江西武功山山地草甸土壤有機碳空間分布研究

［關鍵詞］ 土壤有機碳；空間分布；山地草甸；武功山；江西省

［摘 要］ 山地草甸生態(tài)系統(tǒng)作為亞熱帶氣候區(qū)的獨特景觀，具有重要的碳匯功能。以武功山山地草甸為研究區(qū)，基于實地采樣和試驗分析獲取土壤有機碳含量及土壤含水率、密度數(shù)據(jù)，通過對比分析和相關性分析得到山地草甸生態(tài)系統(tǒng)有機碳空間分布特征及影響因素。結果表明：①武功山山地草甸土壤有機碳含量為28.66～67.72 g/kg，與同緯度同類型的湖南南山草地有機碳含量相近，高于全球和全國平均土壤有機碳含量；②土壤有機碳含量表現(xiàn)為隨著土層深度增加而減少，隨著海拔升高呈先上升后下降的趨勢，東北坡向和西北坡向的有機碳含量無顯著差異；③土壤有機碳含量與土層深度、土壤密度呈極顯著負相關，與含水率呈極顯著正相關，與海拔、坡向無顯著相關性，而土壤含水率與土壤密度呈極顯著負相關，與土層深度、海拔、坡向無顯著相關性。

［中圖分類號］ P595" [文獻標識碼] A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.12.015

［引用格式］ 王姣龍，荊誠然，蔣艷，等.江西武功山山地草甸土壤有機碳空間分布研究[J].中國水土保持，2024（12）：^53-55.

陸地生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中扮演著重要角色^[1]，陸地植被的光合作用和一系列的生物物理化學反應將空氣中的CO ²固定在植物和土壤內，從而減緩碳循環(huán)的平衡壓力^[2]。草地是我國陸地生態(tài)系統(tǒng)中面積最大的植被類型，面積在4億hm²左右，約占全國土地面積的40%，其碳儲量約占陸地生態(tài)系統(tǒng)中植被總碳儲量的25%^[3]，具有維持生物多樣性、保持土壤養(yǎng)分等重要生態(tài)功能。

我國草地生態(tài)系統(tǒng)分布廣、面積大^[4]，但草地生態(tài)系統(tǒng)比較脆弱，深入研究草地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量具有重要意義^[5-6]。我國草地主要分布在北溫帶地區(qū)和青藏高原地區(qū)，關于這2個區(qū)域的碳儲量空間分布研究已取得一些突破性成果^[7-9]，然而關于南方暖溫帶和亞熱帶地區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的研究成果較少，這可能與該區(qū)域草地分布地帶性特征不明顯有關。我國南方草地類型主要是灌草混交及山地草甸、草山草坡，面積約占我國草地總面積的17%^[10]。草地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量主要包括植被碳儲量和土壤有機碳儲量，其中土壤有機碳儲量約占生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量的90%^[11-12]。因此，開展南方地區(qū)草地土壤有機碳含量及其影響因素研究，有助于完善和豐富我國草地碳庫的數(shù)據(jù)資料，可為維護和提高草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲存能力提供支撐。

江西省武功山世界地質公園分布有典型的亞熱帶山地草甸，其分布區(qū)域緯度較低、海拔較高，且面積較大，是全球同緯度地區(qū)典型的山地草甸生態(tài)系統(tǒng)。山地草甸生態(tài)系統(tǒng)作為亞熱帶氣候區(qū)的獨特景觀，具有重要的碳匯功能。本研究以武功山世界地質公園作為研究區(qū)，基于實地采樣和試驗分析獲取土壤有機碳含量及含水率、密度數(shù)據(jù)，通過對比分析和相關性分析探究我國南方地區(qū)山地草甸生態(tài)系統(tǒng)有機碳空間分布特征及影響因素，以期為我國南方地區(qū)碳庫研究提供支撐，也為江西武功山草地生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站建設和發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

武功山世界地質公園位于江西省中西部，地理位置為27°25′～27°35′N，114°10′～114°17′E，屬亞熱帶季風氣候區(qū)。受特殊的地理位置及山體地形的影響，年均氣溫為16 ℃，夏季最高氣溫為23 ℃，年均日照時數(shù)為1 580 h，年均降水量為1 350 mm，不同地點年均水面蒸發(fā)量為1 360～1 700 mm，年均濕度為80%。土壤類型為山地草甸土。

2 研究方法

武功山山地草甸分布于武功山世界地質公園內海拔1 600 m以上區(qū)域，本研究的采樣地設置3個海拔梯度，分別為1 700、1 800、1 900 m；在每個海拔梯度設置兩個坡向，分別為東北向和西北向；每個采樣點采集3個土層深度的土樣，分別為0～20、＞20～40、＞40～60 cm。采樣得到的土樣在實驗室測定土壤含水率、土壤密度和土壤有機碳含量，對比分析不同海拔、不同坡向、不同土層深度土壤含水率、密度和有機碳含量差異。土壤含水率的測定采用烘干法，土壤密度的測定采用環(huán)刀法，土壤有機碳的測定采用重鉻酸鉀容量法-熱稀釋法。采用SPSS軟件進行海拔、坡向、土層深度、土壤含水率、土壤密度、土壤有機碳含量的相關性分析。

