全 文 ：第 18 卷
第 6 期

Vol. 18
No. 6
草
地
学
报
ACTA AGRESTIA SINICA



2010 年
11 月

Nov.

2010
不同植被对高寒草原生态系统土壤有机碳
组成和水稳性团聚体含量的影响
王建林1, 王忠红1 , 张宪洲2 , 欧阳华2 , 常天军1, 李
鹏1 , 沈振西2 , 钟志明2
( 1. 西藏农牧学院植物科学技术系, 西藏 林芝
860000; 2. 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京
100101)
摘要: 为了揭示不同植被对青藏高原高寒草原生态系统土壤有机碳组成和水稳性团聚体含量的影响, 于 2007 年
7- 8 月, 采用实测方法, 对土壤中总有机碳( TOC)、焦磷酸钠提取有机碳( SPPC)、水解碳水化合物 ( H DC)、热水提
取碳水化合物( HWC)及水稳性团聚体的含量进行了测定。结果表明:不同植被下表层( 0~ 20 cm)土壤中 TOC,
SPPC, H DC, HWC和水稳性团聚体含量差异显著(P < 0. 05) ; 水稳性团聚体与 T OC 呈极显著正相关, 且与 SPPC
呈极显著负相关(P< 0. 01) ,与 HDC 和 HWC 不相关,但 HDC, HWC 与 TOC 和 SPPC 的互作却与水稳性团聚体
含量之间呈极显著相关(P < 0. 01)。
关键词:高寒草原; 生态系统;土壤; 有机碳组成;水稳性团聚体
中图分类号: S812. 2



文献标识码: A




文章编号: 1007-0435( 2010) 06-0749-09
Effect on Alpine Vegetation of Different Grassland Ecosystems Composed
of Soil Organic Carbon and Water Stable Aggregates Content
WANG Jian- lin
1
, WANG Zhong-hong
1
, ZHANG Xian-zhou
2
, OUYANG H ua
2
,
CHANG Tian- jun1 , L I Peng1 , SHEN Zhen-x i2 , ZHONG Zh-i m ing 2
( 1. Plant Sc-i T ech Departmen t, T ibet Agricul tu ral and An imal H usb andry College, Linzhi, Tib et 860000, C hina;
2. Ins titute of Geograph ic Sciences and Natu ral Resou rces Research, CAS, Beijin g 100101, China )
Abstract: T his study r eveals effects o f dif ferent vegetat ions on so il o rganic carbon components and w ater
stable aggregate contents o f Q ingha-i T ibet P lateau alpine g rassland ecosy stem. So il total org anic carbon
( TOC) , sodium pyrophosphate ex t ract ion of org anic carbon ( SPPC) , hydro lysis of carbohydrate ( HDC) ,
ho t w ater ext raction of carbohydrates ( HWC) and w ater-stable agg regates o f contents w er e measured f rom
July to August in 2007. Results show that to tal org anic carbon ( T OC) , sodium py ropho sphate ext ract ion
of org anic carbon ( SPPC) , hydro lysis of carbohydr ate ( HDC ) , hot w ater ex tr act ion o f car bohydrates
( HWC) and w ater-stable aggr egates content differ ed significant ly in surface soil( 0~ 20 cm) among different
vegetat ions ( P< 0. 05) . Water-stable aggr egates w ere significant ly posit ively correlated w ith TOC and sig-
nificant ly negat ively cor related w ith SPPC ( P< 0. 01) , w hereas no relat ions w ere seen to HDC and HWC.
How ever, the interact ion betw een HDC, HWC and T OC, SPPC is signif icantly related w ith w ater-stable
aggregates content ( P< 0. 01) .
Key words: Alpine g rassland; Ecosy stem; Soil; Composit ion of or ganic car bon; Water-stable aggregates


