全 文 ：放牧干扰对岷江上游山地森林 /干旱河谷交错带
土壤活性有机碳的影响*
刘珊珊摇 张兴华摇 宫渊波**摇 李摇 渊摇 王摇 燕摇 尹艳杰摇 马金松摇 郭摇 挺
(四川农业大学长江上游林业生态工程四川省重点实验室, 四川雅安 625014)
摘摇 要摇 研究放牧干扰对岷江上游山地森林鄄干旱河谷交错带人工刺槐林、人工杨柳林、锥花
小檗灌丛和草地 4 种植被类型土壤有机碳含量和活性组分的影响.结果表明:各放牧强度下,
0 ~ 10 cm土层土壤有机碳及其活性组分含量大于 10 ~ 20 cm 土层.随放牧强度的增加,人工
刺槐林表层(0 ~ 10 cm)土壤总有机碳(TOC)、轻组有机碳(LFOC)、颗粒有机碳(POC)和易氧
化碳(LOC)含量呈逐渐降低趋势;人工杨柳林表层土壤 LFOC 含量呈降低趋势,POC 含量呈
升高趋势,TOC和 LOC含量先降低再升高;锥花小檗灌丛土壤 POC 含量呈降低趋势,TOC、
LFOC和 LOC含量先降低再升高;草地土壤 TOC 和 POC 含量呈降低趋势,LFOC 和 LOC 含量
先降低再升高. 4 种植被类型土壤 LOC、LFOC 和 POC 含量随放牧强度增加而下降的幅度是
TOC含量的 1. 1 ~ 8. 9 倍.土壤 TOC含量与 LOC、LFOC 和 POC 含量呈显著正相关,表明活性
有机碳组分能够反映土壤总碳的变化情况.
关键词摇 生态交错带摇 放牧干扰摇 土壤活性有机碳
文章编号摇 1001-9332(2014)02-0359-08摇 中图分类号摇 S15摇 文献标识码摇 A
Effects of grazing disturbance on soil active organic carbon in mountain forest鄄arid valley
ecotone in the upper reaches of Minjiang River. LIU Shan鄄shan, ZHANG Xing鄄hua, GONG Yuan鄄
bo, LI Yuan, WANG Yan, YIN Yan鄄jie, MA Jin鄄song, GUO Ting (Sichuan Province Key Laboratory
of Forestry Ecological Engineering in the Upper Reaches of Yangtze River, Sichuan Agricultural Univer鄄
sity, Ya爷an 625014, Sichuan, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(2): 359-366.
Abstract: Effects of grazing disturbance on the soil carbon contents and active components in the
four vegetations, i. e. , artificial Robinia pseudoacacia plantation, artificial poplar plantation, Ber鄄
beris aggregate shrubland and grassland, were studied in the mountain forest鄄arid valley ecotone in
the upper Minjiang River. Soil organic carbon and active component contents in 0-10 cm soil layer
were greater than in 10-20 cm soil layer at each level of grazing disturbance. With increasing the
grazing intensity, the total organic carbon (TOC), light fraction organic carbon (LFOC), particu鄄
late organic carbon (POC) and easily oxidized carbon (LOC) contents in 0-10 cm soil layer de鄄
creased gradually in the artificial R. pseudoacacia plantation. The LFOC content decreased, the
POC content increased, and the TOC and LOC contents decreased initially and then increased with
increasing the grazing intensity in the artificial poplar plantation. The POC content decreased, and
the TOC, LFOC and LOC contents decreased initially and then increased with increasing the grazing
intensity in the B. aggregate shrubland. The POC and TOC contents decreased, and the LFOC and
LOC contents decreased initially and then increased with increasing the grazing intensity in the
grassland. The decreasing ranges of LOC, LFOC and POC contents were 0. 1-7. 9 times more than
that of TOC content. There were significant positive relationships between TOC and LOC, LFOC
and POC, suggesting that the active organic carbon components could reflect the change of soil total
carbon content.
Key words: ecotone; grazing disturbance; soil active organic carbon.
*“十一五冶国家科技支撑计划重大项目(2006BAC01A11鄄4)、“十二五冶国家科技支撑计划重大项目(2011BAC09B05)和四川农业大学创新团
队项目资助.
**通讯作者. E鄄mail: gyb@ sicau. edu. cn
2013鄄05鄄31 收稿,2013鄄11鄄25 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 2 月摇 第 25 卷摇 第 2 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2014, 25(2): 359-366
摇 摇 放牧是山地生态系统中重要的资源利用方式,
特别是在经济欠发达的山区,放牧是当地居民维持
生计的主要途径,亦是生态环境的主要人为干扰形
式[1] .放牧可以通过采食、践踏和排便等途径影响
土壤性质.有研究表明,山地植被较高的环境异质性
导致植被斑块数量多且复杂,较多的灌丛会给家畜
选择性采食带来困难,增加采食支出的代价[2];而
家畜通过粪尿等排泄物在小尺度上干扰植被,家畜
粪尿排泄物在空间上具有分布于牧道周围的特
点[3] .牲畜的行为一方面促使牧道形成,另一方面
在形成稳定的牧道后在一定程度上限制了牲畜的行
为.牧道上的践踏强度最大,随着与牧道距离的增
加,践踏强度逐渐减小,形成从牧道中心的裸地到几
乎未受干扰的植被区域的不同干扰梯度[4-5] .
