李勛　劉洋　張健　楊萬(wàn)勤　張艷　鄧長(zhǎng)春　張明錦　劉華

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué),成都，611130)

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林窗大小對(duì)馬尾松人工林凋落葉可溶性有機(jī)碳損失的影響1)

李勛劉洋張健楊萬(wàn)勤張艷鄧長(zhǎng)春張明錦劉華

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué),成都，611130)

基于人工林近自然改造，調(diào)控低山丘陵區(qū)馬尾松低效林林分結(jié)構(gòu)，探明馬尾松人工林不同面積林窗下，凋落葉可溶性有機(jī)碳(DOC)釋放規(guī)律。以長(zhǎng)江上游低山丘陵區(qū)人為采伐形成的馬尾松人工林7種林窗(100、225、400、625、900、1 225、1 600 m2)為研究對(duì)象，研究不同面積林窗的馬尾松(Pinusmassoniana)、紅椿(Toonaciliata)、樟(Cinnamomumcamphora)、楨楠(Phoebezhennan)等凋落葉可溶性有機(jī)碳(DOC)的損失率。結(jié)果表明：(1)林窗面積對(duì)凋落葉DOC損失率有顯著影響。中小面積林窗(225～625 m2)內(nèi)凋落物的DOC損失率高于其它面積林窗。(2)經(jīng)過(guò)1 a的分解，4種凋落葉的DOC損失率為61.55%～90.06%，其中：DOC損失率紅椿最高，馬尾松最低。(3)凋落葉的DOC損失主要集中在分解前期(0～90 d)，此后凋落葉的DOC損失速率不斷降低，且不同凋落物之間DOC損失速率的差異不斷減小。因此，在馬尾松低效林改造過(guò)程中，可利用中小面積林窗這一顯著作用，引入鄉(xiāng)土闊葉樹種紅椿、樟、楨楠，加速馬尾松人工林的物質(zhì)循環(huán)，維持林地肥力。

可溶性有機(jī)碳；林窗；馬尾松人工林；馬尾松凋落葉

We adjusted the structure of forest and explored the regularity of litter dissolved organic carbon (DOC) release in seven gap sizes of aPinusmassonianaplantation in a hilly area of the upper reaches of Yangtze River. The experiment was set up inPinusmassonianaplantation with seven different gap sizes (100, 225, 400, 625, 900, 1 225, and 1 600 m2) established by artificial thinning. The contents of DOC forPinusmassoniana(Pm),Toonaciliate(Tc),Cinnamomumcamphora(Cc) andPhoebezhennan(Pz) were evaluated in different sized forest gaps, with closed canopy as the control. Litterbags were collected from the gap center and the closed canopy in December of 2013, February, May, August and November of 2014. The forest gap size had significant effects on DOC loss rate small and medium sized gaps (225-900 m2) had greater effect on DOC loss rate forPm,Tc,Cc, andPzleaf litter. Over one-year decomposition, variation trend of DOC loss rate of descending order for four species wasTc(90.06%),Cc(85.17%),Pz(78.74%) andPm(61.55%). The DOC loss rate for four species mainly was concentrated in the early decomposition stages (first 90 days), and then was decreased quickly, and the difference of DOC loss rate (per 30 days) among four species diminished gradually. Therefore, when we reconstruct the low-function forest, we can take advantage of small and medium sized gaps, introduce native broad-leaf tree speciesTc,Cc,Pzto accelerate nutrient cycling, and maintain the soil fertility ofPinusmassonianaplantation.

凋落物分解過(guò)程中可溶性有機(jī)碳(DOC)的釋放不僅是森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的重要環(huán)節(jié),也對(duì)碳循環(huán)起著極其重要的作用[1-2]。DOC是森林生態(tài)系統(tǒng)中一類重要的、十分活躍的化學(xué)組分，也是微生物生長(zhǎng)和生物分解過(guò)程中的重要能量來(lái)源。DOC對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有效性和流動(dòng)性、污染物質(zhì)的毒性及其遷移特性、pH有直接影響[3-4]。DOC也會(huì)影響礦物風(fēng)化，與生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)具有密切的關(guān)系[5-7]。有關(guān)研究表明[8-10]：凋落物、土壤腐殖質(zhì)、土壤微生物和根系分泌物等是森林生態(tài)系統(tǒng)DOC的主要來(lái)源；森林枯枝落葉層不僅通過(guò)分解作用向大氣釋放CO2，通過(guò)淋溶作用把DOC遷移到礦質(zhì)土壤中，構(gòu)成森林碳平衡的重要組成部分。

