全 文 ：32 卷 12 期
Vol． 32，No． 12
草 业 科 学
PＲATACULTUＲAL SCIENCE
1945 － 1952
12 /2015
DOI:10． 11829 / j． issn． 1001-0629． 2015-0131
杨合龙，孙宗玖，杨静，马慧敏． 封育年限对伊犁绢蒿荒漠土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响［J］． 草业科学，2015，32(12) :
1945-1952．
YANG He-long，SUN Zong-jiu，YANG Jing，MA Hui-min． Effects of enclosure periods on soil active organic carbon and carbon pool manage-
ment index in Seriphidium transiliense desert grassland［J］． Pratacultural Science，2015，32(12) :1945-1952．
封育年限对伊犁绢蒿荒漠土壤活性
有机碳及碳库管理指数的影响
杨合龙1，孙宗玖1，2，杨 静1，马慧敏1
(1．新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830052;2．新疆草地资源与生态重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830052)
摘要:以新疆伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地为对象，研究了不同封育年限对草地土壤活性有机碳及碳库管
理指数的影响。结果表明，0 － 5 cm土层，土壤碳密度呈封育 9 年 ＞对照 ＞封育 1 年 ＞封育 6 年，易氧化活性有机碳、碳
库管理指数为封育 9 年 ＞对照 ＞封育 6 年 ＞封育 1 年，且封育 9 年土壤碳密度显著高于封育 6 年，相对增加了 36．
51%，而其易氧化活性有机碳、碳库管理指数显著高于其他处理(P ＜ 0． 05) ，分别增加了35． 81% ～ 84． 89%、35． 83% ～
93． 96%;土壤有机质、全量养分分别与土壤易氧化活性有机碳、碳库活度、碳素有效率、氧化稳定系数间呈显著(P ＜ 0．
05)或极显著(P ＜ 0． 01)相关，而土壤碳库管理指数、易氧化活性有机碳与群落生物量的灰色加权关联度高于土壤有机
质和碳密度。土壤碳库活度指数、碳库管理指数能较为敏感地指示土壤碳与草地初级生产力的变化。
关键词:封育;荒漠草地;土壤有机质;易氧化活性有机碳
中图分类号:S812． 2 文献标识码:A 文章编号:1001-0629(2015)12-1945-08①
Effects of enclosure periods on soil active organic carbon and carbon pool
management index in Seriphidium transiliense desert grassland
YANG He-long1，SUN Zong-jiu1，2，YANG Jing1，MA Hui-min1
(1． College of Pratacultural and Environmental Science，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China;
2． Key Laboratory of Grassland Ｒesources and Ecology of Xinjiang，Urumqi 830052，China)
Abstract:Influences of different enclosure periods on grassland soil active organic carbon and carbon pool management
index were studied in Seriphidium transiliense desert grassland in Xinjiang． The results showed that soil carbon density
decreased in the following order:Enclosed 9 years ＞ Control ＞ Enclosed 1 year ＞ Enclosed 6 years，and soil active or-
ganic carbon and carbon pool management index decreased in the following order:Enclosed 9 years ＞ Control ＞ En-
closed 6 year ＞ Enclosed 1 years． The soil carbon density in grassland enclosing 9 years was significantly higher (P ＜ 0．
05)than that of enclosing 6 years which increased 36． 51%，while soil active organic carbon and carbon pool manage-
ment index of enclosing 9 years were significantly higher than those of the other treatments in the soil layer of 0 － 5 cm(P
