全 文 ：第 34 卷第 21 期
2014年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.21
Nov.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金(40901138, 41271307); 四川省科技厅项目(2010JY0083); 四川省学术和技术带头人培养资金资助项目(2012)
收稿日期:2013鄄02鄄04; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄13
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: zichengzheng@ aliyun.com
DOI: 10.5846 / stxb201302040233
李玮,郑子成,李廷轩,刘敏英.不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳分布特征.生态学报,2014,34(21):6326鄄6336.
Li W, Zheng Z C, Li T X, Liu M Y.Distribution characteristics of soil aggregates and its organic carbon in different tea plantation age.Acta Ecologica
Sinica,2014,34(21):6326鄄6336.
不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳分布特征
李摇 玮,郑子成*,李廷轩,刘敏英
(四川农业大学资源环境学院, 成都摇 611130)
摘要:作为土壤结构的基本单元和土壤肥力的重要组成部分,土壤团聚体对土壤的物理、化学和生物特性均有重要影响。 试验
选取了雅安市名山区中峰乡生态茶园区 12—15a、20—22a、30—33a和>50a的茶园,研究其土壤团聚体及其有机碳总量、储量和
活性组分的分布特征,探究植茶年限对土壤团聚体及其有机碳分布的影响。 结果表明:(1)研究区土壤以>2 mm粒级团聚体为
主,约为 70%—80%,且在 0—20 cm土层植茶 20—22a土壤团聚体含量最高;(2)茶园土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒级的
减小而增加,最大值出现在<0.25 mm粒级团聚体,且在植茶>50a 时达最高值,0—20 cm 土层团聚体有机碳含量均高于 20—
40 cm,土壤团聚体水溶性有机碳和微生物生物量碳随植茶年限的延长呈先增加后降低的变化趋势,植茶 30—33a时含量最高,
且小粒级团聚体水溶性有机碳含量较高而微生物量碳较低;(3)土壤团聚体对有机碳的贡献率约有 70%来自>2 mm 粒级团聚
体,团聚体有机碳储量随植茶年限延长呈增加的趋势,不同植茶年限 0—20 cm土层各粒级团聚体有机碳储量均高于 20—40 cm
土层,且以<0.25 mm粒级团聚体有机碳储量最高。 研究结果在一定程度上揭示了不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳的分布
特征,可为改善区域土壤质量及实施退耕还茶工程提供理论指导。
关键词:植茶年限;土壤团聚体;有机碳;水溶性有机碳;微生物生物量碳;有机碳储量
Distribution characteristics of soil aggregates and its organic carbon in different
tea plantation age
LI Wei, ZHENG Zicheng*, LI Tingxuan, LIU Minying
College of Resources and Environment, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China
Abstract: Soil organic carbon (SOC) is a complicated composition, which could be influenced by many factors such as
land use, soil management regimes, soil property and even climate. Understanding its dynamics can know which of the parts
are active or passive due to either physical protection or biochemical resistance, or both. The labile fractions, such as water鄄
soluble organic carbon (WSOC) and microbial biomass carbon (MBC), have a much shorter turnover time and thus have
been suggested as an early indicator of the effects of either soil management or cropping systems on total organic carbon
(TOC) quality. As an important component of soil structure and fertility, soil aggregates have huge effects on the physical,
chemical and biological properties of soil. Investigating the formation and stabilization of soil aggregates is very necessary to
understand dynamics of soil organic matter. Tea plantation age has great potential to affect soil aggregates and carbon pools.
Therefore, knowledge about the different tea plantation ages effecting on soil aggregate and SOC distribution is essential for
understanding the carbon pools changes of tea plantation ecosystem. Therefore, in the present study, we compared the
distribution patterns of organic carbon within soil aggregates among four different plantation ages (12—15, 20—22, 30—33
and >50 years old) located in Zhongfeng Township of Mingshan County, Sichuan. The results showed that:(1) The greatest
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proportion of aggregates was observed at the size of >2 mm in each tea plantation which approximately accounted for 70—
80% of all aggregates. SOC contents of aggregate fractions in the 0—20 cm soil layer were the highest in the tea plantation
of 20—22 years old. (2) SOC contents of aggregate fractions increased gradually with decreasing particle size, and the
maximum values of SOC contents were found in the aggregate fractions of <0.25 mm diameter in tea plantations of >50 years
old. SOC contents of aggregate fractions in the 0—20 cm soil layer were higher than those of 20—40 cm soil layer. The
contents of WSOC and MBC in the aggregate fractions decreased after an increase along with rising ages of the tea
plantations. The maximum values of the contents of WSOC and MBC in the aggregate fractions were found in the tea
plantation of 30—33 years old. The contents of WSOC in the smaller size aggregates were higher and the contents of MBC in
the smaller size aggregates were lower. (3) 70% of organic carbon resulted from the aggregate at size of > 2 mm. SOC
storage presented an increasing trend in different soil layers aggregates of all particle sizes along with rising age of the tea
plantations. SOC storage of aggregate fractions in the 0—20 cm soil were higher than those of 20—40 cm soil layer, and the
maximum values of SOC storage in the aggregate fractions were observed at size of <0.25 mm diameter. The results partly
explored the distribution characteristics of SOC of aggregates in different tea plantation ages, and it would provide theoretical
guidance for returning farmland to tea and improvement of soil quality in the study area.
