摘要：選取碎屑巖紅壤區(qū)三種主要土地利用類型林地、灌草叢、果園，挖掘典型剖面，并測(cè)定土壤溶解有機(jī)碳和基本理化性質(zhì)，了解碎屑巖紅壤溶解有機(jī)碳剖面分布對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，不同土地利用類型的溶解有機(jī)碳含量比較，林地>灌草叢>果園，林地與灌草叢無(wú)顯著差異，但都與果園呈顯著差異。不同土地利用方式土壤理化性質(zhì)剖面分布比較：有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷的含量均為林地>灌草叢>果園；pH為果園>灌草叢>林地；黏粒（<0.002 mm）百分比為林地>灌草叢>果園。通過(guò)Pearson相關(guān)分析，溶解有機(jī)碳與有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷及黏粒（<0.002 mm）呈正相關(guān)關(guān)系，而與pH及容重呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平。

關(guān)鍵詞：碎屑巖紅壤；溶解有機(jī)碳；不同土地利用

中圖分類號(hào)：S153.6；S154.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）02-0310-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.02.010

土壤溶解有機(jī)碳（DOC）在一定的時(shí)空條件下受植物和微生物影響強(qiáng)烈，具有一定溶解性，在土壤中移動(dòng)比較快、不穩(wěn)定、易氧化、易分解、易礦化。研究表明，土壤DOC是陸地生態(tài)系統(tǒng)中極為活躍的有機(jī)組分，是土壤圈層與相關(guān)圈層發(fā)生物質(zhì)交換的重要形式。由于土壤DOC在陸地生態(tài)過(guò)程中的作用，使其成為陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳遷移研究中的熱點(diǎn)，已經(jīng)滲透于全球碳循環(huán)研究的各個(gè)領(lǐng)域[1-3]。

土壤理化性質(zhì)如土壤pH、鹽分及土壤質(zhì)地等因素通過(guò)改變土壤中微生物的活性、有機(jī)碳質(zhì)量及土壤中的物理吸附和化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程而顯著影響土壤DOC的含量。土壤pH被認(rèn)為是土壤的主要變量，對(duì)于土壤的許多作用過(guò)程都有很大的影響[4]。Clark等[5]提出pH和土壤養(yǎng)分可以通過(guò)影響土壤DOC的溶解度間接地對(duì)其產(chǎn)生作用。而土壤含鹽量則能夠決定地表不同植被類型的空間分布狀況，從而間接地驅(qū)動(dòng)著土壤DOC動(dòng)態(tài)變化。

碎屑巖紅壤屬于地帶性土壤，本研究以桂林巖溶試驗(yàn)場(chǎng)中泥盆統(tǒng)下部的含鐵砂巖構(gòu)成的碎屑巖區(qū)為例，探討不同土地利用方式土壤DOC剖面分布及理化性質(zhì)影響。研究結(jié)果可為深入探討地帶性紅壤碳循環(huán)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

廣西桂林潮田鄉(xiāng)屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛，每年7～8月氣溫最高，4～7月雨水最多，降雨量占全年的40%。據(jù)桂林市氣象臺(tái)32年的觀測(cè)資料，多年平均降雨量為1 915.2 mm，多年平均水面蒸發(fā)量為1 378.3 mm，年平均氣溫為18 ℃。研究區(qū)的地質(zhì)背景為由中泥盆統(tǒng)下部的含鐵砂巖構(gòu)成的碎屑巖區(qū)。

1.2 樣品采集

2013年7月，分別選取碎屑巖區(qū)林地、灌草叢、果園三種主要土地利用類型，挖掘典型剖面，分層采集土樣，每個(gè)剖面劃分6個(gè)土層，分別是0～10 cm， 10～20 cm，20～30 cm，30～50 cm，50～70 cm，70～90 cm， 帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤總有機(jī)碳、溶解有機(jī)碳、全氮、全磷等理化性質(zhì)。

1.3 試驗(yàn)方法

土壤總有機(jī)碳采用高溫外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法。溶解有機(jī)碳測(cè)定步驟如下：新鮮土壤用0.5 mol/L K2SO4溶液按土水比為1∶5浸提30 min，離心過(guò)濾，濾液經(jīng)0.45 μm微孔濾膜抽氣過(guò)濾，然后用德國(guó)耶拿的Mmulti N/C 3100 分析儀測(cè)定，結(jié)果用碳量表示。土壤顆粒組成采用的是吸管法，土壤pH、容重、有機(jī)質(zhì)、全磷、全氮等采用常規(guī)理化性質(zhì)方法測(cè)定。碎屑巖紅壤剖面的理化性質(zhì)見表1。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本處理，采用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤溶解有機(jī)碳含量剖面分布

