不同退化程度高寒草甸土壤團(tuán)聚體及其有機(jī)碳分布特征

李林芝, 馬 源, 張小燕, 海 龍, 林 棟, 張德罡*, 張海濤

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070; 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070; 3.青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院, 青海 西寧 810016; 4.蘭州市農(nóng)業(yè)科技研究推廣中心，甘肅 蘭州 730070)

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，也是土壤中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的場(chǎng)所[1]，其組成與土壤諸多理化性質(zhì)密切相關(guān)，并影響著植物的生長(zhǎng)[2]。良好的土壤結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)土壤水分、改善土壤耕性及協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分消耗和積累的矛盾等方面有極其重要的作用。團(tuán)聚體的組成及其穩(wěn)定性受到自然因素和人為活動(dòng)的影響，也是導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的重要因素。粒徑不同的團(tuán)聚體含量及其組成比例在改善土壤結(jié)構(gòu)和維持穩(wěn)定性機(jī)制方面的作用不同[3]，>0.25 mm的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(R0.25)的含量是影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的主要因子[4]，也可以作為評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)管理措施轉(zhuǎn)變對(duì)土壤肥力因子及土壤質(zhì)量影響的重要指標(biāo)[5]。表征土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的指標(biāo)有R0.25的含量、平均重量直徑(Mean weight diameter，MWD)以及幾何平均直徑(Geometric mean diameter，GMD)等[6]。土壤團(tuán)聚體粒徑的機(jī)械組成決定土壤養(yǎng)分的協(xié)調(diào)[7]，同時(shí)影響土壤生物的活動(dòng)。因此，研究土壤團(tuán)聚體的組成極其穩(wěn)定性對(duì)穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu),提高土壤肥力和使土壤可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[8]。

有機(jī)碳附著在團(tuán)聚體中，為其提供膠結(jié)物質(zhì)，促進(jìn)了團(tuán)聚體的形成與穩(wěn)定，團(tuán)聚體則對(duì)有機(jī)碳提供物理保護(hù)作用，它們是不可分割的整體[9-10]。表層土壤中90%左右的有機(jī)碳存在于團(tuán)聚體內(nèi)[11]，土壤團(tuán)聚體的形成、穩(wěn)定性與團(tuán)聚體有機(jī)碳(Soil aggregate organic carbon，SAOC)之間相互影響[12]，土壤團(tuán)聚體的形成影響土壤有機(jī)碳(Soil organic carbon，SOC)的分解，反之，SOC則會(huì)影響團(tuán)聚體的數(shù)量及分布[13]。因此，有關(guān)SOC尤其是SAOC的研究顯得尤為重要[14]，通過(guò)研究土壤團(tuán)聚體的組成分布特征及其有機(jī)碳的變化有利于揭示土壤有機(jī)碳的變化機(jī)制[15]。眾多學(xué)者對(duì)土壤團(tuán)聚體特征及其有機(jī)碳方面進(jìn)行了大量研究[16-17]，不同粒徑的土壤團(tuán)聚體對(duì)于有機(jī)碳的保護(hù)機(jī)制不同，SAOC隨粒級(jí)變化的研究結(jié)果也不盡相同。史長(zhǎng)婷等[18-19]對(duì)不同土壤類(lèi)型以及不同利用方式的土壤團(tuán)聚體進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明SAOC含量隨著土層加深而逐漸降低，但SAOC在不同粒徑中的含量研究結(jié)果完全不同。有研究呈現(xiàn)大粒徑團(tuán)聚體SAOC儲(chǔ)量較高，也有研究發(fā)現(xiàn)小粒徑團(tuán)聚體的有機(jī)碳儲(chǔ)量較高。因此，研究土壤團(tuán)聚體的分布及其SAOC的含量十分必要，可為不同利用方式以及不同類(lèi)型土壤生產(chǎn)力的提高和土壤碳儲(chǔ)庫(kù)的研究提供科學(xué)參考。

