三峽庫區馬尾松林土壤鐵、鋁對有機碳的影響

李 一,林敦梅,魏 培,鄒 翠,趙 洋,沈 蓉,蔡肖凌,王塵辰,朱廣宇,郭勁松(重慶大學三峽庫區生態環境教育部重點實驗室,重慶 400044)

土壤碳儲量(～1550Gt)約為大氣碳庫的兩倍、植被碳庫的三倍[1],其發生微小擾動都會對區域碳通量以及全球氣候變化產生顯著影響[2].土壤有機碳分解釋放二氧化碳(CO2)的速率受其分子結構的生化抗性、團聚體的空間隔離和土壤礦物的化學保護等穩定機制的調控[3-4].近來研究表明有機碳分子結構的生化抗性對分解生物而言是相對而非絕對的,且僅在分解早期和活性表層土壤中起作用[5],而土壤鐵、鋁礦物在有機碳穩定累積中發揮著“捕獲”有機碳并形成“銹匯”的重要作用,是影響有機碳在土壤中長期固持的關鍵因素[6].因此,開展鐵、鋁礦物對土壤有機碳穩定的研究對于氣候變化下土壤固碳增匯功能的提升具有重要意義.

鐵和鋁是地殼中含量第三和第四豐富的元素,二者具有高活性的表面性質,對土壤有機碳穩定發揮著至關重要的作用[7].鐵、鋁礦物在土壤中存在多種賦存形態,從溶解的Fe3+和Al3+、弱結晶的水鐵礦到結晶度極高的針鐵礦和三水鋁石,都能通過分子相互作用穩定土壤有機碳[7-8].溶解性Fe3+和Al3+可以與有機配體締合形成有機金屬絡合物[9];而固相鐵、鋁氧化物、氫氧化物和水化物是(植物或微生物來源)溶解性有機碳最有效的吸附劑之一[10],其表面羥基和有機羧基官能團結合形成有機礦物復合物可以阻止有機碳礦化,免受微生物酶攻擊[11].有機碳與土壤礦物發生初始結合后,土壤結構條件如團聚體形成、水體流動路徑變化等,可以進一步將有機碳與微生物和酶進行劃分隔離,并限制氧氣的擴散,從而保護土壤有機碳免受分解[12-13].以上特征導致礦物結合有機碳的周轉時間比顆粒有機碳的周轉時間更長[14].最新研究發現,短程有序鐵、鋁礦物豐度與土壤有機碳含量和平均停留時間直接相關[15-16],表明短程有序礦物可能是驅動土壤有機碳穩定和累積的關鍵因素.但由于受到氣候、地形和土壤類型等因素的影響[2-3],不同形態鐵、鋁礦物對有機碳穩定的相對貢獻存在爭議.低結晶度礦物和金屬絡合物、短程有序礦物和未被提取鐵礦物都被證明是驅動土壤有機碳穩定的關鍵礦物因素[5,14,17].然而,亞熱帶馬尾松林土壤不同形態鐵、鋁礦物對有機碳穩定的影響尚未明確.

森林土壤有機碳庫約占全球土壤有機碳庫的40%[18],明確土壤有機碳在森林系統中的穩定機制對于森林四庫建設具有重要意義.馬尾松(Pinus massoniana)是中國亞熱帶地區最重要的造林先鋒樹種,其分布面積位居三峽庫區針葉林面積首位[19].但由于單一的林分結構和長期粗放的管理經營模式,使得馬尾松林存在生態系統脆弱、土壤肥力衰退和生產力下降等問題,從而影響土壤有機碳的輸入和分解過程[20-21].因此,開展馬尾松林土壤有機碳穩定機制研究具有重要意義.盡管已有學者從凋落物輸入和植被恢復等角度對馬尾松林土壤有機碳庫進行了相關研究[21-22],但是有關鐵、鋁礦物對馬尾松林土壤有機碳穩定的影響還鮮有報道.此外,土壤質地作為有機碳周轉模型中的重要預測因子[23-24],與鐵、鋁礦物含量及其賦存形態密切相關,但土壤的質地類型對有機碳礦物保護機制的影響仍不清楚.因此,本研究以三峽庫區典型土壤質地類型的馬尾松林為研究對象,采用選擇性溶解提取法測定土壤中不同形態鐵、鋁礦物及其結合有機碳的含量,探究不同形態鐵、鋁礦物對土壤有機碳的貢獻和影響,以期為評價和提升三峽庫區馬尾松林土壤固碳增匯功能提供理論依據.