＜ 0． 05)which increased 35． 81% ～84． 89% and 35． 83% ～93． 96% respectively． Soil organic matter，total phosphor-
us，nitrogen and potassium had significant (P ＜ 0． 05)or extremely significant (P ＜ 0． 01)correlations with soil active
organic carbon，carbon activity and efficiency，while the grey correlative degree of soil carbon pool management index，
active organic carbon and biomass of community was higher than that of soil organic matter and carbon density． Soil ac-
① 收稿日期:2015-03-09 接受日期:2015-07-08
基金项目:国家自然科学基金(31260574)
第一作者:杨合龙(1988-) ，男，河北大名县人，在读硕士生，主要从事草地资源与生态的研究。E-mail:836187747@ qq． com
通信作者:孙宗玖(1975-) ，男，内蒙古敖汉人，教授，博士，主要从事草地培育管理、草种资源评价及草坪学的教学与科研工作。
E-mail:nmszj@ 21cn． com
PＲATACULTUＲAL SCIENCE(Vol． 32，No． 12) 12 /2015
tive organic carbon and carbon pool management index could be more sensitive to indicate the changes of soil carbon and
primary productivity in grassland．
Key words:fencing;grassland of desert;soil organic matter;active organic carbon
Corresponding author:SUN Zong-jiu E-mail:nmszj@ 21cn． com
土壤有机质在土壤质量构成因素中占首要位
置［1］，并且在土壤中以有机质形式存在的 C 占全球陆
地总碳库的 2 /3 ～ 3 /4［2］，在全球碳循环过程中起着极
其重要的作用［3］。但土壤有机质含量只是一个矿化
分解和合成的平衡结果，其变化过程较为漫长，并不能
敏感地反映土壤环境、质量的瞬时动态变化及土壤转
化速率［4］。由此，20 世纪 70 － 80 年代，研究者对有机
质分解转化的分组方面进行了更深入的研究，如 Blair
等［5］认为，可以被 333 mmol·L －1的高锰酸钾(KM-
nO4)氧化的有机碳与土壤有效养分具有密切的关系，
并提出了土壤碳库管理指数(CMI) ，而 Lefroy 和
Lisle［6］进一步指出，能被 333 mmol·L －1 KMnO4 氧化
的有机质称为活性有机质(Labile Organic Matter，
LOM) ，不能被氧化的为非活性有机质(Non-labile Or-
ganic Matter，NLOM)。目前，国内外许多研究者发现，
LOM及 CMI与土壤性质的关系密切且对土壤碳变化
敏感，可以作为表征土壤肥力及揭示土壤碳库变化的
早期指标［7-11］。
作为新疆主要春秋放牧场的伊犁绢蒿(Seriphidi-
um transiliense)荒漠草地［12］，目前退化十分普遍，甚至
局部区域已极度退化或完全被破坏，严重威胁到当地
畜牧业生产及绿洲生态安全［13-14］。关于伊犁绢蒿荒
漠草地封育土壤的研究，仅限于短期围栏时间土壤理
化性质的研究［15-16］，且有关封育对土壤有机质影响的
研究仍存在较大分歧［17-18］，再加上土壤有机质含量应
激变化的“滞后性”，急需寻找一些能代表土壤有机质
变化的敏感组分来揭示其对封育响应的瞬时适应机
制，而活性有机碳及碳库管理指数的提出为其提供了
新的视角。因此，以新疆不同封育年限的伊犁绢蒿荒
漠为对象，通过对其土壤活性有机碳、碳库管理指数及
两者与群落生物量的灰色关联度进行分析，探讨不同
封育年限下土壤活性有机碳及碳库管理指数的响应规
律，同时分析其与土壤养分、群落生物量的相关性或关
联度如何，是否能作为封育后土壤与植被变化的瞬时
敏感考核指标，以期为退化荒漠草地的有效管理、持续
利用及相应的生态环境效应评价提供科学依据。
1 材料与方法
1． 1 研究区概况
试验地位于新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市米东区
芦草沟乡的博格达山北坡(87°47 － 87°46 E，43°53 －
43°49 N) ，海拔 840 ～ 1 110 m;试验区为典型温带大陆
气候，年降水量 236 mm，降水季节分配不均，集中在春、
冬季，年均温 6． 4 ℃，冬季寒冷漫长。土壤为灰棕色荒
漠土，且土层深厚;地带性植被为蒿类荒漠草地，生产上
多做春秋割草地利用，草地载畜量相对较少。该草地主
要优势种有伊犁绢蒿、木地肤(Kochia prostrata)、叉毛蓬
(Petrosimonia sibirica)、角果藜(Ceratocarpus arenarius)
等，春季有毛梗顶冰花(Gagea albertii)、庭荠(Alyssum
desertorum)等短生、类短生植物发育;地表土壤有一定