Key Words: tea plantation age; soil aggregate; soil organic carbon; water鄄soluble organic carbon; microbial biomass
carbon; soil organic carbon stock
摇 摇 土壤团聚体作为土壤结构的基本组成单元,其
质量和数量不仅决定土壤肥力的高低,而且还与土
壤的抗蚀能力、环境质量和固碳潜力等有直接关系。
土壤有机碳对团聚体的数量和分布有重要影响,反
之,团聚体的形成也影响着土壤有机碳的分解。 由
于土壤碳库在全球碳循环和土壤生产力上的重要作
用,因此有关土壤有机碳的变化,特别是土壤团聚体
有机碳分布等方面的研究备受关注[1鄄3]。 不同粒级
团聚体,其有机碳含量存在明显差异,有研究表明,
团聚体有机碳含量随粒级的增加而降低[4鄄5],但也有
研究提出了与之相悖的观点,指出大粒级团聚体有
机碳含量更高,<0.25 mm 粒级团聚体有机碳含量相
对较低[6鄄8]。 陈建国等[9]指出,土壤的固碳能力伴随
团聚体形成、稳定和周转过程的始终,而土壤碳库的
变化主要发生在活性碳库里[10鄄11]。 土壤活性有机碳
虽仅占土壤总有机碳的一小部分,但可在土壤总有
机碳变化之前较好地反映土壤质量的微小变化。 水
溶性有机碳可指示土壤有机质的早期变化[12],微生
物生物量碳是土壤活性有机碳的主要组成部分,对
种植、施肥等管理措施十分敏感[13]。 可见,开展土
壤团聚体及其有机碳的研究,可为改善土壤质量、阐
明土壤碳库动态提供科学参考。
茶树作为一种多年生常绿作物,由于根系吸收
特性、根系分泌物及茶园施肥管理的特殊性,在区域
内可形成独特的茶园生态系统。 2012年我国植茶面
积达 238万 hm2,且近年来种植面积有不断扩大的趋
势。 研究表明,茶园土壤性质会随着植茶年限的延
长发生一系列变化,进而促使团聚体组成与结构发
生改变,影响土壤团聚体有机碳分布[14鄄16],但目前有
关茶园土壤团聚体分布及其有机碳变化方面研究甚
少。 受退耕还林、经济发展、人口增长等因素的驱
动,川西低山丘陵区土地利用结构发生了较大变化,
退耕还茶已成为该区主要的退耕模式,在产生一定
经济、社会效益的同时也使其生态环境发生了一系
列改变,植茶的生态效益日益成为人们关注的焦点。
因此,本文选取四川省名山区中峰乡万亩生态茶园
为研究对象,开展不同植茶年限土壤团聚体有机碳
分布特征的研究,以期摸清不同植茶年限土壤团聚
体分布及其有机碳变化特征,为茶园生态系统的可
持续发展以及协调区域土地利用、实施退耕还茶工
程提供理论指导。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
研究区位于四川盆地西缘,隶属于雅安市名山
区中峰乡。 该区域属亚热带季风性气候区,年均温
15.4 益,无霜期 294d,年降雨量 1500 mm 左右,6—9
月降雨量占全年的 72.6%。 地域差异明显,区内为
7236摇 21期 摇 摇 摇 李玮摇 等:不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳分布特征 摇
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低山丘陵地貌,土壤类型为第四纪老冲积物发育而
成的黄壤。 区域内原始地带性植被为亚热带常绿阔
叶林,自 20世纪 90 年代长江中上游生态退耕工程
实施以来,该区主要的退耕模式为退耕还茶,茶树种
植密度为大行距(150依15) cm,小行距(35依15) cm,
实行双行单株错株条植,株距(16依4) cm,每亩种植
5000株至 6000株。 施肥集中在 1 月、3 月、6 月和 9
月,并于采茶后追施,肥料主要是尿素和 K2SO4型复
合肥。
1.2摇 土样采集
供试土壤于 2010年 9 月采自名山区中峰乡,在
野外实地调查的基础上,根据不同植茶年限茶园的
地理位置和施肥情况进行综合考虑,选择成土母质
相同、地理位置相对集中且施肥情况相似的植茶年
限分别为 12—15 a(面积约 0.60 hm2)、20—22 a(面
积约 0.73 hm2)、30—33 a(面积约 0.47 hm2)、50 a以
上(面积约 0.47 hm2)的茶园为采样对象。 在各茶园
中布设 5个典型样方(15 m伊15 m),每一样方内按
“S冶形设置 5个采样点,具体采样点设在树冠边缘垂
直下方,并分 0—20 cm,20—40 cm 两个层次采集原
状土样,尽量避免挤压,以保持原状土壤结构。 另
外,采集混合土样用于测定土壤基本理化性质,采样
点基本情况见表 1。
表 1摇 试验样点基本情况
Table 1摇 The basic properties of soils
项目
Item
土层 Soil layer 0—20 cm
12—15 a 20—22 a 30—33 a >50 a
土层 Soil layer 20—40 cm
12—15 a 20—22 a 30—33 a >50 a
容重 / (g / cm3)
Bulk density
1.23 1.20 1.26 1.28 1.24 1.21 1.27 1.29
总孔隙度 / %
Total porosity 53.45 54.90 52.47 51.87 53.21 54.33 52.12 51.44
