木荷与杉木人工林枯枝落叶层溶解有机碳浓度及季节动态

木荷与杉木人工林枯枝落叶层溶解有机碳浓度及季节动态 第 45 卷 第 2 期 Vol . 45 No . 2 () 厦门大学学报 自然科学版 2006 年 3 月 Ma r . 2006 ( ) J o ur nal of Xia me n U ni ve r si t y Na t ural Scie nce 木荷与杉木人工林枯枝落叶层溶解 有机碳浓度及季节动态 1 2 3 1 1 2 郭剑芬,杨玉盛,林 鹏,卢豪良,陈光水 ()1 . 厦门大学生命科学学院 ,福建 厦门 361005 ;2 . 福建师范大学地理科学学院 ,福建 福州 350007 ( )摘要 : 对中亚热带木荷和杉木人工林 mo nocult ure pla ntatio ns of S c hi m a s u pe rba and Cun ni n g ha m i a l a nceol at a ,15 年生 () 枯枝落叶层 包括 Oi 、Oe 和 Oa 层DOC 浓度及季节动态的研究表明 :木荷人工林枯枝落叶层 DOC 浓度高于杉木人工林 ; 两种群落枯枝落叶层中 ,Oi 层的 DOC 浓度均高于 Oe 和 Oa 层 ;木荷和杉木人工林枯枝落叶层不同分解层次 DOC 浓度的 季节变化模式相似 ,均在秋季出现最大值 ;枯枝落叶层 DOC 浓度及季节变化与温度 、湿度 、生物活性及枯枝落叶层中有机 质数量等有关 . () 关键词 : 溶解有机碳 DOC;季节动态 ;枯枝落叶层 ;木荷 ;杉木 () 中图分类号 : S 718文献标识码 : A文章编号 :043820479 20060220289204 ( 可 溶 性 有 机 物 质 Di ssol ved O r ga nic Mat t er , DO C 在森林生态系统碳循环中的作用提供理论 叶层 ) μDO M指通过 0 . 45 m 筛孔且能溶解于水 、酸或碱溶 数据. [ 1 ] 液的不同大小和结构的有机分子混合体. 在一般性 1 试验地概况 描述时常称 DO M , 而涉及到不同部分具体结果时用 () ( DO C Di ssol ved o r ga nic ca r bo n、DO N Di ssol ved o r2 ( 试验地位于 闽 江上 游 的 建 瓯 市 东 门 牛 坑 垅 26? ) ( ga nic nit ro ge n和 DO P Di ssol ved o r ga nic p ho sp ho r2 ) 38′54″,272?0′26″N ,1174?5′58″,1185?7′11″E,地处 ) o u s等表示 . DO M 是陆地和水 生生 态 系统 中一 类重 武夷山脉东南 ,鹫峰山脉西北 ,为低山丘陵地貌. 本地 要的 、十分活跃的化学组分 , 它不但 能 促进 矿物 的风 属中亚热带海洋性季风气候 ,年平均气温 18 . 7C? , 最 高温 41 . 4C? ,最低温 - 7 . 3C? ,年平均降水量 1 663 . 7 化 ,是微生物生长和生物分解过程中的重要的能量来 [ 1 ] ( ) mm ,降雨多集中在 3,8 月 图 1,蒸发量 1 327 . 3, 源,而且对生态系统营养物质的有效性和流动性 、污 [ 2 ,3 ] 1 605 . 4 mm ,年平均湿度 80 % ,年均日照时数 1 812 . 7 染物的毒性及其迁移特性都有直接影响. h . 土壤为白垩纪钙质 、泥质砂砾岩发育的红壤 . 森林枯枝落叶层作为一个活跃的碳库 ,除了通过 1986 年部分杂木林地进行皆伐 ,第 2 年经穴状整分解作用向大气释放 CO构成森林生态系统主要碳2 地后用 1 年生木荷和杉木实生苗造林 ,两种群落概况 源之一外 , 还通过淋溶作用以 DO C 的形式迁移到矿 如下 : 质土壤中 ,构成了森林碳平衡的另一重要部分. 近 20 () 木荷林地的坡度为 26 . 5?. 林冠单层 ,灌木层以卡 年来 特别是最近 5 年,国外对枯枝落叶层碳库及碳 () ( 氏乌饭 V acci ni u m c a rl es i i 、黄瑞木 A d i n a n d r a m i l2 通量的研究主要集中在对温带林 ,取得了较高质量的 ) ( ) ( 成果. 而环境及生物因素对枯枝落叶层 DO M 的动态l et t i i 、乌 药 L i n d e r a a g g re g at a 、山 胡 椒 L i n de r a [ 2 ] 调节机制仍远未被揭示. 