1 材料與方法

1.1 研究區概況

重慶市主城“四山”包括縉云山、中梁山、銅鑼山和明月山,坐標106°14′36"～106°59′58"E,29°7′45"～30°7′22"N(圖1).該區域地處三峽庫區長江上游,屬典型亞熱帶季風性濕潤氣候區,年平均氣溫為16～18℃,年平均降雨量為1000～1350mm,主要集中在4～9月,無霜期300d 以上.研究區內土壤類型以脫硅富鋁化作用及鐵、鋁氧化物水化形成的黃壤和黃棕壤為主[25].“四山”平均海拔為500～1000m,森林類型包括自然殘存、次生恢復和人工種植的常綠闊葉林、馬尾松林(Pinus massoniana)、杉木林(Cunninghamia lanceolata)、柏木林(Cupressus funebris)和多種針闊混交林[25].林下植被有山茶(Camellia japonica)、毛葉木姜子(Litsea mollis)、檵木(Loropetalum chinense)和毛桐(Mallotus japonicus)等.

圖1 研究區及馬尾松林樣地位置Fig.1 Location of the study area and Pinus massoniana forest sample sites

1.2 樣地建設與樣品采集

2020年9～12月,在 “四山”地區通過實地調查的方式選擇了22 個具有代表性的馬尾松林建立20m×20m 的長期樣地,并記錄各樣地的地理位置以及地上植被信息.基于前期馬尾松林樣地設置及調查結果[25],22 個馬尾松林的土壤類型均為黃壤土,其質地類型可分為壤質砂土(LS,n=2)、砂質黏壤土(SCL,n=7)、黏質壤土(CL,n=11)和黏質土(CY,n=2)四種,且在研究區內呈隨機分布.在盡量排除海拔、地形、林下植被等因素的影響后,對四種不同質地類型土壤的馬尾松林分別設置2 個重復樣地,共計8 個樣地進行土壤樣品采集,研究區及馬尾松林樣地位置分布見圖1.

2021年7月在上述8 個馬尾松林樣地內進行植被調查和土樣采集.在每個樣地內,對高度超過1.3m的馬尾松進行掛牌并測量胸徑.然后,按照“S”形取樣法選取3 個取樣點,各取樣點間距在5m 以上.采樣時,先去除地表凋落物層,再用內徑為32mm 土鉆在每個取樣點附近收集10 鉆0～10cm 的表層土壤置于同一個無菌自封袋混合,盡快帶回實驗室.在實驗室內,剔除新鮮土壤樣品中的石礫、根系等雜質并置于通風處自然風干,研磨后分別過10 目和100 目篩.通過10 目篩的樣品用于分析土壤pH 值和鐵、鋁礦物及結合有機碳;通過100 目篩的樣品用于分析土壤有機碳.

1.3 樣品分析

土壤pH 值采用電位法測定,土水比為1:2.5(w/V).土壤機械組成,即黏粒、粉粒和砂粒占比采用粒徑分析儀(Masterizer 2000,Malvern Instruments Ltd.,UK)測定.由于馬尾松林土壤酸性強度高,在測定土壤有機碳時未進行去除無機碳的預處理,直接采用元素分析儀(Flash2000Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham,MA,USA)測定土壤有機碳含量.樣地土壤基本理化性質及植被信息見表1.

表1 馬尾松林土壤理化性質及植被信息Table 1 Soil physicochemical properties and vegetation information of Pinus massoniana forests

參照文獻[3,8,14]所改進的選擇性溶解提取法對土壤不同形態鐵、鋁礦物及結合有機碳進行提取和測定.土壤晶質鐵、鋁氧化物、氫氧化物和水化物等采用連二亞硫酸鈉-鹽酸(DH)試劑提取.用完全無機的DH 試劑代替傳統連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-碳酸氫鈉(DCB)試劑[26]進行提取不會引入新的碳源,便于直接定量提取液中溶解性有機碳含量.操作方法:稱取0.5g 土壤樣品置于50mL 離心管內,加入57.4mmol/L 的連二亞硫酸鈉溶液(pH=3～4)30mL,震蕩16h 后以5000r/min 的轉速離心2h,提取上清液并使用0.22 μm 的尼龍濾膜進行過濾;然后用30mL濃度為0.05mol/L 的HCl 溶液沖洗上述樣品,再次進行震蕩、離心和過濾的步驟,最后將連二亞硫酸鈉的濾液與HCl 的濾液合并.

