全 文 ：第20卷 第5期
Vol.20 No.5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2012年 9月
Sep. 2012
不同沙生植被土壤易氧化有机碳组分及其含量的差异
孙彩丽1,刘国彬2,马海龙1,薛 萐3*,张 超3
(1.西北农林科技大学资源环境学院,陕西 杨凌 712100;2.中国科学院水利部水土保持研究所,陕西 杨凌 712100;
3.西北农林科技大学水土保持研究所,陕西 杨凌 712100)
摘要:以9种沙生植被为研究对象,沙裸地为对照,采用野外调查与室内分析相结合的方法,分析不同沙生植被土
壤易氧化有机碳(Coc)各组分的变化特征,并在此基础上提出土壤有机碳活性系数和敏感指数,探讨不同沙生植被
对改善土壤质量的影响。结果表明:沙裸地种植植被后,Coc各组分和总有机碳(Ctoc)含量显著增加,但Coc各组分占
Ctoc的比例无明显变化;与其他沙生植被相比,刺槐林(Robiniapseudoacacia)、花棒(Hedysarumscoparium)、臭柏
(Sabinavulgaris)和樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)对改善土壤质量,提高土壤有机碳活性的作用更加显
著。敏感指数表明Coc中第1部分(Cfrac1)和第2部分(Cfrac2)活性较强,其中Cfrac1对土壤质量变化更加敏感,可以作
为衡量土壤质量状况的良好指标。相关性分析表明Cfrac1,Cfrac2,Cfrac3,Cfrac4,Coc与Ctoc之间极显著相关 (P<0.01),
与碱解氮和全氮成显著或极显著正相关(P<0.05或P<0.01),与全磷和速效磷之间的相关关系不显著,Cfrac4和
Ctoc与速效钾之间极显著正相关(P<0.01),Cfrac1,Cfrac2,Cfrac4,Coc,Ctoc与pH成显著或极显著负相关(P<0.05或P
<0.01)。综上所述,Cfrac1可作为衡量土壤质量状况的良好指标,刺槐、花棒、臭柏和樟子松这4种植物可作为毛乌
素沙地改善土壤质量的优先考虑植被。
关键词:沙生植被;易氧化有机碳组分;活性系数;敏感指数
中图分类号:S153.62 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2012)05-0863-07
VariationCharacteristicsandFractionsofOxidizableOrganicCarbon
inDifferentSandyVegetationSoil
SUNCai-li1,LIUGuo-bin2,MAHai-long1,XUESha3*,ZHANGChao3
(1.ColegeofResourcesandEnviroment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,ShanxiProvince712100,China;
2.InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofScienceandMinistryofWaterResources,Yangling,ShanxiProvince
712100,China;3.InstituteofSoilandWaterConservationNorthwestA&Funiversity,Yangling,ShanxiProvince712100,China)
Abstract:Thevariationandfractionsofoxidizableorganiccarbon(Coc)fromninepsammophyteswerestud-
iedthroughfieldinvestigationandlaboratoryanalysis.Soilsensitiveindexandtheinfluenceofdifferent
vegetationsonsoilqualityimprovementwerealsodiscussed.ResultsshowedthatthecontentsofCocand
totalorganiccarbon(Ctoc)increasedsignificantlybyplantingonbaresand,whereasthepercentageofCoc
toCtochadnochange.Robiniapseudoacacia (RP),Hedysarumscoparium (HS),Sabinavulgaris(SV)
andPinussylvestrisvar.mongolica(PS)improvedsoilqualityandcarbonactivitymoresignificantlycom-
paredwithothervegetations.Sensitiveindexshowedthatthefirst(Cfrac1)andsecondfraction(Cfrac2)of
Cochadhighactivity,Cfrac1wasmorelabilethanCfrac2andcanbeusedtoevaluatesoilquality.Correlationa-
nalysisshowedthattherewasasignificantrelationshipamongCfrac1,Cfrac2,Cfrac3,Cfrac4,CocandCtoc(P<
0.01),andtheywerepositivelycorrelatedwithavailableNandtotalN (P<0.05),butnotcorrelated
withtotalPandavailableP.Additionaly,Cfrac4andCtocwerepositivelycorrelatedwithavailableP(P<
0.01).TherewasanegativecorrelationbetweenCfrac1,Cfrac2,Cfrac4,Coc,CtocandpHvalue(P<0.01or
P<0.05).Inconclusion,Cfrac1canbeusedasafavorableindicatorforsoilqualityevaluation.Robinia
pseudoacacia (RP),Hedysarumscoparium (HS),Sabinavulgaris(SV),andPinussylvestrisvar.mon-
golica(PS)canbeconsideredaspreferentialchoiceforsoilqualityrestorationinMuussandland.