土壤碳库大约有 1550 Pg( 1Pg= 1015 g )有机碳
( 0~ 1 m 土层) ,是大气碳库的3倍,生物碳库的3. 8
倍,成为地球表层最大的有机碳库,在全球碳循环中
起着关键作用[ 1, 2] 。土壤有机碳是反映土壤质量或
土壤健康的一个重要指标,不仅以 CO 2 等温室气体
形式向大气释放碳, 而且为植被生长提供碳源,维持
土壤良好的物理结构, 直接影响土壤肥力和作物产
量的高低 [ 3, 4]。在有机碳周转和营养元素循环中,
土壤有机碳的不同粒级和密度组分具有不同的特
征[ 4 ]。针对不同的土壤, 决定团聚体稳定性的土壤
有机碳及其来源、组成可能不同,但是都说明一个问
题 ,即并不是全部土壤有机碳都影响着土壤团聚体
收稿日期: 2009-03-11;修回日期: 2010- 10-01
基金项目:国家自然科学基金项目( 41061008)资助
作者简介:王建林( 1969- ) ,男,教授,甘肃临洮人,主要从事高原生态环境与生物多样性研究, E-mail: xzwangjl@ 126. com
草
地
学
报 第 18卷
的稳定性, 而主要是其中的一种或几种组分 [ 5~ 9]。
许多研究表明, 由于植被类型和气候特点的不同以
及土壤类型的差异,土壤中有机碳及组分含量也存
在很大差异[ 10~ 13] , 而弄清这些土壤有机碳的组分,
不仅对研究不同土壤团聚体的形成及其稳定性, 创
造良好的土壤物理结构具有重要价值, 而且对正确
评价土壤在陆地生态系统碳循环以及全球变化中的
作用也具有重要意义。
在国际生物圈( IBP)研究计划中, 青藏高原被
列为全球气候变化的敏感区域, 这种极端环境下发
育的植被和土壤对气候变化极为敏感, 是研究生态
系统对气候变化响应与适应机制的天然实验室。高
寒草原是青藏高原广泛分布的植被类型之一, 它不
仅是亚洲中部高寒环境中典型的生态系统之一, 而
且在世界高寒地区也极具代表性。近年来, 虽然对
高寒草原生态系统的碳循环问题进行了一些研
究[ 14~ 16] , 但基础资料仍然十分缺乏, 而且尚未见到
不同植被对高寒草原生态系统土壤有机碳组成和水
稳性团聚体含量影响的研究报道。
本文根据西藏不同植被下高寒草原生态系统多
个样点土壤的实测数据, 研究分析了不同植被下高
寒草原生态系统土壤有机碳组成和水稳性团聚体含
量情况,以期从机理上说明不同植被对土壤结构性
能的影响,为高寒草原生态系统土壤有机碳库的组
成、大小和区域变化差异以及土壤团聚体的形成及
其稳定性研究提供基础数据, 为正确评价青藏高原
高寒草原生态系统土壤在陆地生态系统碳循环以及
全球变化中的作用提供科学依据。
1
研究区概况和研究方法
1. 1
研究区概况
研究区包括当雄、安多、日多、措勤、那曲、班戈、
日土、革吉、普兰、噶尔、曲松、浪卡子共 12 个样点,
介于 N 28
46
~ 32
34
, E 80
02
~ 92
22
之间,为高
寒草原的核心分布区。由于研究区地处青藏高原腹
地,喜马拉雅北坡雨影区和干旱河谷,其气候具有明
显的高原大陆性气候特征, 属高原亚寒带干旱和半
干旱气候类型。暖季短暂温凉,冷季严寒漫长,冬春
多大风,寒冷干旱, 全年无绝对无霜期, 年平均气温
低,即使在暖季各月, 最低温度仍可达 0
以下, 年
均温度- 3 ~ 2. 56
, 最暖月 ( 7 月) 均温 7. 9 ~
13. 9
,最冷月( 1月)均温- 15~ - 5. 5
,
0
积
温 846~ 1961
, 年均降水量 54~ 497 mm, 年均蒸
发量 1809~ 2707 mm, 年均湿润度 K 值为 0. 09~
0. 69[ 17, 18]。植被均为多年生旱生草本植物或半灌
木为主组成的高寒草原, 涉及中禾草、矮禾草、小莎
草和蒿类半灌木 4个草地组; 紫花针茅( S tipa pur-
purea) + 藏沙蒿( Ar temisia w el lby i )草地型、紫花
针茅+ 沙生针茅( St ip a glar eosa )草地型、青藏苔草
( Carex moorcrof t ii )草地型、青藏苔草- 紫花针茅
草地型、金露梅( Potent i lla f r ut icosa ) - 青藏苔草
+ 紫花针茅草地型、紫花针茅+ 垫型蒿( A rtemisia
minor )草地型、紫花针茅+ 杂类草草地型、青藏苔草
+ 紫花针茅草地型、固沙草( Or inus thoroldi i ) + 劲
直黃芪( A str agalus st ri ctus )草地型、紫花针茅草地
型、藏东蒿( A rtemisia vexans )草地型、紫花针茅+
固沙草( Or inus thoroldi i )草地型共 12 个具有典型
性、代表性以及生态学意义明显的草地型,土壤均为
洪积物、湖积物、残积物和风积物等母质发育的高山
草原土。各样点具体的地理位置、气候和植物类型
以及草地利用状况,如表 1所示。
1. 2
采样方法
于 2007年 7- 8月,在表 1所述 12个样点进行
采样,每个样点随机设置6个 25 cm
25 cm 的小样
方,各小样方水平间隔不小于 100 m。取样时, 采用
挖取土壤剖面法, 剖面深度 0~ 40 cm ,用机械采样
