高寒区季冻土有机碳储量对坡位的响应特征

丁宇浩，黄莎琳，王君惠，万 丹

（1.西藏农牧学院资源与环境学院；2.西藏农牧学院高寒水土保持研究中心，西藏 林芝 860000）

土壤有机碳和无机碳对土壤的物理、化学和生物性质有重要影响，它们在保持和提高土壤肥力等方面发挥着重要作用。研究表明，1 m土壤的全球碳储量约为2 500 Gt（1 Gt=10g），其中土壤有机碳占60%以上（1 550 Gt）。本文以藏东南具有典型山地垂直地带性的色季拉山为研究区，以季节性冻土为研究对象，研究了该地区季节性冻土0～60 cm土层有机碳储量的剖面分布特征及其对坡位的响应，以明确青藏高原高寒地区土壤碳库组成，准确预测和响应全球气候变化。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

色季拉山位于西藏自治区林芝市，属于念青唐古拉山脉，是尼洋河和帕隆藏布的集水区，主峰海拔为5 200 m。喜马拉雅山脉和念青唐古拉山脉由西向东平行伸展，东部与横断山脉对接，东南低处正好面向印度洋开了一个大缺口，顺雅鲁藏布江而上的印度洋暖流与北方寒流在色季拉山一带会合驻留，造就了林芝市热带、亚热带、温带及寒带气候并存的多种气候带。

1.2 样地设置与样品采集

本研究于2020年7月进行，样地测量单位为10 m×10 m，共有6个大样方。土壤样本是从远离高大树木和灌木丛的空旷草地上采集的。每块大样方随机选取3个1 m×1 m的小样方作为重复样。

选择色季拉山一个集水区的两个坡面作为研究区域，通过对边坡的实地调查，根据不同的边坡（阴坡、阳坡）和坡位（坡上、坡中、坡下）选取6个点进行采样。阳坡土壤类型为高寒草甸土壤，土层较薄，坡长70 m，阴坡土壤类型为亚高山草原，坡长90 m。采样深度为0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm。共采集了18个不同坡位、不同深度的土壤样品，测定了土壤和水的有机碳含量。

2 结果与分析

2.1 不同土层深度的土壤有机碳分布

如表1所示，研究区0～20 cm、20～40 cm及40～60 cm土层的平均有机碳储量分别为61.79 g/kg、41.19 g/kg及31.22 g/kg，各土层的平均有机碳储量为44.73 g/kg，整体较高。随着土层深度的增加，土壤有机碳储量呈下降趋势，各土层有机碳储量差异显著（概率＜0.05）。下降率达到75%，表明该地区的植被和土壤对碳的生物储量有显著影响。

表1 不同深度土层土壤有机碳的统计特征

2.2 不同坡位的土壤有机碳分布

由表2可知，阴坡的坡上、坡中和坡下有机碳储量分别为35.04～56.22 g/kg、21.24～35.88 g/kg和32.58～38.10 g/kg，平均有机碳储量分别为42.84 g/kg、26.62 g/kg和35.66 g/kg（＜0.05）。坡上、坡中和坡下的有机碳储量变异系数分别为22%、25%和6%。坡上和坡中属于平均变异，坡下属于弱变异。

表2 阴坡不同坡位土壤有机碳统计特征

如图1所示，阴坡同一坡位上，表层土壤的有机碳储量明显高于深层土壤有机碳储量。不同土层间差异显著（＜0.05）；同一深度下，坡下土壤有机碳含量高于坡上土壤有机碳含量。土壤深度介于40～60 cm时，土壤坡位间差异不显著（＞0.05）。结果表明，不同坡位对土壤不同层次有机碳储量的影响不同，对土壤深层有机碳储量的影响大于对浅层有机碳储量的影响。

图1 阴坡不同坡位土壤有机碳分布

由表3可知，阳坡的坡上、坡中和坡下有机碳储量分别为39.68～91.23 g/kg、36.3～90.89 g/kg和22.54～60.2 g/kg，平均有机碳储量分别为63.52 g/kg、63.41 g/kg和57.69 g/kg，坡上＞坡下，差异不显著（＞0.05）。坡上、坡中和坡下的有机碳变异系数分别为33%、33%和41%。高变异的是坡下，平均变异的为坡上和坡中。

表3 阳坡不同坡位土壤有机碳统计特征

如图2所示，阳坡同一坡位条件下，表层土壤有机碳储量高于深层土壤有机碳储量，各土层间差异显著（＜0.05）；同一土壤深度下，不同坡位的土壤有机碳储量不同。土壤深度介于20～40 cm时，从有机碳储量来看，坡上＞坡下＞坡中；土壤深度介于0～20 cm时，坡上＞坡中＞坡下；深度40～60 cm有机碳储量变化趋势与0～20 cm是一致的。上述结果表明，阳坡坡位对不同土层土壤有机碳储量的影响程度不同，对浅层有机碳的影响较深层有机碳更大。

图2 阳坡不同坡位土壤有机碳分布

2.3 坡面土壤有机碳对坡位的响应特征

下面通过一般线性模型（GLM）进行方差成分分析，如表4所示。结果表明，坡面土壤有机碳储量主要受坡向和土层的影响（＜0.001），解释率分别是23.17%和55.43%，坡位对坡面土壤有机碳的解释率为53.56%（＜0.05）；坡向×土层解释了2.24%（＜0.05），坡位×土层仅解释了0.36%（＞0.05），坡向×坡位解释了3.86%（＜0.001）；坡向×坡位×土层解释了2.25%（＞0.05）。

表4 土壤有机碳储量与不同因子的一般线性模型（GLM）

3 结论

本文研究了高寒区季节性冻土0～60 cm土层有机碳储量对坡位的响应特征。研究表明，研究区土壤平均有机碳储量为44.73 g/kg，总体水平较高。其中，0～20 cm土层有机碳变化平均，20～40 cm土层和40～60 cm土层有机碳变化较大。土壤有机碳储量随土壤深度的增加而减少，但阴坡（74%）的下降幅度显著高于阳坡（54%）；阴坡位置对土壤深层有机碳影响显著，阳坡位置对土壤浅层有机碳影响显著。广义线性模型结果表明，坡面土壤有机碳储量主要受土层、坡向和坡位的影响，坡位和土壤深度是影响该地区土壤有机碳垂直分布的重要因素。