Keywords:Psammophyte;Oxidizableorganiccarbonfractions;Activityindex;Sensitiveindex
收稿日期:2012-03-16;修回日期:2012-05-28
基金项目:中国科学院战略性先导科技专项“退耕还林(草)工程固碳速率和潜力研究”(XDA05060300);西北农林科技大学青年项目“生
态恢复过程土壤微生物根际效应及其多样性研究”(QN2009080)资助
作者简介:孙彩丽(1989-),女,河南平顶山人,硕士研究生,主要从事应用生态学等方面的研究,E-mail:suncaili2007@126.com;*通信作
者Authorforcorrespondence,E-mail:xuesha100@163.com
草 地 学 报 第20卷
我国是世界上沙漠化危害最严重的国家之一,
北方干旱半干旱地区的沙漠化因其面积之大和发展
之迅速而倍受关注。利用沙丘植被恢复技术,将合
适的植被类型构建成合理的植被群落体系,可有效
减少风蚀,增加土壤肥力,改善土壤质量[1-2]。
土壤有机碳是植物生长和土壤微生物生命活动
主要的物质和能量来源,对土壤理化及生物特性意
义重大。易氧化有机碳(Coc)作为土壤有机碳的重
要组成部分,可以在土壤全碳发生变化之前反映土
壤的微小变化,并且直接参与土壤生物化学转化过
程,作为土壤微生物生命活动的能源,对土壤养分
的有效化具有重要作用,能更好的反映土壤质量变
化、营养元素循环和转化速率等[3-9]。近年来,对于
土壤易氧化有机碳(Coc)的变化国内外已有部分研
究。刘正刚等[8]研究表明Coc与总有机碳(Ctoc)含量
显著正相关,随土层深度的加深而递减,且土地利用
变化对Coc并没有显著影响。目前有关Coc的研究多
集中在寒带和温带地区,热带和亚热带尤其是沙漠
化地区很少,这些地区土壤有机碳含量很少,已对土
壤质量构成威胁[10-11]。Chan于2000年提出Coc的
不同组分,Majumder通过研究不同施肥处理对土
壤有机碳库的影响,认为Coc的第1部分(Cfrac1)测定
成本低廉,容易实现,可以作为评价土壤质量和作物
产量的良好指标[12-14]。
目前针对沙漠化土壤质量的研究主要集中在土
壤理化性质、植物固沙机制及土壤酶等方面[15-18],易
氧化有机碳(Coc)及其组分虽然能够敏感的反应土
壤有机碳的质量的数量特征,但其测定过程危险,且
测定结果重复性较差[19],有关研究相对较少。本研
究以毛乌素沙地南缘陕西省榆林的沙生植物园中9
种植被类型为研究对象,从Coc及其组分的角度探讨
Coc各组分与土壤理化性质的关系,分析不同沙生植
被的种植对土壤质量的影响,阐述沙地生态系统植
被恢复过程中的土壤有机活性碳变化特征,旨在为
该区域沙漠化土地治理过程中植被的选择,以及综
合评价沙地土壤恢复效果提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区域概况
本研究区地处陕西黄土高原与毛乌素沙漠过
度带,位于毛乌素沙地南缘陕西省榆林的沙生植
物园(E109°41′75″,N38°22′38″),平均海拔1300
m,因纬度偏北,属温带寒冷半干旱气候,年均温绝
大部分地区小于8℃,1月均温-11~-8℃,7月
均温22~24℃,年内≥10℃积温约为2500~
3800℃之间。年降水量250~440mm,主要集中
于7-9月,占全年降水量的60%~75%。该区属
陕北风沙滩地区,沙地占区域总面积的80%左右,
其中流沙(流动沙丘)、半固定沙丘、固定沙丘在沙
地面积中各占1/3左右。区内土壤主要为淡栗钙
土、栗钙土,丘间低地主要为草甸土,还有风沙土、
黑焦土等。沙生植被、草原、草甸、盐生植被、盐生
草甸等群落类型均易见。由于长期以来不合理的
土地利用,导致土地荒漠化严重,属于典型的生态
脆弱地带,经过几十年的流动沙丘固沙治理,目前
植被覆盖度已明显提高。
1.2 样品采集与分析
在研究区选取种植年限相近,坡位一致的9种
植被类型为研究对象,分别为刺槐(Robiniapseud-
oacacia,缩写为 RP)、花棒(Hedysarumscopari-
um,缩写为HS)、沙蒿(Artemisiadesertorum,缩写
为 AD)、踏 郎 (Hedysarum monglicum,缩 写 为
