全 文 ：黑河中游典型土地利用方式下土壤有机碳
与活性和非活性组分的关系*
张俊华1,2 摇 李国栋1,2**摇 王岩松1,2 摇 南忠仁3 摇 赵丽萍4
( 1河南大学资源与环境研究所, 河南开封 475004; 2河南大学环境与规划学院, 河南开封 475004; 3兰州大学资源环境学院,
兰州 730000; 4 广东商学院, 广州 510320)
摘摇 要摇 以黑河中游 7 种典型土地利用方式(水田、旱地、中覆盖度草地、盐碱地、裸土地、戈
壁和沙地)为对象,分析土壤有机碳含量及其组分的关系.结果表明: 在 0 ~ 100 cm土壤中,随
土层深度增加,土壤总有机碳(TOC)、活性有机碳(AOC)和非活性有机碳(NOC)含量逐渐降
低.中覆盖度草地、盐碱地、裸土地、戈壁、沙地、水田和旱地中的 TOC、AOC、NOC 含量不同,土
地利用方式的改变将引起土壤有机碳的增减,水田耕作是提高绿洲土壤有机碳的有效途径.
当土地利用方式变化后,NOC对 TOC含量的贡献大于 AOC.同一种土地利用类型中,随 TOC
含量的增加,AOC、NOC含量也呈增加趋势,且 NOC 的增幅高于 AOC. AOC、NOC 变化趋势线
的交叉点对应的 TOC含量可作为土壤中 TOC 易积累或易损失的分界点, AOC、NOC 的饱和
容量可通过其变化趋势线来确定.
关键词摇 土地利用摇 土壤有机碳摇 活性有机碳摇 非活性有机碳摇 黑河
文章编号摇 1001-9332(2012)12-3273-08摇 中图分类号摇 K903; X14摇 文献标识码摇 A
Relationships of soil organic carbon with its active and non鄄active components under differ鄄
ent land use types in the middle reaches of Heihe River, China. ZHANG Jun鄄hua1,2, LI Guo鄄
dong1,2, WANG Yan鄄song1,2, NAN Zhong鄄ren3, ZHAO Li鄄ping4 ( 1 Institute of Natural Resources
and Environmental Science Research, Henan University, Kaifeng 475004, Henan, China; 2College
of Environment and Planning of Henan University, Kaifeng 475004, Henan, China; 3College of Re鄄
source and Environmental Sciences, Landzhou University, Lanzhou 730000, China; 4Guangdong
University of Business Studies, Guangzhou 510320, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(12):
3273-3280.
Abstract: Taking the seven typical land use types (paddy field, dry land, medium coverage grass鄄
land, saline鄄alkali field, bare land, desert, and sandlot) in the middle reaches of Heihe River as
test objects, this paper studied the relationships of soil organic carbon content with its components.
In the 0-100 cm soil profile, the contents of soil total organic carbon (TOC), active organic carbon
(AOC), and non鄄active organic carbon (NOC) decreased with increasing depth. The soil TOC,
AOC, and NOC contents differed with land use type. Land use change induced the increase or de鄄
crease of soil organic carbon content. The tillage in paddy field was an available way to increase the
contents of soil TOC, AOC, and NOC. After land use change, soil NOC rather than AOC contribu鄄
ted more to soil TOC content. For the same land use types, soil AOC and NOC contents increased
together with increasing soil TOC content, and the NOC content increased faster than the AOC con鄄
tent. The soil TOC content corresponding to the crossing point of the variation trend lines of soil
AOC and NOC contents could be considered as the boundary point of TOC accumulation or loss,
and the saturation capacities of soil AOC and NOC could be obtained by the variation trend lines of
the AOC and NOC.
Key words: land use; soil organic carbon; active organic carbon; non鄄active organic carbon;
Heihe River.
*国家自然科学基金项目(41101088)、中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1鄄09)、河南省教育厅科学技术研究重点项目(12A170002)和
广东高校优秀青年创新人才培育项目(LYM10080)资助.