岷江上游地区的放牧已经超过理论载畜量,属
于过度放牧[6] . 一般亚高山或高山地区地温较低,
放牧降低地表植被盖度,导致地表温度提高,有机质
分解加快,反而促进了植物生长和更新[7] . 但在干
旱河谷交错带,由于水分限制,放牧导致了地表植被
稀疏、变干,使得林地水源涵养能力迅速降低[8],并
影响土壤理化性质[9-10],成为生态环境退化的主要
影响因子,从 20 世纪 50 年代开始,岷江上游山地森
林鄄干旱河谷交错带成为研究热点区域,大多研究集
中在岷江干旱河谷植被恢复和生态退化的遏制,以
及碳储量和植被恢复后的生态效益研究[11-13],而对
于放牧干扰对土壤碳组分的影响未见报道[14-15] .因
此,本文选取岷江上游山地森林鄄干旱河谷交错带的
人工刺槐林、人工杨柳林、锥花小檗灌丛和草地 4 种
典型植被类型,研究不同放牧强度对土壤有机碳含
量及活性组分的影响,为深入理解该类环境下土壤
有机碳的转化机制、提出合理的生态恢复措施以及
提高土壤碳汇功能提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于四川省西部理县甘堡乡熊耳村熊耳
山(31毅31忆6义—31毅32忆10义 N,103毅12忆25义—103毅13忆36义
E),地处川西北高原东南缘,邛崃山脉东侧,四川盆
地西北部.该区属于高山峡谷区,地质结构属龙门山
断裂带中段,平均海拔 2700 m. 气候受西伯利亚西
风气流、印度洋暖流和太平洋东南季风 3 个环流的
影响,形成季风气候.年平均气温 6 ~ 9 益,最高气温
37 益,最低气温-19 益,逸0 益积温 3800 ~ 4500 益,
无霜期 190 d,逸10 益活动积温 3200 ~ 3800 益,年
干燥度 1. 6 ~ 2. 5,年均日照时数 1835 h,年降雨量
400 ~ 600 mm[16] .干旱河谷内植被类型主要是以中
生性耐旱植物为主的适应干旱河谷气候的干旱灌草
植被类型. 优势乔木主要有冬瓜杨 ( Populus pur鄄
domii)、旱柳 ( Salix matsudana ) 和刺槐 ( Robinia
pseudoacacia);优势灌木植物主要有锥花小檗(Ber鄄
beris aggregata)、小叶栒子 ( Cotoneaster microphyl鄄
lus)、小叶蔷薇(Rosa willmottiae)、沙棘(Hippophae
rhamnoides)、金丝梅(Hypericum patulum)和白刺花
(Sophora davidii);优势草本主要有黄花蒿(Artemisia
annua)、 紫花苜蓿 ( Medicago sativa ) 和短柄草
(Brachypodium sylvaticum).土壤以旱生灌木草丛植
被下发育的山地褐土为主,pH 5. 8 ~ 8. 4. 土壤结构
紧实致密,粗粉粒含量达 51. 2% ~ 57. 9% ,故通气
透水和蓄水肥性均较差,造成植物很难生长,进而加
速生态环境的恶化[16] .
1郾 2摇 试验设计
牲畜的干扰行为强度由牧道向两侧逐渐减弱,
即距牧道越远放牧干扰强度越弱. 在岷江上游山地
森林干旱河谷交错带,地形复杂,牧道交错,相距较
近.因此,本文以 10 m为界设置 3 个干扰梯度:距牧
道 0 m为重度干扰,距牧道 5 m为中度干扰,距牧道
10 m为轻度干扰.
选取山地森林鄄干旱河谷交错带的 4 种典型植
被类型:人工刺槐林、人工杨柳林、锥花小檗灌丛和
草地,各设 1 个样地,样地概况见表 1.其中,人工刺
槐林位于阴坡,属局部小地形,植被茂盛,只有 1 条
明显的牧道;人工杨柳林属阶地营林,地形相对平
坦,有明显的进入点,有 1 条或数条明显的牧道;锥
花小檗灌丛和草地位于阶梯状坡间缓坡地上,地形
平坦,牧道错综复杂,有明显主牧道.
