侵蝕退化地植被恢復過程中芒萁對土壤可溶性有機碳的影響

任寅榜,呂茂奎,江 軍,謝錦升,2,*

1 福建師范大學地理科學學院濕潤亞熱帶山地生態國家重點實驗室培育基地,福州 350007 2 福建師范大學地理研究所,福州 350007

土壤可溶性有機碳(DOC)是土壤活性有機碳的重要組成部分,在整個土壤形成過程和生物地球化學循環中起著重要的作用,常作為評價土地利用方式對土壤有機碳影響的一個敏感指標[1]。以往有關土壤DOC的研究主要集中在不同植被類型、土地利用方式、環境因子和土壤理化性質等對其的影響方面[2- 7]。而林下植被作為森林生態系統的重要組成部分,不僅能夠保持水土、改良土壤、促進營養元素循環,且對土壤DOC的影響也不容忽視。侵蝕退化土地在植被恢復過程中,林下植被的地表覆被使土壤結構得到顯著改善,土壤的抗侵蝕性明顯加強,并使土壤的理化性質和微生物性質發生了一定的變化,從而影響了土壤DOC的組分和含量[8]。

紅壤侵蝕區的生態恢復主要以馬尾松林為主,芒萁作為酸性紅壤區特有的林下植被,對侵蝕區植被的生態恢復發揮著重要的作用。去除與不去除林下植被芒萁的對比試驗結果顯示,去除芒萁不僅改變了土壤微環境和土壤生物的食物網結構,而且降低了凋落物的分解速率[9],對土壤N、P、K等養分元素和pH值都有顯著的影響[10]。保留芒萁則增加了地表生物量,降低了地表裸露比例,地下生物量比重超過50%,細根生物量和根系分泌物顯著增加[11- 13],有利于土壤有機碳的積累。然而,侵蝕紅壤退化地植被恢復過程中林下植被對土壤DOC的作用目前尚未清楚。本文通過對比分析紅壤侵蝕區植被恢復過程中,林下有無芒萁覆蓋地土壤DOC含量及其與地下根系生物量、地上植被淋溶液DOC含量的關系,試圖闡明植被恢復過程中馬尾松林下植被芒萁對土壤DOC的影響及其機理,研究結果將對紅壤侵蝕區生態恢復與重建技術如植物種的選擇和林下植被管理具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于福建省西南部汀江上游的長汀縣河田鎮(25°33′—25°48′N,116°18′—116°31′E),屬中亞熱帶典型季風氣候區,年均氣溫17.5—19.2℃,極端最高氣溫與最低氣溫分別為39.8℃和-7.8℃。年均降雨量和蒸發量分別為1730mm與1403mm。年均日照時數1924.6h,年均無霜期260d,≥10℃積溫為4100—4650℃[14]。河田鎮屬長汀縣最大的河谷盆地,四周被低山高丘所環抱,中部地勢開闊,平均海拔400m左右,土壤主要為燕山運動早期形成的中粗粒花崗巖發育的紅壤,抗蝕抗沖性較差,地帶性植被(常綠闊葉林)破壞殆盡,現有植被主要以馬尾松(Pinusmassoniana)次生林和人工林為主,林下植被以芒萁(Dicranopterisdichotoma)為主。河田鎮是全國極強度水土流失區之一,許多地方表土層喪失殆盡,植被恢復困難,據2003年土壤侵蝕遙感資料顯示,河田鎮的水土流失面積為13586.83hm2,己經占到全鎮總土地面積的46.68%[15]。

1.2 樣地設置

采用“時空代換”法,在河田鎮選擇土壤母巖均為花崗巖的未進行植被恢復的樣地(Y0)、2001年(Y10)和1981年進行了植被恢復的樣地(Y30)(表1)組成植被恢復年限序列。Y10和Y30植被恢復前土壤的本底條件與Y0基本一致,均為A層土壤流失殆盡,B層出露。

