城市麻櫟林土壤溶解性有機(jī)碳特征生物技術(shù)專業(yè)

1、1前言土壤溶解性有機(jī)碳是土壤中一種活性較高的土壤碳素，作為土壤有機(jī)碳的重要組成部分，其對(duì)于維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡具有重要作用。雖然土壤溶解性有機(jī)碳(DOC)在土壤中的含量很低，但它卻能調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育所需養(yǎng)分元素的輸入與釋放。并且DOC對(duì)自然界的各種變化反應(yīng)靈敏，其含量的變化對(duì)于我們準(zhǔn)確掌握土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律具有導(dǎo)向作用FIAstar 5000流動(dòng)注射分析儀測(cè)定銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的含量。自然與社會(huì)活動(dòng)等因素干擾了土壤生物化學(xué)循環(huán)的路徑，對(duì)土壤微生物的新陳代謝活動(dòng)以及土壤養(yǎng)分循環(huán)都產(chǎn)生了巨大的影響2。由于土壤中各類養(yǎng)分含量均比較高，且它們之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，采用土壤各類養(yǎng)分的總量變化來(lái)評(píng)價(jià)與反映土

2、壤質(zhì)量的變化顯得十分籠統(tǒng)且低效，因此，有必要選擇適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)來(lái)研究土壤養(yǎng)分的變化3。為了探尋土壤DOC含量變化的影響要素與規(guī)律，之前有很多研究人員都做了這一方面的研究。通過(guò)這些研究，我們不難看出土壤DOC含量主要受到溫度、土壤理化性質(zhì)、土地的用途等自然與人為因素的影響。并且這些因素并不是單一作用于土壤DOC含量的變化，一般情況下，這些因素都會(huì)交互在一起，綜合影響DOC的含量變化。在不同的條件下，每個(gè)因素都有可能成為影響DOC含量的主要因素。對(duì)于前人研究成果的歸納為我們準(zhǔn)確探索DOC含量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律指明了方向?，F(xiàn)如今，城市化的規(guī)模越來(lái)越大，速度也越來(lái)越快，從而對(duì)城市內(nèi)和城市周邊區(qū)域的土壤產(chǎn)生巨大

3、的影響，土壤空間異質(zhì)性變大。麻櫟林作為城市森林的一部分，不可避免地會(huì)受到城市擴(kuò)張的影響。麻櫟林本身對(duì)于豐富蜀山森林公園樹(shù)種與美化公園環(huán)境有著不可或缺的作用，而且麻櫟林土壤也是蜀山森林公園生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，是麻櫟林以及林下植物生長(zhǎng)的介質(zhì)和養(yǎng)分的供應(yīng)者，土壤DOC作為植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分，它的含量多少又直接影響麻櫟林林分、花草等的正常生長(zhǎng)，極大地影響綠化景觀效果。因此，對(duì)麻櫟林土壤進(jìn)行研究是很有必要的。從現(xiàn)有的研究成果來(lái)看，大多數(shù)學(xué)者對(duì)土壤DOC的研究主要集中在草地、農(nóng)田土壤DOC的分布及其影響因素等方面4,5，對(duì)麻櫟林土壤DOC含量特征的研究還比較少見(jiàn)。本研究以合肥市蜀山森林公園麻櫟林林分的土

4、壤為研究對(duì)象，探究不同土層深度、土壤基本理化性質(zhì)對(duì)土壤DOC含量的影響，以期為蜀山森林公園的麻櫟林的合理栽植與經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)的參考，從而達(dá)到更好的綠化景觀效果。2 研究地區(qū)與研究方法2.1 研究區(qū)概況合肥市(117°11'117°22'E；31°48'31°58'N)，隸屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫度15.7，年均降水量1000mm，降水主要集中在5、6月份，年日照時(shí)間約2000 h，平均相對(duì)濕度為77%。粘盤黃棕壤是該地區(qū)的地帶性土壤，人類活動(dòng)對(duì)土壤性質(zhì)的影響較為強(qiáng)烈，土壤板結(jié)問(wèn)題較重，從而使該地區(qū)土壤黏性較重，養(yǎng)分含量較低6

