活性有机质在不同粒径土壤团聚体中的分布特征

杨 益，李雪梅，江 韬，魏世强

（西南大学资源环境学院，重庆400715）

土壤有机质是土壤的养分贮存库［1－2］。同时，土壤有机质也是土壤碳的主要贮存形态，而土壤碳库是全球最大的碳库，其碳的循环周转与全球气候和生态环境变化有密切联系［3－5］。因此，土壤有机质研究既是农业可持续发展关注的重点，又是保障生态环境安全的重要需求［6］。土壤活性有机质（Labileorganic matter，LOM）是指在特定条件下，有一定溶解迁移能力，易发生生物化学反应、易氧化分解和矿化，活性较高那部分土壤有机质［7］，其与土壤肥力以及全球气候变化更为密切，因而当前成为国内外研究关注的热点之一。

重庆市土壤类型多样，对不同土壤中有机质的赋存状态与反应活性尚缺乏研究。本文选取重庆市四种主要类型土壤，采用干筛法将土壤分为不同粒级团聚体，并用低浓度KMnO4氧化法测定不同粒径土壤团聚体中有机质的活性状态［8］，研究活性有机质在不同粒径土壤团聚体中的分布特征，为土壤肥力调控及碳素管理提供基础依据［9］。

1 研究方法

1.1 供试土样

供试土样包括重庆市三种农地土壤和一种森林土壤，农地土壤中紫色潮土采自重庆开县、灰棕潮土采自重庆长寿、矿子黄泥采自重庆北碚，林地土壤为重庆市北碚区缙云山黄壤腐殖层，土壤取样深度为表层0～20cm。将以上采集的四种供试土壤拣去动植物残渣和石砾等杂质，在室温下自然风干备用。土样基本性质见表1～2。用干筛法［10］将土样分为3～5，2～3，1～2，0.5～1，0.25～0.5mm和＜0.25 mm六个粒级团聚体。各粒级团聚体活性有机质测定时再分别研磨过0.25mm筛，装密封袋备用。

表1 供试土壤基本理化性质

表2 土壤的机械组成 %

1.2 土壤活性有机质测定［11－12］

分别准确称取紫色潮土、灰棕潮土、矿子黄泥原土和不同粒级团聚体各1.00g，缙云山腐殖土及其团聚体0.08g于50ml塑料旋盖离心管中，以不加土样为空白；分别添加25ml KMnO4溶液，常温静置氧化24h，然后在转速2 000r／min下离心5min，上清液用超纯水以1∶250稀释，用分光光度计测定稀释样品在565nm处的吸光度。由空白与稀释样品的吸光值之差，在KMnO4浓度与吸光度标准曲线上得出KMnO4浓度变化，进而算出被氧化的碳量。根据氧化过程中1mmol／LKMnO4消耗9mg碳计算碳氧化量。试验中分别采用33mmol／L和167mmol／L酸性KMnO4溶液（0.1mol／L硫酸）作为氧化剂，根据不同浓度氧化剂的氧化能力的高低，对应测定出的有机质分别称为高活性有机质（HLOM）和中等活性有机质（MLOM）［8］。

计算公式如下：活性有机质（mg／g）＝（V×25 ×250×9）×1.724／（m×1 000）

其中：V为反应前后KMnO4浓度变化（mmol· L－1）；m为土壤质量（g）；1.724为有机碳折算为有机质的折算系数。

1.3 土壤基本性质的测定：

参照皮广杰主编《农业环境监测原理与应用》［13］和李酉开主编的《土壤农业化学常规分析方法》［14］。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2003和SPSS 17.0软件进行处理；

2 结果与分析

2.1 不同类型土壤中活性有机质含量的比较

分别用33mmol／L、167mmol／L酸性KMnO4溶液氧化待测原土，测定出四种类型土壤中HLOM和MLOM的含量，并计算其占土壤有机质全量（SOM）的比例，结果如表3所示。

