巖溶槽谷區(qū)植被恢復(fù)對土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳及碳庫管理指數(shù)的影響

藍(lán)家程 沈艷

摘 要： 為揭示巖溶槽谷區(qū)植被恢復(fù)對土壤結(jié)構(gòu)、土壤有機(jī)碳積累和碳庫管理水平的影響，該研究選取了棄耕地、林地和草地三種土地利用方式，測定0～20 cm土層土壤團(tuán)聚體組成、土壤有機(jī)碳 （SOC）、團(tuán)聚體有機(jī)碳以及土壤易氧化有機(jī)碳 （EOC）含量。結(jié)果表明：（1）與棄耕地相比，林地和草地土壤團(tuán)聚體平均重量直徑 （MWD）、幾何平均重量直徑 （MGD）和2～5 mm團(tuán)聚體含量顯著增加，林地和草地土壤團(tuán)聚體組成以2～5 mm為主，棄耕地以0.5～1 mm和<0.25 mm為主，表明退耕還林還草能夠促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成和穩(wěn)定。（2）土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量呈現(xiàn)出林地>草地>棄耕地，隨團(tuán)聚體粒級增加而增加的趨勢;林地和草地以2～5 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率最大，棄耕地則以<0.25 mm團(tuán)聚體貢獻(xiàn)為主，表明棄耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸睾?，土壤SOC積累主要?dú)w功于2～5 mm有機(jī)碳含量的增加，以及團(tuán)聚體由小粒徑向大粒徑轉(zhuǎn)變。（3）與棄耕地比較，林地和草地土壤SOC、EOC 含量和碳庫管理指數(shù) （CPMI） 均顯著提高，其中土壤EOC含量和CPMI變化較為明顯;土壤EOC可作為土壤碳庫早期變化的有效指標(biāo)，CPMI能夠良好地表征植被恢復(fù)對土壤SOC和EOC的影響。

關(guān)鍵詞： 巖溶槽谷區(qū)， 植被恢復(fù)， 團(tuán)聚體有機(jī)碳， 碳庫管理指數(shù)

中圖分類號： Q948 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

文章編號： 1000-3142（2020）06-0765-11

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID） ：

Abstract： In order to understand the effects of vegetation restoration on soil structure， accumulation of soil organic carbon （SOC） and carbon pool management levels in karst trough valley region. Three land use patterns including abandoned farmland， woodland and grassland were chosen. Soil samples at 0-20 cm depth were collected and separated into aggregate size fractions. The aggregate amounts， SOC in whole soils and aggregates and easily oxidized organic carbon （EOC） contents were determined. The results were as follows： （1） Compared with abandoned farmland， the mean weight diameter （MWD）， the mean geometric diameter （MGD） and 2-5 mm aggregate amounts significantly increased， but 0.5-1 mm and <0.25 mm aggregate amounts significantly decreased in woodland and grassland. （2）The SOC content in soil aggregates decreased as follows： woodland > grassland > abandoned farmland and generally increased with the increase in aggregate size class; The SOC content was mainly attributed by 2-5 mm aggregate associated organic carbon contents in woodland and grassland， but the contribution in abandoned farmland was dominated by <0.25 mm size fraction. The results suggested that SOC accumulation is mainly due to the increase of organic carbon in 2-5 mm aggregate and the conversion from smaller aggregates to larger aggregates. （3） The SOC， EOC contents and carbon pool management indexes （CPMI） in woodland and grassland were greatly improved relative to those of in abandoned farmland. The responses of EOC and CPMI were sensitive to land use changes; Soil EOC can be used as an effective indicator of early changes in SOC status brought about by vegetation changes， and soil CPMI is a good indicator to reflect the impact of vegetation changes on SOC and EOC.

Key words： karst trough valley region， vegetation restoration， aggregate associated organic carbon， carbon pool management index

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，控制著土壤有機(jī)碳動態(tài)和養(yǎng)分循環(huán) （Six et al.， 2004）。土壤團(tuán)聚體的形成和周轉(zhuǎn)對土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定有重要作用 （Blanco & Lal， 2004），而土壤有機(jī)碳是促進(jìn)團(tuán)聚體形成及保持穩(wěn)定性重要膠結(jié)劑。土壤有機(jī)碳 （soil organic carbon， SOC）是土壤結(jié)構(gòu)和土壤質(zhì)量的核心，對土壤理化性質(zhì)和生物都有重要作用，其很小的變動，有可能對全球CO2濃度及碳平衡產(chǎn)生重要影響 （Davidson & Janssens， 2006）。土壤SOC庫中易氧化分解的活性有機(jī)碳 （labile organic carbon） 組分為土壤易氧化有機(jī)碳 （easily oxidized organic carbon， EOC），其僅占土壤有機(jī)碳很小的比例，直接參與土壤生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過程（Wander et al.， 1994），能夠更靈敏地反映土壤肥力和土壤有機(jī)碳庫的變化 （王清奎等， 2005）。因而其對土壤養(yǎng)分循環(huán)，大氣CO2濃度、有機(jī)碳平衡和全球氣候變化有重要的意義 （柳敏等， 2006）。土壤活性有機(jī)碳僅表征了有機(jī)碳的活性部分，土壤有機(jī)碳庫還包含惰性組分的積累，其不能全面揭示土壤有機(jī)碳庫的固存特征 （佟小剛等， 2013）。在此基礎(chǔ)上，Blair et al.（1995） 提出了碳庫管理指數(shù) （carbon pool management index， CPMI） 的概念，該指標(biāo)綜合了土壤SOC和EOC，可以全面反映土壤管理和土地利用等外界條件對土壤有機(jī)碳庫的影響 （郭寶華等， 2014）。該指標(biāo)在土地利用方式對土壤有機(jī)碳庫變化的研究被廣泛應(yīng)用 （Lou et al.， 2011; 郭寶華等， 2014; 張嬌陽等， 2016; 蒲玉琳等， 2017）。

