不同沙化程度高寒草地土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量特征

彭云煦，何 謙，王 松

(西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院，四川成都 610041)

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本組成單元，土壤團(tuán)聚體的組成及性質(zhì)決定著土壤肥力的高低〔1〕、土壤的環(huán)境質(zhì)量和土壤的固碳潛力。近年來，土壤團(tuán)聚體與土壤有機(jī)碳之間相關(guān)關(guān)系的研究日益受到重視。研究表明，表層土壤有機(jī)碳的90%都儲存在土壤團(tuán)聚體內(nèi)〔2〕。因為團(tuán)聚體的物理保護(hù)機(jī)制可以促使微團(tuán)聚體形成粒級團(tuán)聚體，更好的固定土壤有機(jī)碳，促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定〔3〕。目前，國內(nèi)外對土壤團(tuán)聚體的研究主要集中在團(tuán)聚結(jié)構(gòu)較好的黑土〔4〕和黃土〔5〕上，對團(tuán)聚結(jié)構(gòu)較差的沙化土壤研究較少，尤其是針對高寒地區(qū)的沙化草地土壤更是鮮有報道。

川西北高寒草地是我國長江上游水域的重要生態(tài)屏障，具有保持水土和涵養(yǎng)水源等方面的調(diào)控作用〔6〕，對維護(hù)高原地區(qū)的生態(tài)環(huán)境具有重要意義。近年來，在全球氣候變化和人類活動的綜合影響下，川西北高寒草地的沙化現(xiàn)象日益嚴(yán)重，草地植被覆蓋率不斷下降，直接導(dǎo)致地表土壤結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞，土壤有機(jī)質(zhì)含量不斷下降。為深入了解川西北高寒草地沙化過程中土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的變化特征，本文比較了四種不同沙化程度的高寒草地土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的差異，為揭示高寒草地土壤退化機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

1 實驗內(nèi)容

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青藏高原東緣的若爾蓋高寒沙化草地，地理位置102°15'E～103°48'E，32°20'N～34°08'N，海拔3240m，氣候特征為高原寒帶濕潤季風(fēng)氣候，具有冬長無夏和干雨季分明的特點，年均溫1℃，年均降水量約600～800mm。區(qū)域土壤母質(zhì)主要為河流和湖泊沖積物，土層較厚。土壤發(fā)育母質(zhì)多為細(xì)砂沉積物，故該地區(qū)的沙源較為豐富，土壤質(zhì)地多為砂質(zhì)壤土或壤質(zhì)沙土，這為該地區(qū)土壤沙化提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)〔7〕。研究區(qū)土壤類型為山地草原土，主要植被類型為沼澤植被和草甸植被〔8〕。

1.2 樣品采集

供試土壤于2018年8月采自四川省若爾蓋縣，通過實地調(diào)查，在地形地貌、成土母質(zhì)等自然環(huán)境條件基本相同的區(qū)域內(nèi)選取了未沙化、輕度、中度和重度沙化草地共4種不同沙化程度的高寒草地作為研究樣地。于每種樣地內(nèi)選擇1個10m×10m的樣方，每個樣方內(nèi)隨機(jī)選取3個采樣點，采集0-20cm表層土樣，采用四分法混成1個混合樣裝入采樣盒中以免擠壓破壞團(tuán)聚體，共采集4份混合樣帶至實驗室供試土樣。

1.3 分析方法

土壤團(tuán)聚體的測定方法采用干篩法和濕篩法〔9〕，分離出≤0.25，0.25-0.5，0.5-2mm共三個粒級團(tuán)聚體，稱重并計算各級土壤團(tuán)聚體所占百分比。土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量采用外加熱重鉻酸鉀容量法測定〔10〕。各粒級團(tuán)聚體百分含量為各粒級團(tuán)聚體質(zhì)量與土壤樣品總質(zhì)量的百分比值。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤團(tuán)聚體特征

