施麗仙

(首都師范大學(xué)，北京 100048)

?

貴州喀斯特地區(qū)石灰土中有機(jī)碳的分布特征

施麗仙

(首都師范大學(xué)，北京 100048)

選擇貴州省遵義市新蒲鎮(zhèn)和黔南區(qū)惠水縣的3個(gè)不同石灰土剖面，運(yùn)用TOC分析儀測(cè)量并計(jì)算了3個(gè)土壤剖面樣品中的有機(jī)碳含量，根據(jù)土壤中有機(jī)碳含量的變化，結(jié)合土壤pH值以及土壤中鈣、鋁、鐵、鎂等常見(jiàn)金屬元素的含量，分析了遵義地區(qū)和惠水地區(qū)石灰土的pH值、常見(jiàn)金屬元素和有機(jī)碳含量的特征。結(jié)果表明：該區(qū)域土壤的pH值呈酸性至弱酸性，鐵和鋁元素含量都很高，鈣和鎂元素的含量很低，并根據(jù)這些特征來(lái)分析土壤有機(jī)碳含量的特征，得到了有機(jī)碳在石灰土的不同亞類中分布的特征不一樣，遵義地區(qū)土壤有機(jī)碳的含量比惠水地區(qū)土壤有機(jī)碳含量少，且惠水地區(qū)土壤有機(jī)碳在垂直剖面深度上變動(dòng)較大的結(jié)論。并分析同一土壤剖面有機(jī)碳含量的垂直差異，得出了土壤表層的有機(jī)碳含量為整個(gè)土壤剖面最高，隨著土壤深度的加深，有機(jī)碳的含量明顯的降低，但是在有些土層中有機(jī)碳的含量出現(xiàn)增加，這種現(xiàn)象可能是由于植物根系補(bǔ)充了有機(jī)質(zhì)或者土壤剖面擾動(dòng)的結(jié)果。以期為喀斯特生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)研究提供基礎(chǔ)資料。

貴州；喀斯特地區(qū)；土壤有機(jī)碳；石灰土；pH值

1　引言

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的核心，是連接大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈的紐帶。全球大約有1500Gt的碳是以有機(jī)質(zhì)的形態(tài)存在于土壤中，土壤碳庫(kù)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)，土壤貢獻(xiàn)于大氣二氧化碳的年通量是燃燒化石燃料貢獻(xiàn)量的10倍[1]。由于土壤有機(jī)碳貯量的巨大庫(kù)容，其較小幅度的變化就可能影響到碳向大氣的排放，以溫室效應(yīng)影響全球氣候變化，同時(shí)也影響到陸地植被的養(yǎng)分供應(yīng)，進(jìn)而對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的分布、組成、結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生深刻影響[2]。土壤有機(jī)碳在很大程度上影響著土壤結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定性、土壤的持水性能、植物營(yíng)養(yǎng)的生物有效性以及土壤的緩沖性能和土壤生物多樣性，起著緩解和調(diào)節(jié)與土壤退化及土壤生產(chǎn)力有關(guān)的一系列土壤過(guò)程，是反映土壤質(zhì)量或土壤健康的一個(gè)重要指標(biāo)，直接影響土壤肥力和作物產(chǎn)量的高低。對(duì)土壤碳循環(huán)機(jī)制的研究是探討陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要前提，也是深入理解陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化響應(yīng)機(jī)理的重要基礎(chǔ)。土壤碳庫(kù)可分為有機(jī)碳庫(kù)和無(wú)機(jī)碳庫(kù)[3]，由于土壤無(wú)機(jī)碳庫(kù)相對(duì)恒定，對(duì)土壤碳庫(kù)產(chǎn)生影響的主要是有機(jī)碳庫(kù)。土壤有機(jī)碳庫(kù)的變化涉及一系列的物理、化學(xué)和生物過(guò)程。土壤有機(jī)碳含量則是輸入土壤的光合固碳與土壤有機(jī)碳分解、侵蝕動(dòng)態(tài)平衡的一種表現(xiàn)形式[4]。土壤有機(jī)碳的損失受氣候、生物、地形、土地利用、土地覆被和土地管理，以及土壤的內(nèi)在性狀等因素控制，這些因素相互疊加，共同決定了土壤碳循環(huán)的速率和途徑[5]。