法采集 0~ 10, 10~ 20, 20~ 30, 30~ 40 cm 土样,将
所采土壤样品装入土壤布袋, 送回实验室风干, 过
1 mm 筛,然后磨细, 进行总有机碳、焦磷酸钠提取
有机碳、热水溶性和水解碳水化合物和水稳性团聚
体含量测定。现场同步调查每个样方中植物物种
数、优势种、平均高度和平均盖度, 并测定样点所处
的经度、纬度和海拔。
1. 3
分析方法
土样的有机碳采用重铬酸钾氧化-外加热
法[ 1 9] ,焦磷酸钠提取物、热水提取碳水化合物和水
解碳水化合物测定按照李小刚等[ 9] 的方法进行,水
稳性团聚体含量采用人工筛分法 [ 19]进行测定。
采用 DPS 6. 55 软件[ 20] 进行相关分析、差异显
著性测验,并对必要数据进行回归分析。
2
结果与分析
2. 1
不同草地组对表层土壤有机碳组成的影响
由图 1可知, 表层( 0~ 20 cm)土壤总有机碳组
成因草地组不同而异。其中: T OC含量以蒿类半灌
木组含量最大,为 4类草地组均值的 1. 54倍,矮禾
750
第 6期 王建林等:不同植被对高寒草原生态系统土壤有机碳组成和水稳性团聚体含量的影响 751
草
地
学
报 第 18卷752
第 6期 王建林等:不同植被对高寒草原生态系统土壤有机碳组成和水稳性团聚体含量的影响
草组和小莎草组次之,中禾草组最小,分别仅相当于
均值的 98. 97%, 91. 40%和 55. 39%。土壤中 HDC
含量以小莎草组含量最大,矮禾草组次之,蒿类半灌
木组第三,分别为均值的 1. 32, 1. 81 和 1. 04 倍, 中
禾草组最小, 仅相当于均值的 55. 92%。土壤中
HWC 含量以蒿类半灌木组含量最大, 为均值的
1. 78 倍,矮禾草组次之, 中禾草组第三,小莎草组最
小, 分别仅相当于均值的 90. 16%, 67. 45% 和
64. 17%。土壤中 SPPC 含量以蒿类半灌木组含量
最大,小莎草组次之, 分别为均值的 1. 43 和 1. 27
倍,中禾草组第三, 矮禾草组最小,分别仅相当于均
值的 68. 01%和 61. 47%。经统计分析,发现 4类草
地组中水解碳水化合物、热水提取碳水化合物、焦磷
酸钠提取有机碳含量差异不显著,蒿类半灌木组与
其他 3类草地组土壤总有机碳含量之间差异显著
( P< 0. 5)。结果表明:不同草地组主要影响土壤中
总有机碳含量的高低, 尽管不同草地组对土壤水解
碳水化合物、热水提取碳水化合物和焦磷酸钠提取
有机碳含量也有一定影响, 但是影响未达到显著性
水平。
图 1
不同植被群落下土壤有机碳及其组成的分布情况
Fig. 1
Composition and distribution o f so il or ganic
carbon under differ ent v egetation communit ies
1.小莎草组 Small sedg e Gr ou p 2.矮禾草组 Dw arf grasses Group
3.中禾草组 Medium gras ses Group 4.蒿类半灌木组 Sagebrush Group
2. 2
不同草地型对表层土壤有机碳组成的影响
从表 2 可以看出, 同一草地组中, 表层( 0~ 20
cm)土壤总有机碳和可提取有机碳的分布规律因草
地型不同而不同。以矮禾草组为例,土壤总有机碳
和水解碳水化合物含量从高到低的顺序是: 紫花针
茅、紫花针茅+ 杂类草、紫花针茅+ 藏沙蒿、紫花针
茅+ 沙生针茅、紫花针茅+ 垫型蒿、紫花针茅+ 固沙
草草地型,最高的紫花针茅草地型土壤中 T OC 和
HDC含量分别为最低的紫花针茅+ 固沙草草地型
的 23. 60和 3. 52 倍; HWC 含量从高到低的顺序
是:紫花针茅+ 杂类草、紫花针茅、紫花针茅+ 藏沙
蒿草地型、紫花针茅+ 沙生针茅、紫花针茅+ 垫型
蒿、紫花针茅+ 固沙草草地型,最高的紫花针茅+ 杂
类草草地型为最低的紫花针茅+ 固沙草草地型的
2. 75倍。SPPC 含量从高到低的顺序则是: 紫花针
茅+ 杂类草、紫花针茅、紫花针茅+ 固沙草、紫花针
茅+ 藏沙蒿、紫花针茅+ 沙生针茅、紫花针茅+ 垫型
蒿,最高的紫花针茅+ 杂类草草地型为最低的紫花
针茅+ 垫型蒿草地型的 1. 91 倍。分析发现无论是
土壤总有机碳和水解碳水化合物, 还是热水提取碳
水化合物和焦磷酸钠提取有机碳含量, 不同草地型
间均达到显著或极显著水平差异。表明, 不同草地
型对土壤总有机碳、水解碳水化合物、热水提取碳水
化合物和焦磷酸钠提取有机碳含量有明显的影响。
2. 3
不同植被对土壤有机碳组成垂直分布的影响
从表 3可看出, 不同植被下土壤有机碳组成的
垂直分布各不相同。可分为 2种类型:
一是由高到低型
该类型的特点是在 0~ 40
cm范围内,随着土层的加厚, 土壤总有机碳、水解碳
水化合物、热水提取碳水化合物和焦磷酸钠提取有
机碳含量逐渐减少。小莎草组的土壤总有机碳、土
壤水解碳水化合物、土壤热水提取碳水化合物和土
壤焦磷酸钠提取有机碳,中禾草组的土壤总有机碳、
水解碳水化合物和土壤热水提取碳水化合物,矮禾
草组的土壤总有机碳和土壤焦磷酸钠提取有机碳,
以及蒿类半灌木组的土壤水解碳水化合物的垂直分
布均属此类型。


