云南哀牢山湿性常绿阔叶林不同密度土壤碳的分布特征

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0669

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (23): 8-16.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0669

所属专题：园艺

云南哀牢山湿性常绿阔叶林不同密度土壤碳的分布特征

孔令迁¹(), 刘宪斌¹^,²^,^{(), 李云¹}

¹玉溪师范学院化学生物与环境学院，云南玉溪 653100
²玉溪师范学院生物与环境工程研究院，云南玉溪 653100

收稿日期:2021-08-22 修回日期:2022-08-26 出版日期:2023-08-10 发布日期:2023-08-10
通讯作者:
刘宪斌，男，1981年出生，河北邯郸人，讲师，博士后，主要从事热带森林生态系统土壤碳循环和养分循环、热带森林生态系统干旱干扰、植物营养等方面的研究。通信地址：653100 云南省玉溪市红塔区凤凰路134号玉溪师范学院化学生物与环境学院，Tel：0877-2050539，E-mail：liuxianbin@yxnu.edu.cn。
作者简介:
孔令迁，女，2001年出生，云南昭通人，本科在读，研究方向：热带森林生态系统土壤碳循环和养分循环、植物营养。通信地址：653100 云南省玉溪市红塔区凤凰路134号玉溪师范学院化学生物与环境学院，Tel：0877-2052169，E-mail：KongLQYXNU_0302@163.com。
基金资助:
云南省教育厅大学生创新创业训练计划项目“森林凋落物和根系分泌物对土壤活性碳的影响”(2021A024); 云南省教育厅科学研究基金项目“季节性干旱对云南次生常绿阔叶林碳库和养分循环的影响”（教师类项目：2019J0739(2019J0739)

Distribution Characteristics of Soil Carbon with Different Densities of a Moist Evergreen Broad-leaved Forest in Ailao Mountains of Yunnan Province

KONG Lingqian¹(), LIU Xianbin¹^,²^,^{(), LI Yun¹}

¹School of Chemistry, Biology and Environment, Yuxi Normal University, Yuxi, Yunnan 653100
²Institute of Biology and Environmental Engineering, Yuxi Normal University, Yuxi, Yunnan 653100

Received:2021-08-22 Revised:2022-08-26 Published:2023-08-10 Online:2023-08-10

摘要/Abstract

摘要：

通过调查和对比不同密度土壤碳在亚热带森林生态系统土壤剖面中的垂直分布规律，分析和探讨森林生态系统不同类型土壤在分解、分馏、沉积和保存碳元素方面发挥的重要作用。本研究在云南哀牢山亚热带湿性常绿阔叶原生林生态系统中进行，以上游森林生态系统原生土和下游草地生态系统淤积土为研究土壤类型，采用分层取样的方法，观察土壤剖面中根层土壤(0~45 cm)不同密度有机碳的垂直分布规律，并对比分析土壤碳密度分级法和重铬酸钾氧化法测定土壤全碳含量的差异。研究结果表明：在6个土壤剖面、2种不同类型的土壤剖面中，土壤轻组碳、中组碳、重组碳和全碳均呈衰减式指数分布，且4个测定指标在淤积土土壤剖面的各个土层中的含量明显高于原生土土壤剖面相对应的各个土层中的含量，说明单位体积淤积土在沉积土壤碳方面发挥的作用比原生土要大。在所测定的3种不同密度的土壤碳中，轻组碳含量最低，中组碳次之，重组碳最高，说明大部分土壤碳与矿物质形成团聚体而不能被土壤微生物、土壤动物和植物根系直接利用；3种不同密度土壤碳占土壤全碳的比例数据中，轻组碳和中组碳的比例随着土层深度的增加而减少，重组碳的比例则随着土层深度的增加而增加，说明不同土层在沉积和保存不同密度土壤碳方面发挥的作用有异。本研究成果为全球热带和亚热带森林生态系统不同密度土壤碳在各种不同类型土壤剖面中的沉积速率和储量等方面的研究工作扩展新的调查内容和研究方向。

关键词: 土壤剖面, 土壤轻组碳, 土壤中组碳, 土壤重组碳, 多钨酸钠, 哀牢山亚热带湿性常绿阔叶林, 原生土

Abstract:

