石 玲，戴萬宏

(1.安徽師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)學(xué)院，安徽蕪湖241000;2.阜陽市國土資源局，安徽阜陽236025)

土壤有機碳(SOC)是土壤的重要組成部分，它在土壤肥力、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面都有著重要的作用和意義[1-2]。

據(jù)估計，全球土壤有機碳庫總量約為1 200～2 500 Pg(1 Pg=1015g)，約是大氣碳庫的2倍，陸地生物圈碳庫的2～3倍[3-5]。因此，土壤有機碳庫在全球碳循環(huán)和全球氣候變化中也起著十分重要的作用，土壤有機碳庫微小幅度的變動，都可通過向大氣釋放CO2而改變?nèi)蛱佳h(huán)方向，加強溫室效應(yīng)，進而影響全球氣候變化[6]。

土壤有機碳包括土壤中各種動、植物殘體，微生物體及其分解和合成的各種有機物質(zhì)[1]。土壤可溶性有機碳(DOC)是有機碳中具有一定溶解性、在土壤中移動比較快、不穩(wěn)定、是較易被微生物利用分解的活性較高的部分[7-8]。DOC是土壤微生物可直接利用的有機碳源[9]，土壤微生物量碳(MBC)是土壤中體積小于5～105 um3活的細菌、真菌、藻類和土壤微動物體含碳量，是土壤有機碳中最活躍和最易變化的部分[8]。MBC是土壤生物肥力的重要標(biāo)志[10]。DOC和MBC雖然分別只占SOC的很少一部分，但它們與SOC之間可以在一定條件下相互轉(zhuǎn)化，始終處于動態(tài)平衡之中[11]。DOC和MBC都是活性有機碳，容易分解，在提供土壤養(yǎng)分方面起著重要作用[12]。DOC對土壤中元素生物地球化學(xué)循環(huán)及鋁、重金屬元素的毒性和遷移有著深刻影響，具有重要的環(huán)境意義[13-14]。因此，土壤有機碳及其組分的研究，不僅是土壤資源可持續(xù)利用的重要基礎(chǔ)，而且對全球環(huán)境變化研究具有重要意義。

安徽省位于我國中東部，面積廣闊，地形地貌復(fù)雜，氣候多變，土壤類型眾多，是我國自然地理和土壤分布的重要過渡省份。本研究通過分析安徽省幾種主要土壤有機碳及其組分，揭示土壤有機碳及其組分的剖面分布規(guī)律及其相互關(guān)系，以期為土壤碳循環(huán)和全球環(huán)境變化研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

安徽省位于中國東南部，南北長約570 km，東西寬約450 km，總面積1.40×105km2，約占國土面積的1.45%。

安徽省地形地貌呈現(xiàn)多樣性，長江和淮河自西向東橫貫全境，將全省分為淮北、江淮、江南3大自然區(qū)?；春右员钡貏萏故庍|闊，為華北大平原的一部分。中部江淮之間，山地崗丘逶迤曲折，丘波起伏，崗沖相間;長江兩岸和巢湖周圍地勢低平，屬于著名的長江中下游平原。南部以山地、丘陵為主。安徽省地處暖溫帶與亞熱帶過渡地區(qū)，氣候溫暖濕潤，四季分明，氣候條件和植被分布南北差異明顯。年平均氣溫在14℃～17℃之間，平均降水量800～1 800 mm。

安徽省的自然環(huán)境造就其土壤類型的多樣性和自然地域分布特征。據(jù)第二次全國土壤普查資料統(tǒng)計，安徽省主要土壤類型及其面積百分比為:水稻土為28.10%，砂姜黑土為14.86%，紅壤為12.99%，潮土為11.69%，黃褐土為8.8%，粗骨土為6.64%，黃棕壤為4.81%，石灰(巖)土為2.66%，紫色土為2.13%。因此，本研究選取4種土壤(砂姜黑土、潮土、水稻土、紅壤)分別代表淮河以北、江淮之間以及江南3大安徽省自然區(qū)域的主要土壤類型，4種土壤類型的分布面積占據(jù)了安徽省土地面積的近70%。

