岳學(xué)文，彭 輝，錢坤建，李紀(jì)潮，潘志賢，方海東，閆幫國，紀(jì)中華

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，云南 元謀651300）

土壤團(tuán)聚體對土壤的理化性質(zhì)有很大的影響［1］，特別是水穩(wěn)性大團(tuán)聚體，穩(wěn)定的大團(tuán)聚體內(nèi)的有機(jī)碳含量明顯多于微團(tuán)聚體［2］，而小團(tuán)聚體中的有機(jī)碳較大團(tuán)聚體中的有機(jī)碳老化［3］。土地利用方式對新形成的土壤有機(jī)碳含量作用明顯，1850—2000年，由于土地利用和土地管理變化導(dǎo)致156Pg的碳釋放到大氣中［4］。不同的土地利用方式，由于有機(jī)質(zhì)的輸入、輸出及耕種方式的差異，影響了土壤有機(jī)碳的形成和積累。不同徑級的土壤團(tuán)聚體顆粒與土壤有機(jī)質(zhì)的結(jié)合方式及結(jié)構(gòu)方面存在差異，從而使各徑級的團(tuán)聚體中的有機(jī)碳礦化存在差異［4］。相關(guān)研究表明，不同植被類型下土壤有機(jī)碳密度存在明顯差異［5－6］。豆科、禾本科作物輪作能提高2～0．25mm的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量［7］。

金沙江干熱河谷因其地貌、水文、氣候組合的特殊性，是我國長江上游水土保持、天然林保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域，而不同土地利用方式對土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響是當(dāng)前有機(jī)碳研究的熱點(diǎn)之一［8－10］。因此，深入研究干熱河谷地區(qū)不同人工林的土壤團(tuán)聚體固碳機(jī)理、固碳效益及影響因素，有利于優(yōu)化和豐富該區(qū)域植被恢復(fù)與重建的理論基礎(chǔ)，對干熱河谷地區(qū)的生態(tài)建設(shè)具有重要的意義。

1 材料與方法

1．1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于金沙江干熱河谷的典型區(qū)域——云南省元謀縣，是典型的南亞熱帶季風(fēng)河谷干熱氣候區(qū)［11］，年均氣溫約21．9℃，≥10℃年積溫7 786℃，年均降雨量約630mm，主要集中在5—10月，年均蒸發(fā)量約3 910mm，土壤水分虧缺嚴(yán)重。土壤主要為燥紅土、紫色土和變性土。稀樹灌草叢是適應(yīng)金沙江干熱河谷自然環(huán)境的頂極植物群落［12］，在土層較厚、陰坡等立地環(huán)境有少量的喬木。草本植物種類較多，其中以扭黃茅（Heteropogoncantortus）、龍須草（Enlariopsisbinata）、孔穎草（Bothrichloacamus）為主；灌木多為車桑子（Dodonaeaangustifolia）；喬木較少，常見的是攀枝花（Gossampinusmalabarica）、羅望子（Tamarindusindica），余甘子（Phyllanthus emblice）。

1．2 研究方法

土壤采樣于2011年3月底完成，4月初進(jìn)行分析，所有樣品測定均由昆明誠爾信農(nóng)業(yè)分析測試技術(shù)有限公司完成。本研究共設(shè)4個(gè)樣地，1個(gè)對照。樣地是由羅望子組成的人工林，分別為：羅望子純林（樣地A），羅望子＋鄉(xiāng)土草本（樣地B），羅望子＋余甘子（樣地C），羅望子＋百喜草（樣地D），對照為光板地。每個(gè)樣地按0—10，10—20，20—40cm土層單獨(dú)取樣。取樣方式：在標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)按S型取樣，每個(gè)樣地取3個(gè)樣，每個(gè)土層3個(gè)重復(fù)，每層的土樣采用四分法混合后送檢。土壤團(tuán)聚體測定采用機(jī)械篩分法，共分5個(gè)徑級，即10～5，5～1，1～0．5，0．5～0．25和＜0．25mm。團(tuán)聚體有機(jī)碳測定采用重鉻酸鉀容量法，數(shù)據(jù)分析在SPSS 16．0，Microsoft Excel 2003中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同種植方式的羅望子林團(tuán)聚體有機(jī)碳特征

由圖1可以看出，0—10cm的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量在所有樣地的3個(gè)測量深度中均為最高，其中以樣地羅望子＋鄉(xiāng)土草本復(fù)合群落最高，為19．49g／kg。其次為樣地D，土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳為18．55g／kg。樣地B為余甘子與干熱河谷鄉(xiāng)土草的復(fù)合群落，物種多樣性較高。而樣地D為百喜草與羅望子的人工群落，群落內(nèi)的主要草本植物為百喜草，物種相對單一。從這2個(gè)案例的對比中可以看出，羅望子與鄉(xiāng)土草構(gòu)成的人工群落對提高土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的作用略強(qiáng)于羅望子與單一草本植物構(gòu)成的群落。羅望子純林內(nèi)的團(tuán)聚體有機(jī)碳略高于羅望子和余甘子的復(fù)合群落，即樣地A高于樣地C。而在4個(gè)由羅望子構(gòu)成的人工林內(nèi)（樣地A，B，C，D），以羅望子＋余甘子混交林的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最低，而且在3個(gè)測量深度都低于樣地 A，B，D，其中在10—20cm和20—40cm處，樣地C的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量還低于光板地。