有机碳 / %
Organic carbon 1.50 1.76 1.90 2.10 0.81 0.89 1.20 1.37
pH 4.43 4.33 4.22 4.03 4.57 4.37 4.29 3.97
1.3摇 样品处理
将采集的土样在室内沿自然结构轻轻掰成直径
约 1 cm的小土块,除去植物残体、小石块以及蚯蚓
等生物体后用沙维诺夫干筛法[17]分离出>5 mm、2—
5 mm、1—2 mm、0. 5—1 mm、0. 25—0. 5 mm、< 0. 25
mm的团聚体。
1.4摇 分析方法和数据处理
土壤团聚体有机碳用外加热重铬酸钾容量法测
定;土壤 pH值,土壤容重均采用常规方法测定[18]。
各粒级团聚体质量百分含量 =各粒级团聚体质量
土壤样品总质量
伊
100% (1)
团聚体对土壤有机碳的贡献率=
该粒级团聚体中有机碳含量 伊 该团聚体含量
耕层土壤有机碳含量
伊
100% (2)
土壤团聚体微生物量碳(MBC)的测定采用氯仿熏蒸
浸提方法测定[19]。 称取 25 g 相当于烘干土壤质量
的预培养湿润土壤于 50 mL 的玻璃瓶中,与盛有 50
mL氯仿的玻璃瓶一起放入真空干燥器中,抽真空至
氯仿沸腾后保持 3 min。 将干燥器放入 25 益下 24 h
后,再次抽真空至完全去除土壤中的氯仿。 将土壤
完全转移到 200 mL三角瓶中,加入 50 mL 0.5 mol / L
的 K2SO4溶液,充分振荡 30 min过滤,迅速测定滤液
中含碳量。 熏蒸开始的同时,另称取等量风干土样,
加入 0.5 mol / L 的 K2 SO4溶液浸提,视为未熏蒸土
壤。 测定滤液中含碳量,并根据下式[19]计算微生物
量碳含量。 所有测定均重复 3次。
土壤微生物量碳 Bc(mg / kg)= 2.64Ec
式中,2.64 为微生物量碳系数,Ec 为熏蒸和未熏蒸
土壤 K2SO4提取液的碳含量的差值。
土壤团聚体水溶性有机碳(WSOC)的测定参考
杨长明等[20]方法。
团聚体有机碳储量采用等质量土壤有机碳储量
计算方法[21]:
Melement =Msoil伊conc伊0.001
Msoil = 籽b伊T伊0.01伊10000
式中,Melement为土壤团聚体有机碳储量(Mg / hm2);
Msoil为单位面积土壤质量(Mg / hm2),1Mg = 103 kg;
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conc为土壤团聚体有机碳含量(g / kg);籽b为土壤容
重(g / cm3);T为土层深度(cm)。
数据统计分析采用 Excel 2003和 DPS 11.0软件
进行。 方差分析采用最小显著极差法(LSD),不同
字母表示差异显著(P<0.05),所有数据测定结果以
平均值依标准误的形式表达。
2摇 结果与分析
2.1摇 土壤团聚体的分布特征
总体而言,各植茶年限土壤>5 mm 粒级团聚体
含量比例最高,最高值达 73.42%,而>2 mm 粒级团
聚体含量约占总团聚体数量的 85%,且与其余粒级
团聚体含量间存在显著差异(表 2)。 另外,不同植
茶年限土壤团聚体分布亦不一致,植茶 20—22 a 时
>5 mm粒级团聚体含量均高于其他植茶年限,而
<5 mm粒级的团聚体含量却与之相反,表明植茶 20a
左右的土壤大粒级团聚体含量较高,土壤的团聚能
力较强。 不同土层,各级土壤团聚体含量各异。 0—
20 cm土层>5 mm粒级团聚体含量总体低于 20—40
cm土层,而<5 mm粒级团聚体含量则呈相反的变化
趋势,表明 20—40 cm土层土壤团聚能力较强,这与
茶园定期人为管理措施有关,故导致 0—20 cm土层
小粒级团聚体数量较多。
表 2摇 不同植茶年限土壤团聚体分布特征 / %
Table 2摇 Distribution of different aggregates in soils under tea plantation of different age
土层 / cm
Soil layer
植茶年限 / a
Tea plantation age >5 mm 5—2 mm 2—1 mm 1—0.5 mm 0.5—0.25 mm <0.25 mm
0—20 12—15 57.75依2.35aC 21.08依1.47bA 4.92依0.26cdA 7.97依0.48cA 2.89依0.15dA 5.40依0.36cdA
20—22 62.57依2.84aA 20.53依1.63bA 4.28依0.49cdB 6.40依0.65cD 2.26依0.17dC 3.97依0.29cB
30—33 73.42依1.28aAB 14.89依1.02bB 2.83依0.34cdB 3.79依0.19cC 1.54依0.09dC 3.52依0.21cdB
>50 73.30依1.93aBC 15.32依1.31bB 2.43依0.17cdA 3.62依0.25cB 1.51依0.11dB 3.81依0.42cdA
20—40 12—15 67.48依2.19aB 18.28依1.41bA 3.39依0.23cdA 5.01依0.38cA 1.89依0.13dA 3.96依0.32cdA
20—22 69.04依2.29aA 17.04依1.64bB 3.13依0.24cC 4.57依0.28cC 1.88依0.11cB 4.34依0.36cA