土地利用對土壤團(tuán)聚體分布和穩(wěn)定以及團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響已成為一個研究熱點(diǎn)（Stanchi et al.， 2015; Tang et al.， 2016）。土地利用方式、耕作制度、施肥等土壤管理措施的影響首先在大團(tuán)聚體級別上體現(xiàn)出來，而微團(tuán)聚體內(nèi)的有機(jī)碳則維持在較穩(wěn)定水平上 （Six et al.， 2004; Yan et al.， 2013）。森林轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田后，土壤大團(tuán)聚體有機(jī)碳庫下降，而微團(tuán)聚體有機(jī)碳庫卻是增加 （Yan et al.， 2013）。許多研究表明，土地利用對土壤EOC和CPMI產(chǎn)生明顯的影響。天然次生林轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち只蜣r(nóng)用地后，土壤SOC、EOC含量和CPMI均顯著下降 （張仕吉等， 2016）。若爾蓋沙化草地經(jīng)過生態(tài)恢復(fù)后，均不同程度提高了土壤EOC和SOC含量，EOC和CPMI可以用于表征生態(tài)恢復(fù)后土壤質(zhì)量的變化 （蒲玉琳等， 2017）。黃土丘陵區(qū)坡耕地改造后，土壤活性有機(jī)碳增加了36%～136%，CPMI增加了42%～192%，提升了土壤碳固持能力 （張嬌陽等， 2016）。

中國西南巖溶面積約占國土面積的5.8% （Jiang et al.， 2014），由于脆弱的地質(zhì)背景，碳酸鹽巖溶蝕造壤能力低，土壤貧瘠 （Xiao et al.， 2017），尤其是不合理的土地利用引起的石漠化成為制約當(dāng)?shù)匕l(fā)展的重要問題 （Liao et al.， 2018）。過度的土地利用和管理導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)退化，加速了土壤有機(jī)碳礦化以及土壤侵蝕 （Tang et al.， 2016）。近年來退耕還林和石漠化治理的推行，大量的農(nóng)用地退耕為林地或草地，土壤有機(jī)碳數(shù)量、質(zhì)量和土壤團(tuán)聚體明顯改善。土地利用由裸地或耕地向灌草、灌木和喬木轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了土壤有機(jī)碳及組分的積累（廖洪凱等， 2014; Liu et al.， 2015）。羅友進(jìn)等 （2011）發(fā)現(xiàn)<0.25 mm的團(tuán)聚體是土壤有機(jī)碳的主要載體，而李娟等 （2013） 研究表明 >0.5 mm 的大團(tuán)聚體是土壤有機(jī)碳的主要貢獻(xiàn)載體，<0.25 mm的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最高，其對有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率不足10%。土地利用方式對土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量差異及其對全土有機(jī)碳的貢獻(xiàn)仍然存在不確定性，還需進(jìn)一步研究。唐夫凱等 （2014）發(fā)現(xiàn)巖溶峽谷區(qū)退耕還林明顯提高了0～20 cm 土層有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和密度以及碳庫管理水平，尤其以椿樹和梧桐林地退耕效果最佳。土地利用/植被恢復(fù)對土壤有機(jī)碳、團(tuán)聚體有機(jī)碳和碳庫管理指數(shù)影響的研究多集中于巖溶峰從洼地 （莫彬等， 2006; 袁海偉等， 2007）、平原 （嚴(yán)毅萍等， 2007）和峽谷區(qū) （羅友進(jìn)等， 2011; 廖洪凱等， 2014; 唐夫凱等， 2014; Liu et al.， 2015; Tang et al.， 2016），巖溶槽谷區(qū)的研究相對缺乏。因此該研究聚焦兩個問題：（1）巖溶槽谷區(qū)植被恢復(fù)對土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)和土壤質(zhì)量的影響;（2）不同植被下土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳分布規(guī)律及不同粒級團(tuán)聚體有機(jī)碳對土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)。本文選取重慶中梁山巖溶槽谷區(qū)林地、草地和棄耕地3種土地利用方式，研究植被恢復(fù)對土壤團(tuán)聚體組成和穩(wěn)定性，團(tuán)聚體有機(jī)碳對土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)以及土壤碳庫管理指數(shù)的變化特征，為全面了解和評價(jià)不同喀斯特地貌類型生態(tài)恢復(fù)對土壤碳庫及土壤質(zhì)量的影響提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

重慶市中梁山水口寺巖溶槽谷區(qū)位于重慶市北碚區(qū)境內(nèi)，屬于中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年均降雨量約1 000 mm，年均氣溫18 ℃。巖溶槽谷兩翼為砂巖，軸部為紫色頁巖，碳酸鹽巖發(fā)育于背斜核部，受強(qiáng)烈的巖溶作用，碳酸鹽巖溶蝕形成“一山兩槽三嶺”的巖溶景觀，海拔400～700 m。土壤由三疊紀(jì)嘉陵江組的巖溶角粒狀白云質(zhì)灰?guī)r發(fā)育形成。

1.2 樣地及采樣

選擇研究區(qū)棄耕后植被自然恢復(fù)的3個階段為對象，玉米地棄耕2 a土地為棄耕地，植被以夾蒿 （Artemisia） 為主，坡度5°～18°，海拔552 m，植被覆蓋率為80%;退耕20 a草本階段 （草地），主要植被類型以白茅 （Imperata cylindrica）為主，坡度6°～13°，海拔572 m，植被覆蓋率100%;退耕10 a的喬木階段 （林地），主要以柏樹 （Platycladus orientalis） 為主，坡度2°～10°，海拔671 m，植被覆蓋率為85%。每種樣地設(shè)置3個10 m × 10 m樣方，用五點(diǎn)取樣法采集0～20 cm土樣。土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干后，挑去雜質(zhì)，分別過60目土篩待測。