程度的裸露及践踏现象，草地整体上处于轻度退化状
态。
1． 2 研究方法
1． 2． 1 样地设置 研究样地选择分别于 2013、2008
及 2005 年采用铁丝网进行围栏全年禁牧的 3 个处理，
即封育 1、6、9 年，面积均为 2 000 m2;围栏期间未受干
扰，且封育区段基本相连，间距小于 10 m，使得试验区
内土壤、地形、气候及地表生态过程等基本一致，因此，
不同封育时间草地土壤有机质的差异，主要由封育引
起的植物生长条件及与之有关的土壤生态过程造成;
同时设当地居民传统自由放牧的未封育区为对照
(CK) ，春秋季节轻度放牧，家畜多为绵羊。
1． 2． 2 植被调查及土壤取样 2013 年 9 月底，每个
围栏样地沿坡向平均分为 3 个条带区，每个条带区分
别在上、中、下坡各设置 3 个 1 m ×1 m典型样方，同时
围栏外(对照)对应布点，进行草地植被群落特征的测
定。每个样方剪掉地上生物量后，采用挖土块法，按土
层深度 0 － 5、5 － 10、10 － 20、20 － 30、30 － 50 cm 分层
取样，每个土壤取样点面积20 cm ×20 cm，每条带区内
土样分层混匀，以消除坡度的影响;室内剔除植物可见
的新鲜根系、石砾等杂物，置于室内自然风干后磨细过
2、1、0． 25 mm 筛后保存，用以室内分析。4 个处理草
地植物群落基本特征及土壤常规养分均值(0 － 50
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cm)情况见表 1。
表 1 研究样地描述
Table 1 Description of the experiment sites
指标
Index
处理 Treatment
对照
Control(En0)
围封 1 年
Enclosed 1year(En1)
围封 6 年
Enclosed 6 years(En6)
围封 9 年
Enclosed 9 years(En9)
生物量
Biomass /g·m －2
107． 14 ± 18． 94a 98． 83 ± 33． 87a 307． 81 ± 91． 42a 98． 02 ± 16． 69a
容重
Density /g·cm －3
1． 26 ± 0． 02ab 1． 24 ± 0． 01b 1． 33 ± 0． 03a 1． 28 ± 0． 03ab
土壤有机质
SOC /g·kg －1
7． 23 ± 1． 96a 6． 64 ± 1． 58a 6． 56 ± 1． 26a 7． 61 ± 2． 31a
土壤全钾
TK /g·kg －1
4． 33 ± 0． 31a 4． 47 ± 0． 33a 4． 70 ± 0． 28a 4． 09 ± 0． 36a
土壤全磷
TP /g·kg －1
0． 38 ± 0． 02a 0． 38 ± 0． 02a 0． 39 ± 0． 03a 0． 38 ± 0． 02a
土壤全氮
TN /g·kg －1
0． 35 ± 0． 09a 0． 26 ± 0． 05a 0． 33 ± 0． 08a 0． 39 ± 0． 10a
土壤碱解氮
AN/mg·kg －1
112． 94 ± 21． 93a 101． 70 ± 19． 95a 100． 01 ± 17． 72a 112． 38 ± 25． 35a
土壤速效磷
AP /mg·kg －1
2． 02 ± 1． 21a 1． 34 ± 0． 90a 3． 86 ± 1． 64a 1． 91 ± 0． 99a
土壤速效钾
AK/mg·kg －1
158． 81 ± 37． 78a 121． 32 ± 36． 85a 189． 56 ± 37． 85a 131． 99 ± 37． 75a
种群(重要值/%)
Plant populations
(Important value/%)
叉毛蓬P． sibirica (68．44)
+伊犁绢蒿 S． transiliense
(25． 24)+角果藜 C． are-
narius (6．32)
叉毛蓬P． sibirica (54．01)
+伊犁绢蒿 S． transiliense
(26．56)+木地肤 K． pros-
trata (12．42)
叉毛蓬P． sibirica (61．42)
+伊犁绢蒿 S． transiliense
(22． 92)+角果藜 C． are-
narius (8．21)
伊犁绢蒿 S． transiliense
(41．37)+叉毛蓬P． sibiri-
ca (37． 49)+ 木地肤
K． prostrata (12．23)
注:同行不同小写字母表示不同围封时间间差异显著性(P ＜ 0． 05)。
Note:Different lower case letters within the same row show significant difference among different enclosing time at 0． 05 level．
1． 2． 3 土壤养分及活性有机质测定 土壤有机质采
用重铬酸钾外加热法［19］;全量氮、磷、钾依次采用半微
量凯氏定氮法、HClO4-H2SO4 熔融 －钼锑抗比色法、酸
溶火焰光度计法［19］;碱解氮、速效磷、速效钾分别采用
碱解扩散法，碳酸氢钠浸提 －钼锑抗比色法，醋酸铵 －
火焰光度法［19］;土壤易氧化活性有机碳 (Ｒeadily Oxi-
dizable Carbon，ＲOC)采用 333 mmol·L －1的 KMnO4
氧化法［5］，土壤非活性有机碳含量就是土壤总有机碳
含量减去土壤活性有机碳含量的差值。
1． 2． 4 数据统计与分析
(1)土壤有机碳密度及储量［20］:
