覃靈華，徐祥明，冷雄，黃艷，張羿

1. 贛南師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江西 贛州 341000；2. 贛南師范大學(xué)地理與規(guī)劃學(xué)院，江西 贛州 341000

贛南不同母質(zhì)及植被覆蓋紅壤有機(jī)碳礦化研究

覃靈華1，徐祥明2*，冷雄2，黃艷2，張羿2

1. 贛南師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江西 贛州 341000；2. 贛南師范大學(xué)地理與規(guī)劃學(xué)院，江西 贛州 341000

為探明不同母質(zhì)及植被覆蓋紅壤有機(jī)碳礦化的變化規(guī)律，采集贛南地區(qū)3種不同成土母質(zhì)（花崗巖風(fēng)化堆積物、紅砂巖風(fēng)化堆積物、第四紀(jì)紅土）及不同植被覆蓋模式（林草地、灌草地、裸地）下的紅壤樣品，通過密閉培養(yǎng)法對有機(jī)碳礦化動態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，（1）花崗巖和第四紀(jì)紅土母質(zhì)土壤有機(jī)碳礦化速率表現(xiàn)為林草地＞灌草地＞裸地，紅砂巖母質(zhì)土壤則表現(xiàn)為灌草地＞林草地＞裸地，裸地土壤有機(jī)碳礦化速率較其他植被覆蓋低。（2）有機(jī)碳日均礦化量隨土壤深度及培養(yǎng)時(shí)間（28 d）的增加而降低；培養(yǎng)14 d，有機(jī)碳礦化累積量高達(dá)總量的70.26%～86.36%；培養(yǎng)14 d后，有機(jī)碳日均礦化量較小且相對穩(wěn)定。有機(jī)碳礦化量與植被覆蓋率呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。（3）不同母質(zhì)及植被覆蓋對土壤有機(jī)碳釋放CO2-C分配比例有較大影響，第四紀(jì)紅土紅壤有機(jī)碳釋放CO2-C分配比例最大，固碳能力較弱；裸地土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C分配比例最大，固碳能力較弱。

贛南；紅壤；有機(jī)碳礦化；植被覆蓋率

土壤有機(jī)碳庫是全球碳循環(huán)的重要組成部分，其積累和分解的變化直接影響全球的碳平衡（周莉等，2005），進(jìn)而影響全球氣候變化，因此土壤有機(jī)碳的動態(tài)變化成為近年來陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和全球變化研究中的熱點(diǎn)問題（李順姬等，2010；Trumbore，2006）。土壤有機(jī)碳的礦化是土壤中重要的生物化學(xué)過程（李忠佩等，2004；陶寶先等，2015），是土壤生物通過自身活動，分解和利用土壤中活性有機(jī)組分來完成自身代謝，同時(shí)釋放CO2的過程，直接關(guān)系到土壤中養(yǎng)分的釋放與供應(yīng)、溫室氣體的排放以及土壤質(zhì)量的保持等（Wang et al.，2013；吳君君等，2015）。

近年來學(xué)術(shù)界對土壤有機(jī)碳礦化及其影響因素進(jìn)行了較多的研究，取得了一些重要的結(jié)果，如土地利用方式、土壤溫度、濕度、土壤有機(jī)質(zhì)組成、土層深度、采樣方法和培養(yǎng)時(shí)間等因素對有機(jī)碳礦化有較顯著影響（Fang et al.，2005；李杰等，2014；Fugen et al.，2008；Moscatelli et al.，2007），而土壤碳礦化速率與土壤中生物活性較高、穩(wěn)定性較差、易礦化的那部分活性有機(jī)碳密切相關(guān)（艾麗等，2007）。然而，紅壤成土母質(zhì)及植被覆蓋率對土壤有機(jī)碳礦化的影響鮮有報(bào)道。植被覆蓋率指某一地域植物垂直投影面積與該地域面積之比。

紅壤是我國最重要的土壤類型之一，是熱帶、亞熱帶地區(qū)的代表性土壤。它廣布于長江以南 14個(gè)?。▍^(qū)），面積約2.03×106km2，占國土總面積的22%（李慶逵，1983)。依據(jù)紅壤類型有機(jī)碳碳密度（10.18 kg?m-2）計(jì)算得到紅壤的有機(jī)碳總儲量為206.65×108t。而中國陸地土壤有機(jī)碳總儲量為924.185×108t，所以紅壤總有機(jī)碳儲量占中國陸地土壤有機(jī)碳總儲量的22.23%（王紹強(qiáng)等，2000）。因此，紅壤地區(qū)是我國碳循環(huán)很重要的研究區(qū)域。本研究以贛南地區(qū)典型紅壤為研究對象，采用時(shí)空替代法，采集贛南不同成土母質(zhì)（花崗巖、紅砂巖、第四紀(jì)紅土）及不同植被覆蓋模式（林草地、灌草地、裸地）下的紅壤樣品，探討土壤有機(jī)碳礦化動態(tài)變化及不同母質(zhì)和植被覆蓋對有機(jī)碳礦化的影響，以期為紅壤地區(qū)自然植被退化下土壤有機(jī)碳循環(huán)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況及采樣

