王 瓊, 范志平, 陳 寒, 韓 青, 李新倉(cāng), 李一凡

(遼寧石油化工大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院,113001,遼寧撫順)

團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本組成部分[1]。團(tuán)聚體的形成影響土壤碳固定過(guò)程,對(duì)土壤碳匯功能具有重要的作用[2-3]。土壤活性有機(jī)碳(labile organic carbon, LOC)是土壤碳庫(kù)中最活躍的組成部分,雖然只占土壤有機(jī)碳(soil organic carbon, SOC)總量的較小部分,卻直接參與土壤生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程[4-7]。土壤活性有機(jī)碳包含眾多游離度較高的有機(jī)質(zhì),如土壤腐殖質(zhì)、微生物和根系分泌物等[8]。腐殖質(zhì)及植物根系分泌物的粘結(jié)作用、微生物菌絲和真菌產(chǎn)生物理纏繞作用增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性,土壤團(tuán)聚體物理保護(hù)使團(tuán)聚體內(nèi)的活性有機(jī)碳隔離微生物活動(dòng),增強(qiáng)土壤碳匯功能。因此,土壤團(tuán)聚體及其活性有機(jī)碳對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和有機(jī)碳的穩(wěn)定具有重要意義。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)土壤團(tuán)聚體中活性有機(jī)碳分布進(jìn)行研究[9-10]。廖洪凱等[11]對(duì)喀斯特山區(qū)土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳分布研究發(fā)現(xiàn)石溝和石坑各粒徑團(tuán)聚體土壤活性有機(jī)碳的含量大于石槽和石洞。梁彩群等[12]對(duì)黃土高原刺槐林土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳的研究發(fā)現(xiàn)活性有機(jī)碳含量與土壤總氮(total nitrogen, TN)、SOC、土壤含水量(soil water content, WC)的相關(guān)性隨著土壤團(tuán)聚體粒徑的增大而越顯著。景航等[13]對(duì)黃土丘陵區(qū)油松林皆伐后自然恢復(fù)土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳的研究發(fā)現(xiàn)自然恢復(fù)使活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加。Ndzelu等[14]在南非的研究發(fā)現(xiàn)玉米秸稈還田能提高土壤活性有機(jī)碳含量,改善土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。可見(jiàn),地形地貌、土壤理化性質(zhì)、人為因素和植被特征都是土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳的影響因素,但目前關(guān)于土壤活性有機(jī)碳影響因素的研究多集中在土壤理化性質(zhì),忽視了植物、凋落物及根系的作用。

遼東山地冰緣地貌是冰期內(nèi)受季風(fēng)型濕、冷的水熱組合作用發(fā)育的冰緣地貌。遼東山地植被群落呈現(xiàn)明顯沿海拔的垂直分布規(guī)律[15],隨海拔的升高,植被類型分別為山溪岸邊灌草地、山地針葉/闊葉林和中山草地/草甸。不同海拔植被下氣候因子存在差異,植物凋落物、根系分泌物和微生物類型和數(shù)量不同,因而土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)和組成及團(tuán)聚體活性有機(jī)碳狀況存在差別。研究遼東山地冰緣地貌土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳含量及分配特征,總結(jié)不同海拔植被土壤團(tuán)聚體及其活性有機(jī)碳與環(huán)境作用的關(guān)系,揭示植被及相應(yīng)影響因子對(duì)土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳庫(kù)的調(diào)控,對(duì)穩(wěn)定冰緣地貌土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤固碳潛力具有重要的實(shí)際意義。鑒于此,筆者選擇遼東山地不同海拔的4種典型植被:岸邊帶草地(riparian grassland, RG)、落葉松人工林(larch plantation, LP)、天然次生林(natural secondary forest, NF)和中山草地(mid-mountain grassland, MG)土壤為研究對(duì)象,比較不同海拔植被土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳差異,分析不同粒徑團(tuán)聚體活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率,探究土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳與植被特征、土壤物理、土壤化學(xué)因子的關(guān)系,以期為遼東山地冰緣地貌土壤固碳潛力的研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