1.3 指標(biāo)測定

土壤SOC采用重鉻酸鉀外加熱法測定 （魯如坤， 2000），土壤EOC采用333 mmol·L-1KMnO4溶液氧化，分光光度計(jì)比色測定，具體步驟如下：依據(jù)土壤有機(jī)碳含量，先稱取適量土樣（保證樣品有機(jī)碳含量在15～30 mg） 于50 mL離心管中，然后加入25 mL 333 mmol· L-1KMnO4溶液，振蕩1 h，最后離心 5 min，取上清液稀釋250倍，同時進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)。稀釋液于565 nm波長處比色，根據(jù)所消耗的KMnO4的量計(jì)算EOC含量。

土壤團(tuán)聚體分析采用濕篩法，具體參照Elliott （1986）的方法：稱取風(fēng)干土樣100 g放置于5、2、1、0.5和0.25 mm組成的套篩之上，用水浸泡5 min后機(jī)械篩分5 min （上下振幅為3 cm，每分鐘30次，分別得到不同粒徑的團(tuán)聚體，于60 ℃烘干、稱重，<0.25 mm的團(tuán)聚體用差量法求得。土樣研磨過60目篩用于測定團(tuán)聚體有機(jī)碳含量。

1.4 指標(biāo)計(jì)算

團(tuán)聚體MWD和MGD的計(jì)算參考Wei et al. （2012）。本文涉及的指標(biāo)計(jì)算如下：

團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率（%）=

某粒經(jīng)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量×某粒經(jīng)團(tuán)聚體含量土壤有機(jī)碳含量×100%;

MWD=ni=1xi×wi;

MGD=expni=1wi×lnxini=1wi

式中：MWD為平均重量直徑;MGD為幾何平均直徑;wi 為i粒徑團(tuán)聚體重量百分比;xi為i級團(tuán)聚體平均直徑。

碳庫管理指標(biāo)根據(jù)土壤SOC和EOC進(jìn)行計(jì)算，以棄耕地作為參考 （Blair et al.， 1995）：

碳庫活度（A） = EOC / （SOC-EOC）;碳庫活度指數(shù)（AI） = 樣品土壤AI/參考土壤AI;碳庫指數(shù)（CPI） = 樣品土壤SOC /參考土壤SOC;碳庫管理指數(shù)（CPMI） = CPI×AI×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 植被恢復(fù)對土壤結(jié)構(gòu)和團(tuán)聚體分布的影響

MWD和MGD常用來反映土壤團(tuán)聚體大小分布狀況及其穩(wěn)定性，MWD 和MGD值越大表示團(tuán)聚體的團(tuán)聚度越高，越穩(wěn)定。由圖1可知，在0～20 cm土層，MWD 和MGD均表現(xiàn)為林地和草地顯著高于棄耕地 （P<0.05）。林地和草地MWD分別比棄耕地高51%和59%，表明林地和草地土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性相對較好。不同植被類型下團(tuán)聚體組成差異明顯（圖2），各植被類型均以>5 mm團(tuán)聚體含量最低，以>0.25 mm團(tuán)聚體為主，>0.25 mm團(tuán)聚體含量分別為林地85.17%、草地85.03%、棄耕地73.89%。一般來說 >0.25 mm 的團(tuán)聚體稱為土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體，其含量越高，土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越好 （Eynard et al.， 2004）。林地和草地以2～5 mm團(tuán)聚體為主，分別達(dá)到44.94%和44.23%，顯著高于棄耕地（P<0.05）;相反，棄耕地以0.5～1 mm和<0.25 mm小團(tuán)聚體為主，分別為30.77%和26.11%，顯著高于林地和草地 （P<0.05）。相對于棄耕2 a土地，林地和草地2～5 mm大團(tuán)聚體含量、MWD 和MGD值顯著增加，而<0.25 mm、0.5～1 mm卻顯著下降，表明退耕還林還草能夠明顯改善0～20 cm土層的土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。

不同小寫字母表示顯著性差異（P <0.05）。下同。

2.2 植被恢復(fù)對土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響

棄耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸仫@著增加了土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量 （P<0.05， 圖3：A）。不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量均呈現(xiàn)出林地>草地>棄耕地的特征。棄耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸睾螅?團(tuán)聚體有機(jī)碳含量分別提高了131%～156%和104%～120%，其中以2～5 mm提高最為明顯，表明2～5 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳對土壤有機(jī)碳的積累有重要的影響。隨著團(tuán)聚體粒徑的增加，土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量有增加趨勢，其中團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最高值出現(xiàn)在林地>5 mm粒徑，最低值出現(xiàn)在棄耕地0.25～0.5 mm粒徑。

不同植被類型下各粒級團(tuán)聚體對土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率有一定差異（圖3：B）。>5 mm 團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)最小，林地和草地以2～5 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率最大，分別為49.55%和42.47%，棄耕地則以<0.25 mm團(tuán)聚體貢獻(xiàn)為主（53.75%），>0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳的貢獻(xiàn)分別為林地90%、草地78.08%、棄耕地46.25%。這表明，棄耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸睾?，土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳主要累積在>0.25 mm粒徑中，尤其是在2～5 mm團(tuán)聚體中;土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳由小粒徑 （<0.25 mm） 向大粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳轉(zhuǎn)移，使得林地、草地土壤有機(jī)碳含量增加。

