火燒跡地恢復(fù)后不同穩(wěn)定機(jī)制土壤有機(jī)碳庫(kù)特征研究

doi：10.3969/j.issn.1006-8023.2024.02.007

摘" 要：以大興安嶺重度火燒跡地經(jīng)過(guò)不同方式恢復(fù)的林分土壤為研究對(duì)象，采用物理-化學(xué)聯(lián)合分組方法，研究未保護(hù)、物理保護(hù)、化學(xué)保護(hù)、生物化學(xué)保護(hù)、物理-化學(xué)保護(hù)和物理-生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分含量特征及其與土壤總有機(jī)碳含量間的關(guān)系。結(jié)果表明， 1）人工恢復(fù)的林分土壤總有機(jī)碳、未保護(hù)有機(jī)碳、物理保護(hù)有機(jī)碳、物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳、物理-生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳和生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳含量均顯著高于自然恢復(fù)。化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳含量在不同恢復(fù)方式下變化不顯著。除化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳和物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳外，其余各保護(hù)態(tài)有機(jī)碳均表現(xiàn)為上層土壤含量顯著高于下層（P＜0.05）。2）2種恢復(fù)方式下的土壤有機(jī)碳組分均以未保護(hù)有機(jī)碳占比最高，物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳占比最低。與天然恢復(fù)相比，人工恢復(fù)下的土壤物理保護(hù)有機(jī)碳含量占比顯著提高2.80%～3.19%（P＜0.05）。3）回歸分析表明，除物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳和化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分外，其余各保護(hù)態(tài)有機(jī)碳組分與總有機(jī)碳含量之間均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.001）。大興安嶺重度火燒跡地經(jīng)過(guò)32 a的人工恢復(fù)，更利于土壤總有機(jī)碳積累，土壤未保護(hù)有機(jī)碳的積累更多。研究結(jié)果為該區(qū)域重度火燒跡地植被恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土壤有機(jī)碳；物理-化學(xué)聯(lián)合分組；重度火燒跡地；植被恢復(fù)；大興安嶺

中圖分類(lèi)號(hào)：S714.2""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""" 文章編號(hào)：1006-8023（2024）02-0060-08

Research on Soil Organic Carbon Pool Characteristics of Seriously

Burned Area After Different Restorations

LU Huiru， LIN Yiping， HAN Li， XIN Ying*

（College of Forestry， Northeast Forestry University， Harbin China， 150040）

Abstract：The soil of forest with different restorations in seriously burned area of Great Xing'an Mountains was selected as research objects， the correlation between soil organic carbon （SOC） components of unprotected， physically protected， physical-chemically protected， physical-biochemically protected， chemically protected and biochemically protected and the total organic carbon （TOC） was investigated. The results showed that： 1） The contents of TOC， unprotected SOC， physically protected SOC， physical-chemically protected SOC， physical-biochemically protected SOC and biochemically protected SOC in artificial restoration forest were significantly higher than those in natural restoration forest. The content of chemically protected SOC did not change significantly under different restoration methods. Except for the chemically protected SOC and physical-chemically protected SOC， the content of other protected SOC at upper layer soil was significantly higher than that at subsoil （Plt;0.05）. 2） Under two restoration methods， the proportion of unprotected SOC was the highest， the proportion of physical-chemically SOC was the lowest. Compared with natural restoration， the ratio of physical protected SOC content under artificial restoration was significantly increased by 2.80%-3.19% （Plt;0.05）. 3） Except for physical-chemically SOC and chemically SOC， there was Plt;0.001 between the contents of the other SOC fractions and the TOC， according to the results of linear fitting. After 32 years of artificial restoration， soil total organic carbon and unprotected organic carbon accumulated more in seriously burned area of Great Xing'an Mountains. The results provided a scientific basis for vegetation restoration in seriously burned areas of the region.

Keywords：Soil organic carbon; physical-chemical fractionation; seriously burned area; vegetation restoration； Great Xing'an

Mountains

收稿日期：2023-05-12

基金項(xiàng)目：中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目（2572019BA11）；東北林業(yè)大學(xué)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202110225019）。

第一作者簡(jiǎn)介：路蕙銣，碩士研究生。研究方向?yàn)樗帘３峙c荒漠化防治。E-mail：L15732921660@163.com

*通信作者：辛穎，博士，副教授。研究方向?yàn)樗帘３峙c荒漠化防治。E-mail： xinying2004@126.com

引文格式：路蕙銣，林一萍，韓莉，等.火燒跡地恢復(fù)后不同穩(wěn)定機(jī)制土壤有機(jī)碳庫(kù)特征研究[J].森林工程，2024，40（2）：60-67.