国内少数研究者对河流及 ) ( ) ( g l a uc a、白花龙 S t y r a x f abe ri 、乌饭树 V acci ni u m [ 3,5 ] 土壤 DO M 的环境效应作了一些报道, 但对森林 ( ) ) br acte at u m 、金樱子 R os a l aev i g at a 等为主 . 草本层 生态系统 , 尤其是枯枝落叶层中 DO C 的研究还未涉 ( ( ) 以 芒 萁 D i c r a no p te ris d i c hot om a 为 主 盖 度 达 及 . 本 课 题 组 通 过 对 木 荷 与 杉 木 人 工 林 枯 枝 落 叶 层) ( ) 70 %, 另有 少 量 狗 脊 W oo d w a r d i a j a p onic a 、乌 蕨 DO C 浓度及季节动态进行研究 ,为进一步探讨枯枝落( ) S te nol e m a c h us a n u m . 杉木 林 地 坡 度 23 . 5?. 林 冠 单 层 、灌 木 层 以 乌 饭 ( 树 、卡 氏 乌 饭 、黄 瑞 木 、山 胡 椒 、毛 冬 青 I l e x p u2 收稿日期 :2005205231 ( ) ( ) besce ns 、葱 木 A r al i a c hi ne ns is 、细 齿 叶 柃 E u r y a 基金项目 :教育部骨干教师资助项目 ( ) 作者简介 :郭剑芬 1977 - ,女 ,博士研究生. ) ( ) ni t i d a等为主 . 草本层以芒萁为主 盖度达 90 %,另 3 通讯作者 : geo yys @fj nu . edu . cn 有少量乌蕨 . 两种群落的特征及土壤性质见表 1 . 2 研究 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 在木荷和杉木人工林上 、中 、下坡设 3 条平行于等 () () ( ) 高线的样线 ,2002 年 1 月 冬、4 月 春、7 月 夏、10 () 月 秋每个月底在每条样线上随机设 10 个 25 cm × ( 25 cm 小样方 ,按层次采集两群落枯枝落叶 Oi 层 未 ) () ( ) 分解层、Oe 层 半分解层和 Oa 层 分解层样品 ,带 回室内 ,每种群落 30 个小样方 ,各层样品分别混匀 ,风 图 1 试验地降水状况 干 ,Oa 层过 2 mm 尼龙网筛 ,去除矿质土 . 分别取小样 Fig. 1 Mo nt hly mea n p recipitatio n a nd evapo ratio n at 测定含水量 ,其余的样品用于 DO C 浓度测定 . t he st udy site s 分别称取相当 10 . 0 g 干质量的不同分解层次枯 枝落叶样品于 PV C 瓶中 ,加入双重蒸馏水 100 mL ,在结果3 180 次/ mi n 的速度下间歇振荡 5 h ,静置 15 mi n ,随之 μ() 用 0 . 45 m 滤膜过滤 压力为 - 0 . 09 M Pa. 采用总有 3 . 1 枯枝落叶层 DO C 浓度 ( 机碳分 析 仪 Ele me nt a r A nal yse n syst e me Gmb H , 德 木荷和杉木人工林枯枝落叶层 DO C 平均浓度分) 国测各滤液中的 DO C 浓度 . DO C 浓度测定在获取滤 液的当日进行 ,每次测定作 3 个重复 . 别为 45 . 1 和 34 . 5 mg/ L . 木荷人工林不同分解层次枯 枝落叶 层 中 DO C 浓度 均高 于杉 木 人 工 林. 除 Oa 层 () 统计分析用 S PSS 11 . 0软件进行 . 用配对 t 检验 外 ,两种人工林 Oi 和 Oe 层 DO C 浓度间差异均达到 ( 法检验 不同 群 落枯 枝落 叶 层 DO C 浓度 的差 异 p < ( ) 显著水平 p < 0 . 05. 两种群落枯枝落叶层不同分解 ) 0 . 05. ( 层次 DO C 浓 度顺 序 皆 为 : Oi 层 > Oe 层 > Oa 层 表 ) 2. 表 1 两种群落特征和土壤性质 Ta b. 1 Sta nd cha racteri stic s and soil p rop erties in 表 2 不同分解层次枯枝落叶层 DOC 的年平均浓度 diff erent fo re st s Ta b. 2 A nnual average co ncent ratio n of DOC in diff erent 群落类型 ( )mg/ L ho rizo ns of fo re st f loo r 因子 木荷人工林 杉木人工林 层次 木荷人工林 杉木人工林 群落特征 Oi 60 . 3 ?7 . 2 a 43 . 