王 軍, 滿秀玲

(東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 哈爾濱 150040)

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫,在全球碳循環(huán)以及氣候變化中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[1-2]。Cai等的研究表明,森林生態(tài)系統(tǒng)55%～70%的碳是以有機(jī)碳的形式儲(chǔ)存于森林土壤中[3],土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的微小變化都會(huì)對(duì)森林碳循環(huán)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[4]?；钚杂袡C(jī)碳是土壤有機(jī)碳的重要組成部分,雖然只在土壤碳庫中占很小的一部分,但因其活性高、周轉(zhuǎn)快以及對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)變化的高敏感性,常常被作為衡量土壤有機(jī)碳變化的早期預(yù)測指標(biāo)[5]。

在森林生態(tài)系統(tǒng)中,土壤活性有機(jī)碳的主要來源是植物殘?bào)w分解、微生物代謝以及根系分泌物等[6]。其中森林凋落物是土壤活性有機(jī)碳的重要來源之一,凋落物的分解淋溶會(huì)促進(jìn)土壤微生物和酶的活性,增加土壤養(yǎng)分含量,利于林木的生長發(fā)育[7]。而去除凋落物會(huì)通過減少凋落物層數(shù)量對(duì)土壤碳庫組成以及活性有機(jī)碳含量造成影響[6,8]。但目前去除凋落物對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響結(jié)果并不一致,例如張磊等[9]在亞熱帶天然米櫧林中去除凋落物后土壤活性有機(jī)碳組分含量顯著降低。李常準(zhǔn)等[10]在溫帶闊葉紅松林中的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)去除凋落物對(duì)土壤顆粒有機(jī)碳和輕組有機(jī)碳影響顯著但對(duì)易氧化有機(jī)碳的影響并不顯著。而在亞熱帶杉木人工林中,去除凋落物后土壤可溶性有機(jī)碳含量無顯著變化,但微生物量碳含量顯著升高[11]。因此,去除凋落物對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響會(huì)因森林系統(tǒng)類型以及凋落物質(zhì)量的不同而表現(xiàn)出差異。草氈層是普遍存在于我國高寒地區(qū)土壤中的特殊層次,由于常年處于低溫寒冷的環(huán)境,植物殘?bào)w不能充分分解,多以原狀或半分解形態(tài)存在于土壤中,具有較高的有機(jī)質(zhì)含量[12],對(duì)土壤養(yǎng)分有著重要影響。草氈層主要分布于我國的高山帶或山地寒溫帶[13],有研究表明,在青藏高原地區(qū)的高寒草甸中,草氈層是土壤碳重要的儲(chǔ)存場所,其固碳能力反映著高寒生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力[14]。在人為和自然因素共同影響下會(huì)造成草氈層的消亡,草氈層的消失會(huì)使土壤有機(jī)碳加速流失[15-16],而土壤有機(jī)碳的流失又會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)產(chǎn)生影響。因此,草氈層的存在對(duì)于土壤有機(jī)碳的固定與儲(chǔ)存具有重要意義。大興安嶺北部是我國唯一的高緯度寒溫帶地區(qū),草氈層廣泛分布于森林凋落物層之下,但草氈層對(duì)于本地區(qū)森林土壤碳庫有何影響目前還不清楚,因此探究草氈層在寒溫帶森林土壤碳循環(huán)中的作用也具有較為重要的意義。