采樣點(diǎn)位于江西省贛州市，地處北緯24°29′～27°09′，東經(jīng)113°54′～116°38′之間，處于中亞熱帶南緣，屬典型亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。土壤類型主要為紅壤，紅壤可在多種母質(zhì)上發(fā)育形成，贛南紅壤主要有花崗巖土壤、紅砂巖土壤和第四紀(jì)紅土，理化性狀有一定的差異。本研究以贛南紅壤為研究對象，分別設(shè)置3種不同成土母質(zhì)（花崗巖、紅砂巖、第四紀(jì)紅土），每1種母質(zhì)發(fā)育的紅壤設(shè)置了兩種植被覆蓋模式（林草地、灌草地）與裸地對照，所選取的林草地喬木平均樹高（8.52±0.89）m，平均胸徑（7.92±0.03）cm，喬木密度251 planthm-2，平均樹齡7.46 a；灌草地中平均灌木高（3.6±0.59）m，灌木密度224株?hm-2，平均樹齡3.81 a；其余為草地。2014年6月分別于贛州黃金區(qū)虎形村（第四紀(jì)紅土母質(zhì)）、贛州南康區(qū)龍回鎮(zhèn)（花崗巖母質(zhì)）、贛州龍華鄉(xiāng)（紅砂巖母質(zhì)）采集土樣，土壤剖面深度分別為 0～20、20～40、40～60 cm，其中，裸地土壤剖面深度為0～20 cm，原因是裸地20 cm以下為風(fēng)化物母質(zhì)。去除植物的地上部分及表層2 cm厚土層，用團(tuán)粒盒采集原狀土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，每個(gè)樣地設(shè)置2個(gè)重復(fù)。樣地環(huán)境特征見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

土壤總有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀-外加熱容量法測定（魯如坤，2000），土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸提取法（吳建國等，2004）。

土壤礦化試驗(yàn)在室內(nèi)恒溫、黑暗條件下培養(yǎng)，以堿液吸收法測定（邵月紅等，2005）。稱取過20目篩的風(fēng)干土樣100 g裝入自制呼吸瓶中（圖1），每個(gè)土樣設(shè)置2個(gè)重復(fù)，加水至田間持水量的70%。為了盡可能減少實(shí)驗(yàn)誤差，設(shè)置實(shí)驗(yàn)空白，即呼吸瓶中加入二氧化硅和水，其他操作與土壤樣品完全相同。然后套上帶鈉石灰過濾管的瓶塞，在25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)黑暗條件下培養(yǎng)28 d，分別在第1、2、3、5、7、14、21、28天用20 mL 0.5 molL-1NaOH吸收土壤釋放的CO2，并更新吸收液。用20 mL 0.5mol?L-1BaCl2測定抽出液中的CO2，以酚酞為指示劑，鹽酸滴定未耗盡的NaOH，通過鹽酸消耗量來計(jì)算CO2量，進(jìn)而求出有機(jī)碳的分解量，具體計(jì)算如下：

式中，cHCL為鹽酸的物質(zhì)的量濃度；V0為空白滴定值；V為消耗鹽酸的體積；T為間隔天數(shù)。呼吸瓶釋放的CO2量及由CO2量折合而得的有機(jī)碳量的單位為 mgkg-1；有機(jī)碳的釋放速率單位為mgkg-1?d-1。

表1 樣點(diǎn)環(huán)境特征Table 1 Environmental characteristics of soil samples

圖1 土壤有機(jī)碳礦化裝置Fig. 1 SOC mineralization apparatus

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excel、SPSS 17.0軟件包中的方差分析、相關(guān)分析等方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同母質(zhì)土壤有機(jī)碳礦化累積量及剖面分布