4 ?5 . 3 b 0 . 70 0 . 80 郁闭度/ %44 . 3 ?6 . 0 a 32 . 2 ?4 . 3 b Oe 10 . 5 8 . 7 平均树高/ m30 . 6 27 . 8 ?3 . 7 a ?3 . 8 a Oa 9 . 0 10 . 8 平均胸径/ cm45 . 1 ?5 . 2 a 34 . 5 ?4 . 2 b - 2 平均 ) (密度/ 株 h?m 蓄积量/ 1700 2390 3 - 2 ( ) mh?m 灌木层生物量/ 注 :表中数值为平均值 ?标准差 ,同一行中标有不同 76 . 50 98 . 47 - 2 ( ) t h?m 草本层生物量/ 字母的数值表示存在显著性差异 , p < 0 . 05 , n = 3 . - 2 0 . 83 1 . 12 ( ) t h?m 枯枝落叶层厚度/ 3 . 89 4 . 21 cm 2 ?12 ?1枯枝落叶层 DO C 浓度季节动态3 . 2 ()土壤性质 0,20cm 除 Oa 层外 ,两种群落枯枝落叶层中 Oi 和 Oe 层- 3 )( 1 . 06 1 . 08 容质量/ g c?m ( ) DO C 浓度均呈现明显的季节变化 图 2. 木荷人工林 38 . 12 41 . 13 含水量/ %- 1 枯枝落叶层各层次 DO C 浓度季节变化趋势相同 , 最 )( 29 . 9 28 . 0 有机质/ g k?g - 1 )( 0 . 94 0 . 81 全 N/ g k?g ( 大值均 出 现 在 秋 季 Oi 、Oe 和 Oa 层 分 别 为 95 . 9 、 - 1 )( 0 . 62 0 . 40 全 P/ g k?g ( ) 45 . 0 、29 . 9 mg/ L , 最小值 出现在冬季 Oi 、Oe 和 Oa - 1 ) ( 水解 N/ mg ?kg 98 . 0 93 . 3 - 1 ) 层分别为 27 . 5 、20 . 1 、16 . 8 mg/ L . 杉木人工林枯枝落 ) ( 速效 P/ mg k?g 速2 . 08 2 . 48 - 1 )( 效 K/ mg k?g 叶 层不同分解层次DO C浓度季节变化模式与木荷人 48 . 6 38 . 9 . 第 2 期 郭剑芬等 :木荷与杉木人工林枯枝落叶层溶解有机碳浓度及季节动态 ?291 ? 图 2 木荷和杉木人工林枯枝落叶层 DOC 浓度季节动态 ()Fig. 2 Sea so nal va riatio n in DOC co ncent ratio ns in fo rest f loo r s of t he t wo pla ntatio ns Ba r s ref er to o ne st anda r d er ro r 中枯枝落叶层 DO C 浓度随枯枝落叶分解程度增加的 ( ) 工林的相似 ,均为秋季 > 夏季 > 春季 > 冬季 图 2. 其 变化模式与 H ua ng 和 Sc hoe na u 对加拿大白杨林枯枝 中 ,秋季杉木人工林 Oi 、Oe 和 Oa 层 DO C 浓度最大值 [ 6 ] 落叶层 DO C 动态研究结果相同. H ua ng 和 Schoe2 分别为 71 . 4 、37 . 9 、24 . 3 mg/ L ;而冬季各层 DO C 浓度 [ 9 ] ( na u 指出,约 80 %的 DO C 产生于新近凋落物层 即 最小值分别为 17 . 9 、15 . 2 、13 . 1 mg/ L . 全年中两种群 ) Oi 层,表明该层是 DO C 的最主要来源. 而本研究两落 Oi 层 DO C 浓度均高于 Oe 和 Oa 层 ,尤以夏季和秋 种群落枯枝落叶层中 Oa 层 DO C 浓度均最低 ,可能由 季最明显 . 于该层中 DO C 发生吸附或分解矿化 . 枯枝落叶层不 同分解层次 DO C 浓度变化表明 DO C 发生了迁移 ,这 4 讨论 一过程构成了森林生态系统 C 循环的重要组成部分 . 枯枝落叶层作为处于地上生物库与地下土壤库之间的 枯枝落叶层 DO C 的浓度4 . 1 一个十分 活 跃 的 碳“库 ”, 一 方 面 通 过 矿 质 化 释 放 出 森林枯枝落叶层作为森林土壤生态系统物质循环CO,另一方面以枯枝落叶层渗滤液的形式向土壤输2 [ 1 ] 过程中的一个中间“碳库”, 其 DO C 浓度高低及动态 入 DO C ,对土壤的物质循环有重要作用.对土壤有机 C 库的源汇功能有着重要影响 . 本研究中 两种群落枯枝落叶层 DO C 的平均浓度落入 H ua ng 等 枯枝落叶层 DO C 浓度的季节动态4 . 