半干旱黃土丘陵區純林土壤腐殖質異化特征及與其他性質的關系

張曉曦，劉增文，朱博超，邴塬皓，于 齊，Luc Nhu Trung,5

1 西北農林科技大學水土保持研究所, 楊凌 712100 2 西北農林科技大學資源環境學院, 楊凌 712100 3 農業部西北植物營養與農業環境重點實驗室, 楊凌 712100 4 西北農林科技大學林學院, 楊凌 712100 5 農業與農村發展廳, 越南老街 330100

半干旱黃土丘陵區純林土壤腐殖質異化特征及與其他性質的關系

張曉曦1，劉增文2,3，朱博超2，邴塬皓4，于 齊4，Luc Nhu Trung1,5

1 西北農林科技大學水土保持研究所, 楊凌 712100 2 西北農林科技大學資源環境學院, 楊凌 712100 3 農業部西北植物營養與農業環境重點實驗室, 楊凌 712100 4 西北農林科技大學林學院, 楊凌 712100 5 農業與農村發展廳, 越南老街 330100

純林長期生長或多代連栽必然會導致土壤腐殖質含量和構成發生異化，探究這種異化特征及其與土壤其他性質的關系可以為純林管理或混交改造提供科學依據。通過對半干旱黃土丘陵區南泥灣林場8種典型純林土壤腐殖質及其他性質進行系統檢測，結果表明：(1)側柏林土壤腐殖質含量最高(34.61 g/kg)，腐殖化程度和穩定性一般；白榆和白樺林土壤的腐殖質含量中等(19.69—23.58 g/kg)、腐殖化程度和穩定性最佳；茶條槭和小葉楊林土壤的腐殖質含量(20.59—22.53 g/kg)和構成均為中等水平；油松、沙棘和刺槐林土壤的腐殖質質量較低(11.77—13.81 g/kg)，且腐殖化程度較低，穩定性相對最差；(2)與胡敏酸含量存在顯著相互促進作用(P<0.05)的土壤性質為CEC、N、微生物量和蛋白酶活性(相關系數0.769—0.926，下同)，存在顯著相互抑制作用的為有效Cu(-0.793)；與富啡酸存在顯著相互促進作用的為N、CEC、微生物量、蔗糖酶和磷酸酶活性(0.836—0.955)，存在顯著相互抑制作用的為有效Cu(-0.822)；與胡敏素存在顯著相互促進作用的為N、CEC、微生物量、磷酸酶活性和有效Zn(0.766—0.951)，存在顯著相互抑制作用的為脫氫酶活性(-0.784)。(3)腐殖質構成與其他性質的相關性均不顯著(P>0.05)，其中相對有利于提高胡敏酸/腐殖酸含量之比的土壤性質為蛋白酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，而不利的是脫氫酶活性；相對有利于提高胡敏酸/富啡酸含量之比的為速效K、CEC和脲酶活性，而不利的是脫氫酶活性。(4)總體而言土壤腐殖質含量較之腐殖質構成與其他性質之間具有更大的相關性；向土壤增施N肥可以促進腐殖質的形成，增加K肥則有利于腐殖質構成的改善，而通過混交改造或增加林下植被是促進純林土壤腐殖質化過程和解決土壤退化的根本措施。

純林; 腐殖質; 異化特征; 土壤性質

腐殖質含量和構成是反映土壤肥力質量的重要指標，所以歷來受到土壤和生態學研究的重視[1]。由單一樹種組成的純林，由于受到枯落物分解、根系分泌物、養分循環和群落環境的特殊影響，必然導致其土壤腐殖質在含量和構成上發生明顯的異化(即特異變化)并對森林土壤生態過程產生深遠的影響。在陜北半干旱黃土丘陵區分布的森林70%以上為純林，已有調查研究表明，由于立地環境條件相對惡劣，土壤腐殖質化過程緩慢，這些純林的長期經營和多代連栽出現了生長衰退、土壤極化或退化等現象[2]。分析出現這些問題的原因，是否與純林土壤腐殖質異化特征有關？森林土壤腐殖質含量和構成特征與其他理化生物學性質之間究竟有何關系？哪些土壤性質能夠促進(抑制)腐殖質含量的提高和改善(惡化)腐殖質的構成？所以，搞清楚不同樹種純林土壤的腐殖質分異特征，綜合分析土壤腐殖質與其他性質之間關系對解決純林衰退問題非常必要。