By investigating and comparing the vertical distribution pattern of soil carbon with different densities along the soil profile in the subtropical forest ecosystem, this study analyzed the important role of different types of soil in the decomposition, fractionation, deposition and preservation of carbon elements with varying densities in the forest ecosystem. This study was carried out in the subtropical moist evergreen broad-leaved primary forest ecosystem in Ailao Mountains of Yunnan Province. It took the primary soil of the upstream forest ecosystem and the warp soil of the downstream grassland ecosystem as the research soil types. With the stratified sampling method, we collected soil samples, and observed the vertical distribution pattern of soil organic carbon with different densities in the root layer (0-45 cm) in the soil profile. The study further compared and analyzed the differences between the soil carbon density fractionation method and the potassium dichromate oxidation method for determining soil total carbon. The results showed that the light carbon, middle carbon, heavy carbon and soil total carbon all were distributed in a decaying exponential pattern in the six soil profiles and two soil types, and the contents of the four measurement indicators in each soil layer of the warp soil profile were significantly higher than those of the primary soil profile in the corresponding depth of the soil layer, indicating that the unit volume of warp soil played a greater role in depositing soil carbon than the primary soil. Among the three kinds of soil carbon with different densities, the light carbon content was the lowest, the middle carbon content was the second, and the heavy carbon content was the highest. This finding indicated that most of the soil carbon formed soil aggregates with minerals and could not be directly used by soil microorganisms, soil animals and plant roots. Among the proportions of the three soil carbons with different densities in total soil carbon, the proportions of light carbon and middle carbon decreased with the increase of soil depth, and the proportion of heavy carbon increased with the increase of soil depth, indicating that different soil layers played different roles in depositing and preserving soil carbon with varying densities. The results of this study expand the scope and dimension of the research on the deposition rate and storage of soil carbon with different densities in various types of soil profiles in tropical and subtropical forest ecosystems.

Key words: soil profile, soil light carbon, soil middle carbon, soil heavy carbon, sodium polytungstate, subtropical moist evergreen broad-leaved forest in Ailao Mountains, primary soil

孔令迁, 刘宪斌, 李云. 云南哀牢山湿性常绿阔叶林不同密度土壤碳的分布特征[J]. 中国农学通报, 2023, 39(23): 8-16.

KONG Lingqian, LIU Xianbin, LI Yun. Distribution Characteristics of Soil Carbon with Different Densities of a Moist Evergreen Broad-leaved Forest in Ailao Mountains of Yunnan Province[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(23): 8-16.

图/表 3

图1. 云南哀牢山湿性常绿阔叶林上游森林生态系统和下游草地生态系统土壤轻组碳A和B、中组碳C和D、重组碳E和F与土层深度的指数关系注：图中长实线为老君山神山谷中森林生态系统和草地生态系统各组分土壤碳含量随土层深度的变化趋势线；长虚线为三棵树山谷中森林生态系统和草地生态系统各组分土壤碳含量随土层深度的变化趋势线；短虚线为山门口山谷中森林生态系统和草地生态系统各组分土壤碳含量随土层深度的变化趋势线。图中最下端方程式为老君山神山谷中森林生态系统和草地生态系统各组分土壤碳含量衰减指数方程式；图中中间方程式为三棵树山谷中森林生态系统和草地生态系统各组分土壤碳含量衰减指数方程式；图中最上端方程式为山门口山谷中森林生态系统和草地生态系统各组分土壤碳含量衰减指数方程式。

图2. 云南哀牢山湿性常绿阔叶林上游森林生态系统和下游草地生态系统土壤碳密度分级法A和B、重铬酸钾氧化法C和D所测定土壤全碳与土层深度的指数关系注：图中长实线为老君山神山谷中森林生态系统和草地生态系统土壤全碳含量随土层深度的变化趋势线；长虚线为三棵树山谷中森林生态系统和草地生态系统土壤全碳含量随土层深度的变化趋势线；短虚线为山门口山谷中森林生态系统和草地生态系统土壤全碳含量随土层深度的变化趋势线。图中最下端方程式为老君山神山谷中森林生态系统和草地生态系统各组分土壤碳含量衰减指数方程式；图中中间方程式为三棵树山谷中森林生态系统和草地生态系统各组分土壤碳含量衰减指数方程式；图中最上端方程式为山门口山谷中森林生态系统和草地生态系统各组分土壤碳含量衰减指数方程式。