大興安嶺北部林區(qū)地處寒溫帶,是我國重要的林業(yè)生產(chǎn)基地,在國家生態(tài)功能區(qū)中發(fā)揮著重要的碳平衡功能[17]。隨著全球氣候變暖趨勢的加劇,可能會(huì)對(duì)凋落物輸入量和草氈層固碳能力產(chǎn)生正面或負(fù)面的影響,進(jìn)而對(duì)土壤有機(jī)碳產(chǎn)生影響。然而,大興安嶺地區(qū)去除凋落物和草氈層對(duì)土壤活性機(jī)碳影響的研究卻鮮為報(bào)道。因此,本研究以分布于大興安嶺北部的白樺(Betulaplatyphylla)林、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)林和興安落葉松(Larixgmelinii)林3種典型森林為研究對(duì)象,探究凋落物和草氈層去除對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響,以期為寒溫帶森林土壤碳循環(huán)的研究提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江漠河森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位研究站(122°06′—122°27′E,53°17′—53°30′N)北段,本區(qū)屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候,季節(jié)分明,冬季酷寒漫長,夏季溫?zé)岢睗?。區(qū)內(nèi)最低氣溫達(dá)-52℃,年平均氣溫為-4.9℃,年均降水量為450 mm,主要集中在7—8月。該地區(qū)為我國的多年凍土分布區(qū),地帶性植被為興安落葉松林,是我國唯一的大面積興安落葉松原始林分布區(qū)。此外,還分布有樟子松林、白樺林、山楊(Populusdavidiana)林等森林群落。林下植被主要有越桔(Vacciniumvitis-idaea)、興安杜鵑(Rhododendrondauricum)和杜香(Ledumpalustre)等。地帶性土壤為棕色針葉林土,局部地段分布有沼澤土、草甸土等土壤類型。

1.2 樣地設(shè)置及樣品采集

經(jīng)過踏查后,于2021年5月選取白樺林、樟子松林和興安落葉松林為研究對(duì)象,3種林型樣地基本情況見表1。在每種林型內(nèi)各設(shè)置3塊規(guī)格為20 m×30 m的樣地,3種林型共計(jì)9塊樣地。在每塊樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置4個(gè)4 m×1.5 m的試驗(yàn)小區(qū),做如下處理,(1) 對(duì)照,保留凋落物和草氈層;(2) 去除凋落物,將小區(qū)內(nèi)的凋落物全部去除,并用尼龍網(wǎng)覆蓋,防止當(dāng)年的凋落物落入;(3) 去除草氈層,先將小區(qū)內(nèi)的凋落物按未分解層及半分解層分層收集,之后將草氈層去除,最后將凋落物按半分解層和未分解層的順序均勻地鋪回小區(qū)內(nèi);(4) 去除凋落物和草氈層,將小區(qū)內(nèi)的凋落物和草氈層全部去除后,用尼龍網(wǎng)覆蓋。共計(jì)設(shè)置36個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。于2021年9月進(jìn)行采樣,在每一樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置3個(gè)50 cm×50 cm的凋落物樣方,測定凋落物層厚度并收集樣方內(nèi)的全部凋落物樣品。之后在樣方外側(cè)挖取側(cè)剖面,測定草氈層厚度,用土刀將草氈層與土壤層分離(草氈層與土壤層具有較為明顯的分界線且較易分離),在分離后的草氈層上割取規(guī)格為10 cm×10 cm的試驗(yàn)樣品用于基本性質(zhì)的測定。凋落物和草氈層樣品采集完畢后,在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)分別采集0—10 cm和10—20 cm土層土壤樣品,同時(shí)使用規(guī)格為100 cm3的環(huán)刀采集各層原狀土。將采集的凋落物、草氈層和土壤樣品分別裝入密封袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室。凋落物和草氈層樣品稱取鮮重后放入烘箱80°烘干至質(zhì)量恒定測定自然含水量并計(jì)算儲(chǔ)量,之后將烘干后的凋落物和草氈層樣品研磨過0.149 mm鋼篩后裝入密封袋中用于碳氮含量的測定。土壤樣品挑出植物根系、石塊等雜物后過2 mm鋼篩。取部分鮮土用于土壤含水量、可溶性有機(jī)碳和微生物量碳等指標(biāo)的測定,另取部分土樣于陰涼干燥處自然風(fēng)干,研磨后分別過2 mm和0.149 mm鋼篩后儲(chǔ)存在密封袋內(nèi)用于土壤pH、總有機(jī)碳、全氮和易氧化有機(jī)碳含量的測定。

