摘要
森林土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分，其积累和分解的变化将直接影响陆地生态系统碳储量与全球碳平衡。中国应对气候变化的重要战略之一就是大力发展人工林，我国已是世界上人工林数量最多、面积增长最快的国家。我国亚热带地区是营建人工林的优先发展区域，将针叶纯林改建成高价值的乡土针阔混交林和阔叶纯林是该地区人工林经营的发展趋势。土壤铁铝氧化物是土壤中的重要活性矿物，影响和控制土壤有机碳的固持与分解动态过程，但关于森林土壤不同形态铁铝氧化物对土壤有机碳含量如何作用还缺乏足够的研究。同时，目前对亚热带地区乡土针阔树种人工混交林和纯林土壤有机碳矿化特征的研究还比较少，对导致矿化特征差异性的内在机制尚未清晰。本文以我国南亚热带地区乡土针叶树种马尾松（Pinusmassoniana）人工纯林、阔叶树种格木（Erythrophleumfordii）人工纯林以及二者的混交林为研究对象，通过采集各林分不同土层土样（0～20、20～40、40～60cm），分析不同形态铁铝氧化物与土壤有机碳之间的关系，利用矿化培养实验研究土壤有机碳矿化特征，并采用双指数方程拟合土壤有机碳矿化过程，探究林分类型和土层深度对土壤有机碳矿化的影响。研究结果可为深入理解该地区乡土树种人工林土壤有机碳固持和排放机制提供理论基础，同时为该地区在营建人工林的选择树种和种植模式提供基于土壤有机碳固持与稳定的科学依据。主要研究结论如下： （1）土壤有机碳（SOC）及其活性有机碳组分含量受林分类型和土层深度的显著影响。在各土层中马尾松-格木混交林SOC含量最多，格木纯林次之，马尾松纯林最少；土壤微生物生物量碳（MBC）、易氧化碳（EOC）以及颗粒有机碳（POC）在格木林中含量最多。不同林分土壤有机碳及其活性有机碳组分含量在垂直剖面均呈现出随土层加深而减少的趋势。 （2）3个林分土壤中游离态氧化铁（Fed）在各形态铁铝氧化物中含量最高，各形态铁铝氧化物含量大小依次为：游离态氧化铁（Fed）＞游离态氧化铝（Ald）＞无定形氧化铁（Feo）＞无定形氧化铝（Alo）＞络合态氧化铁（Fep）＞络合态氧化铝（Alp）。Fed与土壤有机碳含量显著负相关，而Feo，Fep和Alp与土壤有机碳含量显著正相关（P＜0.05）。从土壤铁铝氧化物的角度来看，3个林分土壤因Fed含量高而对土壤有机碳的矿化具有较强的促进作用，而Feo，Fep和Alp含量虽少，但有利于土壤有机碳的积累。马尾松林土壤矿化能力受Fed含量的影响，其Fed含量显著高于其他2个林分，导致马尾松林土壤有机碳固持效果不佳；而格木林和混交林的Feo，Fep和Alp含量高于马尾松林，导致二者土壤有机碳的固持效果强于马尾松林。 （3）40天的矿化培养结果表明，3个林分土壤有机碳矿化速率均呈现出随时间延长而放缓直至平稳的趋势；其中，1～4天是快速下降时期，4～28天缓慢下降，28天之后趋于平稳状态。各林分土壤有机碳矿化速率均随着土层的加深而降低；就整个剖面的土壤有机碳矿化速率而言，格木林＞马尾松林＞混交林。有机碳累积矿化量和矿化速率变化趋势相似；林分、土层及二者交互效应均显著影响有机碳累积矿化量。马尾松林有机碳矿化强度最高，表明其土壤有机碳稳定性较差，而混交林土壤有机碳矿化强度显著低于2个纯林，说明其土壤有机碳更稳定，有机碳的固持效果更好；矿化强度总体上呈现随土层加深而减弱的趋势，可见底层土壤有机碳稳定性优于上层。 （4）利用双指数方程较好地拟合土壤有机碳矿化过程（R2为0.969～0.999）。拟合结果显示，在土壤表层（0～20cm）和中层（20～40cm），易分解有机碳（Co）在格木林中含量最高；而在底层（40～60cm），马尾松林Co含量最高。就整个土壤剖面的Co/SOC值而言，马尾松林＞格木林＞混交林，说明混交林土壤固碳能力最强。在各土层中格木林易分解有机碳矿化速率（k）最高，说明格木林土壤微生物活性较高，能有效提高Co的矿化速率。从整个剖面来看，难分解有机碳矿化速率（h）最高的林分为马尾松林，表明马尾松林土壤微生物具有较强分解利用难分解有机碳的能力。 （5）相关性分析表明，土壤理化性质以及活性有机碳组分显著影响土壤有机碳的矿化。其中，有机碳累积矿化量与SOC及各活性有机碳组分MBC、DOC、EOC、POC显著正相关，与TP显著负相关；Co与SOC、各活性有机碳组分以及NO3--N显著正相关；k与POC显著正相关，与TP和pH值显著负相关；h与SOC、TP以及NH4+-N显著正相关；Co/SOC值与EOC和POC显著正相关。冗余分析（RDA）表明，EOC是土壤有机碳矿化特征发生变异的最主要贡献者，同时是导致0～20cm土层有机碳矿化特征显著差异于20～40cm及40～60cm土层的主要土壤因子。 综上，就土壤有机碳固持与稳定性而言，在该地区营造马尾松-格木混交林与格木纯林要优于马尾松纯林。
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