山谷	土壤类型	碳组分类型	土层深度/(cm, ±SE)
山谷	土壤类型	碳组分类型	0~5	5~15	15~25	25~35	35~45
老君山神	森林原生土壤	轻组碳(%)	2.70(0.21)	1.50(0.10)	1.47(0.11)	1.71(0.09)	0.78(0.14)
		中组碳(%)	18.23(1.88)	21.63(1.15)	18.83(0.19)	10.75(1.25)	5.52(0.40)
		重组碳(%)	79.08(1.78)	76.88(1.25)	79.71(0.28)	87.54(1.32)	93.70(0.54)
	草地淤积土壤	轻组碳(%)	3.20(0.38)	3.15(0.04)	2.28(0.20)	2.56(0.10)	1.89(0.05)
		中组碳(%)	28.14(0.33)	25.78(2.17)	24.27(1.42)	22.78(0.11)	20.98(1.08)
		重组碳(%)	68.67(0.64)	71.07(2.19)	73.45(1.59)	74.66(0.20)	77.14(1.03)
三棵树	森林原生土壤	轻组碳(%)	2.22(0.12)	1.36(0.06)	0.14(0.10)	1.68(0.09)	0.74(0.06)
		中组碳(%)	18.76(0.77)	18.56(0.80)	20.16(0.81)	6.65(1.21)	4.33(0.32)
		重组碳(%)	79.02(0.76)	80.08(0.78)	78.40(0.89)	91.66(1.29)	94.92(0.37)
	草地淤积土壤	轻组碳(%)	2.04(0.16)	1.99(0.35)	2.12(0.07)	2.32(0.36)	1.49(0.02)
		中组碳(%)	18.87(0.40)	22.06(2.97)	21.28(1.10)	19.36(2.18)	10.88(3.26)
		重组碳(%)	79.09(0.55)	75.96(3.22)	76.60(1.17)	78.32(2.53)	87.64(3.25)
山谷	土壤类型	碳组分类型	土层深度/(cm, ±SE)
山谷	土壤类型	碳组分类型	0~5	5~15	15~25	25~35	35~45
山门口	森林原生土壤	轻组碳(%)	2.20(0.29)	1.47(0.14)	1.36(0.03)	2.21(0.12)	0.85(0.14)
		中组碳(%)	17.59(0.56)	18.61(1.08)	19.60(2.17)	9.52(2.95)	5.22(0.87)
		重组碳(%)	80.22(0.74)	79.91(1.02)	79.04(2.20)	88.27(3.06)	93.93(0.73)
	草地淤积土壤	轻组碳(%)	2.10(0.29)	2.30(0.41)	1.92(0.15)	1.97(0.12)	1.61(0.25)
		中组碳(%)	23.10(0.61)	30.74(2.10)	22.97(1.63)	14.01(2.28)	8.13(2.52)
		重组碳(%)	74.80(0.66)	66.96(1.70)	75.12(1.69)	84.01(2.31)	90.25(2.75)

