贛南不同植被覆蓋下紅壤有機碳剖面分布特征

黃艷　徐祥明　冷雄等

摘要：為探明贛南地區紅壤有機碳的垂直分布規律，采用野外取樣法，研究贛南地區3種不同母質（花崗巖、紅砂巖以及第四紀紅土）在不同植被覆蓋下的紅壤總有機碳剖面分布規律。結果表明：紅壤總有機碳含量基本隨著土層深度的增加而降低，但各土層下降幅度不同：在20 cm處，土樣的下降幅度為41%～65%；在40 cm處，土樣下降幅度為20%～36%。不同母質發育紅壤有機碳比較結果顯示，第四紀紅土發育紅壤總有機碳含量最低。與林下裸地比較，灌草地與林草地剖面土壤有機碳含量均有提高。植被覆蓋率對有機碳分布的影響表現為：植被覆蓋率越高，有機碳含量也越高。

關鍵詞：贛南；紅壤；植被覆蓋；總有機碳；剖面分布；成土母質；土層深度

中圖分類號： S154.1文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）11-0445-03

收稿日期：2014-10-28

基金項目：國家自然科學基金（編號：41301226）；江西省自然科學基金（編號：20132BAB213020）；江西省教育廳青年科學基金（編號：GJJ13645）；巖溶動力學重點實驗室開放基金（編號：KDL2012-06、201306）。

作者簡介：黃艷（1991—），女，江西萍鄉人，碩士研究生，研究方向為生態環境與“3S”技術。E-mail：hygnnu@163.com。

通信作者：徐祥明，博士，碩士生導師。E-mail：xmingx2007@163.com。土壤有機碳（SOC）在全球碳循環中起關鍵作用，它是地球表層系統中最大且最具活動性的生態系統碳庫之一，對土壤質量和氣候變化都具有重大的影響[1-2]。全球約有1 500 Pg碳是以有機質形態儲存于地球土壤中[3]。近年來，國內學者對不同土地植被類型的土壤有機碳的垂直剖面分布特征以及影響因素極為關注，并開展了大量的研究工作。方晰等對杉木人工林的土壤有機碳的分布進行研究，結果表明，杉木人工林土壤有機碳質量分數隨著土壤深度的增加而下降[4]；范永剛等以巴音布魯克主要草地類型為研究對象，分析不同草地類型的有機碳含量的垂直分布特征，結果表明，有機碳含量從大到小依次為高山沼澤化草甸>高寒草甸>高山草原化草甸>高山草原[5]；楊曉梅等研究了不同林草地土壤有機碳的垂直分布特征，結果表明，SOC含量從大到小依次為柴松林>遼東櫟林>油松林[6]。有研究表明，自然因素如氣候、土壤和植被特征因子都與0～20、20～40、40～60 cm土層土壤有機碳含量顯著相關，都對土壤有機碳含量有影響。影響土壤有機碳的關鍵因素隨土壤深度不同而有所不同，其中影響0～20 cm土層有機碳的主要因素為植被蓋度，20～40 cm 土層為草地生產力，40～60 cm土層為土壤黏粉粒含量；其他影響因素如年均溫度和土壤特性主要通過影響植被蓋度和草地生產力來影響土壤有機碳含量[7]。

紅壤是贛南地區主要的土壤類型，可在多種母質中發育形成。紅壤有機碳儲量的分布在不同植被類型存在差異。本研究以贛南地區不同植被覆蓋下的紅壤為對象，設置花崗巖、紅砂巖、第四紀紅土3種母質發育的紅壤，每種母質各設置林下裸地、灌草地、林草地3種不同的植被覆蓋，以林下裸地為參照，分析不同植被覆蓋對有機碳垂直分布的影響，并分析其分布規律，為土壤有機碳儲量等研究提供基礎數據，為贛南地區的植被恢復提供理論依據。

1材料與方法

1.1研究區概況及樣品采集

研究區位于江西省贛州市，此區域屬亞熱帶季風性濕潤氣候。此處夏季炎熱，降水量充沛，冬季寒冷，四季分明，年均降水量達到1 500 mm左右。樣地海拔不高，土壤母質多種多樣，主要有花崗巖、紅砂巖和第四紀紅土等。本研究分別以3種不同母質（花崗巖、紅砂巖和第四紀紅土）和不同植被覆蓋（林下裸地、灌草叢、林草地）的紅壤為研究對象（表1）。

2.2土壤總有機碳含量的測定

土壤總有機碳含量采用重鉻酸鉀-外加熱容量法測定[8]。

2.3土壤總有機碳含量的計算[8]

式中：O.M表示土壤總有機碳的質量分數，%；c表示重鉻酸鉀（1/6 K2Cr2O7）標準溶液的濃度，mol/L；V1表示加入重鉻酸鉀標準溶液體積，mL；V0表示空白標定用去硫酸亞鐵溶液體積，mL；V表示滴定土樣用去硫酸亞鐵溶液體積，mL；M表示1/4碳的摩爾質量，M（1/4C）=3 g/mol；1.08表示氧化校正系數；m表示風干土樣質量，g。

2結果與分析

2.1不同植被覆蓋紅壤總有機碳剖面分布

2.1.1花崗巖發育的紅壤總有機碳剖面分布從圖1可以看出，在整個垂直剖面上花崗巖紅壤總有機碳含量均呈現出隨土壤深度的增加逐漸遞減的趨勢，這與許多學者的研究結果[9-12]相似。表層土的總有機碳含量最高， 林草地和灌草叢表1樣地采集信息母質采樣地點土地利用方式植被覆蓋率