1.2 土樣采集

土壤樣品采集于2007年4月上旬，根據(jù)第二次全國土壤普查確定的安徽典型砂姜黑土、潮土、水稻土和紅壤土種剖面的具體位置，在各自的具體位置附近，選擇較為開闊的典型地塊采取土樣。砂姜黑土采自懷遠縣張店鄉(xiāng)謝家村的小麥田，質(zhì)地為黏壤土;潮土采自濉溪縣百善區(qū)龍橋鄉(xiāng)龍北村張莊的小麥田，質(zhì)地為壤質(zhì)黏土;水稻土采自無為縣二壩鎮(zhèn)附近的水稻田，質(zhì)地為粉砂質(zhì)黏土;紅壤采自宣州市金壩鄉(xiāng)附近的預(yù)留春地，質(zhì)地為壤質(zhì)黏土。

在樣品的采集過程中，為保證樣品的代表性，在采樣地塊中按“S”形布設(shè)5～8個采樣點，每個樣點分別用土鉆采取 0—10 cm，10—20 cm，20—40 cm，40—60 cm，60—80 cm，80—100 cm 共 6層剖面樣品，然后按照層次進行混合，得到每種土壤的混合剖面土樣。

土樣帶回實驗室后，除去明顯的動、植物殘體和碎石等，一部分新鮮土樣置于0℃～4℃保存，用于測定土壤微生物量碳;其余土樣風(fēng)干后過2 mm篩，用于土壤總有機碳、可溶性有機碳等測定。供試土樣的理化性狀如表1所示。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)

1.3 測定方法與數(shù)據(jù)處理

土壤有機碳測定采用重鉻酸鉀外加熱法[15]。土壤可溶性有機碳的測定首先稱取10 g風(fēng)干土樣，按照水土比2∶1加入蒸餾水浸提，在25℃下恒溫振蕩30 min，然后用 0.45 um濾膜抽濾，濾液用 TOC-1020A有機碳分析儀測定[7]。土壤微生物量碳測定采用氯仿熏蒸—K2SO4提取法[16]，提取液用 TOC-1020A有機碳分析儀測定。

數(shù)據(jù)處理利用方差分析檢驗土壤有機碳及其不同組分之間的差異，利用相關(guān)分析得到土壤有機碳、DOC和MBC之間的相關(guān)關(guān)系，所有統(tǒng)計分析用Excel軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機碳含量特征及其剖面分布

安徽省4種主要類型土壤(砂姜黑土、潮土、水稻土和紅壤)有機碳含量及其剖面分布如圖1所示。可以看了，不同土壤及同一土壤不同土層間有機碳含量變化很大，變化范圍為3.31～13.77 g/kg。

總體來看，4種土壤的有機碳含量在剖面上的分布具有相似的規(guī)律，土壤有機碳含量在表層(0—10 cm)最高，隨著土層加深，土壤有機碳含量依次減少，至最底層(80—100 cm)土壤有機碳含量達到最低，上部土層間有機碳遞減很快，下部土層間遞減較緩。說明土壤有機碳主要集中在耕作層(0—20 cm)，而耕作層以下土壤有機碳含量較低。這主要是由于土壤外來有機物(包括植物枯枝落葉、人工施用有機肥等)主要集中在土壤表層，植被根系也主要分布于土壤表層，隨著土層加深，植被根系分布減少，因此使得土壤有機碳主要積累在土壤表層，而且有隨著土層加深而含量明顯降低的剖面分布趨勢。