2　研究的現(xiàn)狀、內(nèi)容及意義

2.1研究現(xiàn)狀

目前對(duì)西南喀斯特地區(qū)土壤有機(jī)碳的研究很多，主要集中在通過(guò)對(duì)有機(jī)碳分布規(guī)律及其影響因子和影響機(jī)制的分析，來(lái)解決土壤碳循環(huán)的問(wèn)題。我國(guó)西南喀斯特區(qū)域地質(zhì)地貌、氣候、土壤內(nèi)在性質(zhì)和分布狀況，以及由氣候決定的地帶性生物條件等均具有很強(qiáng)的獨(dú)特性。這些環(huán)境條件的獨(dú)特性，使得土壤有機(jī)碳的來(lái)源和含量在不同土壤類型間，以及在同一類型不同區(qū)域土壤間均表現(xiàn)出高度的差異性，就地帶性土壤而言，分布于紅壤地表上的常綠闊葉林生長(zhǎng)茂盛[6]，每年歸還土壤的植物殘?bào)w數(shù)量龐大，然而受氣候條件的影響，該區(qū)域物質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)極其活躍，匯入地表的有機(jī)碳很快就會(huì)被大量降解，難以存留或向土體內(nèi)遷移。因此，該類土壤有機(jī)碳含量通常為表層含量很高，但在土體內(nèi)部迅速降低。分布于海拔2000 m以上的黃棕壤，地表植被多為矮小的灌木叢，生物量遠(yuǎn)低于赤紅壤上的常綠落葉闊葉林[7]，但低溫的氣候條件降低了物質(zhì)循環(huán)的速度，有利于土壤有機(jī)碳的大量積累。就非地帶性的石灰土而言，土壤中含有大量的鈣鎂離子，能與土壤有機(jī)質(zhì)形成較穩(wěn)定的腐殖質(zhì)鈣[8]，因此往往具有較豐富的土壤有機(jī)碳蓄積。

土壤有機(jī)碳來(lái)源和含量的高度變異性給該區(qū)域土壤碳庫(kù)的計(jì)算、區(qū)域性土壤—植物碳生物地球化學(xué)循環(huán)等方面的研究帶來(lái)了很大的困難，所以西南喀斯特地區(qū)土壤有機(jī)碳的研究一直很受關(guān)注。對(duì)土壤有機(jī)碳影響因子的研究主要集中在氣候因子、大氣成分、植被、土壤類型、土壤理化性質(zhì)、土地利用方式等方面。研究根據(jù)海拔梯度、土壤類型、植被類型和土地利用方式，對(duì)土壤實(shí)行多樣點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)分析、典型剖面有機(jī)碳遷移過(guò)程分析，同時(shí)結(jié)合穩(wěn)定碳同位素地球化學(xué)示蹤的原理，研究土壤內(nèi)在性質(zhì)、地形條件和土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳來(lái)源和空間變異性的影響，土壤有機(jī)碳在不同粒徑土壤中的分配、富集狀態(tài)，以及生態(tài)一同轉(zhuǎn)換對(duì)土壤有機(jī)碳含量水平、來(lái)源和組成的影響。

2.3研究的內(nèi)容和意義

本研究選擇貴州省遵義市新蒲鎮(zhèn)和黔南區(qū)惠水縣的石灰土，根據(jù)土壤中有機(jī)碳含量的變化，結(jié)合土壤pH值以及土壤中鈣、鋁、鐵、鎂等常見(jiàn)金屬元素的含量，分析遵義地區(qū)和惠水地區(qū)的pH值、常見(jiàn)金屬元素和有機(jī)碳含量的特征，并分析土壤剖面有機(jī)碳含量的垂直差異。旨在為喀斯特生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)研究提供基礎(chǔ)資料。

