不同沙化程度高寒草地土壤团聚体有机碳含量特征

彭云煦，何 谦，王 松

(西南民族大学化学与环境保护工程学院，四川成都 610041)

土壤团聚体是土壤结构的基本组成单元，土壤团聚体的组成及性质决定着土壤肥力的高低〔1〕、土壤的环境质量和土壤的固碳潜力。近年来，土壤团聚体与土壤有机碳之间相关关系的研究日益受到重视。研究表明，表层土壤有机碳的90%都储存在土壤团聚体内〔2〕。因为团聚体的物理保护机制可以促使微团聚体形成粒级团聚体，更好的固定土壤有机碳，促进土壤结构的稳定〔3〕。目前，国内外对土壤团聚体的研究主要集中在团聚结构较好的黑土〔4〕和黄土〔5〕上，对团聚结构较差的沙化土壤研究较少，尤其是针对高寒地区的沙化草地土壤更是鲜有报道。

川西北高寒草地是我国长江上游水域的重要生态屏障，具有保持水土和涵养水源等方面的调控作用〔6〕，对维护高原地区的生态环境具有重要意义。近年来，在全球气候变化和人类活动的综合影响下，川西北高寒草地的沙化现象日益严重，草地植被覆盖率不断下降，直接导致地表土壤结构遭受严重破坏，土壤有机质含量不断下降。为深入了解川西北高寒草地沙化过程中土壤团聚体有机碳的变化特征，本文比较了四种不同沙化程度的高寒草地土壤团聚体有机碳含量的差异，为揭示高寒草地土壤退化机制提供科学依据。

1 实验内容

1.1 研究区概况

研究区位于青藏高原东缘的若尔盖高寒沙化草地，地理位置102°15'E～103°48'E，32°20'N～34°08'N，海拔3240m，气候特征为高原寒带湿润季风气候，具有冬长无夏和干雨季分明的特点，年均温1℃，年均降水量约600～800mm。区域土壤母质主要为河流和湖泊冲积物，土层较厚。土壤发育母质多为细砂沉积物，故该地区的沙源较为丰富，土壤质地多为砂质壤土或壤质沙土，这为该地区土壤沙化提供了丰富的物质基础〔7〕。研究区土壤类型为山地草原土，主要植被类型为沼泽植被和草甸植被〔8〕。

1.2 样品采集

供试土壤于2018年8月采自四川省若尔盖县，通过实地调查，在地形地貌、成土母质等自然环境条件基本相同的区域内选取了未沙化、轻度、中度和重度沙化草地共4种不同沙化程度的高寒草地作为研究样地。于每种样地内选择1个10m×10m的样方，每个样方内随机选取3个采样点，采集0-20cm表层土样，采用四分法混成1个混合样装入采样盒中以免挤压破坏团聚体，共采集4份混合样带至实验室供试土样。

1.3 分析方法

土壤团聚体的测定方法采用干筛法和湿筛法〔9〕，分离出≤0.25，0.25-0.5，0.5-2mm共三个粒级团聚体，称重并计算各级土壤团聚体所占百分比。土壤团聚体有机碳含量采用外加热重铬酸钾容量法测定〔10〕。各粒级团聚体百分含量为各粒级团聚体质量与土壤样品总质量的百分比值。

2 结果与讨论

2.1 土壤团聚体特征

不同沙化程度的高寒草地土壤团聚体组成分析结果见表1。由表1可见，在未沙化、轻度沙化、中度沙化和重度沙化四种不同沙化程度的草地中，土壤团聚体组成存在明显差异。四种沙化草地类型均以0.25-0.5mm粒级的团聚体最多，≤0.25mm粒级的团聚体次之，0.5-2mm粒级团聚体最少。在未沙化、轻度、中度和重度沙化高寒草地中，0.25-0.5mm粒级的土壤团聚体含量均在60%以上。≤0.25mm粒级团聚体的含量分别为36.59%，38.46%，37.39%，6.52%，表明在未沙化、轻度和中度沙化草地中，土壤微团聚体含量差别不大，但当草地沙化程度达到重度时，≤0.25mm微团聚体含量下降较为显著。

另外，在未沙化、轻度、中度和重度沙化草地中，0.5-2mm粒级团聚体含量分别为0.17%，0.24%，0.25%和0.33%，说明0.5-2mm粒级的团聚体会随着沙化程度的增加而增加。由上述结果可见，川西北高寒地区的土壤团聚体组成的改变主要发生在草地由中度沙化向重度沙化转变阶段。

表1 不同沙化程度高寒草地土壤团聚体组成的变化特征

2.2 土壤团聚体有机碳含量变化特征

土壤团聚体有机碳的分析结果见图1。由图1可知，在不同沙化程度的草地中，土壤中各粒级团聚体有机碳含量存在很大差异。在未沙化草地中，0.5-2mm土壤团聚体中有机碳含量最高，其值为12%。≤0.25mm土壤团聚体次之，其含量为9.9%，0.25-0.5mm团聚体最少，其有机碳含量仅为4%。在未沙化、轻度和中度沙化草地中，≤0.25mm和0.5-2mm粒级土壤团聚体有机碳含量差别不大，但在重度沙化草地中，上述两种土壤团聚体有机碳含量显著低于其它三类草地。

由图1可见，0.5-2mm粒级团聚体在四种沙化草地中差别较为明显。未沙化、轻度、中度和重度沙化草地中，0.5-2mm粒级土壤团聚体有机碳含量分别为12%，6.1%，5.8%，3.9%。该结果表明，土壤沙化程度加重会导致土壤中0.5-2mm土壤团聚体有机碳含量下降。总体上看，在轻度、中度和重度沙化草地中，各粒级土壤团聚体有机碳含量具有相同的特征。这三类草地都以≤0.25mm粒级土壤团聚体有机碳含量最高，其次为0.5-2mm团聚体，0.25-0.5mm团聚体有机碳含量最低。

值得注意的是，金红喜〔11〕等对高寒草地的研究结果表明，土壤有机碳含量总体上随着草地沙化程度而下降，但其显著下降主要发生在从未退化草地到轻度及中度退化阶段。而从中度退化到重度退化阶段土壤有机碳含量下降并不明显。曹丽花〔12〕等对退化高寒草甸的研究也发现，随着草地退化程度加剧，土壤有机碳含量呈下降趋势。这与本研究结果基本一致。但不同的是，本研究中土壤团聚体有机碳含量的显著下降发生在草地从中度沙化向重度沙化转变阶段。

图1 不同沙化程度高寒草地土壤团聚体有机碳特征

3.研究结论

本研究结果表明，在川西北高寒草地中，随着草地沙化程度加剧，土壤中团聚体组成存在明显变化，尤其当草地从中度沙化向重度沙化转变阶段，≤0.25mm团聚体的增加和0.5-2mm团聚体的下降都较为显著。同时，随着草地沙化程度的增加，土壤各粒级团聚体有机碳含量总体呈下降趋势，并且土壤团聚体有机碳含量的显著下降主要发生在草地从中度沙化向重度沙化转变阶段。