王 星，段建軍，王小利，徐 虎，王桂紅，郭 振，王萍萍

（1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；

2.貴州大學(xué)煙草學(xué)院/貴州大學(xué)煙草品質(zhì)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025）

喀斯特小流域不同土地利用方式土壤活性碳組分的變化特征

王 星1，段建軍2，王小利1，徐 虎1，王桂紅1，郭 振1，王萍萍1

（1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；

2.貴州大學(xué)煙草學(xué)院/貴州大學(xué)煙草品質(zhì)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025）

以貴州普定縣陳家寨小流域?yàn)閷?duì)象，探討5種不同土地利用方式0～20 cm土層各活性有機(jī)碳組分的差異特征及其與土壤總有機(jī)碳間的關(guān)系。結(jié)果表明：貴州陳家寨喀斯特小流域0～20 cm土層土壤總有機(jī)碳含量為42.03（±25.08）g/kg，其中灌木林地有機(jī)碳含量最高為77.44（±28.38）g/kg，是耕地有機(jī)碳含量的3.5倍；土壤水溶性有機(jī)碳的含量表現(xiàn)為灌木林地＞荒草地＞人工林＞果園＞耕地，游離活性有機(jī)碳的含量表現(xiàn)為灌木林地＞人工林＞荒草地＞果園＞耕地，易氧化有機(jī)碳的含量表現(xiàn)為灌木林地＞人工林＞荒草地＞耕地＞果園；土壤總有機(jī)碳含量與各活性碳組分間均有顯著相關(guān)關(guān)系，其中與游離活性有機(jī)碳的相關(guān)系數(shù)最高。不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳含量不同，各活性有機(jī)碳組分既有相同之處，又存在差異，說明土壤活性有機(jī)碳的復(fù)雜性，因此不同活性有機(jī)碳的表征指標(biāo)無論數(shù)值還是變化趨勢不能直接比較。

喀斯特小流域；土地利用方式；有機(jī)碳活性組分；活性有機(jī)碳分配比例

土壤活性有機(jī)碳是指易受植物和微生物影響，在土壤中移動(dòng)較快、易礦化，具有一定的溶解性，穩(wěn)定性較差那一部分土壤有機(jī)碳［1］。雖然它占總有機(jī)碳的比例較小，卻是土壤生態(tài)系統(tǒng)中主要的能量來源，對(duì)土壤碳庫的平衡以及土壤肥力的保持具有十分重要的作用［2］。土壤活性有機(jī)碳根據(jù)其提取方式的不同，可用水溶性有機(jī)碳（WSOC）、游離活性有機(jī)碳（cPOM+fPOM）、易氧化有機(jī)碳（EOC）等來進(jìn)行表征［3-4］。近年來的研究表明，土地利用方式不同，植被的覆被類型也存在差異［5］，有機(jī)碳質(zhì)量及輸入量也不相同，導(dǎo)致土壤碳庫有所差異，特別是土壤的活性碳對(duì)土地利用方式的反應(yīng)較靈敏，可用于表征土壤有機(jī)質(zhì)的早期變化［6］。

貴州地處我國西南喀斯特地區(qū)的中心位置，喀斯特地區(qū)土壤有機(jī)碳含量遠(yuǎn)高于同緯度的其他地區(qū)［7］，土地利用方式短時(shí)間內(nèi)的異動(dòng)，會(huì)對(duì)土壤活性有機(jī)碳產(chǎn)生重要影響。當(dāng)前關(guān)于貴州喀斯特小流域土壤有機(jī)碳的含量、組成、分布等方面的研究很多［8-11］，但喀斯特地區(qū)不同土地利用方式下土壤總有機(jī)碳、不同表征活性有機(jī)碳的指標(biāo)間是否一致的研究還很少。為此，我們以貴州普定縣陳家寨喀斯特小流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，探討土地利用方式變化對(duì)土壤各活性有機(jī)碳組分的影響，以期為喀斯特地區(qū)不同土地利用方式下土壤活性有機(jī)碳的表征和變化趨勢研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州中部普定縣陳家寨小流域（105°48′34″～105°49′26″E，26°20′06″～26° 20′97″N），面積1.9 km2，為典型的喀斯特高原地貌，地形崎嶇不平，山地多被切割，海拔1 485 m，屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫15.1℃，最熱月7月平均氣溫23℃，年平均日照時(shí)數(shù)為1 202 h，年平均降雨量 1 396.9 mm左右。成土母巖以白云質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r為主，土壤類型有石灰土、黃壤、黃棕壤，土地利用類型主要有耕地、果園、荒草地、灌木林地和人工林等。

