寧夏荒漠草原不同土地利用方式對土壤活性有機碳的影響

　　摘要：以寧夏荒漠草原不同土地利用方式(耕地、棄耕地、草地和檸條地)的土壤為研究對象，測定了不同土層土壤有機碳和活性有機碳含量，分析了土壤活性有機碳占有機碳的比例，以期探尋不同土地利用方式對土壤活性有機碳的影響。結(jié)果表明：不同土地利用方式土壤總有機碳含量范圍在1.78～6.17g·kg-1，具體表現(xiàn)為棄耕地>檸條地>草地>耕地。表層(0～5cm)土壤有機碳含量顯著高于深層(10～60cm)，說明荒漠草原土壤有機碳主要富集在表層;4種土地利用方式土壤易氧化有機碳含量為0.57～1.38mg·g-1，變化趨勢具體表現(xiàn)為檸條地>草地>耕地>棄耕地，且檸條地在每個土層都高于其它3種土地利用方式;土壤可溶性有機碳含量范圍為6.8～11.1mg·kg-1，變化趨勢表現(xiàn)為草地>耕地>檸條地>棄耕地。土壤易氧化有機碳含量占有機碳的比例范圍為13.7%～43.1%，大小排序為檸條地>耕地>草地>棄耕地;土壤可溶性有機碳含量占有機碳的比例范圍為0.11%～0.48%，比例大小為耕地>草地>檸條地>棄耕地，耕地和草地中土壤可溶性有機碳含量占有機碳比例隨著土壤深度的增加而減小，這與有機碳在耕地和草地中變化趨勢一致。土地利用變化可以顯著影響土壤活性有機碳的含量與分布，能夠敏感的反映土壤碳庫的變化，可以作為評價寧夏荒漠草原土壤質(zhì)量和肥力的指標之一。

　　關(guān)鍵詞：土地利用方式;土壤有機碳;易氧化有機碳;可溶性有機碳

　　土壤有機碳(SOC)是土壤的重要組成部分，不是土壤質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，而且在全球碳循環(huán)中也起著至關(guān)重要的作用[1]。土地利用或管理方式的變化不僅直接改變有機碳的含量和分布，還通過影響有機碳形成及轉(zhuǎn)化的因子而間接改變有機碳的含量與分布。然而，土壤有機碳含量是土壤 中有機物質(zhì)礦化分解與合成的平衡結(jié)果，且由于土壤具有高背景值與固有的分異性因素，短期的土地利用變化所引起的土壤碳微小變化很難察覺，因此很難反映土壤短期質(zhì)量變化[2]。

　　研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機碳中的一些組分循環(huán)周期較短、抗干擾能力較弱且相對不穩(wěn)定，同時與土壤養(yǎng)分供給及作物生長緊密相關(guān)，能夠敏感地反映外部環(huán)境變化對它的影響，這部分組分被稱為活性有機碳[3]。通�？捎靡籽趸�有機碳(EOC)、溶解性有機碳(DOC)等來表征[4]，它雖然僅占總有機碳含量的一小部分，卻是生態(tài)系統(tǒng)中最重要的能量來源之一，能指示土壤有機質(zhì)的早期變化，且會在經(jīng)營管理或其它土壤擾動之后產(chǎn)生較大波動，可以在不同程度上反映土壤有機碳的有效性和土壤質(zhì)量[5]。

　　土壤論文范例：簡析土壤污染現(xiàn)狀與土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)進展及發(fā)展

　　近年來，國內(nèi)針對土地利用變化對土壤活性有機碳的影響開展了大量的研究工作，并取得了較為豐碩的研究成果，但這些研究大多集中在山地[6-7]、農(nóng)地[8-10]和流域[11-12]，對于草原特別是荒漠草原不同土地利用方式下土壤有機碳的分布特征和影響因素研究相對較少。SAGGAR等[13]研究耕作對土壤有機碳動態(tài)的影響時發(fā)現(xiàn)，草地變?yōu)楦�地后，土壤的有機碳含量減少了60%，微生物有機碳降低了83%。研究內(nèi)蒙農(nóng)牧交錯帶土地利用方式對土壤有機碳的影響發(fā)現(xiàn)，退耕還灌/還草后，土壤有機碳含量較耕地均有顯著提高[14]。

