全 文 ：中国生态农业学报 2013年 3月 第 21卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Mar. 2013, 21(3): 324−332


* 国家自然科学基金重点项目(41030532)、国家自然科学基金面上项目(41171226)和西北农林科技大学“优秀人才科研专项”计划(QN2011049)
资助
** 通讯作者: 安韶山(1972—), 男, 博导, 副研究员, 主要研究方向为土壤生态学、水土保持效益评价。E-mail: shan@ms.iswc.ac.cn
马瑞萍(1986—), 女, 硕士研究生, 主要研究方向为植被恢复与土壤固碳机制。E-mail: marp0825@126.com
收稿日期: 2012−08−27 接受日期: 2012−11−22
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2013.00324
黄土丘陵区不同植被群落土壤团聚体
有机碳及其组分的分布*
马瑞萍1,2 刘 雷2 安韶山1,2** 党廷辉1,2
(1. 西北农林科技大学资源环境学院 杨凌 712100;
2. 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 杨凌 712100)
摘 要 有机碳是形成土壤团聚体的重要物质, 植被群落通过有机残体的输入增加土壤有机碳含量, 从而通
过影响团聚体的形成而影响土壤结构。为探究不同植被群落对土壤结构改良的意义, 对黄土丘陵区森林带和
草原带的不同植被群落土壤团聚体中有机碳组分进行了研究。结果表明: (1)研究区域森林带土壤有机碳含量
大于草原带, 森林带植被群落土壤总有机碳含量大小顺序为: 辽东栎群落>人工刺槐群落>狼牙刺群落, 草原
带植被群落土壤总有机碳含量大小顺序为: 人工沙棘群落>达乌里胡枝子+茭蒿群落>铁杆蒿+达乌里胡枝子群
落; (2)土壤活性有机碳和腐殖质碳占土壤总有机碳的比例在两种植被带之间基本相同, 相同植被群落土壤活
性有机碳占土壤总有机碳的比例高于腐殖质碳占总有机碳的比例; (3)森林带土壤>0.25 mm团聚体含量显著高
于草原带土壤>0.25 mm团聚体含量, 各种形态的有机碳随着土壤团聚体粒级的增大有机碳含量呈先增加后减
少或者随着团聚体粒级的增大而增大的趋势, 2~0.25 mm和<0.25 mm团聚体中有机碳含量最高; (4)草原带每种
植被群落土壤活性有机碳含量空间差异性较大, 辽东栎群落各种形态土壤有机碳含量的空间差异性都较大,
<0.25 mm团聚体腐殖质碳含量大于其他粒径; (5)草原带人工沙棘群落土壤各种形态有机碳在土壤剖面上的含
量差异很小, 其他各植被群落 0~10 cm土层土壤有机碳含量均大于 10~20 cm土层。
关键词 黄土高原 植被群落 森林地带 草原地带 土壤团聚体 有机碳
中图分类号: S152.4; 153.62 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2013)03-0324-09
Soil organic carbon and its fractions in aggregates under different plant
communities in the hill-gully region of the Loess Plateau
MA Rui-Ping1,2, LIU Lei2, AN Shao-Shan1,2, DANG Ting-Hui1,2
(1. College of Resources and Environment, Northwest A & F University, Yangling 712100, China; 2. State Key Laboratory of Soil
Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)
Abstract Vegetation communities have been noted to affect soil organic carbon content via the addition of outer soil organic matter
that in turn contribute to the formation of soil aggregates. The fractions of organic carbon in soil aggregates under different
vegetation communities (forest and steppe zones) in the hill-gully region on the Loess Plateau were studied in this paper to explore
the effect of different vegetation communities on soil structure. The study showed that: (1) Total soil organic carbon content in the
forest zone of the study area was higher than that in the steppe zone. The order of total organic carbon for the plant communities in
the forest zone was: Quercus liaotungensis community > Robinia pseudoacacia community > Sophora viciifolia community. Also
the order of total organic carbon for the plant communities in the steppe zone was: Hippophae rhamnoides community > Lespedeza
davurica + Artemisia giraldii community > Artemisia sacrorum + L. davurica community. (2) The proportions of active to total
organic carbon and that of humus to total organic carbon were similar under each vegetation zone. However, the proportion of active
to total organic carbon was greater than that of humus to total organic carbon under each vegetation community. (3) The >0.25 mm
aggregates under the forest zone was significantly higher than that under the steppe zone. The pattern of the various forms of organic
第 3期 马瑞萍等: 黄土丘陵区不同植被群落土壤团聚体有机碳及其组分的分布 325


matter in the soil particles suggested initial increase in organic carbon, followed by decrease or flat curve with increasing aggregate
size. A large proportion of soil organic carbon existed in 2~0.25 mm and <0.25 mm aggregates. (4) Active organic carbon content
was significantly spatially different under the steppe zone. Each form of organic carbon in the Q. liaotungensis community was also
significantly spatially different. The <0.25 mm aggregate humus was greater than other aggregates in the Q. liaotungensis community.
