人工林土壤元素的剖面变化特征研究*

陈　蜜，袁　丽，郭增祯

(西南民族大学化学与环境保护工程学院，四川　成都　610041)



人工林土壤元素的剖面变化特征研究*

陈蜜，袁丽，郭增祯

(西南民族大学化学与环境保护工程学院，四川成都610041)

为了解人工林土壤有机碳剖面变化特征，利用元素分析仪对土壤化学元素进行了测定，结果表明，土壤剖面中C、N、H元素含量随剖面深度增加而下降的趋势，C、N、H三元素含量主要集中在土壤表层及亚表层。土壤C/N和C/H的变化趋势与C、N、H三元素含量变化特征基本一致，其最高值也均出现在土壤表层。研究结果说明，研究区林地土壤表层芳化度较高，稳定性较高，而剖面深层土壤的芳化度和稳定性相比于表层都有所降低。

土壤有机碳；元素分析；土壤剖面

Ker words: soil organic carbon; elemental analysis; soil profiles

森林生态系统对全球碳汇有重要的影响，人工林作为森林的主要组成部分也对全球碳汇有着重要意义。而人工林影响全球碳循环的重要因素是土壤有机碳的稳定性。因此，研究土壤有机碳的稳定性和土壤固持机理有重要的科研意义。

土壤是陆地生态系统中最大的碳库，其碳储量占整个陆地生态系统碳库的2/3[1]。土壤有机碳(SOC)对于生态系统过程、大气组成及气候变化速率的作用及其重要意义已得到了普遍的认同[2-4]。SOC 在土壤剖面上垂直分布格局的差异影响土壤碳动态，因此土壤有机碳的垂直分布成为近10a 来土壤有机碳库研究的一个重要内容。Jobbagy 和Jackson 基于对全球2700 多个土壤剖面的分析研究了土壤有机碳含量与气候、质地的关系，验证了植被类型是土壤有机碳垂直分布控制因子的假说，随着土壤深度的增加，土壤有机碳含量与气候的关系逐渐减弱，而与质地的关系逐渐增强[4]。Wang等利用第二次全国土壤普查获得的2473 个土壤剖面数据对土壤有机碳与气候相关性的研究表明，SOC 含量与年均降雨量显著正相关，而与年均温显著负相关，与年均降雨量相比，SOC 的垂直分布与年均温的相关性更大[5]。Batjes和Dijkshoor 发现，降水和气候可以很好的预测土壤表层20 cm内SOC库[6]。

近年来，国内学者对不同时空尺度上不同生态系统的土壤C、N元素空间分布、动态及其与环境因子，如气候、植被、地形、海拔、成土母质和时间等的相关性开展了大量卓有成效的研究[7-8]，研究结果的发表为土壤碳管理技术研究提供了基础数据和理论支持，对土壤碳库的准确估算及碳通量评估提供了有力的支持。但是，土壤有机碳库并不是均匀的单一体，而是不同稳定性和周转期的异质复合体[6]。土壤有机C的深度分布特征对于土壤有机碳库的总量计算及其稳定性均有直接影响，土壤有机质的剖面分布是有机质长期累积的结果，与土壤剖面的发育以及有机质的更新过程密切相关。全面翔实的土壤资料和观测数据对于土壤元素的垂直分布格局及与气候、植被关系的认识和碳库估算精度具有重要意义。而更好地理解土壤元素的分布和控制因子，有助于提高我们预测并缓解全球气候和土地覆被变化不利影响的能力[4]。

因此，本设计选则横向每个同样剖面深度的土壤和垂向不同剖面深度进行相关分析，研究了人工林地下不同深度的土壤元素含量的变化特征，可以为进一步认识和了解土壤有机碳固持机理提供基础数据。

1　研究方法

1.1研究区域

研究区域位于四川省凉山彝族自治州西昌(27°57′E，102°36′N)，该地区干雨季分明，具有冬干春旱的特点，气候受西南季风和印度北部干燥性大陆气团交替控制。螺髻山地势高耸，气候垂直结构分明，并形成了一个封闭的原始森林的地理，物种丰富。我们选取了西昌地区的人工林地作为研究对象。人工林内生物群落简单物种较为单一，主要物种为云南松。

1.2样品采集与预处理

本实验供试土壤采至四川西昌人工林。采样季节为冬季，时间是2015年1月。在研究区每个剖面取样深度为从表层开始0～10 cm，20～30 cm，20～30 cm，30～40 cm，40～50 cm，50～60 cm六个层次分别采集样品。采样方法是多点混合土样采集法，且每个剖面的取土深度和重量都要均匀一致，土样上下两层的比例相同。采样器需垂直于地面入土至规定深度。每个混合土样取1 kg左右。采集的土壤样品放在通风良好的实验室，自然风干后，对其进行初步粉碎，并采用四分法均一采取样品400～500 g，然后用研钵磨碎，制备<2.000 mm (10目)的土样，装入广口瓶放于阴凉处保存待测定。