30—33 62.55依2.40aAB 19.57依1.40bAB 4.31依0.33cBC 6.29依0.41cBC 2.35依0.13cAB 4.94依0.39cA
>50 64.04依2.21aB 19.48依1.49bAB 3.86依0.28cdAB 5.76依0.44cAB 2.24依0.19dA 4.63依0.32cdA
摇 摇 同一行不同小写字母表示不同粒级团聚体在 P<0.05水平上的差异显著,同一列不同大写字母表示不同年限相同粒级团聚体在 P<0.05 水
平上差异显著
2.2摇 土壤团聚体有机碳的含量变化
2.2.1摇 土壤团聚体总有机碳(TOC)的含量分布
由表 3可知,相同植茶年限各粒级团聚体有机
碳含量因粒级不同而异。
表 3摇 不同植茶年限土壤团聚体有机碳的分布特征 / %
Table 3摇 Distribution of organic carbon in soil aggregates under tea plantation of different age
土层 / cm
Soil layer
植茶年限 / a
Tea plantation age >5 mm 5—2 mm 2—1 mm 1—0.5 mm 0.5—0.25 mm <0.25 mm
0—20 12—15 1.32依0.06cC 1.43依0.07bcB 1.36依0.04bcC 1.39依0.04bcC 1.64依0.06aB 1.52依0.09abC
20—22 1.53依0.06cdB 1.45依0.11dAB 1.69依0.13bcdB 1.87依0.12bB 1.81依0.17bcB 2.29依0.06aA
30—33 1.44依0.06dBC 1.87依0.07cAB 2.00依0.07abcA 1.92依0.04bcAB 2.17依0.05aA 2.08依0.06abB
>50 1.84依0.04aA 2.06依0.39aA 1.97依0.02aA 2.10依0.04aA 2.20依0.05aA 2.29依0.06aA
20—40 12—15 0.88依0.01abBC 1.00依0.02aB 0.95依0.03aB 0.89依0.09abB 0.72依0.06cD 0.76依0.01bcC
20—22 0.73依0.06bC 0.83依0.04bC 0.85依0.09bB 0.90依0.07bB 0.94依0.05abC 1.16依0.16aB
30—33 1.03依0.09cAB 1.16依0.09bcA 1.35依0.07aA 1.17依0.03abcAB 1.22依0.02abB 1.26依0.05abB
>50 1.13依0.08cA 1.17依0.03cA 1.39依0.07bcA 1.29依0.18cA 1.55依0.03abA 1.72依0.03aA
摇 摇 0—20 cm 土层,土壤团聚体有机碳含量随粒级
减小呈升高的趋势,且 0.5—0.25 mm和<0.25 mm粒
级有机碳含量显著高于其他粒级土壤团聚体。 20—
40 cm土层,土壤团聚体有机碳含量则随粒级的减小
呈先升高、后降低、最后升高的趋势。 相同植茶年限
下,土壤团聚体有机碳含量随粒级的减少总体表现
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为升高的趋势。
0—20 cm土层,植茶 50 a 以上的土壤团聚体有
机碳与 12—15 a 和 20—22 a 间存在显著差异。 植
茶 50 a以上与 12—15 a、20—22 a相比,各粒级团聚
体有机碳含量增幅分别介于 34. 17%—50. 67%和
12郾 01%—41.69%之间。 20—40 cm土层各粒级团聚
体有机碳变化趋势与 0—20 cm 土层相似,50 a 以上
土壤团聚体有机碳含量显著高于植茶 12—15 a 和
20—22 a, 团聚体有机碳含量增幅分别介于
17郾 71%—126.68%和 40. 70%—65. 33%。 此外,0—
20 cm土层各粒级团聚体有机碳含量均高于 20—40
cm土层。
2.2.2摇 土壤团聚体水溶性有机碳(WSOC)含量分布
由表 4 可知,土壤团聚体 WSOC 含量表现为小
粒级中较高、大粒级中较低的现象,与团聚体总有机
碳分布特征较为一致。 除 5—2 mm 粒级团聚体外,
总体上表现为小粒级团聚体 WSOC 含量显著高于大
粒级团聚体。 不同植茶年限对土壤团聚体 WSOC 含
量的影响各异,随着植茶年限的延长,各粒级团聚体
WSOC含量呈现先增加后降低的趋势,在植茶 30—
33 a时,团聚体 WSOC 含量显著高于其他年限。 经
野外实地调查可知,此植茶年限下茶树凋落物最多,
进而导致土壤腐殖质较多的积累,同时也可能与其
根系生长旺盛、根系分泌物较多有关。 0—20 cm 土
层各粒级团聚体 WSOC含量明显高于 20—40 cm 土
层,主要因为枯枝落叶在表层的积累与转化,促进了
0—20 cm土层各粒级团聚体 WSOC含量的增加。
表 4摇 不同植茶年限土壤团聚体水溶性有机碳的分布特征 / (mg / kg)
Table 4摇 Distribution of water鄄soluble organic carbon in soil aggregates under different tea plantation age