非晶質和短程有序鐵、鋁礦物采用鹽酸羥胺(HH)試劑提取.研究指出HH 提取結果與傳統草酸銨(Oxalate)試劑[26]提取獲得的結果非常接近,因此HH被認為是能有效代替草酸銨的無機試劑[27].操作方法:稱取0.5g 土壤樣品置于50mL 離心管內,加入0.25mol/L 的羥胺溶液和HCl 溶液的混合溶液(pH=3)30mL,進行上述的震蕩、離心和過濾的步驟.

有機金屬絡合物中鐵、鋁含量采用焦磷酸鈉(PP)試劑提取.強堿的PP 試劑能與Fe3+和Al3+強烈結合,從而用于提取絡合物中金屬組分[8].但有研究指出PP 試劑從有機金屬絡合物中溶解鐵、鋁的同時促進了氧化鐵、鋁膠體的膠溶和分散作用[28].因此,需要謹慎的解釋PP試劑的提取結果.操作方法:稱取0.5g 土壤樣品置于50mL 離心管內,加入0.1mol/L 的焦磷酸鈉溶液(pH=10)30mL,進行上述的震蕩、離心和過濾的步驟.

將上述3 種提取劑的濾液分成兩份:一份進行10 倍稀釋后采用元素分析儀(Flash2000Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham,MA,USA)測定鐵、鋁礦物結合有機碳含量;另一份進行20 倍稀釋后采用電感耦合等離子體發射光譜儀(Genesis ICP-OES,Spectro analytical Instruments GmbH,Kleve,Germany)測定鐵、鋁含量,鐵的吸收波長為238.204nm,鋁的吸收波長為396.153nm.

1.4 數據分析

利用單因素方差分析(One-way ANOVA)檢驗土壤理化性質及植被信息和選擇性溶解提取鐵、鋁礦物及其結合有機碳在不同質地類型土壤間的差異;不同提取劑提取鐵、鋁礦物及其結合有機碳在同一質地類型土壤間的差異,然后用Tukey 檢驗進行了事后成對比較,顯著性水平為P<0.05.通過皮爾遜相關性分析探究不同提取劑所提取鐵、鋁礦物及其結合有機碳與土壤有機碳的相關關系.采用多元回歸分析量化不同提取劑所提取的鐵、鋁礦物和土壤黏粒對馬尾松林土壤有機碳變異性的解釋度.數據處理和分析在SPSS 23.0 中進行,制圖在Origin 2023和Visio 2016 中完成.

2 結果與分析

2.1 不同質地類型土壤提取鐵、鋁礦物的分布

3 種提取劑所提取的鐵、鋁含量及其占總提取鐵、鋁的比例在不同質地類型土壤中的分布如圖2所示.方差分析表明不同提取劑所提取鐵、鋁含量及其占比之間存在顯著差異(P<0.05),在不同質地類型土壤中均表現為DH>PP>HH.DH、PP 和HH 所提取的鐵含量分別為(5.59±1.37)mg/g,(1.78±0.78)mg/g和(0.55±0.25)mg/g(圖2a);分別占總提取鐵含量的(70.76%±6.91%),(22.02%±6.35%)和(7.21%±2.89%)(圖2b).DH、PP 和HH 所提取的鋁含量分別為(1.20±0.35)mg/g,(0.86±0.30)mg/g 和(0.64±0.27)mg/g(圖 2c);分別占總提取鋁的(44.92%±3.22%),(31.57%±3.34%)和(23.51%±3.13%)(圖2d).這些結果表明DH 提取的鐵、鋁含量在不同質地類型土壤中均占主要地位.

圖2 不同質地類型土壤提取鐵、鋁含量及比例Fig.2 Extracted Fe and Al content and proportion in soils of different texture types

方差分析表明3 種提取劑所提取鐵、鋁含量在不同質地類型土壤間差異顯著(P<0.05),提取鐵、鋁總量表現為CY>CL≈SCL>LS(平均值事后多重比較在統計學上無顯著性用≈表示).CY、CL、SCL和LS 中提取鐵總量分別為(9.37±0.42)mg/g,(8.53±0.28)mg/g,(8.67±0.44)mg/g 和(5.08±0.41)mg/g(圖2a).3 種提取劑所提取鐵含量在不同質地類型土壤間均表現出顯著差異(P<0.05),隨土壤黏粒組分增加,DH 提取鐵含量有明顯上升趨勢.CY、CL、SCL和 LS 中提取鋁總量分別為(3.78±0.23)mg/g,(2.70±0.16)mg/g,(2.78±0.13)mg/g 和(1.57±0.11)mg/g(圖2b).3 種提取劑所提取鋁含量在不同質地類型土壤間均表現出顯著差異(P<0.05),隨著土壤黏粒組分增加,DH、PP 和HH 提取的鋁含量均有明顯的上升趨勢.