HM)、白柠条(Caraganakorshinkii,缩写为CA)、
小叶杨(Simonpoplar,缩写为SP)、臭柏(Sabina
vulgaris,缩写为SV)、油松(Pinustabulaeformis,
缩写为PT)和樟子松(Pinussylvestrisvar.mon-
golica,缩写为PS)。并选择沙裸地(CK)为对照样
地,土壤为风沙土。样点具体情况如表1所示。
在各样地选择3个研究小区,用土钻S型采取
0~20cm土壤,测定土壤全氮、全磷、碱解氮、速效
磷、速效钾、有机质含量和pH值[20],测定结果如表
2所示。
1.3 易氧化有机碳(Coc)组分测定
采用改进的 Walkley-Black方法[12],加入10
mL0.167mol·L-1的重铬酸钾后,分别加入5,10
和20mL浓硫酸,酸度分别为6,9和12mol·L-1,
然后用1mol·L-1硫酸亚铁标定,所测得的有机碳
分别记为 C1,C2 和 C3,Cfrac1即为 C1,Cfrac2=C2-
C1,Cfrac3=C3-C2,Cfrac4为 Ctoc与(Cfrac1+Cfrac2+
Cfrac3)的差值。Coc含量的测定采用10mL0.167
mol·L-1的重铬酸钾,加入20mL浓硫酸后,用1
mol·L-1硫酸亚铁滴定[12]。Ctoc含量的测定采用重
铬酸钾外加热法[21]。
土壤有机碳活性系数和敏感指数分别按照下式
计算。
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第5期 孙彩丽等:不同沙生植被土壤易氧化有机碳组分及其含量的差异
表1 样地基本特征
Table1 Descriptionofsamplingplots
编号
Number
植被类型
Vegetationtypes
种植年限
Cultivationyears
坡度
Slopedegree/°
海拔
Altitude/m
植被盖度
Vegetationcoverage/%
RP 刺槐Robiniapseudoacacia 30 26 1087 67
HS 花棒 Hedysarumscoparium 30 15 1108 78
AD 沙蒿Artemisiadesertorum 30 3 1094 80
HM 踏郎 Hedysarummonglicum 30 8 1092 67
CA 白柠条Caraganakorshinkii 30~35 8 1097 70
SP 小叶杨Simonpoplar 30 25 1094 57
SV 臭柏Sabinavulgaris 30~35 3 1092 72
PT 油松Pinustabulaeformis 30~35 3 1093 68
PS 樟子松Pinussylvestrisvar.mongolica 30~35 5 1094 68
CK 沙裸地Baresand 0 10 1088 0
表2 不同植被类型的土壤理化性质
Table2 Physicalandchemicalpropertiesofsoilindifferentvegetationtypes
植被类型
Vegetation
types
碱解氮
AvailableN
/mg·kg-1
全氮
TotalN
/g·kg-1
全磷
TotalP
/g·kg-1
速效磷
AvailableP
/mg·kg-1
速效钾
AvailableK
/mg·kg-1
有机质
Organicmatter
/g·kg-1
pH
刺槐RP 25.36±2.30 0.23±0.02 0.23±0.01 0.94±0.16 108.16±4.67 5.34±0.21 8.76±0.03
花棒 HS 23.01±5.75 0.20±0.02 0.38±0.00 2.28±0.14 89.30±1.60 4.34±0.16 8.93±0.05
沙蒿AD 14.79±2.85 0.12±0.01 0.38±0.02 0.14±0.19 44.18±2.50 2.11±0.02 9.11±0.02
踏郎 HM 14.52±3.71 0.10±0.01 0.40±0.02 1.82±0.20 73.39±3.78 1.94±0.27 8.91±0.07
白拧CA 21.51±0.86 0.16±0.01 0.38±0.02 2.91±0.36 77.77±7.01 2.85±0.18 8.81±0.01