二是低- 高- 低型
该类型的特点是在 0~ 20
cm 范围内,随着土层的加厚, 土壤有机碳的含量逐
渐增加, 20~ 40 cm 范围内, 随着土层的加厚, 逐渐
减少。蒿类半灌木组的土壤总有机碳、热水提取碳
水化合物和土壤焦磷酸钠提取有机碳, 矮禾草组的
土壤水解碳水化合物和热水提取碳水化合物,以及
中禾草组土壤焦磷酸钠提取有机碳的垂直分布均属
此类型。
从表 3可知, 尽管 4种草地组土壤总有机碳和
可提取有机碳在不同植被下土壤有机碳组成的层次
分布规律各不相同, 但其共同的特点均是 0~ 20 cm
土层总有机碳含量大于 20 ~ 40 cm 土层, 尤其是
0~ 10 cm 土层总有机碳含量显著或极显著大于 30
~ 40 cm 土层。
753
草
地
学
报 第 18卷
表 2
不同草地型表层( 0~ 20 cm)土壤总有机碳和可提取有机碳的分布情况
Table 2
The distribution of to tal o rganic carbon and extractable o rganic carbon in surface so il( 0~ 20 cm ) of different grassland types
草地组




Grassland




g roups




草地型








Grassland








ty pes








总有机碳
To tal organic
carbon
g
kg- 1
水解碳水化合物
Hydro ly zable
carbohydrates
g
kg- 1
热水提取碳水化合物
Hot water
ex tractable
carbohydrat e
g
kg- 1
焦磷酸钠提取有机碳
Sodium pyrophosphat e
ex tractable carbon
g
kg- 1
小莎草组
Small sedge
group
青藏苔草+ 紫花针茅草地型
Carex moorcro f tii+ St ipa purpurea
7. 378
0. 078cC 1. 942
0. 124bB 0. 323
0. 012ab 1. 192
0. 072bB
青藏苔草- 紫花针茅草地型
Carex moorcro f tii- St ipa purpurea
13. 365
0. 919bB 3. 081
0. 781bAB 0. 241
0. 053b 2. 379
0. 031bB
金露梅- 青藏苔草+ 紫花针茅草地型
Potenti lla f ruticosa- Carex moorcrof tii+ Stipa purpurea
37. 082
0. 624aA 6. 478
0. 716aA 0. 412
0. 013a 9. 660
1. 109aA
青藏苔草草地型
Carex moorcro f tii
7. 742
1. 002cC 1. 588
0. 185bB 0. 250
0. 001b 1. 062
0. 074bB
矮禾草组
Dwarf grasses
group
紫花针茅+ 杂类草草地型
Stip a purpurea+ Miscellaneous crabg ra ss
22. 100
2. 258abAB 3. 946
0. 262aAB 0. 497
0. 059aA 1. 982
0. 078aA
紫花针茅草地型
Stip a purpurea
28. 489
5. 174aA 4. 548
0. 579aA 0. 488
0. 092aA 1. 900
0. 182abA
紫花针茅+ 藏沙蒿草地型
Stip a purpurea+ A rt em is ia wel lby i
13. 330
0. 823bcBC 2. 776
0. 134bBC 0. 406
0. 053abAB 0. 954
0. 106dB
紫花针茅+ 沙生针茅草地型
Stip a purpurea+ S tipa gl areosa
10. 933
0. 214cB 1. 621
0. 025cC 0. 350
0. 002abcAB 1. 062
0. 052cdB
紫花针茅+ 垫型蒿草地型
Stip a purpurea+ A rt em is ia mi nor
12. 501
0. 510cBC 1. 777
0. 161bcC 0. 233
0. 018bcAB 1. 040
0. 001cdB
紫花针茅+ 固沙草草地型
Stip a purpurea+ Orinus tho roldii
1. 207
0. 001dC 1. 291
0. 172cC 0. 181
0. 008cB 1. 435
0. 177bcAB
中禾草组
M edium g rasses group
固沙草+ 劲直黃芪草地型
Ori nus thorold ii+ A st ragalus st r ictus
0. 872
0. 068bA 0. 147
0. 025aA 0. 029
0. 002bB 0. 154
0. 019aA
蒿类半灌木组
Sagebrush group
藏东蒿草地型
A rtemis ia v exans
2. 427
0. 817aA 0. 284
0. 056aA 0. 076
0. 029aA 0. 324
0. 068aA


