鹽源縣山地土壤溶解性有機(jī)碳分布特征及影響因素研究

江 云，熊忠偉

(四川省涼山州鹽源縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，四川 鹽源 615700)

土壤有機(jī)碳因含量值較高，短期內(nèi)難以監(jiān)測(cè)其變化趨勢(shì)，但其活性部分的變化可最先反應(yīng)出土壤有機(jī)碳質(zhì)量和數(shù)量的變化，表示活性有機(jī)碳的指標(biāo)之一是土壤溶解性有機(jī)碳，土壤溶解性有機(jī)碳含量的變化能作為表示有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)特征的重要指標(biāo)[1]。土壤溶解性有機(jī)碳作為養(yǎng)分移動(dòng)和環(huán)境污染物移動(dòng)的載體因子，對(duì)土壤中營養(yǎng)元素的遷移和土壤碳庫的調(diào)節(jié)起著重要的作用[2]。因此研究土壤溶解性有機(jī)碳的含量和分布變化，對(duì)土壤養(yǎng)分遷移、環(huán)境污染以及土地管理方面具有重要意義[3-4]。

關(guān)于土壤溶解性有機(jī)碳含量分布的研究目前主要集中于平原、山地、高原等自然環(huán)境結(jié)構(gòu)較為單一的區(qū)域，同時(shí)其影響因子的研究多數(shù)是針對(duì)這些區(qū)域的特點(diǎn)選取一兩個(gè)因子進(jìn)行分析[5-7]，但在自然環(huán)境結(jié)構(gòu)多變的區(qū)域如山地區(qū)的土壤溶解性有機(jī)碳含量分布及多個(gè)影響因子的研究還鮮有報(bào)道。鹽源屬于高原地區(qū)，其地形復(fù)雜多變，土壤類型豐富，氣候、植被垂直分布明顯，包含了眾多自然保護(hù)區(qū)，這些多變的因素可為該區(qū)域土壤溶解性有機(jī)碳含量的分布和影響因子的研究提供條件。因此本文試圖在大雪山山區(qū)針對(duì)不同海拔高度、植被覆蓋情況、坡向和土地利用方式等影響因子研究其土壤溶解性有機(jī)碳含量分布情況，通過該區(qū)域土壤溶解性有機(jī)碳含量和影響因子的研究為當(dāng)?shù)赝寥鲤B(yǎng)分狀況、土地利用方式等研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鹽源盆緣高中山紅壤、黃棕壤土壤垂直分布區(qū)。包括火爐山、白靈山，為林、牧、副、雜糧亞區(qū)；扎拉山、馬扎山改坡治土，以牧為主的雜糧亞區(qū)；西部河谷、洼地紅壤、黃棕壤沖積土綜合治理農(nóng)、牧亞區(qū)；鹽塘鄉(xiāng)、辣子鄉(xiāng)山地棕紅壤，以林為主的亞區(qū)。該區(qū)總面積65.8萬hm2，占全縣土地面積的78.56%。其中耕地2.93萬hm2，占本區(qū)面積的3.50%，占全縣耕地面積的48.9%；林地40.99萬hm2，占本區(qū)面積的62.3%，占全縣林區(qū)面積的81.72%；牧地1.49萬hm2，占本區(qū)面積的22.69%，占全縣牧地面積的64.16%，其它7.20萬hm2，是全縣林、牧的主要分布地區(qū)。

1.2 樣品采集和分析

根據(jù)本地區(qū)的相關(guān)地質(zhì)圖和生態(tài)系統(tǒng)的資料，分析后采用隨機(jī)采樣法選取43個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行土樣采集，采集過程中運(yùn)用GPS進(jìn)行樣點(diǎn)定位。對(duì)采集回的樣點(diǎn)首先進(jìn)行風(fēng)干、研磨、過2mm的塑料篩，然后進(jìn)入化學(xué)分析階段。土壤溶解性有機(jī)碳含量測(cè)定采用以1mol/L KCl作為浸提劑的重鉻酸鉀氧化-外加熱法[8]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

測(cè)定數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各影響因子對(duì)土壤溶解性有機(jī)碳含量的差異顯著性檢驗(yàn)采用單因子方差分析，多重比較采用最小顯著差數(shù)法(LSD)，正態(tài)分布檢驗(yàn)采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)(K-S檢驗(yàn))。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤溶解性有機(jī)碳含量與分布

土壤溶解性有機(jī)碳含量如表1所示，由表1可知山地區(qū)土壤溶解性有機(jī)碳含量為53.59±36.90mg/kg，占有機(jī)碳總含量的0.19%，總有機(jī)碳含量為33.09±21.25g/kg。研究區(qū)土壤溶解性有機(jī)碳含量呈正態(tài)分布(K-S檢驗(yàn)P>0.05)。

