袁 強(qiáng)，魏云敏

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030;2.黑龍江省森林保護(hù)研究所，黑龍江哈爾濱150040)

隨著氣候的逐漸變暖，土壤有機(jī)碳庫(kù)被認(rèn)為是導(dǎo)致大氣碳庫(kù)和全球氣候變化的主要原因之一，近年來(lái)，成為研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，同時(shí)也是了解和研究土壤碳循環(huán)的重要場(chǎng)所［1］。作為土壤活性有機(jī)碳組分之一的土壤溶解性有機(jī)碳，因其對(duì)大氣溫室氣體和微生物新陳代謝的等存在潛在的影響而成為關(guān)注的焦點(diǎn)，并已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究。土壤溶解性有機(jī)碳是指土壤經(jīng)過(guò)鹽溶液或水等不同溶劑獲得的土壤中溶解性的部分有機(jī)碳，是具有不同分子量大小、不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)物，包括碳水化合物和有機(jī)酸等［2］，屬于土壤活性有機(jī)碳，這類有機(jī)碳受植物和微生物的影響強(qiáng)烈，具有一定的溶解性和易分解性，對(duì)植物和微生物而言是活性較高的那一部分土壤碳素。土壤溶解性有機(jī)碳因其易溶性和移動(dòng)性，是土壤圈與大氣圈、水圈等相關(guān)圈層進(jìn)行物質(zhì)交換的主要形式。

目前，國(guó)內(nèi)外研究者已對(duì)土壤溶解性有機(jī)碳進(jìn)行了一些研究。徐秋芳等［3］研究了毛竹林、杉木林、馬尾松林和闊葉林4種林型中溶解性有機(jī)碳的含量變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶解性有機(jī)碳含量:毛竹林＞杉木林＞馬尾松林、闊葉林＞馬尾松林，并且它們之間均存在顯著差異(P＜0.05)。森林采伐和造林對(duì)土壤中溶解性有機(jī)碳的影響研究還存在分歧不同看法。楊頂田等［4］研究發(fā)現(xiàn)森林采伐后土壤中溶解性有機(jī)碳含量呈下降趨勢(shì)，但其原因可能是森林采伐后地表徑流增加所致;McDowe11等［5］研究表明森林采伐后溶解性有機(jī)碳含量沒有顯著性變化。Quideau等［6］研究表明土地上造林后土壤中的溶解性有機(jī)碳含量增加;Collier等［7］研究表明造林與溶解性有機(jī)碳含量沒有關(guān)系。張金波等［8］和李淑芬等［9］研究表明，土地利用的變化導(dǎo)致土壤溶解性有機(jī)碳含量變化明顯，自然土壤轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田后土壤溶解性有機(jī)碳含量明顯降低，耕作年數(shù)越長(zhǎng)，減少的趨勢(shì)越明顯。曾有學(xué)者對(duì)未受擾動(dòng)或擾動(dòng)較小的小葉章草甸土壤、人工林和島狀林進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小葉章草甸土壤溶解性有機(jī)碳含量最高，為(415.55±35.94)mg/kg，人工林和島狀林含量稍低，分別為(221.35±19.14)和(214.18±18.52)mg/kg。國(guó)內(nèi)外研究主要集中在土地利用方式變化、耕作和森林采伐等對(duì)土壤溶解性有機(jī)碳的影響，而火強(qiáng)度對(duì)土壤溶解性有機(jī)碳產(chǎn)生的影響目前研究很少。筆者針對(duì)不同強(qiáng)度火燒對(duì)興安落葉松土壤溶解性有機(jī)碳的影響，以期為今后營(yíng)林用火和火對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響提供科學(xué)依據(jù)。