在每个样地内选取 3 条海拔、坡度、坡向基本一
致的主牧道(两侧或一侧在 20 m 范围内无明显牧
道).在 3 条主牧道上垂直设置 3 条间隔 10 m 的样
线,从牧道与样线的交点开始 5 m 等距设置重、中、
轻 3 个干扰程度的样点,每样点内挖取土壤剖面,分
0 ~ 10 cm和 10 ~ 20 cm 2 层取样,同一干扰程度样
点的土样混合,分装两份,一份为鲜土样,装入有冰
块的保温箱带回实验室;另一份风干处理.同时用环
刀在每土层取原状土测定土壤容重.
1郾 3摇 测定项目
土壤总有机碳(total soil organic carbon,TOC)包
括土壤中溶解性和悬浮性有机物中的有机碳,其含
量采用重铬酸钾氧化外加热法测定[17] .颗粒有机碳
063 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
(particulate organic carbon,POC)采用六偏磷酸钠溶
液分散法测定,主要来源于分解速度中等的植物残
体分解产物,是与沙粒结合的有机碳部分.轻组有机
碳(light fraction organic carbon,LFOC)为密度小于
1. 6 ~ 2. 06的土壤级分中的有机碳,其含量采用密度
分组技术(1. 8 g·mL-1 ZnBr2)提取,重铬酸钾氧化
外加热法测定[18] . LFOC主要来源于动植物残体、菌
丝体、孢子、单糖、多糖和半木质素等,是土壤微生物
极易分解的基质,转化周期短,对耕作、施肥等农业
生产措施的响应较快.易氧化碳(easily oxidized car鄄
bon,LOC)为土壤中易氧化、不稳定的有机碳,其含
量采用 333 mmol· L-1高锰酸钾氧化鄄比色法测
定[19],其组分包括土壤微生物生物量和一些在土壤
中易于氧化分解的游离态有机质,是最活跃、周转最
快、对物理或化学等干扰因素和土地利用变化最敏
感的活性碳组分.
1郾 4摇 数据处理
采用 SPSS 17. 0 和 Excel 2003 软件进行数据统
计分析.采用两独立样本 t 检验进行土层间差异显
著性检验,采用 ANOVA 中 LSD 法进行不同干扰程
度间差异显著性检验(琢 = 0. 05),相关性分析采用
Pearson法进行.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 放牧干扰下各植被类型土壤因子变化
由表 2 可以看出,4 种植被类型土壤含水量和
土壤容重在 0 ~ 10 cm 和 10 ~ 20 cm 土层间差异显
著,在不同干扰程度间差异也显著.人工刺槐林重度
干扰、草地中度和重度干扰下,不同土层间土壤 pH
差异显著,在其他干扰程度下差异均不显著;从不同
干扰程度看,除人工刺槐林 0 ~ 10 cm土层中度干扰
下土壤 pH显著低于重度和轻度干扰,锥花小檗灌
丛 0 ~ 10 cm 土层重度干扰下土壤 pH 显著低于中
度和轻度干扰外,土壤 pH 在其他干扰程度间差异
均不显著.
2郾 2摇 放牧干扰对各植被类型土壤 TOC的影响
由表 3 可以看出,4 种植被类型土壤总有机碳
(TOC)含量为 10. 68 ~ 35. 84 g·kg-1,0 ~ 10 cm 和
10 ~ 20 cm土层土壤 TOC含量总体上随放牧强度增
加而减小.其中,人工刺槐林在轻度和中度干扰下土
壤 TOC含量均为0 ~ 10 cm<10 ~ 20 cm,在重度干扰
下相反,但差异均不显著;从不同干扰程度看,0 ~ 10
cm和 10 ~ 20 cm土层土壤 TOC 含量在中度和轻度
干扰间差异均不显著,但均显著高于重度干扰.人工
杨柳林在重度和中度干扰下土壤 TOC含量均为 0 ~
10 cm<10 ~ 20 cm,在轻度干扰下相反,且差异均显
著;从不同干扰程度看,0 ~ 10 cm 土层土壤 TOC 含
量为 24. 82 g·kg-1,10 ~ 20 cm 土层土壤 TOC 含量
为 18. 89 g·kg-1,且差异均显著.锥花小檗灌丛在 3
个放牧干扰程度下土壤 TOC 含量均为 0 ~ 10 cm>
10 ~ 20 cm,且差异显著;0 ~ 10 cm土层土壤 TOC含
量为23. 14 g·kg-1,10 ~ 20 cm土层土壤TOC含量
表 1摇 样地基本概况
Table 1摇 Basal situation of plots
植被类型
Vegetation type
土壤类型
Soil type
海拔
Altitude
(m)
坡向
Aspect
(毅)
坡度
Slope
(毅)
主要植被
Main vegetation
人工刺槐林
Artificial Robinia
pseudoacacia plantation
褐土
Cinnamon soil
2646 WN31 11 林地紧靠牧道,为刺槐纯林,总盖度 95% ;乔木层郁闭度
为 0. 75,林下无灌木;草本植物茂密,草本层盖度 92% ,
高度 15 ~ 90 cm,主要有黄花蒿(Artemisia annua)、歧茎
蒿(Artemisia igniaria)、老芒麦(Elymus sibiricus)、尖瓣芹
(Acronema chinense)、紫花苜蓿(Medicago sativa)等
人工杨柳林
Artificial poplar
plantation
褐土
Cinnamon soil
2686 SW15 8 林内生境阴湿,牧道穿越林间,家畜践踏严重;样地总盖
度 95% ,乔木层郁闭度 0. 90,灌丛盖度 5% ;林下草本植
物较少,主要有黄花蒿( Artemisia annua)、羊蹄(Rumex
japonicas)、东方草莓(Fragaria orientalis)、龙牙草(Agri鄄
monia pilosa)、老鹳草(Geranium wilfordii)等
锥花小檗灌丛
Berberis aggregate
shrubland
褐土
Cinnamon soil
