連玉珍，劉合滿，曹麗花，韓曉浩，馬和平，*

(1.西藏農牧學院 高原生態(tài)研究所，西藏 林芝 860000； 2.西藏高原森林生態(tài)教育部重點實驗室，西藏 林芝 860000； 3.西藏林芝高山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，西藏 林芝 860000； 4.信陽農林學院，河南 信陽 464000； 5.西藏農牧學院 資源與環(huán)境學院，西藏 林芝 860000)

土壤有機碳是土壤的重要質量指標之一，是土壤顆粒團聚的重要膠結物質，可以將土壤中的細小顆粒團聚膠結成為大顆粒，即土壤團聚體，從而起到穩(wěn)定土壤結構的作用。土壤團聚體是指存在于土壤中的大小不同、形狀不一，有不同孔隙度、機械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性的團聚體總和[1]。土壤團聚體可以有效隔離內部有機碳與土壤微生物及空氣，從而有效降低有機碳分解損失的風險。根據粒徑大小，土壤團聚體可分為大團聚體(≥0.25 mm)和微團聚體(<0.25 mm)。

研究表明，土壤團聚體有機碳(soil aggregates organic carbon， SAOC)含量在不同粒徑團聚體之間存在差異，并受人類活動的顯著影響[2]。周恒等[3]對不同生長年限紫花苜蓿土壤團聚體的研究發(fā)現，粒徑<0.106 mm的團聚體是土壤有機碳的主要載體；肖霜霜等[4]研究表明，大團聚體的有機碳含量要高于微團聚體。不同土地利用方式對土壤的物理擾動不同，會顯著影響土壤的團聚屬性，同時決定有機物質輸入的數量和質量，使得輸入到土壤中的有機碳量及賦存狀態(tài)表現出一定的差異。因此，不同土地利用和管理方式下土壤團聚體的分布及有機碳含量特征等受到了相關研究的廣泛重視：Wang等[5]研究表明，水稻土中土壤有機碳(soil organic carbon， SOC)含量與水穩(wěn)性大團聚體的相關性高于蔬菜土壤；Qian等[6]關于撂荒地和由撂荒地轉變而來的10 a耕地的對比研究發(fā)現，耕地土壤中微團聚體有機碳含量高于撂荒地。

西藏是青藏高原的核心區(qū)和氣候變化的敏感區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱，土地利用方式一旦改變很難自然恢復。研究不同土地利用方式對土壤團聚體及其有機碳含量的影響，對于進一步認識陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤碳庫的穩(wěn)定性和碳循環(huán)意義重大。目前已有學者就西藏的農田[7]、草地[8]、林地[9]等單一土地利用方式下的土壤團聚體進行了研究，并以土壤抗蝕性等物理特性為研究重點，但鮮有針對同一區(qū)域不同土地利用方式土壤有機碳差異性的研究報道。為此，本研究以西藏東南部林芝市八一鎮(zhèn)為研究區(qū)域，選擇農用地(耕地、蔬菜大棚)、撂荒地、草地、次生林地為研究對象，對比分析各土地利用方式對0～10、10～20 cm土層土壤團聚體及其有機碳(soil organic carbon， SOC)、易氧化有機碳(labile organic carbon， LOC)含量與分布的影響，旨在揭示不同土地利用方式對土壤結構及有機碳庫的擾動差異，以期為提高土壤質量、最大限度地發(fā)揮土地生態(tài)效益提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于西藏林芝市巴宜區(qū)八一鎮(zhèn)(26°52′～30°40′N，92°09′～98°47′E)，該區(qū)地處西藏東南部，雅魯藏布江中下游，受印度洋暖濕氣流的影響，屬溫帶濕潤與半濕潤性季風氣候。氣候特點主要表現為：日照充足，年平均氣溫8.7 ℃；雨水充沛，年降水量650 mm，集中在6—9月；年均無霜期180 d。該區(qū)地形落差較大，最高處海拔7 756 m，最低處僅500 m，平均海拔3 000 m。林芝地區(qū)植被類型豐富，森林覆蓋率達46.09%[10]。土壤主要有黃棕壤、棕壤、暗棕壤等類型。農業(yè)生產模式為一年一熟制。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇與樣品采集