選擇Y0,Y10,Y30的馬尾松林,在每個馬尾松林設置2種試驗處理：即林下芒萁覆蓋地(馬尾松+芒萁)與林下裸露地(馬尾松)。在每個試驗樣地分別設立3個20m×20m的標準樣方(共18個標準樣方),對芒萁覆蓋地和裸露地進行本底和生物量調查。

表1 樣地基本概況

1.3 研究方法

1.3.1 土壤樣品采集及處理

2011年12月下旬,在每個標準樣方內,根據隨機、等量、多點混合的原則,用內徑5cm的取土鉆按0—10,10—20,20—40,40—60,60—80,80—100cm分層取土,取樣在芒萁覆蓋區與裸露區分別進行,遵循最鄰近原則,即選取了芒萁覆蓋區的取樣點后,就以其邊界的裸露區作為取樣點。為了使取樣更具代表性,所有土樣均由多點混合而成,每個土層的樣品由5個取樣點的土壤樣品合成1份混合土樣,每個處理取3個重復的混合土樣,每個恢復年限的試驗地共36份混合土樣,總共108份混合土樣。取回的新鮮土壤樣品迅速冷藏,取部分土壤揀去石礫、植物根系與大于2mm的碎屑,然后在室內通風條件下風干,風干土樣再進行研磨過0.149mm土壤篩,用于土壤理化性質、總有機碳等的測定;剩下過2mm土壤篩的新鮮土壤樣品存于4℃冰箱中,用于土壤可溶性有機碳,微生物生物量碳的測定。

1.3.2 生物量測定

地上生物量測定：將標準樣地分成4個10m×10m的亞樣方,采用卷尺測量出每個亞樣方內芒萁的高度,然后隨機選擇其中一個亞樣方,用割草刀齊地割取樣方內所有芒萁枝葉,并將芒萁新鮮枝葉和枯枝葉分開,同時收集灑落地表的芒萁枯落物,用電子秤稱出芒萁枝葉與枯落物的鮮重,再從中選取部分樣品,同樣稱鮮重后置于自封袋中,帶回實驗室在65℃烘箱中烘干,計算出含水率和芒萁地上部分生物量,另保留一部分樣品用于植物淋溶實驗。馬尾松地上新鮮生物量采用馬尾松異速生長方程(表2)[16],根據調查每個試驗樣地所得的胸徑、樹高等數據,計算出馬尾松葉、枝、干、皮的生物量[15];馬尾松枯落物通過收集每個亞樣方地表枯落物,同樣選取部分生物量帶回實驗室處理,計算出生物量;同時用高枝剪在每個亞樣方收集馬尾松的鮮葉,與馬尾松枯落物一并用于植物淋溶實驗。

表2 馬尾松異速生長方程

Y：生物量 Biomass (kg);D：胸徑 Diameter at breast height (cm);H：樹高 Tree height (m)

地下生物量測定：芒萁覆蓋地區域,首先清理掉亞樣方被割光芒萁地上莖葉的地表殘留枯落物,然后挖取1m深的土壤剖面,以20cm×20cm的面積為標準,按土層0—10,10—20,20—40,40—60,60—80,80—100cm分層切割出單位面積的土塊,裝入寫好標簽的塑料袋中帶回實驗室。將每個土塊浸泡于水中,待土塊溶解后用土壤篩洗出土塊里面的植物根系,并分別挑出每一土層芒萁、馬尾松的根系以及雜根,裝入信封中,置于65℃烘箱中烘干,得到根系干重,再根據土方面積,計算出芒萁與馬尾松地下細根生物量;林下裸露地區域,去除裸露地表面枯落物,然后以同樣方法得到馬尾松地下細根生物量。

