李楊梅, 貢 璐, 解麗娜

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 新疆 烏魯木齊 830046; 2.綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 新疆 烏魯木齊 830046)

塔里木盆地北緣綠洲不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳含量及其碳礦化特征

李楊梅1,2, 貢 璐1,2, 解麗娜1,2

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 新疆 烏魯木齊 830046; 2.綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 新疆 烏魯木齊 830046)

[目的] 探討土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳含量及碳礦化的影響，為塔里木盆地北緣綠洲土壤生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)建設(shè)提供理論依據(jù)。[方法] 基于野外采樣和室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，分析土壤有機(jī)碳含量的基本特征，利用回歸分析法擬合出土壤有機(jī)碳礦化動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。[結(jié)果] 礦化累積釋放的CO2含量大小依次為：果園>棉田>人工林>棄耕地>荒草地>鹽堿地>沙地。不同土地利用方式土壤有機(jī)碳礦化反應(yīng)趨勢(shì)相同，1～6 d為快速分解階段，日均礦化量高但反應(yīng)時(shí)間短，6～28 d為緩慢分解階段，動(dòng)態(tài)變化與前者相反。有機(jī)碳礦化率大小依次為：沙地>荒草地>鹽堿地>棄耕地>人工林>棉田>果園，沙地最高，達(dá)(10.36±0.24)%，表明沙地土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性最差，而果園具有較強(qiáng)的固定有機(jī)碳能力。[結(jié)論] 土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳礦化及其固碳能力均有顯著影響。

塔里木盆地; 土地利用方式; 土壤有機(jī)碳含量; 有機(jī)碳礦化

文獻(xiàn)參數(shù)： 李楊梅, 貢璐, 解麗娜.塔里木盆地北緣綠洲不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳含量及其碳礦化特征[J].水土保持通報(bào)，2017,37(3)：216-221.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.036； Li Yangmei, Gong Lu, Xie Lina, et al. Soil organic carbon content and carbon mineralization characteristics under different land use types in Northern Tarim Basin[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(3)：216-221.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.036

土壤有機(jī)碳是土壤的重要組成部分，能維持土壤良好的物理結(jié)構(gòu)，為植物提供生長(zhǎng)所需碳素并通過(guò)分解作用向大氣釋放CO2等溫室氣體[1]。土壤碳庫(kù)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)，其微小變化就可影響到碳向大氣的排放量，進(jìn)而影響全球氣候變化，使得土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)的研究成為了熱點(diǎn)[2]。作為土壤有機(jī)碳庫(kù)循環(huán)的重要過(guò)程，土壤有機(jī)碳礦化是土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)的一個(gè)重要方面，對(duì)土地利用及其變化較為敏感[3]。不同土地利用方式引起的植物群落組成和結(jié)構(gòu)上的變化，及其相應(yīng)地上、地下資源輸入的改變勢(shì)必會(huì)影響著土壤物理、化學(xué)和生物過(guò)程[3]，進(jìn)而對(duì)土壤有機(jī)碳及其礦化過(guò)程產(chǎn)生重要影響。研究不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳的分布規(guī)律及其礦化過(guò)程，為提高土壤固碳潛力，維持土壤結(jié)構(gòu)，保持土壤質(zhì)量，合理和可持續(xù)利用土壤資源提供科學(xué)依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤有機(jī)碳礦化及其影響因素進(jìn)行了大量的研究，且多集中于森林、草原、濕地、農(nóng)田、城市生態(tài)系統(tǒng)[4-7]，包含熱帶、黃土區(qū)、青藏高原等地區(qū)[8-9]，較少涉及某一區(qū)域內(nèi)多種土地利用方式的綜合性分析，針對(duì)干旱區(qū)綠洲不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳及其礦化的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

