那曲县主要草地类型土壤有机碳特征分析

于宝政

(1.西藏农牧学院 资源与环境学院，西藏 林芝 860000；2.西藏农牧学院高原生态研究所，西藏 林芝 860000)

【研究意义】那曲县位于藏北地区的青藏高原腹地，是全球气候变化的敏感区。高寒草原是藏北地区最大的生态系统，也是西藏和我国面积最大的草地类型[1]。然而,在人类活动日益增强的背景下,以草地沙漠化为主的各种草地退化过程正不断加剧[2-4]。草原退化带来的草地生产力下降、土壤结构破坏和稳定性降低，土壤有机碳稳定性和含量下降、加剧了全球气候变暖的进程[5-6]。【前人研究进展】目前，虽然对青藏高原草原生态系统的碳循环问题有一定的研究，但研究内容主要集中在同一草地类型的不同退化程度草地土壤有机碳含量变化、高寒草原土壤有机碳空间分布等方面[7-8]，而针对不同自然草地类型有机碳含量的对比研究及其年度变化的研究较少。【本研究切入点】本文拟通过对藏北草原主要草地类型土壤有机碳含量差异及其年度、年际变化研究，【拟解决的关键问题】以期揭示藏北草原主要草地类型土壤有机碳含量差异及其季节性变化特征。

表1 实验样地基本情况

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域概况

研究区域位于西藏那曲地区那曲县，地理位置：31°29′45″～31°38′38″N，91°03′57″～92°00′51″E，海拔4588～4622 m。该区域全年分冷(10月至翌年5月)、暖(6-9月)两季，年均气温 -0.9 ℃，≥ 0 ℃ 年积温 800～1100 ℃，全年无绝对无霜期；年降水量400 mm以上，年蒸发量1 810.6 mm，8 级以上大风日可达92 d。牧草生长期170 d以上。研究区域内气候及地形条件相对一致。

在研究区域内选取3种代表性草地类型作为样地，分别是：青藏苔草(C.moorcroftii)草地、紫花针茅(S.purpurea)草地、高山嵩草(K.pygmaea)草甸(表1)。

1.2 样品采集

2013、2014年，分别于5月(春季，草地返青期)、8月(夏季，草类盛长期)、10月(秋冬季，枯草期)，对研究样地按照随机布点方式进行采样，每个样地采样3次，作为该草地类型下的3个重复。每个采样点去除植被地上部分后，沿土壤剖面(0～5，5～10，10～15，15～20，20～25 cm)分5层采集土样，装入聚乙烯袋中贴上标签后带回实验室。

1.3 样品分析

土壤样品风干后，过1 mm筛后磨细过0.25mm筛，测定土壤有机碳含量。

土壤有机碳测定采用重铬酸钾氧化-外加热法[9]。

1.4 统计分析

不同土层有机碳及不同类型草地土壤有机碳含量之间差异性采用Spss18.0软件进行ANOVA分析，用Excel绘图。

2 结果与分析

2.1 不同草地类型土壤有机碳含量状况及其垂直分布特征

2.1.1 不同草地类型土壤有机碳含量状况 对3种草地类型不同土层(0～5，5～10，10～15，15～20，20～25 cm)有机碳含量进行分析，如图1所示，土壤有机碳含量在各土层的含量均为：高山嵩草草甸>紫花针茅草地>青藏苔草草地。

高山嵩草草甸土壤有机碳含量与青藏苔草草地和紫花针茅草地土壤有机碳含量在各土层中均具有极显著差异(P<0.01)。这主要因为高山嵩草草甸的土壤质地优于青藏苔草草地和紫花针茅草地、含水量也高于青藏苔草草地和紫花针茅草地，且高山嵩草草甸盖度高于另外两者，减小了风蚀作用的影响并增加了枯落物量[10]。

紫花针茅草地土壤有机碳含量虽然在各土层中均高于青藏苔草草地，但在(0～5，5～10，10～15 cm)土层中两者无显著差异，在15～20 cm土层中两者有显著差异(P<0.05)，在20～25 cm土层中两者有极显著差异(P<0.01)。这主要是由于植物残体是土壤有机碳最重要的来源[11],而紫花针茅根系长于苔草，根系生长过程中的脱落物和分泌物可以在相对更深的土层中沉积和分解，为土壤有机碳提供了来源[12-13]。