研究區(qū)域選在以興安落葉松林為主要樹種的黑龍江省大興安嶺地區(qū)，該地區(qū)近40年來(lái)火災(zāi)次數(shù)和面積不斷上升，多次發(fā)生森林火災(zāi)，總過(guò)火面積300余萬(wàn)hm2，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成了巨大的影響［7］。被林火頻繁干擾的大興安嶺地區(qū)為研究不同強(qiáng)度火燒對(duì)土壤溶解性有機(jī)碳的影響提供了理想研究場(chǎng)所。筆者通過(guò)測(cè)定溶解性有機(jī)碳及相關(guān)指標(biāo)，探討不同強(qiáng)度火燒對(duì)土壤溶解性有機(jī)碳的影響，以期為揭示興安落葉松林下不同強(qiáng)度火燒對(duì)土壤有機(jī)碳組分的影響提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況 研究區(qū)位于黑龍江省大興安嶺松嶺區(qū)南甕河自然保護(hù)區(qū)2006年因雷擊引起森林火災(zāi)火燒跡地內(nèi)，地處 125°07＇55″～125°50＇05″E，51°05＇07″～51°39＇24″N，該自然保護(hù)區(qū)在大興安嶺松嶺區(qū)境內(nèi)，總面積約229 523 hm2。研究區(qū)地形屬于低山丘陵地帶，地處寒溫帶，冬季寒冷，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，夏季炎熱，持續(xù)時(shí)間較短，屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫-3℃，最高氣溫35.5℃、最低氣溫-43.8℃，極端最低氣溫-48℃，年日照時(shí)數(shù)2 500 h，無(wú)霜期90～100 d，植物生長(zhǎng)期110 d，降雨量415～500 mm，土壤為棕色針葉林土。主要樹種為興安落葉松(Larix gmelinii)，其余有白樺(Betula platyphylla Suk.)、黑樺(Betula davurica)、柞樹(Xylosma japonicum)、山楊(Populus davidiana Dode)等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置。在2006年4月杜鵑興安落葉松林火燒跡地上選取不同強(qiáng)度火燒樣地，以臨近未火燒區(qū)作為對(duì)照樣地，每個(gè)強(qiáng)度火燒樣地及未火燒區(qū)各設(shè)置3塊標(biāo)準(zhǔn)樣地，共計(jì)12塊，樣地大小均為20 m×20 m。不同強(qiáng)度和對(duì)照樣地林分特征如表1所示。

表1 不同強(qiáng)度火燒后興安落葉松林的林分特征

1.2.2 樣品采集。于2010年5～11月進(jìn)行土壤樣品的采集。每次每塊樣地內(nèi)采用5點(diǎn)混合隨機(jī)取樣法取樣，在每處采樣點(diǎn)先移去土壤上的枯落物及雜物后用土鉆采集土壤0～15 cm的土樣3份，混和后作為1個(gè)土壤樣品，不同強(qiáng)度火燒樣地和對(duì)照樣地每塊3次重復(fù)，共計(jì)12份土壤樣品。土壤樣品被帶回實(shí)驗(yàn)室，去掉枯落物及其他雜質(zhì)，一部分過(guò)2 mm篩用于土壤溶解性有機(jī)碳測(cè)定，同時(shí)將一部分土樣取出用于物理化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定。

1.2.3 樣品的測(cè)定。樣品測(cè)定參考JIANG R等［10］的方法。新鮮土樣過(guò)2 mm篩，稱取相當(dāng)于烘干土重10 g土樣，用0.5 mol/L K2SO4溶液浸提，按照土水比1∶5的比例混勻，在25℃條件下以250 r/min的轉(zhuǎn)速振蕩1 h，在轉(zhuǎn)速為15 000 r/min離心機(jī)上離心10 min，上部懸浮液過(guò)0.45 μm薄濾膜，過(guò)濾液在multiC/N3000分析儀(Elementar，Germany)上測(cè)定(濾液如果不能及時(shí)測(cè)定，可裝在聚乙烯管中放置在-15℃冰箱中保存)。