本研究對贛南紅壤不同母質(zhì)發(fā)育下不同植被覆蓋對有機(jī)碳礦化速率、累積量及剖面分布的影響進(jìn)行分析，其結(jié)果如圖2所示，從垂直分布上看，3種母質(zhì)土壤有機(jī)碳礦化速率及累積量均隨剖面深度的加深而逐漸降低，較大降幅出現(xiàn) 0～20 cm和20～40 cm之間，紅砂巖林草地土壤有機(jī)碳礦化量降幅達(dá)到62.72%，花崗巖林草地及灌草地降幅分別為60.08%及62.01%，其植被為表層土壤提供充足的有機(jī)碳，從而為微生物生長提供物質(zhì)基礎(chǔ)，且由于受人為因素影響較少，凋落物停留在表層土壤自然分解，而難以滲透到深層土壤中。然而，第四紀(jì)紅壤林草地及灌草地有機(jī)碳礦化量在20～40 cm及40～60 cm之間降幅較大，分別達(dá)到50.04%及43.97%，紅砂巖灌草地為42.97%，其土壤砂粒含量較多而黏粒較少，儲水能力較弱，有機(jī)碳隨著降雨下滲到中層土壤中，因此有機(jī)碳礦化量與下層相比，降幅較大；而紅砂巖林草地降幅為-9.48%，紅砂巖林草地0～40 cm土壤所含砂粒較下層大，是下層的163.54%，有機(jī)碳隨著降雨下滲到深層土壤中，在微生物作用下，有機(jī)碳量礦化累積量較大（盛浩等，2015）。同一剖面深度，從總體上看，3種母質(zhì)土壤有機(jī)碳礦化累積量均表現(xiàn)為林草地＞灌草地＞裸地，而紅砂巖土壤有機(jī)碳量化累積量表現(xiàn)為灌草地＞林草地＞裸地，這與植被覆蓋率有關(guān)。在0～20 cm剖面深度，土壤有機(jī)碳礦化累積量與植被覆蓋率呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.753，原因可能是凋落物形成的有機(jī)碳主要保存于土壤表層，而對深層土壤影響較小，因此，植被對土壤表層的有機(jī)碳礦化速率的影響較大。

圖2 贛南紅壤不同植被覆蓋有機(jī)碳礦化累積量（28 d）Fig. 2 SOC mineralization accumulation per day of red soil under different vegetation coverage (28 d)

2.2 不同母質(zhì)土壤有機(jī)碳日均礦化量及剖面分布

土壤有機(jī)碳日均礦化量是指單位干土每天礦化的有機(jī)碳數(shù)量(以釋放的CO2-C計(jì)，mg?kg-1?d-1)。圖3～5描述了3種母質(zhì)不同植被覆蓋土壤有機(jī)碳28 d內(nèi)日均礦化量。

花崗巖土壤的3種植被覆蓋中，隨著剖面深度的加深，礦化速率逐漸降低；從總體趨勢上看，有機(jī)碳礦化速率在培養(yǎng)初始階段先上升后逐漸下降。林草地20～40 cm及40～60 cm剖面深度，在培養(yǎng)第3天，土壤有機(jī)碳礦化速率達(dá)到最高值，分別為9.10、8.39 mg?kg-1?d-1；其余剖面在培養(yǎng)第2天達(dá)到最高值；日均礦化量最高值為林草地（0～20 cm）的34.48 mg?kg-1?d-1；培養(yǎng)14 d后，日均礦化量較低且相對穩(wěn)定。

圖3 花崗巖母質(zhì)紅壤有機(jī)碳日均礦化量Fig. 3 Accumulative mineralization of SOC per day from granite parent material

圖4 紅砂巖母質(zhì)紅壤有機(jī)碳日均礦化量Fig. 4 Accumulative mineralization of SOC per day from red sandstone parent material

圖5 第四紀(jì)紅土母質(zhì)紅壤有機(jī)碳日均礦化量Fig. 5 Accumulative mineralization of SOC per day from quaternary red earth parent material

紅砂巖土壤的3種植被覆蓋中，隨著剖面深度的加深，礦化速率逐漸降低；從總體趨勢上看，有機(jī)碳礦化速率隨培養(yǎng)時(shí)間的延長而降低。培養(yǎng)第2天，林草地有機(jī)碳礦化速率在剖面0～20 cm及40～60 cm處達(dá)到最大值，分別為25.90、15.91 mgkg-1d-1；裸地在培養(yǎng)第3天達(dá)到最大值，為15.75 mgkg-1d-1；其余剖面在培養(yǎng)第1天達(dá)到最大值；最大值為灌草地（0～20 cm）的53.68 mgkg-1d-1；培養(yǎng)14 d后，日均礦化量較低且相對穩(wěn)定。