5、。除了天然土壤物質(zhì)外，土壤還包含較多的人為物質(zhì)7,8。樣地選取在合肥市蜀山森林公園的麻櫟林林分，并在其中隨機(jī)選取3個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行研究。2.2 研究方法相關(guān)研究表明，城市麻櫟林土壤有機(jī)碳主要集中在0-30cm范圍內(nèi)，而DOC分布范圍與其類似9，因此本研究取樣深度定為0-30cm。為避免人類活動(dòng)對(duì)城市麻櫟林土壤性質(zhì)的影響，本研究選取典型的、近10年未受人為措施影響，保存較好的成片麻櫟林作為為研究對(duì)象。于2018年3月在大蜀山森林公園麻櫟林林分內(nèi)選取3塊樣方，在每個(gè)樣方中按隨機(jī)原則均選取3個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)按照0-10、10-20、20-30 cm的土層深度采集剖面土壤樣本，總共采集到27份樣本。準(zhǔn)備一定

6、量的土壤樣本，用容重圈計(jì)算土壤的容重，同時(shí)人工分揀與采集土壤中的雜質(zhì)，采集后的樣本保存在便攜式低溫保存箱內(nèi)，并帶回學(xué)校實(shí)驗(yàn)室備用。2.3 樣品處理將在蜀山森林公園采集的土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，在經(jīng)過(guò)人工處理后，首先準(zhǔn)備好研究地的30g新鮮土壤，然后加入2 mol·L-1的KCl溶液，共計(jì) 50 ml，而后放入震蕩機(jī)中持續(xù)搖晃25-30 min，靜置一段時(shí)間后，進(jìn)行過(guò)濾操作，該過(guò)濾的濾器采用的是0.45um的玻璃纖維濾膜。過(guò)濾后的溶液一部分用FIAstar 5000流動(dòng)注射分析儀測(cè)定銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的含量，另一部分則采用 Multi N/C3100 分析儀測(cè)定DOC含量8。土壤溶液的電導(dǎo)率與pH

7、值則用Extech 型電導(dǎo)儀和pH計(jì)分別測(cè)取。土壤pH（H2O）測(cè)定按照蒸餾水與土壤樣品質(zhì)量比為2.5:1的比例混合，土壤pH（KCl）測(cè)定則按照1 mol·L-1 KCl溶液與土壤樣品質(zhì)量比2.5:1的比例混合，震蕩使其混合均勻，靜置30分鐘后，用pH計(jì)測(cè)定9；土壤樣品采用濕式消化法消化后測(cè)定全磷10。2.4 數(shù)據(jù)處理各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2013整理以后，再用Excel 2007進(jìn)一步進(jìn)行各均值、各標(biāo)準(zhǔn)差等的計(jì)算，然后用R3.2.4軟件對(duì)各因子間的相關(guān)性與差異性進(jìn)行進(jìn)一步的分析。每個(gè)樣方均取一組數(shù)據(jù)，為三個(gè)樣點(diǎn)各相應(yīng)數(shù)據(jù)的平均值。3 研究結(jié)果3.1 研究地土壤基本理化性質(zhì)為了

8、更好地看到土壤DOC含量與土壤的其它理化指標(biāo)之間的關(guān)系，我將在蜀山森林公園麻櫟林樣點(diǎn)內(nèi)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理與匯總，并制成三線表。該表客觀地反映了土壤DOC含量與土壤其它理化指標(biāo)之間的相對(duì)關(guān)系，為進(jìn)一步做DOC含量的相關(guān)分析提供了數(shù)據(jù)支持。具體的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值如表1所示。表1 研究地0-30cm土壤基本理化性質(zhì)Table1 Soil physical-chemical characteristic in 030 cm layer from study site樣點(diǎn)土層厚度（cm）pH(KCl)pH(H2O)容重電導(dǎo)率含水率銨態(tài)氮硝態(tài)氮全磷DOC樣點(diǎn)10104.515.661.2971.80.183