近年來(lái)，隨著碳中和、碳達(dá)峰問(wèn)題的提出和推進(jìn)，碳循環(huán)及其對(duì)全球候氣候變化造成的影響成為了國(guó)際各界關(guān)注的熱點(diǎn)[20-21]。草地作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，是重要的陸地碳庫(kù)，碳匯潛力巨大[22]。高寒草甸作為祁連山地區(qū)最主要的生態(tài)系統(tǒng)，在水土保持、水源涵養(yǎng)等方面有著極其重要的意義[23]，但在全球氣候變化等自然背景下，由于過(guò)度放牧、濫墾等人類(lèi)活動(dòng)頻繁，以及草原鼠害等的共同作用下，使當(dāng)?shù)氐牟菰鷳B(tài)系統(tǒng)遭到不同程度的干擾和破壞，草地退化面積不斷增加，削弱了天然草地資源的可持續(xù)利用，不僅阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，更是嚴(yán)重威脅著其生存環(huán)境[24]。近年，眾多學(xué)者針對(duì)退化高寒草地的研究相繼開(kāi)展，多集中于草地植被群落特征、土壤養(yǎng)分狀況以及多類(lèi)碳的相關(guān)研究[25-28]，關(guān)于退化高寒草甸土壤團(tuán)聚體特征以及SAOC方面的研究相對(duì)較少。較好的土壤團(tuán)聚體粒徑組成及穩(wěn)定性可通過(guò)物理保護(hù)增加對(duì)土壤有機(jī)碳的固持，從而降低水蝕或風(fēng)蝕的風(fēng)險(xiǎn)，在草地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)中發(fā)揮著極其重要的作用[29]。祁連山高寒草甸60%左右的草原發(fā)生重度退化[30]，本研究通過(guò)對(duì)祁連山不同退化程度高寒草甸土壤團(tuán)聚體及有機(jī)碳分布特征進(jìn)行研究，深入理解土壤團(tuán)聚體組成、穩(wěn)定性以及團(tuán)聚體有機(jī)碳對(duì)草地退化的響應(yīng)，旨在從土壤團(tuán)聚體及有機(jī)碳角度為當(dāng)?shù)夭菰鷳B(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、恢復(fù)及可持續(xù)利用等提供一定的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省天祝藏族自治縣金強(qiáng)河流域高寒草甸，地理位置介于東經(jīng)102°44′11″～102°47′01″，北緯37°11′42″～37°13′5″，該地區(qū)主要土壤類(lèi)型為亞高山草甸土，草地為高寒草甸類(lèi)，年均降雨量為446 mm左右，且主要集中在7—9月，年均蒸發(fā)量在1 483～1 614 mm之間。氣候寒冷潮濕，水熱同期，平均相對(duì)濕度55%。全年日照時(shí)間2 600 h，全年≥0℃積溫為1360℃左右[31]，樣地概況具體見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)樣地概況

1.2 樣地設(shè)置與土壤樣品采集、處理

按照退化草地相關(guān)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[32]，于2019年8月在研究區(qū)域選取未退化草地(Non degraded grassland，ND)、輕度退化草地(Light degraded grassland，LD)、中度退化草地(Moderate degraded grassland，MD)和重度退化草地(Severely degraded grassland，SD)4個(gè)不同退化程度的樣地，各退化程度選擇生境條件相近或一致的4塊樣地(均為200 m×200 m)，各樣地均為冬季放牧場(chǎng)，每個(gè)樣地隨機(jī)設(shè)置4個(gè)1 m×1 m樣方，進(jìn)行植被調(diào)查，測(cè)定地上生物量、植物群落組成、群落高度和蓋度(表1)，再用土鏟在樣地上分別采集0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm土層的原狀土樣，每個(gè)樣地采集5～8個(gè)點(diǎn)混合為1個(gè)土樣，共采集48份土樣，將其裝入硬質(zhì)塑料盒中，帶回實(shí)驗(yàn)室。將土樣中的石礫、植物根系及枯枝落葉等剔除后置于避光處自然風(fēng)干，將風(fēng)干后的土樣順著自然裂隙掰成直徑10 mm左右的土塊，進(jìn)行土壤團(tuán)聚體分析及土壤理化性質(zhì)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定方法