1.3.3 芒萁和馬尾松葉片DOM的淋溶

葉片淋溶分別稱取相當于10g干重的芒萁馬尾松混合鮮葉、芒萁馬尾松混合枯落物、馬尾松鮮葉和馬尾松枯落物樣品(混合葉片樣品按照芒萁和馬尾松不同恢復年限的葉片生物量比例取樣),裝入PVC管(內徑58mm、高11cm、底部放置微孔濾膜和玻璃纖維)中,置于布氏漏斗之上,漏斗下方放置玻璃瓶收集淋溶液,然后用200mL去離子水勻速淋洗PVC管內植物樣品,待淋溶完之后用0.45μm微孔濾膜過濾,同時用壓力為-0.09MPa的循環水真空泵進行抽濾處理,抽出的濾液置于尿杯中。

1.3.4 分析方法

土壤有機碳含量采用土壤元素分析儀(Elementar Vario EL III,德國)測定;濾出液的DOC樣品用總有機碳分析儀(島津TOC-VCPH,日本)測定淋溶液中DOC濃度;土壤可溶性有機碳的測定采用：準確稱量10g過2mm土壤篩的新鮮土樣,放入容積為50mL的一次性離心管中,加入40mL去離子水,先手動搖晃至水土充分混合,之后在往復震蕩機上震蕩30min,并在4000r離心機上離心10min,將上清液倒入裝有孔徑為0.45μm濾膜的過濾器中,同時用壓力為-0.09MPa的循環水真空泵進行抽濾處理,抽出的濾液置于尿杯中,用總有機碳分析儀測定浸提液中DOC濃度;微生物生物量碳的測定采用氯仿熏蒸法,同樣采用總有機碳分析儀測定K2SO4浸提液的有機碳濃度,MBC換算系數為0.38[17]。

1.4 數據分析

采用SPSS 19.0軟件進行統計分析,運用最小顯著差數法﹙LSD﹚進行同一恢復年限不同土層間基本理化性質差異的顯著性檢驗,獨立樣本t檢驗方法進行同一土層不同處理間的理化性質差異的顯著性檢驗(α=0.05)。運用Pearson相關系數評價不同因子之間的相關關系,細根生物量和土壤DOC儲量的關系用Origin 9.0進行擬合。相關圖表均用Origin 9.0軟件完成。圖表中數據為平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 土壤可溶性有機碳的分布特征及其占總有機碳的比例

紅壤侵蝕區植被恢復過程中,林下芒萁覆蓋地土壤DOC含量在各個土層均大于裸露地,且在0—20cm土層極顯著大于裸露地(P<0.01),說明芒萁覆蓋增加了土壤DOC的含量。在不同植被恢復時期,土壤DOC含量均隨土層深度的增加而降低,Y30的下降率大于Y0和Y10(圖1)。土壤DOC儲量在林下芒萁覆蓋地的各個土層之間差異顯著(P<0.05),而在林下裸露地各個土層之間差異不顯著(P>0.05)。在Y0、Y10、Y30中,表層(0—20cm)土壤DOC儲量芒萁覆蓋地分別是裸露地的1.86倍、1.76倍和2.16倍,深層(20—100cm)土壤DOC儲量芒萁覆蓋地分別是裸露地的1.28倍、1.08倍和1.30倍,說明芒萁覆蓋對土壤表層DOC儲量的影響大于深層土壤(表3)。不同植被恢復時期各試驗地土壤DOC占SOC的比例均在1%以下(圖2)。在垂直土層分布上,林下芒萁覆蓋地與裸露地土壤DOC占SOC的比例均隨土層深度的增加而升高。在所有土層,不同植被恢復時期林下裸露地DOC占SOC的比例均高于芒萁覆蓋地,在Y0、Y10、Y30中,林下裸露地土壤DOC占SOC的比例分別是林下芒萁覆蓋地的2.01倍、1.54倍和1.24倍。

