灰质白云岩土壤有机碳的团聚体保护

陈媛媛，周运超

（贵州大学 林学院，贵阳550025）

由于全球长期大面积的农垦，使土壤碳库和大气碳之间的碳循环平衡遭到破坏，大量土壤有机碳被氧化并以CO2的形式释放到大气中［1－3］，增强了温室效应。增加土壤有机碳的固定是一个有效的、具有中长期利益的减少温室气体排放的措施。土壤有机碳包括活性有机碳和非活性有机碳［4－5］，土壤有机碳中有一些组分对土地利用方式等因子变化的反应比总有机碳更敏感，这部分碳被称为可氧化态有机碳，可作为有机碳早期变化的指标，而非活性有机碳含量表征土壤积累和固碳能力；而土壤团聚体作为土壤结构的基本单元有大量的有机碳存在于其中，土壤固碳功能伴随土壤团聚体的形成、稳定及更新周转过程的始末，土壤有机碳的固定效应与团聚体的保护机制密切相关。因此，了解不同粒级团聚体中有机碳，可氧化态有机碳的分布状况有助于更好地了解土壤中碳素的分布，也对人们更好的保护土壤碳起到指导作用，为温室效应的治理提供理论依据。

目前，对土壤团聚体有机碳分布的研究主要集中于土壤养分［6－10］，土地利用方式［11－13］和施肥处理［14－15］等方面，而这些研究都是在对团聚体进行彻底破坏的基础上进行测定的，而没有考虑到团聚体内部对土壤碳的保护作用，因此通过不同方式对土壤团聚体进行拆分，了解土壤团聚体对土壤碳的保护会对土壤固碳的研究提供更多的理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

贵阳市位于贵州省中部，喀斯特面积占全市面积的85%。花溪区在贵阳市南郊（106°27′—106°52′E，26°11′—26°34′N），地处黔中山原盆地，最高海拔1 655.9m，最低海拔999m，属亚热带季风湿润气候，年均气温15.2℃，年降水量1 178mm，年平均日照时数1 214.6h，相对湿度85%，具有冬无严寒、夏无酷暑、气候温和、雨量充沛、雨热同季的特点，母岩以碳酸盐岩（石灰岩）为主，土壤为石灰土。

1.2 试验方法

土壤采自贵州省贵阳市花溪区花溪水库典型灰质白云岩发育土壤上的乔木林地。采用多点四分法取样，样品采集深度分0—5cm（后采）和5—20cm（先采）两个层次，每一点采集的土样厚度、深浅、宽窄大体一致，重复采样3次，再采集0—5cm土壤层。土样在室内风干后，用湿筛法分别测定＞5mm，5～2 mm，2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm的各级水稳性团聚体含量。其后对湿筛后的各级土壤团聚体进行碳水化合物提取后湿筛再次测定＞5mm，5～2 mm，2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm的各级水稳性团聚体含量，最后分别测定各粒级土壤有机碳和土壤可氧化态有机碳含量。土壤团聚体分离采用湿筛法，碳水化合物提取用直接测定法［16］，团聚体有机碳测定采用重铬酸钾外加热法［17］，有机碳易氧化性测定采用Blair等的方法［5］。

2 结果与分析

2.1 土壤团聚体与有机碳

对灰白云岩发育的乔木林下土壤经过湿筛和提取碳水化合物后再次湿筛土壤团聚体的有机碳分布（表1）表明，在0—5cm土层中，＞5mm团聚体粒级伴随提取碳水化合物后的第二次湿筛其含量变少而有机碳含量增多，5～2mm团聚体粒级含量和有机碳都在增多，而2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25 mm 3个粒级伴随着含量的增多，有机碳都相应的减少；而5—20cm土层中，除了＞5mm团聚体粒级含量和有机碳含量同时减少外，其余4个粒级都是团聚体含量增多，土壤有机碳含量减少。

表1 不同测定方法下土壤不同粒级团聚体及有机碳含量

2.2 土壤团聚体与可氧化态有机碳

土壤经过湿筛和提取碳水化合物后湿筛［18－19］两种拆分方法，其易氧化性测定结果如表2所示，作为土壤有机质的重要性质［20］，易氧化性的研究一直是土壤有机质研究的重点，而Blair等将1／3KMnO4可氧化碳的比例作为评价农业活动对自然土壤有机碳影响的参数［3］，在表2中，0—5cm 土层第一次湿筛能被1／30 KMnO4氧化的土壤有机碳约占22%，1／6KMnO4氧化的土壤有机碳约占72%，1／3KMnO4氧化的土壤有机碳约占76%，而残余量约占24%，即不可氧化土壤有机碳与可氧化土壤有机碳之比为1∶3；在提取碳水化合物后的第二次湿筛，能被1／30KMnO4氧化的土壤有机碳明显减少，约占15%，1／6KMnO4氧化的土壤有机碳减少约占37%，1／3KMnO4氧化的土壤有机碳减少约占67%，而残余量约占23%，针对各团聚体粒级，在1／30，在1／6和1／3KMnO4氧化条件下各个粒级的团聚体都伴随提取碳水化合物的第二次湿筛，可氧化态有机碳含量减少；5—20cm土层第一次湿筛能被1／30KMnO4氧化的土壤有机碳约占22%，1／6KMnO4氧化的土壤有机碳约占65%，1／3 KMnO4氧化的土壤有机碳约占69%，而残余量约占21%，在提取碳水化合物后的第二次湿筛，能被1／30 KMnO4氧化的土壤有机碳增多，约占25%，1／6 KMnO4氧化的土壤有机碳减少约占53%，1／3KMnO4氧化的土壤有机碳减少约占68%，而残余量约占32%，针对各团聚体粒级，在1／30，1／6和1／3KMnO4氧化条件下各个粒级的团聚体都伴随提取碳水化合物的第二次湿筛，可氧化态有机碳含量减少。