采樣于2018年7月進行，選擇八一鎮(zhèn)耕地(FL)、蔬菜大棚(VG)、撂荒地(AL)、草地(GL)、次生林地(SF)為研究樣地。

耕地：主要種植青稞(HordeumvulgareL.)、油菜(BrassicanapusL.)、小麥(TriticumaestivumlL.)，耕種年限10 a以上，施肥以化學肥料，如碳酸氫銨、過磷酸鈣等為主。研究樣地前茬均撂荒，采樣時種植油菜與青稞，且處于成熟期。

蔬菜大棚：由農用地改建而來，主要種植青菜，如油麥菜(Lactucasativavar.longifoliaf. Lam)、闊白菜(BrassicapekinensisL.)、上海青(BrassicachinensisL.)、番茄(LycopersiconesculentumMill.)、茄子(SolanummelongenaL.)等，已有10 a種植年限，施肥以農家肥(豬糞、牛糞)為主，采樣時蔬菜處于已收獲或待收獲時期。

撂荒地：撂荒前種植青稞、小麥，采樣時已撂荒3 a，植被以緊貼地面生長的禾草類、苔草類為主，其次是委陵菜(PotentillachinensisSer.)、槲蕨(DrynariaroosiiNakaike)、老鸛草(GeraniumwilfordiiMaxim.)等植物。

次生林地：系部分砍伐后的天然林地經自然恢復形成的以川滇高山櫟(Quercusaquifolioides)、楊樹(PopulusL.)、三花杜鵑(RhododendrontriflorumHook.)、云南錦雞兒(CaraganafranchetianaKom.)等植物為主的林灌地。

草地：主要生長禾草類、苔草類、寬柱鳶尾(Irislatistyla)、草玉梅(Anemonerivularis)等植物。

各研究樣地的基本情況見表1，其中干擾強度依據樣地附近有無農業(yè)活動及牲畜糞便所占樣地的比例確定[11]。

采樣時，在每類土地分別選擇3個地貌特征相似(無明顯坡度差異)的樣地，每個樣地沿“S”型設置5個采樣點，分別采集0～10、10～20 cm兩層原狀土壤，5個點混合成一個土樣，盡量保持原狀土壤結構，同時采集環(huán)刀土。將土樣帶回實驗室，撿去可見的樹根、石礫、動植物體等，放置于室內陰涼通風處自然風干。研究區(qū)土壤的物理性質如表2所示。

1.2.2 團聚體分離方法

在土樣風干過程中，沿土壤自然裂隙將土樣中的大土塊剝成直徑約1 cm的小土塊[12]，完全風干后，采用干篩法[13]分離得到≥2 mm、0.5～2 mm、0.25～0.5 mm、<0.25 mm共4級土壤團聚體(風干土樣均分成4份，對角土樣各篩一次，每次干篩土樣在200 g左右)，將篩分的各級團聚體分別稱量，計算各級團聚體的比例，再將每一級團聚體研磨后過0.147 mm篩孔，測定各粒徑團聚體中的有機碳含量。

表1 研究樣地的基本情況

Table 1 Basic condition of the sample plots

土地利用方式Land use type海拔Altitude/m坡度Gradient/(°)覆蓋度Coverage/%干擾強度Disturbance intensity樣地面積Sampling areaFL3076340～60重度High10 m×10 mVG3077030～50重度High10 m×5 mAL31215>60輕度Low20 m×20 mGL323811>90輕度Low20 m×10 mSF310614>80輕度Low20 m×10 m

表2 研究區(qū)土壤的物理性質

Table 2 Physical properties of soil in research area

土層Soil layer/cm土地利用方式Land use typepH含水率Water content/%容重Bulk density/(g·cm-3)總孔隙度Total porosity/%0～10FL5.97 ± 0.129.20 ± 3.911.22 ± 0.1453.99 ± 5.39VG5.30 ± 0.1015.18 ± 8.771.13 ± 0.0657.29 ± 2.33AL5.67 ± 0.1233.73 ± 3.051.16 ± 0.1156.23 ± 4.04GL5.57 ± 0.1253.97 ± 32.871.04 ± 0.3160.82 ± 11.85SF5.33 ± 0.1527.19 ± 12.981.08 ± 0.2259.36 ± 8.2010～20FL6.10 ± 0.179.77 ± 5.251.33 ± 0.1249.89 ± 4.62VG5.47 ± 0.0619.12 ± 9.571.19 ± 0.1355.07 ± 5.06AL5.80 ± 0.1029.32 ± 2.871.29 ± 0.0551.42 ± 1.97GL6.00 ± 0.1030.20 ± 4.861.32 ± 0.1250.29 ± 4.54SF5.65 ± 0.1518.80 ± 5.531.16 ± 0.2956.11 ± 10.88