LU H R， LIN Y P， HAN L， et al. Research on soil organic carbon pool characteristics of seriously burned area after different restorations[J]. Forest Engineering， 2024， 40（2）：60-67.

0" 引言

土壤碳庫(kù)是陸地碳庫(kù)的重要組成部分，在陸地生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)中有舉足輕重的地位[1]。森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的固碳主體[2]，其土壤碳含量約占全球土壤碳庫(kù)的73%，占陸地總碳庫(kù)的46%。森林的碳匯功能在緩解氣候變化方面發(fā)揮著重要作用[3-4]。森林土壤有機(jī)碳的減排能力約為森林的9%、濕地的72%、農(nóng)業(yè)和草原的47%[1]。增加森林土壤有機(jī)碳（SOC）是森林管理的主要目標(biāo)[5-7]，在維持全球碳平衡、推動(dòng)全球碳循環(huán)以及調(diào)節(jié)全球氣候等方面都具有重要意義。

近年來(lái)，由于全球氣候變化的影響，森林火災(zāi)的發(fā)生頻率和過(guò)火面積呈顯著增加趨勢(shì)[8-10]，影響了森林的固碳能力。大興安嶺林區(qū)是我國(guó)寒溫帶針葉林唯一現(xiàn)存區(qū)[11]，也是重要的生態(tài)功能區(qū)和生態(tài)敏感區(qū)，由于氣候干燥、林下枯落物堆積，導(dǎo)致該地森林火災(zāi)頻繁發(fā)生[12]。火災(zāi)不僅會(huì)影響整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)中的植物、動(dòng)物和微生物等的生命活動(dòng)，還會(huì)迅速改變森林土壤的理化性質(zhì)，顯著改變森林土壤有機(jī)碳的固存和轉(zhuǎn)化[13-14]。1987年大興安嶺發(fā)生的特大森林火災(zāi)，導(dǎo)致了大面積重度火燒跡地的形成。開(kāi)展火燒跡地植被恢復(fù)過(guò)程中土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定機(jī)制研究，對(duì)于充分認(rèn)識(shí)大興安嶺火干擾后森林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳固存有重要意義。目前，關(guān)于不同恢復(fù)方式下大興安嶺火燒跡地土壤有機(jī)碳的研究多集中于微生物量有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、黑碳及總有機(jī)碳的含量變化[15-16]，對(duì)火燒跡地植被恢復(fù)后土壤中不同保護(hù)態(tài)有機(jī)碳組分變化還知之甚少。而深入了解森林土壤的固碳機(jī)制對(duì)于最大程度地實(shí)現(xiàn)火燒森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)至關(guān)重要[17]。

物理化學(xué)聯(lián)合分組法能夠成功分離物理、化學(xué)和生物化學(xué)保護(hù)等各種保護(hù)機(jī)制的有機(jī)碳組分。本研究以大興安嶺重度火燒跡地不同方式恢復(fù)后的林分為研究對(duì)象，采用物理-化學(xué)聯(lián)合分組法，研究恢復(fù)方式對(duì)不同穩(wěn)定機(jī)制的土壤有機(jī)碳組分特征的影響。明確重度火燒跡地植被恢復(fù)后土壤有機(jī)碳庫(kù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為該區(qū)域重度火燒跡地植被恢復(fù)與重建提供科學(xué)依據(jù)。

1" 研究區(qū)概況與研究方法

1.1" 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省大興安嶺阿木爾林業(yè)局，以黑龍江主航道為界，東西分別與塔河林業(yè)局和圖強(qiáng)林業(yè)局相接，南與呼中林業(yè)局和內(nèi)蒙古滿歸林業(yè)局接壤。地理坐標(biāo)為： 52°15′～53°33′ N，122°38′～124°05′ E。地處寒溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫-5 ℃，年平均降水量455 mm，全年無(wú)霜期90 d左右，春季干旱多風(fēng)，易發(fā)生火災(zāi)，夏季短暫多雨，冬季寒冷且漫長(zhǎng)，主風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)。土壤以棕色針葉林土為主，另外也有沼澤土、泥炭土和暗棕壤等，土層普遍較薄，多礫石。

