亚热带常绿阔叶林穿透雨作用下土壤铁结合态有机碳的动态变化

doi:10.13287/j.1001-9332.202510.016

应用生态学报 ›› 2025, Vol. 36 ›› Issue (10): 2920-2928.doi: 10.13287/j.1001-9332.202510.016

• 生态系统碳氮生物地球化学循环过程专栏（专栏策划：林永新、郑棉海、倪祥银） • 上一篇下一篇

亚热带常绿阔叶林穿透雨作用下土壤铁结合态有机碳的动态变化

孙佳祺¹, 吴福忠^1,2, 张耀艺¹, 王宏宇¹, 郑旭灵¹, 方弘毅¹, 张欣影^1,2*

¹福建师范大学地理科学学院, 湿润亚热带生态－地理过程教育部重点实验室, 福州 350117;
²福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站, 福建三明 365002

收稿日期:2025-02-10 修回日期:2025-08-26 发布日期:2026-05-04
通讯作者: *E-mail: xyzhang@fjnu.edu.cn
作者简介:孙佳祺, 女, 1999年生, 硕士研究生。主要从事森林生态学研究。E-mail: sunjiaqi20230720@163.com
基金资助:
国家自然科学基金面上项目(32171641)、福建省科技厅公益类项目(2025R1002002)和福建省自然科学基金项目(2025J01618)

Dynamics of soil iron-bound organic carbon under throughfall in a subtropical evergreen broad-leaved forest

SUN Jiaqi¹, WU Fuzhong^1,2, ZHANG Yaoyi¹, WANG Hongyu¹, ZHENG Xuling¹, FANG Hongyi¹, ZHANG Xinying^1,2*

¹Key Laboratory for Humid Subtropical Eco-geographical Processes of Ministry of Education, School of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350117, China;
²Fujian Sanming Forest Ecosystem National Observation and Research Station, Sanming 365002, Fujian, China

Received:2025-02-10 Revised:2025-08-26 Published:2026-05-04

摘要/Abstract

摘要： 穿透雨通过其水文调节作用(减少雨量、减缓雨强、延长降雨历时)以及对冠层有机质的淋洗,显著影响土壤铁结合态有机碳(Fe-OC)的分布特征及其形成机制。本研究以福建三明典型亚热带常绿阔叶林为研究对象,通过野外原位控制试验,设置林窗降雨为对照,系统探究了森林穿透雨对土壤3种形态氧化铁及Fe-OC含量的影响。结果表明:与林窗降雨相比,穿透雨条件下土壤游离态铁(Fe_d)和络合态铁(Fe_p)含量分别显著提高了3.6%和6.3%,其中,Fe_d的增加主要发生在表层土壤(0～20 cm),而Fe_p在表层和深层土壤(20～40 cm)中均增加;无定形态铁(Fe_o)含量未受穿透雨的显著影响。穿透雨显著提高了土壤Fe-OC含量(增幅24.9%)、Fe-OC对有机碳的贡献率(增幅19.7%)及碳铁摩尔比,这些效应在不同土层中表现一致,但随时间呈现一定变异。穿透雨通过冠层截留减弱了降雨对土壤有机质和氧化铁的淋溶作用,并通过输入冠层有机质共同促进了Fe_d和Fe_p的积累,从而增强了土壤Fe-OC的稳定性与固持功能。