2.2 不同質地類型土壤提取碳的分布

3 種提取劑所提取碳含量及其占土壤有機碳的比例在不同質地類型土壤的分布如圖3所示.方差分析表明不同提取劑所提取碳含量及其占比之間存在顯著差異(P<0.05),在不同質地類型土壤中均表現為DH≈PP>HH.DH、PP 和HH 所提取的碳含量分別為(6.11±0.35)mg/g,(6.25±0.46)mg/g 和(1.14±0.06)mg/g(圖 3a);分別占土壤有機碳的(32.06%±1.95%),(32.61%±2.33%)和(5.95%±0.33%)(圖3b).此外,方差分析表明3 種提取劑提取碳總量在不同質地類型土壤間差異顯著(P<0.05),具體表現為SCL≈CY>CL≈LS.SCL、CY、CL 和LS 中提取碳總量分別為(16.97±0.85)mg/g,(15.41±0.98)mg/g,(12.09±0.85)mg/g 和(9.53±0.85)mg/g;其中,HH 提取碳含量在不同質地類型土壤間的差異不具有統計學意義.這些結果表明不同質地土壤間提取碳含量的差異主要由DH 和PP 提取的碳含量引 起.

圖3 不同質地類型土壤提取碳含量及比例Fig.3 Extracted C content and proportion in soils of different texture types

提取劑所提取碳和金屬(Fe+Al)的物質的量比值(C:Fe+Al)常用于量化有機礦物復合物的結構復雜程度[14].3 種提取劑所提取碳和鐵鋁的物質的量比值在不同質地類型土壤中的分布如圖4所示.方差分析表明不同提取劑所提取碳與鐵鋁的物質的量比值間存在顯著差異(P<0.05),在不同質地類型土壤中均表現為PP>DH≈HH.PP、DH 和HH 所提取碳與鐵鋁的物質的量比值分別為(8.75±0.74),(3.65± 0.20)和(3.00±0.17).方差分析表明提取碳和鐵鋁的物質的量比值在不同質地類型土壤間差異不顯著(P<0.05),盡管HH 提取碳與鐵鋁的物質的量比值在CY 和LS 間的差異具有統計學意義,但不具有代表性.

圖4 不同質地類型土壤提取碳與鐵鋁物質的量比值Fig.4 Extracted C:Fe+Al molar ratio in soils of different texture types

2.3 提取鐵、鋁礦物及其結合有機碳對土壤有機碳的影響

不同提取劑提取的鐵、鋁及其結合有機碳與土壤有機碳的關系如表2所示.相關分析表明3 種提取劑所提取的碳與其對應提取的金屬均呈正相關,其中提取碳與提取鐵的相關系數高于提取碳與提取鋁的相關系數.此外,3 種提取劑所提取的碳與非對應提取的金屬也呈正相關.3 種提取劑中,HH 和PP提取的碳含量與土壤有機碳呈正相關,而DH 提取的碳含量與土壤有機碳無顯著相關性.

提取鐵、鋁礦物和土壤黏粒對土壤有機碳變異性的相對解釋度如圖5所示.多元回歸分析表明鐵、鋁礦物和土壤黏粒能解釋土壤有機碳72.86%的變異性,其中提取鋁對土壤有機碳變異性的相對解釋度最高為39.56%,提取鐵對土壤有機碳變異性的相對解釋度為35.09%,土壤黏粒對土壤有機碳變異性的相對解釋度最低為25.35%.此外,3 種提取劑所提取碳含量占土壤有機碳百分比高達70.62%(圖3).綜上,鐵、鋁礦物結合有機碳是土壤有機碳的主體,且不同形態鐵、鋁礦物是解釋土壤有機碳變異性的主要因素.