表1 樣地基本情況Table 1 Basic information of the sample plots

表2 凋落物和草氈層基本特征Table 2 Basic characteristics of litter and sod layers

1.3 樣品指標(biāo)測定方法

土壤含水量采用鋁盒烘干法(105℃,24 h)測定,土壤pH采用pH計(jì)法測定,土壤容重采用環(huán)刀法測定。凋落物、草氈層以及土壤總有機(jī)碳、全氮含量分別使用總有機(jī)碳分析儀固體模塊(MultiN/C2100, Germany)和AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀(Seal Analytical, Germany)測定。土壤可溶性有機(jī)碳以0.5 mol/L的硫酸鉀溶液浸提[18](水土比2∶1),土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸—硫酸鉀溶液浸提[19],兩者所得提取液過0.45 μm濾膜后使用總有機(jī)碳分析儀液體模塊測定。易氧化有機(jī)碳采用高錳酸鉀—氧化法[20]提取后用分光光度計(jì)測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析由Excel 2019和SPSS 25.0完成。采用單因素分析法(one-way ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)比較不同林型、處理指標(biāo)的差異,獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較不同層次指標(biāo)的差異。土壤活性有機(jī)碳與理化性質(zhì)的相關(guān)性采用皮爾遜(Pearson)相關(guān)分析法。圖表的繪制由OriginPro 2021和Word 2019完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)3種林型土壤理化性質(zhì)的影響

由表3可知,3種林型在經(jīng)過不同去除處理后土壤理化性質(zhì)相較對(duì)照發(fā)生了較為明顯的變化。在0—10 cm土層,白樺林中,RL處理對(duì)土壤含水量、容重、pH值、總有機(jī)碳和全氮含量無顯著影響,RS和RR處理顯著降低了土壤有機(jī)碳和全氮含量,而對(duì)土壤含水量、容重和pH值無顯著影響。在樟子松林中,RL和RS處理顯著提高了土壤pH值,RR處理顯著提高土壤pH值,而土壤總有機(jī)碳和全氮含量顯著降低。在興安落葉松林中,RL處理顯著提高了土壤pH值,而土壤總有機(jī)碳含量顯著降低,RS處理顯著降低了土壤含水量,RR處理顯著降低了土壤含水量、總有機(jī)碳和全氮含量,而土壤pH值顯著升高。在10—20 cm土層,白樺林中,RL和RS處理后土壤pH值和總有機(jī)碳含量顯著降低,RR處理后土壤總有機(jī)碳含量顯著降低。在樟子松林中,RL處理后土壤各理化性質(zhì)指標(biāo)與CK相比無顯著變化,RS處理后土壤總有機(jī)碳含量顯著降低,RR處理后土壤pH值顯著升高,而總有機(jī)碳含量顯著降低。在興安落葉松林中,RL處理后土壤總有機(jī)碳含量顯著降低,RS處理后土壤含水量和總有機(jī)碳含量顯著降低,RR處理后土壤含水量和總有機(jī)碳含量顯著降低,而土壤容重和pH值顯著升高。

表3 3種林型不同處理土壤理化性質(zhì)變化特征Table 3 Three forest types under different treatments of soil physical and chemical properties change characteristics

2.2 不同處理對(duì)3種林型土壤可溶性有機(jī)碳含量的影響

由圖1可知,在0—10 cm土層,白樺林不同處理土壤可溶性有機(jī)碳含量表現(xiàn)為:CK(134.44 mg/kg)>RL(121.97 mg/kg)>RS(112.82 mg/kg)>RR(104.62 mg/kg),其中RS和RR處理土壤可溶性有機(jī)碳含量顯著低于CK,與CK相比分別降低了16.08%和22.18%,而RL處理與CK土壤可溶性有機(jī)碳含量無顯著差異。在樟子松林中,與CK(69.63 mg/kg)相比,RS和RR處理后土壤可溶性有機(jī)碳含量顯著降低,降幅分別為17.38%和21.14%,而RL處理后土壤可溶性有機(jī)碳含量降低了9.92%,未達(dá)顯著水平。在興安落葉松林中,與CK(90.54 mg/kg)相比,土壤可溶性有機(jī)碳含量在RL,RS和RR處理后分別降低了25.49%,12.82%和11.25%,其中僅在RL處理下達(dá)顯著水平。由此表明去除凋落物對(duì)興安落葉松林表層土壤可溶性有機(jī)碳含量的影響較大。而在10—20 cm土層,3種林型經(jīng)過不同去除處理后土壤可溶性有機(jī)碳含量均無顯著變化,因此說明去除凋落物和草氈層對(duì)10—20 cm土層可溶性有機(jī)碳含量的影響較小。