2610 SW19 11 地形平坦,牧道错综复杂;植被总盖度 65% ,灌木层盖度
45% ,主要有锥花小檗;草本层盖度 25% ,主要有黄花
蒿、委陵菜 ( Potentilla aiscolor)、牛至 ( Origanum vul鄄
gare)、紫花苜蓿、披碱草(Elymus dahuricus)、细株短柄
草(Brachypodium sylvaticum var. gracile)等
草地
Grassland
褐土
Cinnamon soil
2690 SW15 9 放牧践踏严重,植被低矮,草本盖度 96% ,高度 5 ~ 17
cm,主要有糙野青茅(Deyeuxia scabrescens)、披碱草、早
熟禾(Poa pratensis)、车前 ( Plantago asiatica)、蒲公英
(Taraxacum officinale)等
1632 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘珊珊等: 放牧干扰对岷江上游山地森林 /干旱河谷交错带土壤活性有机碳的影响摇 摇 摇
表 2摇 放牧干扰下不同植被类型植被盖度和土壤因子
Table 2摇 Vegetation coverage and soil factor in different vegetation types under grazing disturbance
植被类型
Vegetation type
干扰程度摇 摇
Interference摇 摇
degree摇 摇
土层
Soil layer
(cm)
土壤含水量
Soil water
content
(% )
容重
Bulk density
(g·cm-3)
pH 植被盖度
Vegetation
coverage
(% )
人工刺槐林 重度 Serious 0 ~ 10 25. 03依0. 05Aa 1. 51依0. 15Aa 8. 18依0. 05Aa 15
Artificial Robinia 10 ~ 20 18. 00依0. 07Ab 1. 41依0. 17Ab 8. 19依0. 08Ab
pseudoacacia plantation 中度 Moderate 0 ~ 10 29. 05依0. 03Ba 1. 38依0. 19Ba 8. 04依0. 12Ba 96
10 ~ 20 32. 08依0. 11Bb 1. 23依0. 06Bb 8. 38依0. 15Aa
轻度 Mild 0 ~ 10 26. 12依0. 13Ca 1. 42依0. 04Ca 8. 25依0. 17Aa 96
10 ~ 20 28. 32依0. 05Cb 1. 30依0. 01Cb 8. 36依0. 05Aa
人工杨柳林 重度 Serious 0 ~ 10 18. 04依0. 05Aa 1. 47依0. 06Aa 5. 78依0. 09Aa 10
Artificial poplar 10 ~ 20 17. 13依0. 07Ab 1. 67依0. 17Ab 5. 78依0. 14Aa
plantation 中度 Moderate 0 ~ 10 20. 01依0. 16Ba 1. 44依0. 12Ba 5. 78依0. 18Aa 45
10 ~ 20 16. 35依0. 20Bb 1. 51依0. 23Bb 7. 03依0. 03Aa
轻度 Mild 0 ~ 10 22. 18依0. 31Ca 1. 17依0. 35Ca 5. 72依0. 08Aa 60
10 ~ 20 20. 32依0. 02Cb 1. 60依0. 04Cb 5. 64依0. 21Aa
锥花小檗灌丛 重度 Serious 0 ~ 10 19. 12依0. 09Aa 1. 40依0. 08Aa 8. 09依0. 25Ba 45
Berberis aggregate 10 ~ 20 19. 37依0. 07Aa 1. 37依0. 09Ab 8. 49依0. 19Aa
shrubland 中度 Moderate 0 ~ 10 17. 08依0. 04Ba 1. 35依0. 15Ba 8. 46依0. 15Aa 60
10 ~ 20 22. 03依0. 05Bb 1. 29依0. 13Bb 8. 16依0. 05Aa
轻度 Mild 0 ~ 10 20. 22依0. 05Ca 1. 16依0. 17Ca 8. 27依0. 17Aa 70
10 ~ 20 16. 15依0. 14Cb 1. 24依0. 19Cb 8. 29依0. 05Aa
草地 重度 Serious 0 ~ 10 18. 47依0. 16Aa 1. 41依0. 06Aa 6. 19依0. 03Aa 92
Grassland 10 ~ 20 15. 66依0. 08Ab 1. 48依0. 05Ab 6. 42依0. 16Aa
中度 Moderate 0 ~ 10 14. 11依0. 07Ba 1. 44依0. 17Ba 6. 43依0. 14Aa 98
10 ~ 20 15. 24依0. 08Bb 1. 51依0. 21Bb 6. 44依0. 04Ab
轻度 Mild 0 ~ 10 23. 54依0. 04Ca 1. 42依0. 18Ca 6. 11依0. 08Aa 98
10 ~ 20 26. 33依0. 17Cb 1. 50依0. 03Cb 6. 14依0. 13Ab
不同大写字母表示不同干扰程度间差异显著,不同小写字母表示不同土层间差异显著(P<0郾 05) Different capital letters indicated significant
difference among different disturbance degrees, and different small letters indicated significant difference between different soil layers at 0. 05 level. 下同
The same below.