2.3 植被恢復(fù)對土壤碳庫構(gòu)成及碳庫管理指數(shù)的影響

棄耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸睾?，土壤SOC、EOC含量，EOC/SOC和CPMI均顯著提高 （P<0.05， 圖4）。由圖4可知，土壤SOC 平均含量大小順序?yàn)榱值兀?4.63 g· kg-1） >草地 （14.4 g·kg-1） >棄耕地 （9.69 g·kg-1），分別顯著高出棄耕地50.9%和48.6% （P<0.05）;土壤EOC平均含量大小順序?yàn)榱值?（5.85 g·kg-1） >草地 （4.47 g·kg-1） >棄耕地 （2.94 g·kg-1），分別顯著高于棄耕地98.9%和51.9% （P<0.05）。表明EOC比SOC對植被變化更為敏感。EOC/SOC更能反映土地利用對土壤有機(jī)碳行為的影響 （Li et al.， 2015）。林地EOC/SOC較大，達(dá)到40%，與棄耕地顯著差異，而草地EOC/SOC與棄耕地?zé)o顯著差異。

由表1可知，由棄耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸睾螅寥捞紟旎疃華、碳庫活度指數(shù) AI、碳庫指數(shù)CPI和碳庫管理指數(shù)CPMI均增加，而且呈現(xiàn)一致的變化規(guī)律，即林地>草地>棄耕地。CPMI是評價(jià)土地利用管理對土壤有機(jī)碳變化、土壤質(zhì)量和土壤肥力的主要指標(biāo) （沈宏等， 2000; Li et al.， 2015）。該值越高，表明土壤質(zhì)量越好，該值降低則表明土地經(jīng)營不合理，土壤質(zhì)量下降。林地CPMI值為231，草地為153，分別比棄耕地高出130.8%和53.4%，表明由棄耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸睾?，土壤質(zhì)量和土壤肥力有較大提升，土壤有機(jī)碳庫向良性發(fā)展。不同土地利用CPMI變化趨勢與土壤SOC、EOC的變化趨勢相似，表明CPMI對土壤有機(jī)碳庫及組分的變化敏感。

2.4 相關(guān)分析

表2結(jié)果表明，該研究不同植被類型土壤團(tuán)聚體MWD與MGD顯著正相關(guān) （P<0.01），兩者與SOC顯著正相關(guān) （P<0.01），與2～5 mm和>0.25 mm團(tuán)聚體含量顯著正相關(guān)（P<0.01），與<1 mm團(tuán)聚體顯著負(fù)相關(guān)。SOC 與2～5 mm和>0.25 mm團(tuán)聚體含量顯著正相關(guān)，與0.5～1 mm和<0.25 mm團(tuán)聚體顯著負(fù)相關(guān) （P<0.01）。SOC與每一粒級團(tuán)聚體有機(jī)碳含量均顯著正相關(guān) （P<0.01）。

由表3可知，土壤碳庫管理指數(shù)CPMI與SOC （P<0.05）、EOC （P<0.01） 顯著正相關(guān)，CPMI與EOC的關(guān)系更為密切。碳庫活度A、碳庫活度指數(shù)AI與EOC顯著正相關(guān) （P<0.05），與SOC相關(guān)性不顯著。碳庫指數(shù)與SOC （P<0.01）、EOC （P<0.05） 顯著正相關(guān)。土壤EOC和SOC顯著正相關(guān) （P<0.05）。

3 討論

上述研究結(jié)果表明，棄耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸仫@著增加了2～5 mm團(tuán)聚體含量、MWD和MGD值），表明棄耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸睾?，土壤團(tuán)聚體由小粒級向大粒級轉(zhuǎn)變，退耕還林還草能夠改善土壤結(jié)構(gòu)和團(tuán)聚體穩(wěn)定性。胡陽等 （2015） 研究發(fā)現(xiàn)巖溶峰叢洼地中，草地、灌叢、林灌中 >0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體明顯高于荒地。而在黔西南巖溶峽谷區(qū)，不同生態(tài)系統(tǒng)土壤團(tuán)聚體以 >5 mm粒級為主，其次為2～5 mm粒級，林、灌、草生態(tài)系統(tǒng) >5 mm團(tuán)聚體含量大于旱地，而2～5 mm、<0.25 mm團(tuán)聚體含量則顯著小于旱地，也證明了旱地轉(zhuǎn)為林、草地后，土壤顆粒由小粒徑向大粒徑發(fā)生了轉(zhuǎn)移 （譚秋錦等， 2014）。此外，Tang et al. （2016） 研究也發(fā)現(xiàn)貴州花江峽谷區(qū)，與棄耕1 a裸地比較，林地和草地MWD、MGD、>0.25 mm團(tuán)聚體含量顯著增加，促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定。植被恢復(fù)后，團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性改善主要是因?yàn)榱值睾筒莸貨]有人為耕作，增加了凋落物輸入、根系生物量，從而促進(jìn)了土壤顆粒的團(tuán)聚 （Wei et al.， 2013; 姜敏等， 2016）。相反，耕地剛棄耕2 a，棄耕地在棄耕之前長期耕作而導(dǎo)致團(tuán)聚體的破壞，土壤恢復(fù)較慢，導(dǎo)致棄耕地土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性較差。毀林后，土壤大團(tuán)聚體被破壞， 團(tuán)聚體穩(wěn)定性顯著下降，造林后土壤恢復(fù)速度相對于森林破壞后更慢 （Wei et al.， 2013）。毛艷玲等 （2008） 指出，福建低山丘陵地帶林地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田后，>2 mm 團(tuán)聚體數(shù)量明顯下降，<0.25 mm團(tuán)聚體含量顯著上升，團(tuán)聚體穩(wěn)定性下降。本研究發(fā)現(xiàn)不同土地利用方式MWD、MGD值與 >0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量顯著正相關(guān)，說明土壤中 >0.25 mm團(tuán)聚體含量越高，團(tuán)聚體穩(wěn)定性越好。這一結(jié)果與廣西平果縣果化鎮(zhèn)典型巖溶峰叢洼地不同土地覆被>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量與MWD、MGD顯著正相關(guān)一致。MWD、MGD值和2～5 mm、1～2 mm團(tuán)聚體含量有相似的變化，且MWD、MGD值和2～5 mm粒徑含量顯著正相關(guān) （表2，R=0.979， P<0.01; R=0.981， P<0.01），表明2～5 mm大團(tuán)聚體的增加，促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定。土壤有機(jī)碳是影響土壤團(tuán)聚體分布的重要因素，本研究中SOC 與2～5 mm和>0.25 mm團(tuán)聚體含量顯著正相關(guān)，與0.5～1 mm和 <0.25 mm團(tuán)聚體顯著負(fù)相關(guān)。以上表明，耕地轉(zhuǎn)為林草地后，土壤顆粒由小粒徑向大粒徑轉(zhuǎn)化，而不同巖溶地貌類型，不同植被類型，則可能表現(xiàn)為不同粒徑之間的轉(zhuǎn)化。