**通讯作者. E鄄mail:oklgd@ 163. com
2012鄄04鄄25 收稿,2012鄄09鄄28 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 12 月摇 第 23 卷摇 第 12 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, Dec. 2012,23(12): 3273-3280
摇 摇 土壤是陆地生态系统中储备最大的碳库,其变
化可对气候变化产生影响. 有关土壤有机碳的变化
及与土地利用、气候变化和土地管理措施等的关系
研究已有较多报道[1-3],但因背景值高,变化具有滞
后性[4],因此,对土壤有机碳中的活性组分研究备
受关注.活性有机碳具有易矿化、易分解、易氧化、水
溶性强、周转时间短、移动较快等特点,虽然只占很
少比例,但可反映土壤微小的变化[5],从而指示土
壤环境和气候的变化. 与土壤有机碳及其活性组分
相比,非活性有机碳性质更稳定,可表征土壤有机碳
的长期积累和固碳能力. 因活性有机碳的研究方法
不同,所得研究结果较难达到统一,对非活性有机碳
的界定也没有一定的标准可循[6] . Loginow 等[7]和
Lefrogy 等[8]采用高锰酸钾氧化法测定活性有机碳
含量,该方法简单易行,适用于大量样品的分析. 在
现有的研究成果中,非活性组分是土壤有机碳与高
锰酸钾氧化的活性组分的含量差值[9-11] .
土壤有机碳与活性和非活性组分之间相互影
响,活性与非活性组分的含量、分布及二者的动态变
化能准确地指示土壤有机碳的变化. 弄清土壤有机
碳含量之间存在的内在关系,可为土壤有机碳的稳
定和管理提供参考依据. 基于以上活性有机碳和非
活性有机碳的测定和计算方法,本文研究了黑河中
游典型土地利用方式下土壤有机碳、活性和非活性
有机碳含量的分布及其组分的关系,寻求 3 类有机
碳的内在变化规律,旨在为准确认识土地利用变化
对土壤有机碳的影响及有机碳的稳定机制提供科学
依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究地区概况
研究地区位于黑河流域中游,行政上隶属于甘
肃省所辖的山丹、民乐、张掖、高台、临泽、金塔、嘉峪
关、金塔等 8 个县(市)区. 黑河流域中游土地面积
2. 56 万 km2,其中,戈壁沙漠占 31% ,土质滩地占
29% ,绿洲占 24% ,低山丘陵占 16% .区内土地利用
类型有 15 种:中覆盖度草地、城镇用地、戈壁、旱地、
有林地、水库和坑塘、水田、沙地、河渠、湖泊、灌木林
地、盐碱地、裸土地、裸岩石砾地、高覆盖度草地.因
深居大陆腹地,干旱少雨,灌溉是绿洲农业发展的基
础.旱地、水田是区内两种主要耕地类型.其中,旱地
面积仅占总面积的 0. 21% ,主要分布在海拔较高、
温度较低的民乐鄄山丹军马场一带的祁连山前,无灌
溉;水田是区内靠灌溉生产的主要耕地类型,占总面
积的 15. 3% [12] . 中覆盖度草地、盐碱地、沙地、戈
壁、裸土地分别占中游总面积的 13郾 1% 、8郾 7% 、
7郾 9% 、38郾 1%和 3. 1% [9] .因水资源在时间、空间分
布和利用上的不均匀,成为土地利用类型之间相互
转化的驱动因素.在绿洲区内形成了以戈壁、荒漠为
主,水田和旱生草地为辅的土地利用分布格局[4] .
在绿洲区外围的绿洲鄄荒漠区、近祁连山区,戈壁、荒
漠、草地面积增加,主要以戈壁、沙地、盐碱地、裸土
地、裸岩石砾地、中覆盖度草地、高覆盖度草地为主,
旱地、水田呈零星分布的格局.