圖1 3種林型不同處理土壤可溶性有機(jī)碳含量特征

2.3 不同處理對(duì)3種林型土壤微生物量碳含量的影響

由圖2可知,3種林型不同處理土壤微生物量碳具有明顯的表聚性,表層(0—10 cm)土壤微生物量碳含量要極顯著高于10—20 cm土層(p<0.01)。分析各林型經(jīng)過不同處理后土壤微生物量碳含量的變化可知:在0—10 cm土層,白樺林經(jīng)過不同處理后土壤微生物量碳含量極顯著降低(p<0.01),RL,RS和RR處理的微生物量碳含量相比CK(731.40 mg/kg)分別降低了19.26%,42.02%和22.03%。從圖中還可看出,RS處理土壤微生物量碳含量最低且顯著低于RL和RR處理,因此可知去除草氈層對(duì)白樺林土壤微生物量碳含量的影響最為顯著。樟子松林不同處理土壤微生物量碳含量表現(xiàn)為:CK(336.18 mg/kg)>RL(311.57 mg/kg)>RS(270.73 mg/kg)>RR(267.19 mg/kg),其中RS和RR土壤微生物量碳含量極顯著低于CK(p<0.01),與CK相比分別降低了19.47%和20.52%,而RL與CK間的差異不顯著。在興安落葉松林中,RL,RS和RR處理后土壤微生物量碳含量顯著低于CK(580.66 mg/kg),與CK相比分別降低了18.86%,23.49%和27.01%。雖然3種去除處理土壤微生物量碳含量均顯著低于對(duì)照,但它們相互并無顯著差異,這說明無論是凋落物還是草氈層抑或是兩者的共同作用均對(duì)興安落葉松林土壤微生物量碳含量有著重要影響。在10—20 cm土層,3種林型在經(jīng)過不同去除處理后,土壤微生物量碳含量有小幅降低但并未達(dá)顯著水平,因此說明10—20 cm土層土壤微生物量碳對(duì)凋落物和草氈層去除處理的響應(yīng)較弱。

圖2 3種林型不同處理土壤微生物量碳含量特征

2.4 不同處理對(duì)3種林型土壤易氧化有機(jī)碳含量的影響

由圖3可知,在白樺林中,與CK(5.47 g/kg)相比,RS和RR處理后土壤易氧化有機(jī)碳含量極顯著降低(p<0.01),降幅分別為60.69%和56.31%,而RL與CK相比降低了4.57%,未達(dá)到顯著水平。RS處理土壤易氧化有機(jī)碳含量極顯著低于RL(p<0.01),說明去除草氈層對(duì)白樺林土壤易氧化有機(jī)碳含量的影響較大。在樟子松林中,RL處理土壤易氧化有機(jī)碳含量與CK(4.27 g/kg)相比無顯著差異,而RS和RR處理土壤易氧化有機(jī)碳含量顯著低于CK,降幅分別為17.33%和52.22%。RR處理土壤易氧化有機(jī)碳含量極顯著低于RL和RS處理(p<0.01),因此可知,凋落物和草氈層對(duì)樟子松林土壤易氧化有機(jī)碳的共同作用要明顯大于凋落物或草氈層的單獨(dú)作用。興安落葉松林土壤易氧化有機(jī)碳含量在RL,RS和RR處理后相較CK(10.05 g/kg)分別降低了39.40%,4.88%和57.01%,其中RL和RR處理土壤易氧化有機(jī)碳含量極顯著低于CK(p<0.01),而RS與CK土壤易氧化有機(jī)碳含量無顯著差異。RS處理土壤易氧化有機(jī)碳含量顯著高于RL,說明草氈層對(duì)興安落葉松土壤易氧化有機(jī)碳的影響較小,凋落物對(duì)土壤易氧化有機(jī)碳的貢獻(xiàn)更大。在10—20 cm土層,白樺林和樟子松林土壤易氧化有機(jī)碳含量在不同去除處理后的變化趨勢與表層土壤基本一致。而興安落葉松林經(jīng)過不同去除處理后,土壤易氧化有機(jī)碳含量與對(duì)照相比未發(fā)生顯著變化。