1.2 樣品采集

采樣時(shí)間為2014年5月，按照“S”形在每種土地利用類型中設(shè)置5～7個(gè)樣點(diǎn)。采樣時(shí)，先將表層土壤植被凋落物除掉，取樣深度為0～20 cm，從不同方位取3～5個(gè)土樣進(jìn)行混合，每個(gè)樣品1 kg，每種土地利用方式采10份，共50份土樣，裝入棉布袋中，并記下采樣編號(hào)，置于陰涼處風(fēng)干。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

土壤有機(jī)碳：將風(fēng)干后的土壤樣品研細(xì)過0.25 mm篩，采用重鉻酸鉀外加熱法測定［12］。

水溶性有機(jī)碳：稱取5 g（干重）土樣，加入40 mL蒸餾水，于常溫下振蕩30 min，4 000 r/min離心10 min，上清液過0.45 μm的濾膜，浸提液中有機(jī)碳采用TOC自動(dòng)分析儀（Phoenix 8000）測定。

土壤易氧化有機(jī)碳：采用333 mmol/L高錳酸鉀氧化法測定［13］。

土壤游離活性有機(jī)碳：采用steward物理-化學(xué)聯(lián)合分組方法進(jìn)行分組［14］，然后采用重鉻酸鉀外加熱法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用WPS Office 2016軟件整理和制圖，采用SPSS22.0進(jìn)行分析。不同土地利用方式下處理間差異顯著性采用單因素方差分析（ANOVE）方法檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式總有機(jī)碳的變化特征

由圖1可知，土地利用方式顯著改變了陳家寨喀斯特小流域0～20 cm土層總有機(jī)碳含量，土壤有機(jī)碳含量的總體趨勢由大到小依次為灌木林地＞人工林＞荒草地＞果園＞耕地。其中，灌木林地的有機(jī)碳含量最高（77.52 g/kg），顯著高于其他土地利用方式，其有機(jī)碳含量是果園和耕地平均值的3倍；其次是人工林和荒草地，分別為43.98 g/kg和41.23 g/kg，亦顯著高于耕地；而果園和耕地最低（26.09 g/kg和21.60 g/kg），且兩種利用方式間無顯著差異?？梢姡匀恢脖坏墓鄥灿欣谕寥烙袡C(jī)碳的累積，而常年耕作和作物收獲帶走則會(huì)造成土壤有機(jī)碳耗竭。

圖1 陳家寨小流域不同土地利用方式土壤總有機(jī)碳含量

氣候、植被覆蓋類型、管理方式等因素會(huì)對(duì)土壤有機(jī)碳的含量造成影響［15］。研究表明，表層土壤總有機(jī)碳含量主要由植被每年的歸還量、歸還形式和凋落物的分解速率決定，在分解速率相近的條件下，歸還量的大小和歸還形式?jīng)Q定了土壤是否能夠積累較多的有機(jī)碳［16］。本研究5種土地利用類型中，灌木林地的有機(jī)碳含量顯著高于其他4種土地利用類型，主要是因?yàn)楣嗄玖值氐牡乇砩锪控S富，凋落物多樣，為灌木林地表層土壤提供了更多的有機(jī)碳；人工林每年的枯枝落葉也較多，有機(jī)碳的歸還量較大，因此其有機(jī)碳含量也比較高；荒草地雖然沒有人為因素的干擾，但是植物根系不發(fā)達(dá)，有機(jī)碳含量居于中等；果園雖然有一些枯枝落葉的積累，但是每年有果實(shí)收獲，有機(jī)碳的輸出較大，其有機(jī)碳含量僅高于耕地；耕地的開墾破壞了地表原生植被，致使水土流失，從而導(dǎo)致有機(jī)碳的流失嚴(yán)重，并且農(nóng)作物的收獲有一部分有機(jī)碳不能參與還田，這些原因都致使耕地有機(jī)碳含量最低。