小叶杨SP 16.98±1.72 0.17±0.01 0.35±0.02 0.34±0.02 152.70±1.57 3.81±0.18 9.04±0.03
臭柏SV 21.44±1.65 0.21±0.02 0.57±0.02 0.21±0.01 58.61±2.40 4.36±0.07 8.94±0.01
油松PT 18.94±1.49 0.18±0.01 0.51±0.01 0.56±0.02 56.20±2.54 3.15±0.10 9.10±0.02
樟子PS 29.35±1.27 0.18±0.03 0.41±0.04 0.23±0.01 53.27±4.73 4.43±0.41 8.95±0.04
沙裸地CK 10.96±0.31 0.06±0.00 0.04±0.00 0.11±0.02 37.72±0.93 1.27±0.01 9.06±0.03
活性系数=Cfrac1Coc ×3+
Cfrac2
Coc ×2+
Cfrac3
Coc ×1
敏感指数=
沙生植被土壤Coc组分-沙裸地对应Coc组分
沙裸地对应的Coc组分
1.4 数据分析
所测得的数据采用Excel2003进行整理和计
算,利用SPSS12.0进行方差统计分析及差异显著
性检验,多重比较采用Duncan法。
2 结果与分析
2.1 不同沙生植被土壤Ctoc,Coc及其组分含量变化
沙裸地种植植被后,土壤Ctoc和Coc含量显著增
加(表3)。不同沙生植被间差异显著(P<0.05),其
中刺槐林最大,樟子松、臭柏、花棒次之,沙蒿和踏郎
最小;除沙蒿和踏郎外,其他7种植被类型Cfrac1较
沙裸地显著增加,其中刺槐林、樟子松、臭柏和花棒
增幅大于油松、小叶杨和白柠条;Cfrac2总体变化不
大,仅刺槐林、花棒和樟子松显著高于沙裸地;Cfrac3
仅樟子松较沙裸地显著增加,其余植被类型无显著
变化;沙裸地种植植被后,Cfrac4显著增加,增幅依次
为刺槐林>臭柏、樟子松、花棒>小叶杨>油松、白
柠条>沙蒿、踏郎。此外,不同沙生植被土壤Coc各
组分变异系数变化较大,变幅达37.2%~71.8%。
2.2 不同沙生植被土壤Coc各组分的分配关系
Chan将∑(Cfrac1+Cfrac2)定义为活性部分(Cactive),
∑(Cfrac3+Cfrac4)为惰性部分(Cpassive),由于Cfrac4没有活
性,∑(Cfrac1+Cfrac2+Cfrac3)构成易氧化有机碳(Coc)[12]。
Cactive具有快的周转速率,影响营养物质循环过程,可为
土壤食物网提供能量,因而对维持土壤质量,提高作物
产量意义重大。Cpassive只受微生物活动影响,而且影响
过程缓慢,在土壤中存留时间较长,较为稳定[22]。由表
4可知,沙裸地种植植被后,土壤Cfrac1/Ctoc,Cfrac2/Ctoc,
Cfrac3/Ctoc,Cfrac4/Ctoc,Cactive/Ctoc,Cpassive/Ctoc和Coc/Ctoc无
显著变化,不同植被间亦无显著差异。与沙裸地相比,
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草 地 学 报 第20卷
仅花棒的Cfrac2/Ctoc显著增加,而踏郎的Cfrac3/Ctoc显著
降低,花棒和樟子松的Cactive/Ctoc显著增加且Cpassive/Ctoc
相应降低。除Cfrac4/Ctoc和Cpassive/Ctoc的变异系数较小
外,其他的均大于10%。
表3 不同沙生植被易氧化有机碳各组分含量
Table3 Contentsofoxidizableorganiccarbonfractionsindifferentvegetationtypes g·kg-1
植被 Vegetationtypes Cfrac1 Cfrac2 Cfrac3 Cfrac4 Coc Ctot
刺槐林RP 0.29±0.03a 0.15±0.01a 0.05±0.01abc 2.61±0.13a 0.48±0.02a 3.10±0.12a
花棒 HS 0.23±0.05ab 0.15±0.03a 0.05±0.02abc 2.1±0.04b 0.43±0.06ab 2.52±0.10b
沙蒿AD 0.09±0.01de 0.05±0.03b 0.05±0.02abc 1.03±0.02e 0.19±0.03def 1.22±0.01e
