陳媛媛，周運(yùn)超

（貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴陽550025）

由于全球長期大面積的農(nóng)墾，使土壤碳庫和大氣碳之間的碳循環(huán)平衡遭到破壞，大量土壤有機(jī)碳被氧化并以CO2的形式釋放到大氣中［1－3］，增強(qiáng)了溫室效應(yīng)。增加土壤有機(jī)碳的固定是一個(gè)有效的、具有中長期利益的減少溫室氣體排放的措施。土壤有機(jī)碳包括活性有機(jī)碳和非活性有機(jī)碳［4－5］，土壤有機(jī)碳中有一些組分對(duì)土地利用方式等因子變化的反應(yīng)比總有機(jī)碳更敏感，這部分碳被稱為可氧化態(tài)有機(jī)碳，可作為有機(jī)碳早期變化的指標(biāo)，而非活性有機(jī)碳含量表征土壤積累和固碳能力；而土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單元有大量的有機(jī)碳存在于其中，土壤固碳功能伴隨土壤團(tuán)聚體的形成、穩(wěn)定及更新周轉(zhuǎn)過程的始末，土壤有機(jī)碳的固定效應(yīng)與團(tuán)聚體的保護(hù)機(jī)制密切相關(guān)。因此，了解不同粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳，可氧化態(tài)有機(jī)碳的分布狀況有助于更好地了解土壤中碳素的分布，也對(duì)人們更好的保護(hù)土壤碳起到指導(dǎo)作用，為溫室效應(yīng)的治理提供理論依據(jù)。

目前，對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳分布的研究主要集中于土壤養(yǎng)分［6－10］，土地利用方式［11－13］和施肥處理［14－15］等方面，而這些研究都是在對(duì)團(tuán)聚體進(jìn)行徹底破壞的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)定的，而沒有考慮到團(tuán)聚體內(nèi)部對(duì)土壤碳的保護(hù)作用，因此通過不同方式對(duì)土壤團(tuán)聚體進(jìn)行拆分，了解土壤團(tuán)聚體對(duì)土壤碳的保護(hù)會(huì)對(duì)土壤固碳的研究提供更多的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

貴陽市位于貴州省中部，喀斯特面積占全市面積的85%?；ㄏ獏^(qū)在貴陽市南郊（106°27′—106°52′E，26°11′—26°34′N），地處黔中山原盆地，最高海拔1 655.9m，最低海拔999m，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年均氣溫15.2℃，年降水量1 178mm，年平均日照時(shí)數(shù)1 214.6h，相對(duì)濕度85%，具有冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑、氣候溫和、雨量充沛、雨熱同季的特點(diǎn)，母巖以碳酸鹽巖（石灰?guī)r）為主，土壤為石灰土。

1.2 試驗(yàn)方法

土壤采自貴州省貴陽市花溪區(qū)花溪水庫典型灰質(zhì)白云巖發(fā)育土壤上的喬木林地。采用多點(diǎn)四分法取樣，樣品采集深度分0—5cm（后采）和5—20cm（先采）兩個(gè)層次，每一點(diǎn)采集的土樣厚度、深淺、寬窄大體一致，重復(fù)采樣3次，再采集0—5cm土壤層。土樣在室內(nèi)風(fēng)干后，用濕篩法分別測(cè)定＞5mm，5～2 mm，2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm的各級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量。其后對(duì)濕篩后的各級(jí)土壤團(tuán)聚體進(jìn)行碳水化合物提取后濕篩再次測(cè)定＞5mm，5～2 mm，2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm的各級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，最后分別測(cè)定各粒級(jí)土壤有機(jī)碳和土壤可氧化態(tài)有機(jī)碳含量。土壤團(tuán)聚體分離采用濕篩法，碳水化合物提取用直接測(cè)定法［16］，團(tuán)聚體有機(jī)碳測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱法［17］，有機(jī)碳易氧化性測(cè)定采用Blair等的方法［5］。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤團(tuán)聚體與有機(jī)碳

對(duì)灰白云巖發(fā)育的喬木林下土壤經(jīng)過濕篩和提取碳水化合物后再次濕篩土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳分布（表1）表明，在0—5cm土層中，＞5mm團(tuán)聚體粒級(jí)伴隨提取碳水化合物后的第二次濕篩其含量變少而有機(jī)碳含量增多，5～2mm團(tuán)聚體粒級(jí)含量和有機(jī)碳都在增多，而2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25 mm 3個(gè)粒級(jí)伴隨著含量的增多，有機(jī)碳都相應(yīng)的減少；而5—20cm土層中，除了＞5mm團(tuán)聚體粒級(jí)含量和有機(jī)碳含量同時(shí)減少外，其余4個(gè)粒級(jí)都是團(tuán)聚體含量增多，土壤有機(jī)碳含量減少。