1.2.3 樣品分析方法

全土及團聚體中有機碳、LOC含量分別采用K2Cr2O7-濃H2SO4氧化法[14]、KMnO4(333 mmoL·L-1)氧化法[15]測定；土壤含水率、容重分別采用105 ℃烘干法、環(huán)刀法測定；土壤pH值采用酸度計測定(浸提液水土質量比2.5∶1)。

1.3 數據分析

采用SPSS 17.0對數據進行正態(tài)分布檢驗和單因素方差分析，對有顯著(P<0.05)差異的處理采用LSD法進行多重比較。

團聚體對土壤有機碳、LOC的貢獻率參照李娟等[16]所用公式計算。

2 結果與分析

2.1 團聚體含量特征

研究區(qū)不同土層的土壤團聚體含量在5.80%～66.98%和4.45%～63.51%(表3)。不同土地利用方式不同土層下，都以0.25～0.5 mm的團聚體含量最低。在0～10 cm土層，不同土地利用方式下≥2 mm團聚體的含量表現為GL>AL>SF>VG>FL，從農用地、次生林地、撂荒地到草地基本呈增加趨勢，GL、AL、SF與農用地之間差異顯著(P<0.05)；<0.25 mm團聚體的分布規(guī)律基本與之相反，表現為GL

計算大團聚體含量，結果表明：在0～10 cm土層，大團聚體含量從大到小為GL>SF>AL>VG>FL；在10～20 cm土層，大團聚體含量從大到小為GL>AL>VG>FL>SF。由此可見，自然生態(tài)系統(tǒng)，如草地、撂荒地含有較高比例的大團聚體。

2.2 團聚體有機碳含量及分布

如表4所示，不同土地利用方式不同土層各粒徑的團聚體有機碳含量均表現為0～10 cm>10～20 cm。在0～10 cm土層：VG處理的0.5～2 mm和0.25～0.5 mm的團聚體SAOC含量顯著(P<0.05)高于<0.25 mm的團聚體；SF處理的0.25～0.5 mm的團聚體SAOC含量顯著(P<0.05)高于<0.25 mm的團聚體；其他土地利用方式下不同粒徑的團聚體SAOC含量無顯著差異。在10～20 cm土層，各土地利用方式下不同粒徑的團聚體SAOC含量均無顯著差異。

在0～10 cm土層，各粒徑團聚體的SAOC含量均表現為GL>SF>VG>FL>AL，含量范圍為13.49～63.26 g·kg-1，且GL、SF各粒徑團聚體的SAOC含量均顯著(P<0.05)高于其他土地利用方式，說明自然生態(tài)系統(tǒng)的SAOC含量較高。不同土地利用方式下不同粒徑團聚體的SAOC含量最大值分布如下：FL和VG均出現在0.5～2 mm，AL和SF均出現在0.25～0.5 mm，GL出現在≥2 mm，即都出現在大團聚體中。在10～20 cm土層，不同土地利用方式下各粒徑團聚體SAOC含量在7.56～25.33 g·kg-1，各粒徑下都以AL的顯著(P<0.05)低于其他土地利用方式。

表3 不同土地利用方式0～20 cm土層的團聚體含量(干篩)

Table 3 Proportion of soil aggregate under different land use types in 0-20 cm soil layer (dry sieving) %