1郾 2摇 研究方法
采用网格法(12 km伊12 km)和实地调查相结合
布设取样点.于 1 颐 10 万地形图上标注出采样点的
分布位置.实地取样过程中,依据路况、土地利用类
型的分布、土壤剖面上土层薄厚和种植方式等,增减
采样点.其中,绿洲区内的采样点均被采集;而祁连
山区和合黎山鄄龙首山区一带采样点多集中在山前
冲积鄄洪积平原;土壤剖面上的取样深度 100 cm,按
0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm、60 ~ 80 cm、80 ~
100 cm间隔取样. 区内分布的 15 种土地利用类型
中,去除水域(水库和坑塘、河渠、湖泊)、祁连山前
高海拔寒区的高覆盖度草地(面积占 0. 34% )、山前
裸岩石砾地、面积较小的有林地和灌木林地、城镇用
地后,最终获得剖面的采样点数为:中覆盖度草地
13 个、盐碱地 5 个、水田 38 个、旱地 5 个、沙地 10
个、戈壁 11 个、裸土地 5 个.实地取样时发现,沙地
沙层浅,深层以沙、石混合为主,上层沙土滑落到深
层,不易开挖剖面和取样,因此采样多集中在表层
0 ~ 20 cm.在绿洲耕作区内,也有面积较少的沙地分
布,因地下水浅,土中水分含量高,上层沙土不易向
下流动,土壤样品较易获得,完整的剖面有 4 个,最
终共有 10 个沙地采样点.
土壤样品在室内进行风干、过筛后,进行总有机
碳( total organic carbon,TOC)、活性有机碳 ( active
organic carbon,AOC)、非活性有机碳( nonactive or鄄
ganic carbon,NOC)的测定.用 GPS 测定采样点的地
理坐标. TOC 含量采用油浴加热鄄K2Cr2O7 容量
法[13],AOC采用高锰酸钾氧化法[7-8] . NOC 含量为
土壤总有机碳含量与活性有机碳含量的差值.
1郾 3摇 数据处理
试验数据采用 SPSS 12. 0 统计软件处理,相关
分析采用 Pearson 相关系数计算,采用 T 检验法对
相关系数进行双侧检验.
4723 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 23 卷
2摇 结果与分析
2郾 1摇 土壤有机碳及其活性和非活性组分的分布
由图 1 可以看出,不同土地利用类型 0 ~ 100
cm土壤的总有机碳(TOC)、活性有机碳(AOC)和非
活性有机碳 (NOC)的平均含量分别为 0郾 11% ~
2郾 46% 、0郾 06% ~ 0郾 78% 和 0郾 05% ~ 1郾 68% . 每一
种土地利用类型,表层 TOC、AOC 和 NOC 含量最
高;随深度增加,TOC、AOC 和 NOC 含量逐渐降低.
其中,水田和旱地的 TOC、AOC 和 NOC 含量高于中
覆盖度草地、盐碱地、裸土地、戈壁、沙地.中覆盖度
草地土壤 TOC、AOC 和 NOC 含量高于盐碱地、裸土
地、戈壁、沙地. 不同土地利用类型土壤剖面上的
TOC、AOC和 NOC 平均含量分布存在差异,土地利
用方式的变化将引起 TOC、AOC 和 NOC 含量的
改变.
摇 摇 不同土地利用类型的 AOC、NOC 含量存在差异
(表 1).自然植被覆盖下(中覆盖度草地、盐碱地、裸
土地、戈壁、沙地)的土壤 NOC 与 AOC 的差值低于
水田和旱地.旱地中,每层 AOC含量均低于 NOC;水
田中,0 ~ 40 cm土壤的 AOC含量低于 NOC,而 40 ~
100 cm 土壤二者的含量持平.盐碱地和沙地中 0 ~
100 cm的 AOC与 NOC 基本持平. 同种土地利用类
型中,表层 AOC含量低于 NOC,主要是地表植被归
还到土壤后,受微生物矿质化和气候的作用,只有少
部分被转化成 AOC,大多以 NOC的形式储存.水田、
中覆盖度草地、裸土地、戈壁中,受降雨(中覆盖度
草地、裸土地、戈壁)和多次灌溉淋溶(水田)的影
响,随深度增加,表层易溶性和可移动性的活性有机
碳下渗,而 NOC的溶解度小、移动性差,下渗量小,
深层 NOC受表层含量的贡献低于 AOC,可能是导致
深层 AOC和 NOC持平或 AOC大于 NOC的原因.旱
地剖面上每一层 AOC含量均低于 NOC,40 ~ 100 cm
的 AOC与 NOC的差值变小且稳定在 0. 3% ,可能是
旱地位于祁连山山前低温地带,土壤 TOC 的高背景
值引起 AOC与 NOC的差距增大;其次,低温不利于
微生物分解 NOC,AOC的来源减少;再次,土壤未受
到多次灌溉作用,少量降雨的淋溶作用成为 AOC 下
渗的主要影响因素. 盐碱地、裸土地、戈壁和沙地 4
种类型中,因地表植被覆盖度稀疏,剖面上 AOC 与
NOC基本持平,而活性有机碳的含量高,说明土壤
有机碳易发生变化. 水田是绿洲区内耕地的主要类
型,其剖面上 TOC、NOC 和 AOC 含量高,NOC 与
AOC含量差值大于中覆盖度草地、盐碱地、裸土地、
戈壁、沙地.与其他土地利用类型相比,水田 NOC 含
量的增加较 AOC明显;当土地利用类型转变为水田
后,NOC含量的增加较 AOC明显.
