杉木人工林土壤活性有机质特征及其积累与矿化

土壤有机质是土壤肥力的关键要素，维持或提高土壤有机质含量和质量非常重要。其活性部分对外界因素比较敏感、周转速率快，在土壤肥力和碳循环中具有重要作用。作为我国特有的杉木人工林，其土壤活性有机质特征、积累与矿化过程必然会与其它森林类型不同。而目前我们对它的土壤活性有机质还知之甚少。因此，本研究采用野外调查和室内模拟相结合的方法，以常绿阔叶林、22年生杉木纯林、15年生杉木纯林、15年生杉木＋刺楸人工混交林、15年生杉木＋桤木人工混交林为主要研究对象，通过比较研究阐明杉木人工林土壤活性有机质特征，并通过室内模拟，探讨土壤有机质积累/矿化过程。本研究旨在为进一步研究杉木人工林地力衰退机理及退化生态系统土壤恢复机制提供科学依据，同时也为人工林土壤可持续经营提供理论依据。主要研究结果如下： ⑴杉木人工林与常绿阔叶林相比，它的土壤微生物量、可溶性有机质、水溶性碳水化合物、轻组有机质的含量及占相应部分的比例均显著下降(P < 0.05)，土壤呼吸熵升高。这说明常绿阔叶林改变为杉木人工林后土壤肥力和有机质质量降低。 ⑵杉木人工林土壤活性有机质动态变化与常绿阔叶林基本一致。在所研究的时间段内，土壤微生物碳、氮和热水浸提有机碳、氮含量从3月份逐渐升高，至6月份出现峰值，此后开始降低，而冷水浸提有机碳、氮含量变化呈波浪形；从3月份至8月份，除铵态氮含量升高外，土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量均下降。 ⑶杉木人工纯林与杉阔混交林相比，杉木+桤木、杉木+刺楸混交林土壤活性有机质各组分的含量均有所升高，土壤呼吸熵降低。杉木与不同阔叶树混交对土壤质量和有机质的影响不同，杉木与固氮树种—桤木混交对土壤质量改善和恢复的效果好于非固氮树种—刺楸混交。 ⑷阔叶树种叶凋落物与杉木叶凋落物混合改善了凋落物的质量，促进了混合凋落物的分解，其中与刺楸叶凋落物相比，桤木叶凋落物与杉木叶凋落物混合表现得更明显，但差异不显著(P < 0.05)。杉木与火力楠叶凋落物混合比例不同对土壤活性有机质和养分的影响不同，随着火力楠凋落物相对比例的增加，混合凋落物分解速率加快，土壤活性有机质和养分的增加量升高。随凋落物量增加，土壤活性有机质含量增加。 ⑸杉木纯林土壤有机碳日均矿化量和CO2-C的21d累计释放量的分配比例均显著低于常绿阔叶林(P < 0.05)，0-10 cm土层土壤显著高于10-20 cm土层(P < 0.05)；杉木纯林土壤氮矿化速率大于常绿阔叶林土壤，但差异不显著(P > 0.05)；随着培养温度升高，土壤碳氮矿化速率加快。土壤有机碳矿化量与活性有机质初始含量之间具有极显著的正相关性，氮矿化量与此的相关性较低。 ⑹土壤有机质各组分之间存在密切的相关性，表明各组分之间存在相互作用；热水浸提有机质与其它有机质组分之间存在极显著相关性(P < 0.01)，可以表征土壤活性有机质；土壤微生物量、可溶性有机质、水溶性碳水化合物与土壤全氮、硝态氮、全磷和有效磷呈正相关，达到显著(P <0.05)或极显著水平(P <0.01)，与铵态氮含量呈显著负相关(P <0.05)；密度分组有机碳与土壤颗粒组成、养分等指标相关性低。因此，可以把热水浸提有机质作为评价土壤质量的指标。