陳　蜜，袁　麗，郭增禎

(西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境保護工程學(xué)院，四川　成都　610041)

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人工林土壤元素的剖面變化特征研究*

陳蜜，袁麗，郭增禎

(西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境保護工程學(xué)院，四川成都610041)

為了解人工林土壤有機碳剖面變化特征，利用元素分析儀對土壤化學(xué)元素進行了測定，結(jié)果表明，土壤剖面中C、N、H元素含量隨剖面深度增加而下降的趨勢，C、N、H三元素含量主要集中在土壤表層及亞表層。土壤C/N和C/H的變化趨勢與C、N、H三元素含量變化特征基本一致，其最高值也均出現(xiàn)在土壤表層。研究結(jié)果說明，研究區(qū)林地土壤表層芳化度較高，穩(wěn)定性較高，而剖面深層土壤的芳化度和穩(wěn)定性相比于表層都有所降低。

土壤有機碳；元素分析；土壤剖面

Ker words: soil organic carbon; elemental analysis; soil profiles

森林生態(tài)系統(tǒng)對全球碳匯有重要的影響，人工林作為森林的主要組成部分也對全球碳匯有著重要意義。而人工林影響全球碳循環(huán)的重要因素是土壤有機碳的穩(wěn)定性。因此，研究土壤有機碳的穩(wěn)定性和土壤固持機理有重要的科研意義。

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，其碳儲量占整個陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的2/3[1]。土壤有機碳(SOC)對于生態(tài)系統(tǒng)過程、大氣組成及氣候變化速率的作用及其重要意義已得到了普遍的認同[2-4]。SOC 在土壤剖面上垂直分布格局的差異影響土壤碳動態(tài)，因此土壤有機碳的垂直分布成為近10a 來土壤有機碳庫研究的一個重要內(nèi)容。Jobbagy 和Jackson 基于對全球2700 多個土壤剖面的分析研究了土壤有機碳含量與氣候、質(zhì)地的關(guān)系，驗證了植被類型是土壤有機碳垂直分布控制因子的假說，隨著土壤深度的增加，土壤有機碳含量與氣候的關(guān)系逐漸減弱，而與質(zhì)地的關(guān)系逐漸增強[4]。Wang等利用第二次全國土壤普查獲得的2473 個土壤剖面數(shù)據(jù)對土壤有機碳與氣候相關(guān)性的研究表明，SOC 含量與年均降雨量顯著正相關(guān)，而與年均溫顯著負相關(guān)，與年均降雨量相比，SOC 的垂直分布與年均溫的相關(guān)性更大[5]。Batjes和Dijkshoor 發(fā)現(xiàn)，降水和氣候可以很好的預(yù)測土壤表層20 cm內(nèi)SOC庫[6]。

近年來，國內(nèi)學(xué)者對不同時空尺度上不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤C、N元素空間分布、動態(tài)及其與環(huán)境因子，如氣候、植被、地形、海拔、成土母質(zhì)和時間等的相關(guān)性開展了大量卓有成效的研究[7-8]，研究結(jié)果的發(fā)表為土壤碳管理技術(shù)研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持，對土壤碳庫的準(zhǔn)確估算及碳通量評估提供了有力的支持。但是，土壤有機碳庫并不是均勻的單一體，而是不同穩(wěn)定性和周轉(zhuǎn)期的異質(zhì)復(fù)合體[6]。土壤有機C的深度分布特征對于土壤有機碳庫的總量計算及其穩(wěn)定性均有直接影響，土壤有機質(zhì)的剖面分布是有機質(zhì)長期累積的結(jié)果，與土壤剖面的發(fā)育以及有機質(zhì)的更新過程密切相關(guān)。全面翔實的土壤資料和觀測數(shù)據(jù)對于土壤元素的垂直分布格局及與氣候、植被關(guān)系的認識和碳庫估算精度具有重要意義。而更好地理解土壤元素的分布和控制因子，有助于提高我們預(yù)測并緩解全球氣候和土地覆被變化不利影響的能力[4]。

因此，本設(shè)計選則橫向每個同樣剖面深度的土壤和垂向不同剖面深度進行相關(guān)分析，研究了人工林地下不同深度的土壤元素含量的變化特征，可以為進一步認識和了解土壤有機碳固持機理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1　研究方法

1.1研究區(qū)域

研究區(qū)域位于四川省涼山彝族自治州西昌(27°57′E，102°36′N)，該地區(qū)干雨季分明，具有冬干春旱的特點，氣候受西南季風(fēng)和印度北部干燥性大陸氣團交替控制。螺髻山地勢高聳，氣候垂直結(jié)構(gòu)分明，并形成了一個封閉的原始森林的地理，物種豐富。我們選取了西昌地區(qū)的人工林地作為研究對象。人工林內(nèi)生物群落簡單物種較為單一，主要物種為云南松。