土層Soil layer/cm粒徑Particle size/mmFLVGALGLSF0～10≥232.28±3.09 dB44.40±0.56 cA59.84±4.73 bA66.98±4.97 aA55.66±1.53 bA0.5～217.21±2.62 abC19.64±1.30 aC14.74±3.35 bB17.81±1.98 abB18.30±0.46 abB0.25～0.59.39±2.38 abD10.22±0.50 aD5.80±2.00 cC7.37±1.29 bcC8.52±0.50 abC<0.2541.12±1.03 aA25.74±1.66 bB19.62±4.65 cB7.84±1.72 dC17.52±1.53 cB10～20≥248.27±6.41 bA48.24±1.71 bA63.51±1.02 aA59.25±2.12 aA36.28±3.44 cA0.5～214.83±1.76 bC19.43±3.77 aB11.90±2.15 bC22.05±1.02 aB19.74±0.41 aB0.25～0.57.86±0.82 cC10.48±1.51 abC4.45±1.25 dD9.04±0.87 bcC11.44±0.85 aC<0.2528.91±4.00 aB21.85±3.79 bB20.14±2.76 bB9.66±2.70 cC32.54±2.25 aA

同行數據后無相同小寫字母或同列數據后無相同大寫字母的表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Data marked without the same lowercase letters in the same row or uppercase letters in the same column indicated significant difference atP<0.05. The same as below.

表4 不同土地利用方式0～20 cm土層SAOC含量

Table 4 SAOC content in 0-20 soil layer under different land use types g·kg-1

土層Soil layer/cm粒徑Particle size/mmFLVGALGLSF0～10≥221.67±0.18 bA24.73±3.92 bAB18.00±4.21 bA63.26±21.40 aA47.92±7.39 aAB0.5～226.21±4.74 bA28.48±2.77 bA18.16±4.67 bA61.08±14.76 aA47.28±4.96 aAB0.25～0.525.62±4.17 bA25.97±0.94 bA20.33±5.39 bA60.56±15.59 aA55.96±3.48 aA<0.2518.62±5.18 bA20.64±1.99 bB13.49±5.94 bA47.58±26.58 aA43.74±1.21 aB10～20≥219.21±4.21 aA19.37±2.23 aA8.13±2.83 bA25.04±5.80 aA23.65±0.92 aA0.5～222.23±5.11 aA25.33±4.65 aA8.53±4.27 bA19.65±3.78 aA24.13±2.42 aA0.25～0.522.78±5.66 aA20.51±7.88 aA11.17±0.68 bA22.16±3.60 aA20.91±3.23 aA<0.2516.99±4.03 bA19.06±1.31 abA7.56±3.60 cA17.96±5.31 abA25.23±5.09 aA

除SF外，其他土地利用方式不同粒徑團聚體SAOC含量的最大值均出現在大團聚體中。

不同土地利用方式各粒徑團聚體SAOC含量隨土層加深降幅不同，農用地各粒徑團聚體SAOC含量的降幅最小，可能與耕層土壤受物理擾動較大及地面枯落物較少有關。

2.3 團聚體易氧化有機碳含量及分布

LOC是土壤中易被氧化分解、周轉較快的一部分碳，可以反映土壤有機碳庫早期的變化特征。研究區(qū)0～10 cm和10～20 cm土壤團聚體的LOC含量在2.31～10.41 g·kg-1和1.26～3.51 g·kg-1(表5)。農用地各粒徑團聚體未表現出明顯的土層差異，其他土地利用方式下各粒徑團聚體的LOC含量均表現為0～10 cm土層高于10～20 cm土層，土壤碳庫穩(wěn)定性較差。

在0～10 cm土層，團聚體LOC含量以GL最高，AL最低，兩者差異顯著(P<0.05)。各土地利用方式下各粒徑團聚體LOC的最大值均分布于大團聚體中。整體來看，與微團聚體相比，大團聚體富集的LOC含量較高。

2.4 團聚體對土壤有機碳和易氧化有機碳的貢獻

不同土地利用方式下，團聚體對SOC和LOC的貢獻率差異較大(表6、7)，但除0～10 cm FL和10～20 cm SF外，基本以≥2 mm團聚體對SOC和LOC含量的貢獻率最大。結合SOC、LOC含量最大值主要分布在大團聚體中(SF 10～20 cm土層除外)(表4、5)，可以認為，大團聚體是土壤有機碳的主要貯存場所，其在土壤中的穩(wěn)定性及含量變化可能影響土壤碳循環(huán)。