截至目前，國內外關于森林土壤腐殖質的研究已經廣泛涉及到腐殖質特性與土壤肥力的關系，森林發育階段、經營方式和年限對土壤腐殖質影響，以及森林土壤腐殖質對土壤抗蝕性的影響等諸多方面[3-5]。然而，針對半干旱黃土丘陵區不同樹種純林開展土壤腐殖質特征的專門系統研究相對較少。為此，本研究以半干旱黃土丘陵區南泥灣林場常見典型純林類型為對象，通過對土壤腐殖質及其他性質進行系統檢測，分析不同樹種純林土壤腐殖質的異化特征，并對其與其他土壤性質之間的關系進行相關統計分析，旨在分析純林生長對土壤腐殖質的影響以及由此可能導致的土壤性質的變化，據此提出改善純林土壤性質的途徑和方法，為后期純林管理或混交改造提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 標準地設置、土壤樣品采集

以地處黃土高原中部暖溫帶半干旱丘陵區的延安南泥灣林場為對象，當地海拔900—1 400 m，年均氣溫8.5—9.5 ℃，無霜期165—190 d，降水量約520—550 mm。森林植被以人工林為主，也有少量天然次生林，土壤類型為黃綿土。本次調查選擇了地貌部位(梁峁坡中部)、坡向(陰坡或半陰坡)和坡度(15—25°)等立地條件基本相似、郁閉度大于0.85、未經人為干擾的當地具有典型代表性的8個不同樹種成熟純林(表1)。林下植被主要以羊胡子草Carexrigescens、冰草Agropyroncristatum和蒿類Aremisia等草本植物為主，少有個別的苦糖果Lonicerastandishii、牛奶子Elaeagnusumbellate等灌木，且總蓋度均小于15%。

表1 土壤采集地林分平均生長狀況Table 1 Introduction of forests for soil collection

具體采樣方法為：首先分別每個樹種純林建立3塊20 m×20 m的標準地(共計8個樹種24塊標準地)，然后在每個標準地內均勻設置5個1 m×1 m的小樣方，以二次混合采樣法(即先每個樣方混合采樣，然后5個樣方再次等量混合采樣)采集0—20 cm土層的土壤樣品約3 kg左右(即每個標準地采集1份二次混合樣，每種林地土樣3份，共計24份樣品)，剔除植物根系、未分解枯落物和礫石等雜物后帶回室內備測。

1.2 土壤性質測定與數據處理

土壤pH值采用PHS-2型酸度計測定(水土比為2.5∶1)；腐殖質含量(胡敏酸、富啡酸和胡敏素)采用焦磷酸鈉浸提-重鉻酸鉀氧化法測定；土壤全N采用半微量凱氏定N法測定；堿解N采用擴散法測定；有效P 采用NaHCO3法測定；速效K采用醋酸銨浸提火焰光度法測定；CEC采用乙酸鈉-乙酸銨火焰光度法測定；Cu、Zn、Fe、Mn的全量采用硝酸高氯酸消煮-原子吸收分光光度法(AAS法)測定，有效態含量采用為二乙三胺五乙酸(DTPA)浸提-原子吸收分光光度法(AAS法)測定[6]。微生物量C采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測定；脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定；蔗糖酶活性采用Na2S2O3滴定法測定；過氧化氫酶活性采用KMnO4滴定法測定；過氧化物酶活性采用滴定法測定；脫氫酶采用三苯基四唑氯化物比色法測定；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定；蛋白酶活性采用茚三酮比色法測定[7-8]。

測定數據應用Excel 2010進行整理，每個樹種林地的以上所有指標測定均采用3塊標準地(即3次重復)實測的平均值(每塊標準地采用誤差不超過5%的3個測次平均)，每個林地的每項測定值使用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析，多重比較采用最小顯著差法(LSD)(α=0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同純林土壤腐殖質異化特征比較