表2 不同团聚体拆分方法下土壤有机碳可氧化性分级

表3是结合土壤团聚体分配比例计算出的可氧化有机碳比重，由表3可知，在第一次湿筛后，0—5 cm，5—20cm两个土层中可氧化态有机碳比重均随着粒级的减小而依次减少，经过提取碳水化合物的第二次湿筛后，0—5cm土层仍然随着粒级较小可氧化态有机碳比重相应较少，但5—20cm土层中，5～2 mm团聚体粒级中土壤可氧化态有机碳比重最大，其次分别是2～1mm，1～0.5mm，＞5mm，0.5～0.25 mm团聚体粒级中土壤可氧化态有机碳比重最小。

3 讨论

（1）灰质白云岩乔木林下土壤在经过提取碳水化合物的第二次湿筛后，在0—5cm土层中，＞5mm粒级含量变少而有机碳含量增多，说明湿筛破坏了碳水化合物对土壤碳和团聚体之间的粘附性，＞5mm粒级被拆分向更小粒级转移，而由于碳水化合物的提取，团聚体粘附力减少，表层剥落，更多的土壤碳被暴露，土壤碳含量增多，5～2mm团聚体粒级含量增多，也是由于＞5mm粒级的团聚体被拆分，而2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm三个粒级伴随着含量的增多，有机碳都相应的减少，则说明虽然较大粒级的团聚体拆分会造成小粒级团聚体含量增多，但土壤碳多被保护在较大粒级中，随着粒级变小，保护力变小，会造成土壤碳的流失；而5—20cm土层中，土壤有机碳含量均减少，说明团聚体破坏对土壤有机碳影响大，团聚体对土壤有机碳的保护作用明显。

（2）对于土壤可氧化态有机碳，在0—5cm土层通过提取碳水化合物的第二次湿筛，可氧化态有机碳含量减少，两次湿筛中都是＞5mm粒级的团聚体包含较多可氧化态有机碳，其余各团聚体粒级中所包含的可氧化态有机碳比重随粒级减小依次减少；在5—20cm土层，第一次湿筛可氧化态有机碳所占比重随着粒级减小依次较少，但提取碳水化合物的第二次湿筛后，5～2mm粒级中可氧化态有机碳在团聚体所占比重最多，其次依次为2～1mm，1～0.5mm，＞5 mm三个粒级，0.5～0.25mm粒级中可氧化态有机碳在团聚体所占比重最少。由此可以推断，0—5cm土层中＞5mm粒级在破坏土壤团聚体结构后，仍会保存较多可氧化态有机碳，是土壤固碳的关键粒级，其余粒级团聚体对土壤碳的保护力随粒级减小依次减小，5—20cm土层，土壤团聚体结构破坏后，5～2 mm粒级中可氧化态有机碳在团聚体所占比重最多，说明5～2mm粒级对土壤可氧化态有机碳的保护性最强，0.5～0.25mm粒级对土壤可氧化态有机碳的保护性最弱。

表3 不同团聚体中土壤可氧化态有机碳分配比重

4 结论

碳水化合物作为形成土壤团粒结构的重要胶结物质，对土壤团聚体的稳定性有很大影响，提取水稳性碳水化合物后湿筛破坏了碳水化合物对团聚体的粘结作用，土壤团聚体结构会发生很大改变，湿筛和提取碳水化合物湿筛是从土壤团聚体内部结构改变方面了解土壤团聚体与土壤有机碳，可氧化态碳关系，试验结果显示，破坏团聚体内部作用力，团聚体会从大粒级（＞5mm，5～2mm）向小粒级（2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm）转移，但各粒级土壤有机碳并不随之转移，土壤有机碳大多存在于较大粒级中，碳水化合物提供的粘结力丧失后，土壤可氧化态有机碳含量会随着团聚体结构破坏而改变，团聚体可氧化态碳含量无论大粒级还是小粒级都在减少，但针对团聚体各个粒级而言，较大粒级（＞5mm，5～2 mm）包含可氧化态有机碳量多，较小粒级（2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm）可氧化态有机碳含量少，故由此可推测较大粒级（＞5mm，5～2mm）是保护土壤碳的主要粒级，其固定土壤碳的能力比较强，而较小粒级（2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm）保护土壤碳能力则相对较弱。

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