　　房飛等[15]研究不同土地利用方式對土壤有機碳及其組分的影響發(fā)現(xiàn)，在不同土地利用方式下，土壤有機碳含量隨著深度的增加而逐漸降低。邱璇等[16]、蒲寧寧[17]和楊合龍等[18]均發(fā)現(xiàn)放牧降低了活性有機碳占有機碳的比例，活性有機碳含量顯著低于圍封區(qū)。由于退耕還林/還草進而禁止放牧政策的實施，近年來土地利用變化有了新的表現(xiàn)(耕地-棄耕地-草地-檸條地)，草地圍欄封育建設(shè)也取得一定成效，退化草地/檸條地在排除外界人畜干擾后將進行自我恢復(fù)[19]。無疑這些活動對土壤活性有機碳都將產(chǎn)生一定影響，但目前還不清楚。因此該試驗以4種不同土地利用方式下的土壤活性有機碳為研究對象，測定不同土壤層次的活性有機碳及土壤因子的含量，以期為科學的利用和保護草原資源，持續(xù)發(fā)展草原經(jīng)濟奠定理論和實際基礎(chǔ)，同時為草原碳庫的經(jīng)營和管理提供參考依據(jù)。

　　1材料與方法

　　1.1試驗區(qū)概況

　　試驗區(qū)位于寧夏省鹽池縣皖記溝村(東經(jīng)107°22′～107°33′，北緯37°47′～37°57′)，地貌為鄂爾多斯緩坡起伏高原，地勢南高北低，土壤主要類型為灰鈣土、風沙土和基巖風化殘積土等。土壤質(zhì)地以沙壤、粉沙壤和沙土為主。該地區(qū)屬于中溫帶半干旱區(qū)，典型中溫帶大陸性氣候。年平均氣溫8.2℃，年平均降水量289mm，降水的年際和年內(nèi)變化劇烈，7—9月降水量占全年的60%以上，潛在年蒸發(fā)量2014mm。年無霜期為165d。

　　1.2試驗方法

　　2017年10月在寧夏省鹽池縣皖記溝村選擇棄耕地、耕地、草地和檸條地4種土地利用方式。各個土地利用方式分別選取3個樣地，在每個樣地內(nèi)按照三點取樣法選定1m×1m樣方3個，采樣時先除去地面凋落物，采集0～5、5～10、10～20、20～40cm和40～60cm土層土壤，分層均勻混合，四分法取樣，于室內(nèi)自然風干，過2mm篩備用。

　　1.3項目測定

　　采用凱氏定氮法測定全氮含量;采用鉬銻抗比色法測定全磷含量;采用0.5mol·L-1NaH-CO3法測定速效磷含量;采用火焰光度法測定速效鉀含量;采用堿解擴散法測定堿解氮含量[20];采用電位法測定土壤pH;采用伏安法測定電導(dǎo)率值[21];用K2CrO7氧化法測定土壤有機碳;采用333nmol·L-1KMnO4氧化比色法測定易氧化有機碳[22];土壤水溶性有機碳采用水土比為4∶1，蒸餾水浸提，在25℃下恒溫震蕩3min，用0.45μm濾膜抽濾，濾液直接在TOC-1020A分析儀上測定[23]。

　　1.4數(shù)據(jù)分析

　　采用SPSS21.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，運用單因素方差(One-wayANOVA)對不同土地利用方式下各土層土壤有機碳及組分含量進行統(tǒng)計分析，處理之間的顯著性差異分析均設(shè)P=0.05水平，且平均值比較采用最小顯著差異法(leastsignificantdifferernce，LSD);使用Excel2016軟件完成數(shù)據(jù)整理及制圖。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1不同土地利用方式土壤總有機碳含量