踏郎 HM 0.07±0.01de 0.06±0.02b 0.002±0.01c 0.99±0.13e 0.14±0.03ef 1.13±0.16e
白拧条CA 0.14±0.03cd 0.07±0.01b 0.02±0.02bc 1.43±0.07d 0.23±0.05de 1.65±0.11d
小叶杨SP 0.18±0.05bc 0.06±0.01b 0.04±0.02abc 1.94±0.04c 0.27±0.06d 2.21±0.10c
臭柏SV 0.24±0.01ab 0.07±0.03b 0.06±0.001ab 2.16±0.06b 0.37±0.04bc 2.53±0.04b
油松PT 0.18±0.02bc 0.06±0.002b 0.04±0.02abc 1.54±0.05d 0.28±0.01cd 1.83±0.06d
樟子松PS 0.26±0.07a 0.12±0.02a 0.08±0.06a 2.11±0.11b 0.46±0.13ab 2.57±0.24b
沙裸地CK 0.06±0.01e 0.02±0.01b 0.03±0.02bc 0.63±0.02f 0.11±0.14f 0.73±0.74f
变异系数CV 48.4% 59.5% 71.8% 37.2% 46.5% 38.0%
注:同一列中不同小写字母表示在0.05水平上差异显著,下同
Note:Differentsmallettersrepresentsignificantdifferenceatthe0.05level,thesameasbelow
表4 Coc各组分占Ctoc的比重
Table4 Percentagesofdifferentoxidizableorganiccarbonfractionsintotalsoilorganiccarbon %
植被类型 Vegetationtypes Cfrac1/Ctoc Cfrac2/Ctoc Cfrac3/Ctoc Cfrac4/Ctoc Cactive/Ctoc Cpassive/Ctoc Coc/Ctoc
刺槐林RP 8.9ab 5.0abc 1.5ab 84.4abc 14.2abc 85.8bcd 15.6abc
花棒 HS 9.1ab 6.0a 1.8ab 83.1bc 15.1a 84.9d 16.9ab
沙蒿AD 7.5ab 4.3abcd 3.9a 84.3abc 11.7bcd 88.2abc 15.7abc
踏郎 HM 6.5b 5.2ab 0.2b 88.1a 11.8bcd 88.4abc 11.9c
白拧条CA 8.2ab 4bcd 1.3ab 86.5ab 12.2abcd 87.8abcd 13.5bc
小叶杨SP 8.0ab 2.5d 1.6ab 87.9a 10.5d 89.5a 12.1c
臭柏SV 9.6a 2.6cd 2.3ab 85.4abc 12.2abcd 87.8abcd 14.6abc
油松PT 9.9a 3.1bcd 2.5ab 84.5abc 13abcd 87abcd 15.5abc
樟子松PS 10.2a 4.6abcd 3.0ab 82.3c 14.8ab 85.2cd 17.7a
沙裸地CK 8.0ab 3.2bcd 3.7a 85.1abc 11.2cd 88.8ab 14.9abc
变异系数CV 18.9% 37.7% 74.3% 2.9% 15.9% 2.3% 16.5%
2.3 不同沙生植被土壤活性系数及土壤Coc各组分
敏感指数
由图1可知,沙裸地种植植被后土壤活性系数
变化不显著,这表明在干旱半干旱的沙化土壤条件
下,活性系数不能敏感的反映沙生植被的种植对土
壤有机碳活性的影响。由图2可知,同一植被Cfrac1
或Cfrac2的敏感指数高于Cfrac3,Cfrac4,Coc和Ctoc,其中
刺槐林、花棒、臭柏和樟子松的作用最显著,这说明
沙裸地种植植被后,对土壤Cfrac1和Cfrac2的影响较为
明显。不同植被土壤的Cfrac1,Cfrac4,Coc和Ctoc的敏感
指数差异显著,Cfrac2和Cfrac3无显著差异。
2.4 不同沙生植被土壤Coc各组分及理化指标相关
性分析
对不同沙生植被土壤Coc各组分及理化指标进
图1 不同沙生植被土壤有机碳活性系数