圖1 土壤腐殖質含量特征Fig.1 Properties of soil humus contents

圖2 土壤腐殖質構成特征Fig.2 Properties of soil humus composition

根據對8種純林土壤腐殖質特征測定的結果表明(圖1)，總腐殖質含量以側柏林土壤顯著最高(34.61 g/kg)，其次為白樺和小葉楊(22.53—23.58 g/kg)，再次為白榆和茶條槭(19.70—20.59 g/kg)，油松、沙棘和刺槐林顯著最低(11.77—13.81 g/kg)。總腐殖酸含量以側柏林土壤顯著最高(20.10 g/kg)，其次為白榆、小葉楊、白樺和茶條槭(9.41—13.87 g/kg)，油松、刺槐和沙棘顯著最低(6.23—7.73 g/kg)。其中，胡敏酸含量以側柏林地土壤顯著最高(7.91 g/kg)，其次為白榆、白樺和小葉楊(4.17—6.81 g/kg)，茶條槭、刺槐、油松和沙棘較低(1.65—2.96 g/kg)；富啡酸含量以側柏林地土壤顯著最高(12.19 g/kg)，其次為白榆、小葉楊和茶條槭(6.45—7.06 g/kg)，再次為油松和白樺(4.90—5.41 g/kg)、沙棘和刺槐顯著最低(4.32—4.58 g/kg)；胡敏素含量以側柏林地土壤顯著最高(14.52 g/kg)，其次為小葉楊和茶條槭(11.18—11.72 g/kg)，再次為白榆和白樺(9.17—9.71 g/kg)，沙棘、油松和刺槐顯著最低(5.07—6.22 g/kg)。

腐殖質的構成以胡敏酸在腐殖質中所占比例以及胡敏酸與富啡酸比值來反映(圖2)。結果表明，胡敏酸/腐殖質比例以白榆和白樺林地土壤顯著最高(28.59%—28.88%)，其次為側柏、刺槐、小葉楊和油松(16.80%—22.85%)，茶條槭和沙棘顯著最低(13.26%—14.35%)；胡敏酸/富啡酸比值以白榆顯著最高(1.15)，其后依次為白樺、側柏、小葉楊和刺槐(0.55—0.95)，再次為茶條槭和油松(0.43—0.46)，沙棘顯著最低(0.36)，所有林地土壤在胡敏酸/富啡酸比值這一指標上均存在顯著差異。

綜合以上分析可知，8種純林土壤比較，側柏林土壤腐殖質含量最高但腐殖化程度和穩定性一般；白榆和白樺林土壤的腐殖質含量中等、腐殖化程度最高，穩定性最好；茶條槭和小葉楊林土壤的腐殖質含量和構成均為中等水平；油松、刺槐和沙棘林土壤的腐殖質質量較低且腐殖化程度低、穩定性差。

2.2 森林土壤腐殖質特征與微生物及土壤酶活性的關系分析

土壤腐殖質的形成是各種有機物質在微生物活動和一系列酶促反應下逐步降解和轉化的結果，同時腐殖質化過程又會對微生物和土壤酶活性產生反饋作用。但是，針對半干旱黃土丘陵區森林土壤來說，土壤腐殖質含量及構成與微生物量和土壤酶活性之間的相互關系和相互作用強度究竟如何？現以24塊標準地的數據(表2)進行統計相關分析(表3)，結果表明：與胡敏酸含量呈顯著正相關的指標為微生物量C和蛋白酶；與富啡酸含量呈顯著正相關作用的指標為微生物量C、磷酸酶和蔗糖酶；與胡敏素含量呈顯著正相關的指標為：微生物量C和磷酸酶，呈顯著負相關的為脫氫酶；可見，微生物、蛋白酶、磷酸酶和蔗糖酶與腐殖質的形成具有顯著的相互促進作用，脫氫酶則表現出一定的相互抑制作用。