1.2樣品采集與預(yù)處理

本實驗供試土壤采至四川西昌人工林。采樣季節(jié)為冬季，時間是2015年1月。在研究區(qū)每個剖面取樣深度為從表層開始0～10 cm，20～30 cm，20～30 cm，30～40 cm，40～50 cm，50～60 cm六個層次分別采集樣品。采樣方法是多點混合土樣采集法，且每個剖面的取土深度和重量都要均勻一致，土樣上下兩層的比例相同。采樣器需垂直于地面入土至規(guī)定深度。每個混合土樣取1 kg左右。采集的土壤樣品放在通風(fēng)良好的實驗室，自然風(fēng)干后，對其進行初步粉碎，并采用四分法均一采取樣品400～500 g，然后用研缽磨碎，制備<2.000 mm (10目)的土樣，裝入廣口瓶放于陰涼處保存待測定。

1.3土壤元素分析

對土壤剖面的的土樣進行元素分析，通過元素分析可計算出C/N、C/H，分別代表穩(wěn)定性和聚合度，較直觀的反映土壤的組成。元素分析使用elementar vario分析儀，載氣為CO2，監(jiān)測限C、N<10 ppm(約300 mg土壤)，S:2ppmIR檢測，樣品重量可達500 mg的有機物或者1.5 g的土壤，在根據(jù)元素含量和樣品重量自動優(yōu)化C、N、H和S為10～12分鐘的分析時間的條件下，測試土壤的元素組成。分析過程為稱取少量通過0.149 mm 孔徑的土樣，置于烘箱中105 ℃烘5 h以上，冷卻后稱取2.00 mg于錫箔紙中放入元素分析儀中測量其C、H、O、N四種元素含量。

2　結(jié)果與討論

表1　土壤元素的剖面變化特征

由表1可見，元素C在1.25%～6.07%之間，最高值出現(xiàn)在土壤表層，總體上呈隨剖面深度增加而減小的趨勢。N元素含量在1.77%～62.05%之間。與C元素不同，N雖然總體上也隨土壤剖面深度增加而降低，但表層土壤與深層土壤之間的含量變化不大。隨著土壤深度的增加，氫元素含量變化幅度較小，表層為1.18%，亞表層及底層含量逐漸下降，表層以下含量不足1%。

土壤C/N的高低可以顯示土壤穩(wěn)定性的大小。一般說來，土壤C/N值越大，表明土壤穩(wěn)定性越高。而土壤的C/H則代表了土壤的芳化度和聚合度。土壤C/H值越高，其芳化度越高。由表1可以看出，隨著土層深度的增加，土壤C/N和C/H的變化趨勢基本一致。從土壤表層開始由上之下逐漸減小。土壤C/N和C/H的最高值均出現(xiàn)在土壤表層及亞表層，分別為5.14和3.03。土壤C/N和C/H的最低值則出現(xiàn)在土壤底層，其值分別為2.29和0.63。這一變化趨勢說明，在本研究剖面中，土壤表層芳化度較高，穩(wěn)定性較高，相反剖面深層土壤的芳化度和穩(wěn)定性相比于表層都有所下降。

3　結(jié)　論

土壤剖面中C、N、H元素含量在土壤剖面中呈現(xiàn)較為規(guī)律的變化特征。總體上說，土壤剖面中C、N、H元素含量隨剖面深度增加而下降的趨勢，C、N、H三元素含量主要集中在土壤表層及亞表層。土壤C/N和C/H的變化趨勢與C、N、H三元素含量變化特征基本一致，其最高值也均出現(xiàn)在土壤表層。說明土壤表層芳化度較高，穩(wěn)定性較高，而剖面深層土壤的芳化度和穩(wěn)定性相比于表層都有所降低。

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[2]朱錫明,韓春爽,婁玉杰. 有機碳穩(wěn)定性研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2014,30(21):29-33.

[3]張麗敏,徐明崗,婁翼來. 土壤有機碳分組方法概述[J].中國土壤與肥料,2014(4):28-33.

[4]Wang H, Liu S R, Mo J M, et al. Soil organic carbon stock and chemicalcomposition in four plantations of indigenous tree species in subtropical China[J]. Ecological Research, 2010, 25(6): 1071-1079.

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[6]牛育華,李仲謹(jǐn),郝明德. 腐殖酸的研究進展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(11):4638-4639, 4651.

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Study on Distributions of Chemical Element in Soil Profiles of Plantation*

CHEN Mi, YUAN Li, GUO Zeng-zhen

(College of Chemistry & Environment protection Engineering, Southwest UniversityforNationalities,SichuanChengdu610041,China)

Contents of soil chemical elements in soil profiles of plantation in Xichang area were investigated. It showed that the change characteristic of the C, N, H element in soil profile was similar, the content of C, C/N in soil profile had greatest change, the next was C/H. C, N, H elements in soil profile were significantly in the upper soil layer. The results suggested that soil stability in upper soil layer was higher than that in layer.

西南民族大學(xué)學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目“人工林土壤有機碳固持機理研究(S201510656127)”。

陳蜜(1994-)，女，主要從事生態(tài)環(huán)境演變、生態(tài)規(guī)劃研究工作。

S151.9

A

1001-9677(2016)016-0082-02