(5) Unlike the other vegetation communities, there was no significant difference in terms of soil organic carbon between the 0~10 cm
and 10~20 cm soil layers in the H. rhamnoides community.
Key words The Loess Plateau, Plant community, Forest zone, Steppe zone, Soil aggregate, Organic carbon
(Received Aug. 27, 2012; accepted Nov. 22, 2012)
黄土高原由于受其地理位置、地形地貌、气候
因素、土壤结构及人类活动等多种因素的影响, 成
为我国水土流失最为严重、生态环境最为脆弱的地
区之一[1]。植被恢复是黄土高原侵蚀地区生态环境
建设的重要措施, 植被的生长演替会改变土壤有机
碳含量[2]。不同植被, 由于其自身有机物质组成有所
差异, 导致进入土壤的植物凋落物的性质和数量不
同而影响土壤碳组分的转化和循环[2]。土壤有机碳
是土壤团聚体形成的主要胶结剂, 有机碳含量和质
量在一定程度上影响土壤团聚体的形成和稳定[3]。
土壤团聚体的形成过程是土壤固碳的途径之一 [4],
研究碳在不同大小团聚体中的分布是了解土壤总有
机碳动态变化的重要手段[5]。通过植被恢复增加土
壤碳从而促进土壤大小团聚体的形成, 进而改善土
壤环境, 提高土壤生态功能是解决黄土高原生态问
题的有效途径。
到目前为止对于土壤活性有机碳还没有一个严
谨、确切的定义, 但通常认为它是土壤中移动较快、
不稳定、易氧化、易分解、易矿化的那部分土壤有
机碳; 腐殖质碳则是动植物残体在微生物作用下通
过复杂转化而形成的一类较稳定的土壤有机碳组
分。对活性有机碳和腐殖质碳进行研究可以较全面
地了解土壤中易变化和较稳定的碳组分。目前, 对
于黄土高原侵蚀地区植被恢复后土壤生态功能提高
的研究较多 [6−9], 对土壤团聚体的水稳性与有机碳
含量之间的相关性也已做了相当多的研究[10−12]。研
究表明, 不同土壤条件下, 大小不同的团聚体中有
机碳含量有较大差异 [13], 碳主要富集在 2.00~0.25
mm的大团聚体中[14−15]。目前, 不同团聚体中碳研究
的报道主要涉及单一形态碳在不同粒级团聚体中的
分布[16−17]。本文以黄土丘陵区不同植被带下不同的
植被群落为研究对象, 旨在研究不同植被群落对团
聚体中碳组分的影响, 以了解有机碳在土壤团聚体
中的存在形态, 探究不同植被群落对土壤结构改良
和环境改善的意义。
1 材料与方法
1.1 研究区域与样地概况
研究区域选在延河流域, 位于 36°23′~37°17′N,
108°45′~110°28′E, 流域全长 286.9 km, 总面积 7 687
km2, 平均坡度为 4.3‰, 河网密度约为 4.7 km·km−2。
本流域属大陆性气候, 年降雨量 500 mm 左右, 年
平均气温 9 , ℃ 立地环境多变, 从东南向西北, 降
雨、温度具有明显的梯度变化特征, 植被分布也呈
现渐次变化[18]。在该区域内选择两个植被带: (1)森
林带, 地处陕西省安塞县楼坪乡, 位于延河流域一
级支流西川流域(36°31′13″~36°35′26″N, 109°7′34″~
109°10′34″E), 海拔 1 166~1 490 m, 流域总面积
20.61 km2。土壤类型以黄绵土为主, 间有复钙红黏
土、典型黑垆土和冲积土。(2)草原带, 地处陕西省
安塞县镰刀湾乡高家沟村 , 位于延河上游干流
(37°12′31″~37°16′36″N, 108°58′5″~109°2′52″E), 海
拔 1 245~1 634 m, 流域总面积 27.31 km2。土壤类型
以黄绵土为主, 间有少量典型黑垆土。根据当地实
际植被状况, 在森林带和草原带分别选择 3 种优势
植被群落作为研究对象, 其中, 森林带包括辽东栎
(Quercus liaotungensis)、狼牙刺(Sophora viciifolia)、
人工刺槐(Robinia pseudoacacia)等 3种植被群落; 草
原带包括铁杆蒿(Artemisia sacrorum)+达乌里胡枝
子 (Lespedeza davurica) 、 人 工 沙 棘 (Hippophae
rhamnoides)、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)+茭
蒿(Artemisia giraldii)等 3种植被群落。详见表 1。
1.2 土样采集与分析项目
野外采样于 2011 年 7 月进行, 分别采集 0~10
cm 和 10~20 cm 土层的原状土壤样品, 在每个植被