1.3土壤元素分析

对土壤剖面的的土样进行元素分析，通过元素分析可计算出C/N、C/H，分别代表稳定性和聚合度，较直观的反映土壤的组成。元素分析使用elementar vario分析仪，载气为CO2，监测限C、N<10 ppm(约300 mg土壤)，S:2ppmIR检测，样品重量可达500 mg的有机物或者1.5 g的土壤，在根据元素含量和样品重量自动优化C、N、H和S为10～12分钟的分析时间的条件下，测试土壤的元素组成。分析过程为称取少量通过0.149 mm 孔径的土样，置于烘箱中105 ℃烘5 h以上，冷却后称取2.00 mg于锡箔纸中放入元素分析仪中测量其C、H、O、N四种元素含量。

2　结果与讨论

表1　土壤元素的剖面变化特征

由表1可见，元素C在1.25%～6.07%之间，最高值出现在土壤表层，总体上呈随剖面深度增加而减小的趋势。N元素含量在1.77%～62.05%之间。与C元素不同，N虽然总体上也随土壤剖面深度增加而降低，但表层土壤与深层土壤之间的含量变化不大。随着土壤深度的增加，氢元素含量变化幅度较小，表层为1.18%，亚表层及底层含量逐渐下降，表层以下含量不足1%。

土壤C/N的高低可以显示土壤稳定性的大小。一般说来，土壤C/N值越大，表明土壤稳定性越高。而土壤的C/H则代表了土壤的芳化度和聚合度。土壤C/H值越高，其芳化度越高。由表1可以看出，随着土层深度的增加，土壤C/N和C/H的变化趋势基本一致。从土壤表层开始由上之下逐渐减小。土壤C/N和C/H的最高值均出现在土壤表层及亚表层，分别为5.14和3.03。土壤C/N和C/H的最低值则出现在土壤底层，其值分别为2.29和0.63。这一变化趋势说明，在本研究剖面中，土壤表层芳化度较高，稳定性较高，相反剖面深层土壤的芳化度和稳定性相比于表层都有所下降。

3　结　论

土壤剖面中C、N、H元素含量在土壤剖面中呈现较为规律的变化特征。总体上说，土壤剖面中C、N、H元素含量随剖面深度增加而下降的趋势，C、N、H三元素含量主要集中在土壤表层及亚表层。土壤C/N和C/H的变化趋势与C、N、H三元素含量变化特征基本一致，其最高值也均出现在土壤表层。说明土壤表层芳化度较高，稳定性较高，而剖面深层土壤的芳化度和稳定性相比于表层都有所降低。

[1]Laik R, Kumar K, Das D K, et al. Labile soil organic matter pools in acalciorthent after 18 years of afforestation by different plantations[J]. Applied SoilEcology, 2009, 42: 71-78.

[2]朱锡明,韩春爽,娄玉杰. 有机碳稳定性研究[J].中国农学通报,2014,30(21):29-33.

[3]张丽敏,徐明岗,娄翼来. 土壤有机碳分组方法概述[J].中国土壤与肥料,2014(4):28-33.

[4]Wang H, Liu S R, Mo J M, et al. Soil organic carbon stock and chemicalcomposition in four plantations of indigenous tree species in subtropical China[J]. Ecological Research, 2010, 25(6): 1071-1079.

[5]Aaby B, Tauber H. Rates of the peat formation in relation to degree of humification and local environment, as shown by the study of raised bog in Denmark[J]. Boreas, 1975, 4:1-17.

[6]牛育华,李仲谨,郝明德. 腐殖酸的研究进展[J]. 安徽农业科学,2008,36(11):4638-4639, 4651.

[7]Joseph J Pignatello. Soil organic matter as a nanoporous sorbent of organic pollutants[J]. Advances in Colloid and Interface Science,1998 (76-77):445-467.

[8]FeldPauseh T R, Rondon M A, Femandes E C M, et al. Carbon and nutrient accumulation in secondary forests regenerating on pasturesin central Amazonia[J]. Ecological Applications, 2004, 14(S4): 164-176.

Study on Distributions of Chemical Element in Soil Profiles of Plantation*

CHEN Mi, YUAN Li, GUO Zeng-zhen

(College of Chemistry & Environment protection Engineering, Southwest UniversityforNationalities,SichuanChengdu610041,China)

Contents of soil chemical elements in soil profiles of plantation in Xichang area were investigated. It showed that the change characteristic of the C, N, H element in soil profile was similar, the content of C, C/N in soil profile had greatest change, the next was C/H. C, N, H elements in soil profile were significantly in the upper soil layer. The results suggested that soil stability in upper soil layer was higher than that in layer.

西南民族大学学生创新训练项目“人工林土壤有机碳固持机理研究(S201510656127)”。

陈蜜(1994-)，女，主要从事生态环境演变、生态规划研究工作。

S151.9

A

1001-9677(2016)016-0082-02