第四紀(jì)紅土的3種植被覆蓋中，隨著剖面深度的加深，礦化速率逐漸降低；從總體趨勢上看，有機(jī)碳礦化速率在培養(yǎng)初始階段先上升后逐漸下降。灌草地20～40 cm剖面深度在培養(yǎng)第3天，有機(jī)碳礦化速率達(dá)到最大值，為23.55 mgkg-1d-1；其余剖面在第2天達(dá)到最大值；最大值為林草地（0～20 cm）的37.00 mgkg-1?d-1；除林草地（0～40 cm）在21 d外，其余剖面在培養(yǎng)14 d后，日均礦化量較低且相對穩(wěn)定。

不同母質(zhì)發(fā)育土壤由于其植被覆蓋不同，以及有機(jī)碳含量、微生物含量等的差異，有機(jī)碳日均礦化量及動態(tài)累積礦化量也不同。在培養(yǎng)過程中，不同土地利用、不同母質(zhì)及剖面深度對有機(jī)碳日均礦化量及動態(tài)累積礦化量均有顯著的影響（P＜0.05），且隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，差異逐漸增大。從有機(jī)碳礦化累積量（28 d）來看，培養(yǎng)14 d，有機(jī)碳礦化量累積量高達(dá)總累積量的70.26%～86.36%。

2.3 不同成土母質(zhì)及植被覆蓋對土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C分配比例影響

土壤有機(jī)碳礦化釋放 CO2-C分配比例是指在一定時(shí)間內(nèi)土壤有機(jī)碳礦化釋放的 CO2-C含量占土壤有機(jī)碳含量的比例。土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C分配比例從某種程度上反映土壤的固碳能力，該比例越低，表明土壤的固碳能力越強(qiáng)；反之則表明土壤固碳能力越弱（Nyamadzawo et al.，2009）。本研究以培養(yǎng)28 d的有機(jī)碳礦化累積量與土壤總有機(jī)碳的比值，作為土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C分配比例。

本實(shí)驗(yàn)中，成土母質(zhì)及植被覆蓋對土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C分配比例有較大影響?；◢弾r、紅砂巖、第四紀(jì)紅土3種母質(zhì)中，裸地土壤有機(jī)碳礦化釋放 CO2-C分配比例分別為 0.66%、1.00%、1.43%，即土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C分配比例：第四紀(jì)紅土＞紅砂巖＞花崗巖；灌草叢土壤有機(jī)碳礦化釋放 CO2-C分配比例分別為 0.34%、0.54%、2.14%，即灌草地土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C分配比例：第四紀(jì)紅土＞紅砂巖＞花崗巖；林草地分配比例分別為0.34%、0.36%、1.63%，即林草地土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C分配比例：第四紀(jì)紅土＞花崗巖＞紅砂巖。第四紀(jì)紅土土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C分配比例最大，固碳能力最弱。從植被覆蓋上看，土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C分配比例：裸地＞灌草地＞林草地，即裸地土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C分配比例最大，固碳能力最弱。本研究中，林草地有較強(qiáng)的固碳能力，原因可能是：（1）凋落物如馬尾松（Pinus massoniana）為針葉，鵝掌柴（Schefflera octophylla）及香樟（Cinnamomum camphora）為革質(zhì)葉，不易被土壤生物破碎、粉碎及被微生物分解（嚴(yán)海元等，2010；武海濤等，2006）；（2）針葉植物的木質(zhì)素含量較高，制約了微生物的分解。因此，其凋落物增加了土壤有機(jī)碳量，可礦化碳含量少，礦化速度慢，因此表現(xiàn)出較強(qiáng)的固碳能力。

2.4 植被覆蓋率對土壤有機(jī)碳礦化量的影響

不同植被覆蓋對土壤有機(jī)碳礦化產(chǎn)生較大影響，首先，植物種豐度和植物功能多樣性對土壤細(xì)菌群落的代謝活性和代謝多樣性呈正比影響；其次，凋落物作為土壤的外源有機(jī)物質(zhì)，進(jìn)入土壤后，會促進(jìn)土壤有機(jī)碳礦化，其礦化過程特征與植物殘?bào)w分解過程特征相似（Xiao et al.，2001；史學(xué)軍等，2009）。一般認(rèn)為凋落物前期的分解速率主要取決于凋落物類型和基本化學(xué)性質(zhì)（Giardina et al.，2001），即革質(zhì)、蠟質(zhì)及針葉喬木植物凋落物，分解過程較為緩慢，而灌木、草本等地面植被層植物等軟質(zhì)和纖維素及木質(zhì)素含量較少的凋落物更易被微生物分解，對土壤有機(jī)碳礦化有較大影響。因此，本研究以植被覆蓋率為研究對象，探討其對有機(jī)碳礦化的影響。本研究中，植被覆蓋率及不同母質(zhì)影響土壤有機(jī)碳及有機(jī)碳礦化累積量。植被覆蓋率與有機(jī)碳礦化量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為 0.753；與總有機(jī)碳呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.874。即同一母質(zhì)中，植被覆蓋率越高，土壤有機(jī)碳礦化累積量及總有機(jī)碳含量越高。有機(jī)碳礦化與總有機(jī)碳呈顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.678，而與微生物量碳相關(guān)性不顯著。