植被變化顯著影響了不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳、全土SOC和EOC含量。本研究中林地和草地團(tuán)聚體有機(jī)碳、全土SOC和EOC含量均顯著高于棄耕地。這主要是因?yàn)椋值睾筒莸鼐哂休^高的植被覆蓋以及大量的凋落物和根系生物量的輸入，棄耕地雖然有一定的枯草輸入，但棄耕2 a，對土壤的改變緩慢。土壤團(tuán)聚體的形成和周轉(zhuǎn)對土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定有重要作用 （Blanco et al.， 2004）。本研究表明土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量隨團(tuán)聚體粒徑的增加有增加趨勢。這一結(jié)果與趙世偉等 （2006） 一致，這一結(jié)果符合Elliott （1986） 的團(tuán)聚體形成機(jī)理：大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量大于小團(tuán)聚體，因?yàn)榇髨F(tuán)聚體由小團(tuán)聚體和有機(jī)粘合物進(jìn)一步團(tuán)聚形成的。不同粒級團(tuán)聚體有機(jī)碳變化規(guī)律沒有固定的規(guī)律，不同研究的結(jié)果不一致。在貴州巖溶峽谷區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)不同植被類型或土地利用土壤有機(jī)碳主要分布在<0.25 mm粒徑中，隨團(tuán)聚體粒徑增加，土壤有機(jī)碳含量減小 （羅友進(jìn)等， 2011;Tang et al.， 2016）。而在黔南峽谷區(qū)，團(tuán)聚體有機(jī)碳在水田、旱地和草地中，隨粒徑的減小呈遞增的變化規(guī)律，在灌叢和次生林中，則隨粒徑的減小呈先降低后增加的規(guī)律 （譚秋錦等， 2014）。另外，在廣西環(huán)江巖溶峰叢洼地，利用方式不同，團(tuán)聚體有機(jī)碳含量呈波浪型或“V”形分布。這可能是因?yàn)椴煌恋乩梅绞接捎谟袡C(jī)物料的輸入和輸出不同，導(dǎo)致了其土壤物理性狀和微生物活性差異，從而影響土壤有機(jī)碳在各粒徑團(tuán)聚體的分布 （羅友進(jìn)等， 2011）。

土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的分布與全土有機(jī)碳含量關(guān)系密切，不同植被類型下，2～5 mm和1～2 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量與全土有機(jī)碳含量顯著正相關(guān)，1～5 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳對全土有機(jī)碳的貢獻(xiàn)最大，是主要貢獻(xiàn)載體 （李娟等， 2013）。本研究中2～5 mm 團(tuán)聚體有機(jī)碳分別占全土有機(jī)碳49.55%和42.47%，是全土有機(jī)碳的主要貢獻(xiàn)載體，而棄耕地則以<0.25 mm團(tuán)聚體貢獻(xiàn)為主（53.75%）。團(tuán)聚體有機(jī)碳對全土有機(jī)碳的貢獻(xiàn)一方面與團(tuán)聚體分布有關(guān)，另一方面與團(tuán)聚體有機(jī)碳含量相關(guān) （Wei et al.， 2013）。本研究發(fā)現(xiàn)各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳與全土有機(jī)碳顯著正相關(guān)，林地和草地2～5 mm 團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體有機(jī)碳含量均較高，均與全土有機(jī)碳顯著正相關(guān)，因此其對全土有機(jī)碳貢獻(xiàn)最大;棄耕地以< 0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最低，但其團(tuán)聚體數(shù)量最大，對全土有機(jī)碳貢獻(xiàn)最大。因此由棄耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸赝寥烙袡C(jī)碳積累主要是因?yàn)?<0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳轉(zhuǎn)向2～5 mm大團(tuán)聚體中，因此土壤有機(jī)碳的積累主要是歸功于2～5 mm大團(tuán)聚體有機(jī)碳的積累。這與李娟等 （2013）的研究結(jié)果相似。

