衡水湖周邊不同植被下土壤有機碳組成分布特征研究

石宗琳 王曉超 郭一丁 虞竹韻 李 峰 董宇虹

（1衡水學院河北省濕地生態(tài)與保護重點實驗室 河北 衡水 053000；2 衡水學院生命科學學院 河北 衡水 053000；3 衡水學院美術學院 河北 衡水 053000）

大氣CO2濃度急劇增加是本世紀面臨的最大環(huán)境問題之一，也是制約社會發(fā)展的因素。中國政府承諾二氧化碳排放力爭在2030年前達到峰值，在2060年前達到“碳中和”(習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上的講話)。減緩大氣CO2濃度增加，提高陸地碳儲存和吸收能力成為國際碳循環(huán)研究的重要內(nèi)容之一[1]。土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫，高于植被碳庫和大氣碳庫的總和，其很小的波動幅度都會引起大氣CO2濃度的變化[2]。土壤有機碳作為維持作物生長的重要營養(yǎng)來源，其動態(tài)平衡會直接影響土壤中的養(yǎng)分循環(huán)，進而影響土壤肥力以及作物的產(chǎn)量水平[3]。

土壤碳損失的主要因素之一是土地利用的變化[4]，會導致更多的CO2釋放到大氣中[5]?；钚杂袡C碳作為土壤有機碳的組成部分，能夠敏感地反映短期植被或者土地利用的變化[6]，比總有機碳更有利于反映因農(nóng)業(yè)管理措施引起的土壤質(zhì)量變化[7]。因此，本文分析研究不同植被條件下土壤有機碳組分的分布特征，為衡水湖周邊地區(qū)土地的綜合利用和可持續(xù)利用提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況。研究區(qū)域設在衡水市桃城區(qū)河沿鎮(zhèn)，位于河北省的東南部，位于東經(jīng)115°28′～115°41′，北緯37°32′～38°41′。年平均氣溫為12.6℃，1月份最冷，平均氣溫-4.2℃，7月份最熱，平均氣溫27.1℃，無霜期約195 d，屬大陸季風氣候區(qū)，為溫暖半干旱型。土壤類型為潮土[8]。

1.2 樣品采集。采樣時間為2020年9月。選擇植被類型為玉米、楓樹、蘋果、毛桃的樣地，同時選擇裸露地作為對照，每個植被類型選擇2塊樣地作為重復，每塊樣地按蛇形布點法布點，采集表層0～20 cm土樣和20～40 cm的土樣，將同一土層的樣品進行混合，四分法保留500 g左右樣品，裝入采樣袋，共采集20個樣品。采樣時，記錄樣點編號、取樣經(jīng)緯度等基本信息。

1.3 指標測定。土壤有機碳采用重鉻酸鉀外加熱法[9]，易氧化有機碳采用高錳酸鉀氧化法[10]，顆粒態(tài)有機碳采用六偏磷酸鈉分散-重鉻酸鉀氧化法[11]，可溶性有機碳用超純水浸提-TOC儀測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理。運用Excel 2010對數(shù)據(jù)進行處理和分析，并利用SPSS軟件進行各指標之間的相關性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同植被下土壤總有機碳變化趨勢。由圖1可知，不同植被下土壤總有機碳含量在0～20 cm土層大于20～40 cm土層，增加值在7.99%～67.53%。在0～20 cm土層，總有機碳含量在7.03～17.54 g/kg，總有機碳的變化趨勢為：毛桃地＞玉米地＞蘋果地＞裸露地＞楓樹地。在20～40 cm土層，總有機碳含量在6.15～10.47 g/kg，總有機碳的變化趨勢為：毛桃地＞玉米地＞蘋果地＞楓樹地＞裸露地。