2.2 不同土地利用方式各活性有機(jī)碳組分的變化特征

從表1可以看出，5種土地利用方式下土壤水溶性有機(jī)碳、游離活性有機(jī)碳的含量均表現(xiàn)為灌木林地＞荒草地＞人工林＞果園＞耕地，而易氧化有機(jī)碳的含量表現(xiàn)為灌木林地＞荒草地＞人工林＞耕地＞果園，與總有機(jī)碳含量趨勢大體一致。其中，灌木林地的土壤水溶性有機(jī)碳含量為0.35 g/kg，顯著高于人工林、果園和耕地，其水溶性有機(jī)碳含量分別是人工林、果園和耕地的1.94、2.06和5倍；而荒草地顯著高于耕地，其水溶性有機(jī)碳含量是耕地的4.5倍。土壤游離活性有機(jī)碳含量灌木林地為53.50 g/kg，顯著高于其他4種利用方式，是其他處理的2～3倍；而除人工林和耕地處理間存在顯著差異外，其他處理間均無顯著差異。灌木林地的易氧化有機(jī)碳為16.22 g/kg，顯著高于其他4種利用方式，果園最低為6.65 g/kg。

表 1 不同土地利用方式土壤活性有機(jī)碳含量

土壤活性有機(jī)碳主要來源于枯枝落葉的分解、根系分泌物、微生物的分解等。研究表明，土壤活性有機(jī)碳的含量與土壤總有機(jī)碳的變化趨勢基本一致［17］。本研究中，不同土地利用方式下水溶有機(jī)碳、游離活性有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳的含量變化趨勢與總有機(jī)碳基本一致，再次驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)。在5種土地利用方式中，灌木林地腐殖質(zhì)含量高、植物根系發(fā)達(dá)、秋冬季節(jié)又有大量的枯枝落葉，因而其土壤水溶性有機(jī)碳、游離活性有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳的含量最高；荒草地沒有人為因素干擾，有機(jī)碳輸入主要以草本植物根系為主，木質(zhì)素等穩(wěn)定性成分較少，人工林雖然有人為干擾，但植被掉落物較多，根系分泌物也比較豐富，二者活性有機(jī)碳含量居于中等；果園與耕地由于頻繁的人為擾動(dòng)，土壤結(jié)構(gòu)變化明顯，土壤團(tuán)聚體被破壞土壤游離活性有機(jī)碳的含量降低。

2.3 不同土地利用方式土壤各活性有機(jī)碳組分的分配比例

土壤活性有機(jī)碳與土壤總有機(jī)碳的比值叫該種活性有機(jī)碳的分配比例，它比有機(jī)碳總量對(duì)不同土地利用方式下有機(jī)碳周轉(zhuǎn)響應(yīng)更敏感［2］。從表2可以看出，水溶性有機(jī)碳的分配比例在0.36%～0.81%之間，其中荒草地的分配比例最高為0.81%，是耕地水溶性有機(jī)碳分配比例的2倍；其次是果園（0.62%）、灌木林地（0.52%）和人工林（0.43%）；耕地最低，為0.36%。與總有機(jī)碳和水溶性有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的趨勢相比，灌木林地、果園、人工林這3種土地利用方式下的水溶性有機(jī)碳與總有機(jī)碳的比值差異不顯著；游離活性有機(jī)碳的分配比例總體呈現(xiàn)出果園（68.88%）＞灌木林地（68.08%）＞人工林（65.34%）＞荒草地（62.54%）＞耕地（55.60%）；易氧化有機(jī)碳以耕地的分配比例最高為36.05%，是灌木林地的1.71倍，且耕地與其他4種土地利用方式差異顯著。

本研究中，水溶性有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳分配比例與總有機(jī)碳的變化趨勢不同，而游離活性有機(jī)碳的分配比例與總有機(jī)碳的變化趨勢基本一致，說明盡管水溶性有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳含量隨總有機(jī)碳的增加而增加，但其對(duì)水溶性有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳的分解和利用率不同，而游離活性有機(jī)碳的分配比例與總有機(jī)碳的變化一致，可能是由于其新增加的有機(jī)碳主要以粗顆粒的形式存在，這與周萍等［18］的研究結(jié)果相似。耕地的水溶性有機(jī)碳的分配比率最低，這可能與人為灌溉過程中水溶性有機(jī)碳隨下滲水遷移有關(guān)。而在易氧化有機(jī)碳的比例方面，耕地最高，說明耕地的有機(jī)碳活性大，土壤穩(wěn)定性比較差，易被礦化分解，不利于土壤有機(jī)碳的積累。游離活性有機(jī)碳的分配比例以耕地最低，主要是由于耕種對(duì)土壤結(jié)構(gòu)造成很大的破壞，團(tuán)聚體破壞較其他4種利用方式嚴(yán)重。

