本文摘要：摘要：以寧夏荒漠草原不同土地利用方式(耕地、棄耕地、草地和檸條地)的土壤為研究對(duì)象，測(cè)定了不同土層土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量，分析了土壤活性有機(jī)碳占有機(jī)碳的比例，以期探尋不同土地利用方式對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響。結(jié)果表明：不同土地利用方式土壤
摘要：以寧夏荒漠草原不同土地利用方式(耕地、棄耕地、草地和檸條地)的土壤為研究對(duì)象，測(cè)定了不同土層土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量，分析了土壤活性有機(jī)碳占有機(jī)碳的比例，以期探尋不同土地利用方式對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響。結(jié)果表明：不同土地利用方式土壤總有機(jī)碳含量范圍在1.78～6.17g·kg-1，具體表現(xiàn)為棄耕地>檸條地>草地>耕地。表層(0～5cm)土壤有機(jī)碳含量顯著高于深層(10～60cm)，說(shuō)明荒漠草原土壤有機(jī)碳主要富集在表層;4種土地利用方式土壤易氧化有機(jī)碳含量為0.57～1.38mg·g-1，變化趨勢(shì)具體表現(xiàn)為檸條地>草地>耕地>棄耕地，且檸條地在每個(gè)土層都高于其它3種土地利用方式;土壤可溶性有機(jī)碳含量范圍為6.8～11.1mg·kg-1，變化趨勢(shì)表現(xiàn)為草地>耕地>檸條地>棄耕地。土壤易氧化有機(jī)碳含量占有機(jī)碳的比例范圍為13.7%～43.1%，大小排序?yàn)闄帡l地>耕地>草地>棄耕地;土壤可溶性有機(jī)碳含量占有機(jī)碳的比例范圍為0.11%～0.48%，比例大小為耕地>草地>檸條地>棄耕地，耕地和草地中土壤可溶性有機(jī)碳含量占有機(jī)碳比例隨著土壤深度的增加而減小，這與有機(jī)碳在耕地和草地中變化趨勢(shì)一致。土地利用變化可以顯著影響土壤活性有機(jī)碳的含量與分布，能夠敏感的反映土壤碳庫(kù)的變化，可以作為評(píng)價(jià)寧夏荒漠草原土壤質(zhì)量和肥力的指標(biāo)之一。
關(guān)鍵詞：土地利用方式;土壤有機(jī)碳;易氧化有機(jī)碳;可溶性有機(jī)碳
土壤有機(jī)碳(SOC)是土壤的重要組成部分，不是土壤質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，而且在全球碳循環(huán)中也起著至關(guān)重要的作用[1]。土地利用或管理方式的變化不僅直接改變有機(jī)碳的含量和分布，還通過(guò)影響有機(jī)碳形成及轉(zhuǎn)化的因子而間接改變有機(jī)碳的含量與分布。然而，土壤有機(jī)碳含量是土壤 中有機(jī)物質(zhì)礦化分解與合成的平衡結(jié)果，且由于土壤具有高背景值與固有的分異性因素，短期的土地利用變化所引起的土壤碳微小變化很難察覺(jué)，因此很難反映土壤短期質(zhì)量變化[2]。
研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)碳中的一些組分循環(huán)周期較短、抗干擾能力較弱且相對(duì)不穩(wěn)定，同時(shí)與土壤養(yǎng)分供給及作物生長(zhǎng)緊密相關(guān)，能夠敏感地反映外部環(huán)境變化對(duì)它的影響，這部分組分被稱為活性有機(jī)碳[3]。通�？捎靡籽趸袡C(jī)碳(EOC)、溶解性有機(jī)碳(DOC)等來(lái)表征[4]，它雖然僅占總有機(jī)碳含量的一小部分，卻是生態(tài)系統(tǒng)中最重要的能量來(lái)源之一，能指示土壤有機(jī)質(zhì)的早期變化，且會(huì)在經(jīng)營(yíng)管理或其它土壤擾動(dòng)之后產(chǎn)生較大波動(dòng)，可以在不同程度上反映土壤有機(jī)碳的有效性和土壤質(zhì)量[5]。
土壤論文范例：簡(jiǎn)析土壤污染現(xiàn)狀與土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)進(jìn)展及發(fā)展