從總體上看，有機(jī)碳礦化量表現(xiàn)為林草地＞灌草地＞裸地。然而，紅砂巖中，由于灌草地植被覆蓋率（75%）大于林草地（60%），因此，有機(jī)碳礦化量表現(xiàn)為灌草地＞林草地＞裸地。3種母質(zhì)中，裸地的有機(jī)碳礦化量均最小，致使活性有機(jī)碳所占比例高，有利于土壤有機(jī)碳礦化（周焱等，2008；Updegraff et al.，1995）。

3 討論

3.1 土壤剖面深度對有機(jī)碳礦化速率的影響

本研究表明，在控制溫度、濕度的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件下，土壤有機(jī)碳培養(yǎng)28 d，花崗巖和第四紀(jì)紅土礦化速率表現(xiàn)為林草地＞灌草地＞裸地＞；而紅砂巖則表現(xiàn)為灌草地＞林草地＞裸地，即林草地與灌草地有機(jī)碳礦化速率較裸地大。從剖面分布看，土壤有機(jī)碳礦化量均隨剖面深度加深而減少，這個(gè)變化趨勢與國內(nèi)外許多研究結(jié)果基本一致（Landgraf et al.，2002；沈芳芳等，2012；李順姬等，2010）；總體上看，林草地和灌草地在0～20 cm與20～40 cm之間降幅較大，原因可能是凋落物及大部分植物根系均分布于土壤表層，為微生物提供足夠的有機(jī)碳源，而土壤微生物數(shù)量和活性又與土壤有機(jī)碳含量有關(guān)，因此，越接近表層土壤，有機(jī)碳礦化量越大。

3.2 不同母質(zhì)對土壤有機(jī)碳礦化的影響

土壤是在母質(zhì)、氣候、生物、地形和時(shí)間五大成土因素綜合作用下隨著時(shí)間的推移而形成的獨(dú)立自然體。成土母質(zhì)是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，其對土壤物理及化學(xué)性質(zhì)有著較大的影響，同時(shí)對土壤中的營養(yǎng)元素有著重要的影響，如有機(jī)碳。本研究中，第四紀(jì)紅土有機(jī)碳及有機(jī)碳礦化量最低，從母質(zhì)起源土壤基本理化性質(zhì)上看，第四紀(jì)紅土母質(zhì)較其他母質(zhì)總有機(jī)碳含量低（韓光中等，2013；鄧萬剛等，2008）。因此，在土壤演變過程中，較低含量的總有機(jī)碳影響著有機(jī)碳的累積量，與其他母質(zhì)及植被覆蓋相比，表現(xiàn)出較低的有機(jī)碳累積量及礦化量，這與韓光中等（2013）的研究結(jié)果一致。他認(rèn)為，第四紀(jì)紅土有機(jī)碳含量低，在其母質(zhì)發(fā)育的水稻土有機(jī)碳循環(huán)過程中，相應(yīng)地，有機(jī)碳累積量也較低；然而，其紅砂巖母質(zhì)發(fā)育的水稻土有機(jī)碳含量則基本不變，原因是紅砂巖母質(zhì)沙粒含量大而黏粒含量小，沙粒易漏水漏肥，有機(jī)碳不易積累，因此，在紅砂巖母質(zhì)發(fā)育的水稻土有機(jī)碳累積量基本不變，與本研究結(jié)果不一致。在今后的工作中，應(yīng)對紅砂巖及第四紀(jì)紅土母質(zhì)發(fā)育的土壤作進(jìn)一步研究，以找出其土壤發(fā)育過程中有機(jī)碳的積累及有機(jī)碳礦化規(guī)律。