典型地帶性植被類(lèi)型為寒溫帶針葉林，以興安落葉松（Larix gmelinii）和樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）為主。主要的闊葉樹(shù)種有山楊（Populus davidiana）和白樺（Betula platyphylla）等；主要灌木有胡枝子（Lespedeza bicolor）、刺玫（Rosa davurica Pall.）、興安杜鵑（Rhododendron dauricum）、越橘（Vaccinium vitisidaea）和杜香（Ledum palustre）；主要草本有小葉草（Deyeuxia angustifolia）、地榆（Sanguisorba officinalis）和鹿蹄草（Pyrola calliantha）等。

1.2" 研究方法

1.2.1" 樣品采集

2021年9月初，對(duì)研究區(qū)內(nèi)1987年“5·6”大火重度火燒跡地經(jīng)過(guò)人工恢復(fù)和天然恢復(fù)的林分進(jìn)行勘查，所選的林分在重度火燒發(fā)生前均為興安落葉松林，土壤類(lèi)型均為棕色針葉林土。在坡度、坡向和海拔等立地條件基本一致的林分中分別設(shè)置3個(gè)20 m×30 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地。人工恢復(fù)的林分是1989年在重度火燒跡地上栽植的興安落葉松人工林，造林時(shí)苗齡為2 a，每公頃3 300 株，之后連續(xù)3 a進(jìn)行人工撫育。天然恢復(fù)林分的主要樹(shù)種為生長(zhǎng)狀況良好的山楊和白樺，自重度火燒后未受到人為活動(dòng)的干擾。樣地基本信息見(jiàn)表1。

每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)按“S”形設(shè)置5個(gè)取樣點(diǎn)，因研究地土層很薄，每個(gè)取樣點(diǎn)以10 cm為一層進(jìn)行機(jī)械分層，分別采集0～10 cm和10～20 cm層土樣，去除動(dòng)、植物殘?bào)w及石礫后風(fēng)干過(guò)2 mm篩備用。

1.2.2" 物理-化學(xué)聯(lián)合分組方法

土壤有機(jī)碳分組方法參考STEWART等[18]的物理-化學(xué)聯(lián)合方法進(jìn)行分組，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，將土壤有機(jī)碳分成6個(gè)碳庫(kù)，即未保護(hù)有機(jī)碳（又稱(chēng)游離活性有機(jī)碳，包括粗顆粒有機(jī)碳cPOM和細(xì)顆粒有機(jī)碳fPOM）、物理保護(hù)有機(jī)碳（iPOM）、化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳（HC-dClay、HC-dSilt）、物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳

（HC-μClay、HC-μSilt）、物理-生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳（NHC-μClay、NHC-μSilt）和生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳（NHC-dClay、NHC-dSilt），具體操作步驟如下。

第一步為團(tuán)聚體分組，稱(chēng)取20 g過(guò)2 mm篩的風(fēng)干土樣置于250 μm和53 μm套篩上，加入30個(gè)玻璃珠，置于微團(tuán)聚體分離器中上下振蕩20 min后，篩上部分為＞250 μm的粗顆粒有機(jī)碳組分（cPOM）和53～250 μm的微團(tuán)聚體組分。將＜53 μm的組分于900 r/min下離心7 min分離出游離態(tài)粉粒組分（d-Silt），隨后于3 200 r/min下離心15 min得到游離態(tài)黏粒組分（d-Clay）。

第二步為密度分組，將第一步得到的微團(tuán)聚體部分與35 mL的1.7 g/cm3碘化鈉溶液放于離心管中混勻，靜置20 min后，于4 000 r/min轉(zhuǎn)速離心20 min。懸液經(jīng)0.45 μm的濾膜抽濾，得到細(xì)顆粒有機(jī)碳（fPOM）。沉淀部分與60 mL的5 g/L的六偏磷酸鈉溶液混勻，在180 r/min的振率下加入12個(gè)玻璃珠振蕩18 h后，過(guò)53 μm篩，篩上組分為物理保護(hù)有機(jī)碳組分（iPOM）。溶液部分分離方法同上，得到閉蓄粉粒組分（μ-Silt）和閉蓄黏粒組分（μ-Clay）。

第三步為酸解，將游離態(tài)黏粉粒和閉蓄態(tài)黏粉粒各取0.5 g與25 mL的 6 mol/L HCl混勻后，于95 ℃下回流16 h。酸解液用0.45 μm濾紙抽濾，殘留物為非酸解組分，分別為生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳（NHC-dClay、NHC-dSilt）和物理-生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳（NHC-μClay、NHC-μSilt）。而酸解組分，分別為化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳（HC-dClay、HC-dSilt）、物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳（HC-μClay、HC-μSilt），是為全組分和非酸解組分之差。