2 ( 报道的森 林 枯 枝 落 叶 层 DO C 的 浓 度 范 围 14 , 75 枯枝落叶层 DO C 随凋落物 、降雨 、温度 、微 生物 [ 6 ] ) mg/ L ,其中杉木人工林枯枝落叶层 DO C 浓度与德[ 1 ,8 ] 等季 节 变 化 而 变 化, 常 表 现 出 不 同 的 模 式 . 如 : ( ( ) 国巴伐利亚云杉 Pi ce a abi es Ka r st . 林的 37 . 2 mg/ [ 10 ,11 ] [ 1 ] Sco t t 等 和 Tippi ng 等 发 现, 夏 季 枯 枝 落 叶 层) L 十分相近,而木荷人工林枯枝落叶层 DO C 浓度 [ 7 ] DO C 浓度高于冬季 ; McDo well 和 L i ke n 发现 ,生长 ( 略高 于 H u bba r d B roo k 流 域 的 阔 叶 林 37 . 5 mg/ [ 7 ] [ 6 ] 季 DO C 浓 度 比 休 眠 期 更 高 . 本 研 究 中 枯 枝 落 叶 层 ) L . 与温带林枯枝落叶层 DO C 平均浓度相比,本 DO C 浓度在秋季出现峰值 ,这与国外相关研究所得结 研究群落的数值均较低 . 这可能由于本研究立地平均 果一致 . 如 Kai ser 等对温带森林 4 个树种枯枝落叶层 [ 8 ] () 气温较高 25C?,有机质分解也将比温带地区的更快 、 DO C 研究发现其浓度 在 秋季 达到 最 大值. Tippi ng [ 12 ] 更彻底 ,从而造成枯枝落叶层 DO C 浓度相对更低. 等则对秋季 DO C 浓度最大作出了解释. 秋季凋落 量大 ,这为微生物分解提供了物质和能量来源. 微生物 木荷人工林枯枝落叶层 DO C 浓度高于杉木人工[ 7 ] 林 ,这与两个群落凋落物归还数量及质量差异有关 . 与 分解过 程中 也 产生 了 DO C. 本课 题 组前 期 研 究 发 杉木人工林相比 ,木荷人工林具有更高的凋落物归还 现 ,木荷和杉木人工林凋落量分别在 9 月和 11 月出现 [ 13 ] (量 木荷人工林年均凋落量是杉木人工林的 1 . 6 倍 ,未 峰值. 此外 ,本研究中两群落枯枝落叶层 DO C 浓度 ) 在夏季也较高 ,这与该时期微生物生物量及活性较大 刊资料,成为 DO C 的主要来源 . 另外 ,木荷落叶的水 [ 14 ] 有关. 杨玉盛等研究表明,杉木人工林枯枝落叶层 溶性化合物含量高于杉叶 ,但落叶中 C 和木质素的含 ( ) 呼吸速率在 6 月下旬达到最大值 ,夏季微生物生物量 量前者远低于后者 未刊资料,从而有利于微生物活 ( ) C 含量是冬季的 1 . 6 倍 未刊资料. 也有资料显示湿 性的提高 ,促进了枯枝落叶层 DO C 的产生 . Kai se r 等 [ 8 ] 度可能 是 枯 枝 落 叶 层 DO C 浓 度 变 化 的 主 要 因 素 . 也发现阔叶树凋落物 DO C 浓度高于针叶树. 本研究 [ 15 ] [ 7 ] McDo well W H ,L ikens G E. O rigin ,co mpo sitio n ,and f l ux ( Ya nai 等研究表明, 降水量 相应地枯枝落叶 层湿 of di ssolved o r ganic ca r bo n in t he H ubba r d Broo k Valley ) 度增大 , 枯枝落叶层中 DO C 的淋溶量大大增加. 本 [J ] . Ecol . Mo no gr . ,1988 ,58 :177 - 195 . ( ) 研究区秋季降水量仅占全年降水量的 10 % 图 1,枯 Kai ser K , Guggenber ger G , Haumaier L , et al . Sea so nal [ 8 ] 枝落叶层湿度相应较低 ,DO C 淋溶损失较少. 此外 ,温 variatio ns in t he chemical co mpo sitio n of di ssolved o r ganic 度与枯枝落叶层 DO C 浓度之间具有显著相关性 . 春 、 mat ter in o r ga nic fo rest f loo r layer leachates of old2 ( ) gro wt h Sco t s pine Pi n us s y l ves t ris L . a nd Europ ean 冬季木荷和杉木人工林枯枝落叶层平均温度分 别比 ( ) beech Fa g us s y l v at ic a L . stands in no rt hea ster n Ba2 ( ) 夏 、秋季的低 12 ?和 10 ?