2.2 芒萁地上生物量淋溶液DOC對土壤DOC的影響

林下芒萁覆蓋地(馬尾松+芒萁)鮮葉和枯落物葉片淋溶液DOC含量在不同植被恢復時期均顯著高于裸露地(馬尾松)(P<0.01)。不同植被恢復時期,芒萁覆蓋地枯落物淋溶液DOC含量高于鮮葉(P<0.01)(圖3),但馬尾松地上鮮葉生物量顯著大于枯落物,因此,芒萁覆蓋地和裸露地的鮮葉淋溶液DOC儲量顯著大于枯落物淋溶液DOC(P<0.01)(表4)。芒萁生長過程中,枯落物不易分解,其枯落物生物量顯著大于鮮葉。在林下芒萁覆蓋作用下,枯落物生物量增加,鮮葉生物量增加不明顯;在Y0、Y10、Y30中,林下芒萁覆蓋地枯落物淋溶液DOC儲量分別是裸露地的6.23倍、8.76倍和13.29倍,而鮮葉淋溶液DOC儲量分別是裸露地的2.26倍、1.08倍和1.06倍(表4),說明芒萁覆蓋增加了地表生物量,提高了葉片淋溶液DOC儲量,且芒萁枯落物淋溶液對土壤DOC的影響更大。

圖1 土壤DOC濃度垂直變化特征Fig.1 Contents of soil dissolved organic carbon in the vertical section大寫字母表示不同處理間的相互比較,小寫字母表示不同土層間的相互比較,相同字母差異不顯著,不同字母則有顯著差異(P<0.05);Y0：未恢復地 Without vegetation restoration; Y10：10年植被恢復地 Vegetation restoration for 10 years; Y30：30年植被恢復地 Vegetation restoration for 30 years

土層Soillayer/cmY0/(g/m2)Y10/(g/m2)Y30/(g/m2)芒萁覆蓋地Understorycover裸露地Understorybare芒萁覆蓋地Understorycover裸露地Understorybare芒萁覆蓋地Understorycover裸露地Understorybare 0—201.90±0.04Aa1.02±0.06Ba2.38±0.06Aa1.35±0.10Ba4.35±0.21Aa2.05±0.18Ba20—401.45±0.24Ab0.94±0.03Ba1.44±0.13Ab1.03±0.09Bb2.15±0.12Ab1.49±0.22Bb40—601.36±0.13Ab1.09±0.16Ba1.06±0.07Ac1.08±0.06Ab1.80±0.03Ac1.32±0.04Bb60—801.22±0.14Ab0.94±0.04Ba0.95±0.02Ac0.95±0.01Ab1.50±0.09Ad1.28±0.00Bb80—1000.93±0.03Ac0.90±0.01Aa0.93±0.02Ac0.99±0.04Ab1.33±0.06Ad1.13±0.11Ab

Y0：未恢復地 Without vegetation restoration; Y10：10年植被恢復地 Vegetation restoration for 10 years; Y30：30年植被恢復地 Vegetation restoration for 30 years; 大寫字母表示不同處理間的相互比較,小寫字母表示不同土層間的相互比較,相同字母差異不顯著,不同字母則有顯著差異(P<0.05)

圖2 土壤DOC占SOC的比例Fig.2 Soil dissolved organic carbon accounts for organic carbon ratioDOC：可溶性有機碳 Dissolved organic carbon; SOC：土壤有機碳 Soil organic carbon

圖3 葉片淋溶液DOC濃度變化特征Fig.3 Contents of leaf leachates dissolved organic carbon大寫字母表示不同處理間的相互比較,小寫字母表示不同恢復年限間的相互比較,相同字母差異不顯著,不同字母則有顯著差異(P<0.05)

植被恢復年限Recoveryperiod/a鮮葉淋溶液DOC/(mg/m2)Freshleafleachatesdissolvedorganiccarbon枯落物淋溶液DOC/(mg/m2)Litterleachatesdissolvedorganiccarbon芒萁覆蓋地Understorycover裸露地Understorybare芒萁覆蓋地Understorycover裸露地UnderstorybareY02.84±0.11Ac1.26±0.12Bc1.52±0.07Ac0.24±0.02BbY1098.01±7.70Ab90.74±7.62Ab4.97±0.19Ab0.56±0.03BaY30163.06±21.33Aa153.72±21.11Aa6.63±0.36Aa0.49±0.07Ba

