高寒區季節性凍土土壤有機碳含量及團聚體分布特征

黃莎琳 喻武 丁宇浩 王君惠

(西藏農牧學院資源與環境學院/高寒水土保持研究中心，西藏 林芝 860000)

土壤團聚體是土壤結構中最基本的單元，其是土壤的重要組成部分，是土壤肥力的物質基礎，對土壤許多理化性質和生物學性質都有重要的影響。土壤有機碳含量(SOC)是土壤肥力的指標之一，對維持土壤養分含量和有效性、促進土壤結構和土壤孔隙系統的形成和穩定具有重要作用[1]。Eliott等已經證明，與大團聚體有關的有機碳比微聚體中的有機碳更容易礦化[2]。Christensen認為，影響土壤團聚體的所有因素都會影響土壤碳含量[3]。馬和平等研究色季拉山北坡表層土壤有機碳的垂直分布特征[4]，結果表明，土壤總有機碳含量隨海拔增高呈上升趨勢。綜上，土壤固碳主要以團聚體為載體進行，有機碳的轉化貫穿于團聚體的形成、穩定和周轉過程。

世界氣候變遷對未來自然環境的影響一直是中外學術界非常關心的熱點問題，而土壤有機碳庫是陸地生態系統碳庫的主要組成部分，在碳循環過程中起到了主要作用[7]。青藏高原對全球氣候變化最為敏感，凍土土壤有機碳儲量占全球土壤有機碳儲量的2.5%。凍土退化已導致土壤碳排放速率增加，氣候變暖很有可能會加快生物過程和生態系統的擾動進而加速碳循環，影響著全球碳循環和氣候變化[8-10]。因此對青藏高原季節性凍土土壤團聚體及有機碳的相關研究具有非常重要的意義。色季拉山位于青藏高原東南部，具有獨特的自然環境。目前，關于色季拉山境內土壤有機碳含量的報道較多，但大多數研究側重于團聚體在不同條件下的穩定機制和變化。因此，本文以藏東南色季拉山季節性凍土為研究對象，研究了不同植被帶土壤有機碳含量和團聚體分布，為評價高寒土壤碳源/匯、土壤肥力和土壤抗侵蝕能力提供參考數據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

2020年8月在藏東南色季拉山季節性凍土區沿不同的植被帶隨機布設6個典型樣方，按照5點采樣法來采集土樣，并分0～20cm，20～40cm和40～60cm 3個土層。在每一層取3個環刀(100cm3)土樣，以測定物理性質；原狀土300g左右，以測定土壤團聚體以及SOC，各采樣點基本情況見表1。主要植被類型包括急尖長苞冷杉林(Abiesgeorgeivar.smithii)(AF)，低矮疏林和多種杜鵑(Rhododendron spp.)組成的高山灌叢(SRF)，最高處為高山草甸(AM)。

表1 各采樣點基本情況表

1.2 測定方法

將原狀土掰成約1cm的小土塊，并去除植物根系和小石子等，自然狀態風干后，采用沙維諾夫法干篩和濕篩法[11]測定土壤各級粒徑含量。

SOC的測定采用重鉻酸鉀K2Cr2O7外加熱氧化-亞鐵滴定法(GB 9834-88)；參考林業行業標準《森林土壤分析方法》測定和計算物理性質。采用Van Bavel[12]提出的公式計算水穩性團聚體平均重量直徑(MWD)，用其(表示為MMWD)來描述團聚體[13]的穩定性：

1.3 數據統計

數據初步整理使用Excel，繪圖使用Origin 9.0軟件。采用SPSS 26.0進行不同樣點的方差分析，均值的多重比較采用LSD檢驗。

2 結果與分析

2.1 土壤團聚體的分布

AF土壤中>5mm團聚體在各土層中所占比例最大，分別為56.57%、69.53%和75.32%，說明AF土壤大小對土壤團聚體結構起主導作用。2～5mm粒含量分別占21.18%、14.91%和8.65%；0.25～0.5mm含量分別為3.88%、2.58%和1.93%。SRF和AM團聚體的粒徑分布也表現出相似的分布特征。隨土層深度的增加各粒徑所占比例基本先減小后增大再減小。0～20cm土層中<1mm團聚體的比例低于AF和SRF，而20～40cm土層中<5mm團聚體的比例高于AF和SRF。這表明色季拉山山頂20～40cm土層土壤團聚體的數量多，而0～20cm和40～60cm的數量較少。

2.2 土壤團聚體中平均重量直徑的變化

土壤團聚體平均重量直徑(MWD)通常用來反映土壤團聚體的穩定性[14]。一般來說，該值越大，土壤團聚體的穩定性越強，土壤抗侵蝕性越強[15,16]。由圖1可知，色季拉山季節性凍土土壤團聚體主要分布在0～20cm、20～40cm和40～60cm 3個土層，AF各土層MWD分別為0.68mm、1.35mm和1.74mm，隨土層深度的增加而逐漸增大，且差異明顯。而SRF和AM的MWD在3個土層間的差異不明顯，0～20cm和20～40cm土層中差異分別為0.07mm和0.34mm，20～40cm和40～60cm差異分別為0.25mm和0.27mm。區域內AF林下的凋落物以及腐殖質層較厚，表土相對疏松，但藏東南高強度的降雨對土壤有較強的壓實作用，因此MWD高于AM，低于SRF。SRF以草本植物為主，根系主要集中在土壤表層，對下層土壤影響較小，因此上下土層MWD值差異較小。

圖1 不同植被帶土壤團聚體平均重量直徑的變化

2.3 土壤團聚體中有機碳含量分布特征

由表2可知，AF、SRF和AM 0～20cm土層各個粒徑團聚體有機碳含量基本高于20～40cm和40～60cm，且土壤中各粒級團聚體的有機碳含量隨土層深度的增加呈現降低的趨勢。SRF和AM團聚體SOC最高的均為<0.25mm粒級，AF 0～20cm土層團聚體SOC高于SRF,而在20～40cm和40～60cm土層，<0.25mm粒級的團聚體SOC低于SRF。AF 0～20cm土層0.25～0.5mm粒級團聚體SOC最高，為27.05g·kg-1，20～40cm土層<0.25mm粒級團聚體SOC最高,為16.68g·kg-1，40～60cm土層>5mm粒級團聚體SOC最高,為12.83g·kg-1。3種植被類型在0～20cm土層中，>5mm粒級的團聚體SOC差異最大，且隨著團聚體粒級的增大，差異逐漸減小。由此可見，不同植被帶團聚體SOC對植被類型變化的響應較為敏感。

表2 不同粒徑土壤團聚體的有機碳含量

3 結論

AF、SRF和AM在0～20cm、20～40cm和40～60cm 3個土層土壤各粒級團聚體均以>5mm和2～5mm為主。不同土層深度中各粒徑所占的比例，基本上是先減小再增大最后減小的變化趨勢。

AF土壤團聚體在0～20cm、20～40cm和40～60cm 3個土層MWD隨土層深度的增加而逐漸增大，且差異明顯。

AF、SRF和AM在0～20cm土層中各粒級團聚體有機碳含量基本高于20～40cm和40～60cm。