城市麻栎林土壤溶解性有机碳特征

　　土壤溶解性有机碳是土壤中一种活性较高的土壤碳素，作为土壤有机碳的重要组成部分，其对于维持生态系统的平衡具有重要作用。虽然土壤溶解性有机碳(DOC)在土壤中的含量很低，但它却能调控植物生长发育所需养分元素的输入与释放。并且DOC对自然界的各种变化反应灵敏，其含量的变化对于我们准确掌握土壤有机碳的动态变化规律具有导向作用[[FIAstar 5000流动注射分析仪测定铵态氮与硝态氮的含量]]。

　　自然与社会活动等因素干扰了土壤生物化学循环的路径，对土壤微生物的新陈代谢活动以及土壤养分循环都产生了巨大的影响[2]。由于土壤中各类养分含量均比较高，且它们之间的关系错综复杂，采用土壤各类养分的总量变化来评价与反映土壤质量的变化显得十分笼统且低效，因此，有必要选择适当的指标来研究土壤养分的变化[3]。

　　为了探寻土壤DOC含量变化的影响要素与规律，之前有很多研究人员都做了这一方面的研究。通过这些研究，我们不难看出土壤DOC含量主要受到温度、土壤理化性质、土地的用途等自然与人为因素的影响。并且这些因素并不是单一作用于土壤DOC含量的变化，一般情况下，这些因素都会交互在一起，综合影响DOC的含量变化。在不同的条件下，每个因素都有可能成为影响DOC含量的主要因素。对于前人研究成果的归纳为我们准确探索DOC含量的动态变化规律指明了方向。

　　现如今，城市化的规模越来越大，速度也越来越快，从而对城市内和城市周边区域的土壤产生巨大的影响，土壤空间异质性变大。麻栎林作为城市森林的一部分，不可避免地会受到城市扩张的影响。麻栎林本身对于丰富蜀山森林公园树种与美化公园环境有着不可或缺的作用，而且麻栎林土壤也是蜀山森林公园生态系统的有机组成部分，是麻栎林以及林下植物生长的介质和养分的供应者，土壤DOC作为植物生长所需养分，它的含量多少又直接影响麻栎林林分、花草等的正常生长，极大地影响绿化景观效果。因此，对麻栎林土壤进行研究是很有必要的。

　　从现有的研究成果来看，大多数学者对土壤DOC的研究主要集中在草地、农田土壤DOC的分布及其影响因素等方面[4,5]，对麻栎林土壤DOC含量特征的研究还比较少见。本研究以合肥市蜀山森林公园麻栎林林分的土壤为研究对象，探究不同土层深度、土壤基本理化性质对土壤DOC含量的影响，以期为蜀山森林公园的麻栎林的合理栽植与经营提供科学的参考，从而达到更好的绿化景观效果。

　　合肥市(117°11'～117°22'E；31°48'～31°58'N)，隶属亚热带季风气候，年均温度15.7℃，年均降水量1000mm，降水主要集中在5、6月份，年日照时间约2000 h，平均相对湿度为77%。

　　粘盘黄棕壤是该地区的地带性土壤，人类活动对土壤性质的影响较为强烈，土壤板结问题较重，从而使该地区土壤黏性较重，养分含量较低[6]。除了天然土壤物质外，土壤还包含较多的人为物质[7,8]。样地选取在合肥市蜀山森林公园的麻栎林林分，并在其中随机选取3个样点进行研究。

　　相关研究表明，城市麻栎林土壤有机碳主要集中在0-30cm范围内，而DOC分布范围与其类似[9]，因此本研究取样深度定为0-30cm。为避免人类活动对城市麻栎林土壤性质的影响，本研究选取典型的、近10年未受人为措施影响，保存较好的成片麻栎林作为为研究对象。于2018年3月在大蜀山森林公园麻栎林林分内选取3块样方，在每个样方中按随机原则均选取3个样点，每个样点按照0-10、10-20、20-30 cm的土层深度采集剖面土壤样本，总共采集到27份样本。准备一定量的土壤样本，用容重圈计算土壤的容重，同时人工分拣与采集土壤中的杂质，采集后的样本保存在便携式低温保存箱内，并带回学校实验室备用。