3 結果與分析

3.1 土壤含水率

試驗測定的土壤含水率、密度和有機碳含量見表1。由表1可知，武功山山地草甸土壤含水率為^42.69%～85.96%，土壤含水率數(shù)值較大，這可能與采樣前當?shù)剡B續(xù)多日降雨，土壤過度飽和有關。隨著土層深度增加，土壤含水率并未呈現(xiàn)出規(guī)律性變化，0～20 cm土層的土壤含水率均值（66.45%）最高，其次是＞40～60 cm土層（60.42%），＞20～40 cm土層的土壤含水率均值最低（57.70%）。隨著海拔的升高，土壤含水率整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，海拔1 800 m處土壤含水率均值最高，為67.47%；東北坡向的土壤含水率均值（66.88%）高于西北坡向（56.16%）。

3.2 土壤密度

由表1可知，武功山山地草甸土壤密度為0.71～1.07 g/cm³。整體來看，各土層間土壤密度無顯著性差異，隨土層深度增加，土壤密度整體呈增大的趨勢；隨著海拔升高，土壤密度呈先下降后上升的趨勢，海拔1 700 m處土壤密度最大；整體來看東北坡向和西北坡向的土壤密度相近，無顯著差異。

3.3 土壤有機碳含量

由表1可知，武功山山地草甸土壤有機碳含量為28.66～67.72 g/kg。隨著土層深度增加，土壤有機碳含量整體呈下降趨勢，且0～20 cm土層和＞40～60 cm土層有機碳含量存在顯著性差異，表現(xiàn)為0～20 cm土層有機碳含量均值（61.42 g/kg）高于＞20～40 cm土層有機碳含量均值（46.76 g/kg），且顯著高于＞40～60 cm土層有機碳含量均值（32.66 g/kg）。以柱狀圖的形式呈現(xiàn)不同海拔和坡向的土壤有機碳含量，見圖1。隨著海拔升高，土壤有機碳呈先上升后下降的趨勢，有機碳含量均值表現(xiàn)為1 800 m（47.38 g/kg）＞1 700 m（46.92 g/kg）＞1 900 m（46.54 g/kg）；東北坡向有機碳含量均值（47.80 g/kg）略高于西北坡向（46.09 g/kg）。

3.4 土壤含水率、密度和有機碳含量的相關性分析

武功山山地草甸海拔、坡向、土層深度、土壤含水

率、土壤密度、土壤有機碳含量的相關性分析結果見表2。土壤有機碳含量與土層深度、土壤密度呈極顯著負相關，與含水率呈極顯著正相關（p＜0.01），與海拔、坡向無顯著相關性；土壤含水率與土壤密度呈極顯著負相關，與海拔、坡向、土層深度無顯著相關性；土壤密度與海拔、坡向、土層深度無顯著相關性。武功山山地草甸土壤有機碳含量隨土層深度增加而減少，這可能與植物根系生物量的垂直分布有關，植物根系生物量隨土層深度增加而減少，影響土壤的固碳功能^[13]；土壤含水率和密度影響土壤中有機物的腐化過程和礦化過程，進而影響土壤有機碳含量。

4 結束語

武功山山地草甸土壤有機碳含量為28.66～67.72 g/kg，與同緯度同類型的湖南南山草地有機碳含量（31.64～70.59 g/kg）相近，高于全球平均土壤有機碳含量（25.71 g/kg）和全國平均土壤有機碳含量（29.51 g/kg）^[14-15]。土壤有機碳表現(xiàn)為隨著土層深度增加而減少，0～20 cm土層有機碳含量均值（61.42 g/kg）高于＞20～40 cm土層有機碳含量均值（46.76 g/kg），且顯著高于＞40～60 cm土層有機碳含量均值（32.66 g/kg）。隨著海拔升高，土壤有機碳呈先上升后下降的趨勢，東北坡向和西北坡向的有機碳含量無顯著差異。隨著土層深度增加，土壤含水率并未呈現(xiàn)規(guī)律性變化，隨著海拔升高，土壤含水率整體呈先上升后下降的趨勢，東北坡向的土壤含水率整體高于西北坡向；各土層間土壤密度無顯著差異，隨著海拔升高，土壤密度呈先下降后上升的趨勢，東北坡向和西北坡向的土壤密度相近，無顯著差異。相關性分析結果表明，土壤有機碳含量與土層深度、土壤密度呈極顯著負相關，與含水率呈極顯著正相關，與海拔、坡向無顯著相關性；而土壤含水率與土壤密度呈極顯著負相關，與土層深度、海拔、坡向無顯著相關性。

土壤有機碳含量的動態(tài)變化對山地草甸生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能具有一定的指示作用，隨著武功山風景名勝區(qū)的建設開發(fā)，當?shù)芈糜螛I(yè)得到不斷發(fā)展，但人類活動對武功山山地草甸的破壞不斷加劇，山地草甸生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能也受到一定程度的影響。因此，在大力推動武功山風景名勝區(qū)旅游業(yè)發(fā)展的同時，應注重對當?shù)厣降夭莸樯鷳B(tài)系統(tǒng)的保護和恢復，在受到人為干擾嚴重的山地草甸區(qū)域及時有效開展植草恢復、圍欄封育、施加肥料等措施，以防止山地草甸生態(tài)系統(tǒng)退化加劇，遏制土壤固碳功能下降和土壤有機碳流失。

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