关键词: 亚热带森林, 铁铝土, 铁结合态有机碳, 林冠截留, 林窗降雨

Abstract: Throughfall could alter the distribution characteristics and formation mechanisms of soil iron-bound organic carbon (Fe-OC) by its hydrological regulating effects (reducing rainfall volume, slowing down rainfall intensity, and prolonging rainfall duration) and leaching of organic matter from the canopy. We investigated the impacts of forest throughfall on the contents of three forms of iron oxides and Fe-OC in soil through field in-situ controlled experiment in a typical subtropical evergreen broadleaf forest in Sanming, Fujian Province. Compared with the control (canopy gap rainfall), throughfall significantly increased the contents of free iron oxide (Fe_d) and complexed iron oxide (Fe_p) in soil by 3.6% and 6.3%, respectively. The increase in Fe_d occurred mainly in the topsoil (0-20 cm), whereas the enhancement of Fe_p occurred in both surface and deep (20-40 cm) soil layers. The amorphous iron oxide (Fe_o) content was not affected by throughfall. Throughfall significantly increased soil Fe-OC content (increased by 24.9%), the contribution ratio of Fe-OC to soil organic carbon (increased by 19.7%), and the carbon-to-iron molar ratio. These effects were consistent across soil layers but showed temporal variations. Throughfall enhanced the accumulation of Fe_d and Fe_p, and strengthened the stability and retention functions of soil Fe-OC, by mitigating leaching through canopy interception and introducing canopy-derived organic matter.

Key words: subtropical forest, ferrallitic soil, iron-bound organic carbon, canopy interception, canopy gap rainfall

孙佳祺, 吴福忠, 张耀艺, 王宏宇, 郑旭灵, 方弘毅, 张欣影. 亚热带常绿阔叶林穿透雨作用下土壤铁结合态有机碳的动态变化[J]. 应用生态学报, 2025, 36(10): 2920-2928.

SUN Jiaqi, WU Fuzhong, ZHANG Yaoyi, WANG Hongyu, ZHENG Xuling, FANG Hongyi, ZHANG Xinying. Dynamics of soil iron-bound organic carbon under throughfall in a subtropical evergreen broad-leaved forest[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2025, 36(10): 2920-2928.