本研究3類土地利用方式下土壤EOC 含量差異可能與植被凋落量、根系生物量、管理措施等因素有關(guān)。林地具有大量的凋落物，其分解可補(bǔ)充EOC 的消耗，草地根系生物量豐富，棄耕地由于棄耕不久，植被覆蓋低，雜草零星分布，植物殘?bào)w輸入量有限。因此，不同土地利用方式改變了SOC輸入的數(shù)量和質(zhì)量，進(jìn)而影響土壤EOC含量 （張仕吉等， 2016）。EOC/SOC和碳庫活度A可表征土壤有機(jī)碳質(zhì)量和穩(wěn)定程度，EOC/SOC越高，表明有機(jī)碳活性越高，穩(wěn)定性越差，容易被微生物分解礦化，反之土壤有機(jī)碳庫越穩(wěn)定 （佟小剛等， 2013）。本研究林地EOC/SOC最高，棄耕地最低，表明棄耕地SOC活度較低，其自身被分解礦化的潛力小，但由于有機(jī)碳輸入量有限，棄耕不久，新碳補(bǔ)充較緩慢，導(dǎo)致其EOC/SOC最低。佟小剛等 （2013）發(fā)現(xiàn)，退耕還林40 a時，活性有機(jī)碳占總有機(jī)碳的比例和碳庫活度A比退耕初始都提高了，表明退耕還林提升了土壤碳庫的活性和轉(zhuǎn)化過程。另外的研究表明，人工林地活性有機(jī)碳比例均大于荒地和旱耕地 （唐國勇等， 2011）。不同植被類型下，EOC/SOC的變化趨勢與EOC、SOC和CPMI的變化有些差異。因此，本研究中EOC/SOC可能不能準(zhǔn)確表征土壤有機(jī)碳的質(zhì)量。CPMI可以全面反映土壤管理和土地利用等外界條件對土壤有機(jī)碳庫的影響，CPMI與SOC、EOC的變化趨勢一致，且與土壤SOC、EOC呈顯著正相關(guān)，表明CPMI能夠系統(tǒng)和敏感地反映土壤SOC和EOC的變化。CPMI還可以反映和評價(jià)土地利用管理對土壤土壤質(zhì)量和土壤肥力的影響 （沈宏等， 2000;Li et al.， 2015）。本研究林地的CPMI最高，其次是草地，棄耕地最低，說明林地和草地的土壤質(zhì)量和有機(jī)碳庫向良性發(fā)展。這一結(jié)果與唐夫凱等 （2014）一致，本研究認(rèn)為退耕還林提高土壤碳庫水平。因此土壤碳庫管理水平與土地利用和植被恢復(fù)密切相關(guān)，在石漠化治理過程中應(yīng)盡量減少人為干擾，增加植被覆蓋。

4 結(jié)論

（1）巖溶槽谷區(qū)退耕還林還草顯著提高了土壤結(jié)構(gòu)和團(tuán)聚體穩(wěn)定性，促進(jìn)土壤有機(jī)碳和團(tuán)聚體有機(jī)碳積累。土壤結(jié)構(gòu)改善與土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定主要與2～5 mm大團(tuán)聚體粒徑增加有關(guān)，土壤有機(jī)碳的積累一方面與團(tuán)聚體數(shù)量有關(guān)，另一方面主要是因?yàn)橛袡C(jī)碳由<0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳轉(zhuǎn)向2～5 mm大團(tuán)聚體中。

（2）土壤SOC、EOC含量和EOC/SOC 均呈現(xiàn)林地>草地>棄耕地，林地和草地顯著提升了土壤SOC和EOC的含量，提高了土壤碳庫活性和轉(zhuǎn)化過程。

（3）不同植被類型土壤CPMI表現(xiàn)為林地>草地>棄耕地，表明林地和草地土壤有機(jī)碳庫和質(zhì)量處于良性管理狀態(tài)。CPMI與土壤SOC、EOC含量變化顯著正相關(guān)，而且EOC含量變化和CPMI變化更為明顯，說明EOC可作為土壤碳庫變化的早期指標(biāo)，CPMI能夠良好地表征植被變化對土壤SOC和EOC的影響。

參考文獻(xiàn)：

BLAIR GJ， LEFROY RDB， LISLE L， 1995. Soil carbon fractions based on the degree of oxidation， and the development of a carbon management index for agricultural systems [J]. Aust J Agric Res， 46： 1459-1466.

BLANCO-CANQUI H， LAL R， 2004. Mechanisms of carbon sequestration in soil aggregates [J]. Critical Rev Plant Sci， 23（6）： 481-504.

DAVIDSON EA， JANSSENS IA， 2006. Temperature sensitivity of soil carbon decomposition and feedbacks to climate change [J]. Nature， 440： 65-173.

ELLIOTT ET， 1986. Aggregate structure and carbon， nitrogen， and phosphorus in native and cultivated soils [J]. Soil Sci Soc Am J， 50： 627-633.

EYNARD A， SCHUMACHER TE， LINDSTROM MJ， et al.， 2004. Aggregate sizes and stability in cultivated south dakota prairie ustolls and usterts [J]. Soil Sci Soc Am J， 68（4）：1360-1365.

GUO BH， FAN SH， DU MY， et al.， 2014. Effect of land-use type on soil labile carbon pool and carbon management index [J]. Chin J Ecol， 3（3）： 723-728. [郭寶華， 范少輝， 杜滿義， 等， 2014. 土地利用方式對土壤活性碳庫和碳庫管理指數(shù)的影響 [J]. 生態(tài)學(xué)雜志， 3（3）： 723-728.]

HU Y， DENG Y， JIANG ZC， et al.， 2015. Effects of vegetation restoration on distribution and stability of soil aggregate in typical karst mountains [J]. Bull Soil Water Conserv， 35（1）： 61-67. [胡陽， 鄧艷， 蔣忠誠， 等， 2015. 典型巖溶山區(qū)植被恢復(fù)對土壤團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性的影響 [J]. 水土保持通報(bào)， 35（1）： 61-67.]