遼東山地老禿頂子(E 124°41′13″～125°5′15″, N 41°11′11″～41°21′34″)位于遼寧省東部桓仁、新賓交界處,主峰海拔1 367.3 m,植被垂直帶譜明顯,其四周群山起伏,冰緣地貌廣泛分布。區(qū)內(nèi)土壤以棕壤、暗棕壤為典型代表,氣候類型屬于溫帶大陸性季風(fēng)濕潤(rùn)氣候,年降雨量650～1 300 mm,年無(wú)霜期139 d[16]。該區(qū)成壤條件苛刻,土壤厚度薄,結(jié)構(gòu)疏松。筆者選取的中山草地主要植被為細(xì)葉苔草(Carexrigescens)、山尖子(Cacaliahastata)、羊草(Leymuschinensis)、野大豆(Glycinemax)等;天然林主要植被為蒙古櫟(Quercusmongolica)、胡桃楸(Juglansmandshurica)、花曲柳(Fontanesiarhynchophylla)、接骨木(Sambucuswilliamsii)等;人工林主要樹(shù)種為落葉松(Larixgmelinii);岸邊帶主要植被為水蓼(Polygonumhydropiper)、藎草(Arthraxonhispidus)、野稗(Echinochloacrusgalli)、狗尾草(Setariaviridis)、水蒿(Artemisiaselengensis)等。樣地基本概況如表1。

表1 樣地基本概況Tab.1 Basic information of sample plots

2 研究方法

2.1 樣品采集與測(cè)定

于2019年6月在每個(gè)植被類型中設(shè)置3個(gè)20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)樣地,其內(nèi)隨機(jī)設(shè)置1個(gè)0.5 m×0.5 m的小樣方,收集樣方內(nèi)全部枯落物,遼東山地冰緣地貌土層較薄,細(xì)根主要分布在0～10 cm土層,用內(nèi)徑8 cm的土鉆在0～10 cm土層挖取土芯,過(guò)篩,分揀出直徑<2 mm的細(xì)根,枯落物和細(xì)根均放入70 ℃烘箱烘干至恒量,稱取干質(zhì)量,測(cè)算枯落物和細(xì)根生物量。在每個(gè)樣地內(nèi)按對(duì)角線選取5個(gè)樣點(diǎn),去除凋落物層,采集0～10 cm土壤1 kg左右裝入土壤采樣盒中。采用干篩法測(cè)定團(tuán)聚體,得到>2.000 mm粒級(jí)團(tuán)聚體、>1.000～2.000 mm粒級(jí)團(tuán)聚體,>0.250～1.000 mm粒級(jí)團(tuán)聚體和>0.038～0.250 mm粒級(jí)團(tuán)聚體。將各粒徑團(tuán)聚體土樣于60 ℃下烘干48 h,裝袋備用。土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定,土壤全氮含量采用凱氏消煮法測(cè)定,土壤活性有機(jī)碳采用高錳酸鉀氧化法測(cè)定,非活性有機(jī)碳(non-labile organic carbon,NLOC)為土壤有機(jī)碳減去活性有機(jī)碳量。

2.2 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算及作圖。運(yùn)用SPSS 18.0軟件單因素方差分析及最小顯著差異法對(duì)不同植被土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳、非活性有機(jī)碳含量及貢獻(xiàn)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,雙因素方差分析對(duì)不同植被類型及土壤團(tuán)聚體粒徑間活性/非活性有機(jī)碳和貢獻(xiàn)率差異進(jìn)行分析。運(yùn)用Canoco 4.5進(jìn)行冗余分析法,得出團(tuán)聚體有機(jī)碳指標(biāo)與植被特征、土壤物理、土壤化學(xué)各因子之間的相關(guān)性。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤團(tuán)聚體活性、非活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)

