石宗琳 王曉超 郭一丁 虞竹韻 李 峰 董宇虹

（1衡水學(xué)院河北省濕地生態(tài)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河北 衡水 053000；2 衡水學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 河北 衡水 053000；3 衡水學(xué)院美術(shù)學(xué)院 河北 衡水 053000）

大氣CO2濃度急劇增加是本世紀(jì)面臨的最大環(huán)境問(wèn)題之一，也是制約社會(huì)發(fā)展的因素。中國(guó)政府承諾二氧化碳排放力爭(zhēng)在2030年前達(dá)到峰值，在2060年前達(dá)到“碳中和”(習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上的講話)。減緩大氣CO2濃度增加，提高陸地碳儲(chǔ)存和吸收能力成為國(guó)際碳循環(huán)研究的重要內(nèi)容之一[1]。土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)，高于植被碳庫(kù)和大氣碳庫(kù)的總和，其很小的波動(dòng)幅度都會(huì)引起大氣CO2濃度的變化[2]。土壤有機(jī)碳作為維持作物生長(zhǎng)的重要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，其動(dòng)態(tài)平衡會(huì)直接影響土壤中的養(yǎng)分循環(huán)，進(jìn)而影響土壤肥力以及作物的產(chǎn)量水平[3]。

土壤碳損失的主要因素之一是土地利用的變化[4]，會(huì)導(dǎo)致更多的CO2釋放到大氣中[5]?；钚杂袡C(jī)碳作為土壤有機(jī)碳的組成部分，能夠敏感地反映短期植被或者土地利用的變化[6]，比總有機(jī)碳更有利于反映因農(nóng)業(yè)管理措施引起的土壤質(zhì)量變化[7]。因此，本文分析研究不同植被條件下土壤有機(jī)碳組分的分布特征，為衡水湖周邊地區(qū)土地的綜合利用和可持續(xù)利用提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況。研究區(qū)域設(shè)在衡水市桃城區(qū)河沿鎮(zhèn)，位于河北省的東南部，位于東經(jīng)115°28′～115°41′，北緯37°32′～38°41′。年平均氣溫為12.6℃，1月份最冷，平均氣溫-4.2℃，7月份最熱，平均氣溫27.1℃，無(wú)霜期約195 d，屬大陸季風(fēng)氣候區(qū)，為溫暖半干旱型。土壤類(lèi)型為潮土[8]。

1.2 樣品采集。采樣時(shí)間為2020年9月。選擇植被類(lèi)型為玉米、楓樹(shù)、蘋(píng)果、毛桃的樣地，同時(shí)選擇裸露地作為對(duì)照，每個(gè)植被類(lèi)型選擇2塊樣地作為重復(fù)，每塊樣地按蛇形布點(diǎn)法布點(diǎn)，采集表層0～20 cm土樣和20～40 cm的土樣，將同一土層的樣品進(jìn)行混合，四分法保留500 g左右樣品，裝入采樣袋，共采集20個(gè)樣品。采樣時(shí)，記錄樣點(diǎn)編號(hào)、取樣經(jīng)緯度等基本信息。

1.3 指標(biāo)測(cè)定。土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀外加熱法[9]，易氧化有機(jī)碳采用高錳酸鉀氧化法[10]，顆粒態(tài)有機(jī)碳采用六偏磷酸鈉分散-重鉻酸鉀氧化法[11]，可溶性有機(jī)碳用超純水浸提-TOC儀測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理。運(yùn)用Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并利用SPSS軟件進(jìn)行各指標(biāo)之間的相關(guān)性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被下土壤總有機(jī)碳變化趨勢(shì)。由圖1可知，不同植被下土壤總有機(jī)碳含量在0～20 cm土層大于20～40 cm土層，增加值在7.99%～67.53%。在0～20 cm土層，總有機(jī)碳含量在7.03～17.54 g/kg，總有機(jī)碳的變化趨勢(shì)為：毛桃地＞玉米地＞蘋(píng)果地＞裸露地＞楓樹(shù)地。在20～40 cm土層，總有機(jī)碳含量在6.15～10.47 g/kg，總有機(jī)碳的變化趨勢(shì)為：毛桃地＞玉米地＞蘋(píng)果地＞楓樹(shù)地＞裸露地。