塔里木盆地北緣綠洲屬于生態(tài)環(huán)境變化的敏感地區(qū)，其大規(guī)模的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)、高強(qiáng)度的土地資源開(kāi)發(fā)及不合理的灌溉墾殖方式加劇了土壤沙漠化、貧瘠化、鹽堿化[10]，直接影響土壤有機(jī)質(zhì)的累積，導(dǎo)致綠洲土壤退化，生產(chǎn)力下降，破壞區(qū)域土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡。本文擬以塔里木盆地北緣綠洲阿拉爾墾區(qū)為靶區(qū)，分析不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳含量的差異，探討土壤有機(jī)碳礦化的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，旨在為區(qū)域土壤生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)建設(shè)提供理論指導(dǎo)和實(shí)踐意義，并為干旱區(qū)綠洲土地資源可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

阿拉爾墾區(qū)(80°30′—81°58′E，40°22′—40°57′N(xiāo))位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)，地處天山南麓、塔克拉瑪干沙漠北緣、塔里木河上游，阿克蘇河與和田河、葉爾羌河交匯之處。該墾區(qū)地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，屬典型的暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候。晝夜溫差較大，年均氣溫10.7 ℃；降水稀少，年降水量17.4～42.8 mm；蒸發(fā)強(qiáng)烈，年蒸發(fā)量1 125～1 600 mm。該墾區(qū)地勢(shì)較為平坦，沿河岸及沖溝兩側(cè)略有抬升，平均海拔1 012 m。作為典型的荒漠—綠洲型生態(tài)系統(tǒng)，土壤形成比較簡(jiǎn)單，粉砂壤土為主要土壤類(lèi)型，土壤母質(zhì)以棕漠土為主。果園、人工林、棉田、鹽堿地、荒草地和沙地是該區(qū)的主要土地利用類(lèi)型。

1.2 樣地選擇與取樣

為研究不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳的狀況，在研究區(qū)所屬農(nóng)一師十二團(tuán)設(shè)置樣方。采樣時(shí)間為2014年8月。樣方面積均為5 m×5 m，選擇海拔高度一致、地理位置相鄰、土壤性質(zhì)均一的7種土地利用類(lèi)型，即棉田、人工林(主要植被類(lèi)型為胡楊Populuseuphratica)、果園(主要植被類(lèi)型為棗樹(shù)Zizyphusjujuba)、荒草地(主要植被類(lèi)型為蘆葦Phragmitesaustralis、駱駝刺Alhagisparsifolia等，分布于農(nóng)田與沙漠交錯(cuò)地帶)、棄耕地(主要植被類(lèi)型為甘草Glycyrrhizauralensis蘆葦、花花柴Kareliniacaspia、豬毛菜Salsolacollina等，分布于農(nóng)田外圍)、沙地(主要植被類(lèi)型為駱駝刺，分布于塔克拉瑪干沙漠邊緣)和鹽堿地(主要植被類(lèi)型為檉柳Tamarixchinensis、鹽爪爪Kalidiumfoliatum，分布于農(nóng)田外圍)為研究樣地。在遵循典型性、代表性的原則下對(duì)每種土地利用類(lèi)型選取5個(gè)樣方，每個(gè)樣方按照S型設(shè)置5個(gè)樣點(diǎn)。采集各樣點(diǎn)表層土壤樣品(0—20 cm)，將5個(gè)樣點(diǎn)采取的土樣去除石塊及植物根系，充分混勻后按四分法取1 kg土樣入袋，封裝好帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干后研磨過(guò)80目(0.178 mm)篩，以供試驗(yàn)分析使用。