注: 不同大写字母差异极显著(P< 0. 01) ,不同小写字母差异显著( P< 0. 05)
Not e: Capit al let ters indica te significant differences ( P< 0. 01) , Sma ll lett ers indicat e signif icant diff erences ( P< 0. 05)
表 3
不同植被群落下有机碳组成的层次分布情况
Table 3
The la yer distr ibution of o rg anic carbon component under different vegetation communities
植物群落
Plant
communit ies
土壤深度
Soil depth
cm
总有机碳
T otal organic carb on
g
kg- 1
水解碳水化合物
H ydrolyzable carb ohydrates
g
kg- 1
热水提取碳水化合物
H ot w ater ex tractable
carbohydrate
g
kg- 1
焦磷酸钠提取有机碳
S odium pyrophosphate
ext ractab le carbon
g
kg- 1
小莎草组
Small sedge
g rou p
0~ 10 0. 958
0. 053aA 0. 293
0. 055aA 0. 034
0. 002aA 0. 146
0. 008a
10~ 20 0. 838
0. 004abA 0. 210
0. 011abA 0. 031
0. 001aA 0. 135
0. 014ab
20~ 30 0. 694
0. 013abA 0. 194
0. 003abA 0. 029
0. 000abA 0. 114
0. 003ab
30~ 40 0. 602
0. 144bA 0. 170
0. 003bA 0. 025
0. 002bA 0. 107
0. 000b
矮禾草组
Dw arf gras ses
g rou p
0~ 10 2. 098
0. 255aA 0. 224
0. 023bAB 0. 031
0. 004aA 0. 138
0. 002aA
10~ 20 1. 470
0. 041bAB 0. 300
0. 012aA 0. 032
0. 003aA 0. 135
0. 002aA
20~ 30 0. 974
0. 047bcB 0. 179
0. 010bB 0. 025
0. 002aA 0. 116
0. 012aA
30~ 40 0. 853
0. 105cB 0. 161
0. 018bB 0. 024
0. 002aA 0. 115
0. 012aA
中禾草组
Dw arf gras ses
g rou p
0~ 10 0. 917
0. 012aA 0. 145
0. 016aA 0. 030
0. 002aA 0. 139
0. 006bAB
10~ 20 0. 816
0. 045aA 0. 141
0. 018aA 0. 028
0. 000aA 0. 170
0. 009aA
20~ 30 0. 313
0. 064bB 0. 090
0. 004bA 0. 018
0. 001bB 0. 140
0. 006bAB
30~ 40 0. 303
0. 059bB 0. 077
0. 002bA 0. 017
0. 001bB 0. 127
0. 000bB
蒿类半灌木组
S agebrush gr ou p
0~ 10 1. 816
0. 025bA 0. 329
0. 018aA 0. 060
0. 003abAB 0. 337
0. 047aAB
10~ 20 3. 121
0. 374aA 0. 279
0. 011abA 0. 098
0. 021aA 0. 382
0. 000aA
20~ 30 1. 762
0. 0021bA 0. 257
0. 000bA 0. 033
0. 006bAB 0. 333
0. 045aAB
30~ 40 1. 757
0. 269bA 0. 236
0. 026bA 0. 021
0. 000bB 0. 167
0. 007bB


