灰質白云巖土壤有機碳的團聚體保護

陳媛媛，周運超

（貴州大學 林學院，貴陽550025）

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

目前，對土壤團聚體有機碳分布的研究主要集中于土壤養分［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團聚體進行徹底破壞的基礎上進行測定的，而沒有考慮到團聚體內部對土壤碳的保護作用，因此通過不同方式對土壤團聚體進行拆分，了解土壤團聚體對土壤碳的保護會對土壤固碳的研究提供更多的理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

貴陽市位于貴州省中部，喀斯特面積占全市面積的85%。花溪區在貴陽市南郊（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，屬亞熱帶季風濕潤氣候，年均氣溫15.2℃，年降水量1 178mm，年平均日照時數1 214.6h，相對濕度85%，具有冬無嚴寒、夏無酷暑、氣候溫和、雨量充沛、雨熱同季的特點，母巖以碳酸鹽巖（石灰巖）為主，土壤為石灰土。

1.2 試驗方法

土壤采自貴州省貴陽市花溪區花溪水庫典型灰質白云巖發育土壤上的喬木林地。采用多點四分法取樣，樣品采集深度分0—5cm（后采）和5—20cm（先采）兩個層次，每一點采集的土樣厚度、深淺、寬窄大體一致，重復采樣3次，再采集0—5cm土壤層。土樣在室內風干后，用濕篩法分別測定＞5mm，5～2 mm，2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm的各級水穩性團聚體含量。其后對濕篩后的各級土壤團聚體進行碳水化合物提取后濕篩再次測定＞5mm，5～2 mm，2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm的各級水穩性團聚體含量，最后分別測定各粒級土壤有機碳和土壤可氧化態有機碳含量。土壤團聚體分離采用濕篩法，碳水化合物提取用直接測定法［16］，團聚體有機碳測定采用重鉻酸鉀外加熱法［17］，有機碳易氧化性測定采用Blair等的方法［5］。

2 結果與分析

2.1 土壤團聚體與有機碳

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

表1 不同測定方法下土壤不同粒級團聚體及有機碳含量

2.2 土壤團聚體與可氧化態有機碳

土壤經過濕篩和提取碳水化合物后濕篩［18－19］兩種拆分方法，其易氧化性測定結果如表2所示，作為土壤有機質的重要性質［20］，易氧化性的研究一直是土壤有機質研究的重點，而Blair等將1／3KMnO4可氧化碳的比例作為評價農業活動對自然土壤有機碳影響的參數［3］，在表2中，0—5cm 土層第一次濕篩能被1／30 KMnO4氧化的土壤有機碳約占22%，1／6KMnO4氧化的土壤有機碳約占72%，1／3KMnO4氧化的土壤有機碳約占76%，而殘余量約占24%，即不可氧化土壤有機碳與可氧化土壤有機碳之比為1∶3；在提取碳水化合物后的第二次濕篩，能被1／30KMnO4氧化的土壤有機碳明顯減少，約占15%，1／6KMnO4氧化的土壤有機碳減少約占37%，1／3KMnO4氧化的土壤有機碳減少約占67%，而殘余量約占23%，針對各團聚體粒級，在1／30，在1／6和1／3KMnO4氧化條件下各個粒級的團聚體都伴隨提取碳水化合物的第二次濕篩，可氧化態有機碳含量減少；5—20cm土層第一次濕篩能被1／30KMnO4氧化的土壤有機碳約占22%，1／6KMnO4氧化的土壤有機碳約占65%，1／3 KMnO4氧化的土壤有機碳約占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氧化的土壤有機碳增多，約占25%，1／6 KMnO4氧化的土壤有機碳減少約占53%，1／3KMnO4氧化的土壤有機碳減少約占68%，而殘余量約占32%，針對各團聚體粒級，在1／30，1／6和1／3KMnO4氧化條件下各個粒級的團聚體都伴隨提取碳水化合物的第二次濕篩，可氧化態有機碳含量減少。

表2 不同團聚體拆分方法下土壤有機碳可氧化性分級

表3是結合土壤團聚體分配比例計算出的可氧化有機碳比重，由表3可知，在第一次濕篩后，0—5 cm，5—20cm兩個土層中可氧化態有機碳比重均隨著粒級的減小而依次減少，經過提取碳水化合物的第二次濕篩后，0—5cm土層仍然隨著粒級較小可氧化態有機碳比重相應較少，但5—20cm土層中，5～2 mm團聚體粒級中土壤可氧化態有機碳比重最大，其次分別是2～1mm，1～0.5mm，＞5mm，0.5～0.25 mm團聚體粒級中土壤可氧化態有機碳比重最小。

3 討論

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

（2）對于土壤可氧化態有機碳，在0—5cm土層通過提取碳水化合物的第二次濕篩，可氧化態有機碳含量減少，兩次濕篩中都是＞5mm粒級的團聚體包含較多可氧化態有機碳，其余各團聚體粒級中所包含的可氧化態有機碳比重隨粒級減小依次減少；在5—20cm土層，第一次濕篩可氧化態有機碳所占比重隨著粒級減小依次較少，但提取碳水化合物的第二次濕篩后，5～2mm粒級中可氧化態有機碳在團聚體所占比重最多，其次依次為2～1mm，1～0.5mm，＞5 mm三個粒級，0.5～0.25mm粒級中可氧化態有機碳在團聚體所占比重最少。由此可以推斷，0—5cm土層中＞5mm粒級在破壞土壤團聚體結構后，仍會保存較多可氧化態有機碳，是土壤固碳的關鍵粒級，其余粒級團聚體對土壤碳的保護力隨粒級減小依次減小，5—20cm土層，土壤團聚體結構破壞后，5～2 mm粒級中可氧化態有機碳在團聚體所占比重最多，說明5～2mm粒級對土壤可氧化態有機碳的保護性最強，0.5～0.25mm粒級對土壤可氧化態有機碳的保護性最弱。

表3 不同團聚體中土壤可氧化態有機碳分配比重

4 結論

碳水化合物作為形成土壤團粒結構的重要膠結物質，對土壤團聚體的穩定性有很大影響，提取水穩性碳水化合物后濕篩破壞了碳水化合物對團聚體的粘結作用，土壤團聚體結構會發生很大改變，濕篩和提取碳水化合物濕篩是從土壤團聚體內部結構改變方面了解土壤團聚體與土壤有機碳，可氧化態碳關系，試驗結果顯示，破壞團聚體內部作用力，團聚體會從大粒級（＞5mm，5～2mm）向小粒級（2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm）轉移，但各粒級土壤有機碳并不隨之轉移，土壤有機碳大多存在于較大粒級中，碳水化合物提供的粘結力喪失后，土壤可氧化態有機碳含量會隨著團聚體結構破壞而改變，團聚體可氧化態碳含量無論大粒級還是小粒級都在減少，但針對團聚體各個粒級而言，較大粒級（＞5mm，5～2 mm）包含可氧化態有機碳量多，較小粒級（2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm）可氧化態有機碳含量少，故由此可推測較大粒級（＞5mm，5～2mm）是保護土壤碳的主要粒級，其固定土壤碳的能力比較強，而較小粒級（2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm）保護土壤碳能力則相對較弱。

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