不同植被類型、團(tuán)聚體粒徑、以及二者的交互作用對(duì)土壤團(tuán)聚體活性和非活性有機(jī)碳均有顯著影響(表2)。不同植被類型>2.000、>1.000～2.000和>0.250～1.000 mm粒徑土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)趨勢(shì)基本一致,呈現(xiàn)中山草地、天然林、人工林、岸邊帶遞減趨勢(shì),而在>0.038～0.250 mm粒徑團(tuán)聚體中表現(xiàn)為天然林大于人工林和中山草地,岸邊帶最低(圖1)。不同植被類型土壤團(tuán)聚體非活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)趨勢(shì)與活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)趨勢(shì)略有不同,>2.000 mm粒徑土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本呈現(xiàn)中山草地、天然林、人工林、岸邊帶遞減趨勢(shì);而>1.000～2.000 mm呈現(xiàn)中山草地大于天然林和岸邊帶,人工林最小; >0.250～1.000 mm呈現(xiàn)中山草地大于人工林,天然林和岸邊帶最小;在>0.038～0.250 mm粒徑團(tuán)聚體中表現(xiàn)為人工林大于天然林和中山草地,岸邊帶最低。

不同大寫(xiě)字母代表植被間差異顯著,不同小寫(xiě)字母代表粒徑間差異顯著。下同。Different uppercase letters indicate significant differences between different forest types. Different lowercase letters indicate significant differences between different aggregate sizes. The same below. 圖1 遼東山地不同植被土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳和非活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.1 LOC and NLOC contents of soil aggregates in different vegetation types at mountain areas in eastern Liaoning

表2 不同植被類型及土壤團(tuán)聚體粒徑下活性、非活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和貢獻(xiàn)率雙因素方差分析Tab.2 Two-way ANOVA of LOC or NLOC contents and its contribution rates in different vegetation types and aggregate sizes

不同粒徑土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳和非活性有機(jī)碳趨勢(shì)基本一致。在天然林和人工林中,表現(xiàn)為>0.038～0.250 mm 和>0.250～1.000 mm粒徑中活性和非活性有機(jī)碳含量多于>1.000～2.000 mm和>2.000 mm粒徑中活性和非活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在中山草地中隨著粒徑減小活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少,岸邊帶活性和非活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在各粒徑中的分布均表現(xiàn)為>1.000～2.000 mm粒徑中最多,>0.250～1.000 mm粒徑中次之, >0.038～0.250 mm和>2.000 mm粒徑中較少。

3.2 不同粒徑土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率

不同植被類型、團(tuán)聚體粒徑、以及二者的交互作用對(duì)于土壤團(tuán)聚體活性和非活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率均有顯著影響(表2)。土壤各粒徑團(tuán)聚體活性有機(jī)碳與總有機(jī)碳的比率為活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率,貢獻(xiàn)率越高,說(shuō)明有機(jī)碳活性越強(qiáng)。如圖2所示,不同植被土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率在>2.000 mm粒徑中,表現(xiàn)為中山草地>天然林>人工林>岸邊帶,>1.000～2.000 mm粒徑中表現(xiàn)為中山草地>天然林>岸邊帶>人工林,在>0.250～1.000 mm粒徑中表現(xiàn)為中山草地和天然林>岸邊帶>人工林,>0.038～0.250 mm粒徑中表現(xiàn)為天然林>中山草地>人工林>岸邊帶。不同粒徑土壤團(tuán)聚體非活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率趨勢(shì)與不同粒徑活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率趨勢(shì)略有不同, >2.000 mm粒徑表現(xiàn)為中山草地>天然林>岸邊帶>人工林,>1.000～2.000 mm粒徑趨勢(shì)為中山草地>天然林和岸邊帶>人工林,>0.250～1.000 mm粒徑趨勢(shì)為中山草地和岸邊帶大于天然林和人工林,而在>0.038～0.250 mm粒徑表現(xiàn)為中山草地和天然林>人工林>岸邊帶。

圖2 遼東山地不同植被土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳和非活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率Fig.2 Contribution rates of LOC and NLOC in soil aggregates in different vegetation types at mountain areas in eastern Liaoning

不同粒徑土壤團(tuán)聚體活性和非活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率趨勢(shì)一致,在中山草地、天然林和人工林表現(xiàn)一致,均隨團(tuán)聚體粒徑的減小而降低,并且粒徑在 >0.250 mm 的團(tuán)聚體活性、非活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率較大,>0.038～0.250 mm團(tuán)聚體活性、非活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率較低。在岸邊帶土壤中,土壤活性、非活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率最高的分別是>1.000～2.000 mm和>2.000 mm粒徑團(tuán)聚體。

