川西北高寒沙地紅柳灌叢內(nèi)外有機(jī)碳及腐殖質(zhì)碳組分變化特征

劉小菁，胡玉福，舒向陽(yáng)，徐浩洋，何劍鋒,王 倩

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院， 四川 成都 611130)

川西北高寒沙地紅柳灌叢內(nèi)外有機(jī)碳及腐殖質(zhì)碳組分變化特征

劉小菁，胡玉福，舒向陽(yáng)，徐浩洋，何劍鋒,王 倩

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院， 四川 成都 611130)

為了解川西北高寒沙地紅柳對(duì)土壤有機(jī)碳及腐殖質(zhì)碳組分的影響，選取了沙地上修復(fù)24 a的紅柳灌叢作為研究對(duì)象，通過野外調(diào)查并結(jié)合土壤樣品采集和室內(nèi)分析，研究了川西北沙地紅柳灌叢根區(qū)(SR)、灌叢中部(SM)、灌叢邊緣(SE)、灌叢外部(SO)的0～20，20～40 cm和40～60 cm土層土壤有機(jī)碳及腐殖質(zhì)碳組分變化特征。結(jié)果表明：隨著距灌叢植株水平距離的增加，土壤有機(jī)碳(SOC)、胡敏酸碳(HAC)、富里酸碳(FAC)和胡敏素碳(HMC)含量均呈現(xiàn)下降的特征；0～20 cm表層土壤，灌叢根區(qū)、灌叢中部和灌叢邊緣土壤有機(jī)碳含量分別為灌叢外部的1.86倍、2.35倍和1.63倍，灌叢根區(qū)、灌叢中部和灌叢邊緣土壤腐殖質(zhì)碳含量分別為灌叢外部的1.96倍、0.68倍和1.22倍；在距灌叢植株水平距離相同條件下，隨土層深度增加，土壤有機(jī)碳及腐殖質(zhì)碳各組分含量呈降低趨勢(shì)；在灌叢根區(qū)，20～40 cm和40～60 cm土層土壤有機(jī)碳相對(duì)于0～20 cm土層分別降低了32.31%和38.38%，20～40 cm和40～60 cm土層土壤腐殖質(zhì)碳相對(duì)于0～20 cm土層分別降低了49.34%和53.40%。研究得出，紅柳灌叢內(nèi)外土壤有機(jī)碳及腐殖質(zhì)碳組分存在空間異質(zhì)性分布。

川西北；沙地；紅柳灌叢；有機(jī)碳；腐殖質(zhì)碳

川西北高寒草原地處青藏高原東部邊緣半濕潤(rùn)地區(qū)，是我國(guó)長(zhǎng)江、黃河兩大水系的重要水源涵養(yǎng)地，還是世界上最大的高原泥炭沼澤濕地，對(duì)我國(guó)氣候調(diào)節(jié)有極為重要的作用[1-2]。川西北高寒地區(qū)氣候條件多變、人類活動(dòng)強(qiáng)度大，是典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。研究表明，2009年沙化土地面積達(dá)到82.19萬(wàn)hm2，預(yù)計(jì)2020年草地沙化面積將達(dá)到95.38萬(wàn)hm2[3-5]。草地沙化形式嚴(yán)峻，嚴(yán)重影響到長(zhǎng)江、黃河上游的生態(tài)屏障建設(shè)和民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展[6]。

由于灌叢具有種類繁多、生命力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此在區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面有著重要的作用[7]。趙哈林等[8]研究科爾沁沙地灌叢表明，沙地灌叢具有降低風(fēng)速，遮蔽陽(yáng)光暴曬，攔截大氣降塵和地面凋落物，改善局地小環(huán)境的作用;岳興玲等[9]對(duì)灌叢研究表明其能改善沙地土壤機(jī)械組成，增加土壤碳、氮含量，提高土壤肥力；Doblas等[10]研究表明灌叢下的土壤環(huán)境利于增加土壤的生物量。近年來(lái)灌叢所引起的“肥島效應(yīng)”[11]日益受到重視。研究表明，不同種類的灌叢對(duì)土壤改善的能力存在一定差異[12]。目前，對(duì)灌叢的研究主要集中于干旱和半干旱沙化地區(qū)，而較少涉及半濕潤(rùn)地區(qū)流動(dòng)沙地灌叢[13-16]。因此，對(duì)川西北流動(dòng)沙地灌叢的研究有助于該區(qū)域的生態(tài)修復(fù)。