3 討論

3.1 不同質地類型土壤對提取鐵、鋁礦物的影響

選擇性溶解提取所釋放的金屬能夠大致對應土壤中存在的特定金屬相,該方法對于量化土壤中不同形態鐵、鋁礦物的含量及分布具有重要意義[8].本研究表明,DH 所提取的鐵、鋁含量顯著高于HH 和PP提取的鐵、鋁含量(P<0.05,圖2),占總提取鐵含量的70.76%,這與王小紅等[29]對中亞熱帶山區土壤的研究結果一致.亞熱帶地區水熱充沛,土壤風化、淋溶作用強烈,另外馬尾松林土壤養分匱乏、地表凋落物層薄,地表徑流加劇了土壤風化和淋溶效果,更有利于如針鐵礦和赤鐵礦等晶質礦物的形成[30-31].本研究中,HH 提取的鐵、鋁含量最低,這與相關研究結果不一致[2,14,29].這主要由于馬尾松林土壤酸化嚴重,研究區pH 值分布在3.87～4.19 之間(表1),極酸性土壤水解性陽離子(如Fe3+和Al3+)的溶解度提高,導致土壤鐵、鋁礦物的賦存形態發生轉變,造成非晶質和短程有序鐵、鋁礦物含量較低的情況[32].

土壤質地是解釋土壤有機碳周轉的關鍵因子,其中黏粒組分的吸附作用是有機碳穩定的重要機制[23-24].研究表明,土壤黏粒具有較大的比表面積和較多的吸附位點,土壤有機碳先在黏粒組分中積累,當黏粒結合有機碳達到飽和后,有機碳才開始向粗顆粒中積累[33].此外,土壤黏粒也是土壤團聚過程中的重要無機膠結物質,章明奎等[34]研究發現在有機質含量較低且黏粒以及鐵鋁氧化物含量較高的土壤中,團聚體的形成穩定主要靠土壤黏粒的內聚力及鐵鋁氧化物的膠結作用.土壤黏粒的吸附性能也體現在對土壤鐵、鋁礦物的富集過程中[15,35],衡利沙等[36]對黃棕壤鐵鋁氧化物含量的研究發現土壤黏粒含量越高,不同形態鐵、鋁氧化物含量就越高.這與本研究結果一致,隨土壤黏粒組分增加,土壤中鐵、鋁礦物含量均有明顯的上升趨勢(圖 2),表明在同一土壤類型下土壤黏粒組分和鐵、鋁礦物含量具有相似變化規律.

3.2 不同質地類型土壤對提取碳的影響

本研究發現,有機鐵、鋁礦物復合物中有機碳含量與其金屬豐度呈顯著正相關(P<0.05,表2),這與相關研究結果一致[14].HH所提取碳含量與對應金屬間的相關性最強,表明非晶質和短程有序鐵、鋁礦物與有機碳作用方式以吸附為主.而DH 和PP 提取碳與對應金屬間相關性較弱,表明晶質鐵、鋁礦物和金屬陽離子與有機碳作用方式以共沉淀及絡合作用為主[4-5,10].此外,提取鐵與提取碳之間的相關系數高于提取鋁與提取碳之間的相關系數(表2).這可能是由于鐵礦物較大的比表面積和表面活性[29,37],使其具有更強的有機碳吸附能力[38].堿性的PP 試劑溶解絡合物中金屬的同時促進了鐵氧化物膠體的水解和分散[28],造成對PP 提取碳含量的低估.然而本研究PP 提取的碳含量最高(圖3),其與對應金屬含量顯著相關表明有機金屬絡合物是其提取碳組分的主要來源,這與相關研究結果一致[2-3,7].HH 提取的碳含量顯著低于DH 和PP 提取的碳含量(P<0.05,圖3),這主要歸因于三峽庫區馬尾林非晶質和短程有序鐵、鋁礦物含量較低;其次,其與有機碳間結合形成有機礦物復合物中有機碳含量較低[3,14].

本研究通過計算提取碳與金屬(Fe+Al)的物質的量比值來量化有機礦物復合物結構的差異.前人通過吸附試驗將物質的量比值為1 確定為活性金屬礦物對天然有機物的最大吸附量[39],而物質的量比值大于1 說明金屬與有機碳間存在共沉淀或絡合作用,因為它們形成的復合結構具有低密度和高有機碳的特征[7].本研究中,提取碳和鐵鋁的物質的量比值均大于1(圖4),表明三峽庫區馬尾松林土壤鐵、鋁礦物與有機碳的結合方式均存在共沉淀和絡合作用.PP 提取碳與金屬的物質的量比值顯著高于DH和HH(P<0.05,圖4),表明有機金屬絡合物中有機碳含量更高,這與相關研究結果一致[2,8].此外,不同土壤質地類型土壤提取碳與金屬的物質的量比值均表現為PP>DH≈HH,表明隨著鐵、鋁礦物結晶度的增加,其與有機碳的作用方式從共沉淀和絡合向吸附作用轉變,這與相關研究結果一致[40].