圖1 0－40cm不同樣地的土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳特征

2．2 不同粒徑的團(tuán)聚體有機(jī)碳差異

在0—10cm 土層，粒徑為1～0．50，0．50～0．25mm的團(tuán)聚體有機(jī)碳在樣地A，B，C內(nèi)均為最高。而在樣地D中，團(tuán)聚體有機(jī)碳的最高值出現(xiàn)在土壤粒徑為0～0．25和＜0．25mm的土粒中。在樣地B中團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的最高值對應(yīng)的土壤粒徑為1～0．50mm。團(tuán)聚體有機(jī)碳的最小值為7．74g／kg，對應(yīng)的土壤粒徑為5～1mm。土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳主要集中在粒徑為2～0．053mm的土壤團(tuán)聚體中，本研究得出的結(jié)論與參考文獻(xiàn)［6］相似。團(tuán)聚體有機(jī)碳在不同土壤粒徑中表現(xiàn)出明顯的差異性，其對應(yīng)的最低值主要出現(xiàn)在粒徑為10～5和5～1mm的團(tuán)聚體中。光板地中，土壤粒徑對團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響較小，各徑級的土粒中團(tuán)聚體有機(jī)碳差異不顯著（表1）。

表1 0－10cm土層土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳特征

在10—20cm土層，4個(gè)樣地的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量均比0—10cm有明顯減少。樣地A中，最大值由19．10g／kg下降到12．86g／kg，下降了32．7%，而在樣地B中，最大值由22．90g／kg下降到16．80g／kg，下降了26．6%。

樣地C和樣地D也表現(xiàn)出明顯的下降，樣地C在10—20cm的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量甚至低于光板地，而光板地的變化不明顯。在10—20cm土層，樣地A，B，C的團(tuán)聚體有機(jī)碳最高值依舊出現(xiàn)在1～0．50和0．50～0．25mm的土粒中，而樣地D中，團(tuán)聚體有機(jī)碳最高值也依舊出現(xiàn)在0～0．25和＜0．25mm粒徑的土壤中（表2）。

在20—40cm土層，樣地A，B，C，D和光板地中的團(tuán)聚體有機(jī)碳的均值為3個(gè)測量深度的最低。而樣地C的團(tuán)聚體有機(jī)碳增加主要集中在粒徑10～5和5～1mm內(nèi)，增幅分別為8．6%和13．6%。在其他徑級中，團(tuán)聚體有機(jī)碳含量則是呈下降趨勢。樣地B在20—40cm的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量甚至高于樣地A中10—20cm的團(tuán)聚體有機(jī)碳，樣地B的固碳能力明顯強(qiáng)于樣地A，C，D和光板地（表3）。

表2 10－20cm土層的團(tuán)聚體有機(jī)碳特征

表3 20－40cm土層的團(tuán)聚體有機(jī)碳特征

2．3 團(tuán)聚體間的有機(jī)碳特征

從表4可以看出，在0—40cm土壤剖面，樣地A，B，C中的大團(tuán)聚體有機(jī)碳均大于微團(tuán)聚體有機(jī)碳，而樣地D則相反，微團(tuán)聚體有機(jī)碳高于大團(tuán)聚體有機(jī)碳。在光板地中，0—20cm是大團(tuán)聚體內(nèi)的有機(jī)碳小于微團(tuán)聚體，而在20—40cm大團(tuán)聚體中的有機(jī)碳略微高一些。本研究中，所有樣地的羅望子林下均是5a未耕作，在0—40cm剖面，樣地A，B，C的大團(tuán)聚體的固碳能力比微團(tuán)聚體高。微團(tuán)聚體有機(jī)碳含量及其比例越高，越有利于土壤有機(jī)質(zhì)含量提高［8］。

表4 團(tuán)聚體間的團(tuán)聚體有機(jī)碳差異 g／kg

3 結(jié) 論

羅望子人工林土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳主要分布在土壤表層（0—10cm），隨著深度的增加，團(tuán)聚體有機(jī)碳含量逐漸降低。1～0．5，0．5～0．25mm這2個(gè)徑級的土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳最高。

不同種植方式下羅望子人工林內(nèi)的團(tuán)聚體有機(jī)碳差異顯著，其中以羅望子＋鄉(xiāng)土草本、羅望子＋百喜草2種方式的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最高，羅望子＋余甘子混交林內(nèi)的團(tuán)聚體有機(jī)碳最低。羅望子＋鄉(xiāng)土草本和羅望子＋百喜草林內(nèi)的團(tuán)聚體有機(jī)碳在20—40cm仍高于光板地土壤表層的團(tuán)聚體有機(jī)碳。

羅望子＋鄉(xiāng)土草本方式的團(tuán)聚體有機(jī)碳高于羅望子＋百喜草，但由于試驗(yàn)樣方偏少，而干熱河谷地區(qū)的外引草本植物較多，因此尚不能得出鄉(xiāng)土草本與羅望子混交林的固碳效益高于引羅望子與百喜草人工林模式的結(jié)論。因此，深化干熱河谷區(qū)不同生態(tài)恢復(fù)方式的土壤固碳效益研究將是以后工作的重點(diǎn)。

20—40cm處，樣地C的團(tuán)聚體有機(jī)碳在粒徑10～5mm和5～1mm團(tuán)聚體中出現(xiàn)小幅增加，這一現(xiàn)象在其他樣地內(nèi)沒有出現(xiàn)過，這是否暗示著干熱河谷地區(qū)羅望子＋余甘子的復(fù)合群落對土壤表層的團(tuán)聚體有機(jī)碳影響不顯著，但對提高土壤深層大團(tuán)聚體有機(jī)碳作用明顯，導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因尚需進(jìn)一步研究。

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