　　不同土地利用方式土壤總有機碳含量范圍為1.78～6.17g·kg-1，不同土地利用方式下土壤總有機碳平均含量總體表現(xiàn)為棄耕地>檸條地>草地>耕地。在0～5cm和10～20cm土層內(nèi)，棄耕地、檸條地、草地和耕地土壤總有機碳含量依次減少且相互之間沒有顯著性差異(P>0.05)。

　　在5～10cm土層內(nèi)，土壤總有機碳含量大小表現(xiàn)為棄耕地>草地>檸條地>耕地，其中棄耕地、草地和檸條地分別比耕地高103.0%、96.6%和85.9%，差異性顯著(P<0.05)。在20～40cm土層內(nèi)，棄耕地有機碳含量高于草地47.1%、耕地80.3%，差異顯著(P<0.05)。在40～60cm土層內(nèi)，土壤有機碳含量大小表現(xiàn)為棄耕地>檸條地>草地>耕地，除棄耕地與檸條地，檸條地與草地，草地與耕地之間未表現(xiàn)出顯著性差異(P>0.05)，其余兩兩之間差異顯著(P<0.05)。

　　不同土地利用方式的表層(0～5cm土層)土壤總有機碳含量顯著高于深層(10～60cm)(P<0.05)，說明土壤有機碳主要富集在表層。在棄耕地中，0～5cm土層的總有機碳含量高于10～20cm土層59.23%、20～40cm土層50.21%和40～60cm土層45.53%，差異顯著(P<0.05)。

　　在耕地中，0～5cm土層的總有機碳含量高于5～10cm土層112.92%、10～20cm土層66.62%、20～40cm土層116.10%和40～60cm土層183.49%，差異顯著(P<0.05)。10～20cm土層總有機碳含量高于20～40cm土層29.70%和40～60cm土層65.84%，差異顯著(P<0.05)。在草地中，土壤總有機碳含量表現(xiàn)出垂直分布特征，即隨著土壤深度的增加總有機碳含量降低。在檸條地中，0～5cm土層總有機碳含量高于10～20cm土層79.78%、20～40cm土層46.77%和40～60cm土層74.11%，差異顯著(P<0.05)。

　　2.2不同土地利用方式土壤易氧化有機碳含量

　　寧夏省荒漠草原不同土地利用方式下土壤易氧化有機碳含量范圍為0.57～1.38mg·g-1，其平均含量大小具體表現(xiàn)為檸條地>草地>耕地>棄耕地，其中檸條地的每個土層內(nèi)易氧化有機碳含量都高于其它3種土地利用方式。其中在5～10cm土層內(nèi)，檸條地與草地、耕地之間差異不顯著(P>0.05)，其余兩兩之間差異顯著(P<0.05)。在40～60cm土層內(nèi)，耕地和棄耕地之間差異不顯著(P<0.05)，其余不同土地利用方式兩兩之間差異顯著(P<0.05)。

　　在0～5cm和10～20cm土層內(nèi)，不同土地利用方式下土壤易氧化有機碳含量大小順序為檸條地>耕地>棄耕地>草地。在0～5cm土層，檸條地的易氧化有機碳含量分別比耕地、棄耕地和草地高29.8%、38.6%和53.9%，差異顯著(P<0.05)。10～20cm土層內(nèi)，檸條地的土壤易氧化有機碳含量高于草地42.37%，差異顯著(P<0.05)。在20～40cm土層內(nèi)，不同土地利用方式土壤易氧化有機碳含量大小為檸條地>草地>棄耕地>耕地，耕地含量最低(0.57mg·g-1)，耕地和棄耕地之間差異不顯著(P<0.05)，其余不同土地利用方式兩兩之間差異顯著(P<0.05)。