1.3 測(cè)定方法

土壤有機(jī)碳含量的測(cè)定采用濃硫酸—重鉻酸鉀外加熱法[11]。土壤有機(jī)碳礦化培養(yǎng)試驗(yàn)采用短期室內(nèi)恒溫培養(yǎng)、堿液吸收法測(cè)定有機(jī)碳礦化量[4]。稱(chēng)取50 g風(fēng)干土壤放置500 ml培養(yǎng)瓶中，加入去離子水調(diào)整含水量為其田間最大持水量的60%，均勻平鋪于瓶底部。之后將盛有10 ml 0.1 mol/L NaOH溶液的小燒杯小心地置于培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)，將培養(yǎng)瓶密封，于25 ℃的培養(yǎng)箱中進(jìn)行暗培養(yǎng)，每個(gè)土樣培養(yǎng)重復(fù)5次。在培養(yǎng)后的第1，3，6，10，15，21，28 d取出小燒杯，加入1 mol/L BaCl2溶液1 ml和3滴酚酞指示劑，用0.1 mol/L HCl滴定至紅色消失，記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)CO2的釋放量計(jì)算培養(yǎng)期內(nèi)土壤有機(jī)碳的礦化量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 19.0處理與分析。7種土地利用方式下土壤有機(jī)碳含量和礦化特征進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)，運(yùn)用方差同質(zhì)性(homogeneity of variance)檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)方差是否齊性，當(dāng)方差齊性時(shí)，多重比較使用LSD法，反之，使用T2Tamhane’s test進(jìn)行多重比較(ɑ=0.05)，并采用回歸分析，獲得土壤有機(jī)碳礦化的動(dòng)態(tài)規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式下的土壤有機(jī)碳含量特征分析

由表1可見(jiàn)，研究區(qū)土壤有機(jī)碳含量總體水平不高，最小值為0.40 g/kg，最大值為8.18 g/kg，平均值為3.52 g/kg。不同的土地利用方式下土壤有機(jī)碳含量存在一定程度的差異性，大小依次為：果園>棉田>人工林>棄耕地>鹽堿地>荒草地>沙地。果園土壤有機(jī)碳含量最大，均值達(dá)5.39 g/kg，棉田次之為4.39 g/kg，顯著高于鹽堿地、荒草地和沙地(p<0.05)，其他各土地利用方式之間有機(jī)碳含量差異性均不顯著。

變異系數(shù)反映隨機(jī)變量的離散程度(一般認(rèn)為Cv≤10%為弱變異性；10%

表1 不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳含量的描述性統(tǒng)計(jì)(n=5)

2.2 不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳礦化特征分析

2.2.1 不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳累積礦化量特征分析 作為有機(jī)碳礦化特征的指標(biāo)之一，土壤有機(jī)碳累積礦化量指在一段時(shí)間內(nèi)且在特定的培養(yǎng)條件下的土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2數(shù)量(以CO2μg/g干土計(jì))[12]。從圖1可見(jiàn)，不同土地利用方式下，土壤短期培養(yǎng)28 d后，土壤有機(jī)碳累積礦化量變化順序?yàn)椋汗麍@>棉田>人工林>棄耕地>荒草地>鹽堿地>沙地，與有機(jī)碳含量排序大體相同。單因素方差分析顯示，土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2含量在不同土地利用方式下存在顯著差異性(df=6，F(xiàn)=5.763，p<0.05)，其中，土壤有機(jī)碳累積礦化量以果園最高，為85.83 μg/g，棉田次之，與人工林差異不顯著，但與荒草地、棄耕地、鹽堿地和沙地差異性顯著，人工林、荒草地、棄耕地和鹽堿地相對(duì)較低，4種土地利用方式土壤有機(jī)碳累積礦化量之間差異不顯著，沙地最小，為72.37 μg/g，與鹽堿地和荒草地?zé)o顯著性差異。不同土地利用方式土壤有機(jī)碳累積礦化量能夠反映出土壤礦化釋放CO2的能力。從圖2可知，在短期培養(yǎng)過(guò)程中，7種土地利用方式下的土壤有機(jī)碳累積礦化量均呈上升趨勢(shì)，參照不同模型對(duì)有機(jī)碳累積礦化量與培養(yǎng)時(shí)間進(jìn)行回歸分析，并比較相關(guān)系數(shù)大小，得到二者的函數(shù)關(guān)系(表2)，表明相關(guān)性很高，R值都在0.98以上，且均達(dá)到極顯著水平(p<0.01)，說(shuō)明線(xiàn)性函數(shù)能很好的描述實(shí)驗(yàn)室短期培養(yǎng)期間不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳的分解狀況。