3.3 植被覆蓋率對有機(jī)碳礦化的影響

土地利用變化對土壤有機(jī)碳礦化的影響與土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性有關(guān)，即土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤微生物活性碳含量與土壤有機(jī)碳礦化速率呈正相關(guān)，且土壤碳礦化速率隨有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性的提高而下降（Hassink，1995）。由此可見，土壤碳庫含量大小與植被的性質(zhì)具有密切聯(lián)系，例如植物的生活型，這些特征往往與凋落物性質(zhì)有關(guān)，并最終對土壤的碳庫輸入產(chǎn)生影響（戴慧等，2007）。羅友進(jìn)等（2010）通過不同植被覆蓋對土壤有機(jī)碳礦化的影響研究表明，土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C比例大小順序?yàn)楣嗖輩玻境＞G闊葉林＞針闊混交林＞楠竹林，即表明楠竹林的固碳能力最強(qiáng)，灌草叢的固碳能力最弱。戴慧等（2007）通過對浙江天童不同植被覆蓋下有機(jī)碳礦化的研究，發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C比例大小順序?yàn)楣鄥玻静鑸@＞馬尾松林＞毛竹林＞木荷林＞杉木林＞裸地＞金錢松林＞栲樹林，即灌叢、茶園、馬尾松林和毛竹林土壤的固碳能力較弱，這與本研究中灌草地土壤有機(jī)碳礦化釋放CO2-C分配比例較大，而固碳能力較弱的研究結(jié)果一致。本研究中，喬木層以馬尾松、鵝掌柴、苦楝Melia azedarach和香樟為主，馬尾松為針葉植物，鵝掌柴葉革質(zhì)，其凋落物均具有難分解的特性，因此，凋落物分解緩慢，且基質(zhì)差是影響土壤有機(jī)碳礦化的直接因素。

本實(shí)驗(yàn)以贛南地區(qū)植被退化過程中，不同母質(zhì)發(fā)育及植被覆蓋土壤為研究對象，探討植被退化過程中植被覆蓋率對土壤有機(jī)碳礦化的影響。結(jié)果表明，植被覆蓋率與土壤有機(jī)碳礦化呈顯著相關(guān)關(guān)系，即同一母質(zhì)，植被覆蓋率越高，有機(jī)碳礦化量越大，原因是植被凋落物及根系分泌物為土壤提供有機(jī)質(zhì)，植被覆蓋率越大，所能提供的有機(jī)質(zhì)越多，同時(shí)，草本植物、灌木凋落物所富含的活性有機(jī)碳比喬木層的針葉植物及革質(zhì)葉植物多，其有機(jī)碳更易被礦化（Updegraff et al.，1995；Mehari et al.，2016），而林草地則表現(xiàn)出較強(qiáng)的固碳能力。

3.4 土壤總有機(jī)碳及微生物量碳對有機(jī)碳礦化的影響

土壤有機(jī)碳是土壤碳庫的重要組成部分，土壤有機(jī)碳經(jīng)微生物分解作用礦化釋放CO2。本實(shí)驗(yàn)中，有機(jī)碳礦化與總有機(jī)碳呈顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為 0.678，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果一致（李順姬等，2010），土壤有機(jī)碳為微生物提供充足的養(yǎng)分，因此，總有機(jī)碳量越大，有機(jī)碳礦化累積量就越大。然而，微生物量碳與有機(jī)碳礦化量之間不存在顯著相關(guān)性，原因是本實(shí)驗(yàn)中，土壤微生物不是有機(jī)碳礦化的限制因素，因此，有機(jī)碳礦化量不隨微生物的增減而增減，也即它們之間未能達(dá)到動態(tài)平衡。

4 結(jié)論

本研究主要探討贛南地區(qū)3種不同母質(zhì)（花崗巖、紅砂巖以及第四紀(jì)紅土）土壤在不同植被覆蓋（林草地、灌草地、裸地）下土壤有機(jī)碳礦化變化規(guī)律及與地面植被層覆蓋率的關(guān)系。結(jié)果表明：

（1）花崗巖和第四紀(jì)紅土母質(zhì)有機(jī)碳礦化速率表現(xiàn)為林草地＞灌草地＞裸地＞；紅砂巖母質(zhì)有機(jī)碳礦化速率表現(xiàn)為灌草地＞林草地＞裸地，裸地有機(jī)碳礦化速率較其他植被覆蓋低。

（2）有機(jī)碳日均礦化量隨土壤深度及培養(yǎng)時(shí)間（28 d）的增加而降低；培養(yǎng)14 d，有機(jī)碳礦化累積量高達(dá)總量的70.26%～86.36%；培養(yǎng)14 d后，有機(jī)碳日均礦化量較小且相對穩(wěn)定。