　　将在蜀山森林公园采集的土样带回实验室，在经过人工处理后，首先准备好研究地的30g新鲜土壤，然后加入2 mol·L-1的KCl溶液，共计50 ml，而后放入震荡机中持续摇晃25-30 min，静置一段时间后，进行过滤操作，该过滤的滤器采用的是0.45um的玻璃纤维滤膜。过滤后的溶液一部分用FIAstar 5000流动注射分析仪测定铵态氮与硝态氮的含量，另一部分则采用Multi N/C3100分析仪测定DOC含量[8]。

　　土壤溶液的电导率与pH值则用ExtechⅡ型电导仪和pH计分别测取。土壤pH（H2O）测定按照蒸馏水与土壤样品质量比为2.5:1的比例混合，土壤pH（KCl）测定则按照1 mol·L-1 KCl溶液与土壤样品质量比2.5:1的比例混合，震荡使其混合均匀，静置30分钟后，用pH计测定[9]；土壤样品采用湿式消化法消化后测定全磷[10]。

　　各种基础数据经Excel 2013整理以后，再用Excel 2007进一步进行各均值、各标准差等的计算，然后用R3.2.4软件对各因子间的相关性与差异性进行进一步的分析。每个样方均取一组数据，为三个样点各相应数据的平均值。

　　为了更好地看到土壤DOC含量与土壤的其它理化指标之间的关系，我将在蜀山森林公园麻栎林样点内采集的数据进行了整理与汇总，并制成三线表。该表客观地反映了土壤DOC含量与土壤其它理化指标之间的相对关系，为进一步做DOC含量的相关分析提供了数据支持。具体的各项指标数值如表1所示。

　　通过对数据的综合分析后我们发现，当土壤深度不同时，DOC的含量也不同。随着土层深度的增加，该麻栎林林分3个样点的土壤DOC含量总体上呈下降趋势，而样点1土壤DOC含量随土壤深度的增加先升高后下降，样点2与样点3土壤DOC含量随土壤深度的增加而下降。三个样点各对应土层DOC含量基本上相差不多，只有样点1的10-20cm土层深度的DOC含量为71.75mg·kg-1，比土层0-10cm要高出14.75mg·kg-1；分别为样点2与样点3的1.40倍与1.58倍；样点1土层0-10cm的DOC含量为57.01mg·kg-1，分别为样点2与样点3的0.98倍与0.90倍；样点1土层20-30cm的DOC含量为36.05mg·kg-1，分别为样点2与样点3的0.95倍与0.84倍。。

　　通过对蜀山森林公园麻栎林林分的3个样点的土壤进行实验分析后，我们从表1中可以大致看出土壤DOC含量与土壤其它理化指标之间的关系。由此，我做了进一步的相关性分析。

　　通过对表1和表2的整理分析，可看出土壤DOC含量与铵态氮含量呈正相关；与硝态氮含量、含水率、电导率和土壤容重的相关性不明显（P>0.05）。结合Pearson相关性检验结果的分析情况，如下表所示，可知所调查地土壤DOC与pH(H2O)、pH(KCl)、全磷呈显著负相关，相关系数分别为-0.27、-0.30、-0.50（P<0.01）。

　　在所调查地蜀山森林公园麻栎林林分范围内，3个样点土壤平均DOC含量为表层(0-10 cm)最高。李营在经过实验研究后认为，由于雨水的冲刷作用，致使DOC被降水淋溶而下渗至下层土壤[11]，同时，由于地表存在大量的凋落物与枯枝落叶，它们可通过根系分泌或者枯死细根分解等产生大量的DOC，且表层土壤黏性较强，可有效筛留土壤DOC，从而使土壤表层DOC含量相对较高[12]。

