碎屑巖區不同土地利用土壤溶解有機碳剖面分布

摘要：選取碎屑巖紅壤區三種主要土地利用類型林地、灌草叢、果園，挖掘典型剖面，并測定土壤溶解有機碳和基本理化性質，了解碎屑巖紅壤溶解有機碳剖面分布對土壤理化性質的影響。結果表明，不同土地利用類型的溶解有機碳含量比較，林地>灌草叢>果園，林地與灌草叢無顯著差異，但都與果園呈顯著差異。不同土地利用方式土壤理化性質剖面分布比較：有機質、全氮和全磷的含量均為林地>灌草叢>果園；pH為果園>灌草叢>林地；黏粒（<0.002 mm）百分比為林地>灌草叢>果園。通過Pearson相關分析，溶解有機碳與有機質、全氮、全磷及黏粒（<0.002 mm）呈正相關關系，而與pH及容重呈負相關關系，其相關性均達到極顯著水平。

關鍵詞：碎屑巖紅壤；溶解有機碳；不同土地利用

中圖分類號：S153.6；S154.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）02-0310-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.02.010

土壤溶解有機碳（DOC）在一定的時空條件下受植物和微生物影響強烈，具有一定溶解性，在土壤中移動比較快、不穩定、易氧化、易分解、易礦化。研究表明，土壤DOC是陸地生態系統中極為活躍的有機組分，是土壤圈層與相關圈層發生物質交換的重要形式。由于土壤DOC在陸地生態過程中的作用，使其成為陸地生態系統中碳遷移研究中的熱點，已經滲透于全球碳循環研究的各個領域[1-3]。

土壤理化性質如土壤pH、鹽分及土壤質地等因素通過改變土壤中微生物的活性、有機碳質量及土壤中的物理吸附和化學反應等過程而顯著影響土壤DOC的含量。土壤pH被認為是土壤的主要變量，對于土壤的許多作用過程都有很大的影響[4]。Clark等[5]提出pH和土壤養分可以通過影響土壤DOC的溶解度間接地對其產生作用。而土壤含鹽量則能夠決定地表不同植被類型的空間分布狀況，從而間接地驅動著土壤DOC動態變化。

碎屑巖紅壤屬于地帶性土壤，本研究以桂林巖溶試驗場中泥盆統下部的含鐵砂巖構成的碎屑巖區為例，探討不同土地利用方式土壤DOC剖面分布及理化性質影響。研究結果可為深入探討地帶性紅壤碳循環提供數據基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區域

廣西桂林潮田鄉屬中亞熱帶濕潤季風氣候，氣候溫和，雨量充沛，每年7～8月氣溫最高，4～7月雨水最多，降雨量占全年的40%。據桂林市氣象臺32年的觀測資料，多年平均降雨量為1 915.2 mm，多年平均水面蒸發量為1 378.3 mm，年平均氣溫為18 ℃。研究區的地質背景為由中泥盆統下部的含鐵砂巖構成的碎屑巖區。

1.2 樣品采集

2013年7月，分別選取碎屑巖區林地、灌草叢、果園三種主要土地利用類型，挖掘典型剖面，分層采集土樣，每個剖面劃分6個土層，分別是0～10 cm， 10～20 cm，20～30 cm，30～50 cm，50～70 cm，70～90 cm， 帶回實驗室測定土壤總有機碳、溶解有機碳、全氮、全磷等理化性質。

1.3 試驗方法

土壤總有機碳采用高溫外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法。溶解有機碳測定步驟如下：新鮮土壤用0.5 mol/L K2SO4溶液按土水比為1∶5浸提30 min，離心過濾，濾液經0.45 μm微孔濾膜抽氣過濾，然后用德國耶拿的Mmulti N/C 3100 分析儀測定，結果用碳量表示。土壤顆粒組成采用的是吸管法，土壤pH、容重、有機質、全磷、全氮等采用常規理化性質方法測定。碎屑巖紅壤剖面的理化性質見表1。

1.4 數據分析

采用Excel軟件對數據進行基本處理，采用SPSS軟件進行相關系數分析。

2 結果與分析

2.1 土壤溶解有機碳含量剖面分布

不同土地利用方式下土壤DOC含量的剖面分布如圖1所示。由圖1可知，從剖面分布趨勢來看，林地土壤DOC與灌草叢剖面分布趨勢相似，即林地與灌草叢土壤隨著剖面深度加深，溶解有機碳含量先降低后升高再下降。從不同土地利用相同剖面深度來看，林地淺層土壤DOC含量與灌草叢及果園差異較大，即林地0～10 cm深度DOC含量為728.50 mg/kg，是灌草叢土壤的1.58倍，果園土壤的2.21倍；林地10～20 cm深度DOC含量為701.75 mg/kg，是灌草叢土壤的1.59倍，果園土壤的1.95倍。隨著土壤深度的增加，三種利用方式DOC含量趨于一致，特別是底層70～90 cm，三者含量相差不大。