馬尾松(Pinusmassoniana)是我國(guó)南方地區(qū)重要的造林樹種之一，適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱與瘠薄[11]。據(jù)全國(guó)第六次森林資源清查結(jié)果，馬尾松人工林現(xiàn)有面積583.27萬(wàn)hm2，居人工林第2位[12]。近年來(lái)，由于馬尾松人工林組成樹種單一、層次結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、林分密度和郁閉度過(guò)大，導(dǎo)致其發(fā)展到中齡林階段后，出現(xiàn)了林木長(zhǎng)勢(shì)普遍衰弱、地表植被蓋度小、物種多樣性低、生物多樣性貧乏、土壤供肥能力不足、病蟲害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)高、林分生產(chǎn)力低下等問(wèn)題[13]。林窗作為森林群落中經(jīng)常發(fā)生的小規(guī)模干擾，它的形成能改變林下微環(huán)境以及土壤養(yǎng)分的有效性等，為引入鄉(xiāng)土闊葉樹種進(jìn)行低效林分改造提供了必要的環(huán)境條件。林窗大小是森林的重要空間特征，直接影響著林內(nèi)的環(huán)境因子及其組合狀況[14-15]。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)林窗和DOC的研究主要涉及林窗的形成、林窗對(duì)森林群落的組成和動(dòng)態(tài)的影響[16-18]，天然林或次生林林窗特征[19-20]及環(huán)境因子特征[21-23]，土壤DOC的變化[24-27]等。林窗面積大小與凋落物的DOC損失率的關(guān)系，尚無(wú)明確的研究結(jié)論，因此，以四川宜賓來(lái)復(fù)鎮(zhèn)馬尾松人工林7個(gè)不同面積林窗為研究對(duì)象，通過(guò)引種鄉(xiāng)土闊葉樹種紅椿、樟、楨楠，形成斑塊狀混交人工林，研究不同大小林窗下針葉(馬尾松)和闊葉(紅椿、樟、楨楠)凋落葉1 a分解過(guò)程中的DOC釋放，為低山丘陵區(qū)馬尾松人工林物質(zhì)循環(huán)過(guò)程的合理調(diào)控、優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川盆地南緣，高縣北部(104°21′～104°48′E,28°11′～28°47N)。氣候類型屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,年均氣溫18.1 ℃,月均氣溫大于10 ℃有278 d,年均降水量1 070.4 mm。氣候溫和,雨量充沛，雨熱同季。植被絕大部分為次生植被與人工植被，境內(nèi)亞熱帶次生常綠針葉林植被分布較廣，該研究樣地選自于高縣來(lái)復(fù)鎮(zhèn)毛顛坳的41年生人工馬尾松林，海拔高度在400～550 m。馬尾松人工林林分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，喬木以馬尾松為主林，主要灌木有：枹櫟(Quercusserrata)、黃荊(Vitexnegundo)、黃牛奶(Symplocoslaurina)、梨葉懸鉤子(Rubuspirifolius)、野梧桐(Mallotusjaponicus)、展毛野牡丹(Melastomanormale)等；主要草本有淡竹葉(Lophatherumgracile)、蕨(Pteridiumaquilinum)、馬唐(Digitariasanguinalis)、芒(Miscanthussinensis)、芒萁(Dicranopterispedata)、皺葉狗尾草(Setariaplicata)等。

2　研究方法

2.1樣地設(shè)置

2011年8月，對(duì)試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的植物多樣性、土壤理化性質(zhì)、林分結(jié)構(gòu)等進(jìn)行初步調(diào)查。根據(jù)樣地調(diào)查結(jié)果，于2011年10月在試驗(yàn)區(qū)選擇林地質(zhì)量相近、林分密度相同的42年生馬尾松人工純林進(jìn)行采伐，形成7種(G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7)大小不等，面積分別為：100、225、400、625、900、1 225、1 600 m2，形狀近似正方形的林窗各3個(gè)，林窗邊界間距大于10 m。未砍伐的純林作為林下對(duì)照(CK)，林下、林窗都設(shè)置3個(gè)重復(fù)。樣地基本情況見表1。