类型下, 乔木林设置 20 m×20 m、灌木林设置 10
m×10 m、草地设置 5 m×5 m的样区各 3个, 调查植
被群落特征(表 2), 采集土壤样品, 每个样区里采样
2次, 2个采样点相距约 100 m。待样品风干后, 用沙
维诺夫干筛法[19]将其依次过 5 mm、2 mm和 0.25 mm
筛, 收集>5 mm、5~2 mm、2~0.25 mm、<0.25 mm
各个粒级的团聚体土样, 按照比例取 50 g团聚体土
样, 根据约得法[19]进行湿筛; 其余土样研磨分别过
1 mm和 0.15 mm的筛用于有机碳组分分析。
总有机碳测定用重铬酸钾−硫酸外加热法 [20];
活性有机碳用浓度为 333 mmol·L−1的 KMnO4氧化,
在 565 nm下分光光度计比色测定[21−22]; 腐殖质碳总
量用焦磷酸钠提取, 重铬酸钾法[23]测定。
326 中国生态农业学报 2013 第 21卷


表 1 研究样地概况
Table 1 General situation of sampling plots
植被带
Vegetation zone
植被群落
Vegetation community
经纬度
Longitude and latitude
海拔
Elevation (m)
坡向
Aspect
坡度
Slope (°)
恢复类型
Restoration type
Qu.l 109°10′E, 36°33′N 1 259 北偏东 26° North by east 26° 28 自然恢复 Natural
restoration
So.v 109°09′E, 36°34′N 1 346 南偏西 20° South by west 20° 27 自然恢复 Natural
restoration
森林带
Forest zone
Ro.p 109°09′E, 36°34′N 1 372 南偏西 15° South by west 15° 8 人工恢复Artificial
afforestation
Ar.s+Le.d 108°59′E, 37°13′N 1 337 北 North 13 自然恢复 Natural
restoration
Hi.r 108°59′E, 37°13′N 1 370 南 South 5 人工恢复Artificial
afforestation
草原带
Steppe zone
Le.d+Ar-g 108°59′E, 37°13′N 1 270 南 South 43 自然恢复 Natural
restoration
Qu.l: 辽东栎群落 Q. liaotungensis community; So.v: 狼牙刺群落 S. viciifolia community; Ro.p: 人工刺槐群落 Artificial R. pseudoacacia
community; Ar.s+Le.d: 铁杆蒿+达乌里胡枝子群落 A. sacrorum and L. davurica community; Hi.r: 人工沙棘群落 Artificial H. rhamnoides
community; Le.d+Ar-g: 乌里胡枝子+茭蒿群落 L. davurica and A. giraldii community. 表 2、3, 图 1、2 同 The same as tables 2 and 3, and
figure 1 and 2.

表 2 不同植被群落结构概况
Table 2 General information for structure composition of different vegetation communities
高度 Height (cm) 枯落物 Litter (g·m−2) 植被群落
Vegetation
community
种数
No. of species
总体盖度
Overall coverage
(%)
乔木层
Tree layer
灌木层
Shrub layer
草本层
Herbal layer
鲜重
Fresh weight
干重
Dry weight
Qu.l 23 80 1 500.00 200.00 30.00 1 208.26 601.50
So.v 23 30 — 110.00 35.00 80.16 71.48
Ro.p 16 35 300.00 100.00 70.00 207.63 181.16
Ar.s+Le.d 20 44 — — 38.48 54.67 50.99
Hi.r 28 76 — — 29.52 54.09 47.60
Le.d+Ar-g 23 33 — — 30.34 114.85 85.71
表中“—”表示该植被群落无相应特征值。In the table, “—” indicates there is no value for corresponding index.