圖3 3種林型不同處理土壤易氧化有機(jī)碳含量特征

2.5 土壤活性有機(jī)碳組分影響因子分析

采用Pearson相關(guān)性法對(duì)3種林型土壤活性有機(jī)碳組分與影響因子進(jìn)行相關(guān)性分析。由表4可知,3種林型不同活性有機(jī)碳組分間呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。3種林型活性有機(jī)碳各組分與土壤總有機(jī)碳、全氮和含水量呈顯著或極顯著的正相關(guān),而與土壤pH值呈顯著或極顯著的負(fù)相關(guān)。與土壤容重呈負(fù)相關(guān),但僅在白樺林中達(dá)顯著水平。

表4 3種林型土壤活性有機(jī)碳組分與影響因子的相關(guān)性系數(shù)Table 4 Correlation coefficients between soil active organic carbon components and influencing factors in three forest types

3 討 論

凋落物是森林土壤碳庫的重要來源[8],而活性有機(jī)碳又是土壤碳庫中易流動(dòng)、易分解的組分[21],因此研究凋落物與土壤活性有機(jī)碳的關(guān)系對(duì)于進(jìn)一步了解森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要意義[6]。有研究表明,新鮮凋落物有機(jī)層的滲透液和分解產(chǎn)物為土壤提供了活性有機(jī)碳的輸入,去除凋落物會(huì)降低土壤活性有機(jī)碳含量并對(duì)土壤微環(huán)境產(chǎn)生影響[22-23]。本研究中去除凋落物后3種林型表層土壤可溶性有機(jī)碳含量降低了9.32%～25.49%,低于亞熱帶濱海沙地防護(hù)林的30.6%～52.9%[19]和米櫧次生林的39.43%[24]。這可能是因?yàn)楹疁貛骄鶜鉁剌^低,凋落物分解緩慢[17],因而去除凋落物對(duì)土壤可溶性有機(jī)碳含量的影響相對(duì)于熱帶或亞熱帶等地區(qū)要小。去除凋落物后白樺林和興安落葉松林土壤微生物量碳含量顯著降低,這與多數(shù)研究結(jié)果一致[19,23-24]。有研究表明凋落物中含有的易變性有機(jī)碳是土壤微生物的重要碳源[22],去除凋落物后微生物可利用的碳源減少,因而土壤微生物量碳含量顯著降低[24]。樟子松林在去除凋落物后土壤微生物量碳含量變化不顯著,這可能是因?yàn)檎磷铀闪值蚵湮镔|(zhì)量較低(表2),不易被微生物分解利用,因此短期的去除處理并沒有產(chǎn)生較為顯著的變化。去除凋落物后白樺林和樟子松林土壤易氧化有機(jī)碳含量無顯著變化,而興安落葉松降低了39.40%,這與李常準(zhǔn)等[10]在溫帶紅松人工林中去除凋落物后的結(jié)果相似,這可能是因?yàn)槿コ蚵湮锖笸寥牢⑸锪康慕档褪沟猛寥烙袡C(jī)質(zhì)向易氧化有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化受到抑制,因此土壤易氧化有機(jī)碳含量顯著降低。