圖1 不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳礦化 28 d累積釋放的C(以CO2計(jì))含量

圖2 培養(yǎng)期間不同土地利用方式下土壤 有機(jī)碳累積(以CO2計(jì))礦化量變化表2 不同土地利用方式土壤有機(jī)碳日均礦化量、累積礦化量隨培養(yǎng)時(shí)間變化的擬合方程

土地利用類(lèi)型日均礦化量回歸方程Rp累積礦化量回歸方程Rp果園y=34.444x-0.57490.98540.003**y=7.9993x+28.1040.99260.000**棉田y=33.374x-0.56070.99500.003**y=7.6671x+28.5610.98910.001**人工林y=29.354x-0.50560.97620.006**y=8.5179x+22.3610.98830.001**棄耕地y=29.838x-0.49640.97590.006**y=8.7182x+23.1260.98460.005**鹽堿地y=26.139x-0.45530.99070.025*y=8.3989x+20.1740.98890.004**荒草地y=30.319x-0.54520.98320.009**y=7.5814x+24.6580.99260.002**沙地y=23.811x-0.43750.97540.007**y=8.5886x+16.7690.99180.002**

注：y為有機(jī)碳日均礦化量或累積礦化量；x為培養(yǎng)時(shí)間；**表明相關(guān)性極顯著(p<0.01)；*表明相關(guān)性顯著(p<0.05)。

2.2.2 不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳日均礦化量及其動(dòng)態(tài)變化 單位重量干土每天釋放的CO2表征土壤有機(jī)碳的日均礦化量，在培養(yǎng)過(guò)程中用有機(jī)碳日均礦化量的平均值來(lái)表示[12]。由圖3可以得到不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳日均礦化量的變化曲線(xiàn)，表明7種土地利用方式下土壤有機(jī)碳分解釋放速率曲線(xiàn)相同，都存在2個(gè)明顯的階段特征：1～6 d為快速分解階段，反應(yīng)時(shí)間短，日均礦化量高但不穩(wěn)定，有大幅度的下降；6～28 d為緩慢分解階段，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，日均礦化量均有一定程度的降低，但降低幅度較小且趨于穩(wěn)定。28 d短期培養(yǎng)結(jié)束后，7種土地利用方式下有機(jī)碳日均礦化量的平均值為11.31 μg/(g·d)，是第1 d均值的36.01%?；貧w分析表明，在培養(yǎng)期間各土地利用方式的土壤有機(jī)碳日均礦化量與培養(yǎng)時(shí)間均符合冪函數(shù)關(guān)系(見(jiàn)表2)，R值均在0.97以上，都達(dá)到極顯著性水平(p<0.01)。

圖3 培養(yǎng)期間不同土地利用方式下土壤 有機(jī)碳日均礦化量(以CO2計(jì))變化

2.3 不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳礦化率變化

有機(jī)碳礦化率指在一定時(shí)間內(nèi)有機(jī)碳礦化釋放的CO2占土壤總有機(jī)碳的比例，有機(jī)碳礦化率值越低，說(shuō)明土壤對(duì)碳固定的能力強(qiáng)，反之則固碳能力弱[12]。從圖4可見(jiàn)，短期培養(yǎng)28 d后，與土壤有機(jī)碳含量排列順序完全相反，7種土地利用方式下土壤有機(jī)碳礦化率大小順序?yàn)椋荷车?荒草地>鹽堿地>棄耕地>人工林>棉田>果園。沙地土壤有機(jī)碳礦化率最大，達(dá)到(10.36±0.24)%，荒草地次之，達(dá)(7.30±0.25)%，鹽堿地為(5.87±0.42)%，棄耕地、人工林、棉田和果園較低，分別是沙地的24.81%，21.62%，18.14%，15.38%。單因素方差分析表明，土地利用方式的不同對(duì)表層土壤有機(jī)碳礦化率產(chǎn)生了極顯著影響(p<0.01)，其中，沙地的礦化率顯著高于其他6種土地利用方式，最不利于土壤有機(jī)碳的累積；除棄耕地和人工林之間無(wú)顯著性差異外，其余各土地利用方式均存在顯著性差異。