方差分析表明提取碳在不同質地類型間差異顯著,這主要由提取鐵、鋁礦物的豐度及其與有機碳的作用方式所決定,尤其是PP 所提取有機金屬絡合物中的金屬組分.此外,土壤pH 值對提取碳含量也有影響,土壤pH 值越低,鐵、鋁礦物表面及邊緣羧基的質子化程度越高,能為有機羧基官能團提供更多的吸附位點,使溶解性有機碳吸附量增大[40-41].綜上,質地類型的不同造成了提取碳和鐵、鋁礦物含量的差異,但未改變鐵、鋁礦物與有機碳的作用方式;不同形態鐵、鋁礦物結合有機碳能力表現為:金屬絡合物>晶質礦物≈短程有序礦物.

3.3 鐵、鋁礦物對土壤有機碳穩定和累積的影響

本研究中,DH 和PP 提取碳含量占土壤有機碳比例均高于30%(圖3),而HH 提取的碳含量僅占土壤有機碳的5.95%,這表明三峽庫區馬尾松林土壤中有機碳的穩定主要與晶質鐵、鋁礦物和有機金屬絡合物有關.這與Coward 等[14]對熱帶森林土壤的研究結果一致,發現短程有序礦物僅能穩定土壤中小部分有機碳.而Kramer 等[42]對火山土的研究發現,具有更強吸附能力的短程有序礦物對(植物來源)溶解性芳香碳的化學保護能控制土壤有機碳長期儲存.造成研究結果差異的主要原因是三峽庫區馬尾林內短程有序礦物豐度極低(圖2),而火山噴出物中富含短程有序礦物;此外,三峽庫區馬尾林過酸的土壤環境會限制微生物群落活性及其功能,進而導致土壤固碳效率降低[43].Rasmussen 等[44]基于全球5500 個土壤樣品發現鐵、鋁礦物比黏粒更能控制非干旱土壤中的有機碳儲存,這與本研究多元回歸分析結果一致(圖5).

土壤有機碳與鐵、鋁礦物通過吸附、絡合和共沉淀等作用形成有機礦物復合物可以阻止有機碳的礦化,免受微生物酶的攻擊[11-13].同時,有機復合物也是促進團聚體形成的重要膠結物質,團聚體可以進一步將有機碳與微生物和酶進行空間隔離,從而保護土壤有機碳免受分解[45].因此,有機鐵、鋁礦物復合物被認為是土壤有機碳的重要指示因子[3-5].本研究中,提取碳含量占土壤有機碳的70.62%,僅剩約30%有機碳通過團聚體阻隔、黏粒吸附等形式穩定或以不穩定碳組分暫存于土壤.土壤黏粒和提取鐵、鋁礦物能解釋土壤有機碳72.86%的變異性,其中鐵、鋁礦物的相對解釋度為74.65%,表明鐵、鋁礦物是影響土壤有機碳變化的主要因素(圖5).綜上,有機碳與鐵、鋁礦物的相互作用驅動了三峽庫區馬尾松林土壤有機碳的穩定和累積,其中晶質鐵、鋁礦物對有機碳的吸附作用和金屬陽離子與有機配體的絡合作用是主導機制.此外,土壤鐵、鋁礦物的含量與土壤質地存在協變關系,而其賦存形態則主要受土壤pH 值的影響[46],但其具體的作用機制還需進一步研究.

4 結論

4.1 鐵、鋁礦物受土壤質地的影響,并與土壤黏粒的變化趨勢一致;隨鐵、鋁礦物結晶度的增加,與有機碳的結合方式也從共沉淀和絡合向吸附作用轉變.

4.2 鐵、鋁礦物結合碳占土壤有機碳的70.62%,DH、PP 和 HH 提取碳的貢獻比例依次為(32.06%±1.95%),(32.61%±2.33%)和(5.95%±0.33%).

4.3 土壤黏粒和提取鐵、鋁礦物對土壤有機碳的解釋率為72.86%,相對貢獻比例從大到小依次為提取鋁礦物(39.56%),提取鐵礦物(35.09%)和土壤黏粒(25.35%).

4.4 三峽庫區馬尾松林土壤有機碳的穩定累積主要由鐵、鋁礦物的固持機制所致,其中晶質鐵、鋁礦物和有機金屬絡合物起重要作用.