贛南不同植被覆蓋下紅壤有機(jī)碳剖面分布特征

黃艷　徐祥明　冷雄等

摘要：為探明贛南地區(qū)紅壤有機(jī)碳的垂直分布規(guī)律，采用野外取樣法，研究贛南地區(qū)3種不同母質(zhì)（花崗巖、紅砂巖以及第四紀(jì)紅土）在不同植被覆蓋下的紅壤總有機(jī)碳剖面分布規(guī)律。結(jié)果表明：紅壤總有機(jī)碳含量基本隨著土層深度的增加而降低，但各土層下降幅度不同：在20 cm處，土樣的下降幅度為41%～65%；在40 cm處，土樣下降幅度為20%～36%。不同母質(zhì)發(fā)育紅壤有機(jī)碳比較結(jié)果顯示，第四紀(jì)紅土發(fā)育紅壤總有機(jī)碳含量最低。與林下裸地比較，灌草地與林草地剖面土壤有機(jī)碳含量均有提高。植被覆蓋率對(duì)有機(jī)碳分布的影響表現(xiàn)為：植被覆蓋率越高，有機(jī)碳含量也越高。

關(guān)鍵詞：贛南；紅壤；植被覆蓋；總有機(jī)碳；剖面分布；成土母質(zhì)；土層深度

中圖分類號(hào)： S154.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）11-0445-03

收稿日期：2014-10-28

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：41301226）；江西省自然科學(xué)基金（編號(hào)：20132BAB213020）；江西省教育廳青年科學(xué)基金（編號(hào)：GJJ13645）；巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（編號(hào)：KDL2012-06、201306）。

作者簡(jiǎn)介：黃艷（1991—），女，江西萍鄉(xiāng)人，碩士研究生，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境與“3S”技術(shù)。E-mail：hygnnu@163.com。

通信作者：徐祥明，博士，碩士生導(dǎo)師。E-mail：xmingx2007@163.com。土壤有機(jī)碳（SOC）在全球碳循環(huán)中起關(guān)鍵作用，它是地球表層系統(tǒng)中最大且最具活動(dòng)性的生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)之一，對(duì)土壤質(zhì)量和氣候變化都具有重大的影響[1-2]。全球約有1 500 Pg碳是以有機(jī)質(zhì)形態(tài)儲(chǔ)存于地球土壤中[3]。近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)不同土地植被類型的土壤有機(jī)碳的垂直剖面分布特征以及影響因素極為關(guān)注，并開展了大量的研究工作。方晰等對(duì)杉木人工林的土壤有機(jī)碳的分布進(jìn)行研究，結(jié)果表明，杉木人工林土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著土壤深度的增加而下降[4]；范永剛等以巴音布魯克主要草地類型為研究對(duì)象，分析不同草地類型的有機(jī)碳含量的垂直分布特征，結(jié)果表明，有機(jī)碳含量從大到小依次為高山沼澤化草甸>高寒草甸>高山草原化草甸>高山草原[5]；楊曉梅等研究了不同林草地土壤有機(jī)碳的垂直分布特征，結(jié)果表明，SOC含量從大到小依次為柴松林>遼東櫟林>油松林[6]。有研究表明，自然因素如氣候、土壤和植被特征因子都與0～20、20～40、40～60 cm土層土壤有機(jī)碳含量顯著相關(guān)，都對(duì)土壤有機(jī)碳含量有影響。影響土壤有機(jī)碳的關(guān)鍵因素隨土壤深度不同而有所不同，其中影響0～20 cm土層有機(jī)碳的主要因素為植被蓋度，20～40 cm 土層為草地生產(chǎn)力，40～60 cm土層為土壤黏粉粒含量；其他影響因素如年均溫度和土壤特性主要通過影響植被蓋度和草地生產(chǎn)力來影響土壤有機(jī)碳含量[7]。

紅壤是贛南地區(qū)主要的土壤類型，可在多種母質(zhì)中發(fā)育形成。紅壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的分布在不同植被類型存在差異。本研究以贛南地區(qū)不同植被覆蓋下的紅壤為對(duì)象，設(shè)置花崗巖、紅砂巖、第四紀(jì)紅土3種母質(zhì)發(fā)育的紅壤，每種母質(zhì)各設(shè)置林下裸地、灌草地、林草地3種不同的植被覆蓋，以林下裸地為參照，分析不同植被覆蓋對(duì)有機(jī)碳垂直分布的影響，并分析其分布規(guī)律，為土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量等研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為贛南地區(qū)的植被恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況及樣品采集