圖4 不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳礦化率變化

3 討 論

在不同土地利用方式下，植物種類(lèi)的差異導(dǎo)致了耕作方式和管理模式的不同，進(jìn)而改變了土壤的結(jié)構(gòu)及肥力，使土壤具有不同的物理、化學(xué)以及生物特性[13]，土壤有機(jī)碳含量也存在一定的差異。馬忠明等[14]究表明，相同土層不同耕作方式下土壤總有機(jī)碳含量差異較大。王瑩等[13]對(duì)不同土地利用方式分析發(fā)現(xiàn)，表層土壤有機(jī)碳含量大小順序?yàn)?耕地>果園地>荒草地。研究區(qū)不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳含量有一定程度的差異性，這與上述結(jié)果一致。這主要是因?yàn)椴煌恋乩梅绞接胁煌闹脖桓采w，植被類(lèi)型可以反映出植被向土壤輸入有機(jī)質(zhì)量的高低[13]。果園、棉田作為綠洲主要耕作土壤，由于農(nóng)戶(hù)進(jìn)行長(zhǎng)期施肥、灌溉等田間管理，使得其有機(jī)碳含量高于其他5類(lèi)土壤；人工林和棄耕地因農(nóng)民疏于管理，有機(jī)肥施用較少，植物種類(lèi)較少，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量較低；荒草地和鹽堿地沒(méi)有施肥和土壤耕作，土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯較低；沙地植被蓋度最低，受風(fēng)沙活動(dòng)的影響，有機(jī)碳含量均低于其他土類(lèi)。

土壤有機(jī)碳礦化是土壤中重要的生物化學(xué)過(guò)程，直接關(guān)系到土壤養(yǎng)分元素的釋放與供應(yīng)，CO2氣體的排放以及土壤質(zhì)量的維持[15]。測(cè)定土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2的主要方法是短期室內(nèi)土壤需氧培養(yǎng)法，該方法有效控制了溫度和濕度，且有機(jī)碳沒(méi)有輸入和輸出，因此，培養(yǎng)過(guò)程中釋放CO2的趨勢(shì)和強(qiáng)度可以反映出，在溫度和濕度一定的條件下，不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性和周轉(zhuǎn)速率的差異[12]。土地利用方式不同造成的土壤有機(jī)碳含量改變，直接對(duì)土壤有機(jī)碳的礦化過(guò)程和礦化速率產(chǎn)生不同程度的影響。在相同培養(yǎng)條件下，研究區(qū)不同土地利用方式下土壤的礦化速率存在顯著差異也證實(shí)了這一點(diǎn)。作為主要農(nóng)田土壤，果園、棉田與人工林土壤一致，受人為活動(dòng)影響較大，長(zhǎng)期的施肥管理與鹽分隨灌溉水的不斷下移導(dǎo)致其有機(jī)碳含量高于棄耕地、鹽堿地、荒草地和沙地，因此果園、棉田和人工林在培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)土壤有機(jī)碳累積礦化量顯著高于其他4種土地利用方式。棄耕地、鹽堿地、荒草地和沙地土壤有機(jī)碳累積礦化量均相對(duì)較低，可能是由于，棄耕地有機(jī)碳含量較高，但人類(lèi)活動(dòng)破壞土壤結(jié)構(gòu)，且難以恢復(fù)；荒草地和鹽堿地植被稀疏，土壤中鹽分含量較高，有機(jī)物質(zhì)不易分解；沙地地表幾乎無(wú)植被覆蓋，有機(jī)碳含量極低。