土层 / cm
Soil layer
植茶年限 / a
Tea plantation age >5 mm 5—2 mm 2—1 mm 1—0.5 mm 0.5—0.25 mm <0.25 mm
0—20 12—15 147.55依12.75cB 173.97依12.75bcB 157.46依12.75cA 182.23依10.43bcB 200.95依14.06abA 236.74依12.75aAB
20—22 190.49依15.08bcAB 242.24依24.16aA 167.37依15.08cA 224.62依12.68abA 183.89依15.08bcA 223.53依15.08abB
30—33 199.3依17.84bcA 232.33依18.64bA 183.33依8.52cA 237.84依16.49abA 222.42依14.47bcA 281.88依14.47aA
>50 188.84依12.25bcAB 209.21依15.08abAB 148.65依11.09cA 202.6依12.23bAB 230.68依19.99abA 248.3依18.08aAB
20—40 12—15 129.93依18.83cB 152.51依13.11cB 123.87依9.14cB 164.61依16.9bcB 202.05依12.07abA 227.93依22.61aA
20—22 180.58依15.08bcA 221.32依9.91abA 147.55依15.08cAB 227.93依14.25aA 180.58依15.08bcA 212.51依15.08abAB
30—33 164.07依15.08cAB 203.71依15.08abcA 172.88依15.08bcA 226.28依24.08aA 219.12依19.5abA 196依14.08abcAB
>50 147.55依18.74bAB 188.84依19.66abAB 164.62依9.78bA 197.1依11.53abAB 218.57依28.18aA 173.98依15.08abB
摇 摇 0—20 cm 和 20—40 cm 土层,植茶 12—15 a、
20—22 a、30—33 a 和 50 a 以上土壤团聚体 WSOC
含量平均值与 TOC 含量平均值的比值分别为
1郾 26%、1. 18%、 1. 19%、 0. 98%和 1. 99%、 2. 19%、
1郾 65%、1.34%。 可见,随着植茶年限的延长,土壤团
聚体易受分解组分所占比例越来越小,有机碳库逐
渐趋于稳定,有机碳积累量不断增加。 不同粒级团
聚体 WSOC / TOC值表现为 5—2 mm 粒级最高,2—
1 mm粒级最低。 表明 2—1 mm 粒级团聚体有机碳
最为稳定,不易分解。 0—20 cm 土层各粒级团聚体
WSOC / TOC值均低于 20—40 cm 土层,说明研究区
0—20 cm土层团聚体有机碳含量较 20—40 cm土层
稳定。
2.2.3摇 土壤团聚体微生物生物量碳(MBC)含量分布
由表 5可知,团聚体 MBC 含量随着粒级的减小
呈先增加后降低的变化趋势,在 5—2 mm 粒级中
MBC含量最高,且与其他粒级 MBC含量间均达到显
著差异,而在<0.25 mm 粒级中 MBC 含量最低,与小
粒级团聚体相比,大粒级团聚体活性有机碳比例较
高,能为微生物提供更多的碳源,故出现上述研究结
果。 随着植茶年限的延长,各粒级团聚体 MBC 含量
呈先增加后降低的趋势,在植茶 30—33 a 时其含量
达最大值,主要由于此植茶年限茶树枯枝落叶归还
量及根系分泌物在土壤中积累较多,对微生物生长
繁殖较为有利,故出现最大值。 经实地调查可知,研
究区茶树凋落物主要集中分布在 0—20 cm 土层,可
增加表层有机碳的输入量,且该层土壤温度和通气
性良好,适宜微生物生长,故 0—20 cm 土层各粒级
团聚体 MBC含量明显高于 20—40 cm土层。
0336 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 5摇 不同植茶年限土壤团聚体微生物生物量碳的分布特征 / (mg / kg)
Table 5摇 Distribution of microbial biomass carbon in soil aggregates under tea plantation of different age
土层 / cm
Soil layer
植茶年限 / a
Tea plantation age >5 mm 5—2 mm 2—1 mm 1—0.5 mm 0.5—0.25 mm <0.25 mm
0—20 12—15 627.57依8.47bB 677.76依8.47aB 358.18依8.47dD 315.42依8.47eC 404.24依8.47cC 182.92依8.47fC
20—22 674.74依8.47bA 754.94依8.47aA 482.14依8.47cB 359.65依9.79dB 469.98依8.47cA 262.82依8.47eA
30—33 663.71依8.47bA 748.82依8.47aA 523.19依8.47cA 413.05依11.08eA 493.08依8.47dA 248.67依8.47fA