表層土壤溶解性有機(jī)碳易受植被、溫度、濕度等環(huán)境因素影響，其空間分布差異變化性較大。山地區(qū)域主要包括棕壤、褐土、棕色針葉林土、草甸土、亞高山草甸土和高山草甸土等土壤類型。各土壤類型表層DOC含量如圖1所示，土壤溶解性有機(jī)碳含量在不同土壤類型間含量差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，其中草甸土(85.09±19.12mg/kg)和褐土(80.56±48.62mg/kg)極顯著高于棕色針葉林土(20.52±5.85mg/kg)(P<0.01)，而與棕壤(45.37±41.48mg/kg)、亞高山草甸土(38.51±21.43mg/kg)以及高山草甸土(60.64±33.25mg/kg)差異不顯著(P>0.05)。在不同土壤類型間含量差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，其中草甸土(85.09±19.12mg/kg)和褐土(80.56±48.62mg/kg)極顯著高于棕色針葉林土(20.52±5.85mg/kg)(P<0.01)，而與棕壤(45.37±41.48mg/kg)、亞高山草甸土(38.51±21.43mg/kg)以及高山草甸土(60.64±33.25mg/kg)差異不顯著(P>0.05)。

表1 土壤溶解性有機(jī)碳統(tǒng)計(jì)特征

圖1 不同土壤類型溶解性有機(jī)碳含量

2.2 影響因子分析

2.2.1 土地利用方式 不同土地利用方式影響有機(jī)物的輸入、淋濾等土壤化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致土壤中溶解性有機(jī)碳含量和分布的變化。在林地土壤中溶解性有機(jī)碳高于農(nóng)田，但是在研究河谷地帶區(qū)域卻是耕地中DOC含量大于林地，不同區(qū)域環(huán)境下土地利用方式對(duì)土壤溶解性有機(jī)碳的影響存在明顯差異。山地區(qū)域主要土地利用方式為林地、灌木林地、灌草地和草地。由圖2可知，土壤溶解性有機(jī)碳含量與土地利用方式呈極顯著相關(guān)性(P<0.01)，即土地利用方式對(duì)DOC影響極顯著，灌草地(50.93mg/kg)極顯著低于林地(99.26mg/kg)(P<0.01)和顯著高于灌木林地(23.64mg/kg)(P<0.05)，而與草地(34.70mg/kg)差異不顯著(P>0.05)。灌木林地植物凋落物、根系在土壤表層分布少導(dǎo)致其有機(jī)質(zhì)的輸入較小，這可能是灌木林地土壤溶解性有機(jī)碳含量較小的原因所在。

圖2 土壤溶解性有機(jī)碳含量與土地利用方式的關(guān)系

2.2.2 植被 不同植被產(chǎn)生的巖溶效應(yīng)對(duì)成土速度的快慢和營養(yǎng)元素的供給有所不同，從而影響土壤溶解性有機(jī)碳含量，例如松針凋落物經(jīng)微生物分解速度快于梧桐，松針覆蓋的土壤溶解性有機(jī)碳含量便高于梧桐，廬山生態(tài)系統(tǒng)中同樣是針葉林覆蓋的土壤表層溶解性有機(jī)碳含量高于闊葉林。山地區(qū)植被覆蓋分布有針闊混交林、針葉林、灌木林、高山灌叢草甸、高山草甸和高山荒草。由圖3可知，土壤溶解性有機(jī)碳含量與植被呈極顯著差異性(P<0.01)，針葉林(55.30mg/kg)和高山灌叢(73.85mg/kg)顯著低于針闊混交林(106.35mg/kg)(P<0.01)并且顯著高于灌木林(24.20mg/kg)(P<0.01)和高山草甸(25.05mg/kg)(P<0.05)，而與高山荒草(49.22mg/kg)差異不顯著(P>0.05)。由于針闊混交林植被凋落物和根系分布較多，使表層土壤有機(jī)質(zhì)輸入增加，從而導(dǎo)致針闊混交林土壤溶解性有機(jī)碳含量較高。

2.2.3 海拔 由于不同海拔高度的自然經(jīng)濟(jì)條件差異明顯，導(dǎo)致其植被覆蓋、凋落物及生物量等存在差異，從而影響到土壤溶解性有機(jī)碳含量及分布的