微生物量和酶活性與腐殖質構成的相關性均未達到顯著水平，相較之下較為有利于提高胡敏酸/腐殖質比值和胡敏酸/富啡酸比值的指標為脲酶和蛋白酶，而較為不利的指標為脫氫酶。可見，酶活性對腐殖質構成的影響不明顯，蛋白酶和脲酶相對最有利于腐殖質良好結構的形成，而脫氫酶最為不利。

表2 不同林地土壤生物學性質Table 2 Biological properties of soil from different forests

表中數值表示平均值(標準差); 同列中不同字母代表具有顯著性差異

表3 森林土壤腐殖質特征與其他生物學性質的相關系數(n=24)Table 3 Correlation coefficients of soil humus with other biological properties

腐殖質含量 Humus contents(胡敏酸 Humic acid；富啡酸 Fulvic acid；胡敏素 Humin；腐殖酸 Humic acids；腐殖質 Humus)；腐殖質構成Humus composition(胡敏酸C/腐殖質C Humic acid carbon/Humus carbon；胡敏酸C/富啡酸C Humic acid carbon/Fulvic acid carbon); *P<0.05，**P<0.01

2.3 森林土壤腐殖質特征與化學性質的關系分析

土壤腐殖質含量及構成特征同樣與其他化學性質密切相關。為了探明半干旱黃土丘陵區的森林土壤腐殖質特征與其他化學性質(表4)之間的相互關系及其強度，做統計相關分析(表5)。

表4 不同林地土壤化學性質Table 4 Chemical properties of soil from different forests

表5 森林土壤腐殖質特征與其他化學性質的相關系數Table 5 Correlation coefficients of soil humus with other chemical properties

與胡敏酸、富啡酸和胡敏酸含量均呈顯著正相關作用的指標為CEC、堿解N和全N；pH值與3種腐殖質組分的含量均表現出不顯著的負相關關系；可見，腐殖質各組分的形成與土壤N素含量存在顯著相互促進作用，能顯著的提高土壤的保肥能力，但有導致土壤出現酸化的趨勢。

土壤化學性質與腐殖質構成的相關性均未達到顯著水平，相較之下較為有利于明顯有利于提高胡敏酸/腐殖質比值和提高胡敏酸/富啡酸比值的指標依次為速效K、CEC和堿解N；良好的腐殖質構成與土壤pH值則具有一定的正相關關系。可見，腐殖質構成與速效養分僅存在一定的相互促進作用，而較好的腐殖質構成可能部分抵消其含量增加導致的土壤酸化趨勢。

2.4 森林土壤腐殖質特征與微量元素的關系分析

根據腐殖質含量及構成與土壤微量元素含量(表6)的統計相關分析表明(表7)：

與胡敏酸和富啡酸含量呈顯著負相關的指標為有效Cu，與胡敏素含量呈顯著正相關的指標為有效Zn。此外，有效Cu含量與胡敏素含量與也呈現出一定的負相關，而有效Zn含量則與胡敏酸和富啡酸含量呈一定正相關關系。由此表明，腐殖質能提高土壤Zn的有效性而降低Cu的有效性。

微量元素與腐殖質構成特征的關系均未達顯著水平，其中較為有利于提高胡敏酸/腐殖質比值的指標為有效Zn，而較為不利的依次為全Fe、有效Mn和有效Cu。較為有利于提高胡敏酸/富啡酸比值的指標為有效Zn，而較為不利的指標主要為有效Mn、全Fe和有效Cu。表明土壤中Zn的適當積累以及Zn有效性的提高可能有利于腐殖質腐殖化程度的提高和穩定性的增加，而Fe的積累和Cu、Mn有效性的提高則相反。

微量元素含量較之大量元素含量和生物學性質與腐殖質各組分含量及構成特征的相互作用更為微弱，均未達到顯著水平，且相關的正負性相對復雜，這可能與不同微量元素本身特殊的化學性質有關。

表6 不同林地微量元素含量Table 6 Microelements content of soil from different forests

表7 森林土壤腐殖質性質與微量元素含量的相關系數Table 7 Correlation coefficients among soil humus properties and microelements content