注:不同大写字母差异极显著( P< 0. 01) ,不同小写字母差异显著( P< 0. 05)
Note: Capital let ters indicate sign ificant diff erences ( P < 0. 01) , Sm all let ters indicate sign ificant diff erences ( P < 0. 05)
754
第 6期 王建林等:不同植被对高寒草原生态系统土壤有机碳组成和水稳性团聚体含量的影响
2. 4
不同植被对土壤水稳性团聚体含量的影响
由图 2可知,从紫花针茅+ 藏沙蒿、紫花针茅+
沙生针茅、青藏苔草- 紫花针茅、青藏苔草、金露梅
- 青藏苔草+ 紫花针茅草地型,到紫花针茅+ 垫型
蒿草地型,再从紫花针茅+ 杂类草草地型、青藏苔草
+ 紫花针茅、固沙草+ 劲直黃芪、紫花针茅、藏东蒿
草地型,到紫花针茅+ 固沙草草地型,土壤水稳性团
聚体的含量在逐步下降。各类草地型中, 土壤水稳
性团聚体的平均含量为 12. 17% , 变异系数为
47. 14% ;在西藏各类草地型中,以紫花针茅+ 藏沙
蒿草地型的土壤水稳性团聚体含量最大, 为
21. 18% ,是西藏各类草地型土壤水稳性团聚体平均
含量的 1. 74倍;以紫花针茅+ 固沙草草地型的土壤
水稳性团聚体含量最小, 为 5. 32% , 仅占西藏各类
草地型土壤水稳性团聚体平均含量的 43. 73%。经
统计分析,不同草地型间均达到显著或极显著水平
差异。这表明植被对土壤水稳性团聚体含量的影响
是显著的。
图 2
不同植被对土壤水稳性团聚体含量的影响
F ig . 2
Effects of D ifferent veget ation on soil w ater- stable aggr egates
1.紫花针茅+ 藏沙蒿草地型 S tip a p ur p urea+ A rtemisia w el lbyi t ype 2.紫花针茅+ 沙生针茅草地型 S t ip a p urp ur ea+ St ipa g lareosa t ype
3.青藏苔草- 紫花针茅草地型 Car ex moorcr of t ii - S t ip a p urp ur ea t ype 4.青藏苔草草地型 Carex moorc rof t ii t ype
5.金露梅- 青藏苔草+ 紫花针茅草地型 P otent i lla f rut ic osa-Carex moorcr of t ii+ S t ip a p urp ur ea t ype
6.紫花针茅+ 垫型蒿草地型 St ip a p ur purea+ A rtemisia minor type 7.紫花针茅+ 杂类草草地型 S tip a purpurea+ Miscellaneous crabgrass type
8.青藏苔草+ 紫花针茅草地型 Car ex moorcr of t ii+ St ip a p urpurea t ype 9.固沙草+ 劲直黃芪草地型 Orinus thoroldi i+ Astragalus stri ctus t ype
10.紫花针茅草地型 S t ip a p urp ur ea t ype 11.藏东蒿草地型 A r temisia ve xans t ype
12.紫花针茅+ 固沙草草地型 S t ip a p urp ur ea+ Orinus th or od ii t ype
2. 4
土壤水稳性团聚体含量与有机碳组成之间的
关系
基于二次多项式逐步回归分析方法,建立总有
机碳( X 1 )、水解碳水化合物( X 2 )、热水提取碳水化
合物( X 3 )和焦磷酸钠提取有机碳( X 4 )含量与表层
( 0~ 20 cm)土壤水稳性团聚体含量( y)之间的标准
化回归方程如下:
y= 58. 1609+ 2. 2685X1 - 67. 7285X4 - 0. 8211X 21
+ 13. 3589X 24 + 7. 4130X 1X 2 + 28. 5671 X 1X 3 -
7. 4749X 1X 4 - 278. 4619X2X 3 + 13. 2073X 2 X 4 +
196. 8731X 3X 4

( n= 12, R= 0. 9969** ) ( 1)