3　研究區(qū)背景與土壤背景

3.1研究區(qū)概況

貴州省位于我國(guó)西南喀斯特地區(qū)的中心，是喀斯特地貌發(fā)育和環(huán)境問(wèn)題最為突出的地區(qū)，也是研究喀斯特地區(qū)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)最為典型的地區(qū)。地理位置位于北緯24°37′～29°13′，東經(jīng)103°36′～109°35′之間，為云貴高原東部斜坡地帶，東接湘西丘陵，南北隆起與廣西丘陵和四川盆地之間。地形地貌表現(xiàn)為，地勢(shì)較高，起伏較大，切割較強(qiáng)，山地丘陵多、平緩壩地少，地形十分復(fù)雜?？傮w氣候條件屬于中亞熱帶季風(fēng)性氣候。但由于全身海拔高差大，造成區(qū)域性氣候復(fù)雜多變。降水的季節(jié)性差異大，主要集中在4～8月份，且多出現(xiàn)強(qiáng)降雨過(guò)程。亞熱帶常綠闊葉林為該區(qū)域具有代表性的地帶性植被，但因破壞較為嚴(yán)重，殘存不多，大部分地區(qū)已為次生植被和人工植被所代替。

3.2土壤背景

貴州喀斯特地區(qū)是具有碳酸鹽巖等可溶性巖廣為分布的地質(zhì)背景，并在水作用下形成具有獨(dú)特地貌景觀的地區(qū)[9]。其自然地理環(huán)境具有復(fù)雜性和特殊性的特點(diǎn)，但土壤在地理上的分布既與生物氣候條件相耦合，表現(xiàn)為廣域性的水平分布規(guī)律和山地垂直分布規(guī)律，又與地方性的母質(zhì)、地形地貌、水文地質(zhì)等條件相適應(yīng)，表現(xiàn)為中域或微域分布規(guī)律。因此，其土壤類型多樣，從南亞熱帶的赤紅壤到暖溫帶的棕壤都有分布，還廣泛分布有石灰土、紫色土等。

石灰土是由碳酸鹽巖風(fēng)化物發(fā)育而成的土壤[10]。土壤呈中性至微堿性反應(yīng)，通常有石灰反應(yīng)，但部分剖面因淋溶作用強(qiáng)而石灰反應(yīng)弱，或無(wú)石灰反應(yīng)。由于發(fā)育較為年輕，土層淺薄，剖面層次分化不明顯。西南喀斯特地區(qū)的石灰土可以進(jìn)一步分為黑色石灰土、棕色石灰土、黃色石灰土和紅色石灰土4個(gè)亞類。黃色石灰土亞類分布于海拔800 m以上山區(qū)，常與黃壤交錯(cuò)分布，土體有黃體化特征，呈中性反應(yīng)。紅色石灰土亞類多發(fā)育于厚層石灰?guī)r古老風(fēng)化殼，是風(fēng)化淋溶最強(qiáng)、脫鈣作用最深的石灰土，土壤偏酸性，無(wú)石灰反應(yīng)。

4　材料與方法

4.1樣品采集概況

遵義地區(qū)的采集區(qū)在遵義市新蒲區(qū)，一共采集了兩個(gè)剖面。該區(qū)海拔1000～1500 m，在高原面上，切割微弱，谷地比較寬闊，溶原孤峰、丘峰洼地和峰叢谷地為本區(qū)的主要地貌形態(tài)。本區(qū)為中亞熱帶氣候，年降水量1000～1500 mm。

惠水地區(qū)的采集區(qū)在黔南惠水縣赤土城向西200 m，采集了一個(gè)剖面。該區(qū)地處黔中高原南部邊坡，地勢(shì)北高南低，最高海拔1691 m，最低海拔666 m，平均海拔1100 m。地貌形態(tài)多為峰叢洼地、峰林谷地，是我國(guó)喀斯特地區(qū)溶蝕切割最強(qiáng)烈、地表最破碎、最起伏的地區(qū)之一。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫20～21 ℃，年降水1300～1400 mm，年日照1400～1600 h。