3 討論

3.1 關于不同純林土壤的腐殖質含量及構成特征

胡敏酸是土壤腐殖質最重要的組成成分，由于其具有大量邊緣官能團和活躍的化學性質，能與土壤養分和礦物產生作用，所以常用來表征土壤腐殖質的品質。土壤的腐殖化程度一般采用胡敏酸/富啡酸的比值表示，可反映腐殖質的芳構化和聚合程度以及穩定性[9]。然而，也有一些研究表明，由于受到計算方法的限制可能導致胡敏酸/富啡酸比值的誤差較大，所以認為胡敏酸/總腐殖質比值更適于作為腐殖化程度的表征指標[10]。考慮到所研究土壤的差異和為了更加全面、客觀，本研究選取了上述兩種指標并結合腐殖質各組分的含量等來綜合考察8種純林土壤的腐殖質特征，結果表明不同樹種林地土壤的腐殖質含量和構成均存在明顯的異化現象，這主要是不同樹種林木枯落物的性質差異所致[11]。Trap等[12]對枯落物基質質量與腐殖質形式之間的關系進行分析，證明枯落物基質質量是影響森林熟化過程中腐殖質形成和形式變化的主要因子，并指出枯落物的C/N、木質素/N比值和N、K的含量均對腐殖質形式的變化存在顯著影響。本文與Trap等的研究結論相似：白榆和白樺等枯落物含N高或C/N較低的闊葉喬木樹種(具體數值見參考文獻[13])形成的腐殖質質量也較好，而枯落物基質質量較差的油松分解過程受到限制，轉化的腐殖質也就相對較少。這是由于木質素是腐殖質形成的重要碳源，其分解對腐殖質形成具有重要的意義[14-15]，而基質質量差的枯落物含N量相對低，不能滿足微生物(尤其是在木質素分解過程中具有重要地位的真菌)的生活需要[16]，從而影響到腐殖質的累積量和構成優劣。同時，本研究的結果表明，枯落物某些微量元素含量的差異也對腐殖質的形成和組成存在一定影響，這可能是由于這些微量元素參與了某些酶類的形成或者是其發揮活性的關鍵因子。例如本研究發現Mn的有效性提高不利于腐殖質的形成，與Trap等[12]的結論相似。這是由于Mn是Mn-過氧化物酶的重要組成部分，而后者直接影響了木質素的分解[17]，從而影響到腐殖化過程。沙棘的枯落物數量較少，即使具有較低的C/N比和相對高N含量，其形成的腐殖質數量也較少。

總之，腐殖質形成的數量和構成受到枯落物類型、數量和質量的制約，其中枯落物基質質量的作用最為重要。當然，其他限制因子如樹種特殊化學成分(如多酚等影響分解的物質)[18]、微量元素(如Mn)、葉生理結構(如角質層、蠟質厚度等)[19]等均可能對腐殖質形成過程產生影響，其規律有待更為深入的探究。

3.2 關于腐殖質特征與其他土壤性質的關系

林地土壤腐殖質的各組分含量均與全N、堿解N和CEC存在緊密的正相關關系，與黨亞愛和Fontana等[20-21]研究結果相同。表明土壤N含量與枯落物基質質量共同決定了土壤微生物的養分供應，進而影響到其對腐殖質合成和分解的方向與速率。一些研究表明[22]，P的供應也會限制土壤微生物對有機質的利用與轉化，故土壤中P的含量也可能會對腐殖質的形成和積累產生一定影響，本研究的結果支持了上述觀點。胡敏酸和富啡酸分別呈弱酸性和強酸性，其含量是影響土壤pH的重要因子，本研究的結果表明，腐殖酸含量總體與土壤酸堿性表現為相對明顯的負相關，這與Andersson等[23]的結果相似，與張林海等[24]的研究結果相反，證明pH對腐殖質的各組分存在一定的反作用，影響其積累與分解的同時也影響其化學性質的變化[25-26]。腐殖質組分含量與微量元素含量的相關性方向多變，這與何蓉等[4]的研究結果相似，其原因則尚需進一步的研究加以解釋。