大寫字母表示不同處理間的相互比較,小寫字母表示不同恢復年限間的相互比較,相同字母差異不顯著,不同字母則有顯著差異(P<0.05)

2.3 芒萁地下細根生物量對土壤DOC的影響

林下芒萁覆蓋地和裸露地土壤細根生物量在不同植被恢復時期均隨土層深度增加而減少(圖4)。在Y0、Y10、Y30中,林下芒萁覆蓋地表層細根生物量分別是深層的7.56倍、3.45倍和3.59倍,而林下裸露地表層細根生物量分別是深層的5.78倍、4.55倍和5.72倍,說明在植被恢復初期芒萁覆蓋增加了土壤表層的細根生物量,隨植被恢復時間的增長,芒萁根系向土壤深層延伸,增加深層土壤根系生物量。t檢驗表明,芒萁覆蓋地的細根生物量顯著高于裸露地(P<0.01),且深層土壤細根生物量也具有顯著差異性(P<0.05)。說明芒萁覆蓋極大增加了土壤各土層的細根生物量,細根提供更多底物參與土壤物質與養分循環,從而影響土壤各土層DOC的周轉與積累。

圖4 細根生物量垂直變化特征Fig.4 Characteristics of fine root biomass in the vertical section大寫字母表示不同處理間的相互比較,小寫字母表示不同土層間的相互比較,相同字母差異不顯著,不同字母則有顯著差異(P<0.05)

圖5 細根生物量與土壤DOC的相關性分析Fig.5 Correlation between fine root biomass and soil dissolved organic carbon

2.4 細根生物量及葉片淋溶液DOC與土壤DOC的關系

皮爾遜相關分析發現,林下芒萁覆蓋地土壤DOC儲量與細根生物量的垂直變化呈顯著的正相關關系(P<0.05)(圖5),且隨植被恢復年限的增加相關性顯著增加;而林下裸露地在Y0中,土壤DOC與細根生物量無顯著的相關性,Y10和Y30的相關性均小于芒萁覆蓋地;說明林下芒萁根系的垂直分布對土壤DOC儲量有顯著的影響,且在植被恢復初期的貢獻率更大。不同植被恢復時期,芒萁覆蓋地鮮葉和枯落物淋溶液DOC與0—20、80—100cm土層的土壤DOC均呈極顯著的正相關關系(P<0.01)(表5);林下裸露地土壤DOC與鮮葉淋溶液DOC呈顯著正相關(P<0.01),與枯落物淋溶液DOC無顯著相關性;說明林下芒萁覆蓋地相對于裸露地枯落物淋溶液對土壤DOC儲量的影響大于鮮葉;且在深層土壤,地下細根生物量相對于裸露地差異不明顯,土壤DOC的來源可能是葉片淋溶液DOC在遷移過程中,受到該層礦物質的大量吸附得以儲存。

2.5 芒萁對土壤微生物生物量碳和微生物熵的影響

不同植被恢復時期,林下芒萁覆蓋地土壤微生物生物量碳(MBC)含量在不同土層均顯著大于裸露地(P<0.05)。隨植被恢復年限的延長,表層土壤MBC含量增加幅度顯著大于深層(P<0.05),說明林下芒萁對土壤表層MBC含量的影響大于深層(圖6)。各試驗地,林下芒萁覆蓋地土壤微生物熵均高于裸露地,說明相對于林下裸露地,芒萁覆蓋為土壤微生物提供了豐富的碳源,促進了微生物的生長和繁殖。土壤微生物熵隨土層深度的增加而降低,且Y0下降幅度大于Y10和Y30。林下芒萁覆蓋地與裸露地土壤微生物熵隨植被恢復年限的延長而增加,且覆蓋地與裸露地差異性逐漸縮小(圖7)。

