摘要
土壤是陆地生态系统的第一大有机碳（SOC）库，SOC库的微小变化会对大气
CO2浓度产生显著影响，从而影响着气候变化。激发效应作为土壤碳循环的关键过程，
其大小和方向影响着有机碳的分解和固存。激发效应的强度在很大程度上取决于有机
碳库的稳定性，该稳定性越来越多地被证明受到土壤中矿物物理保护作用的影响，因
此有机碳与土壤中矿物的相互作用对土壤碳持久性的调节至关重要。在陆地生态系统
中，深层土壤作为重要的有机碳库，其动态过程越来越受到关注。然而，土壤矿物与
有机碳之间的作用如何影响激发效应尚不清楚，尤其在深层土中甚少有过研究。
为了解决这个问题，本试验以安徽马鬃岭林场杉木人工林表层（0~10cm）、亚表
层（10~20cm）以及深层（20~40cm）土壤为研究对象，通过室内培养试验，向土壤
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中添加C标记的葡萄糖以及两种铁氧化物，以此阐明不同土层土壤激发效应的差异，
并探究不同晶体型态的铁氧化物是如何影响不同深度SOC的激发效应，并揭示其潜
在的调控机制。通过研究分析，主要结果如下：
1、土壤碳的激发效应随着土层深度的增加而减小，表层、亚表层以及深层土壤
碳的累积激发效应依次为1.62、1.03和0.61mgC·g?1SOC。SOC、可溶性有机碳（DOC）、
微生物生物量碳（MBC）、矿化氮以及矿物结合有机碳（MAOC）、颗粒有机碳（POC）
含量随着土壤深度增加依次降低。可见易分解有机碳含量越多，激发效应强度越高。
2、不同晶体型态的铁氧化物对土壤碳的激发效应产生不同影响。结晶度较高的
针铁矿通过共沉淀作用降低了碳和养分的可利用性，而水铁矿是一种弱结晶的铁氧化
物，较差的结晶相更容易被还原。因此，铁氧化物晶体型态的不同影响着铁结合有机
碳的溶解与结合，从而影响激发效应。促进结晶性较差铁氧化物向结晶性好的铁氧化
物转变能提高有机碳稳定性。
3、铁氧化物对不同土层土壤碳激发效应产生不同影响。在表层土壤中，游离态
铁氧化物（Fed）、无定形态铁氧化物（Feo）、铁结合有机碳（Fe-OC）以及土壤碳限
制是影响激发效应的重要因子。Goe-glu处理的碳铁比为1.78，可见该处理下针铁矿
与有机碳通过共沉淀的方式固持了有机碳。不稳定的碳输入引发了可能调动铁氧化物
的非微生物变化，从而发生离子交换，Fed含量增加，调节着碳的固存。针铁矿添加
抑制了激发效应。Feo在土壤环境中极易受到微生物还原和溶解的影响，这与本研究
中Fh-glu处理的Feo含量显著高于Glu处理这一结果相吻合，可见水铁矿发生还原
反应，但碳限制的缓解导致了激发效应没有差异。在亚表层土壤中，无定形态铁氧化
物（Feo）、磷酸酶（phos）是影响激发效应的重要因子。针铁矿加入后，共沉淀加剧
了土壤中的养分限制，然而磷酸酶活性增强去获取养分却未能得到缓解，导致了培养
前30天抑制了激发效应强度。随着培养时间的不断延长，分解释放出Fe-OC结合的
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有机碳，促进了激发效应强度。水铁矿对葡萄糖的优先吸附，使得葡萄糖来源的矿化
减少，导致原有的土壤有机质矿化增加。随着结合能力逐渐减弱，葡萄糖来源的碳被
分解出来后，培养后期产生了负激发效应。在深层土壤中，土壤碳限制和磷限制则是
影响激发效应的主要因子。针铁矿稳定葡萄糖来源碳的强大能力导致大多数不稳定的
碳被固定，葡萄糖的不完全利用使土壤中碳的可利用性降低，导致激发效应没有发生
显著变化。水铁矿的还原溶解使磷限制得到缓解，促进了激发效应。
4、本研究中，各处理下的碳平衡均是正向的，在每个土层中，铁氧化物的添加
对土壤的碳平衡有明显差异。外源碳添加后有一部分碳留在了土中，补偿了激发效应
所带来的碳损失，可见尽管土壤有机碳被激发，但土壤中的碳含量仍增加，强调了外
源碳输入的重要性。
总之，在本研究中碳的可利用性是影响不同土层激发效应的主要因素。铁氧化物
的晶体型态和土壤深度对土壤碳的激发效应产生交互作用。在研究矿物保护的固碳作
用时，应考虑铁氧化物稳定有机碳和微生物矿化损失有机碳的双重作用，从而进一步
明确铁-碳耦合关系对碳循环的影响。
关键词：激发效应；土壤深度；铁氧化物；矿物保护；土壤碳限制
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