3 討論

3.1 不同土地利用方式對土壤團聚體含量的影響

土壤有機質是土壤有機碳的主要來源，同時為土壤顆粒團聚提供膠結物質，決定著土壤中的大團聚體含量。≥0.25 mm團聚體是土壤中最好的結構體[17]，是決定土壤結構穩(wěn)定性的關鍵團聚體。本研究發(fā)現，GL、AL、SF表層土壤中≥2 mm團聚體含量顯著高于農用地，說明自然生態(tài)系統(tǒng)的土壤結構較好，這是由表層土壤較多的有機質輸入量和較少的人為干擾決定的，與魏亞偉

表5 不同土地利用方式0～20 cm土層LOC含量

Table 5 LOC content in 0-20 cm soil layer under different land use types g·kg-1

土層Soil layer/cm粒徑Particle size/cmFLVGALGLSF0～10≥23.31±0.13 bcA2.94±0.40 cAB2.47±0.31 cA8.83±2.67 aA5.88±1.77 bA0.5～23.44±0.49 bA3.28±0.57 bAB3.09±0.32 bA10.41±4.37 aA5.78±0.71 bA0.25～0.53.61±0.31 abA3.57±0.38 abA3.30±0.22 cA9.32±2.66 aA5.58±0.45 bA<0.252.31±0.51 bB2.56±0.34 bB2.46±0.87 bA5.63±1.83 aA4.54±0.54 aA10～20≥23.05±0.36 aA3.31±0.60 aA1.30±0.60 bA2.48±1.08 abA2.21±0.47 abA0.5-23.36±0.58 aA2.97±0.01 aA1.47±0.17 bA1.99±0.78 bA2.10±0.36 bA0.25-0.53.51±0.54 aA3.29±0.14 abA1.65±0.40 cA1.96±0.60 cA2.08±0.62 bcA<0.252.83±0.47 aA2.77±0.51 aA1.26±0.54 bA1.80±0.46 abA2.44±1.22 abA

表6 各粒徑團聚體對土壤有機碳含量的貢獻率

Table 6 Contribution rates of soil aggregate to SOC content %

土層Soil layer/cm粒經Particle size/mmFLVGALGLSF0～10≥236.41±4.02 bAB46.02±6.84 abA56.91±16.92 abA72.80±30.17 aA58.22±9.40 abA0.5～225.60±5.11 aBC23.56±3.67 abB14.12±5.52 cB18.13±2.50 bcB18.86±1.78 abcB0.25～0.513.68±2.58 aC11.14±0.85 bC6.08±2.47 cB7.34±0.64 cB10.41±0.84 bB<0.2544.52±16.67 aA22.24±1.65 bB12.91±3.04 bcB5.82±2.21 cB16.74±1.91 bcB10～20≥239.54±5.00 bA39.39±5.59 bA33.14±11.31 bA68.56±13.19 aA38.50±2.28 bA0.5～214.56±4.87 aB20.51±3.93 aAB6.92±4.19 bB20.03±2.96 aB21.45±2.59 aB0.25～0.57.84±2.32 abC9.34±4.62 aC3.20±0.98 bB9.39±2.31 aB10.80±2.16 aC<0.2521.76±7.63 bAB17.48±2.88 bcB9.37±3.45 cB7.69±0.94 cB37.27±10.25 aA

表7 各粒徑團聚體對土壤易氧化有機碳含量的貢獻率

Table 7 Contribution rates of soil aggregate to LOC content %

土層Soil layer/cm粒經Particle size/mmFLVGALGLSF0～10≥229.06±2.96 bA35.64±4.64 bA42.67±8.26 bA68.06±25.57 aA45.22±13.93 abA0.5～217.43±1.27 abB17.69±3.91 abB13.26±4.08 bB20.37±6.23 aB14.57±1.47 abB0.25～0.510.07±1.46 aB10.01±1.55 aC5.41±1.60 cB7.55±1.03 bB6.55±0.15 bB<0.2528.63±7.79 aA17.90±1.32 bB13.21±3.54 bB4.78±0.47 cB10.98±1.42 bcB10～20≥242.68±0.29 abA41.05±7.03 abA60.05±26.99 aA39.66±15.73 abA26.58±5.16 bA0.50～214.79±4.15 aC14.89±2.87 aB12.83±3.22 aB11.86±4.45 aB13.85±2.10 aAB0.25～0.58.14±1.82 abC8.90±1.52 aB5.44±2.21 abB4.91±1.92 bB8.07±2.96 abB<0.2524.33±6.96 aB15.84±5.45 abB17.74±5.41 abB4.65±1.34 bB27.12±15.35 aA