表 3摇 放牧干扰下不同植被类型土壤 TOC含量
Table 3摇 Soil TOC contents in the different vegetation types under grazing disturbance (g·kg-1)
植被类型
Vegetation type
土层
Soil layer
(cm)
干扰程度 Disturbance degree
重度 Serious 中度 Moderate 轻度 Mild
人工刺槐林 0 ~ 10 12. 21依0. 09Ba 13. 88依0. 82Aa 14. 59依4. 99Aa
Artificial Robinia pseudoacacia plantation 10 ~ 20 10. 68依0. 08Ba 15. 08依0. 07Aa 16. 24依0. 54Aa
人工杨柳林 0 ~ 10 21. 91依0. 45Bb 17. 05依0. 01Cb 35. 50依0. 02Aa
Artificial poplar plantation 10 ~ 20 23. 08依0. 86Aa 19. 85依0. 17Ba 13. 74依0. 76Cb
锥花小檗灌丛 0 ~ 10 22. 44依0. 19Ba 19. 97依0. 03Ca 27. 02依0. 24Aa
Berberis aggregate shrubland 10 ~ 20 14. 02依0. 12Ab 13. 40依0. 04Ab 13. 28依0. 43Ab
草地 0 ~ 10 29. 24依0. 14Ba 26. 96依0. 13Ba 35. 14依0. 05Aa
Grassland 10 ~ 20 19. 46依0. 16Bb 18. 06依0. 16Bb 34. 84依0. 29Aa
为 13. 45 g·kg-1,且差异均显著,10 ~ 20 cm土层土
壤 TOC含量在 3 个干扰程度间差异均不显著.草地
在 3 个放牧干扰程度下土壤 TOC 含量均为 0 ~ 10
cm>10 ~ 20 cm,其中,在重度和中度干扰下差异均
显著;从不同干扰程度看,2 个土层土壤 TOC含量在
重度和中度干扰间差异均不显著,但均显著低于轻
度干扰.
4 种植被类型 0 ~ 20 cm 土层土壤 TOC 总含量
表现为草地>人工杨柳林>锥花小檗灌丛>人工刺槐
林.其原因可能是植被类型不同,枯落物的数量和易
分解程度不同.其中,人工刺槐林郁闭度小,叶片稀
少,林下草本茂盛,常被作为饲料和柴草刈割,所以
有机物料归还量相对较小. 4 种植被类型 0 ~ 20 cm
土层土壤 TOC 总含量在重度干扰下与轻度干扰相
比下降幅度为草地(30. 4% )>人工刺槐林(25. 8% )
>锥花小檗灌丛(9. 5% )>人工杨柳林(8. 6% ).