表1　樣地基本概況

注：表中pH、全碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、土壤密度、土壤最大持水量數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”。

2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品處理

2013年10月，在研究地的馬尾松林群落內(nèi)，收集新鮮的馬尾松、紅椿(Toonaciliata)、樟(Cinnamomumcamphora)、楨楠(Phoebezhennan)凋落葉，將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，然后分別稱取10克葉片，將葉片裝入上層面0.5 mm、下層0.04 mm孔徑的尼龍袋(20 cm×20 cm)進(jìn)行試驗(yàn)。另外，分別取相同質(zhì)量(10克)風(fēng)干的4種凋落葉9袋在65 ℃下烘干至恒質(zhì)量，由其推算出網(wǎng)袋內(nèi)樣品的初始干質(zhì)量。2013年11月17日，分別在人為采伐形成的馬尾松人工林7種不同大小林窗以及林下放置紅椿、樟、馬尾松、楨楠凋落葉分解袋各120袋，總袋數(shù)=4物種×3重復(fù)×(7林型+1對(duì)照)×5次取樣=480袋。且在對(duì)照和每個(gè)林窗下5 cm深土壤中分別埋設(shè)1個(gè)紐扣溫度記錄器，每個(gè)面積林窗設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每2 h自動(dòng)記錄一次溫度。分別于2013年12月17日、2014年2月17日、2014年5月17日、2014年8月17日、2014年11月17日收集凋落物袋，每次從每個(gè)樣點(diǎn)內(nèi)取回紅椿、樟、馬尾松、楨楠分解袋各3袋。清除網(wǎng)袋表面泥土和其他腐殖質(zhì)，標(biāo)記后裝入無(wú)菌塑料袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室。

2.3樣品分析與測(cè)定

將樣品中其他凋落物和石子剔除后，在65 ℃下烘干至恒質(zhì)量，稱取質(zhì)量后，磨碎后過(guò)2 mm篩，裝入密封塑料袋保存，用于測(cè)定DOC。DOC的測(cè)定采用[28-30]：精確稱取磨碎后過(guò)篩樣品0.05 g于20 mL離心管中，加入10 mL蒸餾水，往復(fù)振蕩機(jī)上振蕩0.5 h；然后在溫度4 ℃的條件下，用4 000 r·min-1的離心機(jī)離心15 min；取上清液，在-0.08 MPa壓力下，經(jīng)孔徑為0.45 μm濾膜(上海市新亞凈化器件廠生產(chǎn)，使用前首先要用蒸餾水淋洗濾膜，以淋洗濾膜可能殘留的有機(jī)組分)過(guò)濾，即獲得植物凋落物DOC提取液，在4 ℃溫度下保存待測(cè)液。TOC分析儀(multi N/C 2100,AnalytikJena)測(cè)定待測(cè)液中DOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)。土壤含水量采用鋁合烘干法測(cè)定。全碳采用重鉻酸鉀加熱法(GB 7657-87)；全氮采用凱氏定氮法(LY/T 1269-1999)；木質(zhì)素和纖維素采用范氏(Van Soest)洗滌纖維法[31]。

2.4數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

差量法計(jì)算凋落物質(zhì)量損失率[32]:

L=((M0-Mt-1)/M0)×100%。

凋落物DOC損失率Rt和30 d DOC損失速率Vt[33]:

Vt=((Rt-1-Rt)/Δt)×30；

Rt=((M0C0-MtCt)/M0C0)×100%。

式中：L為凋落物的質(zhì)量損失率；M0為凋落物初始質(zhì)量；Mt-1為前一次凋落物殘留量；Mt為當(dāng)次凋落物殘留量；C0為DOC初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Ct為當(dāng)次DOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Rt為當(dāng)次DOC損失率；Rt-1上一次DOC損失率；Δt為相鄰采樣間隔時(shí)間;t為采樣時(shí)間。

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,運(yùn)用單因素方差分析方法和最小顯著差異法(LSD)檢驗(yàn)凋落物質(zhì)量損失率和DOC損失率的差異。凋落物質(zhì)量損失率和DOC損失率的關(guān)系用origin8.5進(jìn)行擬合。數(shù)據(jù)整理、計(jì)算采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行，作圖采用Origin8.5軟件進(jìn)行。