1.3 数据处理与分析
测定结果经 EXCEL 初步处理以后 , 用 SPSS
18.0软件分析。
2 结果与分析
2.1 不同植被群落土壤水稳性团聚体的粒级分布
土壤团聚体是由微小矿物颗粒复合而成的稳定
结构, 分为大团聚体(粒径>0.25 mm)和微团聚体(粒
径<0.25 mm), 土壤水稳性团聚体含量是评价土壤结
构性的重要指标[24], >0.25 mm水稳性团聚体含量越
高说明土壤抗蚀性越好。由表 3 可以看出, 除人工
刺槐群落外, 其他植被群落下 0~10 cm 土层>0.25
mm水稳性团聚体含量均大于 10~20 cm土层。森林
带 0~10 cm土层人工刺槐群落>0.25mm水稳性团聚
体含量明显低于辽东栎群落和狼牙刺群落 , 而
10~20 cm土层 3种植被群落之间则无明显差异。草
原带人工沙棘群落>0.25 mm水稳性团聚体含量明显
高于铁杆蒿+达乌里胡枝子群落和达乌里胡枝子+茭
蒿群落。森林带 0~10 cm土层 3种植被群落>0.25 mm
水稳性团聚体平均含量为 50.52%, 10~20 cm土层为
55.57%; 草原带 0~10 cm 土层 3 种植被群落>0.25
mm水稳性团聚体平均含量为 25.74%, 10~20 cm土
层为 15.37%。由此可见, 森林带>0.25 mm水稳性团
聚体含量高于草原带。
2.2 森林带土壤有机碳粒径分布特征
研究结果表明(图 1), 0~10 cm土层土壤总有机碳、
活性有机碳以及腐殖质碳含量普遍高于 10~20 cm 土
层, 符合整体土壤剖面有机碳变化趋势。辽东栎群落
0~10 cm 土层总有机碳含量为 10~20 cm 土层的 2.40
倍, 活性有机碳含量为 4.32倍, 腐殖质碳含量为 3.83
倍; 狼牙刺群落 0~10 cm土层总有机碳含量为 10~20
cm土层的 1.52倍, 活性有机碳含量为 2.05倍, 腐殖
质碳含量为 2.02倍; 人工刺槐群落 0~10 cm土层总
有机碳含量为 10~20 cm土层的 1.62倍, 活性有机碳
含量为 2.27倍, 腐殖质碳含量为 1.76倍。由此可见,
10~20 cm土层有机碳含量显著低于 0~10 cm土层。
0~10 cm 土层总有机碳含量平均值为辽东栎群落
(28.08 g·kg−1)>人工刺槐群落(9.53 g·kg−1)>狼牙刺群
落(4.07 g·kg−1); 活性有机碳含量平均值为辽东栎群
落(11.18 g·kg−1)>人工刺槐群落(3.29 g·kg−1)>狼牙刺
群落(1.23 g·kg−1); 腐殖质碳含量平均值为辽东栎群
落 (7 .02 g · kg − 1 )>人工刺槐群落 (1 .53 g · kg − 1 )>
第 3期 马瑞萍等: 黄土丘陵区不同植被群落土壤团聚体有机碳及其组分的分布 327



表 3 不同植被类型不同层次不同粒级土壤水稳性团聚体相对含量
Table 3 Relative content of different sizes of water-stable aggregates in different soil layers under different vegetation communities
团聚体相对含量 Composition of aggregates (%)
0~10 cm 10~20 cm
植被群落
Vegetation
community >5 mm 5.0~2.0 mm 2.0~0.25 mm <0.25 mm >5 mm 5.0~2.0 mm 2.0~0.25 mm <0.25 mm
Qu.l 20.19±18.95a 10.47±3.02a 29.43±7.94a 39.92±14.03b 16.45±3.22a 12.43±0.52a 25.62±0.76a 45.50±1.94b
So.v 35.47±15.93a 10.02±6.95a 11.60±4.81b 42.91±4.16b 23.98±28.13a 11.97±6.13a 22.04±13.94a 42.02±8.05b
Ro.p 16.34±6.13a 6.22±0.34a 11.85±1.32b 65.60±5.16ab 39.13±10.01a 5.18±0.44a 9.91±1.17a 45.77±8.39b
Ar.s+Le.d 8.84±3.54a 4.73±0.82a 7.31±1.65b 79.12±4.36a 0.68±0.96a 1.44±1.38a 4.15±2.60a 93.74±4.94a
Hi.r 21.69±6.74a 5.53±0.39a 11.13±0.45b 61.66±7.57ab 10.92±3.71a 5.67±1.49a 10.88±3.71a 72.53±8.91a
Le.d+Ar-g 11.15±8.49a 2.78±1.06a 4.07±3.13b 82.00±6.42a 7.09±6.73a 2.77±2.24a 2.51±1.43a 87.63±10.40a
同列不同字母表示差异达到 Q检验 5%显著水平 Different lowercase letters in the same column mean significant difference at 0.05 level
according to Student-Newman-Keuls test.