前人研究發現，在林分發育過程中微生物數量會出現先升后降的現象，與此同時，隨森林經營時間延長和林分更新，森林土壤腐殖質的質量會有所下降[2]。本研究表明，微生物量C與腐殖質組分間存在緊密的正相關，而與腐殖質構成指標間存在較弱正相關，表明腐殖質(含量和構成)會隨微生物量的變化做出響應，為上述發現提供了一定的機理解釋。

本研究結果發現蔗糖酶、蛋白酶和磷酸酶活性與腐殖質某些組分呈顯著正相關關系，這與閆德仁[27]的結果相反。而脫氫酶與胡敏素顯著負相關、過氧化物酶與腐殖質組分含量呈現一定的正相關，與閆德仁的結果相同。表明前三者的活性提高可能提供了腐殖質形成的一些前體物質(如加速蛋白質水解提供氨基酸)或者提供了有機質分解的養分條件(如磷酸酶為微生物提供P)，且蔗糖等低分子物質確實參與了腐殖質的形成過程，這與竇森等的總結相似[16]。另有研究認為，酶在土壤中以酶-腐殖質復合體的形式存在[28]，從而保持其活性，但針對不同酶類的研究結果存在差異，其機理有待進一步深入探討和驗證。

不同有效態微量元素與腐殖質的關系表現出較大差異，這可能與特定元素與腐殖物質的絡合物穩定程度有關。本研究結果表明，有效Cu與腐殖酸含量呈現顯著負相關，有效Zn則與胡敏素含量呈顯著正相關。這與吳炳孫等[29]的部分研究結果不符。其原因可能在于研究土壤的腐殖質含量和結構有所差異，且腐殖質各組分含量不同情況下，對微量元素起主要“活化”或者“鈍化”作用的腐殖質組分也有所變化[29]。此外，在高離子強度下，被土壤礦質吸附的腐殖質將因靜電作用被壓縮，其分子結構發生變化[30]。這種作用也會影響微量元素及其他土壤性質與腐殖質特性之間的關系。

與多數研究不同，本研究中腐殖質構成指標與土壤性質的相關性總體上弱于腐殖質含量與相應土壤性質的相關性，證明在研究區土壤條件下，與土壤理化生物學性質關系更緊密的主要為腐殖質各組分的絕對含量而非其組成結構。此外，從本研究結果對生產實踐的指導意義來看，向土壤增施N肥可以促進腐殖質的形成，增加K肥則有利于腐殖質構成的改善，而通過選擇適宜樹種混交以調節枯落物腐解和養分釋放過程[18,31]，從而改善歸還土壤的有機質結構[32]，或者通過增加林下植被以提高森林土壤的腐殖質含量可能是解決研究區純林土壤退化現象的根本措施之一。

4 結論

(1)側柏林土壤腐殖質含量最高，但腐殖化程度和穩定性一般；白榆和白樺林土壤的腐殖質含量中等、腐殖化程度和穩定性最佳；茶條槭和小葉楊林土壤的腐殖質含量和構成均為中等水平；油松、刺槐和沙棘林土壤的腐殖質質量較低，且腐殖化程度較低，穩定性相對最差。

(2)與胡敏酸含量存在顯著相互促進作用的土壤性質為CEC、N(全N和堿解N)、微生物量和蛋白酶活性，存在顯著相互抑制作用的為有效Cu；與富啡酸存在顯著相互促進作用的為N、CEC、微生物量、蔗糖酶和磷酸酶活性，存在顯著相互抑制作用的為有效Cu；與胡敏素存在顯著相互促進作用的為N、CEC、微生物量、磷酸酶活性和有效Zn，存在顯著相互抑制作用的為脫氫酶活性。

(3)腐殖質構成與其他性質的相關性均不顯著，其中，相對有利于提高胡敏酸/腐殖酸含量之比的土壤性質為蛋白酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性；相對有利于提高胡敏酸/富啡酸含量之比的為速效K、CEC和脲酶活性。脫氫酶活性的提高最不利于腐殖質良好構成的形成。