263 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
2郾 3摇 放牧干扰对各植被类型土壤 LOFC、POC 和
LOC的影响
由表 4 可以看出,轻度和中度干扰下,人工刺槐
林 0 ~ 10 cm土层土壤 LFOC 含量均显著大于 10 ~
20 cm土层,在重度干扰下二者差异不显著;0 ~ 10
cm和 10 ~ 20 cm土层土壤 LFOC含量在 3 个干扰程
度间差异均达到显著水平.轻度和中度干扰下,人工
杨柳林土壤 LFOC含量均为 0 ~ 10 cm>10 ~ 20 cm,
重度干扰下相反,且差异均显著;0 ~ 10 cm 和 10 ~
20 cm土层土壤 LFOC含量在 3 个干扰程度间差异
均达到显著水平.在 3 个干扰程度下,锥花小檗灌丛
土壤 LFOC含量均为 0 ~ 10 cm>10 ~ 20 cm,且差异
均显著;0 ~ 10 cm 土层土壤 LFOC 含量在 3 个干扰
程度间差异均达到显著水平,10 ~ 20 cm 土层土壤
LFOC含量在重度和中度干扰间差异不显著,但均
显著高于轻度干扰.在 3 个放牧干扰程度下,草地土
壤 LFOC含量均为 0 ~ 10 cm>10 ~ 20 cm,且差异均
显著;0 ~ 10 cm土层土壤 LFOC 含量在 3 个干扰程
度间差异均达到显著水平,10 ~ 20 cm 土层土壤
LFOC含量在重度和轻度干扰间差异不显著,但均
显著高于中度干扰. 各植被类型间 0 ~ 10 cm 和
10 ~ 20 cm土层土壤 LFOC 平均含量为锥花小檗灌
丛(4. 88 g·kg-1) >草地(4. 15 g·kg-1) >人工刺槐
林(3. 44 g·kg-1)>人工杨柳林(1. 89 g·kg-1).
轻度和重度干扰下,人工刺槐林土壤 POC 含量
均为 0 ~ 10 cm>10 ~ 20 cm,且差异显著,在中度干
扰下二者差异不显著;0 ~ 10 cm 和 10 ~ 20 cm 土层
土壤 POC含量在 3 个干扰程度间差异均达到显著
水平.人工杨柳林在 3 个放牧干扰程度下土壤 POC
含量均为 0 ~ 10 cm>10 ~ 20 cm,且差异均显著;0 ~
10 cm土层土壤 POC含量在中度和轻度干扰间差异
不显著,但显著低于重度干扰,10 ~ 20 cm 土层土壤
POC含量在重度和轻度干扰间差异不显著,但显著
高于中度干扰.中度和轻度干扰下,锥花小檗灌丛土
壤 POC含量均为 0 ~ 10 cm>10 ~ 20 cm,且差异显
著,而重度干扰下二者差异不显著. 0 ~ 10 cm 和
10 ~ 20 cm土层土壤 POC含量在 3 个干扰程度间差
异均达到显著水平. 3 个干扰程度下,草地土壤 POC
含量均为 0 ~ 10 cm>10 ~ 20 cm,且差异显著;0 ~ 10
cm土层土壤 POC含量在重度和中度干扰间差异不
显著,但均显著低于轻度干扰,中度干扰下 10 ~ 20
cm土层土壤 POC 含量显著低于重度和轻度干扰,
而重度和轻度干扰间差异不显著. 各植被类型间
0 ~ 10 cm和 10 ~ 20 cm 土层土壤 POC 平均含量为
草地(7. 01 g·kg-1)>锥花小檗灌丛(4. 96 g·kg-1)
>人工杨柳林(4. 62 g·kg-1 ) >人工刺槐林(3郾 19
g·kg-1).
在 3 个干扰程度下人工刺槐林土壤 LOC 含量
均为 0 ~ 10 cm>10 ~ 20 cm,且差异均显著;0 ~ 10
cm土层土壤 LOC含量在不同干扰程度间差异均不
显著,10 ~ 20 cm土层土壤 LOC 含量在中度和轻度
干扰间差异不显著,但均显著高于重度干扰.重度和
轻度干扰下,人工杨柳林土壤 LOC 含量均为 0 ~ 10
cm>10 ~ 20 cm,且差异均显著,而中度干扰下相反;
0 ~ 10 cm土层土壤 LOC 含量在 3 种干扰程度间差
异均不显著,10 ~ 20 cm 土层土壤 LOC 含量在中度
和轻度干扰间差异不显著,但均显著高于重度干扰.