图 1 森林带不同植被群落不同层次土壤有机碳组分
Fig. 1 Component of organic carbon in soil layers under different vegetation communities at forest zone
图中不同大写字母表示不同植被群落同一粒级团聚体有机碳含量在 0.05 水平差异显著, 不同小写字母表示同一植被群落不同粒级团聚
体有机碳含量在 0.05水平差异显著, 误差线为标准差(n=6)。图 2同。In the figure, different capital letters mean significant difference of organic
carbon content among different vegetation communities in the same size aggregates at 0.05 level. Different lowercase letters mean significant differ-
ence of organic carbon content among different sizes aggregates in the same vegetation community at 0.05 level (according to Student-Newman-Keuls
test). Error is standard deviation (n=6). Same as figure 2.
328 中国生态农业学报 2013 第 21卷


狼牙刺群落(1.03 g·kg−1), 10~20 cm土层 3种形态有
机碳平均含量皆为辽东栎群落>人工刺槐群落>狼牙
刺群落。显著性分析表明, 0~10 cm土层 3种植被群
落总有机碳含量差异不显著(P＞0.05, n=6), 辽东栎
群落的 10~20 cm土层总有机碳含量和其他 2种形态
有机碳含量分别与狼牙刺群落和人工刺槐群落之间
均存在显著性差异(P<0.05, n=6); 而狼牙刺群落与
人工刺槐群落之间差异不显著(P>0.05, n=6)。
团聚体中的有机碳含量分布整体表现为 : 2~
0.25 mm最大, <0.25 mm次之, 5~2 mm和>5 mm含
量最低, 但具体情况根据植被群落、土层以及有机
碳形态的不同而有所差异。辽东栎群落总有机碳含
量及 0~10 cm土层腐殖质碳含量在各粒级均表现为:
<0.25 mm大于 2~0.25 mm大于>5 mm大于 5~2 mm,
而其 10~20 cm土层活性有机碳含量则表现为: <0.25
mm大于 2~0.25 mm大于 5~2 mm大于>5 mm; 狼牙
刺群落 10~20 cm土层总有机碳含量和 0~10 cm土层
活性有机碳含量以及 0~10 cm土层腐殖质碳总量均
表现为: <0.25 mm大于 2~0.25 mm大于>5 mm大于
5~2 mm。显著性分析表明, 狼牙刺群落 0~10 cm土
层土壤团聚体活性有机碳、狼牙刺群落和辽东栎群
落 10~20 cm土层腐殖质碳含量在团聚体间具有显著
性差异(P<0.05, n=6), 其他情况下 3 种形态有机碳含
量在各个粒级团聚体之间差异均不显著 (P>0.05,
n=6)。
2.3 草原带土壤有机碳粒径分布特征
由图 2 可知, 草原带 0~10 cm 土层有机碳含量
亦高于 10~20 cm土层有机碳含量。铁杆蒿+达乌里
胡枝子群落 0~10 cm土层总有机碳含量为 10~20 cm
土层的 1.57 倍, 活性有机碳含量为 3.06 倍, 腐殖质
碳含量为 1.49倍; 人工沙棘群落 0~10 cm土层总有
机碳含量为 10~20 cm土层的 1.14倍, 活性有机碳含
量为 1.13 倍, 腐殖质碳含量为 1.07 倍; 达乌里胡枝
子+茭蒿群落 0~10 cm 土层总有机碳含量为 10~20
cm土层的 1.59倍, 活性有机碳含量为 1.20倍, 腐殖
