研究地点设在黑龙江省伊春市带岭区东北林业大学凉水国家级自然保护区(47°06′49″~47°16′10″ N，128°47′08″~128°57′19″ E)。保护区位于欧亚大陆东缘，年均温-0.3 ℃，年均降水量676.0 mm，年均相对湿度78 %，年均蒸发量800 mm，年无霜期100~120 d，积雪期130~150 d，属于温带大陆性季风气候。试验地内有红松(Pinus koraiensis Sieb. et Zucc.)、枫桦(Betula costata Trautv.)、蒙古栎(Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb.)、糠椴(Tilia mandshurica Rupr. er Maxim.)、紫椴(Tilia amurensis Rupr.)、五角械(Acer mono Maxim.)、大青杨(Populus ussuriensis Kom.)和裂叶榆(Ulmus laciniata (Trautv)Mayr.)等多种温性阔叶树种。其地带性土壤为暗棕壤，非地带性土壤为泥炭土、沼泽土和草甸土。

2011年秋季在凉水国家级自然保护区天然红松混交林的椴树红松混交林(Tilia amurensis-Pinus koraiensis mixed forest，以下简称TP)、云冷杉红松混交林(Picea spp.-Abies nephlolepis-Pinus koraiensis mixed forest，以下简称PAP)、枫桦红松混交林(Betula costata-Pinus koraiensis mixed forest，以下简称BP)等3种林型内，分别采集红松、枫桦、椴树3个树种当年凋落的枯叶。带回实验室内进行筛选、去除杂物和自然风干后，保存备用。2012年5月测定各凋落物含水量，把换算为20 g干质量的枯叶装入网眼直径为1 mm，面积为15 cm²的尼龙网袋中，并用聚乙烯线缝合好。

在凉水国家级自然保护区内，通过踏查筛选出椴树红松混交林(TP)、云冷杉红松混交林(PAP)、枫桦红松混交林(BP)等3种林型的试验标准地。在每个林型的试验标准地内，各选取3个海拔高度相对一致而其他立地条件相似的小、中、大林隙作为试验样地(表 1)。同一林型内的大、中、小林隙是按照其相对面积的大小划分的。

在各林隙内，用罗盘仪在林隙中心(AO)确定正东(E)、正西(W)、正南(S)、正北(N)4个方向。将从林隙中心(AO)到以上4个方向林隙边缘延长线上的郁闭林分作为对照。在林隙中心(AO)和以上4个方向的林隙边缘(AE，AW，AS，AN)设置5个2 m×2 m小样方及其对照的郁闭林分内(BE，BW，BS，BN)设置4个10 m×10 m的小样方(图 1)。2012年5月，在每一个小样方内，分别在小心移去原林型的自然凋落物的土壤表层后，放置红松、枫桦、椴树3个树种枯叶分解袋(以下简称枯叶分解袋)各5袋，之后再在每个凋落物分解袋上覆盖原林型的自然凋落物。

图  1  林隙及其对照的郁闭林分内枯叶分解袋放置位置和土壤采样点分布示意图(椭圆表示扩展林隙边缘)

Figure 1.  Schematic diagram of the distribution of placement location of litter decomposition bags of dead leaves and soil sampling points within forest gap and its closed stand as a control(Ellipse represented the edge of expanded gap)

2012年6—9月，每月中旬在3种林型下的小、中和大林隙及其各自的郁闭林分(对照)，采集每种枯叶分解袋下0~10 cm土层土样。4次采样日期前5 d均无降水。将土样及时送回实验室后，去除杂质，取部分土样过2 mm筛，将其贮藏于4℃冰箱中，用于测定土壤微生物碳。

采用氯仿熏蒸-K₂SO₄浸提法测定土壤微生物生物量碳^[31]。具体测定方法和计算如下：

将新鲜土壤水分调节到田间含水量的30%~50%，在25℃的培养箱里培养7 d。称预处理的湿土3份，每份10 g放入小烧杯中，将其放入有50 mLNaOH和去乙醇氯仿的干燥器中，用少量凡士林密封，真空泵抽气至氯仿沸腾至少2 min，关闭干燥器阀门，放入25℃黑暗条件下培养24 h。将熏蒸后的土样转移到三角瓶中，加入20 mL 0.5mol·L^-1的K₂SO₄中，振荡30 min后过滤，未熏蒸土样作相同处理。滤液用的碳含量用重铬酸钾外加热法测定。

ΔEc —熏蒸土样与未熏蒸土样有机碳含量的差值;

K_Ec—氯仿熏蒸后杀死微生物体中的碳被浸提出的比例，一般取0.38。

利用EXCEL 2003和SPSS19.0软件对实验数据进行统计学分析和处理，并绘图；采用方差分析方法分析不同林型下林隙大小以及同一大小林隙内枯叶分解袋放置位置对SMBC的影响。

