内蒙古典型草原土壤有机碳与土壤理化性质的关系

李兰花+杨勇+萨仁格日勒

摘 要：该文以内蒙古典型草原为研究对象，通过野外调查取样与实验室测定等方法，分析了表层土壤有机碳与土壤理化性质的相关性。结果表明：土壤有机碳与土壤全氮和土壤含水量呈显著线性正相关（P<0.01），而与土壤容重呈显著线性负相关关系（P<0.01）；土壤全氮与土壤容重呈显著线性负相关关系（P<0.01），与土壤含水量呈显著线性正相关关系（P<0.01）。说明草地生态系统内部的各养分是相互联系、相互作用的有机整体。

关键词：典型草原；土壤有机碳；土壤理化性质

中图分类号 Q149；S812 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）19-68-03

Soil Organic Contents in Relation to Soil Physic-chemical Properties in Typical Steppe of Inner Mongolia

Li Lanhua et al.

（Inner Mongolia Institute of Grassland Survey and Planning，Huhhot 010051，China）

Abstract：Typical steppe of Inner Mongolia was chosen as the research site for grassland condition monitoring.The integrating method of outdoor sampling and indoor determination was used to analyze the correlation between soil organic carbon（C）and soil physic-chemical properties.The results showed that the soil organic C was significantly positively correlated to the soil total nitrogen and soil moisture content（P<0.01），while soil density was significantly negatively correlation with soil organic C（P<0.01）.Soil total nitrogen was significantly positively correlated to the soil moisture content（P<0.01），and was significantly negatively correlation with soil density（P<0.01）.The results also indicated that the nutrients in grassland ecosystem were organic whole of interrelationship and interaction.

Key words：Typical steppe；Soil organic contents；Soil physic-chemical properties

土壤是陆地生态系统中最大的碳库，其贮存的有机碳占整个陆地生态系统碳库的2/3，约为植物碳库的3倍、大气碳库的2倍[1]。土壤有机碳作为土壤肥力的重要物质基础，是土壤中较为活跃的部分，其含量和动态对于土壤生产力、土地可持续利用、环境保护以及全球碳循环等方面有着十分重要的作用和意义[2-3]。长期研究表明，土壤有机碳含量不仅受植被类型和土地利用方式的影响，还与土壤pH值、容重、含水量及养分含量等土壤理化性质有关[4-5]。本文通过野外调查取样与实验室测定等方法，以内蒙古典型草原土壤为研究对象，对试验地土壤有机碳与土壤理化性质的相关性进行了研究，将有助于人们科学理解土壤有机碳的变化趋势，也为碳循环过程提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 试验区位于新巴尔虎右旗境内，地理位置为E115°31′～117°43′，N47°36′～49°50′。该区域属中温带大陆性半干旱气候，多年平均降水量为220～280mm，由北向南递减，年均温0.30℃，无霜期128d。冬季干燥寒冷，平均气温为-22.5℃，平均降水量为7.5mm，仅占全年降水量的2%。夏季温和湿润，平均气温为19.77℃，平均降水量为186.0mm，占全年降水量的75%。试验样地属于温性典型草原，主要植物为大针茅（Stipa grandis）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）。土壤类型为栗钙土和暗栗钙土[6]。

1.2 野外取样 在新巴尔虎右旗境内共选择5个地形开阔、植被类型具有代表性的观测样地作为试验地，这些样地也代表了该地区的主要草地利用方式。2011年8月中旬，每个试验点分别设置3个半径为30m的样圈，以圆心为始点布设夹角为120°的3条样线，在每条样线上距圆心15m处设置1个取样点，面积均为1m2（1m×1m）。用土钻（直径4cm）按3点取样法分0～10cm、10～20cm、20～30cm共3层取样，混合后分别装入封口袋带回实验室，用于土壤理化性状测定。本次试验共采集土壤样品135个。

1.3 土壤特性测定 土壤容重测定采用环刀法，分0～10cm、10～20cm、20～30cm共3层进行测定；土壤全氮的测定采用凯氏定氮法；土壤有机碳的测定采用重铬酸钾容量法-外加热法；土壤含水量测定采用采用105℃下烘干法。

1.4 数据分析 为了解内蒙古典型草原地区土壤有机碳与土壤基本理化性质之间的相互关系，将所有试验点不同土层数据汇总，利用线性回归分析的方法，分析土壤有机碳与土壤理化指标（包括土壤全氮、土壤容重和土壤含水量）之间的相互关系，相关性的显著性检验使用SPSS19.0进行统计检验。当达到显著性时（P<0.01），认为二者可能存在直接或者间接的相互影响，否则不存在影响。