表1 不同測(cè)定方法下土壤不同粒級(jí)團(tuán)聚體及有機(jī)碳含量

2.2 土壤團(tuán)聚體與可氧化態(tài)有機(jī)碳

土壤經(jīng)過濕篩和提取碳水化合物后濕篩［18－19］兩種拆分方法，其易氧化性測(cè)定結(jié)果如表2所示，作為土壤有機(jī)質(zhì)的重要性質(zhì)［20］，易氧化性的研究一直是土壤有機(jī)質(zhì)研究的重點(diǎn)，而Blair等將1／3KMnO4可氧化碳的比例作為評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)自然土壤有機(jī)碳影響的參數(shù)［3］，在表2中，0—5cm 土層第一次濕篩能被1／30 KMnO4氧化的土壤有機(jī)碳約占22%，1／6KMnO4氧化的土壤有機(jī)碳約占72%，1／3KMnO4氧化的土壤有機(jī)碳約占76%，而殘余量約占24%，即不可氧化土壤有機(jī)碳與可氧化土壤有機(jī)碳之比為1∶3；在提取碳水化合物后的第二次濕篩，能被1／30KMnO4氧化的土壤有機(jī)碳明顯減少，約占15%，1／6KMnO4氧化的土壤有機(jī)碳減少約占37%，1／3KMnO4氧化的土壤有機(jī)碳減少約占67%，而殘余量約占23%，針對(duì)各團(tuán)聚體粒級(jí)，在1／30，在1／6和1／3KMnO4氧化條件下各個(gè)粒級(jí)的團(tuán)聚體都伴隨提取碳水化合物的第二次濕篩，可氧化態(tài)有機(jī)碳含量減少；5—20cm土層第一次濕篩能被1／30KMnO4氧化的土壤有機(jī)碳約占22%，1／6KMnO4氧化的土壤有機(jī)碳約占65%，1／3 KMnO4氧化的土壤有機(jī)碳約占69%，而殘余量約占21%，在提取碳水化合物后的第二次濕篩，能被1／30 KMnO4氧化的土壤有機(jī)碳增多，約占25%，1／6 KMnO4氧化的土壤有機(jī)碳減少約占53%，1／3KMnO4氧化的土壤有機(jī)碳減少約占68%，而殘余量約占32%，針對(duì)各團(tuán)聚體粒級(jí)，在1／30，1／6和1／3KMnO4氧化條件下各個(gè)粒級(jí)的團(tuán)聚體都伴隨提取碳水化合物的第二次濕篩，可氧化態(tài)有機(jī)碳含量減少。

表2 不同團(tuán)聚體拆分方法下土壤有機(jī)碳可氧化性分級(jí)

表3是結(jié)合土壤團(tuán)聚體分配比例計(jì)算出的可氧化有機(jī)碳比重，由表3可知，在第一次濕篩后，0—5 cm，5—20cm兩個(gè)土層中可氧化態(tài)有機(jī)碳比重均隨著粒級(jí)的減小而依次減少，經(jīng)過提取碳水化合物的第二次濕篩后，0—5cm土層仍然隨著粒級(jí)較小可氧化態(tài)有機(jī)碳比重相應(yīng)較少，但5—20cm土層中，5～2 mm團(tuán)聚體粒級(jí)中土壤可氧化態(tài)有機(jī)碳比重最大，其次分別是2～1mm，1～0.5mm，＞5mm，0.5～0.25 mm團(tuán)聚體粒級(jí)中土壤可氧化態(tài)有機(jī)碳比重最小。