从图 2可以看出，在TP林隙内，大、中、小林隙SMBC最大值均出现在6月，分别为2 572.4、1 964.9、1 727.1 mg·kg^-1；最小值分别出现在8月、7月、7月，分别为828.3、879.8、1 249.3 mg·kg^-1。在郁闭林分内，大、中、小林隙SMBC的最大值分别出现在7月、8月、8月，最小值均出现在6月。

图  2  椴树红松混交林林隙大小对SMBC的影响

Figure 2.  The effect of forest gap size on the SMBC in TP

林隙大小对SMBC的影响随月份的变化表现为：6月，大林隙＞中林隙＞小林隙，郁闭林分(对照)为小林隙＞大林隙＞中林隙，小林隙、大林隙分别与对照差异甚微；7月，小林隙＞大林隙＞中林隙，郁闭林分(对照)为大林隙＞中林隙＞小林隙；8月，小林隙与中林隙SMBC差异不大，且均大于大林隙，郁闭林分(对照)为中林隙＞大林隙＞小林隙；9月，小林隙＞大林隙＞中林隙，郁闭林分(对照)为大林隙＞小林隙＞中林隙。小林隙月均SMBC(1 465.1 mg·kg^-1)＞大林隙(1 449.9 mg·kg^-1)＞中林隙(1 300.2 mg·kg^-1)，郁闭林分(对照)为大林隙(1 305.4 mg·kg^-1)＞中林隙(1 124.1 mg·kg^-1)＞小林隙(1 020.9 mg·kg^-1)。方差分析表明，不同大小林隙内SMBC差异均不显著(P＞0.05)，采样时间(月份)对其影响却极显著(P＜0.01)。

由图 3可见，在PAP林隙内，7月份各林隙及其所对应的郁闭林分SMBC波动最小，8、9月份波动较大，且均在7月份含量最低。除小林隙所对应的郁闭林分SMBC在9月份达到峰值(2 425.3 mg·kg^-1)和中林隙在8月达峰值(2 556.0 mg·kg^-1)外，其余林隙及其郁闭林分均在6月份达到峰值。SMBC随月份的变化除小林隙对应的郁闭林分出现“V”形曲线外，其余均呈现下降-上升-下降的趋势。林隙大小对SMBC的影响随月份变化也未表现出一定的规律：6月为小林隙＞大林隙＞中林隙，郁闭林分(对照)为大林隙＞中林隙＞小林隙；7月为大林隙＞小林隙＞中林隙，郁闭林分(对照)为大林隙＞中林隙＞小林隙；8月为中林隙＞大林隙＞小林隙，郁闭林分(对照)为大林隙＞中林隙＞小林隙；9月为小林隙＞大林隙＞中林隙，大林隙和小林隙SMBC也相差甚微，郁闭林分(对照)变化趋势也为小林隙＞大林隙＞中林隙。月均SMBC为中林隙(1 569.9 mg·kg^-1)＞大林隙(1 544.9 mg·kg^-1)＞小林隙(1 530.9 mg·kg^-1)；大林隙的郁闭林分(对照)(1 847.2 mg·kg^-1)＞中林隙(1 292.3 mg·kg^-1)＞小林隙(1 273.5 mg·kg^-1)。方差分析表明，林隙大小对SMBC的影响不显著(P＞0.05)，月份对其影响显著(P＜0.05)。

图  3  云冷杉红松混交林林隙大小对SMBC的影响

Figure 3.  The effect of forest gap size on the SMBC in PAP

由图 4可知，从总体上来讲，6月份的SMBC相对较低，8月份较高。大、中、小林隙SMBC的最小值分别为448.7 mg·kg^-1(6月)、900.5 mg·kg^-1(9月)、469.0 mg·kg^-1 (6月)，与之对应的郁闭林分(对照)SMBC的最小值分别为741.9 mg·kg^-1 (6月)、1 136.8 mg·kg^-1 (7月)、821.1 mg·kg^-1 (7月)；SMBC的最大值分别为1 806.8 mg·kg^-1 (8月)、1 712.0 mg·kg^-1 (8月)、1 030.7 mg·kg^-1 (9月)，与之对应的郁闭林分(对照)的最大值分别为2 205.9 mg·kg^-1 (8月)、2 153.2 mg·kg^-1 (8月)、1 854.6 mg·kg^-1 (9月)。6月份的SMBC为中林隙＞小林隙＞大林隙，郁闭林分(对照)为中林隙＞小林隙＞大林隙；7月份各林隙及其郁闭林分(对照)的SMBC均为中林隙＞大林隙＞小林隙；8月份各林隙及其郁闭林分(对照)均为大林隙＞中林隙＞小林隙；9月份各林隙及其郁闭林分(对照)的SMBC均为大林隙＞小林隙＞中林隙。月均SMBC为大林隙(1 316.4 mg·kg^-1)＞中林隙(1 263.3 mg·kg^-1)＞小林隙(721.4 mg·kg^-1)，郁闭林分(对照)的SMBC为中林隙(1 560.1 mg·kg^-1)＞大林隙(1 556.0 mg·kg^-1)＞小林隙(1 259.0 mg·kg^-1)。方差分析表明，林隙大小对SMBC的影响不显著(P＞0.05)，月份对其影响极显著(P=0.006)。

