOC 的稳定性和损失状况 [23] ;MBC 与 TOC 的比值, 即微生物熵, 是指示土壤质量和土壤健康变化的有效指标 [24] ; EOC 与 TOC 的比值反映了土壤有机碳库的稳定性 [25] 长白山原始红松林的土壤 MBC DOC 与 TOC 的比值较小, 分别在 0. 10% ~ 1. 45% 和 0. 08% ~ 2. 18% 之间,EOC 与 TOC 的比值较大, 在 5.20% ~ 69.18% 之间, 这与多数针阔混交林土壤 MBC DOC 和 EOC 占 TOC 比值的变化范围是相符的 [12, 26-27] 3 项比值在海拔 699 ~ 818 m 间均较低, 说明此区的原始红松林的土壤有机碳的分解速率相对较慢, 土壤碳汇功能也更强 [23] 研究中还发现一个值得关注的问题, 田松岩 [28] 等曾提出小兴安岭的红松阔叶林中土壤 EOC 与 TOC 的比值为 15.25% ~ 18.85%, 和此次研究所获结果相差甚远如果 EOC 与 TOC 的比值在两个红松分布中心 ( 小兴安岭和长白山地区 ) 确实相差大的话, 其原因值得进一步深入研究, 因为这一点对于正确评价东北红松林的碳汇水平十分重要 3.2 土壤活性有机碳的生长季动态土壤活性有机碳对季节变化的响应是多种因素共同作用下的一个复杂过程长白山原始红松林 3 种土壤活性有机碳均呈现明显的季节动态变化, 月份间差异显著不同海拔同一活性有机碳的季节动态规律具有一定的相似性, 但仍存在一定的差异土壤 DOC 含量在所有海拔样地的季节变化曲线基本相同, 而土壤 MBC EOC 含量在海拔 900 m 以上样地的季节变化规律与低海拔的两个样地有所差异显然, 海拔的变化对土壤 MBC EOC 含量的季节动态产生了一定的影响, 但对 DOC 含量影响不大不同海拔样地中,3 种活性有机碳的极值出现的时期有所差异, 但 DOC 含量最高值多出现在 9 月,MBC 含量多在 6 月和 9 月较高, 而 EOC 含量的最高值则多出现在 5 月和 6 月淋失是 DOC 浓度损失的重要途径 [4], 长白山地区春季积雪融化夏季降雨集中会引发较强的淋失作用, 而导致 DOC 含量不同程度地降低 9 月以后, 一方面降水量开始减少,DOC 淋失量降低, 使土壤中 DOC 能够积累 ; 另一方面, 这个时期土壤中微生物活性相对较高, 同时地上植被的凋落物开始集中输入, 微生物的分解作用引起了 DOC 含量增加 [29] 由此可以推测, 降水量及凋落物的变化是影响土壤中 DOC

7 第 2 期刘明慧, 等 : 长白山不同海拔原始红松林土壤活性有机碳含量的生长季动态 73 含量的重要原因 [30] MBC EOC 含量变化的驱动因素则更为复杂, 研究区 5 6 月份土壤温度开始升高, 由于春坝作用 [31], 土壤微生物在与植物根系竞争养分中更占优势, 使得土壤中微生物生物量呈上升趋势 ; 而 7 8 月份地上植被迅速生长, 需要从土壤中获取更多养分, 从而加速了土壤有机碳的矿化 [32], 使二者含量有所降低, 且此期间温度和湿度较高, 土壤微生物量碳周转速度加快, 更加导致其累积量的减少 [33] ;9 10 月开始进入凋落物大量增加的时期, 促进了土壤有机碳的输入, 同时为微生物提供了丰富的代谢底物, 有利于微生物的生长, 使土壤 MBC 和 EOC 含量升高 [34] 综上, 土壤活性有机碳的季节变化与当地的气候变化规律和地上植被的生长节律均密切相关在 5 10 月的生长季内,3 种土壤活性有机碳含量及占 TOC 比例均呈现明显的动态变化, 各海拔样地的活性有机碳占 TOC 比例在月份之间差异显著,3 个比值均在 6 月和 9 月较高, 其他月份较低, 土壤碳素的积累主要发生在月, 这个时期 TOC 分解速度较慢 [35], 土壤碳汇功能较强 [23] 3.3 土壤理化性质对活性有机碳组分的影响土壤活性有机碳对海拔土层季节变化及其交互作用响应敏感显然, 随海拔土层季节变化, 土壤理化性质呈现出的时间和空间上的异质性, 是导致土壤活性有机碳发生波动的重要原因 [36] 土壤 MBC EOC 含量与有效氮有效磷有效钾 ph 含水率和容重极显著相关, 土壤 DOC 与有效磷 ph 极显著相关 ( P < 0. 01) 因此, 土壤 DOC MBC EOC 含量可作为衡量土壤养分 ( N P K) 含量变化和周转速率的重要指标土壤 MBC EOC 含量及其占 TOC 的比例与含水率的相关系数最高, 达到 0.835, 远高于上述其他指标的相关性系数, 可见含水率是土壤活性有机碳变化最主要的驱动因子由此推测, 在全球气候变化大背景下, 降水格局的变化对原始红松林土壤碳库稳定性的影响更为重要参考文献 (reference): [ 1 ] XU G, CHEN J, BERNINGER F, et al. Labile, recalcitrant, mi crobial carbon and nitrogen and the microbial community composi tion at two Abies faxoniana forest elevations under elevated temper atures[j]. Soil Biology and Biochemistry, 2015, 91: [ 2 ] 许凯, 徐钰, 葛之葳, 等. 氮添加对杨树人工林土壤活性有机碳季节变化的影响 [ J]. 南京林业大学学报 ( 自然科学版 ), 2014, 38( 3): DOI: / j. issn XU K, XU Y, GE Z W, et al. Effects of nitrogen addition on the seasonal variations of soil labile organic carbon in different age poplar plantations [ J ]. Journal of Nanjing Forestry University ( Natural Sciences Edition), 2014, 38(3): [ 3 ] 韩冬雪, 王宁, 王楠楠, 等. 不同海拔红松林土壤微生物功能多样性 [J]. 应用生态学报, 2015, 26(12): HAN D X, WANG N, WANG N N, et al. Soil microbial func tional diversity of different altitude Pinus koraiensis forests[ J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26 ( 12 ): [ 4 ] 沈宏, 曹志洪, 胡正义. 