3 討論

（1）灰質(zhì)白云巖喬木林下土壤在經(jīng)過提取碳水化合物的第二次濕篩后，在0—5cm土層中，＞5mm粒級(jí)含量變少而有機(jī)碳含量增多，說明濕篩破壞了碳水化合物對(duì)土壤碳和團(tuán)聚體之間的粘附性，＞5mm粒級(jí)被拆分向更小粒級(jí)轉(zhuǎn)移，而由于碳水化合物的提取，團(tuán)聚體粘附力減少，表層剝落，更多的土壤碳被暴露，土壤碳含量增多，5～2mm團(tuán)聚體粒級(jí)含量增多，也是由于＞5mm粒級(jí)的團(tuán)聚體被拆分，而2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm三個(gè)粒級(jí)伴隨著含量的增多，有機(jī)碳都相應(yīng)的減少，則說明雖然較大粒級(jí)的團(tuán)聚體拆分會(huì)造成小粒級(jí)團(tuán)聚體含量增多，但土壤碳多被保護(hù)在較大粒級(jí)中，隨著粒級(jí)變小，保護(hù)力變小，會(huì)造成土壤碳的流失；而5—20cm土層中，土壤有機(jī)碳含量均減少，說明團(tuán)聚體破壞對(duì)土壤有機(jī)碳影響大，團(tuán)聚體對(duì)土壤有機(jī)碳的保護(hù)作用明顯。

（2）對(duì)于土壤可氧化態(tài)有機(jī)碳，在0—5cm土層通過提取碳水化合物的第二次濕篩，可氧化態(tài)有機(jī)碳含量減少，兩次濕篩中都是＞5mm粒級(jí)的團(tuán)聚體包含較多可氧化態(tài)有機(jī)碳，其余各團(tuán)聚體粒級(jí)中所包含的可氧化態(tài)有機(jī)碳比重隨粒級(jí)減小依次減少；在5—20cm土層，第一次濕篩可氧化態(tài)有機(jī)碳所占比重隨著粒級(jí)減小依次較少，但提取碳水化合物的第二次濕篩后，5～2mm粒級(jí)中可氧化態(tài)有機(jī)碳在團(tuán)聚體所占比重最多，其次依次為2～1mm，1～0.5mm，＞5 mm三個(gè)粒級(jí)，0.5～0.25mm粒級(jí)中可氧化態(tài)有機(jī)碳在團(tuán)聚體所占比重最少。由此可以推斷，0—5cm土層中＞5mm粒級(jí)在破壞土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)后，仍會(huì)保存較多可氧化態(tài)有機(jī)碳，是土壤固碳的關(guān)鍵粒級(jí)，其余粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)土壤碳的保護(hù)力隨粒級(jí)減小依次減小，5—20cm土層，土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞后，5～2 mm粒級(jí)中可氧化態(tài)有機(jī)碳在團(tuán)聚體所占比重最多，說明5～2mm粒級(jí)對(duì)土壤可氧化態(tài)有機(jī)碳的保護(hù)性最強(qiáng)，0.5～0.25mm粒級(jí)對(duì)土壤可氧化態(tài)有機(jī)碳的保護(hù)性最弱。

表3 不同團(tuán)聚體中土壤可氧化態(tài)有機(jī)碳分配比重

4 結(jié)論

碳水化合物作為形成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的重要膠結(jié)物質(zhì)，對(duì)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性有很大影響，提取水穩(wěn)性碳水化合物后濕篩破壞了碳水化合物對(duì)團(tuán)聚體的粘結(jié)作用，土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生很大改變，濕篩和提取碳水化合物濕篩是從土壤團(tuán)聚體內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變方面了解土壤團(tuán)聚體與土壤有機(jī)碳，可氧化態(tài)碳關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果顯示，破壞團(tuán)聚體內(nèi)部作用力，團(tuán)聚體會(huì)從大粒級(jí)（＞5mm，5～2mm）向小粒級(jí)（2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm）轉(zhuǎn)移，但各粒級(jí)土壤有機(jī)碳并不隨之轉(zhuǎn)移，土壤有機(jī)碳大多存在于較大粒級(jí)中，碳水化合物提供的粘結(jié)力喪失后，土壤可氧化態(tài)有機(jī)碳含量會(huì)隨著團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞而改變，團(tuán)聚體可氧化態(tài)碳含量無論大粒級(jí)還是小粒級(jí)都在減少，但針對(duì)團(tuán)聚體各個(gè)粒級(jí)而言，較大粒級(jí)（＞5mm，5～2 mm）包含可氧化態(tài)有機(jī)碳量多，較小粒級(jí)（2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm）可氧化態(tài)有機(jī)碳含量少，故由此可推測(cè)較大粒級(jí)（＞5mm，5～2mm）是保護(hù)土壤碳的主要粒級(jí)，其固定土壤碳的能力比較強(qiáng)，而較小粒級(jí)（2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm）保護(hù)土壤碳能力則相對(duì)較弱。

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