3 个干扰程度下,锥花小檗灌丛土壤 LOC 含量均为
0 ~ 10 cm>10 ~ 20 cm,且差异均显著;0 ~ 10 cm 和
10 ~ 20 cm土层土壤 LOC含量在不同干扰程度间差
表 4摇 放牧干扰下不同植被类型土壤 LFOC、POC和 LOC含量
Table 4摇 LFOC, POC and LOC contents in different vegetation types under grazing disturbance (g·kg-1)
植被类型
Vegetation type
干扰程度摇 摇
Disturbance摇 摇
degree摇 摇
LFOC
0 ~ 10 cm 10 ~ 20 cm
POC
0 ~ 10 cm 10 ~ 20 cm
LOC
0 ~ 10 cm 10 ~ 20 cm
人工刺槐林 重度 Serious 1. 91依0. 07Ca 1. 99依0. 02Ca 2. 68依0. 12Ca 1. 67依0. 08Cb 2. 87依0. 05Aa 0. 67依0. 06Bb
Artificial Robinia 中度 Moderate 5. 06依0. 04Ba 2. 46依0. 04Ab 3. 57依0. 10Ba 3. 20依0. 10Aa 2. 11依0. 03Aa 1. 43依0. 09Ab
pseudoacacia plantation 轻度 Mild 6. 99依0. 17Aa 2. 20依0. 04Bb 5. 18依0. 16Aa 2. 80依0. 09Bb 3. 39依0. 08Aa 1. 73依0. 12Ab
人工杨柳林 重度 Serious 1. 12依0. 01Ca 1. 66依0. 01Ab 7. 22依0. 08Aa 3. 63依0. 02Ab 3. 82依0. 07Aa 0. 68依0. 03Ab
Artificial poplar 中度 Moderate 3. 09依0. 02Ba 0. 46依0. 01Cb 5. 75依0. 13Ba 2. 77依0. 01Bb 1. 66依0. 02Aa 2. 25依0. 07Bb
plantation 轻度 Mild 3. 87依0. 05Aa 1. 15依0. 01Bb 5. 10依0. 24Ba 3. 27依0. 19Ab 5. 29依0. 11Aa 2. 51依0. 07Bb
锥花小檗灌丛 重度 Serious 7. 06依0. 46Ba 2. 96依0. 22Ab 4. 79依0. 12Ca 5. 13依0. 13Aa 3. 04依0. 06Aa 0. 92依0. 13Ab
Berberis aggregate 中度 Moderate 4. 91依0. 06Ca 2. 56依0. 05Ab 6. 31依0. 09Ba 2. 65依0. 13Cb 2. 40依0. 04Aa 0. 87依0. 08Ab
shrubland 轻度 Mild 9. 91依0. 27Aa 1. 80依0. 04Bb 7. 51依0. 50Aa 3. 35依0. 15Bb 3. 57依0. 10Aa 0. 92依0. 13Ab
草地 重度 Serious 6. 77依0. 02Ba 1. 66依0. 09Ab 8. 62依0. 13Ba 4. 92依0. 09Ab 3. 68依0. 10Aa 1. 52依0. 14Ab
Grassland 中度 Moderate 3. 84依0. 08Ca 1. 41依0. 04Bb 8. 96依0. 11Ba 4. 35依0. 06Bb 2. 76依0. 08Ba 1. 06依0. 09Ab
轻度 Mild 9. 48依0. 16Aa 1. 71依0. 07Ab 10. 70依0. 16Aa 4. 46依0. 07Ab 3. 98依0. 13Aa 1. 02依0. 09Ab
3632 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘珊珊等: 放牧干扰对岷江上游山地森林 /干旱河谷交错带土壤活性有机碳的影响摇 摇 摇
表 5摇 土壤有机碳含量与其活性组分间的相关性
Table 5 摇 Correlations among soil organic carbon content
and active component
TOC LOC LFOC POC
TOC 1 0. 566** 0. 467* 0. 657**
LOC 1 0. 652** 0. 637**
LFOC 1 0. 628**
POC 1摇 摇 摇
*P<0. 05; **P<0. 01.
异均不显著. 3 个干扰程度下,草地土壤 LOC含量均
为 0 ~ 10 cm>10 ~ 20 cm,且差异均显著;0 ~ 10 cm
土层土壤 LOC 含量在重度和轻度干扰间差异不显
著,但均显著高于中度干扰,10 ~ 20 cm 土层土壤
LOC含量在 3 个干扰程度间差异均不显著. 各植被
类型间 0 ~ 10 cm和 10 ~ 20 cm 土层土壤 LOC 平均
含量为人工杨柳林 (2. 70 g·kg-1 ) >草地 (2郾 34
g·kg-1)>人工刺槐林(2. 04 g·kg-1) >锥花小檗灌
丛(1. 95 g·kg-1).
2郾 4摇 土壤有机碳含量与其活性组分的相关性
由表 5 可以看出,各植被类型土壤有机碳含量
与活性有机碳组分间均呈显著正相关,各活性组分
间也呈显著正相关.这表明,各活性有机碳组分含量
在很大程度上取决于总有机碳含量,而且能够较好
地反映土壤总有机碳含量的大小.
3摇 讨摇 摇 论
本研究中,随放牧强度增大,表层土壤总有机碳
及各活性碳组分含量均逐渐降低,其中,与轻度和中
度干扰相比,重度干扰下易氧化碳(LOC)、轻组有机
碳(LFOC)和颗粒有机碳(POC)含量的变化幅度高
于总有机碳(TOC),其变幅是 TOC 的 1. 1 ~ 8. 9 倍,
表明在岷江上游山地森林鄄干旱河谷交错带内,土壤
活性有机碳组分更能指示土壤的碳变化,这与以往
的研究结果一致[20-23] . LFOC含量在不同植被类型、
土层和干扰强度下均表现为变化幅度较快,平均为
TOC的 2. 8 倍. LFOC 主要来源于枯枝落叶和植物
残体[24],更容易受地表植被和枯落物变化的影响.