图  4  枫桦红松混交林林隙大小对SMBC的影响

Figure 4.  The effect of forest gap size on the SMBC in BP

由图 5可知，在小林隙内，3种林型SMBC均在正北(AN)达到最大值，PAP、TP、BP的SMBC在正北(AN)分别为2 821.9、2 431.4、2 588.5 mg·kg^-1；在正东(AE)达到最小值，依次为601.1、497.3、560.5 mg·kg^-1。在各自的郁闭林分(对照)，PAP、BP的SMBC的最大值均出现在南部(BS)，分别为1 155.6、1 772.3 mg·kg^-1，最小值出现在北部(BN)，分别为963.7、572.2 mg·kg^-1；TP的SMBC的最大值出现在北部(BN)，为1 309.1 mg·kg^-1；最小值出现在南部(BS)，为820.6 mg·kg^-1。可见，3种林型在小林隙内变化趋势一致，均在正北(AN)达到峰值，在正东(AE)达到谷值。而作为郁闭林分(对照)，PAP、BP的SMBC的变化趋势一致，最大值出现在南部(BS)，最小值出现在北部(BN)，TP却与它们相反。方差分析表明，枯叶分解袋放置位置对小林隙内SMBC的影响不显著(P＞0.05)。

图  5  小林隙内不同林型不同枯叶分解袋放置位置对SMBC的影响

Figure 5.  The effects of placement location of dead leave decomposition bags on SMBC in small gap of different forest type

从图 6可以看出，PAP、TP的SMBC在南部(AS)达到最大值，分别为2 214.0、1 853.0 mg·kg^-1，BP出现在东部(AE)，为1 982.7 mg·kg^-1；PAP、BP的SMBC的最小值均位于林隙中心(AO)，分别为609.4、567.5 mg·kg^-1，TP的SMBC的最小值出现在北部(AN)，为911.4 mg·kg^-1。在郁闭林分(对照)内，PAP、TP的SMBC的最大值均位于北部(BN)，分别为2 150.3、1 787.6 mg·kg^-1，BP出现在南部(BS)，为1 750.2 mg·kg^-1；PAP、TP、BP的SMBC的最小值分别出现在南(BS)、中(BE)、西(BW)部，分别为881.6、687.1、577.5 mg·kg^-1。与小林隙相比，最大值与最小值出现的位置均有了很大变化。东部、北部的含量较高，而西部、南部及林隙中部含量偏低。PAP和BP郁闭林分(对照)SMBC的最大值出现在北部(BN)，而小林隙出现在南部(BS)，BP的SMBC的最大值出现在南部(BS)，而小林隙出现在北部(BN)。中林隙郁闭林分(对照)SMBC的最小值在3种林型下均不同。方差分析表明，枯叶分解袋放置位置对中林隙内SMBC的影响也不显著(P＞0.05)。

图  6  中林隙内不同林型枯叶分解袋不同放置位置对SMBC碳的影响

Figure 6.  The effects of placement location of dead leave decomposition bags on SMBC in medium gap of different forest type

从图 7可以看出，林隙中心(AO)SMBC明显高于其它位置，PAP、TP、BP在该位置的SMBC分别为1 839.6、1 529.6、2 041.4 mg·kg^-1；3种林型内，大林隙SMBC的最小值依次出现在南部(AS)、东部(AE)、西部(AW)，分别为969.7、748.6、735.1 mg·kg^-1。在郁闭林分(对照)，3种林型SMBC的最大值均出现在北部(BN)，分别为2 185.5、1 833.6、2 282.5 mg·kg^-1；PAP、TP的SMBC的最小值位于南部(BS)，BP位于东部(BE)，依次为946.0、680.4、874.8 mg·kg^-1。方差分析表明，枯叶分解袋放置位置对大林隙内SMBC的影响也不显著(P＞0.05)。

图  7  大林隙内不同林型枯叶分解袋不同放置位置对SMBC的影响

Figure 7.  The effects of placement location of dead leave decomposition bags on SMBC in large gap of different forest type