圖3 土壤溶解性有機(jī)碳含量與植被關(guān)系

不同。例如在高寒草原生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境下，表層土壤溶解性有機(jī)碳含量隨著海拔升高表現(xiàn)出先減少后增加的變化趨勢(shì)。但在川西寬壩林區(qū)環(huán)境下，表層土壤溶解性有機(jī)碳含量隨海拔升高呈現(xiàn)出增加的變化趨勢(shì)。不同自然區(qū)域環(huán)境下表層DOC含量與海拔的關(guān)系有所差異，在山地區(qū)域內(nèi)將海拔分為<2600m、2600～3600m、3600～4000m和>4000m 4個(gè)范圍，其氣候垂直分布情況分別是暖溫帶、寒溫帶、亞寒帶和寒帶，由圖4可知，土壤溶解性有機(jī)碳含量與海拔高度呈極顯著相關(guān)性(P<0.01)，即海拔對(duì)DOC影響顯著，土壤溶解性有機(jī)碳含量隨著海拔升高表現(xiàn)出減少的變化趨勢(shì)，并且其變化程度隨著海拔的升高而減弱。同時(shí)，海拔<2600m的區(qū)域(96.94mg/kg)顯著高于海拔2600～3600m的區(qū)域(53.01mg/kg)、3600～4000m的區(qū)域(39.13mg/kg)和海拔>4000m的區(qū)域(36.99mg/kg)(P<0.01)。這可能主要因?yàn)殡S著海拔的升高，植被覆蓋率降低生物量積累減少，導(dǎo)致有機(jī)碳變少，所以隨著海拔的升高土壤溶解性有機(jī)碳含量減少。

圖4 土壤溶解性有機(jī)碳含量與海拔關(guān)系

2.2.4 坡向 坡向不同光照、溫度、水分和土壤等生態(tài)條件也不同，導(dǎo)致了植物物種多樣性和結(jié)構(gòu)特征的差異性，并影響植物生長(zhǎng)發(fā)育、生產(chǎn)力以及生態(tài)系統(tǒng)功能等，在陽坡，土壤活性有機(jī)碳含量隨著距坡頂距離的增加呈先降后增，而陰坡則是隨著距坡頂距離的增加呈先增后降的趨勢(shì)。迎風(fēng)坡土壤活性有機(jī)碳含量明顯高于背風(fēng)坡，這是因?yàn)樗殖渥悖庹蛰^好，植被繁茂，土壤生物積累加強(qiáng)，背風(fēng)坡則水熱條件相反，土壤生物累積作用弱。將山地區(qū)土壤樣點(diǎn)按坡向分為了東、北、西、南共4類。由圖5可知，土壤溶解性有機(jī)碳含量與坡向達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，南坡(25.40mg/kg)顯著低于北坡(78.70mg/kg)、西坡(64.04mg/kg)和東坡(51.79mg/kg)(P<0.01)。這主要是北坡為陰坡，坡面光照較少，溫度較低，土壤的水分含量較高，土壤微生物活性較低，使得表層土壤的枯枝落葉分解較慢，有利于土壤有機(jī)碳的累積，也使土壤有機(jī)碳中的那部分可溶性的活性碳的分解轉(zhuǎn)化速度降低，從而土壤的DOC含量較高。而南坡為陽坡，光照較多，土壤溫度相對(duì)較高，土壤水分較少，微生物活性較強(qiáng)，不利于有機(jī)碳的累積，所以DOC含量較低。

圖5 土壤溶解性有機(jī)碳含量與坡向的關(guān)系

3 結(jié)論

鹽源縣山地區(qū)土壤溶解性有機(jī)碳含量為53.59±36.90mg/kg，占有機(jī)碳總含量的0.19%，總有機(jī)碳含量為33.09±21.25g/kg。土壤溶解性有機(jī)碳含量在不同土壤類型間含量差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，其中草甸土和褐土極顯著高于棕色針葉林土(P<0.01)，而與棕壤、亞高山草甸土以及高山草甸土差異不顯著(P>0.05)。不同土地利用方式對(duì)鹽源縣山地區(qū)土壤溶解性有機(jī)碳含量影響顯著(P=<0.01)，其中灌草地極顯著低于林地(P<0.01)和顯著高于灌木林地(P<0.05)，而與草地差異不顯著(P>0.05)；不同植被對(duì)大雪山山區(qū)土壤溶解性有機(jī)碳含量影響顯著(P<0.01)，其中針葉林和高山灌叢顯著低于針闊混交林(P<0.01)并且顯著高于灌木林(24.20mg/kg)(P<0.01)和高山草甸(P>0.05)，而與高山荒草差異不顯著(P>0.05)；不同海拔高度對(duì)大雪山山區(qū)土壤溶解性有機(jī)碳含量影響顯著(P<0.01)，其中土壤溶解性有機(jī)碳含量隨著海拔升高表現(xiàn)出減少的變化趨勢(shì)，海拔<2600m區(qū)域顯著高于海拔2600～3600m區(qū)域、3600～4000m區(qū)域和海拔>4000m(P<0.01)；不同坡向?qū)}源縣山地區(qū)土壤溶解性有機(jī)碳含量影響顯著(P<0.01)，其中南坡顯著低于北坡、西坡和東坡(P<0.01)。