不同土地利用方式下的土壤具有相同的有機(jī)碳礦化動(dòng)態(tài)過(guò)程。在培養(yǎng)前期，土壤有機(jī)碳日均礦化量較高但不穩(wěn)定，下降幅度較大；隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，日均礦化量繼續(xù)下降，但幅度較小且趨于穩(wěn)定，這與以往的大多數(shù)研究結(jié)果相同[12,15-16]。張文娟等[17]研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)碳礦化量在不同土地利用下的動(dòng)態(tài)變化存在先快后慢、先高后低的趨勢(shì)。王翠萍[18]對(duì)不同利用方式分析表明，土壤有機(jī)碳礦化也存在類(lèi)似結(jié)果特征。這與土壤活性有機(jī)碳隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)逐漸減少有關(guān)。說(shuō)明在礦化培養(yǎng)前期，土壤中易分解的活性有機(jī)碳類(lèi)物質(zhì)被迅速分解，隨著這類(lèi)物質(zhì)的分解和消耗，導(dǎo)致微生物在礦化后期被迫分解較難分解的有機(jī)碳類(lèi)物質(zhì)，分解速率逐漸降低，CO2釋放量減少。因而隨著培養(yǎng)時(shí)間的持續(xù)，有機(jī)碳的日均礦化量處于相對(duì)穩(wěn)定的較低水平。不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳礦化也隨時(shí)間變化表現(xiàn)一定的規(guī)律性。楊添等[19]研究發(fā)現(xiàn)，不同天然林土壤的礦化特征可以由雙指數(shù)方程準(zhǔn)確反映。而李忠佩等[20]認(rèn)為，在短期礦化培養(yǎng)試驗(yàn)中，土壤有機(jī)碳累計(jì)礦化量的動(dòng)態(tài)規(guī)律可以由線(xiàn)性模型最優(yōu)擬合；與郝瑞軍等[15]對(duì)城市人工林研究的結(jié)果也一致，在控制溫度和濕度條件的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)下，線(xiàn)性函數(shù)可以很好的擬合短期培養(yǎng)期間土壤的有機(jī)碳分解狀況。

土地利用方式的不同，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量和土壤碳礦化速率都存在差異，這些差異體現(xiàn)在土壤有機(jī)碳礦化率變化方面。土壤有機(jī)碳礦化率的大小從某種程度上反映了土壤的固碳能力。戴慧等[21]研究發(fā)現(xiàn)，土地利用類(lèi)型對(duì)土壤有機(jī)碳礦化率產(chǎn)生了顯著影響，這與本研究結(jié)果一致。這可能與土壤養(yǎng)分含量和土壤結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。果園和棉田土壤結(jié)構(gòu)良好，地表植被覆蓋度相對(duì)較大，定期的田間管理使土壤中所含有機(jī)碳等養(yǎng)分含量較高，具有較強(qiáng)的固碳能力；人工林和棄耕地對(duì)土壤擾動(dòng)較少，但植物種類(lèi)較少，土壤有機(jī)碳含量較低，固碳能力較弱；鹽堿地土壤鹽分較高，不利于植物正常生長(zhǎng)，土壤養(yǎng)分較少，固碳能力明顯較弱；荒草地土壤沙化嚴(yán)重，土壤有機(jī)碳積累很少，土壤質(zhì)量較低，具有較弱的固碳能力；沙地則砂粒含量極高，土壤物理結(jié)構(gòu)較差，地表幾乎無(wú)植被覆蓋，有效土層薄，肥力水平低，土壤固碳能力極低。

4 結(jié) 論

(1) 塔里木盆地北緣綠洲阿拉爾墾區(qū)土壤有機(jī)碳含量總體水平不高，不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳含量存在一定程度的差異(p<0.05)，其表現(xiàn)為：果園>棉田>人工林>棄耕地>鹽堿地>荒草地>沙地。