草氈層是分布于高寒地區(qū)土壤中的特殊有機(jī)質(zhì)層,由于氣溫低,干冷季漫長,土壤長期凍結(jié),微生物活動(dòng)較弱,以致死亡的根系和枯枝落葉難以分解,而以有機(jī)殘?bào)w或腐殖質(zhì)的形態(tài)積累于土壤或地表中,形成草根盤結(jié)的氈狀表層[12-13]。有研究表明雖然草氈層聚集了較高含量的有機(jī)質(zhì),但由于分布區(qū)內(nèi)土溫較低,土壤動(dòng)物少且不活躍,因此作為土壤有機(jī)物補(bǔ)給源的作用大幅降低[25]。而有些學(xué)者的研究結(jié)果則表明草氈層在高寒生態(tài)系統(tǒng)中具有極好的固碳能力[14],草氈層的存在避免了土壤表層有機(jī)質(zhì)隨土壤侵蝕的流失,而草氈層的消失會(huì)增加土壤有機(jī)碳的流失[15-16]。本研究中去除草氈層后3種林型土壤可溶性有機(jī)碳和微生物量碳含量發(fā)生不同程度的降低,這可能是因?yàn)槿コ輾謱訙p少了土壤微生物可獲取的碳源,因而造成微生物量的降低,而微生物量的減少又會(huì)使凋落物的分解速率減緩,因此土壤可溶性有機(jī)碳含量也出現(xiàn)降低。去除草氈層對(duì)土壤易氧化有機(jī)碳含量的影響在不同林型中表現(xiàn)出明顯的差異,去除草氈層后白樺林和樟子松林土壤易氧化有機(jī)碳含量分別降低了60.69%和17.33%,要明顯高于去除凋落物后的4.57%和5.39%,這可能是因?yàn)榘讟辶趾驼磷铀闪植輾謱覥/N值要顯著低于凋落物,草氈層相較凋落物更易被微生物分解轉(zhuǎn)化為土壤易氧化有機(jī)碳,因此去除草氈層后土壤易氧化有機(jī)碳含量的降幅相較去除凋落物后要更大。而興安落葉松林在去除凋落物后土壤易氧化有機(jī)碳含量降低了39.40%,去除草氈層后降幅僅為4.88%,其變化規(guī)律與白樺林和樟子松林相反。有研究表明凋落物分解速率會(huì)隨著C/N值的增大而減小,C/N值越大凋落物質(zhì)量越低,其養(yǎng)分歸還到土壤的速率越慢[26]。而在本研究中興安落葉松凋落物C/N值要低于白樺林和樟子松林,說明興安落葉松林凋落物質(zhì)量要高于白樺林和樟子松林,Xiong等[27]的研究也表明高質(zhì)量凋落物的分解產(chǎn)物向土壤中轉(zhuǎn)移的比例更高,這可能是去除凋落物對(duì)興安落葉松林土壤易氧化有機(jī)碳含量的影響比其他林型顯著的主要原因。

同時(shí)去除凋落物和草氈層后,3種林型土壤活性有機(jī)碳含量與對(duì)照相比都發(fā)生了不同程度的降低,這可能是因?yàn)槿コ蚵湮锖筒輾謱雍蟮乇硗寥罆?huì)受到光照或降雨等因素的直接影響,土壤理化性質(zhì)的改變可能會(huì)惡化土壤微生物的生存環(huán)境[28],降低其活性及數(shù)量,進(jìn)而降低了土壤活性有機(jī)碳含量。但同時(shí)去除凋落物和草氈層后土壤活性有機(jī)碳含量的降低趨勢與單獨(dú)去除凋落物或草氈層相似但又因林型的不同而表現(xiàn)出差異。在白樺林中,與對(duì)照相比,同時(shí)去除凋落物和草氈層后土壤可溶性有機(jī)碳含量降幅最大,但與其他去除處理的差異并不顯著,而土壤微生物量碳和易氧化有機(jī)碳含量的降幅則是在去除草氈層后最大,并且去除草氈層后土壤微生物量碳含量的降幅要明顯高于去除凋落物以及同時(shí)去除凋落物和草氈層處理。在樟子松林中,同時(shí)去除凋落物和草氈層后的各活性有機(jī)碳組分含量均為最低,尤其是土壤微生物量碳含量要顯著低于其他去除處理。在興安落葉松林中,同時(shí)去除凋落物和草氈層對(duì)土壤可溶性有機(jī)碳含量的影響要略低于單獨(dú)去除凋落物,對(duì)土壤微生物量碳含量的影響則稍大于單獨(dú)去除凋落物和單獨(dú)去除草氈層處理,而對(duì)土壤易氧化有機(jī)碳含量的影響則是顯著高于單獨(dú)去除凋落物或草氈層。由此可知,同時(shí)去除凋落物和草氈層對(duì)土壤活性有機(jī)碳含量的影響是一個(gè)比較復(fù)雜的過程,且影響程度并不總是大于單獨(dú)去除凋落物或草氈層。