土壤剖面采樣位置如圖1所示，土壤剖面的基本情況見(jiàn)表1。

剖面剖面代號(hào)經(jīng)緯度土壤類型海拔/m母質(zhì)植被類型惠水地區(qū)剖面HS26°12.918″N106°40.479″E紅色石灰土1018白云巖灌草叢遵義地區(qū)剖面一XP(1)27°40.920″N107°01.653″E黃色石灰土910白云巖草叢遵義地區(qū)剖面二XP(2)27°41.103″N107°00.883″E黃色石灰土897白云巖草叢

4.2土壤剖面采集方法

(1)在能代表研究對(duì)象的采樣點(diǎn)挖掘1 m×1.5 m左右的長(zhǎng)方形土壤剖面坑，較窄的一面向陽(yáng)作為剖面觀察面。

(2)挖出的土應(yīng)放在土坑兩側(cè)，而不要放在觀察面的上方。土坑的深度根據(jù)具體情況確定，一般要求達(dá)到母質(zhì)層或地下水位。

(3)根據(jù)剖面的土壤顏色、結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、松緊度、濕度及植物根系分布等劃分土層，按研究所需了解的項(xiàng)目逐項(xiàng)進(jìn)行仔細(xì)觀察、描述記載，然后自下而上逐層采集樣品，每隔15 cm采集一個(gè)樣品,一般采集各層最典型的中部位置的土壤，保證樣品的代表性。

(4)將所采集的樣品分別放入樣品袋，在樣品袋內(nèi)外各具一張標(biāo)簽，寫明采集地點(diǎn)、剖面號(hào)、層次、土層深度、采樣日期和采樣人等。

4.3實(shí)驗(yàn)方法

土壤pH值測(cè)定方法：稱取過(guò)2 mm篩孔的風(fēng)干土樣10．00 g，采用無(wú)二氧化碳的去離子水作浸提劑，以1∶2．5的土水比測(cè)定土壤pH值，樣品平行測(cè)定二份，測(cè)定誤差小于0．1 。

土壤中有機(jī)碳的測(cè)定：通常固體中的有機(jī)碳測(cè)定有2種方法[11]，其一是直接測(cè)定法，其二是減量法。目前通常以直接測(cè)定法為主要檢測(cè)手段。主要原因是儀器內(nèi)置的酸化裝置存在加酸的量控制問(wèn)題，過(guò)量酸氣會(huì)對(duì)儀器管線乃至IR檢測(cè)器的損害[12]。而不同的樣品的含碳酸鹽不同，從而很難精確控制酸的加入量，所以，目前被推薦的是TOC的直接測(cè)定法即預(yù)先對(duì)樣品的酸化處理，對(duì)樣品進(jìn)行酸化處理的目的是去除樣品中的無(wú)機(jī)碳。樣品預(yù)處理完成之后，稱取0.1 g左右土壤樣品放入TOC分析儀中測(cè)試。

樣品預(yù)處理的方法：①將樣品研磨粉碎至200目，注意帶一次性手套，避免直接手接觸樣品；②取樣品1 g左右；③加入1 mol/l的鹽酸3 mL，去碳酸鹽，震蕩均勻后靜置24 h；④反復(fù)多次(>5次)加入純凈水清洗﹑離心﹑傾倒上清液，用pH試紙檢測(cè)，直到中性；⑤烘干(24 h)，待樣品完全干燥后，稱取0.1 g左右上機(jī)測(cè)試，記下稱取的實(shí)際重量。