(2) 土地利用方式的不同對(duì)土壤有機(jī)碳礦化具有顯著影響(p<0.05)。礦化累積釋放的CO2含量大小以果園最高，達(dá)85.83 μg/g，沙地最低，為72.37 μg/g。線(xiàn)性函數(shù)能更好的擬合土壤累積釋放CO2量的變化趨勢(shì)(p<0.01)。土壤有機(jī)碳礦化包含2個(gè)階段特征：快速分解階段和緩慢分解階段。不同土地利用方式土壤有機(jī)碳日均礦化量變化與培養(yǎng)時(shí)間均符合冪函數(shù)關(guān)系。

(3) 不同土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳礦化率存在顯著性差異(p<0.01)，其大小依次為：沙地>荒草地>鹽堿地>棄耕地>人工林>棉田>果園。說(shuō)明沙地固碳能力最弱，果園固碳能力最強(qiáng)。

[1] Zhou Ping, Li Yong, Ren Xiu’e, et al. Organic carbon mineralization responses to temperature increases in subtropical paddy soils[J]. Journal of Soils and Sediments, 2014,14(1):1-9.

[2] 賈曼莉,郭宏,李會(huì)科.渭北生草果園土壤有機(jī)碳礦化及其與土壤酶活性的關(guān)系[J].環(huán)境科學(xué),2014,35(7):2777-2784.

[3] 方麗娜,楊效東,杜杰.土地利用方式對(duì)西雙版納熱帶森林土壤微生物生物量碳的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2011,22(4):837-844.

[4] 鞏晟萱,王丹,戴偉,等.不同生長(zhǎng)時(shí)期絲栗栲林下土壤有機(jī)碳含量及礦化特征[J].水土保持通報(bào),2015,35(5):59-63.

[5] 王若夢(mèng),董寬虎,何念鵬,等.圍封對(duì)內(nèi)蒙古大針茅草地土壤碳礦化及其激發(fā)效應(yīng)的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33(12):3622-3629.

[6] Cheng Xiaoli, Yang Yuanhe, Li Ming, et al. The impact of agricultural land use changes on soil organic carbon dynamics in the Danjiangkou Reservoir area of China[J]. Plant and Soil, 2013,366(1):415-424.

[7] Liu Yong, Wang Cheng, Yue Wenze, et al. Storage and density of soil organic carbon in urban topsoil of hilly cities: A case study of Chongqing Municipality of China[J]. Chinese Geographical Science, 2013,23(1):26-34.

[8] 馬昕昕,許明祥,楊凱.黃土丘陵區(qū)刺槐林深層土壤有機(jī)碳礦化特征初探[J].環(huán)境科學(xué),2012,33(11):3893-3900.

[9] Gao Junqin, Ouyang Hua, Lei Guangchun, et al. Effects of temperature, soil moisture, soil type and their interactions on soil carbon mineralization in Zoigê Alpine Wetland, Qinghai-Tibet Plateau[J]. Chinese Geographical Science, 2011,21(1):27-35.

[10] 貢璐,張雪妮,呂光輝,等.塔里木河上游典型綠洲不同土地利用方式下土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].資源科學(xué),2012,34(1):120-127.

[11] 李衍青,蔣忠誠(chéng),羅為群,等.植被恢復(fù)對(duì)巖溶石漠化區(qū)土壤有機(jī)碳及輕組有機(jī)碳的影響[J].水土保持通報(bào),2016,36(4):158-163.

[12] 嚴(yán)毅萍,曹建華,梁毅,等.桂林毛村巖溶區(qū)三種亞類(lèi)石灰土有機(jī)碳礦化研究[J].地球與環(huán)境,2012,40(2):219-226.

[13] 王瑩,劉淑英,王平.不同土地利用方式下秦王川灌區(qū)土壤活性有機(jī)碳庫(kù)的變化[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2014,28(5):103-108.

[14] 馬忠明,呂曉東,劉莉莉.耕作方式對(duì)綠洲灌區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)碳及其分布的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2015,26(1):122-128.

[15] 郝瑞軍,方海蘭,沈烈英.城市典型人工林土壤有機(jī)碳含量及其礦化特征比較[J].園林科技,2011,119(1):7-12.