质碳含量为 1.86 倍。但整体来看, 草原带表层和亚
表层土壤有机碳含量差异小于森林带土壤。0~10 cm
土层总有机碳含量整体平均值为人工沙棘群落(7.05
g·kg−1)>达乌里胡枝子+茭蒿群落(4.09 g·kg−1)>铁杆
蒿+达乌里胡枝子群落(3.06 g·kg−1); 活性有机碳含
量平均值为人工沙棘群落(2.15 g·kg−1)>达乌里胡枝
子+茭蒿群落(1.67 g·kg−1)>铁杆蒿+达乌里胡枝子群
落(1.48 g·kg−1); 腐殖质碳含量平均值为人工沙棘群
落 (2.16 g·kg−1)>铁杆蒿+达乌里胡枝子群落 (0.71
g·kg−1)>达乌里胡枝子+茭蒿群落(0.68 g·kg−1)。10~20
cm 土层总有机碳和活性有机碳含量平均值均为人
工沙棘群落>达乌里胡枝子+茭蒿群落>铁杆蒿+达
乌里胡枝子群落; 腐殖质碳含量平均值则表现为人
工沙棘群落>铁杆蒿+达乌里胡枝子群落>达乌里胡
枝子+茭蒿群落。显著性分析表明, 相同土层, 人工
沙棘群落分别与铁杆蒿+达乌里胡枝子群落、达乌里
胡枝子+茭蒿群落总有机碳含量和腐殖质碳含量均
存在显著性差异(P<0.05, n=6); 铁杆蒿+达乌里胡枝
子群落与达乌里胡枝子+茭蒿群落两种碳含量差异
均不显著(P>0.05, n=6); 0~10 cm活性有机碳含量在
3 种植被群落之间差异不显著 (P>0.05, n=6); 而
10~20 cm活性有机碳含量在 3种植被群落之间存在
显著性差异(P<0.05, n=6)。
同一植被群落相同土层团聚体中有机碳随着团
聚体粒径的减小呈现先逐渐增加再减少的趋势 ,
2~0.25 mm 粒级团聚体有机碳含量最高。显著性分
析表明, 铁杆蒿+达乌里胡枝子群落 0~10 cm土层土
壤团聚体总有机碳含量在 2~0.25 mm和<0.25 mm团
聚体间具有显著性差异(P<0.05, n=6), 该群落其他
情况下 , 有机碳在团聚体中的含量差异不显著(P>
0.05, n=6)。人工沙棘群落 0~10 cm土层土壤团聚体
活性有机碳在团聚体间差异不显著 (P>0.05, n=6),
该群落其他情况下有机碳在团聚体中的含量具有显
著性差异(P<0.05, n=6)。达乌里胡枝子+茭蒿群落
0~10 cm土层腐殖质碳含量 2~0.25 mm团聚体与其
他粒级团聚体之间差异显著(P<0.05, n=6), 其他均
无显著性差异。
2.4 森林带与草原带土壤有机碳组分之间的差异
总体来看, 森林带土壤各种形态有机碳含量显
著高于草原带, 两种植被带同一形态有机碳占总有
机碳的比例基本相同, 同一植被带下活性有机碳占
总有机碳的比例高于腐殖质碳占总有机碳的比例。
由表 3可见, 森林带土壤>0.25 mm团聚体占团聚体
总量的比例显著高于草原带, 这是因为森林带植被
生物量较大, 枯落物量较多, 进入土壤的有机物质
多从而增加了土壤中的有机碳含量, 为土壤大团聚
体的形成奠定了基础。植被恢复方式对土壤中有机
碳的含量也有一定影响, 这在草原带体现的较为突
出, 人工沙棘群落各种形态有机碳含量明显高于其
他两种植被群落。由图 1、2可以看出, 辽东栎群落
由于野外重复之间各种有机碳含量差异大, 造成统
计分析则表现为各种形态有机碳含量的标准偏差较
大, 说明该群落土壤有机碳含量的空间差异性较大;
草原带每种植被群落活性有机碳含量空间差异性也
较大, 可能是因为草原带总有机碳含量比较低, 且
活性有机碳容易受环境的影响而转化。
第 3期 马瑞萍等: 黄土丘陵区不同植被群落土壤团聚体有机碳及其组分的分布 329




图 2 草原带不同植被群落不同层次土壤有机碳组分
Fig. 2 Component of organic carbon in soil layers under different vegetation communities at steppe zone

3 讨论
有机碳是土壤团聚体形成的胶结物质, 土壤团
聚体是有机碳存在的场所[25], 研究不同形态的有机
碳在各个粒级团聚体中的分布是了解土壤有机碳动