土壤中常量元素的測(cè)定：實(shí)驗(yàn)根據(jù)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心標(biāo)準(zhǔn)Q/GD001-2002-巖石、土壤、水系沉積物中微量元素的密閉溶樣-電感耦合等離子質(zhì)譜法測(cè)定：實(shí)驗(yàn)采樣的事高壓釜密閉消解沉積物樣品，消解罐分為2部分，內(nèi)部為Teflon材質(zhì)，體積大約為10 mL左右的消解管，外套為不銹鋼材質(zhì)的罐體。本實(shí)驗(yàn)為全溶實(shí)驗(yàn)，加入了HF溶液。具體步驟如下:① 稱取樣品0.1000 g于密閉溶樣器的內(nèi)管中，先加入0.5 mL H2O2，靜置10 min。加入2 mL HF，1 mL HNO3，蓋上Teflon蓋子，裝入鋼套中，擰緊鋼套蓋。將溶樣器放入烘箱中，于190 ℃保溫30 h。② 等待溶樣器冷卻后，取出Teflon內(nèi)管，在電熱板上于200 ℃蒸發(fā)至干。加入0.5 mL HNO3蒸發(fā)至干，此步驟再重復(fù)一次。③再加入5 mL HNO3(8 mol/L)，再次密閉于鋼套中，于烘箱中130 ℃保溫3 h。④待溶樣器冷卻后，取出。移至潔凈塑料瓶中，用超純水定容至50 mL，待測(cè)。⑤將處理好的土壤樣品放入到ICP-70OES 系列電感耦合等離子光譜儀中測(cè)試，得出數(shù)據(jù)。

5　結(jié)果分析

5.1遵義地區(qū)和惠水地區(qū)不同剖面pH值、常見(jiàn)金屬元素和有機(jī)碳含量差異的分析

5.1.1遵義地區(qū)和惠水地區(qū)不同剖面pH值 的分析

土壤pH值對(duì)土壤的許多化學(xué)過(guò)程有很大的影響，如氧化還原、沉淀溶解、吸附-解吸和絡(luò)合、螯合反應(yīng)。一般情況下，當(dāng)pH值升高時(shí),Eh會(huì)相應(yīng)下降，一些元素，特別是微量金屬陽(yáng)離子容易產(chǎn)生沉淀而降低溶解速度，影響其在土體內(nèi)的遷移能力和生物活性；而當(dāng)pH值下降時(shí),Eh會(huì)相應(yīng)升高，大量基巖離子就能從礦物中溶出，從而導(dǎo)致這些離子淋溶損失。此外，pH值小于5時(shí)，鋁和猛的溶解度升高，對(duì)許多生物產(chǎn)生毒害，影響其生理過(guò)程，間接影響到碳的生物地球化學(xué)循環(huán)。土壤的pH也通過(guò)影響微生物的活性而影響有機(jī)質(zhì)的降解[8]。

圖2　土壤pH值剖面分布

從圖2中可以看出三種土壤剖面都是呈酸性的，但3個(gè)剖面土壤的酸堿程度不一樣，三個(gè)剖面pH值的大小為XP(1)>HS>XP(2)。所研究的土壤剖面樣品中，HS剖面的pH值在4.61～5.53之間，惠水地區(qū)的紅色石灰土的pH值之所以呈酸性，是因?yàn)榧t色石灰土是風(fēng)化淋溶作用最強(qiáng)、脫鈣作用最深的石灰土，所以土壤偏酸性。遵義地區(qū)土壤剖面的pH值在4.19～6.66之間，其中XP(1)剖面的pH值在5.21～6.66之間，XP(2)剖面的pH值4.19～6.16之間。遵義地區(qū)的黃色石灰土由于土壤剖面海拔超過(guò)了800 m，因此與黃壤交錯(cuò)分布，由于黃壤呈酸性至強(qiáng)酸性，所以對(duì)黃色石灰土的酸堿性也有影響。

5.1.2遵義地區(qū)和惠水地區(qū)不同剖面Al、Fe、Ca、Mg元素含量的分析

從圖3中可以看出3個(gè)剖面中的鐵和鋁元素含量都很高，鈣和鎂元素的含量很低?？赡艿脑蚴?，該區(qū)域石灰土容易受到強(qiáng)烈的化學(xué)溶蝕作用，鈣鎂等基巖離子容易流失，硅鐵鋁則相對(duì)富集。

圖3　土壤常見(jiàn)金屬元素含量剖面分布

3個(gè)剖面的鈣元素含量差異較小，原因可能是惠水地區(qū)和遵義地區(qū)的石灰土具有類似的成土母質(zhì)，從母質(zhì)繼承來(lái)的鈣含量也類似?；菟貐^(qū)剖面中的鋁、鐵、鎂三種元素的含量明顯低于遵義地區(qū)，可能說(shuō)明惠水地區(qū)的分化淋溶程度低于遵義地區(qū)。