土壤有機(jī)碳是影響土壤質(zhì)量的重要因素[17-18]，它不僅影響土壤理化特性和生物特性，而且與生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育密切相關(guān)[19-20]。腐殖質(zhì)碳是土壤有機(jī)質(zhì)的重要組分之一，它們是深色的、非均勻的化合物[21]，其組成結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化與土壤保肥和供肥性質(zhì)相關(guān)[22]。川西北高寒地區(qū)沙地土壤有機(jī)碳及腐殖質(zhì)碳組分的分布、質(zhì)量和周轉(zhuǎn)特征，影響了這一地區(qū)土壤結(jié)構(gòu)和特性，也對(duì)人類干擾和氣候變化做出響應(yīng)。

本研究以川西北高寒地區(qū)紅柳灌叢內(nèi)外的流動(dòng)沙地為研究對(duì)象，通過對(duì)紅柳灌叢不同距離(灌叢根區(qū)(SR)、灌叢內(nèi)部(SM)、灌叢邊緣(SE)和灌叢外部(SO))流動(dòng)沙地以及不同土層的腐殖質(zhì)碳組分的研究，初步揭示高寒草地土壤有機(jī)碳、腐殖質(zhì)碳、胡敏酸碳、富里酸碳和胡敏素碳的變化特征，進(jìn)而為治理高寒草地沙化工作提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于四川省阿壩州藏族羌族自治州紅原縣瓦切鄉(xiāng)內(nèi)川西北草地沙化治理示范項(xiàng)目區(qū)，地理坐標(biāo)為31°51′～33°19′N，101°51′～103°23′E。紅原縣地處青藏高原東南邊緣，平均海拔在3 600 m以上，屬大陸性高原寒帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫0.9℃，年平均降雨量751.95 mm，雨季主要集中于5—10月，絕對(duì)無(wú)霜期為16～25 d，年均日照時(shí)間2 158.7 h，太陽(yáng)輻射年總量為6 194 MJ·m-2。多年來(lái)，由于過度放牧，人類活動(dòng)強(qiáng)度加大，以及受風(fēng)蝕氣候的影響，川西北高寒草原出現(xiàn)部分草地沙化。該沙地土壤理化性質(zhì)如下：有機(jī)碳0.9 g·kg-1,全氮0.1 g·kg-1，沙粒98.4%，粉粒0.7%，粘粒0.9%。

1.2 樣方設(shè)置

本研究于2015年8月，對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行資料收集和初步調(diào)查，并在四川省沙化草地治理重點(diǎn)示范區(qū)紅原縣瓦切鄉(xiāng)進(jìn)行調(diào)查采樣，種植紅柳是示范區(qū)沙化土地生態(tài)修復(fù)和治理的主要措施之一,該區(qū)域植株間距2.5 m，在試驗(yàn)樣地內(nèi)選擇半固定沙地上6株栽植24 a的紅柳灌木作為研究對(duì)象，紅柳灌叢內(nèi)外的基本信息由6株紅柳生物量的平均值表示(表1)。對(duì)紅柳灌叢內(nèi)外不同水平距離(灌叢根區(qū)(SR)，距灌叢根區(qū)1/4灌幅處為灌叢中部(SM)，距灌叢根區(qū)1/4～1/2灌幅處為灌叢邊緣(SE)，距灌叢1/2～3/4灌幅處為灌叢外部(SO))的不同深度(0～20，20～40，40～60 cm)土層進(jìn)行采樣，見圖1。本研究共選取6株相同年限灌叢，灌叢平均高度2.74 m，灌叢平均冠幅達(dá)5.31 m，灌叢內(nèi)外植物生物量理化性質(zhì)見表1。每株灌叢的不同距離按照東、南、西、北4個(gè)方向采集，每個(gè)方向隨機(jī)采集3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的不同土層采集3個(gè)重復(fù)，混合為1個(gè)樣品，樣品經(jīng)自然風(fēng)干，除去死根、枯落物后，進(jìn)行室內(nèi)分析。