3.3 活性、非活性有機(jī)碳與有機(jī)碳關(guān)系

回歸分析表明,土壤活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著線性相關(guān)關(guān)系,擬合方程為:y=0.513x-0.925,R2=0.904 2(圖3)。土壤非活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著線性相關(guān)關(guān)系,擬合方程為:y=0.487x+0.925,R2=0.894 8(圖3)。各粒級(jí)土壤活性有機(jī)碳與總有機(jī)碳的相關(guān)性不同,土壤團(tuán)聚體粒徑越大活性有機(jī)碳與總有機(jī)碳相關(guān)性最好,>2.000 mm、>1.000～2.000 mm和>0.250～1.000 mm和>0.038～0.250 mm 粒徑土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳與總有機(jī)碳擬合方程的R2分別為0.583 2、0.523 1、0.456 2和0.108 3,擬合方程的斜率也呈減小趨勢(shì)(圖4)。

圖3 土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳和非活性有機(jī)碳與團(tuán)聚體有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相關(guān)關(guān)系Fig.3 Contribution rate of LOC and NLOC with organic carbon content in soil aggregates

圖4 不同粒徑土壤團(tuán)聚體中活性有機(jī)碳與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相關(guān)關(guān)系Fig.4 Correlation between LOC and organic carbon content in the soil aggregates with different particle sizes

3.4 有機(jī)碳的影響因素

對(duì)遼東山地冰緣地貌不同海拔典型植被土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳、活性有機(jī)碳和非活性有機(jī)碳與植被特征、土壤物理、土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行冗余分析。結(jié)果表明,植被特征、土壤物理、土壤化學(xué)性質(zhì)因素綜合對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳指標(biāo)變異的解釋率為77.1%,植被特征、土壤物理、土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳指標(biāo)變異的解釋率分別為73.9%、68.0%和69.4%(表3)。 可見(jiàn),植被特征、土壤物理、土壤化學(xué)性質(zhì)的交互作用對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳影響較大。排序軸1、2的累積貢獻(xiàn)率為100%,較好地反映土壤指標(biāo)與環(huán)境因子的關(guān)系。由圖5所示,植被蓋度、凋落物生物量、根系生物量及氧化還原電位與團(tuán)聚體有機(jī)碳、活性有機(jī)碳、非活性有機(jī)碳呈正相關(guān),與土壤TN、密度、pH值和含水率呈負(fù)相關(guān),團(tuán)聚體活性有機(jī)碳和非活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率與團(tuán)聚體粒徑大小和氧化還原電位成正相關(guān)。

圖5 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳指標(biāo)與環(huán)境因子的冗余分析Fig.5 Redundant analysis of soil organic carbon in aggregates and environmental factors

表3 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳與環(huán)境因子的RDA結(jié)果Tab.3 RDA results of organic carbon in soil aggregates and environmental factors

4 討論

4.1 不同海拔典型植被土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳特征

土壤活性有機(jī)碳主要來(lái)源于植物枯落物、土壤腐殖質(zhì)、植物根系及土壤微生物的分泌物[15],土壤活性有機(jī)碳含量是氣候、植被覆蓋、土壤特征和人為干擾等多重因素綜合作用的結(jié)果[16-18]。本研究發(fā)現(xiàn),>0.25 mm粒徑團(tuán)聚體中活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)隨海拔降低遞減的趨勢(shì),即中山草地>天然林>人工林>岸邊帶。隨海拔變化,氣候因子(溫度、濕度等)及成土條件變化,使植被類型、土壤理化特征及養(yǎng)分狀況都隨之改變。隨海拔變化植被具有明顯的地帶性分布特征,不同植被枯落物量及其分解過(guò)程影響土壤有機(jī)碳/氮等質(zhì)量分?jǐn)?shù),隨海拔的降低氣溫逐漸升高,枯落物分解速率增加使土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,同時(shí)土壤有機(jī)碳礦化速率也隨之增加,這些過(guò)程共同影響土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳[17]。遼東山地冰緣地貌中山草地地表植被生長(zhǎng)旺盛,植物根系發(fā)達(dá),根系分泌物豐富,為土壤提供豐富的碳源。中山草地沒(méi)有人為活動(dòng)的干擾,堆積在地表的枯枝落葉及植物殘?bào)w的腐爛分解也為土壤提供豐富的碳源,因此中山草地團(tuán)聚體活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)是本研究4種植被類型中最高的。天然林凋落物生物量和根系生物量較高(表1),人為干擾較少,團(tuán)聚體內(nèi)的活性有機(jī)碳也較高。但由于天然林海拔較中山草地低,遼東山地冰緣地貌隨著海拔降低,年均溫度升高,而微生物活動(dòng)受水熱條件影響較大,溫度升高使土壤微生物分解有機(jī)質(zhì)效率增大,從而降低有機(jī)碳積累,增大有機(jī)碳的分解礦化,進(jìn)而影響團(tuán)聚體的形成和活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。人工林和岸邊帶植被覆蓋度、凋落物及根系生物量均較低,海拔較中山草地和天然林低(表1),而且受到的人為干擾增多,因此團(tuán)聚體活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。岸邊帶受到溪流間歇式水淹的影響,土壤中的碳受溪流沖刷,容易隨水土流失。