全土樣品及上述各烘干的土壤各組分，在60 ℃下烘干至恒重并稱(chēng)重，利用重鉻酸鉀外加熱氧化法測(cè)定各組分中的有機(jī)碳含量。

1.2.3" 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳和化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分即為酸解組分，其含量為全組分和非酸解組分之差。土壤其他保護(hù)機(jī)制有機(jī)碳組分的含量均采用式（1）計(jì)算

SOC（i）content=Mp（i）×OC（i）content。（1）

式中：SOC（i）content為土壤i有機(jī)碳組分的含量，g/kg；MP（i）為土壤中i物質(zhì)組分的含量，%；OC（i）content為土壤i物質(zhì)組分中有機(jī)碳含量，g/kg。

土壤各有機(jī)碳庫(kù)含量占總有機(jī)碳的比例采用式（2）計(jì)算

AP=SOC（i）content×100/TOCcontent。（2）

式中：AP為土壤 i 有機(jī)碳庫(kù)的含量占總有機(jī)碳的比例，%；TOCcontent土壤總有機(jī)碳含量，g/kg。

用SPSS 27.0 軟件對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析比較不同恢復(fù)方式、不同土層間測(cè)定結(jié)果的差異（P=0.05）；采用線性回歸分析土壤各保護(hù)機(jī)制有機(jī)碳組分與總有機(jī)碳含量之間的回歸關(guān)系。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 不同穩(wěn)定機(jī)制土壤有機(jī)碳含量

由表2可知，大興安嶺重度火燒跡地經(jīng)過(guò)人工恢復(fù)后土壤總有機(jī)碳含量為36.94～69.55 g/kg，顯著高于天然恢復(fù)。恢復(fù)后林分上層土壤總有機(jī)碳含量高于下層，0～10 cm和10～20 cm土層人工恢復(fù)林分的土壤總有機(jī)碳含量分別是天然恢復(fù)的1.98倍和1.73倍。

經(jīng)物理-化學(xué)聯(lián)合分組后，土壤總有機(jī)碳的回收率達(dá)94.6%～103.2%，說(shuō)明該分組方法可信度高。經(jīng)植被恢復(fù)后，大興安嶺重度火燒跡地0～10 cm層土壤未保護(hù)有機(jī)碳、物理保護(hù)有機(jī)碳和生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分的含量高于10～20 cm層，化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳則顯著低于10～20 cm層（P＜0.05）。人工恢復(fù)林分0～10 cm層土壤cPOM、fPOM和iPOM分別是10～20 cm層的2.21、2.13、2.49倍。天然恢復(fù)林分0～10 cm層土壤cPOM、fPOM和iPOM分別是10～20 cm層的1.95、1.37、2.77倍。

重度火燒跡地經(jīng)過(guò)不同方式恢復(fù)后，不同穩(wěn)定機(jī)制土壤有機(jī)碳含量有明顯差異。人工恢復(fù)林分土壤cPOM、fPOM、iPOM、NHC-dsilt+clay、HC-μsilt+clay和NHC-μsilt+clay含量均高于天然恢復(fù)的林分，分別是天然恢復(fù)的1.79～1.99、1.00～1.55、4.64～5.23、1.38～1.60、1.19～1.54、1.67～1.98倍，其中以物理保護(hù)有機(jī)碳差異最為顯著。2種恢復(fù)方式下土壤化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳變化不顯著。

2種恢復(fù)方式下林分土壤有機(jī)碳組分均以粗顆粒保護(hù)有機(jī)碳含量最高，含量分別為24.28～53.58 g/kg和13.74～26.80 g/kg。

2.2" 不同穩(wěn)定機(jī)制土壤有機(jī)碳庫(kù)分配特征

由圖1可知，重度火燒跡地經(jīng)過(guò)不同方式恢復(fù)后，土壤未保護(hù)有機(jī)碳、物理保護(hù)有機(jī)碳、化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳、生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳、物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳和物理-生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳含量占總有機(jī)碳的比例分別為65.73%～78.00%、1.38%～5.54%、0.82%～3.24%、 8.57%～14.61%、1.00%～3.23%和6.07%～11.81%。2種恢復(fù)方式下，土壤未保護(hù)有機(jī)碳含量占總有機(jī)碳的比例最高，其次是生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分，物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分含量占總有機(jī)碳的比例最低。