圖1 灌叢內(nèi)外土樣采集方案

Fig.1 The sampling method of soil under or outside the canopy

1.3 測(cè)定方法

土壤有機(jī)碳測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱法[23]。

腐殖質(zhì)碳測(cè)定采用焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取重鉻酸鉀法[23]。稱取5.00 g風(fēng)干土樣于100 ml離心管中，準(zhǔn)確加入0.1 mol·L-1焦磷酸鈉、0.1 mol·L-1氫氧化鈉混合液50 ml，震蕩5 min后靜置13～14 h(溫度控制在20℃左右)，隨后離心;吸取清亮濾液5.00 ml移入150 ml三角瓶中，加3 mol·L-1H2SO4(調(diào)節(jié)pH為7)至溶液出現(xiàn)渾濁，于水浴鍋上蒸干、測(cè)碳；加0.2000 mol·L-1(1/6 K2Cr2O7)標(biāo)準(zhǔn)液5 ml，迅速注入5 ml濃H2SO4，蓋上小漏斗并經(jīng)沸水浴加熱15 min，冷卻后加蒸餾水50 ml稀釋，加鄰啡羅啉指示劑3滴后用0.05 mol·L-1Fe2SO4滴定，同時(shí)作空白實(shí)驗(yàn)。

表1 灌叢內(nèi)外生物量狀況

胡敏酸碳測(cè)定:吸取上述濾液20.00 ml于小燒杯中，置于沸水浴上加熱，在玻璃棒攪拌下滴加3 mol·L-1H2SO4酸化，至絮狀沉淀析出。繼續(xù)加熱10 min使HAC完全沉淀。過濾后，以0.01 mol·L-1H2SO4、洗滌濾紙和沉淀至濾液無(wú)色為止(即完全洗去富里酸)。以熱的0.02 mol·L-1NaOH溶解沉淀，仔細(xì)收集溶解液于250 ml三角瓶中，如前法酸化、蒸干、測(cè)碳。

富里酸碳:用差減法求得，即FAC=HC-HAC。

胡敏素碳:用差減法求得，即HMC=SOC-HC。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0和Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理與圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)碳含量特征

灌叢內(nèi)外土壤有機(jī)碳含量變化特征見圖2，由圖2可知，沙地0～60 cm范圍內(nèi)各土層土壤的有機(jī)碳含量隨距灌叢植株水平距離增加，土壤有機(jī)碳含量呈先升后降的趨勢(shì)。其中在灌叢中部處0～20 cm土壤有機(jī)碳含量最高，灌叢外部處40～60 cm土層有機(jī)碳含量最低。在0～20 cm土層,灌叢根區(qū)、中部和邊緣土壤有機(jī)碳含量分別為灌叢外部的1.86倍、2.35倍和1.63倍；在20～40 cm土層，隨著距灌叢植株水平距離的增加，灌叢內(nèi)外土壤有機(jī)碳含量減少趨勢(shì)最為明顯，灌叢根區(qū)、中部和邊緣有機(jī)碳含量分別為灌叢外部的2.27倍、2.89倍和1.66倍；在40～60 cm土層，灌叢根區(qū)、中部和邊緣有機(jī)碳含量分別為灌叢外部的2.04倍、0.65倍和0.05倍?？梢?，灌叢土壤有機(jī)碳在根際與灌叢中部含量較高，在邊緣與外部較低，其原因是灌叢內(nèi)部豐富的枯枝落葉以及灌叢內(nèi)部對(duì)植被生長(zhǎng)繁殖提供了保護(hù)，使得內(nèi)部植被生物量高于外部，進(jìn)而土壤有機(jī)碳含量高于外部，而邊緣與外部易受外部環(huán)境因素?cái)_動(dòng)使得土壤環(huán)境不穩(wěn)定。

圖2 灌叢內(nèi)外土壤有機(jī)碳含量變化特征

Fig.2 Varying characteristics of SOC under or outside the canopy

注：不同字母代表差異性顯著(P<0.05)，下同。

Note: different letters indicate significant differences atP<0.05, the same below.

在距灌叢植株水平距離相同條件下，隨土層加深，土壤有機(jī)碳含量呈不斷降低趨勢(shì)。其中，灌叢根區(qū)的20～40 cm和40～60 cm土層土壤有機(jī)碳相對(duì)于0～20 cm分別降低了32.31%和38.38%；灌叢中部處20～40 cm土層土壤有機(jī)碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤降低幅度最小，為31.20%，其40～60 cm土層土壤有機(jī)碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤降低了71.43%；灌叢邊緣處20～40 cm和40～60 cm土層土壤有機(jī)碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤的降低幅度均為最大，分別為40.16%和76.91%；灌叢外部處20～40 cm和40～60 cm土層土壤有機(jī)碳相對(duì)0～20 cm土層土壤分別降低了40.77%和41.99%。