3　結(jié)果與分析

3.1土壤溫度和含水率

由表2可知，各林窗土壤日均溫變化趨勢(shì)一致。2014年5—8月份最高，2013年12月—2014年2月最低，各林窗間土壤日均溫度總體上隨林窗增大而升高；2013年11—12月份、2014年2—5月份、5—8月份、8—11月份最高溫分別出現(xiàn)在G7(14.06 ℃)、G7(11.22 ℃)、G6(19.07 ℃)、G7(25.68 ℃)、G7(20.97 ℃)。2013年11—12月份少數(shù)林窗土壤月均溫低于林下。

由表3可知。土壤含水率受不同季節(jié)降雨量影響。即2013年11月—2014年2月最低，2014年3月開始升高?？傮w上看，土壤含水率隨林窗面積增大，先升高后降低。

表2　馬尾松人工林不同時(shí)期土壤日平均溫度

注：表中數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”，同列不同大寫字母表示不同林窗之間差異顯著(P<0.05)，同行不同小寫字母表示不同分解階段差異顯著(P<0.05)。

表3　不同分解階段各林窗的土壤含水率

注：表中數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”，同列不同大寫字母表示不同林窗之間差異顯著(P<0.05)，同行不同小寫字母表示不同分解階段差異顯著(P<0.05)。

3.2凋落葉初始基質(zhì)狀況

由表4可知，凋落葉可溶性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.22～57.16 g·kg-1，樹種間差異顯著(P<0.05)。其中，紅椿凋落葉DOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(57.16 g·kg-1)，顯著高于其他物種；而馬尾松凋落葉DOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低(15.22 g·kg-1)。各物種凋落物全碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為455～674 g·kg-1，m(DOC)∶m(C)為3.34%～8.48%。4個(gè)樹種凋落葉在DOC、C、m(DOC)∶m(C)等初始值的變化上都是紅椿>樟>楨楠>馬尾松。N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為紅椿>楨楠>樟>馬尾松。凋落物m(C)∶m(N)為馬尾松>楨楠>樟>紅椿，難降解物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(木質(zhì)素和纖維素)紅椿和樟的都顯著低于馬尾松和楨楠凋落葉。可見，3個(gè)闊葉樹種的DOC、C、m(DOC)∶m(C)的初始值都高于針葉凋落物(馬尾松)，但馬尾松凋落葉的m(C)∶m(N)則顯著高于其他3種凋落葉。

表4　4個(gè)樹種凋落葉的初始基質(zhì)狀況

注：表中數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同列不同的小寫字母代表不同樹種之間差異顯著(P<0.05)。

3.3林窗面積對(duì)凋落物質(zhì)量和DOC損失率的影響

林窗面積對(duì)各樹種凋落物的質(zhì)量損失有顯著影響(P<0.05)。其中，G2、G3林窗的紅椿凋落葉，G1、G4、G6林窗的樟凋落葉，G1、G3林窗的馬尾松凋落葉，G2、G3、G4的楨楠凋落葉的質(zhì)量損失率都顯著高于其他林窗(見表5)。G1、G2、G3、G4林窗的紅椿凋落葉DOC損失率顯著高于其它林窗和林下，G2、G3林窗的樟凋落葉DOC損失率顯著高于其它林窗和林下，G2、G3、G4林窗的馬尾松凋落葉DOC損失率顯著高于其它林窗和林下，G2、G4、G5林窗的楨楠凋落葉的DOC損失率顯著高于其他林窗和林下?？梢?，相對(duì)于大面積(G6、G7)林窗，中小面積(G2、G3、G4)林窗內(nèi)凋落物的DOC損失率更高，尤其是G2林窗，4種凋落葉的DOC損失率都高于其他林窗(見表6)。

表5　不同面積林窗內(nèi)凋落葉的質(zhì)量損失率

注：表中數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同列不同大寫字母表示不同面積林窗之間差異顯著,同行不同小寫字母表示同一面積林窗下不同凋落葉之間的差異顯著(P<0.05)。