（3）不同母質(zhì)及植被覆蓋對土壤有機(jī)碳釋放CO2-C分配比例有較大影響。第四紀(jì)紅土有機(jī)碳釋放CO2-C分配比例最大，而固碳能力較弱；裸地土壤有機(jī)碳礦化釋放 CO2-C分配比例最大，固碳能力較弱。

（4）植被覆蓋率與有機(jī)碳礦化量呈顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.753；與總有機(jī)碳呈極顯著相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.874；有機(jī)碳礦化與總有機(jī)碳呈顯著相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.678，而與微生物量碳相關(guān)性不顯著。

FANG C, SMITH P, MONCRIEFF J B, et al. 2005. Similar response of labile and resistant soil organic matter pools to changes intemperature [J]. Nature, 433(7021): 57-59.

FUGEN D, ALAN L W, FRANK M H. 2008. Sensitivity of labile soil organic carbon to tillage in wheat-based cropping systems [J]. Soil Biology & Bio-chemistry, 72(5): 1445-1453.

GIARDINA C P, RYAN M G, HUBBARD R M, et al. 2001. Tree species and soil textural controls on carbon and nitrogen mineralization rates [J]. Soil Science Society American Journal, 65(4): 1272-1279.

HASSINK J. 1995. Density fractions of soil macro-organic matter andmicrobial biomass as predictors of C and N Mineralization [J]. Soil Biology and Biochemistry, 27(8): 1099-1108.

LANDGRAF D, KLOS S. 2002. Mobile and readily available C and N fractions and their relationship to microbial biomass and selected enzyme activities in a sandy soil under different management systems [J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 165(1): 9-16.

MEHARI A.,TESFAYE, FELIPE BRAVO, et al. 2016. Impact of changes in land use, species and elevation on soil organic carbon and total nitrogen in Ethiopian Central Highlands[J]. Geoderma, 261 :70-79.

MOSCATELLI M C, TIZIO A D, MARINARI S, et al. 2007. Microbial indicators related to soil carbon in Mediterranean land use systems [J]. Soil & Tillage Research, 97(1): 51-59.

NYAMADZAWO G, NYAMANGARA J, NYAMUGAFATA P, et a1. 2009. Soil microbial biomass and mineralization of aggregate protected carbon in fallow-maize systems under conventional and no-tillage in Central Zimbabwe [J]. Soil & Tillage Research, 102(1): 151-157.

TRUMBORE S. 2006. Carbon respired by terrestrial ecosystem-recent progress and challenges [J]. Global Change Biology, 12(2): 141-153.

UPDEGRAFF K, PASTOR J, BRIDGHAM S D, et a1. 1995. Environmental and substrate controls over carbon and nitrogen mineraliration in northern wetlands [J]. Ecological Applications, 5(1): 151-163.

WANG G B, ZHOU Y, XU X, et al. 2013. Temperature sensitivity of soil organic carbon mineralization along an elevation gradient in the Wuyi Mountains, China [J]. PlOS ONE, 8(1): 173-185.

XIAO H L, ZHENG X J. 2001. Effects of Plant Diversity on Soil Microbes [J]. Soil and Environmental Sciences, 10(3): 238-241.

艾麗, 吳建國, 朱高, 等. 2007. 祁連山中部高山草甸土壤有機(jī)碳礦化及其影響因素研究[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 16(5): 22-33.

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

鄧萬剛,吳蔚東,陳明智. 2008. 土地利用方式及母質(zhì)對土壤有機(jī)碳的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 17(3):1130-1134.

韓光中, 張甘霖, 李德成. 2013. 南方丘陵區(qū)三種母質(zhì)水耕人為土有機(jī)碳的累積特征與影響因素分析[J]. 土壤, 45(6): 978-984.

李杰, 魏學(xué)紅, 柴華, 等. 2014. 植被覆蓋對千煙洲森林土壤碳礦化及其溫度敏感性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 25(7): 1919-1926.

李慶逵. 1983. 中國紅壤[M]. 北京: 科學(xué)出版社: 1-3.

李順姬, 邱莉萍, 張興昌. 2010. 黃土高原土壤有機(jī)碳礦化及其與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 30(5): 1217-1226.

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

魯如坤. 1999. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社: 107-108.

羅友進(jìn), 趙光, 高明, 魏朝富, 等. 2010. 不同植被覆蓋對土壤有機(jī)碳礦化及團(tuán)聚體碳分布的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 24(6): 117-122.

邵月紅, 潘劍君, 孫波. 2005. 不同森林植被下土壤有機(jī)碳的分解特征及碳庫研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 19(3): 24-28.

