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在全球碳循环中,土壤扮演着极其重要的角色,它是地球表层最大的有机碳库。土壤中有机碳含量估计为陆地生物圈碳库总量的2/3,碳库的变化被普遍认为是导致大气成分和全球气候变暖的重要因素[1]。土壤有机碳一般由两部分构成:一是易氧化有机碳,二是稳定性比较强的有机碳。其中,Blair等学者在进行广泛深入地调查分析后表示[2],在作物连续生长期间能被333 mmol·L−1的KMnO4氧化的有机质最易发生变化,称之为易氧化有机碳,是反映土壤肥力变化的主要依据。有研究人员表示,易氧化有机碳不仅是预测土壤有机碳中动态周转最快的组分[3],同时也是反映土壤有机质动态变化的重要指标[4],可以此为依据评估土壤内部有机质的早期动态变化[5,6]。
土壤易氧化有机碳(ROOC)包括有轻组有机碳、微生物生物量碳、可溶性有机碳、土壤可矿化碳以及碳水化合物[7]。易氧化有机碳在反映土壤质量和肥力变化时比总有机碳(TOC)更灵敏,能够比较早地揭示土壤肥力变化情况,及时准确地表达土壤物理性质的演变。ROOC可被用于描述和反映土壤物质循环特征,被视为土壤管理措施变化引起土壤有机质变化和土壤潜在生产力的早期指标[8,9],在采取一系列经管措施后,其变化相对较为明显[10]。
作为我国栽植分布最广的一类松属树种,马尾松是南方最主要用材松属树种之一,也是四川省栽植范围最广的用材树种,它具有适生生长能力强、丰产、速生、用途广泛等诸多优点[5]。低效林是一个比较宽泛的概念,主要指的是受人为或者自然等相关因素的制约,林木生长速度滞后,林分结构不合理,系统功能明显衰退,造成森林生态功能、林产品产量和质量等远远落后于同等面积、同等范围下的林分水平。低效林改造,是改变森林资源粗放经营、提高森林资源整体功能效益的有效途径,充分发挥林地生产潜力,提高林分质量,是加快森林资源培育和林业产业建设步伐,培育优质、丰产和高效的森林资源的必然要求。但目前比较缺乏关于经营管理对马尾松低效林土壤易氧化有机碳影响的研究,鉴于此,本试验拟将目光聚焦于川南马尾松低效林,在借鉴前人研究成果的基础上立足于现实情况,积极探寻各种改造措施下土壤易氧化有机碳含量的初期变化规律,为该区森林生态系统的合理经营、碳汇功能的客观评价及土地利用方式的正确选择提供有益指导。
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根据表1能够了解到,在同一季节,土壤中易氧化有机碳(ROOC)含量因采取的改造方法不同、土层深度不同而呈现出较大差别(P<0.05)。0~20 cm土层深度中,ROOC含量为CK>T1>T2>T3>T4>QK;即对照林最高,皆伐最低,并随开窗面积的增大而降低。20~40 cm土层深度中,春季ROOC含量表现为CK>T2>T3>T4>T1>QK,夏季ROOC含量表现为T1>T3>CK>T2>T4>QK,秋、冬季节ROOC含量均表现为CK>T2>T3>T4>T1>QK。且20~40 cm土层中的ROOC约为0~20 cm土层的31.47%~81.03%,表明不同改造模式对不同土层的ROOC含量有显著影响。
时间 土壤深度/cm 改造措施 CK T1 T2 T3 T4 QK 2013/12/1(冬季) 0~20 7.20±1.32a 5.88±0.80ab 3.48±0.45b 3.54±0.37b 3.34±0.48b 2.69±0.90b 20~40 2.33±0.67a 2.23±0.58a 1.09±0.50b 0.99±0.67b 0.91±0.83b 0.70±0.23b 2014/3/1(春季) 0~20 5.32±0.70a 3.74±0.50b 3.15±0.43b 3.01±0.32b 2.55±0.56bc 2.47±0.34c 20~40 1.90±0.21a 1.20±0.20b 1.80±0.15a 1.46±0.43ab 1.34±0.19b 0.90±0.21b 2014/6/1(夏季) 0~20 7.32±0.42a 5.89±0.38b 5.75±0.29b 4.79±0.57bc 3.85±0.43c 3.21±0.55c 20~40 3.74±0.32ab 4.78±0.66a 3.21±0.19b 4.21±0.46ab 1.12±0.41d 2.70±0.86c 2014/10/1(秋季) 0~20 5.10±0.16a 3.69±0.47b 2.66±0.89bc 2.28±0.23c 2.20±0.11c 2.11±0.10c 20~40 1.15±0.12a 1.19±0.16a 0.81±0.36ab 0.55±0.05b 0.42±0.1b 039±0.21b 备注:同行中不同小写字母表示不同改造措施下的差异显著性,下同(P<0.05)。 Table 1. Soil readily oxidizable carbon content under different transformation measures
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由表2可知,在同一改造措施下,ROOC含量因季节变化存在明显差异。0~20cm深度土层下,ROOC含量表现为冬、夏季节显著高于春、秋季节,且ROOC含量趋势依次表现为:夏>冬>春>秋;20~40 cm深度土层下,对照样地与重造样地中的ROOC含量趋势依次表现为:夏>冬>春>秋。而在标准样地中,ROOC含量趋势依次表现为夏>春>冬>秋。表明同一改造措施下,土层深度是影响ROOC含量的重要因素。
改造措施 土壤深度/cm 季节 冬 春 夏 秋 CK 0~20 7.20±1.32a 5.32±0.70ab 7.32±0.42a 5.10±0.16b 20~40 2.33±0.67b 1.90±0.21b 3.74±0.32a 1.15±0.12c T1 0~20 5.88±0.80a 3.74±0.50b 5.89±0.38a 3.69±0.47b 20~40 2.23±0.58b 1.20±0.20c 4.78±0.66a 1.19±0.16c T2 0~20 3.48±0.45b 3.15±0.43b 5.75±0.29a 2.66±0.89b 20~40 1.09±0.50bc 1.80±0.15ab 3.21±0.19a 0.81±0.36c T3 0~20 3.54±0.37b 3.01±0.32b 4.79±0.57a 2.28±0.23c 20~40 0.99±0.67b 1.46±0.43b 4.21±0.46a 0.55±0.05b T4 0~20 3.34±0.48a 2.55±0.56b 3.85±0.43a 2.20±0.11b 20~40 0.91±0.83a 1.34±0.19a 1.12±0.41a 0.42±0.1b QK 0~20 2.69±0.90a 2.47±0.34b 3.21±0.55a 2.11±0.10b 20~40 0.70±0.23b 0.90±0.21b 2.70±0.86a 1.13±0.21b Table 2. Effects of the same transformation measure on soil readily oxidizable carbon content