从式( 1)和表 4可以看出,水稳性团聚体与总有
机碳呈极显著正相关, 与焦磷酸钠提取有机碳呈极
显著负相关,说明总有机碳含量的增加和焦磷酸钠
提取有机碳含量的下降, 水稳性团聚体含量逐渐增
加。同时,水稳性团聚体与水解碳水化合物、热水提
取碳水化合物含量之间未达到显著性程度,但水解
碳水化合物、热水提取碳水化合物与总有机碳和焦
磷酸钠提取物互作对水稳性团聚体含量之间却达到
极显著相关。结果表明, 水解碳水化合物和热水提
取碳水化合物独自对水稳性团聚体形成的作用不明
显,它们对水稳性团聚体形成的贡献主要通过与总
有机碳和焦磷酸钠提取物的互作而实现。
755
草
地
学
报 第 18卷
表 4
土壤水稳性团聚体含量与有机碳组成之间的偏相关系数
T able 4
Partial cor relation coefficient betw een Soil w ater- stable aggr egates and or ganic carbon content
相关因子
Relevant
factor
偏相关系数 r
Part ial correlat ion
coeff icient r
t 检验值
T est value
显著性水平 P-值
Signif icant level
of P-value
相关因子
Relevant
factor
偏相关系数 r
Part ial correlat ion
coef f icient r
t 检验值
Test valu e
显著性水平 P-值
Signif icant level
of P- value
y, x 1 0. 983 5. 3461 0. 0333 y , x1 x 3 0. 9991 23. 8439 0. 0018
y, x 4 - 0. 9978 14. 9563 0. 0044 y , x1 x 4 - 0. 9975 14. 1989 0. 0049
y, x 21 - 0. 9992 24. 374 0. 0017 y , x2 x 3 - 0. 999 22. 6886 0. 0019
y, x 24 0. 9971 13. 0528 0. 0058 y , x2 x 4 0. 9969 12. 5699 0. 0063
y, x1 x 2 0. 9986 19. 2209 0. 0027 y , x3 x 4 0. 9956 10. 6126 0. 0088
3
讨论
土壤有机碳主要来源于植物、动物、微生物残体
和根系分泌物, 并处于不断分解与形成的动态过程,
因此土壤有机碳含量是生态系统在特定条件下的动
态平衡值。在不同的生物气候条件和人类干扰下,
土壤有机碳积累的数量存在很大差异[ 21] 。本研究
表明,不同植被下表层( 0~ 20 cm )土壤中总有机碳
( TOC)、焦磷酸钠提取有机碳( SPPC)、水解碳水化
合物( HDC)、热水提取碳水化合物 ( HWC )含量差
异显著。同时, 在同一植被类型中, 无论总有机碳,
还是焦磷酸钠提取物、热水提取碳水化合物和水解
碳水化合物, 0~ 20 cm 土层含量明显大于 20~ 40
cm 土层。造成这一现象的原因可能与青藏高原独
特地理环境下, 所形成的地带性草地植被凋落物多
少有着直接的关系。因为高寒草原植被凋落物的主
要化学成分是纤维素和木质素,按照一般的概念, 木
质素分解时趋向于形成芳香族化合物; 纤维素则逐
步水解,分子量逐渐变小。如果水解碳水化合物是
属于比原始凋落物纤维素分子量更小的组分, 而热
水提取碳水化合物又是比前者分子量更小的话, 那
么凋落物纤维素碳在分解过程中应该按照植被纤维
素碳
水解碳
热水提取碳
单糖碳的模式变化。
虽然可提取态的碳水化合物是寿命短暂的过渡性产
物[ 5, 6, 9, 22] , 但其处于不断产生又不断分解的平衡之
中。只要高寒草原生态系统植被凋落物能使土壤总
碳维持在一定水平,则必然能使不同组分的有机碳
维持在一定水平,故而出现凋落量大的植被和凋落
物积累较多的表层土壤有机碳及其组成含量较高的
情况。
水稳性团聚体与总有机碳组成之间的关系, 与
前人一些研究结果不一致。如 Haynes等[ 5, 6] 、Gijs-
man 等[ 7]、GangLu 等[ 8] 报道土壤中热水溶性碳水
化物含量与团聚体稳定性更相关,但土壤中总有机
碳、水解碳水化合物或焦磷酸钠提取物与团聚体稳
定性相关性低或不相关, 认为热水溶性碳水化合物
组分决定着团聚体的稳定性。本文研究结果却表
明,水稳性团聚体与总有机碳呈显著正相关,与焦磷
酸钠提取有机碳呈极显著负相关, 与水解碳水化合
物和热水提取碳水化合物之间未达到显著性程度,
但水解碳水化合物、热水提取碳水化合物与总有机
碳和焦磷酸钠提取物互作却与水稳性团聚体含量之
间呈极显著相关关系, 认为土壤总有机碳和焦磷酸
钠提取有机碳含量明显影响高寒草原生态系统土壤
水稳性团聚体的形成, 而水解碳水化合物和热水提
取碳水化合物独自对水稳性团聚体形成的作用不明
显,它们对水稳性团聚体形成的贡献主要通过与总
有机碳和焦磷酸钠提取物的互作而实现。这一结果
与前人研究结果有所不同,原因有待今后进一步的
深入研究。
4
结论
4. 1
不同植被对土壤有机碳的空间分布具有明显
影响。
以草地组为例,从水平分布来看,总有机碳的变
化规律为蒿类半灌木组> 矮禾草组> 小莎草组> 中
禾草组,水解碳水化合物的变化规律为小莎草组>
矮禾草组> 蒿类半灌木组> 中禾草组, 土壤热水提
取碳水化合物的变化规律为蒿类半灌木组> 矮禾草
组> 中禾草组> 小莎草组,焦磷酸钠提取有机碳的
变化规律为蒿类半灌木组> 小莎草组> 中禾草组>
矮禾草组。从垂直分布来看,可分为由高到低和低
- 高- 低两种类型,其共同的特点均是0~ 20 cm 土
层总有机碳含量大于 20~ 40 cm 土层,尤其是0~ 10
cm 土层总有机碳含量显著或极显著大于 30~ 40
cm 土层。
4. 2
不同植被对土壤水稳性团聚体含量影响显著。
从紫花针茅+ 藏沙蒿、紫花针茅+ 沙生针茅、青
756
第 6期 王建林等:不同植被对高寒草原生态系统土壤有机碳组成和水稳性团聚体含量的影响
藏苔草- 紫花针茅、青藏苔草、金露梅- 青藏苔草+
紫花针茅草地型,到紫花针茅+ 垫型蒿草地型,再从
紫花针茅+ 杂类草草地型、青藏苔草+ 紫花针茅、固
沙草+ 劲直黃芪、紫花针茅、藏东蒿草地型, 到紫花
针茅+ 固沙草草地型, 土壤水稳性团聚体的含量在
逐步下降,不同草地型间均达到显著或极显著水平
差异。
4. 3
水稳性团聚体与土壤有机碳组成的关系
复杂。
水稳性团聚体与总有机碳呈极显著正相关, 与
焦磷酸钠提取有机碳呈极显著负相关, 但与水解碳
水化合物和热水提取碳水化合物含量之间未达到显
著性程度,而水解碳水化合物、热水提取碳水化合物
与总有机碳和焦磷酸钠提取物互作却有水稳性团聚