沈芳芳, 袁穎紅, 樊后保, 等. 2012. 氮沉降對杉木人工林土壤有機(jī)碳礦化和土壤酶活性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 32(2): 517-527.

盛浩, 李潔, 周萍, 等. 2015. 土地利用變化對花崗巖紅壤表土活性有機(jī)碳組分的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 24(7): 1098-1102.

史學(xué)軍, 潘建君, 陳錦盈, 等. 2009. 不同類型凋落物對土壤有機(jī)碳礦化的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 30(6): 1832-1837.

陶寶先, 宋長春. 2015. 氮素形態(tài)對泥炭沼澤土壤有機(jī)碳礦化的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 24(3): 372-377.

王紹強(qiáng), 周成虎, 李克讓, 等. 2000. 中國土壤有機(jī)碳庫及空間分布特征

分析[J]. 地理學(xué)報(bào), 55(5): 533-544.

武海濤, 呂憲國, 楊青. 2006. 濕地草本植物枯落物分解的影響因素[J].生態(tài)學(xué)雜志, 25(11): 1405-1411.

吳建國, 張小全, 徐德應(yīng). 2004. 六盤山林區(qū)幾種植被覆蓋對土壤有機(jī)碳礦化影響的比較[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 28(4): 530-538.

吳君君, 楊智杰, 劉小飛, 等. 2015. 火燒和保留采伐剩余物對土壤有機(jī)碳礦化的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 52(1): 203-211.

嚴(yán)海元, 辜夕容, 申鴻. 2010. 森林凋落物的微生物分解[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 29(9): 1827-1835.

周莉, 李保國, 周廣勝. 2005. 土壤有機(jī)碳的主導(dǎo)影響因子及其研究進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展, 20(1): 99-105.

周焱, 徐憲根, 阮宏華, 等. 2008. 武夷山不同海拔高度土壤有機(jī)碳礦化

速率的比較[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 27(11): 1901-1907.

Study on Organic Carbon Mineralization of Red Soil Developed from Different Parent Materials and Vegetation Coverage

QIN Linghua1, XU Xiangming2*, LENG Xiong2, HUANG Yan2, ZHANG Yi2

1. College of Life and Environment Science, Gannan Normal University, Ganzhou 341000, China; 2. College of Geography and Planning, Gannan Normal University, Ganzhou 341000, China

In order to reveal the dynamic change of soil organic carbon (SOC) mineralization developed from different parent materials and vegetation coverage. Soil samples developed from three parent materials (the granite, red sandstone and quaternary red earth) under different vegetation coverage (woodland, shrub land and bare land) were selected in Gannan area, Jiangxi province, to explore the dynamic change of soil organic carbon mineralization by using incubation method. The results show that, (1) As to soils developed from granite and quaternary parent materials, the rank of SOC mineralization rate was woodland＞shrub land＞bare land. While the rank was shrub land＞woodland＞bare land as to soils developed from red sandstone parent material. In summary, the mineralization rate of bare land was lower than the other two vegetation coverage. (2) The mineralization accumulation per day deceased as the increase of soil horizon depth and cultivate time. The mineralization accumulation of the former 14 days occupied 70.26% to 86.36% of the total accumulation. The SOC mineralization accumulation was positive correlated with vegetation coverage significantly at the level of P＜0.05. And (3) the parent materials and vegetation coverage impact on the ratio of CO2-C released by mineralization. The ratio was higher of red soil developed from quaternary than the other two parent materials, and the ratio was higher of bare land red soil compared with the other vegetation coverage which means lower carbon sequestration capacity.

Gannan; red soil; soil organic carbon mineralization; vegetation coverage

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.09.005

X171

A

1674-5906（2016）09-1453-08

覃靈華, 徐祥明, 冷雄, 黃艷, 張羿. 2016. 贛南不同母質(zhì)及植被覆蓋紅壤有機(jī)碳礦化研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 25(9): 1453-1460.

QIN Linghua, XU Xiangming, LENG Xiong, HUANG Yan, ZHANG Yi. 2016. Study on organic carbon mineralization of red soil developed from different parent materials and vegetation coverage [J]. Ecology and Environmental Sciences, 25(9): 1453-1460.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41301226）；江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20132BAB213020）；江西省教育廳青年科學(xué)基金項(xiàng)目（GJJ13645）;贛南師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目

覃靈華（1981年生），女，講師，研究方向?yàn)橥寥郎鷳B(tài)環(huán)境。E-mail: qlhua2006@163.com *通信作者。E-mail: xmingx2007@163.com

2016-07-27