JIANG M， LIU Y， LIU C， et al.， 2016. Study on the stability and fractal characteristics of soil aggregates under different land use patterns in the Danjiangkou Reservoir [J]. J Soil Water Conserv， 30（6）： 265-270. [姜敏， 劉毅， 劉闖， 等， 2016. 丹江口庫區(qū)不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及分型特征 [J]. 水土保持學(xué)報(bào)， 30（6）： 265-270.]

JIANG Z， LIAN Y， QIN X， 2014. Rocky desertification in Southwest China： impacts， causes， and restoration [J]. Earth-Sci Rev， 132： 1-12.

LI J， LIAO HK， LONG J， et al.， 2013. Effect of land use on the characteristics of organic carbon and labile organic carbon in soil aggregates in karst mountain areas [J]. Acta Ecol Sin， 33（7）： 2147-2156. [李娟， 廖洪凱， 龍健， 等， 2013. 喀斯特山區(qū)土地利用對土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳和活性有機(jī)碳特征的影響 [J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 33（7）： 2147-2156.]

LI ZW， NIE XD， CHEN XL， et al.， 2015. The effects of land use and land scape position on labile organic carbon and carbon management index in red soil hilly region， southern China [J]. J Mt Sci， 12（3）： 626-636.

LIAO HK， LI J， LONG J， et al.， 2014. Effects of land use and abandonment on soil labile organic carbon in the karst region of Southwest China [J]. Environ Sci， 35（1）： 240-247. [廖洪凱， 李娟， 龍健， 等， 2014. 土地利用及退耕對喀斯特山區(qū)土壤活性有機(jī)碳的影響 [J]. 環(huán)境科學(xué)， 35（1）： 240-247.]

LIAO HK， ZHENG CL， LI J， et al.， 2018. Dynamics of soil microbial recovery from cropland to orchard along a 20-year chronosequence in a degraded karst ecosystem [J]. Sci Total Environ， 639： 1051-1059.

LIU M， YU WT， JIANG ZS， et al.， 2006. A research review on soil active organic carbon [J]. Chin J Ecol， 25（1）： 1412-1417. [柳敏， 宇萬太， 姜子紹， 等， 2006. 土壤活性有機(jī)碳 [J]. 生態(tài)學(xué)雜志， 25（1）： 1412-1417.]

LIU SJ， ZHANG W， WANG KL， et al.， 2015. Factors controlling accumulation of soil organic carbon along vegetation succession in a typical karst region in Southwest China [J]. Sci Total Environ， 521-522 （1）： 52-58.

LOU Y， XU M， WANG W， 2011. Soil organic carbon fractions and management index after 20 year of manure and fertilizer application for greenhouse vegetables [J]. Soil Use Manag， 27： 163-169.

LU RK， 2000. Analytical method of soil agricultural chemistry [M]. Beijing： China Agricultural Science and Technology Publishing House. [魯如坤， 2000. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法 [M]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)科技出版社.]

LUO YJ， WEI CF， LI Y， et al.， 2011. Effects of land use on distribution and protection of organic carbon in soil aggregates in karst rocky desertification area [J]. Acta Ecol Sin， 31（1）： 257-266. [羅友進(jìn)， 魏朝富， 李渝， 等， 2011. 土地利用對石漠化地區(qū)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳分布及保護(hù)的影響 [J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 31（1）： 257-266.]

MAO YL， YANG YS， XING SH， et al.， 2008. Effects of land use on soil organic carbon in water-stable aggregates [J]. J Soil Water Conserv， 22（4）： 132-137. [毛艷玲， 楊玉盛， 刑世和， 等， 2008. 土地利用方式對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響 [J]. 水土保持學(xué)報(bào)， 22（4）： 132-137.]

MO B， CAO JH， XU XM， et al.， 2006. Changes of soil active organic carbon under different land use types in karst area [J]. Ecol Environ， 15（6）： 1224-1230. [莫彬， 曹建華， 徐祥明， 等， 2006. 巖溶山區(qū)不同土地利用方式對土壤活性有機(jī)碳動態(tài)的影響 [J]. 生態(tài)環(huán)境， 15（6）： 1224-1230.]

PU YL， YE C， ZHANG SR， et al.， 2017. Effects of different ecological restoration patterns on labile organic carbon and carbon pool management index of desertification grassland soil in zoige [J]. Acta Ecol Sin，37（ 2） ： 367-377. [蒲玉琳， 葉春， 張世熔， 等， 2017. 若爾蓋沙化草地不同生態(tài)恢復(fù)模式土壤活性有機(jī)碳及碳庫管理指數(shù)變化 [J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 37（2）： 367-377.]

SHEN H， CAO ZH， XU ZH， et al.， 2000. Effects of fertilization on different carbon fractions and carbon pool management index in soils [J]. Acta Pedol Sin， 37（5）： 166-173. [沈宏， 曹志洪， 徐志紅， 2000. 施肥對土壤不同碳形態(tài)及碳庫管理指數(shù)的影響 [J]. 土壤學(xué)報(bào)， 37（5）： 166-173.]

SIX J， BOSSUYT H， DEGRYZE S， et al.， 2004. A history of research on the link between （micro） aggregates， soil biota， and soil organic matter dynamics [J]. Soil Till Res， 79： 7-31.

STANCHI S， FALSONE G， BONIFACIO E， 2015. Soil aggregation， erodibility， and erosion rates in mountain soils （NW Alps， Italy） [J]. Solid Earth， 6： 403-414.

TAN QJ， SONG TQ， PENG WX， et al.， 2014. Stability and organic carbon characteristics of soil aggregates under different ecosystems in karst canyon region [J]. Chin J Appl Ecol， 25（3）： 671-678. [譚秋錦， 宋同清， 彭晚霞， 等， 2014. 峽谷型喀斯特不同生態(tài)系統(tǒng)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳穩(wěn)定性及有機(jī)碳特征 [J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 25（3）： 671-678.]