体含量之间达到极显著相关关系。表明, 随着总有
机碳的增加和焦磷酸钠提取有机碳的下降, 水稳性
团聚体含量逐渐增加, 水解碳水化合物和热水提取
碳水化合物独自对水稳性团聚体形成的作用不明
显,它们对水稳性团聚体形成的贡献主要通过与总
有机碳和焦磷酸钠提取物的互作而实现的。
参考文献
[ 1]
Lal R. Soil and th e greenh ouse ef fect [ A] . In: Lal R ed. Soil
Carbon S equest rat ion an d the Greenh ou se Ef fect [ C ] . New
York : Soil Science S ociety of America Inc, 2001. 1-8
[ 2]
Prent ice I C. T he carbon cycle and atmosph eric carbon diox ide
[ A] . In: J T, Din gY , Griggs D J, et a l . ed. Cl imate Chan ge:
T he Scient if ic Basis [ C ] . Cambr idge: Cambridge University
Press, 2001. 183-237
[ 3]
Blair B T, Lef roy R D. S oi l carbon f ract ions b as ed on th eir d e-
gree of oxidat ion and th e developments of a carbon manag e-
m ent index for agricul tural system s[ J] . Aus tralian Jou rnal of
Agricultural Research: 1995, 1456-1466
[ 4]
赵鑫,宇万太,李建东,等.不同经营管理条件下土壤有机碳及
其组分研究进展[ J] . 应用生态学报, 2006, 17( 11) : 2203- 2209
[ 5]
H aynes R J, Sw if t R S. Stab ilit y of soil aggregates in relat ion to
organic con st itu ents and soil w ater content [ J] . Journal of Soil
Science, 1990, 41: 73-83
[ 6]
H aynes R J, Fran cis G S . Changes in m icrobial biomass C, s oil
carbohydrate composit ion and aggregate stabilit y indu ced b y
grow th of s elected crop an d forage species under f ield cond-i
t ion s[ J] . Journal of Soil Science, 1993, 44: 665-675
[ 7]
Gijsman A J , Th om as R J . Aggregate size dis tribut ion and sta-
bilit y of an Oxisol under legum e- based and pure grass pas tu res
in the Eastern Colomb ian savann as [ J ] . Au st ral ia Journ al of
Soil Resear ch, 1995, 33: 153-165
[ 8]
Gang Lu, Kan ichi Sakagami, H aru oTanaka, et al . Role of s oil
organ ic mat ter in stab ilization of w ater stable agg regates in
soils under diff erent types of land use [ J ] . S oil Science an d
Plan t Nut rit ion, 1998, 44( 2) : 147-155
[ 9]
李小刚,崔志军,王玲英.施用秸秆对土壤有机碳组成和结构稳
定性的影响[ J] .土壤学报, 2002, 39( 3) : 421-428
[ 10] 周玉荣,于振良,赵士洞.我国主要森林生态系统碳贮量和碳平
衡[ J] .植物生态学报, 2000, 24( 5) : 518-522
[ 11] 辛刚,颜丽,汪景宽,等.不同开垦年限黑土有机质变化的研究
[ J] .土壤通报, 2002, 33( 5) : 332- 335
[ 12] 姜培坤.不同林分下土壤活性有机碳库研究 [ J] . 林业科学,
2005, 41( 1) : 10-13
[ 13] 贾月慧,王天涛,杜睿. 3种林地土壤碳和氮含量的变化[ J] . 北
京农学院学报, 2005, 20( 3) : 63- 66
[ 14] 徐玲玲,张宪洲,石培礼,等.青藏高原高寒草甸生态系统净二
氧化碳交换量特征[ J] .生态学报, 2005, 25( 8) : 1948-1952
[ 15] 张宪洲,石培礼,刘允芬,等.青藏高原高寒草原生态系统土壤
CO 2排放及其碳平衡[ J ] . 中国科学 D 辑. 地球科学, 2004, 34
(增刊
) : 193-199
[ 16] 常天军,王建林,李鹏,等.藏北高寒草地植被的碳密度与碳贮
量[ J] .生态科学, 2007, 26( 5) : 422-427
[ 17] 中国科学院青藏高原综合科学考察队.西藏气候[ M ] .科学出
版社, 1983. 151-180
[ 18] 中国科学院青藏高原综合科学考察队.西藏自然地理 [ M ] . 科
学出版社, 1984. 89-157
[ 19] 中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[ M ] .上海:上海科
学技术出版社, 1978. 250-380
[ 20] 唐明义,冯明光.实用统计分析及其 DPS 数据处理系统 [ M ] .
科学出版社, 2000. 367- 402
[ 21] 傅华,陈亚明,王彦荣,等.阿拉善主要草地类型土壤有机碳特
征及其影响因素[ J] .生态学报, 2004, 24( 3) : 469-476
[ 22] Tisdal l J M , Oad es J M . Organic m at ter and w ater stable ag-
gregates in soil s[ J] . J ou rnal of S oil Science, 1982, 33: 141- 163
(责任编辑
李美娟)
757