與天然恢復(fù)相比，人工恢復(fù)下土壤的物理保護(hù)有機(jī)碳含量占總有機(jī)碳的比例提高2.80%～3.19%，增幅呈顯著水平（Plt;0.05），未保護(hù)有機(jī)碳含量比例有所提高但未達(dá)顯著水平；其余4個(gè)組分含量均呈現(xiàn)不同程度的降低，除物理-生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分外均達(dá)顯著水平（Plt;0.05）。

2.3" 不同穩(wěn)定機(jī)制土壤有機(jī)碳與總有機(jī)碳之間的關(guān)系

不同穩(wěn)定機(jī)制的土壤有機(jī)碳組分與總有機(jī)碳含量之間的關(guān)系利用線性回歸方程y=ax+b（式中：x為土壤總有機(jī)碳含量；y為土壤各保護(hù)態(tài)有機(jī)碳組分含量；a、b分別為線性回歸方程的斜率、截距。）進(jìn)行擬合，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，除物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳和化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分外，其余各保護(hù)態(tài)有機(jī)碳組分與總有機(jī)碳含量之間均呈正相關(guān)關(guān)系。其中，未保護(hù)有機(jī)碳、物理保護(hù)有機(jī)碳、物理-生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳和生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分含量與總有機(jī)碳含量的相關(guān)性顯著，呈極顯著水平（Plt;0.001）。線性回歸方程的斜率表示各保護(hù)態(tài)有機(jī)碳組分含量隨土壤總有機(jī)碳含量變化的變化量，隨總有機(jī)碳含量的增加，游離粗顆粒有機(jī)碳組分含量的增加最為明顯，其次是物理保護(hù)有機(jī)碳組分。總有機(jī)碳含量每一單位（g/kg）的變化，導(dǎo)致游離粗顆粒有機(jī)碳組分含量變化率達(dá)82.4%。這表明，土壤總有機(jī)碳含量的變化制約著土壤未保護(hù)有機(jī)碳組分含量的變化。

3" 討論

土壤有機(jī)碳含量作為反映森林固碳能力的重要指標(biāo)，是由不同分解速率的碳組成的復(fù)合體[19]，地上植物的枯枝落葉是森林土壤有機(jī)碳的主要來(lái)源之一。未保護(hù)有機(jī)碳即游離活性有機(jī)碳為顆粒有機(jī)碳。物理保護(hù)有機(jī)碳，由于土壤團(tuán)聚體的閉蓄性包裹導(dǎo)致的底物與酶的空間不可接近性，從而形成物理保護(hù)[20]。化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳是指高價(jià)鐵鋁氧化物與黏土礦物由于分子交互作用如配位體位置換、高價(jià)陽(yáng)離子鍵橋和范德華力等導(dǎo)致的有機(jī)碳生物有效性降低[21]。物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳同時(shí)受到閉蓄粉黏粒的化學(xué)保護(hù)和微團(tuán)聚體的物理保護(hù)，物理-生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳受到來(lái)自閉蓄粉黏粒的生物化學(xué)和微團(tuán)聚體的物理保護(hù)的雙重保護(hù)[22]。

本研究結(jié)果表明，大興安嶺重度火燒跡地經(jīng)過(guò)人工恢復(fù)后，林分土壤有機(jī)碳含量及除化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳外的其他各有機(jī)碳組分的含量均顯著高于天然恢復(fù)。不同恢復(fù)方式恢復(fù)后的林分類(lèi)型不同，其輸入土壤的凋落物數(shù)量、根系生物量、分泌物和分解速率都不同，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量存在差異[23]。Xiang等[24]、王瑞璋等[25]研究表明，森林生產(chǎn)力強(qiáng)、凋落物產(chǎn)量高會(huì)引起土壤總有機(jī)碳含量增加。Xiong等[26]也研究發(fā)現(xiàn)，減少凋落物數(shù)量會(huì)導(dǎo)致土壤總有機(jī)碳含量的降低。吳晞等[11]關(guān)于大興安嶺重度火燒跡地不同恢復(fù)年限的林分土壤研究表明，人工恢復(fù)29 a的林分土壤有機(jī)碳含量顯著高于其他恢復(fù)年限的林分。2種恢復(fù)方式下的土壤總有機(jī)碳含量均隨土層加深而顯著降低，說(shuō)明研究區(qū)土壤有機(jī)碳具有“表聚作用”，其垂直分布主要受植被類(lèi)型的影響[27]。土壤有機(jī)碳固存主要依賴(lài)凋落物和根層生物量分解[28-29]，凋落物主要集中在土壤表層，隨深度的加深，表層淋溶下移作用和地下植物碎屑分解作用減弱，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)自上而下降低的趨勢(shì)。根系的垂直分布格局也會(huì)影響輸入土壤各個(gè)深度的土壤有機(jī)碳含量[30]。