5.1.3遵義地區(qū)和惠水地區(qū)不同剖面有機(jī)碳含量的分析

土壤有機(jī)碳含量表明了輸入土壤的光合固碳與土壤有機(jī)碳分解和侵蝕的動(dòng)態(tài)平衡土壤的。輸入土壤有機(jī)碳的數(shù)量和質(zhì)量，以及有機(jī)碳的損失受氣候、生物、地形、土地利用及土地覆被和土地管理，以及土壤的內(nèi)在性狀等因素控制。在自然生態(tài)系統(tǒng)中，進(jìn)入土壤的植物枯枝落葉是決定有機(jī)碳含量的主要因素?？葜β淙~的數(shù)量和質(zhì)量主要受植被類型控制，而植被類型受氣候條件如溫度、水分等因素制約。同時(shí)，有機(jī)物質(zhì)在土壤中的分解速率也受土壤水分、溫度以及微生物的活性控制。通常情況下這些因素在某一特定的時(shí)段和區(qū)域?qū)τ袡C(jī)碳生物地球化學(xué)過(guò)程的影響是相互疊加，綜合作用的結(jié)果。

由圖4可知在所采集的3個(gè)土壤剖面中，表層土壤的有機(jī)碳含量均為最高，其含量在7.63～16.46 g/kg之間。其中，HS剖面的表層有機(jī)碳含量最高，達(dá)到了16.46 g/kg，而XP(1)剖面的表層有機(jī)碳含量最低，僅為5.21 g/kg。遵義地區(qū)土壤有機(jī)碳的含量比惠水地區(qū)土壤有機(jī)碳含量少，可能原因是，惠水地區(qū)土壤剖面的海拔高度高于遵義地區(qū)，海拔高度越高，溫度越低，所以微生物的活性降低，所以有機(jī)碳含量就越高。

圖4　土壤有機(jī)碳含量剖面分布

從圖4中可以看出，在表層土壤中，惠水地區(qū)的有機(jī)碳含量明顯高于遵義地區(qū)，但是在底層惠水土壤有機(jī)碳的含量低于遵義地區(qū)，說(shuō)明惠水地區(qū)中有機(jī)質(zhì)分解速率更快，主要是由于惠水地區(qū)剖面的植被為灌叢，而遵義地區(qū)剖面的植被為草地。受植被類型的影響，凋落物進(jìn)入土壤中的方式不一樣?；菟貐^(qū)剖面的灌草叢的凋落物大量在地表被降解轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳，而遵義地區(qū)剖面草地植被的殘?bào)w主要是根系，不易降解，所以惠水地區(qū)剖面表層土壤的有機(jī)碳高于遵義地區(qū)剖面。進(jìn)入土壤的有機(jī)物質(zhì)與土壤損失有機(jī)碳之間的平衡決定了土壤有機(jī)碳的含量。

惠水地區(qū)和遵義地區(qū)剖面的采集區(qū)均為亞熱帶氣候，高溫多濕的氣候條件有利于植物的旺盛生長(zhǎng)，每年都有較豐富的植物殘?bào)w歸還土壤。在鈣與鎂豐富的土壤中，細(xì)菌和放線菌等微生物異?；钴S，使有機(jī)物不斷分解為腐殖質(zhì)，并與鈣、鎂等離子結(jié)合，形成高度縮合而穩(wěn)定的腐殖質(zhì)鈣(生物富鈣)，在鈣元素淋失較多的土壤中，生物富鈣作用十分微弱。由圖3可知，惠水地區(qū)和遵義地區(qū)中鈣元素的含量及淋失速率差不多，但遵義地區(qū)中的鎂元素大大高于惠水地區(qū)，所以惠水地區(qū)土壤中損失的有機(jī)碳更多一些，所以導(dǎo)致底層惠水土壤有機(jī)碳的含量低于遵義地區(qū)。