2.2 土壤腐殖質(zhì)態(tài)碳的特征

灌叢內(nèi)外土壤腐殖質(zhì)碳含量變化特征見圖3a，由圖3a可知，沙地0～60 cm土層土壤腐殖質(zhì)碳隨距灌叢植株水平距離增加，呈現(xiàn)降低的變化特征。土壤腐殖質(zhì)碳含量大小次序與有機(jī)碳含量趨勢(shì)一致。各個(gè)土層灌叢根區(qū)較灌叢外部土壤腐殖質(zhì)碳的變化特征明顯，其中，0～20 cm土層, 灌叢根區(qū)、中部和邊緣土壤腐殖質(zhì)碳含量分別為灌叢外部的 1.96倍、0.68倍和1.22倍；20～40 cm土層，灌叢根區(qū)、中部和邊緣土壤腐殖質(zhì)碳含量分別為灌叢外部的1.17倍、1.22倍和0.47倍；40～60 cm土層，灌叢根區(qū)、中部和邊緣土壤腐殖質(zhì)碳含量分別為灌叢外部的1.41倍、1.02倍和0.68倍。

在距灌叢植株水平距離相同條件下，隨土層加深，土壤腐殖質(zhì)碳含量極顯著下降。其中，灌叢根區(qū)的20～40 cm和40～60 cm土層土壤腐殖質(zhì)碳相對(duì)于0～20 cm土層分別降低了49.34%和53.40%；灌叢中部的20～40 cm和40～60 cm土層土壤腐殖質(zhì)碳相對(duì)于0～20 cm土層分別降低了46.90%和60.00%，灌叢中部的40～60 cm土層是土壤腐殖質(zhì)碳下降幅度最大的土層；灌叢邊緣的20～40 cm土層土壤腐殖質(zhì)碳相對(duì)于0～20 cm土層下降幅值為最高54.05%，其40～60 cm土層土壤腐殖質(zhì)碳相對(duì)于0～20 cm土層下降值為56.75%；灌叢外部的20～40 cm和40～60 cm土層土壤腐殖質(zhì)碳相對(duì)于0～20 cm土層下降幅度均為最低，分別降低了30.78%和42.70%。

圖3 灌叢內(nèi)外土壤腐殖質(zhì)碳和胡敏酸碳變化特征

Fig.3 Varying characteristics of humus carbon(HC) and humic acid carbon(HAC) under or outside the canopy

2.3 土壤胡敏酸態(tài)碳的特征

灌叢內(nèi)外土壤胡敏酸碳變化特征見圖3b，由圖3b可知，沙地0～60 cm土層胡敏酸碳隨距灌叢植株水平距離增加，土壤胡敏酸碳含量呈大幅度下降，其中灌叢中部距離0～20 cm土層土壤胡敏酸碳含量最高，灌叢外部距離40～60 cm土層土壤胡敏酸碳含量最低。其中，灌叢內(nèi)外0～20 cm土層的土壤胡敏酸碳含量變化特征最為明顯，其灌叢根區(qū)、中部和邊緣土壤胡敏酸碳含量分別為灌叢外部的6.63倍、8.53倍和3.65倍；20～40 cm土層，灌叢根區(qū)、中部和邊緣土壤胡敏酸碳含量分別為灌叢外部的1.25倍、2.27倍和1.54倍；40～60 cm土層，灌叢根區(qū)、中部和邊緣土壤胡敏酸碳含量分別為灌叢外部的 0.60倍、-0.08倍和1.12倍。

在距灌叢植株水平距離相同條件下，隨土層加深，土壤胡敏酸碳含量呈不斷降低趨勢(shì)。其中，灌叢根區(qū)的20～40 cm和40～60 cm土層土壤胡敏酸碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了80.10%和87.27%；灌叢中部的20～40 cm和40～60 cm土層土壤胡敏酸碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了76.81%和94.17%；灌叢邊緣的20～40 cm和40～60 cm土層土壤胡敏酸碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了63.04%和72.30%；相對(duì)于灌叢其他位置灌叢外部20～40 cm和40～60 cm土層的土壤胡敏酸碳降低幅度均最小，灌叢外部的20～40 cm和40～60 cm土壤胡敏酸碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了32.33%和39.33%。