有机碳密度(SOCi)=Ci ×Di ×Ei ×(1 －Gi)/100;
总有机碳贮量(SOCt)=∑
n
i = 1
SOCi
其中，SOCi、Ci、Di、Ei、Gi 分别指第 i 土层的土壤有机
碳密度(kg·m －2)、有机碳含量(g·kg －1)、容重(g·
cm －3)、土层厚度(cm)、直径≥2 mm 的石砾所占的体
积百分比(%) ，k为土壤剖面中土层数量。
(2)土壤碳库管理指数的计算［5］:
本研究选择对照区(En0)为参考土壤，进行以下
相关计算:
碳库指数(Carbon Pool Index，CPI)=样品总有机
碳含量 /参考土壤总有机碳含量;
碳库活度(Activity of Carbon，A)=土壤活性有机
碳含量 /土壤非活性有机碳含量;
碳库活度指数(Activity Index，AI)=样品碳库活
度 /参考土壤碳库活度;
土壤碳库管理指数(Carbon Pool Management In-
dex，CPMI)=碳库指数(CPI)×碳库活度指数(AI)×
100%。
(3)碳素有效率的计算［21-22］:
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碳素有效率(ACC)=易氧化有机碳含量(ＲOC)/
土壤有机碳含量(SOC)× 100%。
(4)灰色关联度计算［23-25］:
以群落生物量记为参考列{X0(k) } (k = 1，2，
3，…，n) ，土壤有机碳及活性碳等各项指标作为评价
指标记为比较列{Xi(k) } (k = 1，2，3，…，m) ，进行以
下计算:
标准化变换:分别求出各序列的平均值和标准差，
然后将各原始数据减去平均值后再除以标准差，即为
标准化序列;量纲为 1，其均值为 0，方差为 1。
关联系数 ζ(k)=
min
i
min
k |X0(k)－ Xi(k)| +
|X0(k)－ Xi(k)| +
ρmax
i
max
k |X0(k)－ Xi |(k)
ρmax
i
max
k |X0(k)－ Xi |(k)
式中，|X0(k)－ Xi(k)|为绝对差值，记为 Δ(k) ;
等权关联度 γi =
1
n∑
n
i － 1
ζ(k) (n为样本数) ;
权重系数 ωi =
γi
∑γi
;
加权关联度 γi =∑
n
k － 1
ωi(k)ζ(k)。
(5)采用 SPSS 18． 0 进行数据统计分析，以平均值
与标准误表示数据结果，分别对不同封育时间的土壤
碳密度、土壤易氧化活性有机碳及其各计算指标单因
素方差分析及多重比较(Duncan法) ，并对土壤养分与
活性有机碳进行相关性分析(Pearson 法) ，用 Excel
2003 进行数据整理与作图。
2 结果与分析
2． 1 封育对土壤碳密度与碳储量的影响
土壤有机碳密度或储量通过结合有机碳、容重等
能更好地综合反映碳库变化或分布情况。在0 － 5 cm
土层，土壤碳密度随封育时间呈现“降低 －增加”的趋
势(图 1) ，且与有机碳变化趋势一致(表 1) ，这主要受
土壤有机碳含量的影响;封育对 5 － 30 cm土层的碳密
度影响较小，但在 30 － 50 cm 波动幅度较大。总有机
碳储量(0 － 50 cm)呈现 En9(封育 9 年)＞ En6(封育 6
年)＞ En0(对照)＞ En1(封育 1 年) ，且 En9 相对于
En0、En1、En6 分别增加了2． 99%、12． 27%、1． 75%;土
壤碳密度在 0 － 5 cm 呈现 En9 显著大于 En6(P ＜ 0．
05) ，且与 En0、En1、En6 相比分别增加了 11． 24%、29．
34%、36． 51%;总有机碳贮量与 5 － 50 cm的各土层碳
密度受封育时间的影响并不显著。
图 1 不同封育年限土壤碳密度与碳储量的分析
Fig． 1 Analysis of carbon density and SOCt in different fencing time
注:不同小写字母表示同一土层不同处理间差异显著(P ＜ 0． 05)。En0、En1、En6、En9 分别表示未封育，封育 1、6、9 年。下同。
Note:Different lower case letters for the same soil depth show significant difference among different treatments at 0． 05 level． En0、En1、En6、En9 indicates graz-
ing，fencing 1，6，9 years，respectively． The same below．
2． 2 封育对土壤易氧化活性有机碳的影响
在 0 － 5 cm 土层，En9 的易氧化活性有机碳
(ＲOC)含量均显著高于 En0、En1、En6(P ＜ 0． 05) ，且
分别增加了 35． 81%、84． 89%、77． 15%，而在5 － 50 cm
各土层在各封育时间的 ＲOC 含量均差异不显著(P ＞
0． 05) ，但 En9 均高于其他处理(图 2) ;0 － 5、10 － 30
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cm的 ＲOC均呈现“降低 －增加”趋势，与土壤碳密度
变化趋势一致。0 － 50 cm 的土壤 ＲOC 总量表现出
En9 显著大于 En1(P ＜ 0． 05) ，分别比 En0、En1、En6 增
加了 45． 07%、81． 35%、46． 70%，且与总有机碳贮量
变化趋势一致。从变化幅度来看，土壤易氧化碳较碳
密度对封育响应更为敏感。