(4)總體而言，土壤腐殖質含量較之腐殖質構成與其他性質之間具有更大的相關性，在實踐中向土壤增施N肥可以促進腐殖質的形成，增加K肥則有利于腐殖質構成的改善，而通過混交改造或增加林下植被是促進純林土壤腐殖質化過程和解決土壤退化的根本措施。

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Humus differentiation and correlation with other soil properties under pure forest in semi-arid loess hilly area

ZHANG Xiaoxi1, LIU Zengwen2,3, ZHU Bochao2, BING Yuanhao4, YU Qi4, Luc Nhu Trung1,5

1InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestAgricultuceandForestryUniversity,Yangling712100,China2CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestAgricultuceandForestryUniversity,Yangling712100,China3KeyLaboratoryforAgriculturalResourcesandEnvironmentalRemediationinLoessPlateauofAgricultureMinistryofChina,Yangling712100,China4CollegeofForestry,NorthwestAgricultuceandForestryUniversity,Yangling712100,China5DepartmentofAgricultureRuralDevelopmentofLaoCai,LaoCaiCity330100,Vietnam

Long-term growth or continued planting of pure forests which composed of one single species would cause soil humus differentiation both in content and composition, so studying the characteristics of humus differentiation and its correlation with other soil properties may provide scientific basis for the management and reformation of pure forests. In this study, 8 typical pure forest soils in Nanniwan forest station (which located at the semi-arid loess hill area) were sampled from 24 plots and their humus and other soil properties were measured systematically. The results showed that: (1) the soil fromPlatycladusorientalisforest had the highest humus content (34.61 g/kg) but moderate humification degree and stability; the soils fromUlmuspumilaandBetulaplatyphyllahad moderate humus content (19.69—23.58 g/kg) but highest humification degree and stability; the soils fromAcerginnalaandPopulussimoniiforestshad both moderate humus content (20.59—22.53 g/kg) and composition; the soils fromPinustabulaeformis,HippophaerhamnoidesandRobiniapseudoaciaforests had both low humus content (11.77—13.81 g/kg) and lowest humification degree and stability. (2) According to correlation analysis among humus content and other soil properties, humic acid had significant (P<0.05) positive interaction with CEC, N (total and available N), microbe biomass and protease activity (correlation coefficient 0.769—0.926, the same below), but significant negative with available Cu (-0.793); fulvic acid had significant positive interaction with N, CEC, microbe biomass, sucrase and phosphatase activities (0.836—0.955), but significant negative with available Cu (-0.822); humin had significant positive interaction with N, CEC, microbe biomass and phosphatase activity and available Zn (0.766—0.951), but significant negative with dehydrogenase activity (-0.784). (3) According to correlation analysis among humus composition and other soil properties, no significant correlation (P>0.05) among humus composition and other soil properties was observed. However, the ratio of humic acid/total humus acid would be enhanced by protease, sucrase and peroxidase to some extent, but restrained by dehydrogenase; the ratio of humic acid/fulvic acid would be enhanced by available K, CEC and urease to some extent, but restrained by dehydrogenase. (4) In general, humus content had more observable correlation with other soil properties than humus composition Increasing N fertilize and increasing K fertilize were helpful for the improvement of humus content and composition, respectively. Forming mixed forests or increasing the undergrowth was the essential measure to promote the soil humification process and to solve the problem of soil degradation.

pure forest; humus; differentiation characteristic; soil properties

國家自然科學基金(30471376)

2013-05-20;

日期:2014-04-25

10.5846/stxb201305201116

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zengwenliu2003@aliyun.com.cn

張曉曦，劉增文，朱博超，邴塬皓，于齊，Luc Nhu Trung.半干旱黃土丘陵區純林土壤腐殖質異化特征及與其他性質的關系.生態學報,2015,35(6):1779-1787.

Zhang X X, Liu Z W, Zhu B C, Bing Y H, Yu Q, Luc Nhu Trung.Humus differentiation and correlation with other soil properties under pure forest in semi-arid Loess Hilly Area.Acta Ecologica Sinica,2015,35(6):1779-1787.