1) 不同林型下林隙大小对SMBC的影响是不同的。田松岩等指出，有机质输入量的多少及其活性与易矿化程度会影响SMBC^[32]。宋新章等在研究林隙干扰对林内微生境的影响时指出，林隙大小会对枯倒木剩余生物量的百分率有影响^[33]。崔鸿侠等的研究表明，土壤碳储量与凋落物现存量呈极显著的正相关^[34]。并且凋落物在分解过程中，淋溶作用对C和K影响显著^[35]。3种林型下，凋落物的分解速度是不同的，这会对SMBC产生不同影响。可见，不同林型下林隙大小对有机质的影响是极其复杂的。3种林型下，采样时间(月份)对SMBC的影响均显著(P＜0.05)。TP及PAP各林隙6月份SMBC均较高。这可能是由于该月份温湿度和土壤水分的恰当组合对微生物数量及其活动强度产生了有利的影响^{[12, 36]}，进而增加了SMBC。

2) 枯叶分解袋放置位置对天然红松混交林3种林型大、中和小林隙内SMBC的影响均不显著(P＞0.05)。小林隙内，3种林型SMBC均在正北(AN)达到最大值，在正东(AE)达到最小值。在郁闭林分内，PAP、BP的SMBC最大值出现在南部(BS)，最小值出现在北部(BN)。TP最大值位于北部(BN)，最小值位于南部(BS)。中林隙内，PAP、TP在南部(AS)达最大值，BP在东部(AE)达最大值。PAP、BP的SMBC的最小值均出现在林隙中心(AO)，TP的SMBC的最小值出现在北部(AN)。在郁闭林分(对照)，PAP、TP的SMBC的最大值均在北部(BN)，BP在南部(BS)。PAP、TP、BP的最小值分别出现在南(BS)、东(BE)、西(BW)部。大林隙内，3种林型林隙中心(AO)的SMBC明显高于其它位置，PAP、TP、BP的SMBC的最小值分别位于南部(AS)、东部(AE)、西部(AW)。在郁闭林分(对照)，3种林型峰值均位于北部(BN)，PAP、TP的SMBC的最小值均出现在南部(BS)，BP出现在东部(BE)。可见，3种林型下不同大小林隙及其郁闭林分内枯叶分解袋位置下SMBC最大值和最小值出现的位置并非完全一致。这是因为影响SMBC的因素很多^[14]，首先3种林型下不同大小林隙内或同一大小林隙内枯叶分解袋所在位置原有表层土壤的理化性质可能就存在一定的差异^{[22, 38]}；其次不同大小林隙内的微环境存在明显的异质性^{[16, 20-22, 24-28, 37-39]}，尤其是光照^[25-28]、土壤温度^{[16-28, 39]}、土壤水分^{[20-22, 38]}的时空分布格局十分复杂，它们在林隙内及其附近对应的郁闭林分的分布并非是以林隙为中心的对称性分布，而是非对称性分布^{[20-22, 25-26, 28, 38-39]}；再次是这些影响SMBC因素的不同组合，形成了更加复杂的SMBC的时空分布格局。单纯从林型、林隙大小和枯叶分解袋放置位置并不能诠释本项研究出现的结果，未来需要更加深入的探索。

林隙大小不同和林隙内枯叶分解袋放置位置不同导致不同放置位置的光照条件各异^[25-28]，从而引起土壤温度^{[16-28, 39]}、土壤水分^{[20-22, 38]}、空气温湿度^{[16, 20-22, 24-28, 38-39]}等微气候条件的不同。林隙边缘木生长发育过程中高度、冠幅、冠形等的变化也会对林隙微环境造成很重要的影响，所有这些均增加了林隙微环境的时空异质性^[37-39]。不同位置微气候的差异必然引起土壤微生物种类、数量和活动强度的差异，最终导致分解袋内枯叶分解状况和SMBC的不同。但分解袋放置位置对SMBC的影响在3种林隙内并未表现出一致的变化趋势。方差分析表明，枯叶分解袋放置位置对3种林型大、中和小林隙内SMBC的影响均不显著(P＞0.05)。

椴树红松混交林、云冷杉红松林、枫桦红松林等3种林型下大林隙、中林隙和小林隙内SMBC的差异均未达到显著性水平(P＞0.05)；椴树红松混交林、云冷杉红松林、枫桦红松林等3种林型下大林隙、中林隙和小林隙内，采样时间(月份)对SMBC均有显著的影响(P＜0.05)；椴树红松混交林、云冷杉红松林、枫桦红松林等3种林型下大林隙、中林隙和小林隙内枯叶分解袋放置位置对SMBC的影响也不显著(P＞0.05)。