等[18]研究結果類似。農用地團聚體之間的比較顯示，VG表層土壤中≥0.25 mm團聚體含量高于FL，說明VG土壤結構優(yōu)于FL，這與2種農用地的翻耕強度及施肥種類有關。經調查得知，研究區(qū)蔬菜大棚靠近藏豬、牛養(yǎng)殖場，施肥以豬糞、牛糞為主，而耕地則施用化肥。這一結果與Huang等[19]一致。有學者認為，由農耕地轉變而來的撂荒地隨撂荒時間延長，表層土壤將首先趨于粗質化，粉、黏粒下降[20]，不利于土壤團聚結構的形成；但另有研究顯示，坡耕地撂荒后導致粉、黏團聚體含量下降，并主要向2～0.25 mm團聚體轉化[21]，本研究結果與之相似，相比耕地，撂荒地<0.25 mm微團聚體含量下降，并主要向≥2 mm的大團聚體轉化，導致大團聚體含量增加。

本研究還發(fā)現，草地、次生林地和撂荒地的開墾將導致≥2 mm大團聚體的破碎，并主要向微團聚體轉化，FL、VG與GL、SF、AL相比，≥2 mm團聚體含量分別下降107%、72%、85%，51%、25%、35%，而<0.25 mm團聚體含量分別上升81%、57%、52%，70%、32%、24%，說明草地、林地有利于大團聚體結構的形成，開墾后會導致其原有的土壤結構變差，而農用地撂荒后有利于改善其土壤結構，這與張祎等[22]研究結果基本一致。

3.2 不同土地利用方式對團聚體有機碳與易氧化有機碳的影響

本研究發(fā)現，八一鎮(zhèn)不同土地利用方式對表層土壤有機碳的含量影響明顯，SOC、LOC含量以草地最高，其次是次生林地，且二者與農用地和撂荒地SOC、LOC含量差異顯著，這一結果與王浩等[23]相似。這是因為，研究區(qū)草地、林地具有較高的植被覆蓋度和較少的人為干擾，豐富的植被凋落物和根系分泌物增加了土壤有機碳來源。耕地與蔬菜大棚SAOC和團聚體LOC含量均低于草地和林地，主要是因為前者土層的頻繁擾動破壞了大團聚體結構，同時增加了土壤與空氣的接觸面積，加速了有機碳的分解，且作物秸稈多用于飼養(yǎng)豬、牛等牲畜，還田量較少，導致農用地土壤有機碳貯存量較少。因此，八一鎮(zhèn)耕地應轉變現有的管理方式，通過配施有機肥或秸稈還田以改善土壤結構，提高土壤肥力[24]。撂荒地SAOC和LOC含量較低，可能是因為撂荒年限尚短(3 a)，地上植被生物量和地下根系生物量低于草地和林地，導致其有機質輸入相對較少[25]。

團聚體對土壤有機碳的物理保護作用使其成為土壤有機碳的重要貯存庫[26]。已有研究表明，不同粒徑團聚體的物理保護能力存在差異[27]，可能對土壤碳匯功能產生影響。本研究發(fā)現，不同土地利用方式下大團聚體的有機碳含量總體高于微團聚體，但這種差異未達顯著水平，這與Gelaw等[28]的研究結果一致。團聚體對土壤SOC和LOC的貢獻率顯示，≥2 mm團聚體的貢獻率最高，說明其對土壤有機碳的固定能力較強，具有一定的碳匯效應，這與李輝信等[27]研究結果基本一致。但由于大團聚體易受土地利用方式的影響而分離破碎，因此應實施保護性耕作方式，減少對草地、林地的人為干擾，這對于維持土壤有機碳庫的穩(wěn)定性至關重要。