2.4 土壤富里酸態(tài)碳的特征

灌叢內(nèi)外土壤富里酸變化特征見圖4a，由圖可知，流動(dòng)沙地0～60 cm土層土壤的富里酸碳隨距離增加，土壤富里酸碳含量逐漸降低，其中灌叢根區(qū)0～20 cm土層土壤富里酸碳含量最高，灌叢外部40～60 cm土層土壤富里酸碳含量最低。0～20 cm土層, 灌叢根區(qū)、中部和邊緣土壤富里酸碳含量分別為灌叢外部的1.34倍、1.01倍和0.90倍；20～40 cm土層，灌叢根區(qū)、中部和邊緣土壤富里酸碳含量分別為灌叢外部的0.80倍、0.75倍和0.12倍；40～60 cm土層，灌叢根區(qū)、中部和邊緣土壤富里酸碳含量分別為灌叢外部的0.80倍、0.56倍和0.15倍。

在距灌叢植株水平距離相同條件下，隨土層加深，土壤富里酸碳含量呈不斷降低趨勢(shì)。其中，灌叢根區(qū)的20～40 cm和40～60 cm土層土壤富里酸碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了35.89%和38.59%；灌叢中部的20～40 cm和40～60 cm土層土壤富里酸碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了27.97%和38.36%；灌叢邊緣的20～40 cm和40～60 cm土壤富里酸碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了51.10%和51.66%，在20～40 cm和40～60 cm的土層中，灌叢邊緣土壤富里酸碳的降低幅度均為最大；灌叢外部的20～40 cm和40～60 cm土層土壤富里酸碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了17.01%和20.54%，在20～40 cm和40～60 cm的土層中，灌叢外部土壤富里酸碳的降低幅度均為最小。

圖4 灌叢內(nèi)外土壤富里酸碳和胡敏素碳變化特征

Fig.4 Varying characteristics of fulvic acid carbon(FAC) and humin carbon(HMC) under or outside the canopy

2.5 土壤胡敏素碳的特征

灌叢內(nèi)外土壤胡敏素碳變化特征見圖4b，由圖可知，流動(dòng)沙地0～60 cm土層土壤的富里酸碳隨距離增加，土壤胡敏素碳含量呈降低趨勢(shì)，其中灌叢中部距離0～20 cm土層土壤胡敏素碳含量最高，灌叢外部距離40～60 cm土層土壤胡敏素碳含量最低。0～20 cm土層, 灌叢根區(qū)、灌叢中部和灌叢邊緣土壤胡敏素碳含量分別為灌叢外部的1.86倍、2.35倍和1.64倍；20～40 cm土層，灌叢根區(qū)、灌叢中部和灌叢邊緣土壤胡敏素碳含量分別為灌叢外部的2.29倍、1.67倍和2.93倍；40～60 cm土層，灌叢根區(qū)、灌叢中部和灌叢邊緣土壤胡敏素碳含量分別為灌叢外部的2.05倍、2.77倍和0.04倍，在40～60 cm的土層中，灌叢邊緣相對(duì)于灌叢外部的土壤胡敏素碳的變化不明顯。

在距灌叢植株水平距離相同條件下，隨土層加深，土壤胡敏素碳含量呈不斷降低趨勢(shì)。其中，灌叢根區(qū)的20～40 cm和40～60 cm土層土壤胡敏素碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了32.04%和38.14%；灌叢中部的20～40 cm和40～60 cm土層土壤胡敏素碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了52.99%和34.76%；灌叢邊緣的20～40 cm和40～60 cm土層土壤胡敏素碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了12.04%和77.17%；灌叢外部的20～40 cm和40～60 cm土層土壤胡敏素碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了40.93%和41.98%。

3 討 論

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)，土壤有機(jī)碳庫(kù)變化將極大影響全球碳循環(huán)[24-25]。土壤有機(jī)碳作為土壤中重要組成部分，其對(duì)土壤理化性質(zhì)、熱學(xué)特征生物活性有著重要影響[26]。研究表明，土壤有機(jī)碳增加可改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與抗蝕性，提高土壤保水保肥能力，因此其對(duì)維持土壤質(zhì)量與品質(zhì)有著重要作用[27]。本文研究表明，灌叢內(nèi)部有機(jī)碳含量較灌叢外部明顯上升，且灌叢內(nèi)部與外部相同土層比較結(jié)果表明，灌叢內(nèi)部有機(jī)碳含量明顯高于外層。灌叢不同土層對(duì)土壤有機(jī)碳的富集存在層次間的差異，隨著土層的加深，有機(jī)碳含量逐漸降低。