摇 摇 不同土地利用类型土壤的 TOC、AOC 和 NOC
含量的标准差分别为:0. 05 ~ 1. 44、0. 01 ~ 0. 42 和
0 . 02 ~ 1. 05,且呈现出0 ~ 40 cm大于40 ~ 100 cm
图 1摇 不同土地利用方式下土壤的 TOC、AOC和 NOC含量
Fig. 1摇 Contents of TOC, AOC and NOC in soil profile under different land uses.
玉:旱地 Dry land; 域:水田 Paddy field; 芋:中覆盖度草地 Medium coverage grassland; 郁:盐碱地 Saline鄄alkali field; 吁:裸土地 Bare land; 遇:戈
壁 Desert;喻:沙地 Sandlot. 下同 The same below.
572312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张俊华等: 黑河中游典型土地利用方式下土壤有机碳与活性和非活性组分的关系摇 摇 摇
表 1摇 不同土地利用方式下土壤 NOC与 AOC含量的差值
Table 1摇 Difference between NOC and AOC in soil profile under different land uses (%)
土壤深度
Soil depth
(cm)
旱地
Dry land
水田
Paddy field
中覆盖度草地
Medium coverage
grassland
盐碱地
Saline鄄
alkali field
裸土地
Bare land
戈壁
Desert
沙地
Sandlot
0 ~ 20 0. 9 0. 3 0. 3 0 0. 1 0 0
20 ~ 40 0. 6 0. 1 0. 1 0 -0. 1 0. 1 0
40 ~ 60 0. 3 0 0 0 -0. 2 -0. 1 0
60 ~ 80 0. 3 0 0 0 0 0 0
80 ~ 100 0. 3 0 0 0 0. 1 -0. 1 0
土层的趋势.不同土地利用类型 TOC、AOC 和 NOC
含量的方差大小呈 TOC>AOC>NOC.同一土地利用
类型中,每一层变异系数呈 NOC>TOC>AOC,说明
NOC的含量波动较大,AOC 波动较小. 不同土地利
用类型 TOC、AOC 和 NOC 的变异系数最大值均出
现在戈壁,最小值均出现在沙地,旱地、水田、中覆盖
度草地、盐碱地、裸土地居于戈壁和沙地之间.
2郾 2摇 土壤有机碳及其与活性和非活性组分的关系
2郾 2郾 1 土壤活性有机碳的分配比例摇 土壤活性有机
碳的分配比例是土壤活性有机碳含量与总有机碳含
量的比值[14-16] .由表 2 可以看出,表层 0 ~ 20 cm 的
活性有机碳分配比例较深层 20 ~ 100 cm低;随深度
增加,活性有机碳的分配比例呈增加趋势,但每层的
增幅不同.而土壤 TOC、AOC 和 NOC 的含量随深度
增加呈下降趋势,说明 TOC 的降幅高于 AOC. 这与
六盘山不同土地利用方式下土壤活性有机碳分配比
例随土层加深而递减的趋势相反[17] .其原因可能与
以下因素有关:1)黑河中游土壤 TOC 含量低导致
AOC、NOC 的含量偏低,AOC 与 NOC 含量差距缩
小;2)六盘山林区地表植被覆盖度高,植物叶片和
地表落叶阻碍了 AOC、NOC 随雨水下渗. 黑河中游
的盐碱地、裸土地、戈壁、沙地、中覆盖度草地、水田
和旱地地表植被稀疏,在雨水淋溶或多次灌溉作用
下,AOC易于下渗;3)地表覆盖度低,土壤有机物裸
露于地表,加速了 NOC 向 AOC 的转化,下渗量增
加;4) NOC 的移动性弱于 AOC,AOC 的下渗量高
于 NOC.