圖1 不同植被下土壤總有機碳含量變化

2.2 不同植被下土壤易氧化有機碳變化趨勢。由圖2可知，在0～20 cm土層，土壤易氧化有機碳含量在1.42～2.53 g/kg，易氧化有機碳的變化趨勢為：毛桃地＞玉米地＞蘋果地＞裸露地＞楓樹地。在20～40 cm土層，土壤易氧化有機碳含量在1.29～1.85 g/kg，易氧化有機碳的變化趨勢為：毛桃地＞玉米地＞楓樹地＞蘋果地＞裸露地。同一植被類型下易氧化有機碳含量均表現(xiàn)為表層0～20 cm大于20～40 cm土層，增加范圍在2.16%～36.76%。不同植被根系分布、生物活動、人為干擾等因素對土壤易氧化有機碳的分布有一定的影響，隨著土層的增加，各植被類型的易氧化有機碳分布明顯減少，其主要原因是土壤總有機碳含量很大程度上決定土壤易氧化有機碳含量[12]。

圖2 不同植被下土壤易氧化有機碳含量變化

2.3 不同植被下可溶性有機碳變化趨勢。盡管可溶性有機碳占有機碳庫的比例微乎其微，但它卻有助于微生物數(shù)量的提高，活性增強，對土壤結構、土壤肥力具有不可或缺的重要作用[13]。由圖3可知，在0～20 cm土層，土壤可溶性有機碳含量在0.59～0.74 g/kg，可溶性有機碳從大到小的變化趨勢為：楓樹地＞玉米地＞毛桃地＞裸露地＞蘋果地。在20～40 cm土層，土壤可溶性有機碳含量在0.55～1.02 g/kg，可溶性有機碳的變化趨勢為：楓樹地＞毛桃地＞蘋果地＞裸露地＞玉米地。

圖3 不同植被下土壤可溶性有機碳含量變化

2.4 不同植被下顆粒態(tài)有機碳變化趨勢。顆粒態(tài)有機碳是介于新鮮的動植物殘體和腐殖化有機物之間的暫時或過渡的有機碳組分，在土壤中周轉很快，比土壤總有機碳更容易受到影響，這對于評價土地利用對土壤碳固定過程的影響具有重要意義[14]。由圖4可知，在0～20 cm土層，土壤顆粒態(tài)有機碳含量為2.83～4.42 g/kg，顆粒態(tài)有機碳的變化趨勢為：毛桃地＞玉米地＞蘋果地＞裸露地＞楓樹地。在20～40 cm土層，土壤顆粒態(tài)有機碳含量2.33～3.85 g/kg，顆粒態(tài)有機碳的變化趨勢為：毛桃地＞玉米地＞楓樹地＞蘋果地＞裸露地。同一植被類型下顆粒態(tài)有機碳含量均表現(xiàn)為表層0～20 cm大于20～40 cm土層，增加范圍7.18%～33.46%。

圖4 不同植被下顆粒態(tài)有機碳含量分布圖

2.5 各指標相關性。從表1中可以看出，總有機碳、易氧化有機碳、顆粒態(tài)有機碳相互之間均呈極顯著的正相關關系(P＜0.01)，可溶性有機碳與總有機碳、易氧化有機碳與顆粒態(tài)有機碳均呈負相關關系，且相關性未達顯著水平(P＞0.05)。由此可知，土壤中易氧化有機碳和顆粒態(tài)有機碳的含量與土壤中有機碳的含量密切相關。

表1 各指標相關性

3 結論

衡水湖周邊不同植被下0～40 cm土層范圍土壤總有機碳含量在6.15～17.54 g/kg，易氧化有機碳含量在1.29～2.53 g/kg，顆粒態(tài)有機碳含量在2.33～4.42 g/kg，可溶性有機碳含量在0.55～1.02 g/kg。隨著土層深度的變化，不同植被類型下土壤總有機碳、顆粒態(tài)有機碳、易氧化有機碳均隨著土層深度的增加而減少，只有可溶性有機碳在玉米地和裸露地上是隨著土層深度的增加而減少，在蘋果地、毛桃地和楓樹地上隨著土層的增加而增加。土壤有機碳活性成分在不同植被類型下的變化規(guī)律各不相同，受土壤有機碳含量和許多環(huán)境因素的影響，但同時各組分關系又非常密切，均可以從不同角度反映出衡水湖周邊土壤有機碳的動態(tài)特征。