張璞進(jìn)等[28]研究不同大小錦雞兒灌叢沙堆表明，不同大小灌叢沙堆土壤表層土壤有機(jī)質(zhì)、全磷和土壤質(zhì)量含水量存在顯著差異，而沙地地面下差異不顯著。這可能與錦雞兒在生長(zhǎng)發(fā)育過程中的形態(tài)特征差異以及灌叢沙地中風(fēng)蝕物質(zhì)顆粒組成有關(guān)[29]。劉任滔等[30]通過研究流動(dòng)沙地灌叢內(nèi)外土壤得出，灌叢內(nèi)部有機(jī)碳含量顯著高于灌叢外流動(dòng)沙地土壤。趙哈林等[8]研究流動(dòng)沙地灌叢得出，灌叢內(nèi)外土壤化學(xué)和生物特性存在較大差異，與灌叢外相比灌叢下土壤的有機(jī)質(zhì)明顯較高，沙地灌叢下有大量凋落物，而在流動(dòng)沙地凋落物數(shù)量很少，灌叢有機(jī)質(zhì)含量隨著土層的加深而減少。任雪等[31]研究綠洲-沙漠過渡帶灌叢得出，灌叢周圍的土壤養(yǎng)分明顯向灌幅下聚集，隨著土層的加深土壤有機(jī)質(zhì)含量不斷下降。姜廣爭(zhēng)等[32]研究岷江上游干旱河谷地區(qū)灌叢植被有機(jī)碳得出，土壤有機(jī)碳呈現(xiàn)出隨著土層深度的遞加而遞減的規(guī)律。其原因可能是灌叢在生長(zhǎng)過程中形成的“肥島”效應(yīng)[33]，灌叢在生長(zhǎng)過程中通過攔截風(fēng)蝕中富含大量養(yǎng)分的流動(dòng)碎屑沉積體[34]，為灌叢內(nèi)植物生長(zhǎng)以及動(dòng)物的生存繁殖提供有利條件，吸引動(dòng)物在其灌幅下棲息，同時(shí)它們的排泄物還會(huì)在灌幅下聚集，使土壤養(yǎng)分富集，進(jìn)而使得土壤有機(jī)碳含量升高，利于土壤微生物的活動(dòng)，灌叢內(nèi)大量的凋敝物通過土壤微生物分解進(jìn)入土壤，反過來(lái)又促進(jìn)“肥島”效應(yīng)的發(fā)生[35-38]。與此同時(shí)，灌叢根際對(duì)土壤的物理穿插作用及其根系分泌物對(duì)根際土壤的生物化學(xué)作用都能使土壤有機(jī)物含量增加，改變灌木周圍土壤的理化性質(zhì)[8,31,39]。

土壤腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的重要組成部分，約占土壤有機(jī)質(zhì)的65%，腐殖質(zhì)的形成是以微生物為主導(dǎo)的生物化學(xué)過程，其作為土壤中特有的高分子化合物，對(duì)土壤肥力、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)具有十分重要的調(diào)節(jié)作用[40]。本研究表明，灌叢內(nèi)部腐殖質(zhì)碳高于灌叢外部，土壤表層腐殖質(zhì)碳含量高于底層。蔡曉布[41]等研究高寒草地土壤腐殖質(zhì)碳得出，土壤腐殖質(zhì)碳含量與土壤環(huán)境密切相關(guān)，隨土壤環(huán)境惡化，土壤腐殖質(zhì)碳及土壤腐殖質(zhì)品質(zhì)均呈降低趨勢(shì)，且土壤腐殖質(zhì)碳主要以胡敏素碳為主，這與本文研究結(jié)果一致。也有研究表明，隨著土層深度的增加，土壤腐殖質(zhì)碳含量也隨之降低，其原因可能是隨土層深度增加土壤有機(jī)質(zhì)含量降低[42-43]。Nepstad[44]和Trumbore[45]等得出植物根系是深層土壤腐殖質(zhì)碳的主要來(lái)源，控制著深層土壤腐殖質(zhì)碳的循環(huán)和分布。而隨土層深度增加，植被地下生物量會(huì)降低，同時(shí)微生物數(shù)量也會(huì)降低，這不利于土壤腐殖質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)化。土壤表層除大量的植被根系外，灌叢的枯枝落葉成為表層的重要碳源，同時(shí)表層微生物活動(dòng)活躍，有利于土壤腐殖質(zhì)的轉(zhuǎn)化與積累。