表1. 云南哀牢山湿性常绿阔叶林上游森林生态系统和下游草地生态系统不同组分土壤碳占土壤全碳比例分配表

参考文献 26

[27]	GUNINA A, KUZYAKOV Y. Pathways of litter C by formation of aggregates and SOM density fractions: implications from ¹³C natural abundance[J]. Soil biology and biochemistry, 2014, 71:95-104. doi: 10.1016/j.soilbio.2014.01.011 URL
[28]	ALLEN D E, SINGH B P, DALAL R C. Soil health indicators under climate change: a review of current knowledge[J]. Soil health and climate change, 2011, 29:25-45.
[29]	WANG G X, LI Y S, WANG Y B, et al. Effects of permafrost thawing on vegetation and soil carbon pool losses on the Qinghai-Tibet Plateau, China[J]. Geoderma, 2008, 143(1-2):143-152. doi: 10.1016/j.geoderma.2007.10.023 URL
[30]	SONG B, NIU S L, ZHANG Z, et al. Light and heavy fractions of soil organic matter in response to climate warming and increased precipitation in a temperate steppe[J]. Public liborary of science one, 2012, 7(3):e33217.
[31]	金峰, 杨浩, 赵其国. 土壤有机碳储量及影响因素研究进展[J]. 土壤, 2000(1):1-17.
[32]	姚槐应, 黄昌勇. 土壤微生物生态学及其实验技术[M]. 北京: 科学出版社, 2006:3-6.
[33]	易志刚, 蚁伟民, 周丽霞, 等. 鼎湖山主要植被类型土壤微生物生物量研究[J]. 生态环境, 2005, 14(5):727-729.
[34]	严登华, 王刚, 金鑫, 等. 滦河流域不同土地利用类型土壤微生物量C、TN、TP垂直分异规律及其影响因子研究[J]. 生态环境学报, 2010, 19(8):1844-1849. doi: 10.16258/j.cnki.1674-5906(2010)08-1844-06
[35]	罗明, 庞俊峰, 李叙勇, 等. 新疆天山云杉林区森林土壤微生物学特性及酶活性[J]. 生态学杂志, 1997, 16(1):26-30.
[36]	陈红旗. 哀牢山地区地质环境与地质灾害简介[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2009, 20(1):87-88.
[37]	KUMARI B, TIWARI A, SHARMA S, et al. Soil organic carbon variation under sub-tropical forest of Himachal Pradesh, India[J]. Current science, 2022, 122(1):56-60. doi: 10.18520/cs/v122/i1/56-60 URL
[1]	LIU X B, ZOU X M, CAO M, et al. Organic carbon storage and ¹⁴C apparent age of upland and riparian soils in a montane subtropical moist forest of southwestern China[J]. Forests, 2020, 11(6):645. doi: 10.3390/f11060645 URL
[2]	方精云, 陈安平. 中国森林植被碳库的动态变化及其意义[J]. 植物学报, 2001, 43(9):967-973.
[3]	VOGTLÄNDER J G, VAN DER VELDEN N M, VAN DER LUGT P. Carbon sequestration in LCA, a proposal for a new approach based on the global carbon cycle; cases on wood and on bamboo[J]. The international journal of life cycle assessment, 2014, 19(1):13-23. doi: 10.1007/s11367-013-0629-6 URL
[4]	王绍强, 周成虎, 李克让, 等. 中国土壤有机碳库及空间分布特征分析[J]. 地理学报, 2000, 55(5):533-544. doi: 10.11821/xb200005003
[5]	解宪丽, 孙波, 周慧珍, 等. 不同植被下中国土壤有机碳的储量和影响因子[J]. 土壤学报, 2004, 41(5):687-699.
[6]	李月, 齐实, 程伯涵, 等. 哀牢山山区降水时空分布的影响因素及插值方法比较[J]. 地球与环境, 2017, 45(6):600-611.
[7]	赵双梅, 刘宪斌, 李红梅, 等. 云南哀牢山湿性常绿阔叶林土壤碳分布特征[J]. 中国农学通报, 2022, 38(8):88-95. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0354
[8]	CHEN Q Q, SHEN C D, SUN Y M, et al. Spatial and temporal distribution of carbon isotopes in soil organic matter at the Dinghushan Biosphere Reserve, South China[J]. Plant and soil, 2005, 273(1):115-128. doi: 10.1007/s11104-004-7245-y URL
[9]	STROSSER E. Methods for determination of labile soil organic matter: an overview[J]. Journal of agrobiology, 2010, 27(2):49-60. doi: 10.2478/s10146-009-0008-x URL
[10]	刘梦云, 常庆瑞, 杨香云. 黄土台塬不同土地利用方式下土壤碳组分的差异[J]. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(6):1418-1425.
[11]	TAN Z, LAL R, OWENS L, et al. Distribution of light and heavy fractions of soil organic carbon as related to land use and tillage practice[J]. Soil and tillage research, 2007, 92(1-2):53-59. doi: 10.1016/j.still.2006.01.003 URL
[12]	WHALEN J K, BOTTOMLEY P J, MYROLD D D. Carbon and nitrogen mineralization from light-and heavy-fraction additions to soil[J]. Soil biology and biochemistry, 2000, 32(10):1345-1352. doi: 10.1016/S0038-0717(00)00040-7 URL
[13]	蒋锐. 云南省哀牢山国家自然保护区的气候特点及其旅游资源[J]. 北京农业, 2014(15):273-274.
[14]	郎政伟, 张妍, 刘慧丹, 等. 基于社区共管的哀牢山自然保护区生物多样性保护研究[J]. 绿色科技, 2014(7):6-9.
[15]	GONG H D, YE W, HU X, et al. Tree species diversity and related mechanism in an evergreen broad-leaved forest in Ailao Mountains, Yunnan, China[J]. African journal of agricultural research, 2013, 8(1):134-144.
[16]	周博, 范泽鑫, 杞金华. 哀牢山中山湿性常绿阔叶林木径向生长季节动态及其对气候因子的响应[J]. 生态学报, 2020, 40(5):1699-1708.
[17]	汤显辉, 张一平, 吴传胜, 等. 哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤温湿度对极端降雪的响应[J]. 生态学杂志, 2018, 37(6):1833-1840.
[18]	李月, 齐实, 程伯涵, 等. 哀牢山山区降水时空分布的影响因素及插值方法比较[J]. 地球与环境, 2017(6):600-611.
[19]	冯文婷, 邹晓明, 沙丽清, 等. 哀牢山中山湿性常绿阔叶林土壤呼吸季节和昼夜变化特征及影响因子比较[J]. 植物生态学报, 2008, 32(1):31-39. doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.01.004
[20]	徐跃. 哀牢山山地黄棕壤腐殖质的研究[J]. 山地研究, 1992, 10(1):33-38.
[21]	段体玉, 王时麒, Faiia A M. 多钨酸钠超声高速离心法-分离提纯微细矿物的新方法[J]. 地质与勘探, 2001, 37(5):38-40.
[22]	叶文青, 蔡进功, 樊馥, 等. 泥质烃源岩密度分级分离与有机碳分配[J]. 高校地质学报, 2009, 15(4):547-556.
[23]	SEQUEIRA C H, ALLEY M M, JONES B P. Evaluation of potentially labile soil organic carbon and nitrogen fractionation procedures[J]. Soil biology and biochemistry, 2011, 43(2):438-444. doi: 10.1016/j.soilbio.2010.11.014 URL
[24]	双龙, 妮萨娜, 杜江, 等. 重铬酸钾氧化-外加热法测定化探土壤样品中有机碳含量[J]. 安徽化工, 2016, 42(4):110-112.
[25]	王梅. 重铬酸钾氧化-外加热法测定土壤中有机碳含量的方法讨论[J]. 新疆有色金属, 2019, 42(196):102-103.
[26]	ALVAREZ C R, ALVAREZ R, GRIGERA M S, et al. Associations between organic matter fractions and the active soil microbial biomass[J]. Soil biology and biochemistry, 1998, 30(6):767-773. doi: 10.1016/S0038-0717(97)00168-5 URL