在>0.038～0.250 mm粒徑團(tuán)聚體中,活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為天然林大于中山草地和人工林,岸邊帶最低。有研究表明,大團(tuán)聚體的有機(jī)碳比微團(tuán)聚體的有機(jī)碳更容易礦化[18],活性有機(jī)碳直接參與碳礦化過(guò)程。由此推斷,由于海拔降低、溫度升高,大團(tuán)聚體土壤碳礦化速率大于微團(tuán)聚體礦化速率,微團(tuán)聚體中的活性有機(jī)碳由于受到物理保護(hù),礦化速率較低,所以天然林>0.038～0.250 mm粒徑團(tuán)聚體中活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。同時(shí)這也是天然林和人工林中>0.038～0.250 mm和>0.250～1.000 mm粒徑土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于>1.000～2.000 mm和>2.000 mm粒徑的主要原因。中山草地>0.038～0.250 mm粒徑團(tuán)聚體中活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于天然林,推測(cè)是由于中山草地海拔較高溫度較低,枯落物腐殖化速率低,而與微團(tuán)聚體結(jié)合的有機(jī)質(zhì)大部分是高度腐殖化的有機(jī)碳,所以中山草地微團(tuán)聚體中活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于天然林。

4.2 不同海拔典型植被土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率

活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率是反映土壤碳穩(wěn)定性的指標(biāo),從土壤有機(jī)碳自身分解特征方面指示有機(jī)碳活性強(qiáng)度,活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率大小表明土壤有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量,尤其是土壤有機(jī)質(zhì)的潛在分解性質(zhì),貢獻(xiàn)率越高,說(shuō)明有機(jī)碳活性越強(qiáng),被分解礦化的潛力越大,穩(wěn)定性越差[6]。遼東山地冰緣地貌特異的氣候、成土條件等因素造就了植被類型沿海拔梯度的差異性,同時(shí)也影響著土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳分配狀況和土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性。中山草地、天然林和人工林不同粒徑團(tuán)聚體活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率均隨團(tuán)聚體粒徑的減小而降低,并且粒徑在0.250 mm以上的團(tuán)聚體活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率較大,>0.038～0.250 mm團(tuán)聚體活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率較低。岸邊帶團(tuán)聚體活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率在>1.000～2.000 mm粒徑團(tuán)聚體中最大。可見(jiàn)團(tuán)聚體有機(jī)碳的穩(wěn)定性隨粒徑增大而降低。不同植被植物間,中山草地活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率大于天然林,人工林和岸邊帶最小(圖2)。雖然中山草地活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率大,但其海拔高、溫度低,影響有機(jī)碳的循環(huán)轉(zhuǎn)化,所以其有機(jī)碳相對(duì)較穩(wěn)定。而天然林活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率僅次于中山草地,海拔較低、微生物活性高,周轉(zhuǎn)速度快,更應(yīng)重視其有機(jī)碳的穩(wěn)定性。