在農(nóng)學(xué)研究領(lǐng)域，有機(jī)碳含量經(jīng)常被用作土壤質(zhì)量的主要指示劑。一些學(xué)者研究了有機(jī)碳的最高或最低臨界值，高于最高臨界值或低于最低臨界值均將降低有機(jī)質(zhì)在土壤中的作用。Janzen等研究了加拿大Alberta地區(qū)旱地表層土壤(0～15 cm)有機(jī)碳含量與土地生產(chǎn)力的關(guān)系。結(jié)果表明，當(dāng)有機(jī)碳含量低于20 g/kg時(shí)，土壤的結(jié)構(gòu)將變得不太穩(wěn)定，土地生產(chǎn)力也將下降[8]。根據(jù)他們的結(jié)論，對(duì)照本文的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采集的惠水地區(qū)剖面和兩個(gè)遵義地區(qū)剖面土壤表層的有機(jī)碳含量均低于最低臨界值20 g/kg，說(shuō)明這些研究區(qū)的土壤質(zhì)量已經(jīng)下降到了對(duì)土壤結(jié)構(gòu)及土地生產(chǎn)力不利的地步。

5.2遵義地區(qū)和惠水地區(qū)同一土壤剖面常見(jiàn)金屬元素和有機(jī)碳含量垂直變化的分析

自然植被條件下，表層土壤通常是接納植被枯枝落葉的主要界面。在這一層次，土壤能夠獲得大量腐殖化、半腐殖化有機(jī)物和新鮮枯枝落葉等有機(jī)碳的積累。隨著土壤深度的加深，有機(jī)碳的來(lái)源轉(zhuǎn)為植物根系和微生物量，以及表層的有機(jī)碳向下遷移，其來(lái)源的量相對(duì)表層直接接搜枯枝落葉所累積的有機(jī)碳明顯降低。因此土壤表層的有機(jī)碳含量為整個(gè)土壤剖面最高。

5.2.1惠水地區(qū)同一土壤剖面常見(jiàn)金屬元素和有機(jī)碳含量垂直變化的分析

從圖5中可以看出在HS剖面中，鐵元素含量在剖面垂直深度上變化不大，有略微增加的趨勢(shì)；鋁元素含量在剖面垂直深度上波動(dòng)較大；鈣元素和鎂元素含量在剖面垂直深度上變化不大，并隨著剖面深度的加深，有減少的趨勢(shì)。

圖5　HS剖面土壤中Al、Fe、Ca、Mg元素含量剖面分布

從圖6中可以看出，惠水地區(qū)土壤有機(jī)碳的分布在表層含量最高，達(dá)到了16.46 g/kg，底層含量最低，為4.55 g/kg?；菟貐^(qū)的有機(jī)碳剖面分布中可以看出從表層到底層有機(jī)碳含量變化較大。從表層的16.46 g/kg減少到了底部的4.55 g/kg，有機(jī)碳損失了11.91 g/kg。在土壤深度為0～15 cm之間有機(jī)碳含量減少得最快。在15～30 cm、60～75 cm之間有機(jī)碳的含量都出現(xiàn)了明顯的增加，可能原因是：①植物的根系補(bǔ)充了有機(jī)質(zhì)；②土壤剖面擾動(dòng)的結(jié)果。

圖6　HS剖面土壤有機(jī)碳含量剖面分布

5.2.2遵義地區(qū)同一土壤剖面常見(jiàn)金屬元素和有機(jī)碳含量垂直變化的分析

從圖7中可以看出在XP(2)剖面中，鐵元素含量在剖面垂直深度上變化不大，呈現(xiàn)出先增加再減少的趨勢(shì)；鋁元素含量在剖面垂直深度上波動(dòng)比較大，呈現(xiàn)出先減少再增加的趨勢(shì)；鈣元素和鎂元素含量在剖面垂直深度上底層有明顯的增加，其余各層變化不大。