图1 不同草地类型土壤有机碳含量Fig.1 Contents of soil organic carbon in different grassland types

相同土层不同字母表示差异显著性达 5 %(下同)图2 青藏苔草草地土壤有机碳年度变化Fig.2 Annual variability of Guing-Tibetan sedge soil organic carbon

青藏苔草草地各土层中有机碳含量在3种草地类型中均是最低。这与该草地类型盖度最低、以及土壤通透性最强、保蓄性最弱有关，另外与其土壤受风蚀作用最强也有一定关系。

2.1.2 各草地类型土壤有机碳垂直分布特征 青藏苔草草地土壤有机碳含量在各土层中无差异；这主要是由于青藏苔草草地土壤质地为砂土造成的；砂土通透性强、保蓄性弱且有机物料分解速率低导致该草地土壤有机质在各土层中含量均较低，即使有区别也不存在显著差异[14]。

紫花针茅草地土壤有机碳含量在表层土壤0～5 cm中含量最低，与其余各层土壤有机碳含量有显著差异(P<0.05)，土壤有机碳含量在(5～10，10～15，15～20，20～25 cm)土层间不存在差异；这说明该草地土壤有一定的保水保肥能力，但表层受风蚀作用影响，形成粗质地土壤，砂粒含量高，土壤有机碳含量低[15-17]。这种影响随着土壤深度的增加而减弱，因此表层土壤有机碳含量最低。

高山嵩草草甸土壤有机碳含量明显随土层深度增加而下降，0～5 cm土层有机碳含量与(5～10，10～15，15～20，20～25 cm)4层土样中有机碳含量均具有极显著差异(P<0.01)，5～10与10～15 cm土层有机碳含量不存在差异、与(15～20，20～25 cm)土层有机碳含量均具有极显著差异(P<0.01)，10～15与15～20 cm土层有机碳含量不存在显著差异、与20～25 cm土层中有机碳含量均具有极显著差异(P<0.01)，15～20与20～25 cm土层有机碳含量不存在显著差异；这说明草甸土壤有机碳含量与土层深度呈反比，这与其他一些干旱草原土壤有机碳垂直分布特征的研究结果一致[18]。

2.2 各草地类型土壤有机碳含量的年度变化

从图2可以看出，青藏苔草草地土壤有机碳年度含量变化：2013年，在(0～5，5～10，10～15，0～25 cm)土层中不同季节有机碳含量无显著差异；(15～20，20～25 cm)土层中有机碳含量在返青期与盛长期之间存在显著差异(P<0.05)，返青期与枯草期之间、盛长期与枯草期之间均不存在显著差异。土壤有机碳含量年度内季节间变化率为返青期与盛长期51.1 %、盛长期与枯草期-26.3 %。2014年，在(0～5，5～10，10～15 cm)土层中不同季节有机碳含量无显著差异；(15～20，20～25，0～25 cm)土层中有机碳含量在返青期与盛长期之间存在显著差异(P<0.05)，返青期与枯草期之间、盛长期与枯草期之间均不存在显著差异。土壤有机碳含量年度内季节间变化率为返青期与盛长期-64.9 %、盛长期与枯草期75.9 %。

从图3可以看出，紫花针茅草地土壤有机碳年度含量变化：2013年，各土层中有机碳含量在不同季节间均无显著差异。土壤有机碳含量年度内季节间变化率为返青期与盛长期1.7 %、盛长期与枯草期-14.1 %。2014年，各土层中有机碳含量在不同季节间均无显著差异。土壤有机碳含量年度内季节间变化率为返青期与盛长期-16.4 %、盛长期与枯草期9.1 %。

图3 紫花针茅草地土壤有机碳年度变化Fig.3 Annual variability of Stipa purpurea soil organic carbon

图4 高山嵩草草甸土壤有机碳年度变化Fig.4 Annual variability of Alpine-pygmaeus Kobresia soil organic carbon

从图4可以看出，高山嵩草草甸土壤有机碳年度含量变化：2013年，各土层中有机碳含量在不同季节间均无显著差异。土壤有机碳含量年度内季节间变化率为返青期与盛长期26.0 %、盛长期与枯草期-27.9 %。2014年，各土层中有机碳含量在不同季节间均无显著差异。土壤有机碳含量年度内季节间变化率为返青期与盛长期-7.5 %、盛长期与枯草期14.4 %。