研究區(qū)位于江西省贛州市，此區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候。此處夏季炎熱，降水量充沛，冬季寒冷，四季分明，年均降水量達(dá)到1 500 mm左右。樣地海拔不高，土壤母質(zhì)多種多樣，主要有花崗巖、紅砂巖和第四紀(jì)紅土等。本研究分別以3種不同母質(zhì)（花崗巖、紅砂巖和第四紀(jì)紅土）和不同植被覆蓋（林下裸地、灌草叢、林草地）的紅壤為研究對(duì)象（表1）。

2.2土壤總有機(jī)碳含量的測(cè)定

土壤總有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀-外加熱容量法測(cè)定[8]。

2.3土壤總有機(jī)碳含量的計(jì)算[8]

式中：O.M表示土壤總有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；c表示重鉻酸鉀（1/6 K2Cr2O7）標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；V1表示加入重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；V0表示空白標(biāo)定用去硫酸亞鐵溶液體積，mL；V表示滴定土樣用去硫酸亞鐵溶液體積，mL；M表示1/4碳的摩爾質(zhì)量，M（1/4C）=3 g/mol；1.08表示氧化校正系數(shù)；m表示風(fēng)干土樣質(zhì)量，g。

2結(jié)果與分析

2.1不同植被覆蓋紅壤總有機(jī)碳剖面分布

2.1.1花崗巖發(fā)育的紅壤總有機(jī)碳剖面分布從圖1可以看出，在整個(gè)垂直剖面上花崗巖紅壤總有機(jī)碳含量均呈現(xiàn)出隨土壤深度的增加逐漸遞減的趨勢(shì)，這與許多學(xué)者的研究結(jié)果[9-12]相似。表層土的總有機(jī)碳含量最高， 林草地和灌草叢表1樣地采集信息母質(zhì)采樣地點(diǎn)土地利用方式植被覆蓋率

4.834.1贛州章貢區(qū)灌草叢20喬木：馬尾松；灌草叢：狗牙根、蜈蚣草、牛筋草、雀稗0～20

20～404.901.2贛州章貢區(qū)林下裸地8喬木：馬尾松；灌草叢：早熟禾、雀稗0～204.820.5

表層土各自占整個(gè)垂直剖面的50%。在0～20 cm的土層內(nèi)，林草地的總有機(jī)碳含量是灌草叢的1.45倍；在40～60 cm的土層內(nèi)，林草地總有機(jī)碳含量低于灌草叢。整體而言，林下裸地含量最低。3種不同植被覆蓋下的總有機(jī)碳含量存在差異的主要原因?yàn)橹脖桓采w度，即林草地的植被覆蓋度達(dá)85%，灌草叢為50%，林下裸地為0，植被覆蓋度越高，地表的枯枝落葉越多，轉(zhuǎn)化為表層土的有機(jī)質(zhì)含量也就越高。

2.1.2紅砂巖發(fā)育的紅壤總有機(jī)碳剖面分布從圖2可以看出，紅砂巖發(fā)育的紅壤總有機(jī)碳整體上從大到小依次為灌草叢>林草地>林下裸地。在0～20 cm內(nèi)，灌草叢總有機(jī)碳含量是林下裸地、林草地的4.5、1.4倍。無(wú)論是灌草叢還是林草地，在整個(gè)垂直剖面上的總有機(jī)碳含量都隨土層深度的增加而逐漸遞減。不同植被類型的土壤有機(jī)碳含量的分布差異與植被類型、氣候特點(diǎn)以及土壤性質(zhì)有關(guān)[13]。

2.1.3第四紀(jì)紅土發(fā)育的紅壤總有機(jī)碳剖面分布由圖3可以看出，在整個(gè)垂直剖面上，林草地的總有機(jī)碳含量是最高的。第四紀(jì)紅土總有機(jī)碳分布規(guī)律為林草地>灌草叢>林下裸地?？赡苁且?yàn)橹脖桓采w率的原因，林草地植被覆蓋率達(dá)60%，灌草叢植被覆蓋率為20%，林下裸地為8%，說明植被覆蓋率越高，總有機(jī)碳含量越高?？梢姡脖桓采w率對(duì)總有機(jī)碳的分布是有影響的。