土壤總有機(jī)碳(TOC)含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法;全氮含量的測(cè)定采用Vario EL 3元素分析儀(Elementar，Germany);土壤溫度使用土壤溫度計(jì)測(cè)定。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，相關(guān)性分析采用Person法，方差分析采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同強(qiáng)度火燒對(duì)土壤溶解性有機(jī)碳的影響 從圖1可以看出，對(duì)照樣地與輕度、中度和重度火燒樣地中土壤溶解性有機(jī)碳分別為286.08～513.25、252.47～567.38、278.63～520.13和235.14～497.89 mg/kg，土壤溶解性有機(jī)碳平均值為:對(duì)照樣地370.77 mg/kg，輕度火燒樣地372.55 mg/kg，中度火燒樣地351.75 mg/kg，重度火燒樣地338.72 mg/kg，土壤溶解性有機(jī)碳含量大小依次為輕度火燒樣地＞對(duì)照樣地＞中度火燒樣地＞重度火燒樣地，溶解性有機(jī)碳含量隨著火強(qiáng)度的增強(qiáng)而逐漸降低，對(duì)照樣地、輕度火燒分別與重度火燒之間差異顯著(P＜0.05)，其他樣地之間差異不顯著(P＞0.05)。

2.2 不同強(qiáng)度火燒跡地中土壤溶解性有機(jī)碳的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化 從圖2可以看出，不同強(qiáng)度火燒跡地中土壤溶解性有機(jī)碳具有明顯的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化，隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)先減少后增加的V型或雙V型的變化趨勢(shì)，季節(jié)變化顯著(P＜0.05)。不同強(qiáng)度火燒樣地和對(duì)照樣地中溶解性有機(jī)碳含量范圍為235.14～520.13 mg/kg，占總有機(jī)碳的比例為0.26%～1.86%，土壤溶解性有機(jī)碳含量在不同月份有不同的高低變化和差異，表現(xiàn)為輕度火燒樣地中土壤溶解性有機(jī)碳含量高于中度和重度火燒跡地(重度火燒跡地中7月除外)，對(duì)照樣地中溶解性有機(jī)碳高于中度火燒跡地，而重度火燒跡地中除5和7月外，對(duì)照樣地土壤有機(jī)碳含量均高于重度。6月，輕度和中度火燒跡地中溶解性有機(jī)碳含量差異不顯著外，其他樣地間均差異顯著(P＜0.05);11月，中度和重度火燒跡地中溶解性有機(jī)碳含量差異顯著(P＜0.05)，對(duì)照樣地和重度火燒樣地之間差異顯著(P＜0.05)，其他月份差異均不顯著(P＞0.05)。

2.3 溶解性有機(jī)碳與相關(guān)因子的關(guān)系 相關(guān)性分析表明，溶解性有機(jī)碳與土壤含水率呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)，與pH呈負(fù)線性相關(guān)，與土壤溫度、全氮和總有機(jī)碳呈正線性相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

不同強(qiáng)度火燒樣地和對(duì)照樣地中溶解性有機(jī)碳含量范圍為235.14～520.13 mg/kg，占總有機(jī)碳的比例為0.26% ～1.86%，對(duì)照樣地與輕度、中度和重度火燒樣地中土壤溶解性有機(jī)碳含量分別為286.08～513.25、252.47～567.38、278.63～520.13和235.14～497.89 mg/kg，平均值分別為:對(duì)照樣地370.77 mg/kg，輕度火燒樣地372.55 mg/kg，中度火燒樣地351.75 mg/kg，重度火燒樣地338.72 mg/kg。葛萍［11］對(duì)合肥市蜀山森林公園重度受損馬尾松林、輕度受損馬尾松林、麻櫟成林和麻櫟幼林土壤溶解性有機(jī)碳含量進(jìn)行研究，結(jié)果表明其溶解性有機(jī)碳含量分別為52.38～126.96、45.02～111.29、48.58～180.50和 53.22～173.71 mg/kg。D S.Ross和R J.Bartlett等用針筒抽取法測(cè)得美國(guó)山毛櫸沼澤灰土的溶解性有機(jī)碳含量為25～250 mg/kg［12］。該研究中不同強(qiáng)度火燒跡地溶解性有機(jī)碳平均值高于王連峰等［13］在廬山研究土壤溶解性有機(jī)碳的含量(289.85±111.04)mg/kg，造成這種差異可能與火強(qiáng)度干擾土壤有機(jī)質(zhì)層有關(guān)，但也可能與植被類型、氣候和立地條件等有關(guān)［14］。南方地區(qū)高溫高濕，林下枯落物層分解較快，土壤中有機(jī)碳含量較低;北方低溫，林下枯落物層累積較厚，土壤中有機(jī)碳含量較高，因?yàn)槿芙庑杂袡C(jī)碳含量很大程度上取決于總有機(jī)碳量，與該研究中溶解性有機(jī)碳與總有機(jī)碳呈正相關(guān)的研究結(jié)果相同。