4 結(jié) 論

隨著灌叢距離的增加，沙地土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，土壤有機(jī)碳、胡敏酸碳、富里酸碳和胡敏素碳含量隨距離灌叢根區(qū)增加而不斷降低。其中，0～20 cm表層，灌叢根區(qū)、灌叢中部和灌叢邊緣土壤有機(jī)碳含量分別為灌叢外部的1.86倍、2.35倍和1.63倍；灌叢根區(qū)、灌叢中部和灌叢邊緣土壤胡敏酸碳含量分別為灌叢外部的1.96倍、0.68倍和1.22倍；灌叢根區(qū)、灌叢中部和灌叢邊緣土壤富里酸碳含量分別為灌叢外部的1.34倍、1.01倍和0.90倍；灌叢根區(qū)、灌叢中部和灌叢邊緣土壤胡敏素碳含量分別為灌叢外部的1.86倍、2.35倍和1.64倍。

隨土層深度增加，灌叢內(nèi)外土壤有機(jī)碳及腐殖質(zhì)碳組分均呈降低趨勢(shì)。其中，在灌叢根區(qū)，20～40 cm和40～60 cm土層土壤有機(jī)碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了32.31%和38.38%；20～40 cm和40～60 cm土層土壤腐殖質(zhì)碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了49.34%和53.40%；20～40 cm和40～60 cm土層土壤胡敏酸碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了80.10%和87.27%；20～40 cm和40～60 cm土層土壤富里酸碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了35.89%和38.59%；20～40 cm和40～60 cm土層土壤胡敏素碳相對(duì)于0～20 cm土層土壤分別降低了32.04%和38.14%。

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Varying characteristics of organic carbon and humus carbon under or outside the branchy tamarisk canopy in sand land in Northwest Sichuan

LIU Xiao-jing, HU Yu-fu, SHU Xiang-yang, XU Hao-yang, HE Jian-feng, WANG Qian

(CollegeofResources,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu,Sichuan611130,China)

In order to identify the effect of organic carbon and humus carbon under or outside the branchy tamarisk canopy in sand land in Northwest Sichuan province, the semi-restored sand with 24-year ecological restoration age was taken as sample. We studied the varying characteristics of soil organic carbon and humus carbon of shrub rhizosphere (SR), shrub middle (SM), shrub edge (SE) and shrub without (SO) at different sand land layers. Field investigation, sample collection and laboratory analysis were employed. The results are as follows. The content of soil organic carbon(SOC), humic acid carbon(HAC), fulvic acid carbon(FAC) and humin carbon(HMC) decreased with the increase of the horizontal distance from the shrub. The content of SOC in SR, SM, and SE in 0-20cm depth was respectively 1.86, 2.35 and 1.63 times of that in SO. HC in SR, SM, and SE in 0～20 cm depth was respectively 1.96, 0.68 and 1.22 times of that in SO. Under the same conditions of the horizontal distance from the shrub, soil organic carbon and humus carbon contents showed a trend of decrease with the increase of soil depth. In SR, SOC in 20～40 cm and 40～60 cm soil layer decreased by 32.31% and 38.38% respectively compared with 0～20 cm. HC in 20～40 cm and 40～60 cm soil decreased by 49.34% and 53.40% respectively in relation to the 0～20 cm soil. We found that spatial heterogeneity of SOC and HC was high.

Northwest Sichuan; sand land; branchy tamarisk canopy; soil organic carbon; humus carbon

1000-7601(2017)04-0015-07

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.04.03

2016-05-10

四川省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013SZ0110)；四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目“川西北沙化生態(tài)治理施肥關(guān)鍵技術(shù)及土壤生態(tài)治理施肥關(guān)鍵技術(shù)及土壤生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究”(2013SZ0110)；四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目“川西北高寒草地沙化防治新模式的研究與示范”(2014SZ0159)

劉小菁(1995—)，重慶墊江人，碩士研究生，主要從事土壤生態(tài)環(huán)境研究。E-mail:jing602987688@qq.com。

胡玉福(1977—)，四川西昌人，博士，副教授，主要從事3S技術(shù)在資源環(huán)境中的應(yīng)用研究。E-mail:66433119@qq.com。

S153.6+2

A