图 2 不同封育年限土壤易氧化碳的分析
Fig． 2 Analysis of ＲOC in different fencing time
表 2 不同封育年限土壤碳库管理指数分析
Table 2 Analysis of CMPI in different fencing time
土层
Soil layer
封育时间
Enclosure time /a
碳库活度
A
碳库活度
指数 AI
碳库指数
CPI
碳库管理
指数 CPMI /%
碳素有效率
ACC /%
0 － 5 cm
0(En0) 0． 15 ± 0． 02a 1． 00 ± 0． 00ab 1． 00 ± 0． 00ab 100． 00 ± 0． 00b 12． 79 ± 1． 31a
1(En1) 0． 12 ± 0． 01a 0． 82 ± 0． 05b 0． 85 ± 0． 07b 70． 03 ± 7． 56c 10． 83 ± 0． 60a
6(En6) 0． 15 ± 0． 01a 1． 01 ± 0． 10ab 0． 76 ± 0． 04b 74． 97 ± 3． 92bc 12． 97 ± 1． 13a
9(En9) 0． 18 ± 0． 00a 1． 21 ± 0． 02a 1． 13 ± 0． 06a 135． 83 ± 7． 13a 15． 12 ± 0． 20a
5 － 10 cm
0(En0) 0． 09 ± 0． 01a 1． 00 ± 0． 00a 1． 00 ± 0． 00a 100． 00 ± 0． 00a 8． 44 ± 0． 57a
1(En1) 0． 10 ± 0． 01a 1． 06 ± 0． 10a 0． 93 ± 0． 11a 100． 85 ± 20． 29a 8． 87 ± 0． 76a
6(En6) 0． 10 ± 0． 01a 1． 12 ± 0． 16a 0． 93 ± 0． 10a 105． 54 ± 19． 57a 9． 32 ± 1． 20a
9(En9) 0． 12 ± 0． 02a 1． 31 ± 0． 22a 0． 97 ± 0． 10a 127． 36 ± 28． 04a 10． 64 ± 1． 70a
10 － 20 cm
0(En0) 0． 08 ± 0． 01a 1． 00 ± 0． 00a 1． 00 ± 0． 00a 100． 00 ± 0． 00a 7． 03 ± 0． 89a
1(En1) 0． 06 ± 0． 02a 0． 82 ± 0． 25a 1． 00 ± 0． 09a 90． 61 ± 34． 03a 5． 78 ± 1． 67a
6(En6) 0． 10 ± 0． 01a 1． 27 ± 0． 16a 1． 01 ± 0． 09a 130． 25 ± 22． 97a 8． 73 ± 0． 99a
9(En9) 0． 12 ± 0． 02a 1． 54 ± 0． 31a 1． 12 ± 0． 18a 194． 93 ± 67． 35a 10． 35 ± 1． 85a
20 － 30 cm
0(En0) 0． 05 ± 0． 01ab 1． 00 ± 0． 00ab 1． 00 ± 0． 00a 100． 00 ± 0． 00a 4． 85 ± 0． 72ab
1(En1) 0． 04 ± 0． 01b 0． 72 ± 0． 20b 0． 97 ± 0． 03a 71． 27 ± 20． 51a 3． 50 ± 0． 99b
6(En6) 0． 09 ± 0． 01ab 1． 71 ± 0． 22ab 1． 07 ± 0． 07a 187． 51 ± 34． 64a 8． 03 ± 0． 93ab
9(En9) 0． 10 ± 0． 02a 2． 03 ± 0． 32a 1． 07 ± 0． 11a 231． 60 ± 61． 35a 9． 35 ± 1． 30a
30 － 50 cm
0(En0) 0． 05 ± 0． 02a 1． 00 ± 0． 00ab 1． 00 ± 0． 00ab 100． 00 ± 0． 00a 4． 67 ± 1． 40a
1(En1) 0． 02 ± 0． 01a 0． 37 ± 0． 19b 0． 98 ± 0． 01ab 36． 43 ± 18． 87a 1． 78 ± 0． 91a
6(En6) 0． 06 ± 0． 01a 1． 20 ± 0． 19ab 1． 11 ± 0． 06a 129． 37 ± 13． 21a 5． 61 ± 0． 83a
9(En9) 0． 07 ± 0． 02a 1． 49 ± 0． 31a 0． 81 ± 0． 08b 129． 08 ± 37． 49a 6． 85 ± 1． 35a
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2． 3 封育对土壤碳库管理指数的影响
随封育年限的增加，土壤碳库活度、碳库活度指数
基本呈先降后增趋势，并在 En9 达到最高，但除20 － 30
cm 土层 En9 碳库活度及 0 － 5、20 － 30 cm 土层 En9 碳
库活度指数显著高于 En1(P ＜ 0． 05)外，其余土层不同
封育处理间差异不显著(P ＞ 0． 05) (表 2)。对碳库指
数而言，0 － 5 cm土层 En9 显著高于 En1、En6，而 30 －
50 cm 土层 En9 显著低于 En6(P ＜ 0． 05) ，其余土层各
处理间差异不显著。碳库管理指数仅在 0 － 5 cm土层
表现出显著差异，且 En9 显著高于 En0、En1、En6(P ＜
0． 05) ，其余土层各处理间差异不显著，5 － 30 cm 各土
层以 En9 最高，30 － 50 cm 土层以 En6 最高。除 20 －