凋落物經(jīng)過(guò)1 a的分解，質(zhì)量損失率平均值為紅椿(81.77%)、樟(48.99%)、楨楠(40.80%)、馬尾松(38.07%)(見表5)。DOC損失率平均值分別為紅椿(88.92%)、樟(83.04%)、楨楠(77.49%)、馬尾松(59.30%)(見表6)。4個(gè)樹種凋落物的質(zhì)量損失率和DOC損失率均為紅椿>樟>楨楠>馬尾松。

表6　不同面積林窗內(nèi)凋落葉的DOC損失率

注：表中數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同列不同大寫字母表示不同面積林窗之間差異顯著,同行不同小寫字母表示同一面積林窗下不同凋落葉之間的顯著差異(P<0.05)。

此外，從4個(gè)物種凋落物質(zhì)量損失率和DOC損失率的平均值來(lái)看，不同面積林窗內(nèi)，4種凋落葉DOC損失率與凋落葉質(zhì)量損失率呈顯著正相關(guān)(見圖1)，說(shuō)明凋落物質(zhì)量損失率越高其DOC損失率也相對(duì)更高。

3.44種凋落葉DOC損失率的差異

由表7可知，總體上看，分解初期(0～30 d)DOC損失率顯著高于分解后期，后4個(gè)分解時(shí)期(>30～360 d)，紅椿凋落葉的DOC損失率高于其他3個(gè)樹種凋落葉，而馬尾松凋落葉的DOC損失率最低，樟和楨楠凋落葉的DOC損失率沒有顯著差異。分解初期(0～30 d)，4種凋落葉DOC損失率都超過(guò)了10%，但樹種之間無(wú)顯著差異。分解360 d后，4種凋落葉之間的DOC總損失率，從大到小依次為紅椿、樟、楨楠、馬尾松。

圖1　凋落葉DOC損失率與質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系(n=120)

續(xù)(表7)

注：表中數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同列不同大寫字母表示同一分解時(shí)間、不同樹種之間差異顯著(P<0.05)；同行不同小寫字母表示同一樹種、不同分解時(shí)間之間差異顯著(P<0.05)。

3.5凋落葉DOC損失率的動(dòng)態(tài)變化

由表8可知，不同樹種凋落葉在不同分解階段的DOC損失速率有所差異。馬尾松、樟和楨楠凋落葉分解初期(0～30 d)DOC損失速率最高，而紅椿凋落葉DOC損失速率最高值出現(xiàn)在0～90 d。之后，4個(gè)樹種凋落葉的DOC損失速率均顯著降低，且最后兩個(gè)分解階段(180～270 d與270～360 d)之間DOC損失速率無(wú)顯著差異。凋落葉的DOC釋放主要集中在分解初期(0～30 d)和分解前期(>30～90 d)。分解前期(>30～90 d)紅椿凋落葉、分解中期(>90～180 d)馬尾松凋落葉、分解中后期(>180～270 d)樟凋落葉的DOC損失率都顯著高于同一分解階段其他物種的DOC損失率。分解末期(>270～360 d)4種凋落葉的DOC損失速率無(wú)顯著差異。說(shuō)明隨著分解時(shí)間的延長(zhǎng)，凋落物的DOC損失速率不斷降低，且不同凋落物之間的DOC損失速率的差異也不斷減小。

表8　不同分解階段4個(gè)樹種凋落葉的DOC損失速率

注：表中數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同列不同大寫字母表示不同分解階段之間差異顯著(P<0.05),同行不用小寫字母表示不同樹種凋落葉之間的顯著差異(P<0.05)。