表5 葉片淋溶液DOC與土壤DOC的相關性分析

**表示極顯著相關(P<0.01)

圖6 土壤MBC濃度垂直變化特征Fig.6 Contents of soil microbial biomass carbon in the vertical section大寫字母表示不同處理間的相互比較,小寫字母表示不同土層間的相互比較,相同字母差異不顯著,不同字母則有顯著差異(P<0.05)

圖7 土壤微生物熵垂直變化特征Fig.7 The change of soil microbial quotient in the vertical sectionMBC：微生物生物量碳 Microbial biomass carbon; SOC：土壤有機碳 Soil organic carbon

3 討論

紅壤侵蝕區植被恢復過程中林下芒萁覆蓋地和裸露地土壤DOC的儲量在空間和時間分布上差異顯著,芒萁覆蓋地土壤DOC儲量高于裸露地,且隨植被恢復年限的延長差異更顯著。土壤DOC主要來源于地上植被葉片淋溶液DOC、新近凋落物、根系周轉和分泌物以及微生物代謝[7]。土壤未分解層(Oi)輸出的DOC量是分解層(Oa)和半分解層(Oe)之和的1.5倍[18],因此新近凋落物的添加引起土壤可溶性有機質的顯著增加[19]。林下芒萁生長區域相比于裸露地立地條件好,地表溫度下降,土壤水分蒸發減少,容重下降,含水率增加,地表植被覆蓋率增加,凋落物生物量輸入更為豐富。土壤中約80%的DOC來源于葉片淋溶液,特別是新近凋落物層[20- 21],穿透雨使易溶解物質迅速淋溶到土壤中,使土壤DOC含量顯著增加[22]。穿透雨DOC濃度受樹冠層結構和組成的影響,林冠結構越復雜,穿透雨中DOC濃度則越高[23]。在林下芒萁覆蓋地,芒萁生物量厚實,增加了地表植物覆蓋度,從而使芒萁覆蓋地葉片淋溶液DOC含量大于裸露地。有研究發現芒萁淋溶液DOC濃度和結構顯著高于多數喬木植物葉片淋溶液,林下芒萁葉片會釋放更多的DOC[20,24]。穿透雨淋溶過程中,鮮葉和枯落物淋溶液DOC含量對土壤DOC儲量的貢獻也不同,葉片在凋落前有顯著地氮磷養分回收,鮮葉在轉向凋落物過程中,DOC流失較快,因此鮮葉的DOC含量大于枯落物[25]。但芒萁覆蓋區,地上凋落物生物量顯著大于芒萁鮮葉,因此芒萁枯落物淋溶液DOC含量對土壤DOC儲量的貢獻更大。當穿透雨通過土壤腐殖質層后,滲透水中DOC濃度提高,但滲透水由腐殖質層向礦質土層滲透時,DOC濃度降低,這主要與微生物的降解作用、土壤鐵鋁氧化物或氫氧化物、粘土礦物的吸附作用以及多價陽離子與DOC絡合生成難溶沉淀物有關[26],其中土壤鐵鋁氧化物或氫氧化物、粘土礦物的吸附作用被認為是最主要的[27]。林下芒萁覆蓋地0—20cm土層DOC儲量顯著大于20—100cm各個土層,主要是因為滲透液DOC在遷移過程中,受到礦物質的大量吸附得以保留于土壤表層。隨著植被恢復年限的增加,芒萁覆蓋地深層土壤DOC的儲量逐漸增強,且被土壤吸附后能夠較長時間的儲存。可見,林下芒萁對土壤DOC的積累起著重要作用。