表2 不同土地利用方式土壤活性有機(jī)碳分配比例

2.4 土壤活性有機(jī)碳之間的相關(guān)性

對(duì)土壤總有機(jī)碳含量與各活性有機(jī)碳組分間進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表3）表明，土壤總有機(jī)碳含量與水溶性有機(jī)碳、游離活性有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳之間呈極顯著的相關(guān)關(guān)系，這充分說明土壤活性有機(jī)碳較大程度上由土壤總有機(jī)碳轉(zhuǎn)化而來，因此，無論哪種活性有機(jī)碳組分都依賴總有機(jī)碳，隨總有機(jī)碳含量的變化而變化。3種活性有機(jī)碳組分兩兩之間都呈極顯著相關(guān)，其中土壤游離活性有機(jī)碳與易氧化有機(jī)碳的相關(guān)系數(shù)最高，為0.857。因此，各活性有機(jī)碳組分間具有一定的相關(guān)性，盡管表述和測定的方法不同，但都揭示了土壤活性較高的土壤有機(jī)碳庫含量。

表3 土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳組分之間的相關(guān)性

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，不同的土地利用方式對(duì)土壤總有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳、游離活性有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳產(chǎn)生了顯著影響。其中，灌木林地的有機(jī)碳和活性碳組分含量最高，荒草地和人工林次之，果園和耕地相對(duì)較低。因此，加強(qiáng)對(duì)喀斯特地區(qū)植被的保護(hù)，降低人為活動(dòng)的干擾，是增加喀斯特地區(qū)碳賦存能力的重要途徑。

本研究中，水溶性有機(jī)碳的分配比例為荒草地＞果園＞灌木林地＞人工林＞耕地，易氧化有機(jī)碳的分配比例為耕地＞荒草地＞果園＞人工林＞灌木林地，游離活性有機(jī)碳的分配比例為灌木林地＞果園＞人工林＞荒草地＞耕地。不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳含量不同，各活性有機(jī)碳組分既有相同之處，又存在差異，說明土壤活性有機(jī)碳的復(fù)雜性，不同活性有機(jī)碳的表征指標(biāo)無論數(shù)值還是變化趨勢不能直接比較。

土壤總有機(jī)碳含量與水溶性有機(jī)碳、游離活性有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳之間均有明顯的相關(guān)性，并且3種活性有機(jī)碳組分兩兩之間都呈顯著相關(guān)?？梢?，土壤活性有機(jī)碳組分的含量受總有機(jī)碳含量的制約，但是制約程度存在差異，而且各活性碳組分之存在相關(guān)性。

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（責(zé)任編輯 鄒移光）

Changes of soil active organic carbon pool under difierent land use types in karst mountainous area

WANG Xing1，DUAN Jian-jun2，WANG Xiao-li1，XU Hu1，WANG Gui-hong1，GUO Zhen1，WANG Ping-ping1
（1.College of Agriculture，Guizhou University，Guiyang 550025，China；2.College of Tobacco Science，Guizhou University/Guizhou Key Laboratory for Tobacco Quality，Guiyang 550025，China）

The differences of active organic carbon fractions in 0-20 cm soil layers and their relationships with soil total organic carbon （SOC）were studied in the karst small watershed of Chenjiazhai，Puding county，Guizhou province，under different land use patterns. The results showed that the average content of total organic carbon in 0-20 cm soil layer of Chenjiazhai karst watershed in Guizhou was 42.03（± 25.08）g/kg. The organic carbon content of shrub land was the highest （77.44 ± 28.38 g/kg），which was 3.5 times of that of cultivated land. The content of soil water-soluble organic carbon in descending order was as follows: bushes＞ grassland＞ plantation＞ orchard＞ arable land. The content of free active organic carbon in descending order was as follows: bushes＞ plantation＞ grassland＞arable land＞ orchard. The content of easily oxidized organic carbon in descending order were as follows: bushes＞plantation＞grassland＞arable land ＞ orchard. There was a significant correlation between total soil organic carbon（SOC）content and active carbon components，and the correlation coefficient between free organic carbon and freeorganic carbon was the highest. The content of soil organic carbon was different under different land use patterns，and the contents of active organic carbon were similar and different，which indicated the complexity of soil active organic carbon. Therefore，the characterization index of different active organic carbon can not be directly compared regardless of the value or the trend of change.

karst area；land use patterns；organic carbon active components；proportion of active organic carbon

S153.6+2

A

1004-874X（2017）01-0088-06

2016-10-26

國家自然科學(xué)基金（41361064）

王星（1990-），女，在讀碩士生，E-mail：279265518@qq.com

段建軍（1976-），男，博士，副教授，E-mail：djjwxl@126.com

王星，段建軍，王小利，等.喀斯特小流域不同土地利用方式土壤活性碳組分的變化特征［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，44（1）：88-93.