Fig.1 Labilityindexofsoilorganiccarbon
indifferentvegetationtypes
行相关性分析(表5),结果表明,Cfrac1,Cfrac2,Cfrac3,
Cfrac4,Coc与 Ctoc之间极显著正相关(P<0.01),而
Cfrac2与Cfrac3相关关系较小,未达到显著水平;Cfrac1,
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第5期 孙彩丽等:不同沙生植被土壤易氧化有机碳组分及其含量的差异
图2 不同沙生植被土壤易氧化有机碳各组分敏感指数
Fig.2 Sensitiveindexofsoiloxidizableorganiccarbon
fractionsindifferentvegettions
Cfrac2,Cfrac3,Cfrac4,Coc,Ctoc与碱解氮、全氮存在着显著
或极显著的正相关关系(P<0.01或P<0.05),
Cfrac4和 Ctoc与速效钾极显著正相关(P<0.01),
Cfrac1,Cfrac2,Cfrac3,Cfrac4,Coc和Ctoc与全磷、速效磷之
间的相关关系不显著,Cfrac1,Cfrac2,Cfrac4,Coc和Ctoc与
pH成显著或极显著负相关(P<0.01或 P<
0.05)。
3 讨论
本研究中沙裸地种植植被后,除踏郎土壤的Cfrac3
表5 Coc各组分与土壤物理性质之间的相关关系
Table5 Correlationamongdifferentoxidizableorganiccarbonfractionsandphysicalandchemicalproperties
Cfrac1 Cfrac2 Cfrac3 Cfrac4 Coc Ctoc 碱解N 全N 全P 速效P 速效K pH
Cfrac1 1
Cfrac2 0.662** 1
Cfrac3 0.545** 0.209 1
Cfrac4 0.927** 0.696** 0.423* 1
Coc 0.961** 0.798** 0.621** 0.902** 1
Ctoc 0.947** 0.725** 0.465** 0.997** 0.933** 1
碱解N 0.815** 0.614** 0.417* 0.769** 0.805** 0.787** 1
全N 0.917** 0.653** 0.420* 0.941** 0.880** 0.944** 0.754** 1
全P 0.332 0.079 0.251 0.342 0.284 0.337 0.333 0.475** 1
速效P -0.054 0.281 -0.338 0.020 -0.008 0.016 0.159 0.074 0.093 1
速效K 0.328 0.266 -0.093 0.517** 0.275 0.480** 0.151 0.404* -0.008 0.209 1
pH -0.429* -0.508** 0.072 -0.498** -0.425* -0.492** -0.567** -0.448* 0.026 -0.584** -0.3 1
注:*表示在0.05水平(双侧)上显著相关,**表示在0.01水平(双侧)上显著相关
Note:*Correlationissignificantlydifferentatthe0.05level(2-tailed);**Correlationissignificantlydifferentatthe0.05level(2-taile)
降低外,其他植被土壤Cfrac1,Cfrac2,Cfrac3,Cfrac4,Coc和
Ctoc均有增加。这可能归因于沙裸地没有植被生长,
长期处于侵蚀状态,土壤养分损失严重,固沙植被种
植后,随着植被的不断生长,其多样性和生物量不断
增加,土壤中植被调落物增多,微生物数量增多,代
谢加强,从而增加了Ctoc含量,提高了土壤碳的活
性,改善了土壤质量[18]。不同沙生植被中,刺槐林、
樟子松、臭柏和花棒对土壤质量的改善作用显著,可
能因为它们对当地土壤条件更加适应,并且作为乔
木,其根系更加发达,分布范围更加广,根系分泌物
对微生物活动的影响更加明显[8]。
虽然沙生植被的种植提高了土壤Cfrac1,Cfrac2,
Cfrac3,Cfrac4,Coc 和 Ctoc 的 含 量,但 整 体 来 说,