[16] Mi Jia, Li Jianjun, Chen Dima, et al. Predominant control of moisture on soil organic carbon mineralization across a broad range of arid and semiarid ecosystems on the Mongolia Plateau[J]. Landscape Ecology, 2015,30(9):1683-1699.

[17] 張文娟,廖洪凱,龍健,等.貴州喀斯特山區(qū)土地利用對(duì)土壤有機(jī)碳及其周轉(zhuǎn)速率的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2014,33(5):1297-1303.

[18] 王翠萍.不同土壤微生物量碳與有機(jī)碳礦化的關(guān)系研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,34(11):52-54.

[19] 楊添,戴偉,安曉娟,等.天然林土壤有機(jī)碳及礦化特征研究[J].環(huán)境科學(xué),2014,35(3):1105-1110.

[20] 李忠佩,張?zhí)伊?陳碧云.可溶性有機(jī)碳的含量動(dòng)態(tài)及其與土壤有機(jī)碳礦化的關(guān)系[J].土壤學(xué)報(bào),2004,41(4):544-552.

[21] 戴慧,王希華,閻恩榮.浙江天童土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳礦化的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2007,26(7):1021-1026.

Soil Organic Carbon Content and Carbon Mineralization Characteristics Under Different Land Use Types in Northern Tarim Basin

LI Yangmei1,2, GONG Lu1,2, XIE Lina1,2

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentScience,XingjiangUniversity,Urumqi,XinjiangUygurAutonomousRegion830046,China;2.KeyLaboratoryofOasisEcology,MinistryofEducation,Urumqi,XinjiangUygurAutonomousRegion830046,China)

[Objective] Illustrating the effects of land use change on soil organic carbon(SOC) content and SOC mineralization, to provide theoretical basis for soil ecosystem preservation and restoration of oasis in the northern marginal zones of the Tarim Basin. [Methods] Based on field sampling and laboratory incubation experiment, the basic characteristics of SOC content were analyzed. Regression analysis was used to investigate the dynamic change process of SOC mineralization. [Results] The accumulative amounts of SOC mineralization of different land use types ranked as: orchard>cotton>artificial forest>abandoned farmland>barren grassland>saline-alkali land>sandy soil. The chronical trends of SOC mineralization of different land use types were almost the same during the cultivation period. The daily SOC mineralization rate involved two stages of fast(1 to 6 d) and slow (6 to 28 d) decomposition. The former stage had shorter duration and more daily decomposition quantity; while the latter was opposite. Organic carbon mineralization rates tended to decrease in the order: sandy soil>barren grassland> saline-alkali land> abandoned farmland>artificial forest>cotton>orchard. The rates of organic carbon mineralization were the highest in sandy soils, about (10.36±0.24)%. It indicated that sandy soil had the lowest stability of the soil organic carbon, while carbon sequestration ability of orchard was higher as compared to those of other land use types. [Conclusion] Both of SOC mineralization and carbon sequestration ability could be obviously influenced by different land use types.

Tarim Basin; land use types; soil organic carbon content; organic carbon mineralization

2016-09-20

2016-10-13

新疆維吾爾自治區(qū)科技人才培養(yǎng)項(xiàng)目“自治區(qū)青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)工程”(qn2015yx002)； 新疆維吾爾自治區(qū)教育廳辦公室項(xiàng)目“基于穩(wěn)定碳同位素技術(shù)的干旱區(qū)綠洲土壤碳庫(kù)轉(zhuǎn)化研究”(XJGRI2016023)

李楊梅(1992—),女(漢族),四川省蓬溪縣人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)楦珊祬^(qū)資源與環(huán)境。E-mail:liyangmei199203@163.com。

貢璐(1978—),女(漢族),江蘇省丹陽(yáng)市人,博士(后), 教授,主要從事干旱區(qū)資源與環(huán)境問(wèn)題研究。E-mail:gonglu721@163.com。

A

1000-288X(2017)03-0216-06

S153.6+21