4.3 團(tuán)聚體活性有機(jī)碳與土壤總有機(jī)碳的相關(guān)性

團(tuán)聚體有機(jī)碳占土壤總有機(jī)碳的90%左右,相關(guān)研究證實(shí)土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳含量與團(tuán)聚體有機(jī)碳含量存在顯著相關(guān)關(guān)系,可以作為評(píng)價(jià)土壤碳庫(kù)變化的敏感指標(biāo),通過(guò)監(jiān)測(cè)土壤活性有機(jī)碳來(lái)指示有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)變化[19]。遼東山地冰緣地貌土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)達(dá)0.900。而團(tuán)聚體非活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)系數(shù)要低于活性有機(jī)碳。因此,遼東山地冰緣地貌團(tuán)聚體活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以作為土壤碳庫(kù)變化的敏感指標(biāo),指示有機(jī)碳庫(kù)的變化。另外,通過(guò)對(duì)不同粒徑團(tuán)聚體活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),團(tuán)聚體活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)性隨著團(tuán)聚體粒徑的增大而增大,即大團(tuán)聚體中的活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性更為顯著。因此,大團(tuán)聚體中的活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以更好地預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)土壤碳庫(kù)動(dòng)態(tài)變化。

4.4 團(tuán)聚體活性有機(jī)碳影響因素

土壤活性有機(jī)碳能靈敏地反映環(huán)境因素對(duì)土壤碳庫(kù)的影響,研究表明,氣候、降水、地形地貌、植被類型等的差異均影響土壤活性有機(jī)碳的含量[20]。遼東山地冰緣地貌受氣候的影響,在凍融、風(fēng)力、雪蝕共同作用下成土條件特異,地上植被成明顯的按海拔分布的植被地帶性。這些環(huán)境因素都對(duì)土壤有機(jī)碳產(chǎn)生影響。本研究中,團(tuán)聚體有機(jī)碳、活性有機(jī)碳、非活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與植被蓋度、凋落物生物量、根系生物量及氧化還原電位呈正相關(guān),與土壤TN、密度、pH值和含水率呈負(fù)相關(guān)。植被生物量及凋落物、細(xì)根分解是土壤有機(jī)碳的輸入源,與土壤有機(jī)碳成正相關(guān)[21]。氧化還原電位越高說(shuō)明根系分泌的有機(jī)酸越多,pH值越小,更有利于土壤團(tuán)聚體膠結(jié)及團(tuán)聚體有機(jī)碳的積累。土壤水分含量適宜有利于有機(jī)碳積累,但當(dāng)土壤水分含量偏高時(shí),伴隨降水過(guò)程可能引起有機(jī)碳淋失。密度過(guò)高使土壤通氣狀況變差,抑制了微生物活性,造成凋落物分解速率變慢,影響有機(jī)碳輸入。凋落物量、TN、密度、pH值、含水率和溫度等可以通過(guò)影響土壤微生物活性而對(duì)土壤有機(jī)碳含量產(chǎn)生影響。微生物活性升高土壤有機(jī)碳分解加速,但同時(shí)土壤中植物殘?bào)w分解速率也增加,提高土壤碳的歸還量。因此,微生物活性對(duì)土壤有機(jī)碳的響應(yīng)可能是正反饋,也可能是負(fù)反饋[22]。

5 結(jié)論

1)>0.25 mm粒徑團(tuán)聚體中活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)隨海拔降低遞減的趨勢(shì),即中山草地>天然林>人工林>岸邊帶。在>0.038～0.250 mm粒徑團(tuán)聚體中表現(xiàn)為天然林大于中山草地和人工林,岸邊帶最低。

2)中山草地、天然林和人工林土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨團(tuán)聚體粒徑的減小而降低,并且粒徑>0.250 mm的團(tuán)聚體活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率較大,>0.038～0.250 mm團(tuán)聚體活性有機(jī)碳貢獻(xiàn)率較低。

3)土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān),并且團(tuán)聚體活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)性隨著團(tuán)聚體粒徑的增大而增大,即大團(tuán)聚體中的活性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性更為顯著。

4)遼東山地冰緣地貌土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)碳分布主要受植被類型和受海拔驅(qū)動(dòng)的溫度變化的影響。因此要更加關(guān)注植被變化及氣候變暖對(duì)遼東山地冰緣地貌土壤碳庫(kù)的影響。