不同沙化程度的高寒草地土壤團(tuán)聚體組成分析結(jié)果見表1。由表1可見，在未沙化、輕度沙化、中度沙化和重度沙化四種不同沙化程度的草地中，土壤團(tuán)聚體組成存在明顯差異。四種沙化草地類型均以0.25-0.5mm粒級的團(tuán)聚體最多，≤0.25mm粒級的團(tuán)聚體次之，0.5-2mm粒級團(tuán)聚體最少。在未沙化、輕度、中度和重度沙化高寒草地中，0.25-0.5mm粒級的土壤團(tuán)聚體含量均在60%以上?！?.25mm粒級團(tuán)聚體的含量分別為36.59%，38.46%，37.39%，6.52%，表明在未沙化、輕度和中度沙化草地中，土壤微團(tuán)聚體含量差別不大，但當(dāng)草地沙化程度達(dá)到重度時，≤0.25mm微團(tuán)聚體含量下降較為顯著。

另外，在未沙化、輕度、中度和重度沙化草地中，0.5-2mm粒級團(tuán)聚體含量分別為0.17%，0.24%，0.25%和0.33%，說明0.5-2mm粒級的團(tuán)聚體會隨著沙化程度的增加而增加。由上述結(jié)果可見，川西北高寒地區(qū)的土壤團(tuán)聚體組成的改變主要發(fā)生在草地由中度沙化向重度沙化轉(zhuǎn)變階段。

表1 不同沙化程度高寒草地土壤團(tuán)聚體組成的變化特征

2.2 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量變化特征

土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的分析結(jié)果見圖1。由圖1可知，在不同沙化程度的草地中，土壤中各粒級團(tuán)聚體有機(jī)碳含量存在很大差異。在未沙化草地中，0.5-2mm土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量最高，其值為12%?！?.25mm土壤團(tuán)聚體次之，其含量為9.9%，0.25-0.5mm團(tuán)聚體最少，其有機(jī)碳含量僅為4%。在未沙化、輕度和中度沙化草地中，≤0.25mm和0.5-2mm粒級土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量差別不大，但在重度沙化草地中，上述兩種土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量顯著低于其它三類草地。

由圖1可見，0.5-2mm粒級團(tuán)聚體在四種沙化草地中差別較為明顯。未沙化、輕度、中度和重度沙化草地中，0.5-2mm粒級土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量分別為12%，6.1%，5.8%，3.9%。該結(jié)果表明，土壤沙化程度加重會導(dǎo)致土壤中0.5-2mm土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量下降。總體上看，在輕度、中度和重度沙化草地中，各粒級土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量具有相同的特征。這三類草地都以≤0.25mm粒級土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最高，其次為0.5-2mm團(tuán)聚體，0.25-0.5mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最低。

值得注意的是，金紅喜〔11〕等對高寒草地的研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳含量總體上隨著草地沙化程度而下降，但其顯著下降主要發(fā)生在從未退化草地到輕度及中度退化階段。而從中度退化到重度退化階段土壤有機(jī)碳含量下降并不明顯。曹麗花〔12〕等對退化高寒草甸的研究也發(fā)現(xiàn)，隨著草地退化程度加劇，土壤有機(jī)碳含量呈下降趨勢。這與本研究結(jié)果基本一致。但不同的是，本研究中土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的顯著下降發(fā)生在草地從中度沙化向重度沙化轉(zhuǎn)變階段。

圖1 不同沙化程度高寒草地土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳特征

3.研究結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在川西北高寒草地中，隨著草地沙化程度加劇，土壤中團(tuán)聚體組成存在明顯變化，尤其當(dāng)草地從中度沙化向重度沙化轉(zhuǎn)變階段，≤0.25mm團(tuán)聚體的增加和0.5-2mm團(tuán)聚體的下降都較為顯著。同時，隨著草地沙化程度的增加，土壤各粒級團(tuán)聚體有機(jī)碳含量總體呈下降趨勢，并且土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的顯著下降主要發(fā)生在草地從中度沙化向重度沙化轉(zhuǎn)變階段。