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)針對(duì)土地利用變化對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響開(kāi)展了大量的研究工作，并取得了較為豐碩的研究成果，但這些研究大多集中在山地[6-7]、農(nóng)地[8-10]和流域[11-12]，對(duì)于草原特別是荒漠草原不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳的分布特征和影響因素研究相對(duì)較少。SAGGAR等[13]研究耕作對(duì)土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，草地變?yōu)楦睾�，土壤的有機(jī)碳含量減少了60%，微生物有機(jī)碳降低了83%。研究?jī)?nèi)蒙農(nóng)牧交錯(cuò)帶土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響發(fā)現(xiàn)，退耕還灌/還草后，土壤有機(jī)碳含量較耕地均有顯著提高[14]。
房飛等[15]研究不同土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳及其組分的影響發(fā)現(xiàn)，在不同土地利用方式下，土壤有機(jī)碳含量隨著深度的增加而逐漸降低。邱璇等[16]、蒲寧寧[17]和楊合龍等[18]均發(fā)現(xiàn)放牧降低了活性有機(jī)碳占有機(jī)碳的比例，活性有機(jī)碳含量顯著低于圍封區(qū)。由于退耕還林/還草進(jìn)而禁止放牧政策的實(shí)施，近年來(lái)土地利用變化有了新的表現(xiàn)(耕地-棄耕地-草地-檸條地)，草地圍欄封育建設(shè)也取得一定成效，退化草地/檸條地在排除外界人畜干擾后將進(jìn)行自我恢復(fù)[19]。無(wú)疑這些活動(dòng)對(duì)土壤活性有機(jī)碳都將產(chǎn)生一定影響，但目前還不清楚。因此該試驗(yàn)以4種不同土地利用方式下的土壤活性有機(jī)碳為研究對(duì)象，測(cè)定不同土壤層次的活性有機(jī)碳及土壤因子的含量，以期為科學(xué)的利用和保護(hù)草原資源，持續(xù)發(fā)展草原經(jīng)濟(jì)奠定理論和實(shí)際基礎(chǔ)，同時(shí)為草原碳庫(kù)的經(jīng)營(yíng)和管理提供參考依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)區(qū)概況
試驗(yàn)區(qū)位于寧夏省鹽池縣皖記溝村(東經(jīng)107°22′～107°33′，北緯37°47′～37°57′)，地貌為鄂爾多斯緩坡起伏高原，地勢(shì)南高北低，土壤主要類型為灰鈣土、風(fēng)沙土和基巖風(fēng)化殘積土等。土壤質(zhì)地以沙壤、粉沙壤和沙土為主。該地區(qū)屬于中溫帶半干旱區(qū)，典型中溫帶大陸性氣候。年平均氣溫8.2℃，年平均降水量289mm，降水的年際和年內(nèi)變化劇烈，7—9月降水量占全年的60%以上，潛在年蒸發(fā)量2014mm。年無(wú)霜期為165d。
1.2試驗(yàn)方法
2017年10月在寧夏省鹽池縣皖記溝村選擇棄耕地、耕地、草地和檸條地4種土地利用方式。各個(gè)土地利用方式分別選取3個(gè)樣地，在每個(gè)樣地內(nèi)按照三點(diǎn)取樣法選定1m×1m樣方3個(gè)，采樣時(shí)先除去地面凋落物，采集0～5、5～10、10～20、20～40cm和40～60cm土層土壤，分層均勻混合，四分法取樣，于室內(nèi)自然風(fēng)干，過(guò)2mm篩備用。
1.3項(xiàng)目測(cè)定
采用凱氏定氮法測(cè)定全氮含量;采用鉬銻抗比色法測(cè)定全磷含量;采用0.5mol·L-1NaH-CO3法測(cè)定速效磷含量;采用火焰光度法測(cè)定速效鉀含量;采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量[20];采用電位法測(cè)定土壤pH;采用伏安法測(cè)定電導(dǎo)率值[21];用K2CrO7氧化法測(cè)定土壤有機(jī)碳;采用333nmol·L-1KMnO4氧化比色法測(cè)定易氧化有機(jī)碳[22];土壤水溶性有機(jī)碳采用水土比為4∶1，蒸餾水浸提，在25℃下恒溫震蕩3min，用0.45μm濾膜抽濾，濾液直接在TOC-1020A分析儀上測(cè)定[23]。
1.4數(shù)據(jù)分析