土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體采用干篩法[33]測(cè)定，將風(fēng)干土樣篩分為> 5 mm，2～5 mm，1～2 mm，0.5～1 mm，0.25～0.5 mm及<0.25 mm 6個(gè)粒級(jí)。

土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳采用外加熱-重鉻酸鉀容量法[34]測(cè)定。

1.4 計(jì)算公式

(1)大團(tuán)聚體(R0.25)含量計(jì)算公式[35]為:

式中：M<0.25表示<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的重量(g)；MT表示未篩分前土壤總重(g)。

(2)平均重量直徑(Mean weight diameter，MWD)和幾何平均直徑(Geometric mean diameter，GMD)的計(jì)算公式[36]為：

(3)團(tuán)聚體對(duì)土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率計(jì)算公式[37]為：

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel2016和SPSS26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析。采用雙因素方差分析(Two-way-ANOVA)檢驗(yàn)退化程度和土壤深度及其交互作用對(duì)土壤團(tuán)聚體特征的影響；采用單因素方差分析(One-way-ANOVA)檢驗(yàn)不同退化程度或不同粒級(jí)間的差異顯著性；采用Duncan法進(jìn)行多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的組成

由不同退化程度土壤團(tuán)聚體分布特征的雙因素方差分析(表2)可知，除2～5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體外，退化程度和土壤深度對(duì)其他粒徑團(tuán)聚體的形成均產(chǎn)生極顯著影響，且退化程度與土壤深度的交互作用對(duì)2～5 mm和1～2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的形成產(chǎn)生極顯著影響，其他粒級(jí)均不顯著。不同退化程度高寒草甸土壤團(tuán)聚體含量的分布圖1所示，隨著退化的加劇，>5 mm團(tuán)聚體含量逐漸降低，而<0.25 mm粒級(jí)含量逐漸增加，主導(dǎo)團(tuán)聚體逐漸由大粒級(jí)向小粒級(jí)轉(zhuǎn)化。1～2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量最少，均小于10%。表層(0～10 cm)土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體含量隨退化加劇變化幅度高于下層(10～30 cm)。

圖1 不同退化程度土壤團(tuán)聚體分布特征

表2 不同退化程度土壤團(tuán)聚體分布特征的雙因素方差分析

在0～10 cm土層，>5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量隨著高寒草甸退化程度的加劇逐漸降低，LD，MD，SD較ND分別降低了48.59%，77.11%，81.73%。2～5 mm,1～2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量在LD時(shí)最低，且隨著退化程度的加劇，其含量均有一定程度的升高。0.5～1 mm和0.25～0.5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量隨著退化程度的加劇先升高后降低，0.25～0.5 mm粒級(jí)SD時(shí)含量最低。<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量隨著退化加劇逐漸升高，LD，MD，SD較ND分別升高了88%，119%，159%。在0～20 cm土層，>5 mm粒級(jí)隨退化梯度逐漸下降，<0.25 mm粒級(jí)隨退化加劇逐漸升高，0.25～5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體隨著退化加劇先升高后降低，輕度退化LD時(shí)含量最高。20～30 cm土層各粒級(jí)團(tuán)聚體在不同退化梯度間的變化與10～20 cm土層相似，但隨著退化梯度的加劇含量變化幅度小于10～20 cm土層。