>50 554.72依8.47bC 618.88依16.48aC 425.34依8.47cC 350.86依8.08dB 436.17依8.47cB 210.84依8.47eB
20—40 12—15 560.86依8.11bB 677.73依17.96aB 331.47依8.47dC 353.55依8.47dC 395.51依8.47cB 160.34依8.47eD
20—22 597.46依8.47bA 722.42依8.47aA 262.54依15.25eD 433.86依8.47cA 397.55依19.2dB 236.93依8.47eB
30—33 562.93依11.67bB 642.72依12.07aB 485.05依8.47cA 380.55依8.47eB 433.21依6.99dA 266.03依8.47fA
>50 485.25依8.47bC 569.39依5.10aC 423.15依15.29cB 425.62依8.47cA 316.92依8.47dC 185.94依8.47eC
摇 摇 0—20 cm 和 20—40 cm 土层,植茶 12—15 a、
20—22 a、30—33 a和 50 a以上土壤团聚体 MBC 含
量均值与 TOC 含量均值的比值分别为 3. 01%、
3郾 02%、2. 81%、 2. 13%和 4. 70%、 5. 18%、 3. 92%、
3郾 11%。 可见,随着植茶年限的延长,土壤团聚体易
被利用分解组分所占比例呈先增高后降低的趋势,
植茶 20—22 a 土壤活性有机碳含量最高,土壤肥力
状况较好,在植茶 30—33 a 后土壤有机碳库逐渐趋
于稳定。 不同粒级 MBC / TOC 值表现为 5—2 mm 粒
级中最高,<0.25 mm粒级中最低。 0—20 cm土层各
粒级团聚体 MBC / TOC值均小于 20—40 cm土层,与
不同土层各粒级团聚体 WSOC 含量的变化趋势
一致。
2.3摇 土壤团聚体对有机碳的贡献率
由表 6可知,>5 mm 和 5—2 mm 粒级团聚体对
有机碳贡献率较大,而 0.5—0.25 mm和 2—1 mm 粒
级团聚体对有机碳贡献率较小,这与团聚体含量分
布特征相似。 虽然团聚体有机碳含量在>2 mm粒级
中的分布较小粒级团聚体稍低,但其贡献率却高达
70%,这是研究区土壤该粒级团聚体含量占主要优
势所致。 经方差分析表明,>5 mm 和 5—2 mm 粒级
团聚体对有机碳的贡献率显著高于其他粒级团聚
体,<0.5 mm粒级团聚体有机碳含量较高,但其对有
机碳的贡献率较小且相互之间差异不显著。 植茶
12—15 a土壤团聚体对有机碳的贡献率最高,其次
为 50 a以上的茶园,可见,不同植茶年限对团聚体土
壤有机碳贡献率的影响较为明显。 此外,0—20 cm
土层大粒级团聚体有机碳贡献率均低于 20—40 cm
土层,而小粒级团聚体有机碳贡献率则表现出相反
的变化趋势。
表 6摇 不同植茶年限土壤各粒级团聚体对土壤有机碳含量的贡献率 / %
Table 6摇 Contribution rates of different aggregate fractions to soil organic carbon concentration under different tea plantation age
土层 / cm
Soil layer
植茶年限 / a
Tea plantation age >5 mm 5—2 mm 2—1 mm 1—0.5 mm 0.5—0.25 mm <0.25 mm
0—20 12—15 50.79依2.23aA 20.09依0.99bB 4.46依0.13dCD 7.39依0.19cC 3.16依0.11dD 5.48依0.31cdCD
20—22 63.71依2.49aA 12.29依0.90bB 2.72依0.21cC 4.02依0.26cC 1.58依0.15cC 4.57依0.12cC
30—33 51.27依2.06aA 17.99依0.72bB 3.57依0.12cdC 5.06依0.11cC 2.16依0.05dC 4.35依0.12cdC
>50 54.99依1.21aA 19.24依3.65bB 4.05依0.04cC 6.29依0.12cC 2.47依0.05cC 5.38依0.14cC
20—40 12—15 67.37依0.99aA 25.12依0.42bB 4.98依0.14dCD 6.98依0.67cC 1.99依0.16eE 3.70依0.04dDE
20—22 59.74依4.81aA 14.28依0.62bB 2.32依0.26cC 3.64依0.27cC 1.58依0.08cC 4.94依0.67cC
30—33 59.04依5.29aA 16.41依1.27bB 3.50依0.18cC 4.46依0.10cC 1.91依0.03cC 4.53依0.18cC
>50 52.84依3.64aA 16.59依0.45bB 3.89依0.20cC 5.40依0.75cC 2.52依0.05cC 5.78依0.11cC
摇 摇 同一行不同小写字母表示在 P<0.05水平上差异显著,大写字母表示 P<0.01水平上差异显著
2.4摇 土壤团聚体有机碳储量
由图 1 可知,不同植茶年限 0—20 cm 土层各粒
级团聚体有机碳储量均高于 20—40 cm 土层。 随着
团聚体粒级的减小,团聚体有机碳储量总体呈逐渐
增加的趋势。