9、.549.18140.757.0110204.936.091.2460.80.191.863.03139.371.7520305.176.521.3749.20.2002.92153.336.05樣點(diǎn)20104.415.421.3876.80.226.954.21180.758.6410204.695.861.4675.60.234.536.03169.351.8320304.996.471.44148.90.203.858.54156.738.13樣點(diǎn)30104.425.431.25181.50.243.939.83148.763.1210204.505.731.37159.10.192.6

10、14.24169.345.1220304.675.861.5379.80.252.754.15177.343.373.2 土壤不同深度DOC含量分布特征通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的綜合分析后我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤深度不同時(shí)，DOC的含量也不同。隨著土層深度的增加，該麻櫟林林分3個(gè)樣點(diǎn)的土壤DOC含量總體上呈下降趨勢(shì)，而樣點(diǎn)1土壤DOC含量隨土壤深度的增加先升高后下降，樣點(diǎn)2與樣點(diǎn)3土壤DOC含量隨土壤深度的增加而下降。三個(gè)樣點(diǎn)各對(duì)應(yīng)土層DOC含量基本上相差不多，只有樣點(diǎn)1的10-20cm土層深度的DOC含量為71.75mg·kg-1，比土層0-10cm要高出14.75mg·kg-1；分別為樣點(diǎn)2

11、與樣點(diǎn)3的1.40倍與1.58倍；樣點(diǎn)1土層0-10cm的DOC含量為57.01mg·kg-1，分別為樣點(diǎn)2與樣點(diǎn)3的0.98倍與0.90倍；樣點(diǎn)1土層20-30cm的DOC含量為36.05mg·kg-1，分別為樣點(diǎn)2與樣點(diǎn)3的0.95倍與0.84倍。具體數(shù)值的大小如圖1所示。 圖1 土壤不同深度DOC含量表 3.3 土壤DOC含量與土壤基本理化性質(zhì)的關(guān)系通過(guò)對(duì)蜀山森林公園麻櫟林林分的3個(gè)樣點(diǎn)的土壤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析后，我們從表1中可以大致看出土壤DOC含量與土壤其它理化指標(biāo)之間的關(guān)系。由此，我做了進(jìn)一步的相關(guān)性分析。通過(guò)對(duì)表1和表2的整理分析，可看出土壤DOC含量與銨態(tài)氮含量呈

12、正相關(guān)；與硝態(tài)氮含量、含水率、電導(dǎo)率和土壤容重的相關(guān)性不明顯（P > 0.05）。結(jié)合Pearson 相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果的分析情況，如下表所示，可知所調(diào)查地土壤DOC與pH(H2O)、pH (KCl)、全磷呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.27、-0.30、-0.50（P < 0.01）。表2 DOC與土壤基本理化指標(biāo)間的相關(guān)性變量DOC土壤容重電導(dǎo)率( EC)pH(H2O)pH(KCl)含水率全磷DOC1土壤容重0.191電導(dǎo)率( EC)0.01-0.071pH(H2O)-0.27*0.020.62*1pH(KCl)-0.30*-0.070.67*0.94*1含水率-0.1-0.24

13、*0.160.27*0.191全磷-0.50*-0.27*0.010.150.24*0.061注：* P < 0.05，* P < 0.01；*表示在0.05 水平上顯著相關(guān)，*表示在0.01 水平上顯著相關(guān)4 討論與總結(jié)4.1土壤深度對(duì)土壤DOC含量的影響在所調(diào)查地蜀山森林公園麻櫟林林分范圍內(nèi)，3個(gè)樣點(diǎn)土壤平均DOC含量為表層(0-10 cm)最高。李營(yíng)在經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究后認(rèn)為，由于雨水的沖刷作用，致使DOC被降水淋溶而下滲至下層土壤11，同時(shí)，由于地表存在大量的凋落物與枯枝落葉，它們可通過(guò)根系分泌或者枯死細(xì)根分解等產(chǎn)生大量的DOC，且表層土壤黏性較強(qiáng)，可有效篩留土壤DOC，從而使土