2 结果与分析

2.1 土壤有机碳与容重和含水量的关系 回归分析表明，土壤有机碳与土壤容重和含水量分别呈显著线性负相关关系（P<0.01，R2=0.309 9，F=59.728）和显著线性正相关关系（P<0.01，R2=0.307 3，F=59.007 4），斜率分别为-17.920 2和0.660 2（图1）。祖元刚[7]在中国东北地区（包括内蒙古东部地区）及徐薇薇[8]在中国干旱区的研究结果也表明，土壤有机碳与土壤容重呈显著负相关关系。崔楠[4]在研究胡杨、梭梭群落土壤理化性质及其相互关系时也发现，土壤有机碳与土壤容重和土壤含水量分别呈显著（P<0.01）负相关关系和显著（P<0.01）正相关关系。

<＼＼Pc10＼工作盘 （E）＼姜秀红＼杂志＼安徽农学通报杂志＼2015-19农学通报内文＼8633-1.eps><＼＼Pc10＼工作盘 （E）＼姜秀红＼杂志＼安徽农学通报杂志＼2015-19农学通报内文＼8633-2.eps>

图1 土壤有机碳与土壤容重和土壤含水量之间的关系

2.2 土壤有机碳与全氮的关系 土壤肥力会随土壤有机碳含量的增加而提高[9]。本研究也发现，土壤有机碳与土壤全氮呈显著线性正相关正相关（P<0.01，R2=0.731 9，F=363.120 6），即随着土壤全氮含量的提高，土壤有机碳含量呈现线性增加，斜率为9.37g/g（图2）。

<＼＼Pc10＼工作盘 （E）＼姜秀红＼杂志＼安徽农学通报杂志＼2015-19农学通报内文＼8633-3.eps>

图2 土壤有机碳与土壤全氮之间的关系

2.3 土壤全氮与容重和含水量的关系 氮是大气圈中含量最丰富的元素，是植物生长所必需的营养元素，对于大多数草地生态系统来说，氮素都是限制草地生产力的重要因素之一[10]。分析土壤全氮与土壤容重和土壤含水量之间的相互关系，可为今后草地氮素研究提供理论参考。回归分析结果表明（图3），土壤全氮与土壤容重呈显著线性负相关关系（P<0.01，R2=0.247 0，F=43.634 3），斜率为-1.4592；与土壤含水量呈显著线性正相关关系（P<0.01，R2=0.235 3，F=40.913 2），斜率为0.052 7。

<＼＼Pc10＼工作盘 （E）＼姜秀红＼杂志＼安徽农学通报杂志＼2015-19农学通报内文＼8633-4.eps><＼＼Pc10＼工作盘 （E）＼姜秀红＼杂志＼安徽农学通报杂志＼2015-19农学通报内文＼8633-5.eps>

图3 土壤有机碳与土壤容重和土壤含水量之间的关系

3 结论

土壤有机碳与土壤全氮和含水量呈显著线性正相关，而与土壤容重呈显著线性负相关关系；土壤全氮与土壤容重呈显著线性负相关关系，与土壤含水量呈显著线性正相关关系。说明草地生态系统内部的各养分是相互联系、相互作用的有机整体[11]，而人类利用方式是否会导致土壤理化性状间的相互关系发生改变，还需进一步研究说明。

参考文献

[1]Schlesinger W H.Evidence from chronosequence studies for a low carbon-storage potential of soils[J].Nature，1990，348（6298）：232-234.

[2]李新爱，肖和艾，吴金水，等.喀斯特地区不同土地利用方式对土壤有机碳、全氮以及微生物生物量碳和氮的影响[J].应用生态学报，2006，17（10）：1827-1831.

[3]李林海，郜二虎，梦梦，等.黄土高原小流域不同地形下土壤有机碳分布特征[J].生态学报，2013，33（1）：179-187.

[4]崔楠，吕光辉，刘晓星，等.胡杨、梭梭群落土壤理化性质及其相互关系[J].干旱区研究，2015，32（3）：476-482.

[5]王海燕，霍相东，张会儒，等.近天然落叶松云冷杉林土壤有机碳研究[J].北京林业大学学报，2009，31（3）：11-16.

[6]杨勇，宋向阳，刘爱军，等.内蒙古典型草原物种多样性的空间尺度效应及其分形分析[J].草地学报，2012，20（3）：444-449.

[7]祖元刚，李冉，王文杰，等.我国东北土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化性质的相关性[J].生态学报，2011，31（18）：5207-5216.

[8]徐薇薇，乔木.干旱区土壤有机碳含量与土壤理化性质的相关分析[J].中国沙漠，2014，34（6）：1558-1561.

[9]房飞，胡玉昆，公延明，等.荒漠土壤微生物碳垂直分布规律对有机碳库的表征作用[J].中国沙漠，2013，33（3）：777-781.

[10]LeBauer D S，Treseder K K.Nitrogen limitation of net primary productivity in terrestrial ecosystems is globally distributed[J].Ecology，2008，89：371-379.

[11]杨勇，宋向阳，咏梅，等.不同干扰方式对内蒙古典型草原土壤有机碳和全氮的影响[J].生态环境学报，2015，24（2）：204-210.

（责编：张宏民）