表3 土壤高活性有机质、中活性有机质及其与总有机质含量比值

由表3可见，不同类型土壤不仅有机质含量存在很大差异，土壤有机质活性状态也明显不同。森林土壤有机质含量远高于三种农业土壤，相应其高活性和中等活性有机质含量亦远高于农业土壤。但从活性有机质占总有机质的比例来看，重庆市四种类型土壤高活性有机质（HLOM）占有机质总量的比例在41%～51%之间，包含高活性有机质在内的中等活性有机质占总有机质的47%～86%。几种土壤比较无论是HLOM还是MLOM占土壤有机质比例大小顺序均为：矿子黄泥＞缙云山黄壤腐殖层＞灰棕潮土＞紫色潮土。可以看出，森林土壤不仅有机质含量很高，其活性有机质也占有较高的比例，因此对于区域碳循环具有较大影响；农地土壤有机质的含量和活性与土壤的肥力功能和碳的汇源能力具有密切联系，矿质黄泥有机质含量不高，而且主要为高活性有机质，因此这类土壤常存在结构易破坏、碳汇能力不强的问题；相对而言灰棕潮土和紫色潮土中的有机质化学稳定性较强，具有较强的保肥功能和碳汇能力。

2.2 活性有机质在土壤不同粒径土壤团聚体中的分布特征

2.2.1 不同粒径土壤团聚体的活性有机质含量

不同粒径土壤团聚体物理结构、化学组成，及有机质含量均有一定的差异［15－17］。本研究分别用33，167mmol／L酸性KMnO4溶液氧化3～5，2～3，1～2，0.5～1，0.25～0.5，＜0.25mm土壤团聚体，测定不同粒径土壤团聚体HLOM和MLOM含量，重庆市不同粒径四种类型土壤团聚体HLOM和MLOM含量，如图1～2所示，图中SP1，SP2，SP3，SP4，SP5，SP6分别代表粒径为3～5，2～3，1～2，0.5～1，0.25～0.5，＜0.25mm土壤团聚体。

图1 不同粒径灰棕潮土、矿子黄泥、紫色潮土团聚体高活性有机质含量

图2 不同粒径缙云山黄壤腐殖层团聚体高活性有机质含量

图3 不同粒径灰棕潮土、矿子黄泥、紫色潮土团聚体中活性有机质含量

由图1～2可以看出，灰棕潮土0.25～0.5mm粒径团聚体HLOM含量最高，为11.92g／kg，其HLOM含量是2～3，＜0.25mm粒径团聚体的3.03倍，差异极显著；矿子黄泥在3～5，2～3，1～2，0.5～1，0.25～0.5mm和＜0.25mm粒径团聚体中HLOM含量相差不大，在6.13～6.88g／kg之间波动；紫色潮土0.25～0.5mm粒径团聚体HLOM含量最高为6.90g／kg，而2～3mm粒径团聚体HLOM含量仅为4.70，二者相差1.47倍，差异较为显著；缙云山黄壤腐殖层1～2mm、0.5～1mm粒径团聚体HLOM含量最高，为128.60g／kg，而3～5 mm、＜0.25mm粒径团聚体HLOM含量最低，均为103.79g／kg，相差24.81g／kg，差异亦较为明显。

图4 不同粒径缙云山黄壤腐殖层团聚体中活性有机质含量

由图3～4可知，不同粒径土壤团聚体MLOM＞HLOM，灰棕潮土0.25～0.5mm粒径团聚体MLOM含量最高，为12.14g／kg，其MLOM含量是＜0.25mm粒径团聚体的2.27倍，差异极显著；矿子黄泥除0.5～1mm粒径团聚体MLOM含量为9.13g／kg，其余粒径团聚体MLOM含量均在10.88～11.25g／kg之间波动；紫色潮土1～2mm粒径团聚体MLOM含量最高为10.28g／kg，而2～3mm粒径团聚体MLOM含量仅为6.02g／kg，相差极大；缙云山黄壤腐殖层0.5～1mm粒径团聚体MLOM含量最高，为142.14g／kg，而3～5mm粒径团聚体中MLOM含量最低，117.32g／kg，相差24.82g／kg，差异亦较大。

由以上可得，几种土壤比较无论是HLOM还是MLOM的含量，灰棕潮土和紫色潮土0.25～0.5mm粒径团聚体HLOM和MLOM含量均最高；矿子黄泥不同粒径团聚体的HLOM和MLOM含量相差不大；缙云山黄壤腐殖层0.5～1mm粒径团聚体HLOM和MLOM含量均最高。