2.2不同母質(zhì)發(fā)育的紅壤總有機(jī)碳剖面分布

圖4表明，不同母質(zhì)在同一植被覆蓋條件下所表現(xiàn)出的總有機(jī)碳垂直分布規(guī)律是不同的。灌草叢和林下裸地的總有機(jī)碳含量整體上分布規(guī)律表現(xiàn)一致，即紅砂巖>花崗巖>第四紀(jì)紅土；林草地總有機(jī)碳含量表現(xiàn)為花崗巖>紅砂巖>第四紀(jì)紅土。可見，總有機(jī)碳含量最少的是第四紀(jì)紅土。紅砂巖和花崗巖并未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。影響總有機(jī)碳分布的原因可能與植被覆蓋率有關(guān)，灌草叢和林下裸地的植被覆蓋率均為紅砂巖>花崗巖>第四紀(jì)紅土，而在林草地植被條件下，花崗巖母質(zhì)植被覆蓋率達(dá)85%，而花崗巖為60%，可見植被覆蓋率是影響有機(jī)碳分布的主要因素。

3討論

渠開躍等研究了遼東山區(qū)不同林型土壤有機(jī)碳的剖面分布，結(jié)果表明各種土壤有機(jī)碳剖面分布規(guī)律一致，均為表層>亞表層>底層[14]，與本研究結(jié)果一致。不同植被覆蓋下的紅壤有機(jī)碳含量隨著土層深度的增加逐漸遞減，且遞減趨勢(shì)略有不同，總體上大致呈現(xiàn)出“隨土層深度的增加，下降幅度遞減”的趨勢(shì)。

本試驗(yàn)還探討了植被覆蓋度對(duì)總有機(jī)碳分布的影響。土壤植被覆蓋對(duì)總有機(jī)碳含量的影響一方面體現(xiàn)在成土母質(zhì)有所差異，另一方面表現(xiàn)在土壤自身的理化性質(zhì)上[15]。研究區(qū)各樣地所屬植被覆蓋類型主要是林草地、灌草叢和林下裸地。不同植被覆蓋下的土壤有機(jī)碳含量總體上表現(xiàn)為林下裸地最低。李龍波等研究發(fā)現(xiàn)，不同植被覆蓋條件下有機(jī)碳含量變化規(guī)律為闊葉林草地>針葉林草地>灌木林草地>草地>荒地[13]。本試驗(yàn)研究了植被覆蓋率與總有機(jī)碳含量之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)植被覆蓋率越高，有機(jī)質(zhì)含量越高。

本試驗(yàn)還研究了在母質(zhì)和植被覆蓋條件共同作用下總有機(jī)碳分布的規(guī)律：在相同母質(zhì)不同植被覆蓋條件下，花崗巖以及第四紀(jì)紅土的植被覆蓋率表現(xiàn)為林草地>灌草叢>林下裸地，總有機(jī)碳含量也表現(xiàn)出相應(yīng)的一致性；紅砂巖植被覆蓋率表現(xiàn)為灌草叢>林草地>林下裸地，總有機(jī)碳分布情況也表現(xiàn)出相應(yīng)的規(guī)律性?？梢姡寥揽傆袡C(jī)碳含量與植被覆蓋度之間存在緊密的聯(lián)系，且兩者之間表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，即植被覆蓋率越高，總有機(jī)碳含量也越高。

4結(jié)論

紅壤總有機(jī)碳在整個(gè)垂直剖面上均呈現(xiàn)出隨土壤深度的增加逐漸遞減的趨勢(shì)。不同母質(zhì)總有機(jī)碳分布有所不同，整體上來看，第四紀(jì)紅土的總有機(jī)碳含量最少，紅砂巖與花崗巖的總有機(jī)碳含量在不同植被覆蓋條件下略有不同，在同一植被覆蓋類型（林草地）中，花崗巖高于紅砂巖，在灌草地和林下裸地中，紅砂巖高于花崗巖。可見，母質(zhì)并不是影響有機(jī)碳分布的唯一因素。

不同植被覆蓋條件下，不同土層總有機(jī)碳含量的變幅不同，在20 cm深處，林草地的總有機(jī)碳含量下降最快，下降幅度介于41%～65%之間；其次是灌草地，下降幅度介于28%～43%之間。土層深度越大，總有機(jī)碳含量下降的幅度越小。由此可見，植被會(huì)影響總有機(jī)碳的分布?？傆袡C(jī)碳的分布與植被覆蓋率關(guān)系密切，表現(xiàn)為植被覆蓋率越高，紅壤總有機(jī)碳含量越高。

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