采用SPSS21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用單因素方差(One-wayANOVA)對(duì)不同土地利用方式下各土層土壤有機(jī)碳及組分含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，處理之間的顯著性差異分析均設(shè)P=0.05水平，且平均值比較采用最小顯著差異法(leastsignificantdifferernce，LSD);使用Excel2016軟件完成數(shù)據(jù)整理及制圖。
2結(jié)果與分析
2.1不同土地利用方式土壤總有機(jī)碳含量
不同土地利用方式土壤總有機(jī)碳含量范圍為1.78～6.17g·kg-1，不同土地利用方式下土壤總有機(jī)碳平均含量總體表現(xiàn)為棄耕地>檸條地>草地>耕地。在0～5cm和10～20cm土層內(nèi)，棄耕地、檸條地、草地和耕地土壤總有機(jī)碳含量依次減少且相互之間沒(méi)有顯著性差異(P>0.05)。
在5～10cm土層內(nèi)，土壤總有機(jī)碳含量大小表現(xiàn)為棄耕地>草地>檸條地>耕地，其中棄耕地、草地和檸條地分別比耕地高103.0%、96.6%和85.9%，差異性顯著(P<0.05)。在20～40cm土層內(nèi)，棄耕地有機(jī)碳含量高于草地47.1%、耕地80.3%，差異顯著(P<0.05)。在40～60cm土層內(nèi)，土壤有機(jī)碳含量大小表現(xiàn)為棄耕地>檸條地>草地>耕地，除棄耕地與檸條地，檸條地與草地，草地與耕地之間未表現(xiàn)出顯著性差異(P>0.05)，其余兩兩之間差異顯著(P<0.05)。
不同土地利用方式的表層(0～5cm土層)土壤總有機(jī)碳含量顯著高于深層(10～60cm)(P<0.05)，說(shuō)明土壤有機(jī)碳主要富集在表層。在棄耕地中，0～5cm土層的總有機(jī)碳含量高于10～20cm土層59.23%、20～40cm土層50.21%和40～60cm土層45.53%，差異顯著(P<0.05)。
在耕地中，0～5cm土層的總有機(jī)碳含量高于5～10cm土層112.92%、10～20cm土層66.62%、20～40cm土層116.10%和40～60cm土層183.49%，差異顯著(P<0.05)。10～20cm土層總有機(jī)碳含量高于20～40cm土層29.70%和40～60cm土層65.84%，差異顯著(P<0.05)。在草地中，土壤總有機(jī)碳含量表現(xiàn)出垂直分布特征，即隨著土壤深度的增加總有機(jī)碳含量降低。在檸條地中，0～5cm土層總有機(jī)碳含量高于10～20cm土層79.78%、20～40cm土層46.77%和40～60cm土層74.11%，差異顯著(P<0.05)。
2.2不同土地利用方式土壤易氧化有機(jī)碳含量
寧夏省荒漠草原不同土地利用方式下土壤易氧化有機(jī)碳含量范圍為0.57～1.38mg·g-1，其平均含量大小具體表現(xiàn)為檸條地>草地>耕地>棄耕地，其中檸條地的每個(gè)土層內(nèi)易氧化有機(jī)碳含量都高于其它3種土地利用方式。其中在5～10cm土層內(nèi)，檸條地與草地、耕地之間差異不顯著(P>0.05)，其余兩兩之間差異顯著(P<0.05)。在40～60cm土層內(nèi)，耕地和棄耕地之間差異不顯著(P<0.05)，其余不同土地利用方式兩兩之間差異顯著(P<0.05)。
在0～5cm和10～20cm土層內(nèi)，不同土地利用方式下土壤易氧化有機(jī)碳含量大小順序?yàn)闄帡l地>耕地>棄耕地>草地。在0～5cm土層，檸條地的易氧化有機(jī)碳含量分別比耕地、棄耕地和草地高29.8%、38.6%和53.9%，差異顯著(P<0.05)。10～20cm土層內(nèi)，檸條地的土壤易氧化有機(jī)碳含量高于草地42.37%，差異顯著(P<0.05)。在20～40cm土層內(nèi)，不同土地利用方式土壤易氧化有機(jī)碳含量大小為檸條地>草地>棄耕地>耕地，耕地含量最低(0.57mg·g-1)，耕地和棄耕地之間差異不顯著(P<0.05)，其余不同土地利用方式兩兩之間差異顯著(P<0.05)。
3討論
3.1不同土地利用方式對(duì)土壤總有機(jī)碳的影響
土壤有機(jī)碳含量及動(dòng)態(tài)平衡直接影響著土壤肥力和生產(chǎn)力以及土壤質(zhì)量重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，而且顯著影響全球碳循環(huán)和全球氣候變化[24]。土壤有機(jī)碳含量是土壤、植被覆蓋、母質(zhì)、氣候和人類活動(dòng)等因素綜合作用下有機(jī)碳輸入與輸出之間動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果[25]。土地利用方式的不同不僅導(dǎo)致進(jìn)入土壤植物殘?bào)w的數(shù)量和性質(zhì)發(fā)生差異，而且會(huì)引起植被覆蓋類型、耕作方式等管理措施的差異，從而引起土壤性質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)作用過(guò)程的變化，因此必將影響和改變土壤有機(jī)碳的含量。