态变化的主要途径之一 [5], 对研究有机碳在团聚体
稳定性方面的作用也具有重要意义[13]。
土壤有机碳含量主要受植被类型的影响, 本研
究所涉及的两个植被带, 森林带土壤总有机碳含量
(10.31 g·kg−1)明显高于草原带(4.15 g·kg−1)。森林带
辽东栎群落有机碳含量显著高于其他植被群落, 但
其有机碳含量空间变异性较大, 可能是由于乔木根
系较大分布较深, 在 0~20 cm 土层根系分布相对较
少, 而该地区灌木和草本相间分布, 其根系相对小
而密集且大多分布在表层土壤, 从而导致该群落有
机碳分布不均匀。人工刺槐群落有机碳含量也高于
自然生长的狼牙刺群落, 可能是由于植被自然演替
是一个十分漫长的过程, 人工栽植刺槐使得短期内
该群落下土壤有机碳积累迅速。而狼牙刺群落则由
于其恢复年限较短, 植被群落结构只处于植被演替
的低级阶段, 输入土壤的有机物质少, 从而土壤有
机碳含量较低。草原带人工沙棘群落有机碳含量明
显高于铁杆蒿+达乌里胡枝子群落和达乌里胡枝子+
茭蒿群落, 由此更加说明人工调控可以加快植被恢
复进程, 从而增加土壤有机碳, 改善土壤结构和土
壤环境。
本研究所涉及的 6 种植被群落下, 土壤活性有
机碳含量占总有机碳的比例在各个粒级团聚体之间
表现为: >5 mm 团聚体占 28%~44%, 平均为 32%;
330 中国生态农业学报 2013 第 21卷


5~2 mm 团聚体占 24%~34%, 平均为 28%; 2~0.25
mm团聚体占 28%~46%, 平均为 37%; <0.25 mm团
聚体占 28%~45%, 平均为 38%; 其中草原带 3 种植
被群落活性有机碳占总有机碳的百分比含量均高于
森林带, 以达乌里胡枝子+茭蒿群落最高。腐殖质碳
含量占总有机碳的比率在各个粒级团聚体之间表现
为: >5 mm 团聚体占 15%~31%, 平均为 21%; 5~2
mm团聚体占 16%~31%, 平均为 20%; 2~0.25 mm团
聚体占 14%~31%, 平均为 22%; <0.25 mm团聚体占
20%~34%, 平均为 24%, 森林带 3 种植被群落腐殖
质碳占总有机碳含量均高于草原带。由此可见, 两
种有机碳分别占总有机碳的比例在各粒级团聚体间
差异均不显著, 所占比例大小顺序均为: <0.25 mm
团聚体大于 2~0.25 mm团聚体大于>5 mm团聚体大
于 5~2 mm 团聚体。Conteh 等[26]研究认为, 农田活
性有机碳含量占总有机碳含量的 9%~19.7%, 天然
植被则达到 20.18%~26.1%; 有研究 [27]认为土壤腐
殖质碳占总有机碳总量的 50%~65%。本研究中每种
植被群落下各个粒级土壤团聚体活性有机碳占总有
机碳的比例与 Conteh等[26]的研究结果相符。腐殖质
碳占总有机碳的比例低于活性有机碳占总有机碳的
比例, 可能是因为该区域植被恢复大多为自然恢复
而且时间尚短, 进入土壤中的有机物量有限, 并且
大多以易分解矿化的活性有机碳形式存在, 同时分
解提供植被生长所需的养分, 有机物质不能有效积
累使腐殖质的形成进程减慢, 腐殖质碳含量较低。
本研究结果还表明: 土壤总有机碳、活性有机
碳以及腐殖质碳在森林带和草原带各种植被群落下
的含量, 以及活性有机碳和腐殖质碳在总有机碳中
所占的比例虽不同, 但是草原带的 3 种植被群落以
及森林带的狼牙刺群落和人工沙棘群落各种形态有
机碳在团聚体中的分布模式大体相同, 都呈“∧”分
布, 随着粒级的增大有机碳含量呈先增加后减少的
趋势, 3种形态的有机碳均在 2~0.25 mm团聚体中含
量较高。李楠等[13]对重庆紫色水稻土中活性有机碳
的研究, 华娟等[17]对云雾山地区土壤中活性有机碳
的研究, 以及安韶山等[28]对该地区总有机碳的研究
也都得出相同结论, 相关研究[29−30]也发现大量的有
机碳存储在 2~0.25 mm 的团聚体中。Puget 等[31]和
Elliott 等[32]的研究结果表明, 大团聚体中的有机碳