　　样点2、样点3的土壤DOC含量随着土层深度的增加而递减，这与前人的研究结果相一致。这主要是由于土壤外来有机物（包括植物枯枝落叶、人工施用有机肥等）主要集中在土壤表层，凋落物和腐殖层以及土壤微生物的分解对土壤养分的贡献主要作用于地表[13]，这使得土壤表层的DOC含量相对来说是最高的；DOC的来源之一包括有机质矿化生产DOC，相关研究表明土壤有机碳含量的垂直递减还与土壤有机碳的矿化作用有关[14,15]，土壤有机碳矿化速率会随着土壤深度的增加而下降，所以从这一因素上来看DOC含量会随着土层深度的增加而递减。但在分析不同样点土壤DOC垂直变化时发现，样点1的DOC含量随土层变化较为复杂，呈现出随土层深度增加先升高后降低的趋势。这可能是由于样点1表层土壤疏松，植物根系大多分布在20-30 cm的土层范围内，对DOC的吸收较多，从而使上层的土壤DOC累积量增加，并且随着降水淋溶，DOC下渗至下层土壤，使得0-10cm土层处的DOC含量偏少，因此使得DOC大量集聚在10-20cm土层范围内[16]。当然，也可能存在偶然因素与人为因素的干扰，故需对此进行综合分析与评价。

　　结合本次研究的相关分析表明，土壤DOC含量与pH(H2O)、pH(KCl)、全磷呈显著负相关；与铵态氮含量呈明显正相关；与硝态氮含量、含水率、电导率和土壤容重的相关性未达到显著水平（P>0.05）。这是建立在本次研究的数据分析之上的，通过对蜀山森林公园麻栎林林分土壤DOC含量的综合分析，我们可以看出土壤的DOC含量与土壤中其它基本理化指标的高低有着密不可分的关系，故这一研究是具有巨大的现实意义的。土壤溶解性有机碳作为土壤养分的敏感性评价指标，掌握它的动态变化有利于人们更好地维持生态平衡[17]。通过对土壤的基本理化性质的分析，我们可以找到土壤DOC含量与这些理化指标之间的变化关系，这也是一条掌握DOC含量动态变化的有效途径。但既然是实验研究，就很难避免一些偶然因素与人为因素的干扰。前人的研究表明土壤pH值对DOC含量的影响常表现出不同的模式，例如Guggenberger等发现在灰化土矿质土层的固态阶段，DOC含量与pH值呈负相关[18]，这与本研究结果相一致。而Hajnos等发现土壤DOC含量与pH值呈正关[19]，这与本研究的结论是完全相反的。而Curtin等研究则认为当土壤pH值在5.1~7.9之间时，其与碳矿化速率没有明显的相关性[20]。这种差异可能由于土壤性质的空间差异和时间尺度不同而造成的，并且pH值对DOC动态变化的影响往往是交互了物理、化学和生物学过程的综合效应与影响。

　　本研究结果显示，土壤DOC含量与全磷的含量呈负相关。这主要是由于研究区域内土壤磷含量相对缺乏，并且麻栎林根系多分布在较深的土层内，这使得较深土层内的全磷被吸收得较多，并且磷的输入有利于麻栎林林分的生长，为树木吸收DOC提供了便利的条件。

　　综上所述，土壤DOC含量会受自然因素（土层深度、土壤理化性质、气温、降水量、土壤pH值等）；社会因素（土地利用方式与其他人为因素的干扰）等各种因素的影响，并且在不同的时间和空间范围内差异都比较大。因此，我们不能仅仅基于本实验的研究结果而草率地下定结论。若想对城市麻栎林土壤DOC含量特征与影响因素有更为准确的把握，还需要让一代又一代的研究人员的实验分析来说话。