2.2 退化對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

雙因素方差分析(表3)結(jié)果顯示，退化程度和土壤深度對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響均極顯著，二者的交互作用對(duì)大團(tuán)聚體含量影響顯著，對(duì)MWD和GMD影響不顯著。表3可知，不同退化程度的團(tuán)聚體穩(wěn)定性在表層最低，MWD和GMD在ND隨著土層的加深先升高后降低，在LD，MD，SD均隨土層加深而增加。未退化高寒草甸土壤在10～20 cm土層時(shí)穩(wěn)定性最好，退化草甸土壤在20～30 cm土層穩(wěn)定性最好。各土層GMD均隨退化程度的加劇逐漸降低，且未退化高寒草甸土壤的穩(wěn)定性均顯著高于退化高寒草甸土壤(P<0.05)。在0～10 cm土層，LD，MD，SD的MWD較ND分別下降了45.71%，63.14%，66.29%，LD，MD，SD的GMD較ND分別下降了61.43%，70.71%，75.71%。在10～20 cm土層MWD與GMD較0～10 cm土層下降幅度較小，MWD在LD，MD，SD較ND分別下降了23.66%，31.49%，34.35%。GMD在LD，MD，SD較ND分別下降了37.99%，38.35%，62.37%。20～30 cm土層，MWD、GMD隨退化加劇穩(wěn)定性逐漸下降，SD與LD，ND的GMD之間存在顯著性差異(P<0.05)。大團(tuán)聚體R0.25含量在各土層均隨退化程度加劇而降低，各土層穩(wěn)定性在SD均達(dá)到最低，在0～10 cm表層下降最明顯，LD，MD，SD分別較ND降低了27.8%，37.7%，50.32%，且與ND之間差異均顯著。隨土層加深，穩(wěn)定性隨退化下降的幅度減小，20～30 cm土層LD，MD，SD分別較ND降低了9.74%，22.15%，28.26%，且各處理之間差異顯著。

表3 不同退化程度高寒草甸土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性

2.3 退化對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量分布特征的影響

對(duì)不同退化程度高寒草甸SAOC的雙因素方差分析結(jié)果顯示(表4)，退化程度和土壤深度及二者的交互作用對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量均有顯著或極顯著影響。SAOC含量隨土層加深而逐漸降低，且各粒級(jí)SAOC在表層土壤中的含量均高于下層(10～30 cm)土壤。在同一退化程度高寒草甸土壤中，>2 mm粒級(jí)SAOC含量隨粒級(jí)的減小逐漸降低，<2 mm粒級(jí)SAOC含量隨粒級(jí)的減小呈現(xiàn)先升高再降低的變化趨勢(shì)，SAOC主要集中0.25～0.5 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體內(nèi)。

表4 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量

在0～10 cm土層，各粒級(jí)SAOC隨著退化程度的加劇呈先升高后降低的趨勢(shì)，均在SD達(dá)到最低，且與其他處理之間差異顯著(P<0.05)。LD處理的SAOC含量在>5 mm及2～5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體中的含量均高于其他處理(P<0.05)，SD到達(dá)最低，>5 mm和2～5 mm團(tuán)聚體的ND，MD，SD的SAOC分別較LD下降了2.73%和9.26%，22.92%和6.96%，8.70%和24.62%。1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm及<0.25 mm粒級(jí)SAOC含量均在MD時(shí)達(dá)到最大值，且與其他處理間存在顯著差異(P<0.05)。10～20 cm及20～30 cm土壤團(tuán)聚體SAOC含量隨退化的變化相似，呈先升高后降低的趨勢(shì)，均在ND時(shí)含量最高，在SD時(shí)達(dá)到最低，10～30 cm土層LD團(tuán)聚體有機(jī)碳含量均顯著高于其他退化程度(P<0.05)。

2.4 退化對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量貢獻(xiàn)率的影響

不同退化程度高寒草甸土壤團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳含量的貢獻(xiàn)率雙因素方差分析結(jié)果顯示(表5)，退化程度對(duì)2～5 mm粒級(jí)的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率影響不顯著，退化程度和土層深度對(duì)其他粒級(jí)影響均顯著或極顯著，二者的交互作用對(duì)有機(jī)碳貢獻(xiàn)率在> 5 mm和0.5～1 mm沒(méi)有顯著影響，其他粒級(jí)影響均極顯著。圖2可以看出，隨土層加深大團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率增加，小團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率降低。各粒徑團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率在各土層均隨著團(tuán)聚體粒徑減小呈先降低后升高的趨勢(shì)，1～2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率最低。隨著退化加劇，各土層>5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率LD，MD，SD均較ND顯著降低(P<0.05)，且在0～10 cm土層變化幅度最大，<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體則對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率隨退化加劇逐漸增加。