王明君等[25]研究表明,小麦田间不同放牧干扰强度
下土壤 LFOC含量的变化幅度是 TOC的 15 倍,人工
草地 0 ~ 40 cm土壤总有机碳含量与高寒草甸相比
差异不显著,但 LFOC 含量增加 16. 0% . 草原开垦
30 年后,0 ~ 45 cm 土层土壤总碳含量没有显著变
化,而游离 LFOC含量显著减少[26] .
本研究中,各活性碳组分中,人工杨柳林的
LOC和 LFOC含量下降幅度最大,这与 Shariff 等[27]
对放牧干扰下土壤水溶性氮和可矿化氮含量的研究
结果一致,这可能与降解系数不同的碳组分在土壤
剖面中分布规律不同有关.有研究表明,降解较快的
有机碳在土壤中随深度增加呈指数下降,而较稳定
的有机碳在剖面中则均匀分布. LOC 和 LFOC 分解
较快,平均降解系数分别为 0. 16 和 0. 50[28] .
本研究中,不同放牧干扰强度下各植被类型土
壤有机碳及其活性组分含量在 0 ~ 10 cm 和 10 ~ 20
cm土层间变化规律不一致,其原因可能是由于不同
植被类型土壤本底属性不同,由于退耕年限较短,耕
地受翻耕的影响较大. 马秀枝等[29]研究表明,放牧
使碳素沿土壤剖面下降幅度变小.本研究中,人工杨
柳林、草地和锥花小檗灌丛的 4 个有机碳组分中除
个别组分外均表现为重度和中度放牧干扰使土壤各
碳素组分沿剖面的变化幅度减小的现象,说明放牧
干扰使土壤表层碳素含量降低,这是因为放牧后牲
畜的采食,使地上生物量包括枯落物的数量减少,进
入土壤的植物残体减少,而下层土壤受地表植被状
况的影响较小,有机碳损失较小.但随着放牧干扰的
进行,会降低整个土壤层的碳含量,这成为研究区土
壤碳储量减少的主要形式之一.有研究认为,家畜践
踏使枯落物破碎,从而使凋落物和表层土壤更好地
融合,有利于凋落物的分解转化[30] . 所以适当的践
踏有利于凋落物中有机质归还土壤,但如果土壤中
不具备分解转化有机质的条件,那么集中分布在土
壤表层的有机质易遭受风蚀而损失并再分布. 人工
刺槐林则多表现为随干扰强度增加,各组分值沿剖
面变化幅度增大,说明放牧使刺槐林表层土壤碳素
绝对值下降的情况下土壤趋向于更不均匀,放牧干
扰已影响到了下层土壤.
在本研究中,人工杨柳林、锥花小檗灌丛和草地
土壤总有机碳含量均表现为随放牧强度增大碳素及
活性组分的含量呈现先降低后增加的趋势,这与江
源等[31]对五台山高山、亚高山草甸的研究结果一
致.其原因可能是:一是重度干扰区是牲畜活动频繁
的区域,踩踏严重、粪便较多,土壤紧实,通透性差,
加之植被覆盖度较低,致使植物对土壤养分的利用
率降低,有机质分解缓慢,从而导致有机质积累;二
是牧道有输送径流的作用,这些径流一部分会被牧
道一侧的植物拦截,使得该区域的水分多于远离牧
道的区域,这可能是灌丛和草地近牧道含水量高的
原因(而人工林这种趋势较弱),水分含量的增加提
高了土壤有机质的可溶性和微生物活性,使仅有的
枯枝落叶分解较好,该区域的碳组分值暂时维持在
463 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
一个相对较高的水平;三是植被和土壤相比在响应
不同放牧干扰强度时较敏感,这与放牧强度和时间、
气候、植物种类组成等多种因素有关,是一种间接的
影响.虽然有机碳得到短暂积累,但是土壤已经退
化,如果不及时加以管理,任其发展,经过一段时间
养分流失到难以提供植物正常生长所需的时候,裸
地就会形成,加速水土流失,土壤中碳含量也会
降低.
4 种植被类型土壤碳素随牧压增加变化略有不
同,除了与土壤及自身植被状况有关外,可能还与当
地居民在放牧过程中对植被的利用有关,人工刺槐
林距居民点最近,且草本茂盛,在生长季和枯草季均
有被刈割现象,灌丛和草地主要是居民将牲畜赶往
高山草甸的通道,人工杨柳林则因郁闭度大而林下
植被稀少,在阳坡干热的条件下更多地成为牛乘凉
的去处,践踏更为严重,随机性因素增加.
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作者简介摇 刘珊珊,女,1989 年生,硕士研究生. 主要从事林
业生态工程研究. E鄄mail: lss890902@ 163. com
责任编辑摇 孙摇 菊
663 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