4種土壤之間，有機碳含量也有明顯差異，耕作層(0—20 cm)土壤有機碳含量為水稻土(11.46 g/kg)＞砂姜黑土(11.10 g/kg)＞潮土(9.47 g/kg)＞紅壤(8.78 g/kg)，而0—100 cm土層平均有機碳含量除紅壤較低(5.11 g/kg)外，其它3種土壤差別不大(水稻土為 6.33 g/kg，砂姜黑土為 6.11 g/kg，潮土為6.55 g/kg)。這主要和4種土壤所處地理、氣候和植被等環(huán)境因素有關(guān)。同時在剖面分布上，水稻土有機碳含量沿土層深度遞減速度最快，而其它3種土壤的遞減速率相似，這主要和土壤淹水種植水稻，加速表層有機碳積累的耕作種植方式有關(guān)。

圖1 土壤有機碳含量剖面分布

2.2 可溶性有機碳含量特征及其剖面分布

可溶性有機碳雖只占土壤有機碳的很少部分，但它是土壤微生物能直接利用的碳源，對土壤有機碳的周轉(zhuǎn)及生態(tài)環(huán)境有著重要意義[7-14]。圖2給出了安徽省4種主要土壤可溶性有機碳含量及其剖面分布。

圖2 土壤可溶性有機碳含量剖面分布

由圖2可以看出，4種土壤可溶性有機碳(DOC)含量的剖面分布趨勢差別明顯，其中長江以南紅壤和水稻土的可溶性有機碳含量在剖面上分布比較均勻，雖然有隨土層加深而降低的趨勢，但上下土層間差異不明顯，其平均含量分別為紅壤532.9 mg/kg和水稻土636.4 mg/kg;而安徽北部沙姜黑土和潮土可溶性有機碳含量的剖面分布與紅壤和水稻土截然不同，隨土層加深呈明顯地降低趨勢，即0—10 cm表層含量很高(砂姜黑土956.3 mg/kg，潮土 887.2 mg/kg)，隨著土層加深急劇下降，80—100 cm底層最低(砂姜黑土452.5 mg/kg，潮土402.5 mg/kg)。這與土壤剖面上土壤有機碳含量隨土層深度增加而減小的規(guī)律是一致的。主要是由于土壤外來有機物(包括植物枯枝落葉、人工施用有機肥等)主要集中在土壤表層，植被根系也主要分布于土壤表層，隨著土層加深，植被根系分布減少;因此表現(xiàn)為土壤有機碳主要積累在土壤表層，且呈隨土層加深含量明顯降低的剖面分布趨勢，這種土壤有機碳的剖面分布趨勢也相應(yīng)地導(dǎo)致了土壤溶解性有機碳含量在土壤剖面分布呈上高下低的趨勢。同時，土壤的其它性狀(如土壤含水量、微生物區(qū)系、土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)地以及通透性等)、不同的人為管理、耕作方式也會影響到土壤溶解性有機碳含量高低和剖面分布，關(guān)于這方面的研究還需要進一步探討。

安徽省4種主要土壤可溶性有機碳含量也有明顯差別(圖2)。0—40 cm土層可溶性有機碳含量差異明顯，平均值為砂姜黑土(831.3 mg/kg)＞潮土(791.0 mg/kg)＞水稻土(651.8 mg/kg)＞紅壤(543.2 mg/kg);而40 cm以下土層可溶性有機碳含量除水稻土明顯大于紅壤外，其余土類間差異不很明顯。

2.3 土壤微生物量碳及其剖面分布

土壤微生物量碳(MBC)是土壤有機質(zhì)中最活躍和最易變化的部分，土壤MBC的高低是土壤生物肥力的重要標(biāo)志[10]。圖3為4種安徽省主要土壤微生物量碳及其剖面分布圖。

圖3 土壤微生物碳含量的剖面分布

由圖3可以看出，4種土壤微生物量碳的剖面分布趨勢基本相似，土壤微生物量碳含量有明顯地隨土壤深度加深而減小的趨勢，這與土壤有機碳和可溶性有機碳的剖面分布趨勢一致。說明土壤微生物的種群數(shù)量是與土壤有機碳和可溶性有機碳在剖面上的分布是相適應(yīng)的。