圖2 不同退化程度高寒草甸團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳含量的貢獻(xiàn)率

表5 各粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳含量貢獻(xiàn)率的雙因素方差分析

在0～10 cm土層，2～5 mm，1～2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率在LD時(shí)顯著低于其他退化程度(P<0.05)。但0.5～1 mm，0.25～0.5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率則隨退化加劇先升高后降低，LD顯著高于SD(P<0.05)。在10～20 cm，>5 mm，0.5～1 mm，0.25～0.5 mm及<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率變化趨勢(shì)與表層相似，2～5 mm，1～2 mm粒級(jí)對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率與表層土壤的變化趨勢(shì)相反，在20～30 cm土層，2～5 mm，1～2 mm，0.5～1 mm及0.25 mm～0.5 mm粒級(jí)對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率均隨退化加劇先升高后降低，且均在LD時(shí)顯著高于SD(P<0.05)。

3 討論

3.1 草地退化對(duì)土壤團(tuán)聚體組成及穩(wěn)定性的影響

土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成單元，是地上植物能夠穩(wěn)定生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，其組成和穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[38-39]。穩(wěn)定性是土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的核心要素，通常認(rèn)為穩(wěn)定性指標(biāo)R0.25含量、MWD和GMD數(shù)值越大穩(wěn)定性越好[40]。施用有機(jī)肥料不僅可以為團(tuán)聚作用提供膠結(jié)物質(zhì)，還會(huì)刺激土壤微生物，激發(fā)土壤生物的活性，其中真菌對(duì)大團(tuán)聚體的形成有較大貢獻(xiàn)，細(xì)菌則有利于微團(tuán)聚體的形成[41]。本研究發(fā)現(xiàn)，>0.25 mm的大團(tuán)聚體含量(R0.25)隨著高寒草甸退化程度的加劇顯著降低，各土層R0.25均在未退化草地含量最高而極度退化草地含量最低，且下層土壤穩(wěn)定性要高于表層土壤，團(tuán)聚體的MWD和GMD值也是在未退化草地達(dá)到最大值。祁正超等[42]研究荒漠灌叢草地發(fā)現(xiàn)，隨著放牧強(qiáng)度增大，>0.25 mm的大團(tuán)聚體含量呈逐漸遞減的趨勢(shì)，并得出重度放牧是造成草地退化的重要因素的結(jié)論，賈麗英等[43]對(duì)內(nèi)蒙古羊草草原研究也得出重度放牧條件下土壤大團(tuán)聚體數(shù)量減少、<0.25 mm的微團(tuán)聚體含量增加以及MWD和GMD值減小的結(jié)論，這都與本文研究結(jié)果一致。土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性減弱是引起土壤退化的重要因素[44]，土地的開(kāi)墾翻耕、放牧利用等人為活動(dòng)會(huì)破壞土壤原本已經(jīng)形成的穩(wěn)定的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)[45]。草地退化的核心是土壤結(jié)構(gòu)的退化，其不利于土壤團(tuán)聚體的形成[46]。放牧利用方式下，牲畜的踐踏使表層土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)被破壞，大團(tuán)聚體含量減少。本研究中重度退化草地地上植被蓋度、植被高度及生物量均顯著低于未退化和輕度退化草地，因此地表嚴(yán)重裸露，造成土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性降低，抗蝕能力也減弱。說(shuō)明隨著高寒草甸退化的加劇土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性是逐漸下降的，未退化草地土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最好。

3.2 草地退化對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量和有機(jī)碳貢獻(xiàn)率的影響