1336摇 21期 摇 摇 摇 李玮摇 等:不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳分布特征 摇
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图 1摇 不同植茶年限各粒级团聚体有机碳储量
Fig.1摇 The organic carbon storage of different aggregate fractions under different tea plantation age
图中不同小写字母表示在 P<0.05水平上差异显著,大写字母表示 P<0.01水平上差异显著
摇 摇 如图 1所示,0—20 cm土层,各植茶年限均表现
为<0.5 mm 粒级团聚体有机碳储量显著高于>2 mm
粒级,植茶 50 a以上团聚体有机碳储量最高,较植茶
12—15 a 增加了 1.50 倍。 就不同粒级而言,<0.25
mm粒级土壤团聚体有机碳储量最高,>5 mm 团聚
体有机碳储量最低。 表明随着植茶年限的延长,研
究区茶园土壤碳汇效应有所增强,且<0.25 mm 的团
聚体对有机碳具有较强的保护作用。 20—40 cm 土
层,除植茶 12—15 a 外,其余各年限均表现为<0.25
mm粒级团聚体有机碳储量显著高于>5 mm 团聚
体。 植茶 50 a以上团聚体有机碳储量最高,为植茶
12—15 a的 1.65 倍(图 1)。 可见,随着团聚体粒级
的减少,团聚体有机碳储量总体呈先增加、后降低、
最后增加的变化趋势。
3摇 讨论
本研究中,干筛法获得土壤团聚体以>2 mm 的
团聚体为主,说明研究区植茶土壤的稳定性较好。
2—1 mm和 0.5—0.25 mm 粒级团聚体含量较低,可
能是与其机械组成有关,这与何淑勤等[22]研究结果
一致。 随着植茶年限的延长,>5 mm 粒级团聚体含
量呈现先增加后降低的趋势,以植茶 20—22 a为界,
而<2 mm粒级团聚体含量则呈现相反的趋势,表明
植茶 22 a左右土壤团聚体稳定性较好,这主要由于
0—20 cm和 20—40 cm 土层团聚体平均重量直径
(MWD)和几何平均直径 ( GWD)在 20—22 a 最
大[23]。 此外,虽然土壤有机碳含量呈逐年增加,但
由于植茶连作,土壤不断酸化和铝、氟的富集,导致
土壤团聚体稳定性在植茶 30 a 后有所降低。 0—
20 cm土层> 5 mm 粒级团聚体含量总体低于 20—
40 cm土层,说明 20—40 cm 土层团聚体稳定性高于
0—20 cm土层。 一方面,由于定期采茶、施肥等人为
活动对表层土壤大粒级团聚体具有一定的破坏作
用;另一方面,20—40 cm土层更易受氧化物的影响,
促使其大粒级团聚体的增加[24]。
土壤各粒级团聚体有机碳含量是土壤有机质平
衡和矿化速率的微观表征,对土壤肥力和土壤碳汇
具有双重意义[25]。 本研究结果表明,不同植茶年限
土壤各粒级团聚体有机碳含量主要集中于<0.25 mm
粒级,这是较小团聚体有机无机胶体紧密结合的结
果[26],且团聚体粒级越小,比表面积越大,吸附的有
机物质则越多,这一研究结果证实了土壤有机碳含
量随团聚体粒级减小而呈增加的变化趋势[27鄄28],说
明<0.25 mm 粒级有机碳含量的高低对土壤团聚化
2336 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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过程起到极其重要的作用。 随着植茶年限的延长,
0—20 cm和 20—40 cm土层团聚体有机碳含量均呈
逐渐增加的趋势,植茶 50 a 以上有机碳含量显著大
于 12—15 a 和 20—22 a,这与茶园土壤接纳的枯落
物增多有关,且植茶 50 a 以上的土壤微团聚体含量
较多,进而使土壤有机碳含量呈增加的趋势;同时,
由于土壤微团聚体的固持作用,活性有机碳支出较
少[29]。 此外,0—20 cm土层各粒级团聚体有机碳含
量均高于 20—40 cm 土层,这是由于茶园定期的修
剪以及枝叶的凋落主要集中于土壤表层,一定程度
上促 进 了 0—20 cm 土 壤 的 生 物 活 性, 这 与
Bandyopadhyay等[30]研究结果一致。
WSOC是土壤环境变化的敏感性指标和微生物
可直接利用的有机能源,影响着土壤有机和无机物
质的迁移、转化和降解[31]。 MBC 周转速率较快,可
更好地反映出土壤有机碳的变化,是衡量土壤肥力
的重要指标[32]。 大量研究表明,WSOC和 MBC 在指
示土壤有机碳库的短期变化方面比总有机碳更灵
敏[33鄄34]。 不同植茶年限各粒级团聚体 WSOC 和
MBC的含量均在植茶 30—33 a 达到最大值,且表现
为 0—20 cm土层各粒级团聚体 WSOC 和 MBC 的含
量高于 20—40 cm 土层,这主要由于表层土壤能够
不断接纳茶树凋落物及根系生长代谢输入的有机
碳,在一定条件下,有机物质输入越多,土壤微生物
量碳愈高[35]。 本研究结果表明,WSOC 含量在小粒
级团聚体中较高,MBC 含量则与之相反。 由于地表
径流对团聚体 WSOC 含量的影响较大,较小粒级团
聚体具有较高的稳定性,受微生物活动影响较小,不
易随地表径流流失,故小粒级团聚体 WSOC 含量较