参考文献

[1] 王璐莹, 秦雷, 吕宪国, 等. 铁促进土壤有机碳累积作用研究进展. 土壤学报, 2018, 55(5): 1041-1050
[2] Kramer MG, Chadwick OA. Climate-driven thresholds in reactive mineral retention of soil carbon at the global scale. Nature Climate Change, 2018, 8: 1104-1108
[3] 杨颖, 吴福忠, 吴秋霞, 等. 陆地生态系统土壤铁结合态有机碳: 含量、分布与调控. 科学通报, 2023, 68(6): 695-704
[4] Wang YY, Liu XQ, Zhang XY, et al. Evaluating wetland soil carbon stability related to iron transformation during redox oscillations. Geoderma, 2022, 428: 116222
[5] Wang HY, Zhang YY, Yue K, et al. Effects of throughfall on the migration of soil dissolved organic matter in subtropical evergreen broad-leaved forest. Ecohydrology & Hydrobiology, 2025: 100653
[6] Yue K, De Frenne P, Fornara DA, et al. Global patterns and drivers of rainfall partitioning by trees and shrubs. Global Change Biology, 2021, 27: 3350-3357
[7] 林杰, 张相, 姜姜, 等. 水力侵蚀过程中土壤有机碳循环研究进展. 南京林业大学学报: 自然科学版, 2022, 46(6): 187-194
[8] Lin CJ, Dong B, Xu ZX. Microscopic mechanism of organic carbon sequestration and redox properties influenced by iron (oxyhydr) oxides. Water Research, 2025, 275: 123220
[9] 卢国伟, 王琦璇, 杨继松, 等. 黄河三角洲稻田退耕还湿对土壤团聚体组成及稳定性的影响. 应用生态学报, 2024, 35(3): 705-712
[10] Wu D, Wu L, Liu KL, et al. Contrasting effects of iron oxides on soil organic carbon accumulation in paddy and upland fields under long-term fertilization. Journal of Environmental Management, 2024, 369: 122286
[11] 胡国成, 章明奎. 氧化铁对土粒强胶结作用的矿物学证据. 土壤通报, 2002, 33(1): 25-27
[12] 徐晨瀛, 胡启武, 张桂华, 等. 鄱阳湖湿地剖面土壤铁结合态有机碳沿高程的分布特征. 应用生态学报, 2024, 35(12): 3488-3496
[13] 李明远, 张小婷, 刘汉燚, 等. 水分管理对稻田土壤铁氧化物形态转化的影响及其与镉活性变化的耦合关系. 环境科学, 2022, 43(8): 4301-4312
[14] 宋旭昕, 刘同旭. 土壤铁矿物形态转化影响有机碳固定研究进展. 生态学报, 2021, 41(20): 7928-7938
[15] 朱鹤健, 陈健飞, 陈松林. 土壤地理学. 北京: 高等教育出版社, 2019
[16] 褚军, 金梅娟, 佟思纯, 等. 杨树与小麦间作系统林冠层降雨再分配对地表径流和淋溶的影响. 水土保持通报, 2020, 40(2): 69-76
[17] 张耀艺, 倪祥银, 杨静, 等. 中亚热带同质园不同树种氮磷重吸收及化学计量特征. 应用生态学报, 2021, 32(4): 1154-1162
[18] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法. 北京: 中国农业科技出版社, 2000
[19] 王倩, 袁川, 张亚峰, 等. 林冠穿透雨空间异质性及其时间稳定性特征的全球量化. 应用生态学报, 2024, 35(6): 1543-1552
[20] 吴应明, 韩璐, 刘柯言, 等. 晋西黄土区不同土壤水分条件下刺槐和侧柏人工林的水分利用来源. 应用生态学报, 2023, 34(3): 588-596
[21] 何娇, 马岚, 孙旭, 等. 次降雨条件下枯落物和土壤持水特性及其影响因素. 应用生态学报, 2023, 34(12): 3169-3176
[22] 方弘毅, 吴福忠, 郑旭灵, 等. 亚热带森林透冠雨对林下土壤水稳性团聚体结构的影响. 亚热带资源与环境学报, 2024, 19(3): 12-20
[23] 苏文辉, 于晓菲, 王国平, 等. 沟渠化对三江平原湿地铁元素沉积过程的影响. 环境科学, 2015, 36(4): 1431-1436
[24] Li XC, Yang ZZ, Zhang C, et al. Effects of different crystalline iron oxides on immobilization and bioavailability of Cd in contaminated sediment. Chemical Engineering Journal, 2019, 373: 307-317
[25] Yang B, Cao YZ, Ren J, et al. Water incubation-induced fluctuating release of heavy metals in two smelter-contaminated soils. Journal of Environmental Sciences, 2019, 8: 14-23
[26] Mikutta R, Kleber M, Torn MS, et al. Stabilization of soil organic matter: Association with minerals or chemical recalcitrance? Biogeochemistry, 2006, 77: 25-56
[27] 王小红, 杨智杰, 刘小飞, 等. 中亚热带山区土壤不同形态铁铝氧化物对团聚体稳定性的影响. 生态学报, 2016, 36(9): 2588-2596
[28] 邹元春, 吕宪国, 姜明. 不同开垦年限湿地土壤铁变化特征研究. 环境科学, 2008, 29(3): 814-818
[29] 查文文, 关连珠, 张广才, 等. 聚合氨基酸对北方水稻土中氧化铁存在形态的影响. 中国生态农业学报, 2017, 25(4): 616-622
[30] 许中坚, 刘广深, 喻佳栋, 等. 模拟酸雨对红壤结构体及其胶结物影响的实验研究. 水土保持学报, 2002, 16(3): 9-11
[31] Huang XY, Liu XW, Liu JL, et al. Iron-bound organic carbon and their determinants in peatlands of China. Geoderma, 2021, 391: 114974
[32] Friesen HC, Slesak RA, Karwan DL, et al. Effects of snow and climate on soil temperature and frost development in forested peatlands in Minnesota, USA. Geoderma, 2021, 394: 115015
[33] Lalonde K, Mucci A, Ouellet A, et al. Preservation of organic matter in sediments promoted by iron. Nature, 2012, 483: 198-200
[34] Zhao Q, Poulson SR, Obrist D, et al. Iron-bound orga-nic carbon in forest soils: Quantification and characte-rization. Biogeosciences, 2016, 13: 4777-4788
[35] 江家彬, 祝贞科, 林森, 等. 针铁矿吸附态和包裹态有机碳在稻田土壤中的矿化及其激发效应. 土壤学报, 2021, 58(6): 1530-1539
[36] 王宏宇, 吴福忠, 张耀艺, 等. 降雨季节亚热带常绿阔叶林透冠雨对土壤可溶性有机质的迁移作用. 水土保持学报, 2024, 38(4): 181-189, 197