30 cm土层 En9 显著高于 En1(P ＜ 0． 05)外，其余土层
碳素有效率各处理间差异不显著，且均以 En9 最高。
整体上，碳库管理指数可以综合反映土壤碳库的变化
情况，即封育提高了土壤碳汇能力。
2． 4 土壤活性有机碳与土壤养分的相关性
土壤有机质与易氧化活性有机碳、碳库活度、碳素
有效率均呈极显著相关(P ＜ 0． 01) ，且与易氧化碳相
关系数为最大(0． 94) ;土壤全钾与易氧化碳呈极显著
相关，与碳库活度、碳素有效率呈显著相关(P ＜
0． 05) ;土壤全磷与易氧化碳、碳库活度、碳素有效率
极显著相关;土壤全氮与易氧化碳、碳库活度、碳素有
效率、碳密度极显著相关，而土壤碱解氮、速效磷、速效
钾与活性有机碳各指标相关性不显著(P ＞ 0． 05) (表
3)。
2． 5 草地群落生物量与活性有机碳的灰色关联度
通过灰色关联度分析表明(表 4) ，依据与群落
生物量加权关联度的大小及排序可以看出，土壤活
表 3 土壤养分与活性有机碳的相关性(n =60)
Table 3 Correlations of soil nutrients and ＲOC(n =60)
指标
Parameter
易氧化活性
有机碳 ＲOC
碳库
活度 A
碳库活度
指数 AI
碳库
指数 CPI
碳库管理
指数 CPMI
碳素有效率
ACC
碳密度 Carbon
density
有机质 SOC 0． 940＊＊ 0． 710＊＊ 0． 010 0． 200 0． 070 0． 700＊＊ 0． 160
全钾 TK 0． 400＊＊ 0． 310* － 0． 090 － 0． 040 － 0． 090 0． 310* 0． 130
全磷 TP 0． 590＊＊ 0． 510＊＊ 0． 010 － 0． 020 － 0． 010 0． 510＊＊ 0． 230
全氮 TN 0． 810＊＊ 0． 640＊＊ － 0． 040 － 0． 010 － 0． 050 0． 630＊＊ 0． 360＊＊
碱解氮 AN 0． 030 0． 036 － 0． 002 － 0． 035 － 0． 024 0． 037 0． 042
速效磷 AP 0． 117 0． 155 0． 105 0． 039 0． 118 0． 155 － 0． 088
速效钾 AK 0． 030 0． 036 0． 042 0． 083 0． 062 0． 033 － 0． 012
注:＊＊表示极显著性相关(P ＜ 0． 01) ，* 表示显著性相关 P ＜ 0． 05)。
Note:＊＊ shows extremely significant correlation (P ＜ 0． 01) ，and * significant correlation (P ＜ 0． 05)．
表 4 群落生物量与活性有机碳的灰色关联度
Table 4 Grey correlative degree of biomass of community and ＲOC
灰色关联度
GCD
关联系数 Correlation coefficient
En0 En1 En6 En9
加权关联度
Weighted grey
correlative degree
排序
Ｒank
(y，x1) 0． 62 0． 93 0． 38 0． 48 0． 28 5
(y，x2) 0． 69 0． 63 0． 61 0． 56 0． 30 4
(y，x3) 0． 88 0． 82 0． 47 0． 45 0． 32 3
(y，x4) 0． 99 0． 74 0． 58 0． 48 0． 37 2
(y，x5) 1． 00 0． 73 0． 60 0． 49 0． 38 1
(y，x6) 0． 61 0． 69 0． 46 0． 51 0． 25 6
(y，x7) 1． 00 0． 75 0． 56 0． 47 0． 37 2
(y，x8) 0． 98 0． 73 0． 59 0． 49 0． 37 2
注:y，群落生物量;x1，有机质;x2，碳密度;x3，易氧化碳;x4，碳库活度;x5，碳库活度指数;x6，碳库指数;x7，碳库管理指数;x8，碳素有效率。
Note:y，biomass of community;x1，SOC;x2，Carbon density;x3，LOC;x4，A;x5，AI;x6，CPI;x7，CPMI;x8，ACC．
0591
12 /2015 草 业 科 学 (第 32 卷 12 期)
性有机碳各指标依次为 x5 ＞ x4 = x7 = x8 ＞ x3 ＞ x2 ＞ x1
＞ x6。草地群落生物量一定程度上代表了草地生产
力，而与生物量的加权关联度的均值为0． 33，大于均值
的为碳库活度指数(x5)、碳库活度(x4)、碳库管理指
数(x7)、碳素有效率(x8) ，有机质(x1)及碳库指数
(x6)关联度小于均值，初步体现土壤有机质或碳库对
地表植被生长情况的指示作用有滞后性，而活性碳及
其计算指标对地表植被有明显的指示作用。
3 讨论与结论
目前，由于气候、植被及土壤等背景值的不同，封
育对土壤有机碳、碳密度或碳储量的影响仍存在一定
的争议。一些相关研究指出，围栏封育可以提高土壤
碳含量;内蒙古典型草原封育后，草地碳氮贮量、碳密
度等增加显著(P ＜ 0． 05)［25-27］。同时，也有研究发现，
土壤养分封育后变化不明显或减少;Ｒeeder 和 Schu-
man［28］研究表明，放牧草地的土壤碳显著大于封育;在
青藏高原、北美草原以及坎特伯雷高原草地研究发现，
封育对草地土壤影响较小［29-31］。本研究表明，0 － 5
cm土层土壤碳密度呈封育 9 年 ＞对照 ＞封育 1 年 ＞