經(jīng)過不同去除處理后土壤理化性質(zhì)相比對(duì)照也發(fā)生了不同程度的變化,而從相關(guān)性分析可知(表4),土壤總有機(jī)碳、全氮、含水量和pH值等理化性質(zhì)與土壤活性有機(jī)碳具有顯著的相關(guān)性,這與張磊等[11]的研究結(jié)果相似,由此我們可以推測去除凋落物和草氈層后土壤理化性質(zhì)的變化可能是引起活性有機(jī)碳產(chǎn)生變化的重要原因。

總體而言,去除凋落物和草氈層在短期內(nèi)對(duì)寒溫帶3種典型森林土壤活性有機(jī)碳產(chǎn)生了一定的影響,但影響程度在不同林型中表現(xiàn)出差異,這可能因?yàn)槭艿降蚵湮锖筒輾謱觾?chǔ)量、質(zhì)量以及土壤理化性質(zhì)等因素綜合影響的結(jié)果[19,24]。除了林型外,去除凋落物和草氈層后土壤活性有機(jī)碳的變化還受到土層的影響。10—20 cm土層活性有機(jī)碳含量在去除凋落物和草氈層后的變化幅度要低于0—10 cm土層,這可能是因?yàn)樯顚油寥缹?duì)有機(jī)質(zhì)輸入量的變化具有滯后性。

有研究表明,控制有機(jī)質(zhì)輸入對(duì)土壤可溶性有機(jī)質(zhì)和微生物特性的影響會(huì)因處理時(shí)間長短而異[29],短期的處理對(duì)于土壤可溶性碳氮以及微生物碳氮的影響具有變異性且會(huì)在不同森林生態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)出不同的結(jié)果[19],因此開展長時(shí)間的監(jiān)測與分析對(duì)于更加深刻地理解凋落物和草氈層在寒溫帶森林土壤碳循環(huán)中所發(fā)揮的作用具有重要意義。此外,凋落物和草氈層的分解其實(shí)是一個(gè)比較漫長的過程,隨著處理時(shí)間的增加,凋落物和草氈層的分解不再受到限制,對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響也許會(huì)更顯著,但森林生態(tài)系統(tǒng)都具有一定的自我調(diào)節(jié)與恢復(fù)能力[10],當(dāng)土壤微生物群落逐漸適應(yīng)了沒有凋落物和草氈層存在的環(huán)境后,不同去除處理對(duì)于土壤活性有機(jī)碳的影響或許會(huì)變得越來越小,與對(duì)照的差異也會(huì)逐漸縮小,但長期效應(yīng)是一個(gè)比較復(fù)雜的過程,因此今后應(yīng)多注重長時(shí)間以及多次土壤樣本的監(jiān)測與分析。

4 結(jié) 論

(1) 凋落物和草氈層的存在與否對(duì)寒溫帶森林土壤活性有機(jī)碳具有重要影響,但影響程度因林型和土層的不同而異

(2) 在0—10 cm土層,去除凋落物處理顯著降低興安落葉松林土壤可溶性有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳含量,去除草氈層處理顯著降低白樺林和樟子松林土壤可溶性有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳含量,同時(shí)去除凋落物和草氈層后,除興安落葉松林土壤可溶性有機(jī)碳含量沒有顯著變化外,其他林型土壤可溶性有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳含量均顯著降低。除樟子松林在去除凋落物后土壤微生物量碳含量無顯著變化外,不同去除處理均使3種林型土壤微生物量碳含量顯著降低。在10—20 cm土層,除白樺林和樟子松林土壤易氧化有機(jī)碳含量在去除草氈層和同時(shí)去除凋落物和草氈層處理后顯著降低外,其他林型各去除處理土壤活性有機(jī)碳組分含量與對(duì)照相比無顯著變化。

(3) 土壤總有機(jī)碳、全氮、含水量以及pH是活性有機(jī)碳含量的重要影響因子。