植物光合作用能夠將光合產物的5%—25%通過根系分泌過程傳輸到土壤環境中,而其中的50%—75%是以可溶性有機物的形式存在;植物根系分泌包括氨基酸、有機酸以及糖等有機物質,這些有機物構成了土壤DOC的主要成分[28]。此外,植物的細根通過死亡與周轉,改善土壤理化性質,影響土壤微環境和生物過程,因此地下的根系生物量是土壤DOC的重要來源。林下芒萁覆蓋區域,密布成網的芒萁根系使土壤容重下降,芒萁根系碳的利用效率增強,進而促進侵蝕區馬尾松林植被根系的大面積延伸,地下生物量顯著增加,生物量的枯死物與分泌物是土壤DOC另一個重要的來源。相對于裸露地,芒萁覆蓋區域地下根系生物量對土壤DOC的貢獻更加明顯。根系垂直分布直接影響土壤各層次DOC數量[29],林下芒萁根系在土壤表層的分布大于深層,土壤表層DOC含量也顯著大于深層,且芒萁覆蓋地土壤DOC儲量的垂直下降幅度大于裸露區。隨著植被恢復年限的增長,馬尾松林分郁密度增加,林下喜陽性植物芒萁生物量減少。30年植被恢復樣地各個土層的DOC儲量最高,而芒萁地下生物量低于10年植被恢復樣地,說明在植被恢復初期芒萁根系能夠提供更多底物參與土壤物質與養分循環,對土壤DOC的儲量貢獻更大。

土壤活性有機碳的分配比例比活性有機碳總量更能反映土壤有機碳的狀況[30],土壤可溶性有機碳占土壤總有機碳的比率亦是反映土壤碳穩定性的指標[31]。研究發現含量較高的土壤有機碳會減少膠體的吸附位點,從而阻礙土壤DOC的進一步吸附[32],在去除土壤部分有機碳后,土壤DOC的吸附量會增加[33]。林下芒萁覆蓋地土壤DOC的分配比率小,表明土壤有機碳活性低、穩定性好。土壤的鐵鋁氧化物和粘土礦物能夠有效的吸附土壤DOC,是保存土壤有機碳的重要機制,研究表明土壤黏粒含量與土壤DOC吸附能力呈顯著正相關關系[34]。不同土地利用類型下,不同層次土壤溶解性有機碳的分配比例從上到下均表現出上升趨勢,與溶解性有機碳隨滲透水遷移分不開[35]。這與我們的研究結果一致,這可能與深層礦質土壤對DOC吸附能力較強,滲透水DOC隨土壤水分遷移而被深層土壤固持。因此,土壤DOC隨土層深度的增加,DOC的分配比率呈現出上升趨勢。

土壤微生物是維持土壤質量的重要組成部分,直接參與土壤有機質分解和養分循環,能夠快速反應生態系統過程的變化[36]。植被恢復過程中,植物可以有效的改變土壤物理性狀,植物根系分泌物和枯落物殘體增加土壤碳源,影響土壤物質循環,促進土壤養分積累,為微生物生長提供充足的物質來源,從而促進了微生物的繁殖[37]。林下芒萁覆蓋地地上葉片生物量和地下生物量相對于單一的馬尾松林下裸露地,植物多樣性增加,同時增加了不同形態學特征(密度、結構)、不同化學特征(質量、數量)下資源輸入的變異度,芒萁覆蓋地地上葉片淋溶液DOC、凋落物殘體、地上細根生物量分泌物促進了土壤DOC的積累,為土壤中不同種類的微生物生長繁殖提供不同的營養物質,微生物碳源利用率增加,促進了微生物對DOC的同化,因此林下芒萁覆蓋地微生物熵高于林下裸露地。隨著植被恢復年限的延長,林下芒萁生物量減少,但土壤微生物熵增大,林下芒萁覆蓋地和裸露地微生物熵的差異性縮小,這可能是植被恢復前期芒萁生物量所積累的DOC為植被恢復后期的微生物提供了更多養分來源。同時,MBC含量的增加也是侵蝕紅壤恢復過程中土壤DOC儲量增加的重要影響因素之一。

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