封育 6 年，这与土壤有机碳随封育时间变化一致(表
1) ，但仅在封育 9 年与 6 年间差异显著。土壤有机碳
密度或碳储量主要受地表植被类型或凋落物输入量以
及土壤矿质化作用环境等因素的影响，本研究中封育
9 年与对照在 0 － 5 cm土层具有相对较高的土壤碳密
度，这与其地表的优势种受封育环境及物种相对竞争
力影响而转换为半灌木伊犁绢蒿及其较大的根输入量
有关(表 1) ;而封育 6 年样区具有相对竞争优势的一
年生牧草叉毛蓬相对较多(表 1) ，导致其根输入量相
对较低且易分解，使其土壤碳密度成为最低值。
土壤活性有机碳是易氧化分解、易被微生物转化
和生物直接利用的有机碳组分，可以作为反映土壤有
机质及质量变化并揭示土壤碳库变化的早期敏感性指
标，由其计算的碳库管理指数能够很好地反映土壤碳
库的更新变化，已得到国内外相关研究的证实。Bied-
erbeck等［7］通过动力学研究指出，土壤有机质的短暂
波动主要发生在易氧化、分解的部分，并选择易氧化碳
等作为土壤有机碳的指示因子;邱莉萍等［32］指出，土
壤活性有机质与有机质及多数土壤性质呈极显著正相
关(P ＜ 0． 01) ;徐明岗等［4］、蔡太义等［10］、宇万太
等［11］研究表明，LOM 和 CMI 比总有机质更能客观反
映土壤肥力和土壤质量的变化情况，应成为描述土壤
质量和评价土壤管理及土壤碳库的动态变化的良好指
标。本研究中，易氧化碳在 0 － 5 cm 呈封育 9 年 ＞对
照 ＞封育 6 年 ＞封育 1 年，且封育 9 年与其他处理均
差异显著(P ＜ 0． 05) ，封育 9 年的易氧化碳总量与封
育 1 年差异显著;易氧化碳与其总量的变动幅度分别
为 35． 81% ～ 84． 87%、45． 07% ～ 81． 35%，而土壤碳
密度及碳储量的变动幅度分别为 11． 24% ～ 36． 51%、
1． 75% ～12． 27%;碳库管理指数是碳库活度、碳库指
数等指标的结合，在 0 － 5 cm 随封育时间与易氧化碳
变化趋势一致，且封育 9 年显著高于其他处理，同时对
照也高于其他处理，变动幅度为 35． 83% ～ 93． 96%;
综合上述方差与变化幅度分析，可以看出土壤易氧化
碳、碳库管理指数对封育的响应更为敏感。
相关性分析表明，与土壤有机质及全量养分呈极
显著相关的为易氧化碳(P ＜ 0． 01) ，而呈显著或极显
著相关的主要有碳库活度、碳素有效率，体现了上述指
标可以代表土壤养分的动态变化;而碳库管理指数、碳
库活度指数、碳库指数与有机质相关性不显著，这可能
与参考样地的有机碳含量密切关系。同时，灰色关联
度分析发现，群落生物量依次与碳库活度指数、碳库管
理指数等加权关联度相对最高，而与有机质及其计算
出的碳库指数关联度最小，体现了土壤有机质对地表
植被的生长情况的指示有明显滞后性，而碳库活度指
数、碳库管理指数等活性有机碳指标能较为敏感准确
地指示草地初级生产力，这与杨滨娟等［9］、蔡太义
等［10］的研究结果一致。
参考文献
［1］ Gregorich E G，Carter M Ｒ． Soil Quality for Crop Production and Ecosystem Health，Development in Soil Science 25［M］． The Nether-
lands:Elsevier，1997:1-19．
［2］ 方精云．全球生态学:气候变化与生态响应［M］．北京:高等教育出版社，2000．
［3］ Joseph M C，Theodore M G． Soil moisture controls on temperature sensitivity of soil organic decomposition for a mesic grassland［J］．
Soil Biology and Biochemistry，2011，43(2) :455-457．
［4］ 徐明岗，于荣，王伯仁．长期不同施肥下红壤活性有机质与碳库管理指数变化［J］．土壤学报，2006，43(5) :723-729．
［5］ Blair G J，Lefroy Ｒ D B，Lisle L． Soil carbon fractions based on their degree of oxidation and the development of a carbon management
1591
PＲATACULTUＲAL SCIENCE(Vol． 32，No． 12) 12 /2015
index for agricultural systems［J］． Australian Journal of Agricultural Ｒesearch，1995，46(7) :1459-1466．
［6］ Lefroy Ｒ D B，Lisle L． Soil organic carbon changes in cracking clay soils under cotton production as studied by carbon fractionation
［J］． Australian Journal of Agricultural Ｒesearch，1997，48(7) :1049-1058．
［7］ Biederbeck V O，Janzen H H，Campbell C A，Zentner Ｒ P． Labile soil organic matter as influenced by cropping practices in an arid en-
vironment［J］． Soil Biology and Biochemistry，1994，26(12) :1647-1656．