圖1 不同植被下土壤總有機(jī)碳含量變化

2.2 不同植被下土壤易氧化有機(jī)碳變化趨勢(shì)。由圖2可知，在0～20 cm土層，土壤易氧化有機(jī)碳含量在1.42～2.53 g/kg，易氧化有機(jī)碳的變化趨勢(shì)為：毛桃地＞玉米地＞蘋(píng)果地＞裸露地＞楓樹(shù)地。在20～40 cm土層，土壤易氧化有機(jī)碳含量在1.29～1.85 g/kg，易氧化有機(jī)碳的變化趨勢(shì)為：毛桃地＞玉米地＞楓樹(shù)地＞蘋(píng)果地＞裸露地。同一植被類(lèi)型下易氧化有機(jī)碳含量均表現(xiàn)為表層0～20 cm大于20～40 cm土層，增加范圍在2.16%～36.76%。不同植被根系分布、生物活動(dòng)、人為干擾等因素對(duì)土壤易氧化有機(jī)碳的分布有一定的影響，隨著土層的增加，各植被類(lèi)型的易氧化有機(jī)碳分布明顯減少，其主要原因是土壤總有機(jī)碳含量很大程度上決定土壤易氧化有機(jī)碳含量[12]。

圖2 不同植被下土壤易氧化有機(jī)碳含量變化

2.3 不同植被下可溶性有機(jī)碳變化趨勢(shì)。盡管可溶性有機(jī)碳占有機(jī)碳庫(kù)的比例微乎其微，但它卻有助于微生物數(shù)量的提高，活性增強(qiáng)，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、土壤肥力具有不可或缺的重要作用[13]。由圖3可知，在0～20 cm土層，土壤可溶性有機(jī)碳含量在0.59～0.74 g/kg，可溶性有機(jī)碳從大到小的變化趨勢(shì)為：楓樹(shù)地＞玉米地＞毛桃地＞裸露地＞蘋(píng)果地。在20～40 cm土層，土壤可溶性有機(jī)碳含量在0.55～1.02 g/kg，可溶性有機(jī)碳的變化趨勢(shì)為：楓樹(shù)地＞毛桃地＞蘋(píng)果地＞裸露地＞玉米地。

圖3 不同植被下土壤可溶性有機(jī)碳含量變化

2.4 不同植被下顆粒態(tài)有機(jī)碳變化趨勢(shì)。顆粒態(tài)有機(jī)碳是介于新鮮的動(dòng)植物殘?bào)w和腐殖化有機(jī)物之間的暫時(shí)或過(guò)渡的有機(jī)碳組分，在土壤中周轉(zhuǎn)很快，比土壤總有機(jī)碳更容易受到影響，這對(duì)于評(píng)價(jià)土地利用對(duì)土壤碳固定過(guò)程的影響具有重要意義[14]。由圖4可知，在0～20 cm土層，土壤顆粒態(tài)有機(jī)碳含量為2.83～4.42 g/kg，顆粒態(tài)有機(jī)碳的變化趨勢(shì)為：毛桃地＞玉米地＞蘋(píng)果地＞裸露地＞楓樹(shù)地。在20～40 cm土層，土壤顆粒態(tài)有機(jī)碳含量2.33～3.85 g/kg，顆粒態(tài)有機(jī)碳的變化趨勢(shì)為：毛桃地＞玉米地＞楓樹(shù)地＞蘋(píng)果地＞裸露地。同一植被類(lèi)型下顆粒態(tài)有機(jī)碳含量均表現(xiàn)為表層0～20 cm大于20～40 cm土層，增加范圍7.18%～33.46%。

圖4 不同植被下顆粒態(tài)有機(jī)碳含量分布圖

2.5 各指標(biāo)相關(guān)性。從表1中可以看出，總有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、顆粒態(tài)有機(jī)碳相互之間均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，可溶性有機(jī)碳與總有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳與顆粒態(tài)有機(jī)碳均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性未達(dá)顯著水平(P＞0.05)。由此可知，土壤中易氧化有機(jī)碳和顆粒態(tài)有機(jī)碳的含量與土壤中有機(jī)碳的含量密切相關(guān)。

表1 各指標(biāo)相關(guān)性

3 結(jié)論

衡水湖周邊不同植被下0～40 cm土層范圍土壤總有機(jī)碳含量在6.15～17.54 g/kg，易氧化有機(jī)碳含量在1.29～2.53 g/kg，顆粒態(tài)有機(jī)碳含量在2.33～4.42 g/kg，可溶性有機(jī)碳含量在0.55～1.02 g/kg。隨著土層深度的變化，不同植被類(lèi)型下土壤總有機(jī)碳、顆粒態(tài)有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳均隨著土層深度的增加而減少，只有可溶性有機(jī)碳在玉米地和裸露地上是隨著土層深度的增加而減少，在蘋(píng)果地、毛桃地和楓樹(shù)地上隨著土層的增加而增加。土壤有機(jī)碳活性成分在不同植被類(lèi)型下的變化規(guī)律各不相同，受土壤有機(jī)碳含量和許多環(huán)境因素的影響，但同時(shí)各組分關(guān)系又非常密切，均可以從不同角度反映出衡水湖周邊土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)特征。