摇 摇 AOC分配比例的大小可说明土壤中活性有机
碳含量的高低和有机碳的稳定性,分配比例越高,活
性有机碳含量相对高,有机碳的稳定性越差,不利于
土壤有机碳的积累[18] . 反之,则有机碳较稳定且易
积累.本研究结果显示,盐碱地、裸土地、戈壁、沙地
中 AOC 分配比例偏高,AOC 活性大,TOC 不易积
累;而旱地、水田(表层 0 ~ 40 cm)、中覆盖度草地
(表层 0 ~ 40 cm)中 AOC 分配比例偏低,反映出
AOC活性小,TOC易积累.
2郾 2郾 2 土壤有机碳及活性和非活性组分的相关性摇
由表 3 可以看出,旱地、水田、中覆盖度草地、戈壁、
沙地中,每一层土壤 TOC 与 NOC 的相关系数均大
于 TOC 与 AOC,TOC 与 NOC 呈极显著正相关,而
TOC与 AOC呈显著相关、极显著和不显著正相关.
说明土壤剖面上 NOC的含量对 TOC的影响较大.
盐碱地中,0 ~ 60 cm 土层 TOC 与 NOC 的相关
系数大于 TOC和 AOC, 相关不显著,而 60 ~ 100 cm
TOC与 NOC的相关系数小于 TOC 和 AOC. 裸土地
中,除 20 ~ 60 cm 外,TOC 与 NOC 的相关系数均大
于 TOC 与 AOC.这种差异可能是采样点较少、有机
碳及其组成含量低等原因造成的.
2郾 2郾 3 土壤有机碳及其活性和非活性组分的变化摇
由于裸土地、盐碱地和旱地采样点少,本文选取采样
点较多的中覆盖度草地、水田、沙地、戈壁 4 种土地
利用类型分析TOC、AOC、NOC的变化趋势 . 其中,
表 2摇 不同土地利用方式下土壤活性有机碳的分配比例
Table 2摇 AOC distribution proportion in soil profile under different land uses (%)
土壤深度
Soil depth
(cm)
旱地
Dry land
水田
Paddy field
中覆盖度草地
Medium coverage
grassland
盐碱地
Saline鄄
alkali field
裸土地
Bare land
戈壁
Desert
沙地
Sandlot
0 ~ 20 31. 7 35. 8 34. 5 55. 1 39. 7 46. 0 47. 1
20 ~ 40 33. 0 43. 6 42. 9 45. 6 67. 6 43. 6 53. 3
40 ~ 60 38. 1 49. 1 56. 1 43. 2 83. 3 58. 6 58. 3
60 ~ 80 40. 0 50. 9 53. 8 62. 5 51. 8 51. 7 63. 6
80 ~ 100 38. 9 50. 0 54. 5 64. 0 38. 2 66. 7 54. 5
6723 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 23 卷
表 3摇 不同土地利用方式下土壤有机碳与活性、非活性有机碳的相关系数
Table 3摇 Correlation coefficients between SOC and its components in soil profile under different land uses
土壤深度
Depth
(cm)
类型
Type
旱地
Dry land
水田
Paddy field
中覆盖度草地
Medium coverage
grassland
盐碱地
Saline鄄
alkali field
裸土地
Bare land
戈壁
Desert
沙地
Sandlot
0 ~ 20 AOC 0. 940* 0. 451** 0. 421 0. 634 0. 756* 0. 886** 0. 719*
NOC 0. 991** 0. 950** 0. 966** 0. 731 0. 975** 0. 952** 0. 933**
20 ~ 40 AOC 0. 974** 0. 592** 0. 620 0. 926 0. 950** 0. 889** 0. 752**
NOC 0. 996** 0. 941** 0. 951** 0. 942 0. 933** 0. 946** 0. 947**
40 ~ 60 AOC 0. 907* 0. 711** 0. 576 0. 329 0. 954** 0. 504 0. 360
NOC 0. 988** 0. 921** 0. 846** 0. 936 0. 840 0. 851** 0. 764
60 ~ 80 AOC 0. 907* 0. 714** 0. 692 0. 981* 0. 848** 0. 699 0. 711*
NOC 0. 988** 0. 957** 0. 858** 0. 750 0. 946** 0. 953** 0. 936**
80 ~ 100 AOC 0. 993** 0. 714** 0. 851** 0. 948* 0. 921** 0. 637** 0. 665*
NOC 0. 998** 0. 930** 0. 950** 0. 822 0. 986** 0. 841** 0. 940**
* P<0. 05;** P<0. 01.