土壤活性有机碳的表征及其生态效应 [J]. 生态学杂志, 1999, 18(3): SHEN H, CAO Z H, HU Z Y. Characterization and ecological effects of soil labile organic carbon[ J]. Chinese Journal of Ecolo gy, 1999, 18(3): [ 5 ] LI S, ZHANG S, PU Y, et al. Dynamics of soil labile organic carbon fractions and C cycle enzyme activities under straw mulch in Chengdu Plain [ J]. Soil and Tillage Research, 2016, 155: DOI: / j.still [ 6 ] SHANG W, WU X, ZHAO L, et al. Seasonal variations in labile soil organic matter fractions in permafrost soils with different vege tation types in the central Qinghai Tibet Plateau [ J]. Catena, 2016, 137: [ 7 ] CHEN X, CHEN H Y H, CHEN X, et al. Soil labile organic car bon and carbon cycle enzyme activities under different thinning intensities in Chinese fir plantations[ J]. Applied Soil Ecology, 2016, 107: DOI: / j.apsoil [ 8 ] PIGNATARO A, MOSCATELLI M C, MOCALI S, et al. Assess ment of soil microbial functional diversity in a coppiced forest sys tem[j]. Applied Soil Ecology, 2012, 62(6): DOI: / j.apsoil [ 9 ] 李平, 王国兵, 郑阿宝, 等. 苏南丘陵区 4 种典型人工林土壤活性有机碳分布特征 [J]. 南京林业大学学报 ( 自然科学版 ), 2012, 36( 4): DOI: / j. issn LI P, WANG G B, ZHENG A B, et al. The variations of soil la bile organic carbon in four plantations in south of Jiangsu province [ J]. Journal of Nanjing Forestry University ( Natural Sciences E dition), 2012, 36(4): [10] XIAO Y, HUANG Z, LU X. Changes of soil labile organic carbon fractions and their relation to soil microbial characteristics in four typical wetlands of Sanjiang Plain, Northeast China [ J ]. Ecological Engineering, 2015, 82: DOI: / j. ecoleng [11] 向慧敏, 温达志, 张玲玲, 等. 鼎湖山森林土壤活性碳及惰性碳沿海拔梯度的变化 [ J]. 生态学报, 2015, 35( 18): DOI: / stxb XIANG H M, WEN D Z, ZHANG L L, et al. Altitudinal changes in active and recalcitrant soil carbon pools of forests in the Dinghu Mountains[ J]. Acta Ecologica Sinca, 2015, 35 ( 18 ): [12] 向成华, 栾军伟, 骆宗诗, 等. 川西沿海拔梯度典型植被类型土壤活性有机碳分布 [ J]. 生态学报, 2010, 30 ( 4): XIANG C H, LUAN J W, LUO Z S, et al. Labile soil organic carbon distribution on influenced by vegetation types along an ele vation gradient in west Sichuan, China [ J ]. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(4): [13] 徐侠, 权伟, 汪家社, 等. 武夷山不同海拔植被带土壤活性有机碳的季节变化 [ J]. 南京林业大学学报 ( 自然科学版 ), 2009, 33( 3): DOI: / j. issn XU X, QUAN W, WANG J S, et al. Seasonal variations of soil microbial available carbon in four plant communities along the al titude gradient in Wuyi Mountain[ J]. Journal of Nanjing Forestry University ( Natural Sciences Edition), 2009, 33(3): [14] 卢慧, 丛静, 薛亚东, 等. 海拔对神农架表层土壤活性有机碳含量的影响 [J]. 林业科学, 2014, 50(8): DOI: / j LU H, CONG J, XUE Y D, et al. Effects of elevation on surface

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