4　結(jié)論與討論

4.1林窗面積對(duì)凋落葉DOC損失率的影響

凋落葉作為森林凋落物最主要的組成部分，其可溶性有機(jī)碳的釋放成為該地區(qū)土壤DOC來(lái)源及養(yǎng)分循環(huán)不可忽視的一個(gè)部分。眾所周知，凋落物DOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)和m(DOC)∶m(C)值可以反映凋落物DOC對(duì)土壤C庫(kù)的貢獻(xiàn)[34]。凋落物DOC釋放主要決定于凋落物分解的溫度、含水量和凋落物的化學(xué)性質(zhì)[35]。本研究發(fā)現(xiàn),林窗面積對(duì)凋落葉DOC損失率產(chǎn)生了顯著影響，相對(duì)于大面積林窗，中小面積林窗內(nèi)凋落物的DOC損失率更高。采樣期間大面積林窗(G6、G7)的土壤溫度都高于其他林窗，這與已有的研究結(jié)論“林窗面積越大，溫度越高”一致[34]。這是因?yàn)橄鄬?duì)于其他林窗下，大面積林窗內(nèi)光照更強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，溫度較低的中小面積林窗，DOC損失率更高。這與鄧長(zhǎng)春等[32]的研究結(jié)論一致。凋落葉的DOC損失率和含水率為正相關(guān)，凋落物中的DOC容易被水溶解出來(lái)。研究區(qū)域?qū)僦衼啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，年均降水量1 070.4 mm，雨量充沛，有利于DOC的釋放[36]。土壤含水率隨林窗面積增大，先升高后降低。這是因?yàn)檠芯繀^(qū)域內(nèi)馬尾松平均株高大于16 m，阻擋了降雨，對(duì)小林窗以及林下(CK)的土壤濕度等條件的改善有所抑制[37]。而大面積林窗，由于增強(qiáng)了林窗內(nèi)的光照強(qiáng)，增大了蒸發(fā)，林窗內(nèi)土壤含水率降低[38]。因此，相對(duì)于其他林窗和林下，含水率較高的中小面積林窗更有利于凋落葉DOC的釋放?？扇苄杂袡C(jī)碳主要包括糖類、氨基酸類淀粉類及低分子量的有機(jī)物等物質(zhì)，這些物質(zhì)極容易被微生物分解和利用[39]。歐江等[37]研究發(fā)現(xiàn)，微生物生物量總體上隨林窗增大先升后降，且中小面積林窗土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的季節(jié)差異更小，能夠更長(zhǎng)時(shí)間維持分解者的生存。Q. ZHANG et al.[40]也指出，直徑大于30 m的大林窗土壤微生物生物量顯著減少。ARUNACHALAM et al.[41]的研究表明，土壤細(xì)菌數(shù)量在面積為306.9～981.8 m2的大林窗較高。另外，土壤微生物的種類、數(shù)量、分布與地上植被群落的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系[42]。林窗形成后草灌層先鋒植物(如商陸、野桐等)迅速萌發(fā)生長(zhǎng)，且與大面積林窗相比，較小林窗更利于芒其、蕨類等植物生存。植物蓋度、種類等較高的林窗，將為秋季的微生物提供更豐富的凋落物等碳、氮、磷的來(lái)源[37]。MUSCOLO et al.[43]指出因更高的養(yǎng)分有效性和更多的腐殖質(zhì)，微生物量小林窗(380 m2)>中林窗(855 m2)>大林窗(1 520 m2)。由此可見，微生物量更高的中小面積林窗，更能促進(jìn)凋落葉中DOC的釋放。

4.2不同物種凋落葉DOC損失率的差異

本研究中，4種植物凋落物中可溶性有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(15.22～57.16 g/kg)及其占凋落物全碳的比例(3.34%～8.48%)差異較大。其中，3種闊葉樹種(紅椿、樟、楨楠)的DOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)和m(DOC)∶m(C)比都高于針葉樹種(馬尾松)。經(jīng)過(guò)1 a的分解，紅椿、樟、楨楠、馬尾松不同凋落葉的質(zhì)量損失率分別為81.88%，49.37%，41.41%，39.04%，紅椿、樟、楨楠、馬尾松的DOC損失率分別為：90.06%，85.17%，78.74%，61.55%。說(shuō)明凋落物分解過(guò)程中，可溶性有機(jī)碳釋放與質(zhì)量損失密切相關(guān)[44]。4種凋落葉中，紅椿凋落葉的DOC損失率最高，馬尾松最低。這可能是因?yàn)椴煌蚵湮镏gm(C)∶m(N)的差異造成的。4種凋落葉的初始m(C)∶m(N)比為紅椿(11.14)、楨楠(13.47)、樟(17.19)、馬尾松(34.06)。凋落物分解需要一個(gè)適宜的m(C)∶m(N)比(一般低于25)[45]，m(C)∶m(N)比越低或含N越高，越有利于其分解[46-47]。而馬尾松的m(C)∶m(N)比(34.06)顯著高于其他3個(gè)闊葉樹種。其次，凋落葉的DOC釋放與其本身的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于馬尾松和楨楠凋落葉較紅椿和樟凋落葉質(zhì)地更硬，土壤動(dòng)物、微生物以及淋溶作用對(duì)其影響相對(duì)減弱，而紅椿、樟則因?yàn)橘|(zhì)地較柔軟，容易受土壤動(dòng)物、微生物的影響和降雨的淋溶作用使其DOC釋放得更快[48]。