水田代表受人类耕作活动影响强度大的土地类型,
沙地、戈壁代表区内植被覆盖度低、土壤有机碳含量
较低的土地类型,中覆盖度草地代表植被覆盖度高、
土壤有机碳含量较高的土地类型,基本可代表区内
不同土地利用类型土壤有机碳含量的高、中、低 3 类
情况.
由图 2 可以看出,在 4 种类型中,随着 TOC 含
量的增加,AOC、NOC含量均呈增加趋势. 中覆盖度
草地、水田、沙地中,随着 TOC 含量的增加,AOC 含
量虽有增加,但增幅较小,趋势线基本呈直线型,而
NOC的趋势线呈指数或对数型. 因 NOC 含量增幅
较 AOC 大,对 TOC 的贡献要高于 AOC,说明 TOC
含量增加实质上是其非活性组分增加的结果,这与
表 3 中 TOC 与 NOC 的相关系数大于 TOC 与 AOC
的结果吻合. 在戈壁中,随着 TOC 含量的增加,
AOC、NOC 含量增幅接近,趋势线均呈多项式型,
TOC含量增加实质上是其非活性组分和活性组分
增加的共同结果.这与 TOC 和 AOC、NOC 的相关系
数接近的结果相吻合.
随着 TOC含量的增加,4 种类型中 AOC与 NOC
含量的变化趋势线都存在交叉点(记作 TOC伊). 与
沙地、戈壁相比,中覆盖度草地、水田交叉点对应的
TOC含量高,可能与土壤中 TOC含量有关.当 TOC>
TOC伊时,土壤中 AOC含量低于 NOC,即 AOCNOC含量对 TOC 的影响明显,有机碳易积累;当
TOC
图 2摇 不同土地利用方式下 0 ~ 20 cm土壤 TOC、AOC和 NOC的变化
Fig. 2摇 Variations of TOC, AOC and NOC in 0-20 cm soil layer under different land uses.
a)中覆盖度草地 Medium coverage grassland; b)沙地 Sandlot; c)水田 Paddy field; d)戈壁 Desert.
772312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张俊华等: 黑河中游典型土地利用方式下土壤有机碳与活性和非活性组分的关系摇 摇 摇
NOC,说明 AOC含量对 TOC 的影响较明显,有机碳
易损失. 因此,交叉点对应的 TOC 含量可认为是土
壤中有机碳易积累或易损失的分界点. 这一结果揭
示了同一种土地利用类型 TOC 与 AOC、NOC 之间
存在的内在关系.
3摇 讨摇 摇 论
土地利用变化对土壤有机碳影响的研究方法分
为田间直接测定和间接获取两种类型. 前者需要不
同时间对同一土地利用方式重复采样分析;后者可
用空间代替时间法,迅速获取土地利用变化信息下
土壤有机碳的动态变化[19] .本文采用空间代替时间
法来分析土地利用变化对有机碳的影响. 有研究表
明,黑河中游土地利用格局呈现出耕地、城镇用地、
沙漠化土地面积增加,草地、水域、未利用土地(沙
地、裸土地、盐碱地)减少的趋势[20-24] . 从变化方向
上,大量的草地和未利用土地转化为耕地,而少量耕
地荒废,也有转化为草地、林地、沙地和裸地等[25] .