SOC是土壤的重要組成部分，也是反映土壤肥力大小、衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，其含量與土壤團(tuán)聚體關(guān)系密切[47]。土壤的固碳能力是影響團(tuán)聚體發(fā)育程度的因素之一，且團(tuán)聚體的形成大大降低了有機(jī)碳的損失[48]。SOC可促進(jìn)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成[49]，而團(tuán)聚作用的降低則導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)變差、穩(wěn)定性下降以及SOC的大量損失[50]。團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)MWD是影響土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的最重要的因子[15]。位于團(tuán)聚體內(nèi)的SAOC含量隨粒級(jí)不同而不同，Degryze等[51]研究認(rèn)為SOC主要由微團(tuán)聚體(<0.25 mm)所貢獻(xiàn)，原因是土壤中微團(tuán)聚體所受到的破損干擾較小，對(duì)有機(jī)碳的保護(hù)機(jī)制較好，因此，SOC在微團(tuán)聚體中不易被分解[14]。也有研究結(jié)果顯示由于大團(tuán)聚體中所含有的有機(jī)碳活躍度較高因此大團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量較微團(tuán)聚體高[52],說(shuō)明不同粒級(jí)土壤團(tuán)聚體的理化性質(zhì)與土地利用方式及生物特性等差異有關(guān)。本文研究結(jié)果顯示團(tuán)聚體有機(jī)碳含量SAOC總體上隨粒徑的減小呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，SAOC主要集中在大團(tuán)聚體中，且以0.25～0.5 mm粒級(jí)中含量最高，這與陳曦[53]、王興[45]等的研究結(jié)果相似。高寒草甸是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的有機(jī)碳庫(kù)，其SOC含量及碳儲(chǔ)量易受草甸退化的影響[35]。本研究結(jié)果中在表層土壤發(fā)現(xiàn)中度和極度退化草甸土壤的SAOC顯著低于未退化土壤，在>0.5 mm的團(tuán)聚體中輕度退化土壤的SAOC含量雖然較未退化高，但差異并不顯著，原因可能是輕度退化階段導(dǎo)致土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的損失與未退化土壤相比還未達(dá)到顯著差異水平[15]。

影響團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳貢獻(xiàn)率的影響由SAOC含量和團(tuán)聚體粒級(jí)組成2部分共同決定[54]。本研究表明，隨土層加深各退化程度的大團(tuán)聚體含量增加而小團(tuán)聚體含量降低，因此土層加深大團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳貢獻(xiàn)率增加而小團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率降低。團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率隨粒徑的減小呈現(xiàn)中間低兩頭高的變化趨勢(shì)，且>5 mm的團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率在各土層均隨退化程度加劇而顯著減小，而<0.25 mm的小團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率則隨退化程度加劇有機(jī)碳貢獻(xiàn)率顯著升高，該結(jié)果與團(tuán)聚體含量分布隨著退化程度加劇>5 mm的團(tuán)聚體含量逐漸降低，而<0.25 mm的小團(tuán)聚體含量卻逐漸增加呈現(xiàn)出相似的變化規(guī)律。該粒級(jí)所占的比重大，對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率也大，這與草甸退化導(dǎo)致大團(tuán)聚體含量減少而小團(tuán)聚體含量增加有關(guān)[55]。重度退化草地<0.25 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率最大，原因是草地退化導(dǎo)致大團(tuán)聚體被破壞，使SOC更容易被微生物礦化分解，而小團(tuán)聚體中的有機(jī)碳通常較難被分解[56]。

4 結(jié)論

不同退化程度的高寒草甸土壤大團(tuán)聚體含量、平均重量直徑及幾何平均直徑均隨退化程度加劇顯著降低，土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量主要集中在大團(tuán)聚體中的0.25～0.5 mm粒級(jí)，>5 mm團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率隨退化加劇逐漸減小，<0.25 mm的微團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率隨退化加劇逐漸升高。高寒草甸退化導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降，大團(tuán)聚體占比降低，其對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率減小。因此，在退化高寒草甸的治理中，在條件允許的情況下建議通過(guò)施有機(jī)肥、使用土壤改良劑等措施改善土壤結(jié)構(gòu)來(lái)提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，從而提升土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量，改善退化高寒草甸的生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)功能。