未刊资料,从而影响微生 varia , Ger many [J ] . Bio geochemi st r y ,2001 ,55 :103 - 143 . 物活动 ,导致枯枝落叶层 DO C 浓度下降 ,这与一些研 H ua ng W Z , Schoenau J J . Fl uxe s of water2sol uble nit ro2 [ 9 ] 究发现枯枝落叶层 DO C 浓度随温度的升高而增加的 gen a nd p ho sp ho ro us in t he fo rest f loo r and surf ace mi n2 [ 1 ,9 ] 结果相似. 由于影响枯枝落叶层 DO C 浓度及季节 eral soil of a bo real a sp en sta nd [J ] . Geo der ma ,1998 ,81 : 251 - 264 . 变化的因素十分复杂 ,一些环境和生物因素还可能同 Sco t t M J ,J o ne s M N , Woof C ,et al . Co ncent ratio ns a nd [ 10 ] 时起作用 ,加上本研究只进行一年的观测 ,所以较难推 f l uxe s of di ssolved o r ganic ca r bo n in drainage water f ro m 测造成不同群落枯枝落叶层 DO C 浓度及季节变化差 an upla nd p eat system [ J ] . Enviro nment Inter natio nal , 异的主要因素 ,这些仍有待于进一步研究 . 1998 ,24 :537 - 546 . Tipping E , Woof C , Rigg E ,et al . Climatic i nf l uence s o n [ 11 ] t he leachi ng of di ssolved o r ganic mat ter f ro m upla nd U K 参考文献 : moo rla nd soil s , investigated by a field manip ulatio n ex2 [ 1 ] Michalzik B ,Matzner E. Dyna mic s of di ssolved o r ganic ni2 periment [J ] . Enviro nment Inter natio nal , 1999 , 25 : 83 - t ro gen and car bo n in a Cent ral Europ ean No rway sp r uce 95 . eco system [J ] . Eur . J . Soil Sci . ,1999 ,50 :579 - 590 . Tipping E , Mar ker A F H ,But terwick C , et al . O r ganic [ 12 ] Kra na bet t er J M ,Ba nner A . Selected biolo gical and chemi2 [ 2 ] ca r bo n in t he Humber river s [ J ] . Sci . To tal Enviro n. , cal p rop erties of fo re st f loo r s acro ss bedrock t yp es o n t he 1997 ,194 :345 - 355 . no rt h coa st of Briti sh Col umbia [ J ] . Ca n. J . Fo r . Re s. , Ya ng Y S , Guo J F , Chen G S , et al . L it ter p ro ductio n , [ 13 ] () 2000 ,30 6:971 - 981 . sea so nal p at ter n a nd nut rient ret ur n in seven nat ural fo r2 [ 3 ] 陈同斌 ,陈志军 . 水溶性有机质对土壤中污染物吸附解吸 est s co mpa red wit h a pla ntatio n in so ut her n China [ J ] . ( ) 附的影响 [ J ] . 植物 营养与肥料 学 报 , 1998 , 4 3: 201 - () Fo rest r y ,2005 ,78 4:1 - 13 . 210 . 杨玉盛 ,陈光水 ,谢锦升 ,等 . 中国亚热带森林转换对土 [ 14 ] [ 4 ] 陈同斌 ,陈志军 . 水溶性有机质对土壤中镉吸附行为的影 ( ) 壤呼吸动态及通量的影响 [ J ] . 