亚热带常绿阔叶林穿透雨作用下土壤铁结合态有机碳的动态变化

Dynamics of soil iron-bound organic carbon under throughfall in a subtropical evergreen broad-leaved forest

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	焦明睿, 马红亮, 高人, 尹云锋. 葡萄糖和凋落物提取液模拟碳输入对杉木林土壤氮固定的影响 [J]. 应用生态学报, 2025, 36(9): 2762-2770.
[2]	李佳玉, 施秀珍, 李帅军, 王振宇, 王建青, 邹秉章, 王思荣, 黄志群. 杉木人工林和天然次生林林龄对土壤酶活性的影响 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(2): 339-346.
[3]	宋佳雨, 陈相标, 陈仕东, 熊德成, 杨智杰. 台风“杜苏芮”对亚热带森林土壤呼吸的影响 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(12): 3386-3392.
[4]	徐晨瀛, 胡启武, 张桂华, 梁金凤, 薛文婧, 叶雨欣, 陈珂, 吴菡, 尧波. 鄱阳湖湿地剖面土壤铁结合态有机碳沿高程的分布特征 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(12): 3488-3496.
[5]	纪永康, 马楠, 张慧, 李翠环, 马元丹, 武启骞, 李彦. 降水季节性分配对亚热带森林土壤氮矿化的影响 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(1): 186-194.
[6]	吴欣阳, 邵静, 陈晓萍, 李锦隆, 胡丹丹, 钟全林, 程栋梁. 武夷山不同海拔阔叶树叶片养分含量及再吸收效率 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(9): 2305-2313.
[7]	李澳归, 蔡世锋, 罗素珍, 王小红, 曹丽荣, 王雪, 林成芳, 陈光水. 亚热带常绿阔叶林62种木本植物凋落叶碳氮磷化学计量特征 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(5): 1153-1160.
[8]	张宇辉, 陈娟, 胥超, 熊德成, 杨智杰, 陈仕东, 毛超. 增温对亚热带格氏栲天然林凋落物可溶性有机质数量和结构的影响 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(4): 946-954.
[9]	毛超, 林伟盛, 胥超, 刘小飞, 熊德成, 杨智杰, 陈仕东. 土壤增温降低亚热带森林土壤可溶性有机碳数量和质量 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(3): 623-630.
[10]	刘妍霁, 刘子恺, 金圣圣, 邓慧玉, 沈菊培, 贺纪正. 亚热带森林土壤氨氧化微生物和反硝化微生物功能基因丰度对氮磷输入的响应 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(3): 639-646.
[11]	冯蒙蒙, 林永新, 贺子洋, 刘小飞, 陈仕东, 宛颂, 段春健, 叶桂萍, 贺纪正. 亚热带米槠天然林土壤氨氧化微生物对模拟氮沉降的响应 [J]. 应用生态学报, 2022, 33(6): 1622-1628.
[12]	夏允, 施佳淇, 肖华翠, 王全成, 杨柳明, 范跃新. 亚热带砂岩发育森林土壤酚氧化酶活性测定方法优化 [J]. 应用生态学报, 2022, 33(5): 1223-1232.
[13]	陈甜, 元方慧, 张琳梅, 胡亚林. 不同化学性质叶凋落物添加对土壤有机碳矿化及激发效应的影响 [J]. 应用生态学报, 2022, 33(10): 2602-2610.
[14]	张耀艺, 倪祥银, 杨静, 谭思懿, 廖姝, 吴福忠. 中亚热带同质园不同树种氮磷重吸收及化学计量特征 [J]. 应用生态学报, 2021, 32(4): 1154-1162.
[15]	曹亚玲, 俞梦笑, 江军, 曹楠楠, 赵梦頔, 王琛, 张德强, 闫俊华. 模拟酸雨对南亚热带典型森林土壤N₂O排放的影响 [J]. 应用生态学报, 2021, 32(4): 1213-1220.