　　3討論

　　3.1不同土地利用方式對土壤總有機碳的影響

　　土壤有機碳含量及動態(tài)平衡直接影響著土壤肥力和生產(chǎn)力以及土壤質(zhì)量重要的評價指標，而且顯著影響全球碳循環(huán)和全球氣候變化[24]。土壤有機碳含量是土壤、植被覆蓋、母質(zhì)、氣候和人類活動等因素綜合作用下有機碳輸入與輸出之間動態(tài)平衡的結(jié)果[25]。土地利用方式的不同不僅導(dǎo)致進入土壤植物殘體的數(shù)量和性質(zhì)發(fā)生差異，而且會引起植被覆蓋類型、耕作方式等管理措施的差異，從而引起土壤性質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)作用過程的變化，因此必將影響和改變土壤有機碳的含量。

　　4種土地利用方式中棄耕地的土壤有機碳含量最高，這與陳高起等[26]和房飛等[15]的研究結(jié)果相悖，而與李鑒霖等[30]對于縉云山區(qū)棄耕地土壤研究中有機碳含量最高結(jié)果一致。由于該研究中的棄耕地閑置比較短，ROBLES等[27]對懷俄明州的耕地進行研究后，發(fā)現(xiàn)休6年后土壤有機碳含量并沒有顯著增加，說明土壤有機碳含量的恢復(fù)需要較長的時間。

　　因此就排除了有機碳恢復(fù)使得棄耕地土壤有機碳含量升高的可能性，那么原因可能是棄耕地之前使用了有機-無機復(fù)合肥料[28]，人為增加了土壤中有機碳的含量，又加上寧夏省全區(qū)退耕還林還草，禁止放牧的政策頒布，使得棄耕地的土壤有機碳得到保留，因此棄耕地在0～60cm土層下土壤有機碳含量最高。檸條地和草地土壤有機碳含量較高，原因可能是草地和檸條地受人類活動影響較少，地表植被凋落物可通過分解補充土壤碳庫，根系是下層土壤有機碳周轉(zhuǎn)的重要驅(qū)動力，是將光合產(chǎn)物直接輸入到地下的唯一途徑[29]，而且灌木和草本植物根系的轉(zhuǎn)化也是土壤碳的主要來源[30]。

　　5～10cm土層草地的有機碳含量高于檸條地，這可能是草本植物的根系特別是細根分布較淺，根系的腐解轉(zhuǎn)化快，而灌木地表的根系較為粗大難以分解[31]。耕地的土壤有機碳含量最低，這是由于耕作活動，土壤團聚體遭到了破壞，增加了土壤的通透性，土壤有機碳失去了保護，加劇了土壤有機碳的礦化。又因農(nóng)作物的收獲，使得植物中的碳不能還田，這些都不利于土壤有機碳含量的積累。該研究還發(fā)現(xiàn)0～5cm土層內(nèi)的有機碳含量顯著高于其它3層，這說明了土壤有機碳主要富集在表層，這與大多數(shù)的研究結(jié)果一致[7，19，30]。

　　3.2不同土地利用方式對活性有機碳的影響

　　土壤活性有機碳受環(huán)境條件影響強烈，是對土地利用變化較為敏感的部分，與土壤內(nèi)在生產(chǎn)力高度相關(guān)。通�？捎盟�溶性有機碳和易氧化有機碳等來表征。土地利用變化對活性土壤有機碳的影響趨勢與對有機碳的影響并不一致，可能與影響這些組分的因素復(fù)雜有關(guān)[16]。土地利用變化主要通過影響土壤有機質(zhì)的穩(wěn)定[37]、土壤有機質(zhì)的質(zhì)量[38]和土壤微生物的功能多樣性[39]而影響土壤有機碳的分解。如何解釋土地利用方式對土壤活性有機碳的影響機制并 不十分清楚，還需要更深入的研究，但是依舊看出土壤易氧化有機碳和土壤水溶性有機碳都是評價土地利用和管理方式變化引起土壤有機碳變化的有效指標[35]，可以在早期預(yù)測土壤有機碳的變化趨勢[40-41]，在一定程度上反映土壤有機碳的有效性和土壤質(zhì)量。

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　　作者：李學斌1，2，李月飛1，2，陳林1，2，蘇瑩1，2，祝忠有1，2

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