本研究中,当中覆盖度草地、盐碱地、裸土地、戈壁、
沙地转变为水田后,TOC、AOC、NOC含量增加;水田
废弃后,向中覆盖度草地、盐碱地、裸土地、戈壁、沙
地类型转变,TOC、AOC、NOC含量降低.因自然植被
覆盖的土壤 TOC、AOC、NOC 背景含量较低,水田耕
作将是提高土壤有机碳的有效途径. 这与他人的研
究结果一致. Su 等[26]研究表明,荒漠风沙土开垦 40
年后,耕层有机碳含量增加 6. 4 倍. 王芳等[27]研究
表明,黑河中游绿洲区盐化草甸开垦后,随开垦时间
的增加,土壤有机质含量逐渐增加. 徐万里等[28]研
究表明,新疆绿洲荒漠自然土壤垦殖后,土壤有机碳
呈增加趋势,垦殖可能是干旱区绿洲农田潜在碳汇
的重要影响因素.
土地利用方式发生变化后,将引起 AOC 活性变
化及 TOC 的积累或损失. 当盐碱地、裸土地、戈壁、
沙地转变为水田后,AOC 分配比例降低,而土壤剖
面上 TOC、AOC、NOC含量增加,有机碳的增幅表现
为 NOC>TOC>AOC,说明土壤有机碳储量增加. 当
水田、中覆盖度草地转化为盐碱地、裸土地、戈壁、沙
地后,AOC 分配比例升高,而剖面上 TOC、AOC、
NOC含量均降低,有机碳的降幅表现为 NOC>TOC>
AOC,说明土壤有机碳储量减少.活性有机碳的分配
比例增加或减少可反映土壤总有机碳的损失或
积累.
TOC、AOC和 NOC的趋势变化真实地反映了 3
类有机碳存在的内在关系.研究显示,土壤有机碳的
固持存在一个饱和容量[29],初始有机碳含量与饱和
量的差距对碳的累积速率、有机碳含量和碳库增长
存在明显作用[30-31] .已有的研究多集中在不同生态
系统中 TOC的固碳速率、饱和容量、固碳持续时间、
增汇潜力及增汇途径研究[32-33],AOC、NOC 作为有
机碳的活性和非活性组分,也存在饱和含量、固碳速
率及达到或接近碳饱和容量的固持时间,但目前相
关研究结果还未见报道.以 AOC、NOC 与 TOC 的变
化趋势线作为计算依据,可间接地推断区域 AOC、
NOC饱和容量,由此计算出固碳速率、固碳潜力等
指标.它们的动态变化趋势可为土壤碳的固定和区
域生态系统碳管理提供依据.
4摇 结摇 摇 论
黑河中游不同土地利用方式下,土壤有机碳变
化明显.中覆盖度草地、盐碱地、裸土地、戈壁、沙地
剖面上 TOC、AOC、NOC 含量低,绿洲农田耕作是提
高土壤 TOC、AOC、NOC含量的有效途径.
土地利用变化引起 AOC分配比例的增减,可反
映土壤总有机碳的损失或积累. 当盐碱地、裸土地、
戈壁、沙地转变为水田后,AOC 分配比例降低,有机
碳的增幅表现为 NOC>TOC>AOC;当水田、中覆盖
度草地转化为盐碱地、裸土地、戈壁、沙地后,有机碳
的降幅表现为 NOC>TOC>AOC.
在 0 ~ 20 cm土层,随土壤 TOC 含量的增加,中
覆盖度草地、水田、戈壁、沙地土壤 AOC、NOC 含量
呈增加趋势,NOC的增幅高于 AOC. AOC、NOC 变化
趋势线的交叉点对应的 TOC 含量可认为是土壤中
有机碳易积累或易损失的分界点. 目前对土壤
AOC、NOC饱和容量及固碳潜力相关指标的确定还
未见报道. 而从 AOC、NOC 的变化趋势线和趋势方
程可间接地寻求其与 TOC 的关系. 这为区域土壤
TOC、AOC、NOC固碳潜力的研究提供了一种新的计
算方法.
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作者简介 摇 张俊华,女,1975 年生,博士,副教授. 主要从事
陆地生态系统碳循环与环境变化的研究. E鄄mail: oklgd@
163. com
责任编辑摇 李凤琴
0823 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 23 卷