從利用方式來看，林地溶解性有機碳含量最大（均值為599.00 mg/kg），灌草叢次之，果園最小（均值為330.25 mg/kg），即溶解有機碳含量林地>灌草叢>果園。對三種利用方式進行單因素方差分析，結果表明，林地與灌草叢無顯著差異，但均與果園呈顯著差異（表2）。

2.2 碎屑巖紅壤不同土地利用方式土壤理化性質剖面分布

林地土壤有機質含量最高，0～10 cm深度可達89.98 g/kg；灌草叢土壤有機質含量在20～30 cm深度含量較高；而果園土壤有機質含量較低，30～50 cm深度含量最低，僅為33.85 g/kg。總體來看，有機質含量林地>灌草叢>果園。

林地土壤全氮含量最高，0～10 cm深度全氮含量可達2.65 g/kg；灌草叢與果園土壤各土層全氮含量差別不大。灌草叢土壤70～90 cm深度全氮含量最低，僅為0.97 g/kg；果園土壤20～30 cm深度含氮量最低，僅為0.84 g/kg。總體來看，全氮含量排序為林地>灌草叢>果園。林地土壤全磷含量最高，總體來看，全磷含量排序為林地>灌草叢>果園。

碎屑巖紅壤三種利用方式土壤pH均為酸性，總體來看，土壤pH排序為果園>灌草叢>林地。土壤容重方面，林地土壤容重隨著剖面深度加深而逐漸增大，表層容重最低為0.99 g/cm3，最高為1.15 g/cm3。總體來看，容重排序為果園>灌草叢>林地。土壤黏粒方面，林地黏粒含量在剖面分布上較均一，平均值為56.70%；灌草叢土壤細顆粒隨著剖面深度加深而逐漸增加而后降低；果園土壤黏粒隨著剖面深度加深而逐漸增加，剖面深度0～10 cm處最小。總體來看，黏粒百分比排序為林地>灌草叢>果園。

2.3 溶解有機碳與土壤理化性質關系分析

Pearson相關分析表明，碎屑巖區土壤中的DOC含量與土壤有機質、全氮、全磷含量與黏離百分比之間存在極顯著的正相關關系，相關系數分別為0.633、0.750、0.784和0.658；與土壤pH和容重呈極顯著負相關關系，相關系數分別為-0.850和 -0.859（表3）。

3 小結與討論

本研究結果表明，溶解有機碳含量林地>灌草叢>果園，林地與灌草叢無顯著差異，但均與果園呈顯著差異。不同土地利用方式土壤理化性質剖面分布：有機質含量，全氮，全磷，黏粒的排序均為林地>灌草叢>果園，pH的排序為為果園>灌草叢>林地。通過相關性分析，溶解有機碳與有機質、全氮、全磷及黏粒百分比（<0.002 mm）呈正相關關系，而與pH及容重呈負相關關系，其相關性均達到極顯著水平。

不同的學者對土壤DOC的主要來源有不同的看法，Mcdowell等[6]認為DOC主要來源于淋溶的有機質和微生物分解的有機質；Kalbitz等[7]則認為，土壤中DOC主要來源于近期的植物枯枝落葉和土壤有機質中的腐殖質，而不是有機質和微生物分解；Qualls等[8]和李淑芬等[9]認為，在落葉林生態系統中DOC含量的增加主要是源于上層的森林覆被層。藍家程等[10]的研究結果與本試驗結果基本一致，原因可能是林地較其他土地利用方式含有更多的枯枝落葉，且林地根系分泌物較多，微生物活性更強；而灌草叢較果園DOC含量高，可能是灌草叢比果園土壤腐殖質含量更高，而果園由于人為因素影響，如土壤擾動，微生物群落改變，導致土壤DOC含量減少。

土壤DOC是土壤活性有機質，容易被土壤微生物分解，在提供土壤養分方面起著重要的作用[11]。本研究結果表明，土壤DOC與土壤養分密切相關，如與有機質、全氮、全磷等達到極顯著正相關，與藍家程等[10]研究結果基本一致。說明土壤DOC與土壤養分有較強的相互影響作用，其含量大小可以反映土壤養分循環和供應狀況，可以作為巖溶區土壤肥力變化的指標。然而，土壤DOC與物理性質如容重呈負相關關系，這與蘇冬雪等[12]的研究結果基本一致；關于土壤DOC與pH之間的相關關系，不同的學者有不同的看法，如Guggenberger等[13]報道在灰化土礦質土層的固態階段溶解有機碳移動與pH呈負相關，李淑芬等[14]研究南方森林土壤DOC與pH之間的關系及陶曉等[15]研究的合肥市不同綠地類型土壤DOC與pH也得到相同的結論。而Hajnos等[16]研究表明有機土壤溶解有機碳質量分數與pH呈正相關，本研究中，土壤DOC與pH呈極顯著負相關，與Guggenberger等[13]的研究結果一致。

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