TANG FK， CUI M， ZHOU JX， et al.， 2014. Difference analysis of soil organic carbon pool in different forestlands returned from farmlands in karst gorge area [J]. Sci Soil Water Conserv， 12（4）： 1-7. [唐夫凱， 崔明， 周金星， 等， 2014. 巖溶峽谷區(qū)不同退耕還林地土壤有機(jī)碳庫差異分析 [J]. 中國水土保持科學(xué)， 12（4）： 1-7.]

TANG FK， CUI M， LU Q， 2016. Effects of vegetation restoration on the aggregate stability and distribution of aggregate-associated organic carbon in a typical karst gorge region [J]. Solid Earth， 7： 141-151.

TANG GY， LI K， SUN YY， et al.， 2011. Effects of land uses on soil organic carbon and carbon pool management index [J]. For Res， 24（6）： 754-759. [唐國勇， 李昆， 孫永玉， 等， 2011. 土地利用方式對土壤有機(jī)碳和碳庫管理指數(shù)的影響 [J]. 林業(yè)科學(xué)研究， 24（6）： 754-759.]

TONG XG， HAN XH， YANG GH， et al.， 2013. Carbon management index as an indicator for changes in soil organic carbon pool under conversion from cropland to forestland [J]. Chin Environ Sci， 33（3）： 466-473. [佟小剛， 韓新輝， 楊改河， 等， 2013. 碳庫管理指數(shù)對退耕還林土壤有機(jī)碳庫變化的指示作用 [J]. 中國環(huán)境科學(xué)， 33（3）： 466-473.]

WANDER MM， TRAINA SJ， STINNER BR， et al.， 1994. Organic and conventional management effects on biologically active soil organic matter pools [J]. Soil Sci Soc Am J， 58： 1130-1139.

WANG QK， WANG SL， FENG ZW， et al.， 2005. Active soil organic matter and its relationship with soil quality [J]. Acta Ecol Sin， 25（3）： 513-519. [王清奎， 汪思龍， 馮宗煒， 等， 2005. 土壤活性有機(jī)質(zhì)及其與土壤質(zhì)量的關(guān)系 [J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 25（3）： 513-519.]

WEI XR， LI XZ， JIA XX， et al.， 2013. Accumulation of soil organic carbon in aggregates after afforestation on abandoned farmland [J]. Biol Fert Soils， 49： 637-646.

XIAO K， HE T， CHEN H， et al.， 2017. Impacts of vegetation restoration strategies on soil organic carbon and nitrogen dynamics in a karst area， Southwest China [J]. Ecol Eng， 101： 247-254.

XIAO SS， YE YY， ZHANG W， et al.， 2016. Carbon and nitrogen contents in calcareous soil aggregates affected by distur-bance and land use in karst region， China [J]. Chin Environ Sci， 35（5）： 1140-1146. [肖霜霜， 葉瑩瑩， 張偉， 等， 2016. 干擾/利用方式對喀斯特石灰土團(tuán)聚體分布及其碳氮含量的影響 [J]. 生態(tài)學(xué)雜志， 35（5）： 1140-1146.

YAN X， ZHOU H， ZHU QH， et al.， 2013. Carbon sequestration efficiency in paddy soil and upland soil under long-term fertilization in southern China [J]. Soil Till Res， 130： 42-51.

YAN YP， CAO JH， YANG H， et al.， 2012. The impact of different soil type on soil organic carbon pool and turnover in karst area [J]. J Soil Water Conserv， 26（2）： 144-149. [嚴(yán)毅萍， 曹建華， 楊慧， 等， 2012. 巖溶區(qū)不同土地利用方式對土壤有機(jī)碳碳庫及周轉(zhuǎn)時間的影響 [J]. 水土保持學(xué)報(bào)， 26（2）： 144-149.]

YUAN HW， SU YR， ZHENG H， et al.， 2007. Distribution characteristics of soil organic carbon and nitrogen in peak-cluster depression landuse of karst region [J]. Chin Environ Sci， 26（10）： 1579-1584. [袁海偉， 蘇以榮， 鄭華， 等， 2007. 喀斯特峰叢洼地不同土地利用類型土壤有機(jī)碳和氮素分布特征 [J]. 生態(tài)學(xué)雜志， 26（10） ： 1579-1584.]

ZHANG JY， LIANG CT， DONG CP， et al.， 2016. Characteristics of soil carbon components and carbon pool management indices in different land uses in loess hilly region [J]. Res Soil Water Conserv， 23（4）： 66-69. [張嬌陽， 梁楚濤， 董昌平， 等， 2016. 黃土丘陵區(qū)不同土地利用下土壤碳組分及碳庫管理指數(shù)特征 [J]. 水土保持研究， 23（4）： 66-69.]

ZHANG SJ， XIANG WH， SUN WJ， et al.， 2016. Effects of land use on soil readily oxidized carbon and carbon management index in hilly region of central Hunan Province [J]. Ecol Environ Sci， 25（6）： 911-919. [張仕吉， 項(xiàng)文化， 孫偉軍， 等， 2016. 中亞熱帶土地利用方式對土壤易氧化有機(jī)碳及碳庫管理指數(shù)的影響 [J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 25（6）： 911-919.]

ZHAO SW， SU J， WU JS， et al.， 2006. Changes of soil aggregate organic carbon during process of vegetation restoration in Ziwuling [J]. J Soil Water Conserv， 20（3）： 114-117. [趙世偉， 蘇靜， 吳金水， 等， 2006. 子午嶺植被恢復(fù)過程中土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的變化 [J]. 水土保持學(xué)報(bào)， 20（3）： 114-117.]

（責(zé)任編輯 周翠鳴）