2.2.2 活性土壤有机质在不同粒级土壤团聚体中的分配

不同粒径土壤团聚体HLOM和MLOM含量，用Ci表示；不同粒径土壤团聚体的质量占土壤总质量的百分比用vi表示，不同粒径土壤团聚体总HLOM、总MLOM的分配量可用Ki＝Ci＊vi表示，计算结果如表4～5所示。

表4 不同粒径土壤团聚体总HLOM g·kg－1

表5 不同粒径土壤团聚体总MLOM g·kg－1

表4～5可以看出，不同粒级四种土壤中总活性有机质变化幅度很大，高达65倍。另外表4～5中∑ki值与表3相对应的值几乎相同，说明分级测定的结果与直接测定土壤有机质总量十分吻合，测定结果可靠。因此，表中数据（ki）可用以表征不同粒径土壤中总HLOM和总MLOM的分配量。

由以上可知，不同粒径土壤团聚体中活性有机质分配量，不仅与某粒径团聚体活性有机质含量有关，而且与该粒径团聚体质量百分比有一定关系。不同粒径四种类型土壤团聚体质量百分比如图5所示，图中SP1，SP2，SP3，SP4，SP5，SP6分别代表粒径为3～5，2～3，1～2，0.5～1，0.25～0.5，＜0.25 mm土壤团聚体。

图5 不同粒径灰棕潮土、矿子黄泥、紫色潮土和缙云山黄壤腐殖层团聚体的质量占土壤总质量的百分比

由图5可知，灰棕潮土在2～3mm粒径团聚体所占质量百分比高达56.46%，HLOM和MLOM仅为3.94g／kg和5.80g／kg，但其活性有机质分配量仍占50%以上；矿子黄泥其中2～3mm粒径团聚体所占质量比例最高为43.24%，不同粒径矿子黄泥活性有机质含量差异较小，其活性有机质分配量最高为45%左右，而3～5mm粒径团聚体所占质量百分比仅为0.34%，活性有机质分配量几乎为0，其余粒级团聚体分配量均在10%左右；紫色潮土2～3mm粒径团聚体所占质量百分比最高为41.02%，HLOM和MLOM仅为4.70g／kg和6.02g／kg，但活性有机质分配量却高达30～42%之间；缙云山黄壤腐殖层中0.25～0.5mm粒径团聚体所占质量百分比最高为31.64%，HLOM和MLOM含量亦最高，分别为128.60g／kg和142.14 g／kg，活性有机质分配量亦在31%左右。

由以上可知，活性有机质在不同粒径土壤团聚体中的分配量主要是由土壤粒级团聚体的质量占土壤总质量的百分比决定，而与活性有机质含量（HLOM和MLOM含量）的关系不大。

对不同粒径土壤团聚体活性有机质含量及土壤粒级团聚体的质量占土壤总质量的百分比的深入研究，能反映重庆地区土壤肥力和土壤质量，为描述和评价土壤质量和探索重庆地区气候变化等问题提供科学依据。

3 结 论

（1）本文研究比较重庆市四种典型土壤有机质和活性有机质含量，结果显示：缙云山黄壤腐殖层有机质和活性有机质总量远高于其余三种土壤，四种典型土壤活性有机质所占土壤有机质全量比例大小依次为：矿子黄泥＞缙云山黄壤腐殖层＞灰棕潮土＞紫色潮土。

（2）对重庆市四种类型不同粒径土壤团聚体活性有机质含量研究，灰棕潮土0.25～0.5mm粒径团聚体HLOM和MLOM含量均最高，分别为11.92g／kg和12.14g／kg；紫色潮土0.25～0.5 mm粒径团聚体HLOM含量最高，为6.90g／kg，1～2mm粒径团聚体MLOM含量最高，为10.28g／kg；矿子黄泥不同粒径团聚体活性有机质含量相差不大；缙云山黄壤腐殖层0.5～1mm粒径团聚体HLOM和MLOM含量均最高，分别为128.60g／kg和142.14g／kg。

（3）通过对重庆市四种类型不同粒径土壤团聚体活性有机质分配量研究，结果表明：土壤粒级团聚体的质量占土壤总质量的百分比是活性有机质分配量的主导因素。

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