云南哀牢山湿性常绿阔叶林不同密度土壤碳的分布特征

Distribution Characteristics of Soil Carbon with Different Densities of a Moist Evergreen Broad-leaved Forest in Ailao Mountains of Yunnan Province

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 3

参考文献 26

相关文章 10

编辑推荐

Metrics

本文评价

关于本刊

作者中心

审者中心

在线期刊

联系我们

[1]	赵双梅, 刘宪斌, 李红梅, 董文彩, 沈健萍, 包金美, 梁芳, 鲁美. 云南哀牢山湿性常绿阔叶林土壤碳分布特征[J]. 中国农学通报, 2022, 38(8): 88-95.
[2]	杨淼, 田永著, 韩志伟, 罗广飞, 赵然, 田雨桐, 肖涵. 岩溶农业区典型土地利用土壤磷素空间分布与成因[J]. 中国农学通报, 2022, 38(29): 108-117.
[3]	赵秀东, 陈晓芳, 袁自然, 叶寅. 有机肥替代对土壤养分的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(16): 74-80.
[4]	高琳, 卢文婷, 林昌华, 陈晓远, 冯慧敏. 粤北香芋种植区典型土壤剖面发育特征[J]. 中国农学通报, 2022, 38(10): 85-91.
[5]	黄安香, 周显勇, 杨守禄, 姬宁, 朱亚艳, 许杰, 张彦雄. 坡度对油茶林土壤氮磷钾含量与剖面分布特征的影响[J]. 中国农学通报, 2020, 36(34): 25-31.
[6]	李华芝, 马锐, 侯萌, 陈一民, 隋跃宇, 焦晓光. 加格达奇市黄芪种植地土壤形态描述及适宜性分析[J]. 中国农学通报, 2020, 36(17): 71-75.
[7]	张蕾,郑利远,于贺,张锦源,徐欣,周珂,陈一民,焦晓光,隋跃宇. 呼伦贝尔市农牧交错区典型土壤剖面理化性状特征分析[J]. 中国农学通报, 2018, 34(20): 92-95.
[8]	卫东戴万宏汤佳. 不同利用方式下土壤溶解性有机碳含量研究[J]. 中国农学通报, 2011, 27(18): 121-124.
[9]	唐晓红,黄雪夏,魏朝富. 不同尺度土壤有机碳空间分布特征研究综述[J]. 中国农学通报, 2005, 21(3): 224-224.
[10]	陈新,梁成华,张恩平,杜立宇,李延东. 长期定位施肥对蔬菜保护地土壤磷素空间分布的影响[J]. 中国农学通报, 2005, 21(12): 209-209.