［8］ Venkatesh M S，Hazra K K，Ghosh P K，Praharaj C S，Kumar N． Long-term effect of pulses and nutrient management on soil carbon se-
questration in Indo-Gangetic plains of India［J］． Canadian Journal of Soil Science，2013，93(1) :127-136．
［9］ 杨滨娟，黄国勤，兰延，陈洪俊，王淑彬．施氮和冬种绿肥对土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响［J］．应用生态学报，2014，
25(10) :2907-2913．
［10］ 蔡太义，黄耀威，黄会娟，贾志宽，李立科，杨宝平，韩思明．不同年限免耕秸秆覆盖对土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响
［J］．生态学杂志，2011，30(9) :1962-1968．
［11］ 宇万太，赵鑫，马强，周桦．长期定位试验下施肥对潮棕壤活性碳库及碳库管理指数的影响［J］．土壤通报，2008，39(3) :539-
545．
［12］ 许鹏．新疆草地资源及其利用［M］．乌鲁木齐:新疆科技卫生出版社，1993:97-100，167-168．
［13］ 朱进忠，吴咏梅．伊犁绢蒿荒漠不同退化阶段草地经济性状演变的分析［J］．草业科学，2005，22(10) :1-6．
［14］ 靳瑰丽，朱进忠，陈乐宁，刘洪来，吴咏梅．伊犁绢蒿荒漠受损草地植物群落春季演变趋势分析［J］．草业科学，2007，24(10) :
26-30．
［15］ 范燕敏，孙宗玖，武红旗，刘秀梅．封育对山地草地植被及土壤特性的影响［J］．草业科学，2009，26(3) :79-82．
［16］ 刘长娥，安沙舟，孙宗玖，杨永兴．围栏封育对新疆伊犁绢蒿草地的影响［J］．草业科学，2008，25(10) :10-14．
［17］ 孙宗玖，安沙舟，段娇娇．围栏封育对新疆蒿类荒漠草地植被及土壤养分的影响［J］．干旱区研究，2009，26(6) :877-882．
［18］ 范燕敏，武红旗，孙宗玖，谢昀，何晶，柴大攀．围封对天山北坡荒漠草地土壤有机碳的影响［J］．草地学报，2014，22(1):65-69．
［19］ 鲍士旦．土壤农化分析［M］．第三版．北京:中国农业出版社，2005:25-109．
［20］ 杜满义，范少辉，漆良华，刘广路，肖复明，张小军．不同类型毛竹林土壤碳、氮特征及其耦合关系［J］．水土保持学报，2010，24
(4) :198-202．
［21］ 沈宏，曹志洪．长期施肥对不同农田生态系统土壤活性碳库及碳素有效率的影响［J］．热带亚热带土壤科学，1998，7(1):1-5．
［22］ 袁喆，罗承德，李贤伟，宫渊波，刘彬，房建佳．间伐强度对川西亚高山人工云杉林土壤易氧化碳及碳库管理指数的影响［J］．
水土保持学报，2010，24(6) :127-131．
［23］ 韩启秀．运用灰色关联度对山东小麦新品种(系)综合表现的评价［J］．中国农学通报，2005，21(2) :312-314．
［24］ 张跃，皱寿平．模糊数学方法及应用［M］．北京:煤炭工业出版社，1992．
［25］ 敖伊敏，焦燕，徐柱．典型草原不同围封年限植被 －土壤系统碳氮贮量的变化［J］．生态环境学报，2011，20(10) :1403-1410．
［26］ 何念鹏，韩兴国，于贵瑞．长期封育对不同类型草地碳贮量及其固持速率的影响［J］．生态学报，2011，31(15) :4270-4276．
［27］ 许中旗，李文华，许晴，闵庆文，王英舜，吴雪宾．人为干扰对典型草原土壤碳密度及生态系统碳贮量的影响［J］．自然资源学
报，2009，24(4) :621-629．
［28］ Ｒeeder J D，Schuman G E． Influence of livestock grazing on C sequestration in semi-arid mixed-grass and short-grass rangelands［J］．
Environmental Pollution，2002，116:457-463．
［29］ 刘晓琴，吴启华，李红琴，毛绍娟，李英年．不同封育年限高寒草甸植被 /土壤碳密度及净生态系统 CO2 交换量的比较［J］．冰
川冻土，2013，35(4) :848-856．
［30］ Frank D A，Groffnan P M． Ungulate vs Landscape control of soil C and N processes in grasslands of Yellow stone National Park［J］．
Ecology，1998，79(7) :2229-2241．
［31］ Basher L Ｒ，Lynn I H． Soil changes associated with the cessation of grazing at two sites in the Canterbury high country［J］． New Zeal-
and Journal of Ecology，1996，20:179-189．
［32］ 邱莉萍，张兴昌，程积民．不同封育年限草地土壤有机质组分及其碳库管理指数［J］． 植物营养与肥料学报，2011，17(5) :
1166-1171． (责任编辑 武艳培)
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