生态学报 , 2005 , 25 7 :() 响 [J ] . 应用生态学报 ,2002 ,13 2:183 - 186 . 1684 - 1690 . 黄泽春 ,陈同斌 , 雷梅 . 陆地生态系统中水溶性有机质的 [ 5 ] Yanai R D , A rt hur M A , Sicca ma T G ,et al . Challenges [ 15 ] () 环境效应 [J ] . 生态学报 ,2002 ,22 2:259 - 269 . of mea suring fo re st f loo r o r ganic mat t er dynamics : re2 [ 6 ] H ua ng W Z , Schoena u J J . Di st ributio n of water2sol uble peated mea sure s f ro m a chro no sequence [ J ] . Fo r . Ecol . o r ga nic car bo n in a n a sp en fo rest soil [ J ] . Ca n. J . Fo r . Ma nage . ,2000 ,138 :273 - 283 . Re s. ,1996 ,26 :1266 - 1272 . Concentrat ions and Sea sonal Dyna mics of Dissolved Organ ic Carbon in Forest Floors of Two Plantations in Subtropical China 1 2 3 1 1 2GU O J ia n2f e n, YA N G Yu2she ng,L IN Pe ng,L U Hao2lia ng,C H EN Gua ng2shui (1 . School of L if e Sciences , Xia men U niver sit y , Xia men 361005 ,China ; )2 . School of Geo grap hy Science s , Fujia n No r mal U niver sit y , Fuzho u 350007 ,China ( ) Abstract : The co ncent ratio ns a nd sea so nal dynamics of DOC in fo re st f loo r s of t wo pla ntatio ns of S c hi m a s u pe rba SSa nd Chi2 ( ) nese fir Cu nni n g h am i a l a nceol at a ,CFin jiano u , Fujia n were st udied. The re sult s sho wed t hat t he SS had higher DOC co ncent ra2 tio n in t he fo rest s f loo r t han t he CF. DOC co ncent ratio n in t he Oi ho rizo n wa s higher t ha n t ho se in t he Oe a nd Oa ho rizo ns fo r bo t h fo rest s. Co ncent ratio ns of DOC in diff erent ho rizo ns of fo re st f loo r s in bo t h fo re st s sho wed similar sea so nal t rends wit h t he maximal val ue in a ut umn. The co ncent ratio n and tempo ral cha nge of DOC in st udy fo re st s were p ro ba bly related to t he va riatio n in moi st ure , temperat ure , biolo gical activit y and qua ntit y of o r ga nic mat ter in t he fo rest f loo r . () Key words : di ssolved o r ganic ca r bo n DOC; sea so nal dyna mic s ;fo re st f loo r ; S c hi m a s u pe rba ; Cun ni n g h a m i a l anceol at a