未保護(hù)有機(jī)碳主要來(lái)源于植物凋落物的分解、有機(jī)質(zhì)的降解、土壤微生物本身及其代謝產(chǎn)物。本研究顯示未保護(hù)有機(jī)碳和總有機(jī)碳之間存在顯著的相關(guān)性，這是因?yàn)槲幢Ｗo(hù)有機(jī)碳的活性較高、周轉(zhuǎn)時(shí)間較短、腐殖質(zhì)化程度較低[31]，對(duì)土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)變化響應(yīng)迅速[32]。土壤總有機(jī)碳含量變化引起的游離粗顆粒有機(jī)碳含量的變化率為82.4%，說(shuō)明游離粗顆粒有機(jī)碳對(duì)火燒跡地恢復(fù)后總有機(jī)碳的固存有重要貢獻(xiàn)。未保護(hù)有機(jī)碳含量占總有機(jī)碳含量的比率，隨深度的增加而減小，這與張茂增等[19]、耿玉清等[33]、楊君瓏等[34]研究結(jié)果一致。這可能是由于植物根系的垂直分布導(dǎo)致[35]，也與下層高含量的黏粉粒保護(hù)有機(jī)碳有關(guān)[33]。

本研究表明物理保護(hù)有機(jī)碳含量與總有機(jī)碳含量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，土壤固碳主要取決于團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的物理保護(hù)作用[36]。人工恢復(fù)顯著增加土壤物理保護(hù)有機(jī)碳含量及其占總有機(jī)碳的比例，這與潘鶴[37]在黑土土壤上的研究結(jié)果一致，這是因?yàn)樵谥脖换謴?fù)過(guò)程中，土壤微生物活動(dòng)增強(qiáng)、植物根系分泌物的增加等改善了土壤微環(huán)境[38]，促進(jìn)了土壤微團(tuán)聚體的形成并增強(qiáng)了土壤有機(jī)碳的物理保護(hù)作用。

人工恢復(fù)條件下，化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳、生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳、物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳和物理-生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分占比均下降，這可能是因?yàn)槿斯ち滞寥乐形⑸锏姆N類(lèi)豐富、活性較強(qiáng)，黏粉粒結(jié)合碳在達(dá)到飽和后在真菌、外界環(huán)境等的作用下向顆粒有機(jī)碳轉(zhuǎn)換[22，37]。

綜上，重度火燒跡地采取不同恢復(fù)方式，由于恢復(fù)過(guò)程中的樹(shù)種組成、人為干擾程度的不同，導(dǎo)致土壤不同穩(wěn)定機(jī)制有機(jī)碳組分在含量和特征上存在顯著差異。因此，在進(jìn)行火燒跡地植被恢復(fù)時(shí)，恢復(fù)方式的選擇對(duì)土壤有機(jī)碳固存十分重要。

4" 結(jié)論

大興安嶺重度火燒跡地植被恢復(fù)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)不同恢復(fù)方式下土壤不同穩(wěn)定機(jī)制有機(jī)碳組分特征研究發(fā)現(xiàn)，人工恢復(fù)后土壤總有機(jī)碳、未保護(hù)有機(jī)碳、物理保護(hù)有機(jī)碳、物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳、物理-生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳和生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳含量均高于自然恢復(fù)。2種恢復(fù)方式下，土壤中都是未保護(hù)有機(jī)碳含量最高，其次是生物化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分、物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分含量占總有機(jī)碳的比例最低。除物理-化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳和化學(xué)保護(hù)有機(jī)碳組分外，其余保護(hù)態(tài)有機(jī)碳組分與總有機(jī)碳含量之間均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。大興安嶺重度火燒跡地經(jīng)過(guò)人工恢復(fù)32 a后，不僅有利于土壤總有機(jī)碳的積累，還有利于土壤未保護(hù)有機(jī)碳的積累，可提供更多的生物有效碳。

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