但是，土壤有機碳的質(zhì)量也會對微生物的分布產(chǎn)生明顯影響，潮土微生物量碳明顯高于砂姜黑土、水稻土和紅壤，砂姜黑土微生物量碳在剖面上隨土層深度增加的遞減速度明顯高于其它土壤，而長江以南地區(qū)的水稻土與紅壤微生物量碳剖面分布基本相似，但水稻土微生物量碳最小，這可能與其淹水環(huán)境有關(guān)。總體來看，土壤微生物量碳的大小順序為:潮土＞砂姜黑土＞紅壤＞水稻土。

2.4 土壤有機碳與各組分之間的關(guān)系

土壤有機碳包括土壤中所有含碳的有機物，土壤可溶性有機碳是容易被微生物利用、活性較高的土壤有機碳，土壤微生物量碳是活體土壤微生物所含的有機碳，是土壤有機碳中最活躍和最易變化的部分。雖然土壤可溶性有機碳(DOC)和微生物量碳(MBC)分別只占土壤有機碳(SOC)很小一部分(表2)，但是它們之間卻存在著密切的相關(guān)關(guān)系。

表2 土壤可溶性有機碳、微生物量碳占總有機碳的百分數(shù)

由表2可以看出，安徽省4種主要土壤可溶性有機碳占有機碳的百分比范圍為4.92%～18.97%，明顯高于微生物量碳占有機碳的百分數(shù)(1.86%～5.68%)。不同土壤可溶性有機碳和微生物量碳占有機碳的百分數(shù)也有明顯差別，4種土壤可溶性有機碳占有機碳百分比分別為砂姜黑土7.48%～14.85%，潮土7.40%～11.77%，水稻土4.92%～18.97%和紅壤6.26%～14.16%，且總體上呈隨土層深度增加而升高的趨勢;4種土壤微生物量碳占有機碳百分比分別為砂姜黑土 4.17%～5.68%，潮土3.94%～5.62%，水稻土 1.86%～3.25%和紅壤 2.89%～5.34%，在土壤剖面上基本呈表層百分比小，隨著土層深度增加百分比出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤有機碳、可溶性有機碳和微生物量碳之間存在著密切的關(guān)系。砂姜黑土、潮土和水稻土3者之間的相關(guān)關(guān)系均達到了1%極顯著水平(P＜0.01)，潮土和紅壤除土壤有機碳與可溶性有機碳的相關(guān)關(guān)系較弱(達到10%顯著水平)外，土壤有機碳與微生物碳及土壤可溶性有機碳與微生物碳之間的相關(guān)性均達到5%以上顯著水平。這與前人的研究結(jié)果一致[8，11]，也說明了土壤有機碳及其組分可溶性有機碳和微生物量碳是可以相互轉(zhuǎn)化、處于相對平衡狀態(tài)，相互之間關(guān)系密切，呈較好的正相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)論

砂姜黑土、潮土、水稻土和紅壤4種土壤有機碳、可溶性有機碳和微生物量碳之間有明顯差異，但其剖面分布規(guī)律基本一致。4種土壤表層SOC，DOC和MBC含量均較高，其中砂姜黑土表層SOC，DOC和MBC分別為 11.86 g/kg，956.3 mg/kg和 512.4 mg/kg;潮土表層分別為 11.99 g/kg，887.2 mg/kg和634.4 mg/kg;水稻土分別為 13.77 g/kg，677.8 mg/kg和255.9 mg/kg;紅壤分別為9.38 g/kg，587.3 mg/kg和352.7 mg/kg;隨著土壤層次加深，SOC，DOC和MBC含量依次明顯減少。

土壤可溶性有機碳和微生物量碳分別只占土壤有機碳的4.92%～18.97%和1.86%～5.68%。除潮土和紅壤有機碳與可溶性有機碳的相關(guān)關(guān)系較弱(達到10%顯著水平)外，其余土壤有機碳與微生物碳、有機碳與可溶性有機碳及可溶性有機碳與微生物碳之間的相關(guān)性均達到5%顯著水平或1%極顯著水平。

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