不同土地利用方式下土壤DOC含量的剖面分布如圖1所示。由圖1可知，從剖面分布趨勢(shì)來(lái)看，林地土壤DOC與灌草叢剖面分布趨勢(shì)相似，即林地與灌草叢土壤隨著剖面深度加深，溶解有機(jī)碳含量先降低后升高再下降。從不同土地利用相同剖面深度來(lái)看，林地淺層土壤DOC含量與灌草叢及果園差異較大，即林地0～10 cm深度DOC含量為728.50 mg/kg，是灌草叢土壤的1.58倍，果園土壤的2.21倍；林地10～20 cm深度DOC含量為701.75 mg/kg，是灌草叢土壤的1.59倍，果園土壤的1.95倍。隨著土壤深度的增加，三種利用方式DOC含量趨于一致，特別是底層70～90 cm，三者含量相差不大。

從利用方式來(lái)看，林地溶解性有機(jī)碳含量最大（均值為599.00 mg/kg），灌草叢次之，果園最?。ň禐?30.25 mg/kg），即溶解有機(jī)碳含量林地>灌草叢>果園。對(duì)三種利用方式進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明，林地與灌草叢無(wú)顯著差異，但均與果園呈顯著差異（表2）。

2.2 碎屑巖紅壤不同土地利用方式土壤理化性質(zhì)剖面分布

林地土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，0～10 cm深度可達(dá)89.98 g/kg；灌草叢土壤有機(jī)質(zhì)含量在20～30 cm深度含量較高；而果園土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，30～50 cm深度含量最低，僅為33.85 g/kg?？傮w來(lái)看，有機(jī)質(zhì)含量林地>灌草叢>果園。

林地土壤全氮含量最高，0～10 cm深度全氮含量可達(dá)2.65 g/kg；灌草叢與果園土壤各土層全氮含量差別不大。灌草叢土壤70～90 cm深度全氮含量最低，僅為0.97 g/kg；果園土壤20～30 cm深度含氮量最低，僅為0.84 g/kg。總體來(lái)看，全氮含量排序?yàn)榱值?gt;灌草叢>果園。林地土壤全磷含量最高，總體來(lái)看，全磷含量排序?yàn)榱值?gt;灌草叢>果園。

碎屑巖紅壤三種利用方式土壤pH均為酸性，總體來(lái)看，土壤pH排序?yàn)楣麍@>灌草叢>林地。土壤容重方面，林地土壤容重隨著剖面深度加深而逐漸增大，表層容重最低為0.99 g/cm3，最高為1.15 g/cm3?？傮w來(lái)看，容重排序?yàn)楣麍@>灌草叢>林地。土壤黏粒方面，林地黏粒含量在剖面分布上較均一，平均值為56.70%；灌草叢土壤細(xì)顆粒隨著剖面深度加深而逐漸增加而后降低；果園土壤黏粒隨著剖面深度加深而逐漸增加，剖面深度0～10 cm處最小?？傮w來(lái)看，黏粒百分比排序?yàn)榱值?gt;灌草叢>果園。

2.3 溶解有機(jī)碳與土壤理化性質(zhì)關(guān)系分析

Pearson相關(guān)分析表明，碎屑巖區(qū)土壤中的DOC含量與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量與黏離百分比之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.633、0.750、0.784和0.658；與土壤pH和容重呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.850和 -0.859（表3）。

3 小結(jié)與討論

本研究結(jié)果表明，溶解有機(jī)碳含量林地>灌草叢>果園，林地與灌草叢無(wú)顯著差異，但均與果園呈顯著差異。不同土地利用方式土壤理化性質(zhì)剖面分布：有機(jī)質(zhì)含量，全氮，全磷，黏粒的排序均為林地>灌草叢>果園，pH的排序?yàn)闉楣麍@>灌草叢>林地。通過(guò)相關(guān)性分析，溶解有機(jī)碳與有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷及黏粒百分比（<0.002 mm）呈正相關(guān)關(guān)系，而與pH及容重呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平。

不同的學(xué)者對(duì)土壤DOC的主要來(lái)源有不同的看法，Mcdowell等[6]認(rèn)為DOC主要來(lái)源于淋溶的有機(jī)質(zhì)和微生物分解的有機(jī)質(zhì)；Kalbitz等[7]則認(rèn)為，土壤中DOC主要來(lái)源于近期的植物枯枝落葉和土壤有機(jī)質(zhì)中的腐殖質(zhì)，而不是有機(jī)質(zhì)和微生物分解；Qualls等[8]和李淑芬等[9]認(rèn)為，在落葉林生態(tài)系統(tǒng)中DOC含量的增加主要是源于上層的森林覆被層。藍(lán)家程等[10]的研究結(jié)果與本試驗(yàn)結(jié)果基本一致，原因可能是林地較其他土地利用方式含有更多的枯枝落葉，且林地根系分泌物較多，微生物活性更強(qiáng)；而灌草叢較果園DOC含量高，可能是灌草叢比果園土壤腐殖質(zhì)含量更高，而果園由于人為因素影響，如土壤擾動(dòng)，微生物群落改變，導(dǎo)致土壤DOC含量減少。