4.834.1贛州章貢區灌草叢20喬木：馬尾松；灌草叢：狗牙根、蜈蚣草、牛筋草、雀稗0～20

20～404.901.2贛州章貢區林下裸地8喬木：馬尾松；灌草叢：早熟禾、雀稗0～204.820.5

表層土各自占整個垂直剖面的50%。在0～20 cm的土層內，林草地的總有機碳含量是灌草叢的1.45倍；在40～60 cm的土層內，林草地總有機碳含量低于灌草叢。整體而言，林下裸地含量最低。3種不同植被覆蓋下的總有機碳含量存在差異的主要原因為植被覆蓋度，即林草地的植被覆蓋度達85%，灌草叢為50%，林下裸地為0，植被覆蓋度越高，地表的枯枝落葉越多，轉化為表層土的有機質含量也就越高。

2.1.2紅砂巖發育的紅壤總有機碳剖面分布從圖2可以看出，紅砂巖發育的紅壤總有機碳整體上從大到小依次為灌草叢>林草地>林下裸地。在0～20 cm內，灌草叢總有機碳含量是林下裸地、林草地的4.5、1.4倍。無論是灌草叢還是林草地，在整個垂直剖面上的總有機碳含量都隨土層深度的增加而逐漸遞減。不同植被類型的土壤有機碳含量的分布差異與植被類型、氣候特點以及土壤性質有關[13]。

2.1.3第四紀紅土發育的紅壤總有機碳剖面分布由圖3可以看出，在整個垂直剖面上，林草地的總有機碳含量是最高的。第四紀紅土總有機碳分布規律為林草地>灌草叢>林下裸地。可能是因為植被覆蓋率的原因，林草地植被覆蓋率達60%，灌草叢植被覆蓋率為20%，林下裸地為8%，說明植被覆蓋率越高，總有機碳含量越高。可見，植被覆蓋率對總有機碳的分布是有影響的。

2.2不同母質發育的紅壤總有機碳剖面分布

圖4表明，不同母質在同一植被覆蓋條件下所表現出的總有機碳垂直分布規律是不同的。灌草叢和林下裸地的總有機碳含量整體上分布規律表現一致，即紅砂巖>花崗巖>第四紀紅土；林草地總有機碳含量表現為花崗巖>紅砂巖>第四紀紅土。可見，總有機碳含量最少的是第四紀紅土。紅砂巖和花崗巖并未表現出明顯的規律性。影響總有機碳分布的原因可能與植被覆蓋率有關，灌草叢和林下裸地的植被覆蓋率均為紅砂巖>花崗巖>第四紀紅土，而在林草地植被條件下，花崗巖母質植被覆蓋率達85%，而花崗巖為60%，可見植被覆蓋率是影響有機碳分布的主要因素。

3討論

渠開躍等研究了遼東山區不同林型土壤有機碳的剖面分布，結果表明各種土壤有機碳剖面分布規律一致，均為表層>亞表層>底層[14]，與本研究結果一致。不同植被覆蓋下的紅壤有機碳含量隨著土層深度的增加逐漸遞減，且遞減趨勢略有不同，總體上大致呈現出“隨土層深度的增加，下降幅度遞減”的趨勢。

本試驗還探討了植被覆蓋度對總有機碳分布的影響。土壤植被覆蓋對總有機碳含量的影響一方面體現在成土母質有所差異，另一方面表現在土壤自身的理化性質上[15]。研究區各樣地所屬植被覆蓋類型主要是林草地、灌草叢和林下裸地。不同植被覆蓋下的土壤有機碳含量總體上表現為林下裸地最低。李龍波等研究發現，不同植被覆蓋條件下有機碳含量變化規律為闊葉林草地>針葉林草地>灌木林草地>草地>荒地[13]。本試驗研究了植被覆蓋率與總有機碳含量之間的關系，結果發現植被覆蓋率越高，有機質含量越高。

本試驗還研究了在母質和植被覆蓋條件共同作用下總有機碳分布的規律：在相同母質不同植被覆蓋條件下，花崗巖以及第四紀紅土的植被覆蓋率表現為林草地>灌草叢>林下裸地，總有機碳含量也表現出相應的一致性；紅砂巖植被覆蓋率表現為灌草叢>林草地>林下裸地，總有機碳分布情況也表現出相應的規律性。可見，土壤總有機碳含量與植被覆蓋度之間存在緊密的聯系，且兩者之間表現出一定的規律性，即植被覆蓋率越高，總有機碳含量也越高。

4結論

紅壤總有機碳在整個垂直剖面上均呈現出隨土壤深度的增加逐漸遞減的趨勢。不同母質總有機碳分布有所不同，整體上來看，第四紀紅土的總有機碳含量最少，紅砂巖與花崗巖的總有機碳含量在不同植被覆蓋條件下略有不同，在同一植被覆蓋類型（林草地）中，花崗巖高于紅砂巖，在灌草地和林下裸地中，紅砂巖高于花崗巖。可見，母質并不是影響有機碳分布的唯一因素。

不同植被覆蓋條件下，不同土層總有機碳含量的變幅不同，在20 cm深處，林草地的總有機碳含量下降最快，下降幅度介于41%～65%之間；其次是灌草地，下降幅度介于28%～43%之間。土層深度越大，總有機碳含量下降的幅度越小。由此可見，植被會影響總有機碳的分布。總有機碳的分布與植被覆蓋率關系密切，表現為植被覆蓋率越高，紅壤總有機碳含量越高。

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