Cfrac1/Ctoc,Cfrac2/Ctoc,Cfrac3/Ctoc,Cfrac4/Ctoc和 Coc/Ctoc
并无明显变化,这说明沙生植被的种植使得土壤Coc
各组分含量得到均衡的同步提高,并没有破坏它们
在Ctoc中的原有比例。Parton于1992年在世纪模
型里面认为Cpassive/Ctoc为30%~40%[23],Chan等在
2001年通过研究不同草地类型对土壤活性有机碳
的影响时得出 Cpassive/Ctoc为35%[12],本研究得出
Cactive占Ctoc的11.2%~15.1%,而Cpassive/Ctoc高达
84.9%~88.8%,这可能与干旱半干旱地区的气候
条件下沙土地气候干燥,蒸发严重,土壤含水量少,
微生物不活跃,碳的分解速率较慢等因素有关[24-25]。
Majumder研究表明土壤活性系数可以敏感的
反应不同施肥处理条件下土壤碳活性的变化,不同
施肥处理的土壤碳活性系数差异显著[13];但本研究
表明沙裸地种植植被后,土壤碳的活性系数无显著
变化。这说明土壤活性系数并不能很好的反映沙区
土壤有机碳活性的变化,造成这种现象的原因可能
是该区域处于干旱半干旱地区,环境条件恶劣,沙壤
土昼夜温差较大、保水保温效果差、土壤含水量极
低[26-28],土壤有机质含量非常低[29],微生物群落结
构简单、种群数量少及土壤酶活性低等[18,30]。同一
种植被土壤Cfrac1或Cfrac2的敏感指数总体高于Cfrac3,
Cfrac4,Coc和Ctoc,说明Cfrac1和Cfrac2活性较强,更能敏
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草 地 学 报 第20卷
感的反映沙裸地种植植被后土壤质量的变化,这与
Chan的研究结果一致[12]。不同植被土壤Cfrac1差异
显著,说明Cfrac1能较好的反映沙生植被对沙区土壤
质量的影响,这与 Majumder的结论相同[13-14]。刺
槐林、花棒、臭柏和樟子松敏感指数整体高于其他5
种植被类型,表明这4种植被能有效增加土壤有机
质含量,提高土壤有机碳活性,因此从增加土壤有机
质含量及提高土壤碳活性这一方面来讲,在选择沙
生植被改善土壤质量时,可优先考虑这4种植被。
此外,从图5可以看出踏郎土壤的Cfrac3敏感指数出
现负值,其原因有待进一步研究。
相关性分析表明,Cfrac1,Cfrac2,Cfrac3和Cfrac4之间
极显著相关,这说明易氧化有机碳各组分之间存在
着动态平衡。土壤的Cfrac1,Cfrac2,Cfrac3,Cfrac4,Coc和
Ctoc与碱解氮、全氮相关关系显著,表明沙生植被的
种植在提高土壤有机碳含量的同时可以增加土壤氮
的有效性。Cfrac4和Ctoc与速效钾显著正相关(P<
0.01),Cfrac1,Cfrac2,Cfrac3,Cfrac4,Coc和Ctoc与全磷、速
效磷之间的相关关系不显著,这可能与长期受到侵
蚀的沙漠化土壤本身的性质有关。大量研究表明土
壤酸碱度影响土壤有机质周转[31-34],本研究也证明
土壤的Cfrac1,Cfrac2,Cfrac4,Coc和Ctoc与pH 成显著或
极显著负相关关系。此外,由于Cfrac1的测定成本低
廉,容易实现,在土壤碳循环过程中,可以将Cfrac1作
为衡量土壤质量状况的良好指标[13-14]。
4 结论
4.1 沙裸地种植植被后,Coc各组分和Ctoc含量显著
增加,但Coc各组分占Ctoc的比例无明显变化,并且
该研究区土壤Cactive含量很低,土壤有机碳活性低。
4.2 土壤活性系数并不能很好的反映该区域土壤
有机碳活性的变化,敏感指数分析表明Cfrac1和Cfrac2
活性较强,其中Cfrac1对土壤质量变化更加敏感,其
测定成本低廉,容易实现,可以作为衡量土壤质量状
况的良好指标。
4.3 与其他沙生植被相比,刺槐林、花棒、臭柏和樟
子松对改善土壤质量,提高土壤有机碳活性的作用
更加显著,因此以上4种植被可以作为该地区生态
恢复的优先考虑植被。
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(责任编辑 李美娟
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