4.3凋落葉DOC損失率的動(dòng)態(tài)變化

4種凋落物的DOC損失速率都呈先快后慢的變化趨勢(shì)，這與李云[44]、TIETEMA et al.[49]的研究結(jié)果一致。由于研究區(qū)域?qū)僦衼啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，年均降水量1 070.4 mm左右，雨量充沛[50]，在凋落葉分解的過(guò)程中，初期DOC流失較快，使得凋落物中DOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)越來(lái)越低，導(dǎo)致分解后期淋溶作用對(duì)凋落物的作用減弱，DOC淋失量降低[51]。同時(shí)，隨著分解時(shí)間的延長(zhǎng)，木質(zhì)素、纖維素等難降解物質(zhì)的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升，影響土壤動(dòng)物、土壤微生物對(duì)凋落葉的分解，也會(huì)影響DOC的釋放[52]。凋落物在分解初期損失大量的有機(jī)碳，大部分是以DOC的形式流失。隨著分解時(shí)間的變化，凋落物不斷分解增加了土壤中DOC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，減小了凋落物和土壤的DOC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，導(dǎo)致凋落物的DOC損失率降低[53]。隨著氣溫回升，林窗內(nèi)的土壤動(dòng)物、微生物開始活躍，加快對(duì)可溶性物質(zhì)的分解。丘清燕等[54]、張劍等[55]研究發(fā)現(xiàn)，DOC化學(xué)組成不同，導(dǎo)致微生物對(duì)其降解速率也存在差異，微生物可快速降解分解初期新鮮凋落物釋放的DOC，但是對(duì)凋落物分解后期釋放的DOC降解能力減弱。

綜上所述，人工干擾對(duì)凋落葉的分解過(guò)程中DOC釋放有顯著影響，中小面積林窗較大面積林窗能顯著提高凋落葉DOC釋放。4種凋落葉的DOC釋放都遵循先快(0～90 d)后慢的變化規(guī)律，且3個(gè)闊葉樹種(紅椿、樟、楨楠)的DOC損失率高于針葉樹種(馬尾松)凋落葉。因此，在中小面積林窗加快凋落物DOC釋放的基礎(chǔ)上，引入更易分解的鄉(xiāng)土闊葉樹種(紅椿、樟、楨楠)可促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)中凋落葉DOC釋放，從而更有利于馬尾松人工林有機(jī)碳的循環(huán)利用。這為研究林分干擾調(diào)節(jié)森林生態(tài)系統(tǒng)凋落物養(yǎng)分釋放提供參考，也為深入理解長(zhǎng)江上游低山丘陵區(qū)人工林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程提供了一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

致謝:感謝四川農(nóng)業(yè)大學(xué)的張丹桔、高順、陳良華等老師和宋小艷、王珂等同學(xué)在實(shí)驗(yàn)方面對(duì)本文作者提供的幫助與指導(dǎo)。

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Effect of Forest Gap Size on Loss of Dissolved Organic Carbon (DOC) for Four Leaf Litters//

Li Xun, Liu Yang, Zhang Jian, Yang Wanqin, Zhang Yan, Deng Changchun, Zhang Mingjin, Liu Hua

(Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(1)：23-30.

Dissolved organic carbon (DOC)； Forest gap size；Pinusmassonianaplantation;Pinusmassonianaleaf litters

李勛，男，1990年2月生，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，碩士研究生。E-mail:502780405@qq.com。

張健，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，研究員。E-mail:sicauzhangjian@163.com。

2015年7月24日。

S725.79

1)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31370628)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAC09B05)；四川省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(12ZC0017)；四川省科技應(yīng)用基礎(chǔ)項(xiàng)目(2012JY0047)；四川省教育廳科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目(11TD006) 。

責(zé)任編輯：王廣建。