高寒區(qū)季凍土有機碳儲量對坡位的響應特征

丁宇浩，黃莎琳，王君惠，萬 丹

（1.西藏農(nóng)牧學院資源與環(huán)境學院；2.西藏農(nóng)牧學院高寒水土保持研究中心，西藏 林芝 860000）

土壤有機碳和無機碳對土壤的物理、化學和生物性質(zhì)有重要影響，它們在保持和提高土壤肥力等方面發(fā)揮著重要作用。研究表明，1 m土壤的全球碳儲量約為2 500 Gt（1 Gt=10g），其中土壤有機碳占60%以上（1 550 Gt）。本文以藏東南具有典型山地垂直地帶性的色季拉山為研究區(qū)，以季節(jié)性凍土為研究對象，研究了該地區(qū)季節(jié)性凍土0～60 cm土層有機碳儲量的剖面分布特征及其對坡位的響應，以明確青藏高原高寒地區(qū)土壤碳庫組成，準確預測和響應全球氣候變化。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

色季拉山位于西藏自治區(qū)林芝市，屬于念青唐古拉山脈，是尼洋河和帕隆藏布的集水區(qū)，主峰海拔為5 200 m。喜馬拉雅山脈和念青唐古拉山脈由西向東平行伸展，東部與橫斷山脈對接，東南低處正好面向印度洋開了一個大缺口，順雅魯藏布江而上的印度洋暖流與北方寒流在色季拉山一帶會合駐留，造就了林芝市熱帶、亞熱帶、溫帶及寒帶氣候并存的多種氣候帶。

1.2 樣地設置與樣品采集

本研究于2020年7月進行，樣地測量單位為10 m×10 m，共有6個大樣方。土壤樣本是從遠離高大樹木和灌木叢的空曠草地上采集的。每塊大樣方隨機選取3個1 m×1 m的小樣方作為重復樣。

選擇色季拉山一個集水區(qū)的兩個坡面作為研究區(qū)域，通過對邊坡的實地調(diào)查，根據(jù)不同的邊坡（陰坡、陽坡）和坡位（坡上、坡中、坡下）選取6個點進行采樣。陽坡土壤類型為高寒草甸土壤，土層較薄，坡長70 m，陰坡土壤類型為亞高山草原，坡長90 m。采樣深度為0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm。共采集了18個不同坡位、不同深度的土壤樣品，測定了土壤和水的有機碳含量。

2 結果與分析

2.1 不同土層深度的土壤有機碳分布

如表1所示，研究區(qū)0～20 cm、20～40 cm及40～60 cm土層的平均有機碳儲量分別為61.79 g/kg、41.19 g/kg及31.22 g/kg，各土層的平均有機碳儲量為44.73 g/kg，整體較高。隨著土層深度的增加，土壤有機碳儲量呈下降趨勢，各土層有機碳儲量差異顯著（概率＜0.05）。下降率達到75%，表明該地區(qū)的植被和土壤對碳的生物儲量有顯著影響。

表1 不同深度土層土壤有機碳的統(tǒng)計特征

2.2 不同坡位的土壤有機碳分布

由表2可知，陰坡的坡上、坡中和坡下有機碳儲量分別為35.04～56.22 g/kg、21.24～35.88 g/kg和32.58～38.10 g/kg，平均有機碳儲量分別為42.84 g/kg、26.62 g/kg和35.66 g/kg（＜0.05）。坡上、坡中和坡下的有機碳儲量變異系數(shù)分別為22%、25%和6%。坡上和坡中屬于平均變異，坡下屬于弱變異。

表2 陰坡不同坡位土壤有機碳統(tǒng)計特征

如圖1所示，陰坡同一坡位上，表層土壤的有機碳儲量明顯高于深層土壤有機碳儲量。不同土層間差異顯著（＜0.05）；同一深度下，坡下土壤有機碳含量高于坡上土壤有機碳含量。土壤深度介于40～60 cm時，土壤坡位間差異不顯著（＞0.05）。結果表明，不同坡位對土壤不同層次有機碳儲量的影響不同，對土壤深層有機碳儲量的影響大于對淺層有機碳儲量的影響。

圖1 陰坡不同坡位土壤有機碳分布

由表3可知，陽坡的坡上、坡中和坡下有機碳儲量分別為39.68～91.23 g/kg、36.3～90.89 g/kg和22.54～60.2 g/kg，平均有機碳儲量分別為63.52 g/kg、63.41 g/kg和57.69 g/kg，坡上＞坡下，差異不顯著（＞0.05）。坡上、坡中和坡下的有機碳變異系數(shù)分別為33%、33%和41%。高變異的是坡下，平均變異的為坡上和坡中。

表3 陽坡不同坡位土壤有機碳統(tǒng)計特征

如圖2所示，陽坡同一坡位條件下，表層土壤有機碳儲量高于深層土壤有機碳儲量，各土層間差異顯著（＜0.05）；同一土壤深度下，不同坡位的土壤有機碳儲量不同。土壤深度介于20～40 cm時，從有機碳儲量來看，坡上＞坡下＞坡中；土壤深度介于0～20 cm時，坡上＞坡中＞坡下；深度40～60 cm有機碳儲量變化趨勢與0～20 cm是一致的。上述結果表明，陽坡坡位對不同土層土壤有機碳儲量的影響程度不同，對淺層有機碳的影響較深層有機碳更大。

圖2 陽坡不同坡位土壤有機碳分布

2.3 坡面土壤有機碳對坡位的響應特征

下面通過一般線性模型（GLM）進行方差成分分析，如表4所示。結果表明，坡面土壤有機碳儲量主要受坡向和土層的影響（＜0.001），解釋率分別是23.17%和55.43%，坡位對坡面土壤有機碳的解釋率為53.56%（＜0.05）；坡向×土層解釋了2.24%（＜0.05），坡位×土層僅解釋了0.36%（＞0.05），坡向×坡位解釋了3.86%（＜0.001）；坡向×坡位×土層解釋了2.25%（＞0.05）。

表4 土壤有機碳儲量與不同因子的一般線性模型（GLM）

3 結論

本文研究了高寒區(qū)季節(jié)性凍土0～60 cm土層有機碳儲量對坡位的響應特征。研究表明，研究區(qū)土壤平均有機碳儲量為44.73 g/kg，總體水平較高。其中，0～20 cm土層有機碳變化平均，20～40 cm土層和40～60 cm土層有機碳變化較大。土壤有機碳儲量隨土壤深度的增加而減少，但陰坡（74%）的下降幅度顯著高于陽坡（54%）；陰坡位置對土壤深層有機碳影響顯著，陽坡位置對土壤淺層有機碳影響顯著。廣義線性模型結果表明，坡面土壤有機碳儲量主要受土層、坡向和坡位的影響，坡位和土壤深度是影響該地區(qū)土壤有機碳垂直分布的重要因素。