比微团聚体中的有机碳年轻, 大团聚体中的有机碳
更容易矿化, 而微团聚体中的有机碳则大多是高度
腐殖化的惰性组分。本研究结果表明, 森林带 0~10
cm 土层 3 种植被群落腐殖质碳总量以<0.25 mm 团
聚体含量最高, 也说明微团聚体中, 碳主要是以高
度腐化的腐殖质形态存在, 由于其不易矿化而大量
积累。辽东栎群落<0.25 mm团聚体总有机碳含量大
于其他粒径 , 这不符合很多学者的研究结果 [33−34],
可能是由于微团聚体中有机碳主要是以稳定的腐殖
质碳占优势, 由于其不断积累而总有机碳含量升高;
大团聚体中有机碳则主要以易分解、矿化的活性有
机碳占优势, 由于活性有机碳的分解、矿化而总有
机碳含量不断降低, 从而导致<0.25 mm团聚体总有
机碳含量最高。
4 结论
研究区域森林带土壤有机碳含量明显高于草原
带, 各植被群落之间总有机碳含量顺序为: 辽东栎
群落(19.87 g·kg−1)>人工刺槐群落(7.70 g·kg−1)>人工
沙棘群落(6.62 g·kg−1)>狼牙刺群落(3.37 g·kg−1)>达
乌里胡枝子+茭蒿群落(3.33 g·kg−1)>铁杆蒿+达乌里
胡枝子群落(2.51 g·kg−1), 人工刺槐群落和人工沙棘
群落土壤有机碳含量较高, 则人工调控可加快土壤
有机碳积累。每种植被群落下, 各个粒级团聚体中
活性有机碳占总有机碳的比例集中在 24%~46%, 平
均相差 10%; 腐殖质碳占总有机碳的比例集中在
14%~34%, 平均相差 13%。两种形态有机碳占总有
机碳的比例在各粒级团聚体间差异均不显著, 相同
植被类型所有粒级团聚体中, 活性有机碳占总有机
碳的比例高于腐殖质碳占总有机碳的比例, 平均高
出 12%。各种形态有机碳含量随着粒级的增大呈先
增加后减少或随粒级的增大而增加的趋势 , 以
2~0.25 mm 和<0.25 mm 粒级的团聚体中含量较高,
辽东栎群落土壤<0.25mm 团聚体中腐殖质含量大于
其他粒径, 说明微团聚体中碳主要是以高度腐化的
腐殖质形态存在, 由于其不易矿化而大量积累。
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JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ
中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心
2013年硕士招生目录
单位代码: 80156 地址: 石家庄市槐中路 286号 邮政编码: 050022
联系部门: 人教部门 电话: 0311-85801050, 85814366 联系人: 王老师, 毛老师


学科、专业名称(代码)
研究方向
指导
教师
预计招
生人数 考试科目 备注
071300生态学 15 实际招生人数以 国家下达指标为准
01 农田碳氮过程与环境效应 胡春胜 101① 思想政治理论 201② 英语一
603③ 高等数学(丙) 841④ 生态学



02 山地生态工程固碳过程研究 张万军 同上
03 生态水文 沈彦俊 杨永辉 同上
04 盐碱地生态工程 刘金铜 同上
05 植物抗逆生理生态 刘小京 同上
06 小麦抗旱节水生理遗传育种 张正斌 101① 思想政治理论 201② 英语一
611③ 生物化学(甲) 848④ 植物生理学
07 小麦遗传育种 李俊明 同上
08 小麦优异基因的发掘和利用 安调过 同上
09 植物发育及抗逆生理 刘西岗 同上
10 植物抗逆分子机理研究 李 霞 同上
11 植物免疫信号转导 吕东平 同上
12 作物水分高效利用与节水技术 刘孟雨 同上
13 作物水分关系 张喜英 同上
085238生物工程 4 实际招生人数以 国家下达指标为准
01 小麦抗旱节水生理遗传育种 张正斌 101① 思想政治理论 201② 英语一
338③ 生物化学 848④ 植物生理学
02 小麦遗传育种 李俊明 同上
03 植物抗逆分子机理研究 李 霞 同上