4種土地利用方式中棄耕地的土壤有機(jī)碳含量最高，這與陳高起等[26]和房飛等[15]的研究結(jié)果相悖，而與李鑒霖等[30]對(duì)于縉云山區(qū)棄耕地土壤研究中有機(jī)碳含量最高結(jié)果一致。由于該研究中的棄耕地閑置比較短，ROBLES等[27]對(duì)懷俄明州的耕地進(jìn)行研究后，發(fā)現(xiàn)休6年后土壤有機(jī)碳含量并沒(méi)有顯著增加，說(shuō)明土壤有機(jī)碳含量的恢復(fù)需要較長(zhǎng)的時(shí)間。
因此就排除了有機(jī)碳恢復(fù)使得棄耕地土壤有機(jī)碳含量升高的可能性，那么原因可能是棄耕地之前使用了有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合肥料[28]，人為增加了土壤中有機(jī)碳的含量，又加上寧夏省全區(qū)退耕還林還草，禁止放牧的政策頒布，使得棄耕地的土壤有機(jī)碳得到保留，因此棄耕地在0～60cm土層下土壤有機(jī)碳含量最高。檸條地和草地土壤有機(jī)碳含量較高，原因可能是草地和檸條地受人類活動(dòng)影響較少，地表植被凋落物可通過(guò)分解補(bǔ)充土壤碳庫(kù)，根系是下層土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)的重要驅(qū)動(dòng)力，是將光合產(chǎn)物直接輸入到地下的唯一途徑[29]，而且灌木和草本植物根系的轉(zhuǎn)化也是土壤碳的主要來(lái)源[30]。
5～10cm土層草地的有機(jī)碳含量高于檸條地，這可能是草本植物的根系特別是細(xì)根分布較淺，根系的腐解轉(zhuǎn)化快，而灌木地表的根系較為粗大難以分解[31]。耕地的土壤有機(jī)碳含量最低，這是由于耕作活動(dòng)，土壤團(tuán)聚體遭到了破壞，增加了土壤的通透性，土壤有機(jī)碳失去了保護(hù)，加劇了土壤有機(jī)碳的礦化。又因農(nóng)作物的收獲，使得植物中的碳不能還田，這些都不利于土壤有機(jī)碳含量的積累。該研究還發(fā)現(xiàn)0～5cm土層內(nèi)的有機(jī)碳含量顯著高于其它3層，這說(shuō)明了土壤有機(jī)碳主要富集在表層，這與大多數(shù)的研究結(jié)果一致[7，19，30]。
3.2不同土地利用方式對(duì)活性有機(jī)碳的影響
土壤活性有機(jī)碳受環(huán)境條件影響強(qiáng)烈，是對(duì)土地利用變化較為敏感的部分，與土壤內(nèi)在生產(chǎn)力高度相關(guān)。通�？捎盟苄杂袡C(jī)碳和易氧化有機(jī)碳等來(lái)表征。土地利用變化對(duì)活性土壤有機(jī)碳的影響趨勢(shì)與對(duì)有機(jī)碳的影響并不一致，可能與影響這些組分的因素復(fù)雜有關(guān)[16]。土地利用變化主要通過(guò)影響土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定[37]、土壤有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量[38]和土壤微生物的功能多樣性[39]而影響土壤有機(jī)碳的分解。如何解釋土地利用方式對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響機(jī)制并 不十分清楚，還需要更深入的研究，但是依舊看出土壤易氧化有機(jī)碳和土壤水溶性有機(jī)碳都是評(píng)價(jià)土地利用和管理方式變化引起土壤有機(jī)碳變化的有效指標(biāo)[35]，可以在早期預(yù)測(cè)土壤有機(jī)碳的變化趨勢(shì)[40-41]，在一定程度上反映土壤有機(jī)碳的有效性和土壤質(zhì)量。
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作者：李學(xué)斌1，2，李月飛1，2，陳林1，2，蘇瑩1，2，祝忠有1，2
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