圖7　XP(2)剖面土壤中Al、Fe、Ca、Mg元素含量剖面分布

從圖8中可以看出， XP(2)剖面土壤剖面有機(jī)碳含量在表層最高，從表層到底層基本呈現(xiàn)出隨著土壤深度的加深減少的趨勢(shì)。XP(2)剖面從表層的9.02 g/kg減少到了底部的4.71 g/kg，有機(jī)碳損失了4.31 g/kg，在土壤深度為0～30 cm之間有機(jī)碳含量減少得最快，在30～45 cm和90～150 cm之間有機(jī)碳含量有增加的趨勢(shì)。

6　結(jié)論

(1)貴州喀斯特石灰土地區(qū)土壤有機(jī)碳含量較少，所采集的惠水地區(qū)剖面和兩個(gè)遵義地區(qū)剖面土壤表層的有機(jī)碳含量均低于最低臨界值20 g/kg，說(shuō)明這些研究區(qū)的土壤質(zhì)量已經(jīng)下降到了對(duì)土壤結(jié)構(gòu)及土地生產(chǎn)力不利的地步。

圖8　XP(2)剖面土壤有機(jī)碳含量剖面分布

(2)有機(jī)碳在石灰土的不同亞類中分布的特征不一樣，遵義地區(qū)土壤有機(jī)碳的含量比惠水地區(qū)土壤有機(jī)碳含量少，且惠水地區(qū)土壤有機(jī)碳在垂直剖面深度上變動(dòng)較大，說(shuō)明受到的剖面擾動(dòng)較大。

(3)土壤表層的有機(jī)碳含量為整個(gè)土壤剖面最高，隨著土壤深度的加深，有機(jī)碳的含量明顯的降低，但是在有些土層中有機(jī)碳的含量出現(xiàn)增加，這種現(xiàn)象可能是由于植物根系補(bǔ)充了有機(jī)質(zhì)或者土壤剖面擾動(dòng)的結(jié)果。

[1]朱書, 劉叢強(qiáng). 貴州喀斯特地區(qū)棕色石灰土與黃壤有機(jī)質(zhì)剖面分布及穩(wěn)定碳同位素組成差異[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2007(1): 173～176.

[2]李龍波, 劉濤澤. 貴州喀斯特地區(qū)典型土壤有機(jī)碳垂直分布特征及其同位素組成[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2012(2): 101～104.

[3]李東,高明. 土壤有機(jī)碳循環(huán)研究進(jìn)展[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2008, 20 (2) : 60～63.

[4]楊玉盛, 謝錦升. 土壤有機(jī)碳穩(wěn)定機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2007(6)：75～77.

[5] 劉叢強(qiáng) 生物地球化學(xué)過(guò)程與地表物質(zhì)循環(huán)—西南喀斯特土壤-植被系統(tǒng)生源要素循環(huán)[M]. 北京：科學(xué)出版社, 2007:214～298.

[6]丁訪軍, 高艷平. 貴州西部4種林型土壤有機(jī)碳及其剖面分布特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2012(1)：38～43

[7]趙銳鋒, 張麗華. 黑河中游濕地土壤有機(jī)碳分布特征及其影響因素[J]. 地理科學(xué), 2013(3)：364～367

[8]涂成龍, 劉叢強(qiáng). 馬尾松林地與玉米地土壤有機(jī)碳的分異研究[J]. 生態(tài)環(huán)境, 2008(1): 104-107

[9]楊玉盛, 謝錦升. 中亞熱帶山區(qū)土地利用變化對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量和質(zhì)量的影響[J]. 地理學(xué)報(bào), 2007 (11):146～149.

[10]周莉, 李保國(guó). 土壤有機(jī)碳的主導(dǎo)影響因子及其研究進(jìn)展[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 2005(1): 100～103.

[11]劉桂林, 張鼎華. 亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳循環(huán)研究進(jìn)展[J]. 武夷科學(xué), 2007, 23(12) : 235～237.

[12]張心昱, 陳利頂. 不同農(nóng)業(yè)土地利用方式和管理對(duì)土壤有機(jī)碳的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26(10) : 3199～3201.

2016-05-26

施麗仙(1991—)，女，首都師范大學(xué)碩士研究生。

S153.6

A

1674-9944(2016)14-0021-05