高[36];而较大粒级团聚体能增强土壤的通气性,良
好的土壤通气状况为微生物生长提供适宜的环境,
从而促进了大粒级团聚体 MBC 含量的增加[37]。
WSOC与 TOC的比值更能反映土壤有机碳库状况,
其比例越高,说明土壤有机碳活性越强,稳定性越
差,而 MBC与 TOC的比值则反映了土壤有机碳的质
量和生物活性有机碳库的周转速率[11]。 对比土壤
团聚体 WSOC 和 MBC 的含量及其与 TOC 的比值可
知,当植茶 50 a 以上 WSOC / TOC 和 MBC / TOC 值最
小,表明土壤有机碳库逐渐趋于稳定,表现出一定的
碳增汇效应;而 5—2 mm 粒级 WSOC / TOC 和 MBC /
TOC值最大,表明较大粒级团聚体有机碳不稳定,更
易于矿化。 20—40 cm 土层团聚体有机碳的稳定性
不及 0—20 cm土层,可能由于 0—20 cm土层接纳茶
园凋落物所致,因茶园凋落物中含大量木质素及多
酚物质,难以被微生物利用[14];而 20—40 cm 土层,
茶树根系分泌物可使有机碳活性增强,从而降低了
团聚体有机碳的稳定性,这与 Rovira 等[38]研究结果
一致。
将各粒级土壤团聚体含量和不同粒级团聚体有
机碳含量综合考虑,不仅可更好地反映各粒级团聚
体对土壤有机碳的贡献率,而且能全面、客观地反映
植茶年限对土壤有机碳库的作用[39]。 不同植茶年
限土壤各粒级团聚体对有机碳的贡献率均以>2 mm
的大粒级团聚体为主,占总团聚体数量的 70%以上,
显著高于其他粒级团聚体,这与郑子成[40]、卢凌霄
等[41]研究结果一致。 <0.25 mm 粒级团聚体有机碳
含量最高,但其对有机碳的贡献率却较低,这主要是
由于研究区该粒级团聚体含量较低。 植茶 12—15 a
与 50 a以上土壤团聚体对有机碳的贡献率最高,由
于植茶 10多年后茶园形成较稳定植物群落,随着凋
落物量增加,土壤团聚体有机碳积累量较大[42],而
植茶 50 a以上土壤微团聚体含量增幅较大,由于其
对有机碳的固持作用,使得植茶 50 a 以上土壤团聚
体对有机碳的贡献也较大。 此外,0—20 cm 土层大
粒级团聚体有机碳贡献率低于 20—40 cm 土层,而
小粒级团聚体有机碳贡献率则表现出相反的变化趋
势。 可见,>2 mm 的大粒级团聚体是土壤团聚体有
机碳的主要贡献载体,提高土壤>2 mm粒级团聚体,
可在一定程度上提高研究区植茶土壤固碳能力。 土
壤团聚体是土壤有机碳稳定和保护的载体,是土壤
有机碳储存的场所,土壤有机碳的数量和质量与团
聚体密切相关[23]。 本研究结果表明,不同植茶年限
0—20 cm 土层各粒级团聚体有机碳储量均高于
20—40 cm土层,植茶 50 a以上 0—20 cm和 20—40
cm土层有机碳储量均以<0.25 mm 粒级团聚体有机
碳储量最高,这与该粒级团聚体有机碳含量较高有
关。 说明小粒级团聚体对土壤有机碳的保护作用有
利于土壤有机碳的长期固存,且随着植茶年限的延
长,呈现出一定的碳增汇效应,这与王峰等[43]对福
建丘陵山地茶园土壤团聚体有机碳的研究结果较为
一致。 由于 0—20 cm 和 20—40 cm 土层团聚体
MWD和 GWD在 20—22 a最大,表明这一植茶年限
3336摇 21期 摇 摇 摇 李玮摇 等:不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳分布特征 摇
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对土壤有机碳固持作用影响较大[44],这也是 0—20
cm和 20—40 cm土层<0.25 mm 粒级团聚体有机碳
储量在植茶 20—22 a 均维持在较高水平的主要
原因。
4摇 结论
(1)不同植茶年限土壤团聚体主要以>2 mm 粒
级团聚体为主,>5 mm 粒级团聚体含量以植茶 22a
左右为界,呈先增加后减少的趋势,<5 mm的团聚体
含量呈相反趋势。 说明该研究区植茶土壤以大粒级
团聚体为主,且在植茶 2a 年左右,土壤团聚体稳定
性最好。
(2)不同植茶年限土壤较小粒级团聚体有机碳
含量高于较大粒级,<0.25 mm 粒级团聚体有机碳含
量最高,土壤各粒级团聚体有机碳的平均含量随着
植茶年限的延长而增加,且 0—20 cm 土层团聚体有
机碳含量均高于 20—40 cm 土层。 土壤团聚体
WSOC和 MBC含量随植茶年限延长呈先增加后降
低的变化趋势,植茶 30—33 a时含量最高,而土壤团
聚体 WSOC / TOC和 MBC / TOC 值却呈下降趋势,说
明随植茶年限延长,土壤有机碳活性降低,稳定性逐
渐增强,表现出一定的碳增汇效应。
(3)土壤团聚体对有机碳的贡献率约有 70%—
80%来自>2 mm 粒级团聚体,且 0—20 cm 土层>2
mm粒级团聚体对有机碳贡献率均低于 20—40 cm
土层,而<2 mm 团聚体有机碳贡献率则表现出相反
的变化趋势。 0—20 cm土层不同植茶年限各粒级团
聚体有机碳储量均高于 20—40 cm 土层,且以<0.25
mm粒级团聚体有机碳储量最高;各粒级团聚体有机
碳储量均随植茶年限延长而增加,植茶 50 a 以上土
壤团聚体有机碳储量最高。
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