综合上述，在年度内只有青藏苔草草地土壤有机碳含量有显著差异。这可能是因为青藏苔草根系较浅，在盛长期(15～20，20～25 cm)土层中根系分布明显增多，此季节的温湿度也是土壤微生物生命活动相对活跃的时期，有利于微生物将土壤中有机残体和根系分泌物向有机碳转化，同时该草地类型土壤质地为砂土，有机碳含量本来就低，因此土壤有机碳含量的波动会出现显著差异[12-13]。

另外，3种草地类型土壤有机碳含量在季节间的变化一致体现出2013年先增后减、2014年先减后增的规律性。有研究表明：此几种草地类型枯落物生物量随季节变化呈“V”字型曲线；即返青期较高，盛长期最低，枯草期最大[19]。通过查阅气象资料发现，2013年10月至2014年5月与往年同期相比气温偏高、降水多，这种温湿变化导致微生物活动强于往年，由于微生物活动增强及其他影响因素，土壤中枯落物向有机碳转化的转化量大于有机碳的损失量，导致土壤有机碳含量升高； 2014年5-8月间由于草地返青，枯落物量不足，且植被生长对有机碳的损耗增大，土壤中枯落物向有机碳转化的转化量小于有机碳的损失量，导致2014年草地盛长期土壤有机碳处于较低水平；而2014年5-8月由于草地转枯，土壤有机碳损耗量下降的同时枯落物量逐渐增大，土壤中枯落物向有机碳转化的转化量大于有机碳的损失量，使土壤有机碳含量又逐渐上升。

2.3 各草地类型土壤有机碳含量的年际变化

如图5所示，各草地类型的不同土层中有机碳含量在年际间均无显著差异。土壤有机碳含量在2013与2014年际间变化率：青藏苔草草地为1.0 %、紫花针茅草地为-0.7 %、高山嵩草草甸为7.8 %。土壤有机碳的积累、分解、转化都是较为缓慢的过程，一般来说短期内变化没有显著差异，高山嵩草草甸土壤有机碳含量年际间变化率高于另外2种草地类型；主要是高山嵩草草甸土壤有机碳含量在各土层中均远高于另外2种草地类型、土壤保蓄性强、微生物可用于转化为有机碳的有机物质含量高，因此其土壤有机碳含量年际间变化率高于另外2种草地类型。

图5 3种草地类型土壤有机碳年际变化Fig.5 Interannual variability of soil organic carbon in different grassland types

3 结 论

土壤有机碳在各土层的含量均为高山嵩草草甸>紫花针茅草地>青藏苔草草地。这主要与不同草地类型的土壤质地有关，有机碳含量表现为壤土>壤质砂土>砂土。3种草地类型土壤有机碳垂直分布特征为：青藏苔草草地土壤有机碳含量在各土层间无显著差异；紫花针茅草地土壤有机碳含量在0～5 cm土层最低，与其余各层土壤有机碳含量有显著差异(P<0.05)，在(5～10，10～15，15～20，20～25 cm)土层间不存在显著差异；高山嵩草草甸土壤有机碳，0～5 cm土层有机碳含量与(5～10，10～15，15～20，20～25 cm)4层土样中有机碳含量均具有极显著差异(P<0.01)，(5～10，10～15，15～20，20～25 cm)各土层与相邻土层间无显著差异，与其余土层有极显著差异(P<0.01)。土壤有机碳的积累、分解、转化都是较为缓慢的过程，一般来说短期内变化没有显著差异，但是青藏苔草草地在(15～20，20～25 cm)土层中有机碳含量在返青期与盛长期之间有显著差异(P<0.05)，2014年青藏苔草草地0～25 cm土层中有机碳含量在返青期与盛长期之间也有显著差距，同时各草地类型的不同土层中有机碳含量在年际间均无显著差异，这说明在某些特殊气候条件下，由于土壤有机碳含量本来就很低，在植物的同一生长周期内的不同生长阶段间土壤有机碳含量变化会出现显著差异，但是在不同生长周期间土壤有机碳含量又能保持相对稳定。

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