【论文精选】3种人工林表层土壤溶解性有机质含量的季节变化

原创孔玉华等中国水土保持科学

土壤活性碳、氮是土壤碳、氮循环中最为重要和活跃的组分，其动态变化对生态系统内及不同生态系统之间碳、氮循环和再分布以及土壤的形成过程具有重要的意义。土壤溶解性有机碳(dissolved organic carbon, DOC)、溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen，DON)、土壤无机氮(soil inorganic nitrogen, SIN)(硝态氮(NO₃^--N)和铵态氮(NH₄⁺-N))均对环境变化有较高的灵敏性，是土壤活性碳、氮的重要组成部分。DOC和DON是深层土壤碳、氮固定的潜在来源，亦是土壤微生物可利用的主要物质和能量来源；NO₃^--N和NH₄⁺-N则是氮素循环中重要生物化学转换过程的物质基础，是土壤氮素生物有效性的重要指标。森林枯落物层是森林土壤活性碳、氮的重要来源，枯落物层的渗漏液为矿质土壤提供可持续的碳和养分输入，并影响土壤碳、氮储量和微生物活动。不同人工林类型通过影响枯落物层及根系生物量的数量与质量，进而影响林下土壤有机质的质量，并对森林土壤活性碳、氮的变化产生作用。豆科树种通常具有较高的土壤DON质量分数。土壤活性碳、氮的形成与转化过程受生物、物理化学因素及水文条件的影响，例如，土壤有机质的分解、枯枝落叶层的淋溶与归还以及降水过程等。

华北石质山区地处干旱半干旱季风气候带，地薄土瘠，土壤保水能力差，但是作为华北平原的重要生态屏障，一直是我国林业生态等工程建设的重点区域。当前，对该区的研究报道主要是人工林对土壤渗透性、土壤酶活性等方面的影响，关于枯落物归还及其对土壤活性碳、氮周转的影响鲜有报道；因此，笔者旨在探明不同人工林土壤DOC、DON、NO₃^--N和NH₄⁺-N的质量分数及其季节性变化规律，探讨相同林龄不同人工林土壤活性碳、氮对枯落物归还的响应机制，以期为进一步揭示华北石质山区土壤碳、氮周转机理及主要影响因素提供科学依据。

研究区位于河南省西北部的济源市境内，隶属于中国森林生态系统定位研究网络(Chinese Forest Ecosystem Research Network, CFERN)的黄河小浪底森林生态系统定位研究站。该地区平均海拔为410m，属暖温带大陆性季风气候，四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，春秋季较短，3、6、9、和12月可代表当地春、夏、秋、冬四季；雨热同期，降水季节分布不均匀，全年降水约68.3%集中在6—9月，年均降水量约641.7mm，年均气温14.1℃。研究区土壤主要为棕壤和在花岗片麻岩等风化母质上发育而来的山地褐土，土层浅且保肥保水能力差。试验区植被主要由酸枣(Ziziphus jujube)、荆条(Vitex negundo)、胡枝子(Lespedeza bicolor)等组成的耐旱次生灌草丛以及原始植被破坏后栽植的人工林。

通过实验分析，结论如下：

1）华北石质山区人工林下土壤活性碳、氮质量分数有明显的季节性变化规律，夏季6月具有较高的质量分数，气温是该区土壤活性碳、氮周转的主要驱动因子。