14、壤表層DOC含量相對(duì)較高12。樣點(diǎn)2、樣點(diǎn)3的土壤DOC含量隨著土層深度的增加而遞減，這與前人的研究結(jié)果相一致。這主要是由于土壤外來(lái)有機(jī)物（包括植物枯枝落葉、人工施用有機(jī)肥等）主要集中在土壤表層，凋落物和腐殖層以及土壤微生物的分解對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)主要作用于地表13，這使得土壤表層的DOC含量相對(duì)來(lái)說(shuō)是最高的；DOC的來(lái)源之一包括有機(jī)質(zhì)礦化生產(chǎn)DOC，相關(guān)研究表明土壤有機(jī)碳含量的垂直遞減還與土壤有機(jī)碳的礦化作用有關(guān)14,15，土壤有機(jī)碳礦化速率會(huì)隨著土壤深度的增加而下降，所以從這一因素上來(lái)看DOC含量會(huì)隨著土層深度的增加而遞減。但在分析不同樣點(diǎn)土壤DOC垂直變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，樣點(diǎn)1的DOC含量隨土層變

15、化較為復(fù)雜，呈現(xiàn)出隨土層深度增加先升高后降低的趨勢(shì)。這可能是由于樣點(diǎn)1表層土壤疏松，植物根系大多分布在20-30 cm的土層范圍內(nèi)，對(duì)DOC的吸收較多，從而使上層的土壤DOC累積量增加，并且隨著降水淋溶，DOC下滲至下層土壤，使得0-10cm土層處的DOC含量偏少，因此使得DOC大量集聚在10-20cm土層范圍內(nèi)16。當(dāng)然，也可能存在偶然因素與人為因素的干擾，故需對(duì)此進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)。4.2 土壤基本理化性質(zhì)對(duì)土壤DOC含量的影響結(jié)合本次研究的相關(guān)分析表明，土壤DOC含量與pH(H2O)、pH(KCl)、全磷呈顯著負(fù)相關(guān)；與銨態(tài)氮含量呈明顯正相關(guān)；與硝態(tài)氮含量、含水率、電導(dǎo)率和土壤容重的相關(guān)

16、性未達(dá)到顯著水平（P > 0.05）。這是建立在本次研究的數(shù)據(jù)分析之上的，通過(guò)對(duì)蜀山森林公園麻櫟林林分土壤DOC含量的綜合分析，我們可以看出土壤的DOC含量與土壤中其它基本理化指標(biāo)的高低有著密不可分的關(guān)系，故這一研究是具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義的。土壤溶解性有機(jī)碳作為土壤養(yǎng)分的敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)，掌握它的動(dòng)態(tài)變化有利于人們更好地維持生態(tài)平衡17。通過(guò)對(duì)土壤的基本理化性質(zhì)的分析，我們可以找到土壤DOC含量與這些理化指標(biāo)之間的變化關(guān)系，這也是一條掌握DOC含量動(dòng)態(tài)變化的有效途徑。但既然是實(shí)驗(yàn)研究，就很難避免一些偶然因素與人為因素的干擾。前人的研究表明土壤pH值對(duì)DOC含量的影響常表現(xiàn)出不同的模式，例如Guggenberger等發(fā)現(xiàn)在灰化土礦質(zhì)土層的固態(tài)階段，DOC含量與pH值呈負(fù)相關(guān)18，這與本研究結(jié)果相一致。而Hajnos等發(fā)現(xiàn)土壤DOC含量與pH值呈正關(guān)19，這與本研究的結(jié)論是完全相反的。而Curtin等研究則認(rèn)為當(dāng)土壤pH值在5.1 7.9 之間時(shí)，其與碳礦化速率沒(méi)有明顯的相關(guān)性20。這種差異可能由于土壤性質(zhì)的空間差異和時(shí)間尺度不同而造成的，并且pH值對(duì)DOC動(dòng)態(tài)變化的影響往往是交互了物理、化學(xué)和生物學(xué)過(guò)程的綜合效應(yīng)與影響。本研究結(jié)果顯示，土壤DOC含量與全磷的含量呈負(fù)相關(guān)。這主要是由于研