土壤DOC是土壤活性有機(jī)質(zhì)，容易被土壤微生物分解，在提供土壤養(yǎng)分方面起著重要的作用[11]。本研究結(jié)果表明，土壤DOC與土壤養(yǎng)分密切相關(guān)，如與有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷等達(dá)到極顯著正相關(guān)，與藍(lán)家程等[10]研究結(jié)果基本一致。說(shuō)明土壤DOC與土壤養(yǎng)分有較強(qiáng)的相互影響作用，其含量大小可以反映土壤養(yǎng)分循環(huán)和供應(yīng)狀況，可以作為巖溶區(qū)土壤肥力變化的指標(biāo)。然而，土壤DOC與物理性質(zhì)如容重呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與蘇冬雪等[12]的研究結(jié)果基本一致；關(guān)于土壤DOC與pH之間的相關(guān)關(guān)系，不同的學(xué)者有不同的看法，如Guggenberger等[13]報(bào)道在灰化土礦質(zhì)土層的固態(tài)階段溶解有機(jī)碳移動(dòng)與pH呈負(fù)相關(guān)，李淑芬等[14]研究南方森林土壤DOC與pH之間的關(guān)系及陶曉等[15]研究的合肥市不同綠地類型土壤DOC與pH也得到相同的結(jié)論。而Hajnos等[16]研究表明有機(jī)土壤溶解有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與pH呈正相關(guān)，本研究中，土壤DOC與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)，與Guggenberger等[13]的研究結(jié)果一致。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈 宏，曹志洪，胡正義.土壤活性有機(jī)碳的表征及其生態(tài)效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)雜志，1999，18（3）：32-38.

[2] 俞元春，李淑芬.江蘇下蜀林區(qū)土壤溶解有機(jī)碳與土壤因子的關(guān)系[J].土壤，2003，35（5）：424-428.

[3] 曹建華，潘根興，袁道先，等.巖溶地區(qū)土壤溶解有機(jī)碳的季節(jié)動(dòng)態(tài)及環(huán)境效應(yīng)[J]生態(tài)環(huán)境，2005，14（2）：224-229.

[4] 吳健敏，郗 敏，孔范龍，等.土壤溶解性有機(jī)碳（DOC）動(dòng)態(tài)變化影響因素研究進(jìn)展[J].地質(zhì)論，2013，59（5）：953-961.

[5] CLARK J M，BOTTRELL S H，EVANS C D，et al. The importance of the relationship between scale and process in understanding long-tem DOC dynamics[J]. Science of the Total Environment，2010，408：2768-2775.

[6] MCDOWELL W H， LIKENS G E. Orgin， composition， and flux of dissolved organic carbon in the Hubbard Brook Valley[J]. Ecol Monogr，1988，58：177-195.

[7] KALBITZ K， SOLINGER S， PARK J H， et al. Controls on the dynamics of dissolved organic matter in soil： a review[J]. Soil Science，2000，165（4）：277-304.

[8] QUALLS R G， WANK W T S. Fluxes of dissolved organic nutrients in a deciduous forest[J]. Ecology，1991，72：254-266.

[9] 李淑芬，俞元春，何 晟.土壤溶解有機(jī)碳的研究進(jìn)展[J].土壤與環(huán)境，2002，11（4）：422-429.

[10] 藍(lán)家程，傅瓦利，段正峰，等.巖溶山區(qū)土壤溶解性有機(jī)碳對(duì)土地利用方式的響應(yīng)及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系[J].水土保持研究，2011，18（5）：76-86.

[11] 陳志彪.花崗巖侵蝕山地生態(tài)重建及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[D].福州：福建師范大學(xué)，2005.

[12] 蘇冬雪，王文杰，邱 嶺，等.落葉松林土壤可溶性碳、氮和官能團(tuán)特征的時(shí)空變化及與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào)， 2012， 32（21）：6705-6713.

[13] GUGGENBERGER G， GLASER B， ZECH W. Heavy metal binding by hydrophobic and hydrophilic dissolved organic carbon fractions in a spodosol A and B horizon[J]. Water Airand Soil Pollution，1994，72（1/4）：111-127.

[14] 李淑芬，俞元春，何 晟.南方森林土壤溶解有機(jī)碳與土壤因子的關(guān)系[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，20（2）：119-123.

[15] 陶 曉， 趙竑緋，徐小牛.合肥市不同綠地類型土壤溶解性有機(jī)碳變化規(guī)律[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，39（12）：63-66.

[16] HAJNOS M， SOKOLOESKA Z， JOZEFAEIUK G，et a1. Effect of leaching of DOC on pore characteristic of a sandy soil[J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science，1999，162（1）：19-25.