該研究結(jié)果表明不同強(qiáng)度火燒跡地中土壤溶解性有機(jī)碳具有明顯的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化，季節(jié)變化顯著(P＜0.05)。這與葛萍［11］對(duì)馬尾松林溶解性有機(jī)碳季節(jié)變化和Mcdowell等［15］研究結(jié)果相一致，但最低和最高值略有不同。葛萍［11］研究發(fā)現(xiàn)馬尾松林下溶解性有機(jī)碳平均含量的季節(jié)變化規(guī)律為秋季＞春季＞冬季＞夏季。Mcdowell研究中夏秋季最高，而該研究中對(duì)照、輕度和中度火燒跡地中溶解性有機(jī)碳最高值出現(xiàn)在11月(秋季)，重度火燒樣地最高值出現(xiàn)在5月(春季)，而最低值出現(xiàn)在6月和9月，與該研究中沒有冬季數(shù)據(jù)有關(guān)，也可能與枯落物層分布不均有關(guān)。

該研究中溶解性有機(jī)碳含量與總有機(jī)碳含量呈正相關(guān)，但相關(guān)性沒有達(dá)到顯著水平，因?yàn)槿芙庑杂袡C(jī)碳占總有機(jī)碳的比例為0.26% ～1.86%，所占比例很小，所以其與總有機(jī)碳未達(dá)到顯著相關(guān)，而它來(lái)自于總有機(jī)碳，總有機(jī)碳含量決定著溶解性有機(jī)碳量，會(huì)隨著總有機(jī)碳的增加而增加。溶解性有機(jī)碳與土壤含水率呈顯著正相關(guān)，與Lundquist等［16］的研究結(jié)果相一致。與濕樣相比，干樣中溶解性有機(jī)碳含量要低得多［17］。溶解性有機(jī)碳與pH呈負(fù)線性相關(guān)，與李淑芬和俞元春等［9］研究結(jié)果相一致，土壤pH下降導(dǎo)致土壤微生物的生命活動(dòng)減弱，因此溶解性有機(jī)碳的含量也有所降低［18］。溶解性有機(jī)碳與土壤溫度的相關(guān)性目前還存在異議，該研究中溶解性有機(jī)碳與土壤溫度呈正線性相關(guān)，與Godde等［19］和Macdonald等［20］的研究結(jié)果相一致，表明在一定溫度范圍內(nèi)溫度升高有利于促進(jìn)土壤中溶解性有機(jī)碳的淋溶。溶解性有機(jī)碳含量與全氮含量呈正相關(guān)，這是因?yàn)橥寥乐杏袡C(jī)質(zhì)的氮含量的高低會(huì)影響到微生物對(duì)其分解速度的快慢［21-22］。有機(jī)質(zhì)中含氮量高的那部分容易被微生物分解，利用、轉(zhuǎn)化速度較快，從而對(duì)土壤活性碳含量產(chǎn)生有一定程度的影響［23］。

目前，火干擾對(duì)溶解性有機(jī)碳的影響研究很少。該研究中不同強(qiáng)度火燒樣地和對(duì)照樣地中溶解性有機(jī)碳含量范圍為235.14～520.13 mg/kg，占總有機(jī)碳比例為0.26% ～1.86%，所占比例很小，存在相關(guān)但不顯著。土壤溶解性有機(jī)碳均值在不同強(qiáng)度火燒跡地中表現(xiàn)為輕度火燒樣地＞對(duì)照樣地＞中度火燒樣地＞重度火燒樣地，溶解性有機(jī)碳含量隨著火強(qiáng)度的增強(qiáng)而逐漸降低，溶解性有機(jī)碳具有明顯的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化，活性有機(jī)碳具有易溶性和易分解性，隨著植被和微生物等波動(dòng)，呈現(xiàn)季節(jié)性變化。但其易受外界因素的影響和干擾，但影響程度還存在很多分歧，尚需要進(jìn)一步研究。

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