活性有機(jī)質(zhì)在不同粒徑土壤團(tuán)聚體中的分布特征

楊 益，李雪梅，江 韜，魏世強(qiáng)

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶400715）

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的養(yǎng)分貯存庫［1－2］。同時，土壤有機(jī)質(zhì)也是土壤碳的主要貯存形態(tài)，而土壤碳庫是全球最大的碳庫，其碳的循環(huán)周轉(zhuǎn)與全球氣候和生態(tài)環(huán)境變化有密切聯(lián)系［3－5］。因此，土壤有機(jī)質(zhì)研究既是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展關(guān)注的重點(diǎn)，又是保障生態(tài)環(huán)境安全的重要需求［6］。土壤活性有機(jī)質(zhì)（Labileorganic matter，LOM）是指在特定條件下，有一定溶解遷移能力，易發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)、易氧化分解和礦化，活性較高那部分土壤有機(jī)質(zhì)［7］，其與土壤肥力以及全球氣候變化更為密切，因而當(dāng)前成為國內(nèi)外研究關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

重慶市土壤類型多樣，對不同土壤中有機(jī)質(zhì)的賦存狀態(tài)與反應(yīng)活性尚缺乏研究。本文選取重慶市四種主要類型土壤，采用干篩法將土壤分為不同粒級團(tuán)聚體，并用低濃度KMnO4氧化法測定不同粒徑土壤團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)的活性狀態(tài)［8］，研究活性有機(jī)質(zhì)在不同粒徑土壤團(tuán)聚體中的分布特征，為土壤肥力調(diào)控及碳素管理提供基礎(chǔ)依據(jù)［9］。

1 研究方法

1.1 供試土樣

供試土樣包括重慶市三種農(nóng)地土壤和一種森林土壤，農(nóng)地土壤中紫色潮土采自重慶開縣、灰棕潮土采自重慶長壽、礦子黃泥采自重慶北碚，林地土壤為重慶市北碚區(qū)縉云山黃壤腐殖層，土壤取樣深度為表層0～20cm。將以上采集的四種供試土壤揀去動植物殘渣和石礫等雜質(zhì)，在室溫下自然風(fēng)干備用。土樣基本性質(zhì)見表1～2。用干篩法［10］將土樣分為3～5，2～3，1～2，0.5～1，0.25～0.5mm和＜0.25 mm六個粒級團(tuán)聚體。各粒級團(tuán)聚體活性有機(jī)質(zhì)測定時再分別研磨過0.25mm篩，裝密封袋備用。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

表2 土壤的機(jī)械組成 %

1.2 土壤活性有機(jī)質(zhì)測定［11－12］

分別準(zhǔn)確稱取紫色潮土、灰棕潮土、礦子黃泥原土和不同粒級團(tuán)聚體各1.00g，縉云山腐殖土及其團(tuán)聚體0.08g于50ml塑料旋蓋離心管中，以不加土樣為空白；分別添加25ml KMnO4溶液，常溫靜置氧化24h，然后在轉(zhuǎn)速2 000r／min下離心5min，上清液用超純水以1∶250稀釋，用分光光度計測定稀釋樣品在565nm處的吸光度。由空白與稀釋樣品的吸光值之差，在KMnO4濃度與吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線上得出KMnO4濃度變化，進(jìn)而算出被氧化的碳量。根據(jù)氧化過程中1mmol／LKMnO4消耗9mg碳計算碳氧化量。試驗中分別采用33mmol／L和167mmol／L酸性KMnO4溶液（0.1mol／L硫酸）作為氧化劑，根據(jù)不同濃度氧化劑的氧化能力的高低，對應(yīng)測定出的有機(jī)質(zhì)分別稱為高活性有機(jī)質(zhì)（HLOM）和中等活性有機(jī)質(zhì)（MLOM）［8］。

計算公式如下：活性有機(jī)質(zhì)（mg／g）＝（V×25 ×250×9）×1.724／（m×1 000）

其中：V為反應(yīng)前后KMnO4濃度變化（mmol· L－1）；m為土壤質(zhì)量（g）；1.724為有機(jī)碳折算為有機(jī)質(zhì)的折算系數(shù)。

1.3 土壤基本性質(zhì)的測定：

參照皮廣杰主編《農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測原理與應(yīng)用》［13］和李酉開主編的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法》［14］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進(jìn)行處理；

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型土壤中活性有機(jī)質(zhì)含量的比較

分別用33mmol／L、167mmol／L酸性KMnO4溶液氧化待測原土，測定出四種類型土壤中HLOM和MLOM的含量，并計算其占土壤有機(jī)質(zhì)全量（SOM）的比例，結(jié)果如表3所示。

表3 土壤高活性有機(jī)質(zhì)、中活性有機(jī)質(zhì)及其與總有機(jī)質(zhì)含量比值

由表3可見，不同類型土壤不僅有機(jī)質(zhì)含量存在很大差異，土壤有機(jī)質(zhì)活性狀態(tài)也明顯不同。森林土壤有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)高于三種農(nóng)業(yè)土壤，相應(yīng)其高活性和中等活性有機(jī)質(zhì)含量亦遠(yuǎn)高于農(nóng)業(yè)土壤。但從活性有機(jī)質(zhì)占總有機(jī)質(zhì)的比例來看，重慶市四種類型土壤高活性有機(jī)質(zhì)（HLOM）占有機(jī)質(zhì)總量的比例在41%～51%之間，包含高活性有機(jī)質(zhì)在內(nèi)的中等活性有機(jī)質(zhì)占總有機(jī)質(zhì)的47%～86%。幾種土壤比較無論是HLOM還是MLOM占土壤有機(jī)質(zhì)比例大小順序均為：礦子黃泥＞縉云山黃壤腐殖層＞灰棕潮土＞紫色潮土?？梢钥闯?，森林土壤不僅有機(jī)質(zhì)含量很高，其活性有機(jī)質(zhì)也占有較高的比例，因此對于區(qū)域碳循環(huán)具有較大影響；農(nóng)地土壤有機(jī)質(zhì)的含量和活性與土壤的肥力功能和碳的匯源能力具有密切聯(lián)系，礦質(zhì)黃泥有機(jī)質(zhì)含量不高，而且主要為高活性有機(jī)質(zhì)，因此這類土壤常存在結(jié)構(gòu)易破壞、碳匯能力不強(qiáng)的問題；相對而言灰棕潮土和紫色潮土中的有機(jī)質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)，具有較強(qiáng)的保肥功能和碳匯能力。

2.2 活性有機(jī)質(zhì)在土壤不同粒徑土壤團(tuán)聚體中的分布特征

2.2.1 不同粒徑土壤團(tuán)聚體的活性有機(jī)質(zhì)含量

不同粒徑土壤團(tuán)聚體物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成，及有機(jī)質(zhì)含量均有一定的差異［15－17］。本研究分別用33，167mmol／L酸性KMnO4溶液氧化3～5，2～3，1～2，0.5～1，0.25～0.5，＜0.25mm土壤團(tuán)聚體，測定不同粒徑土壤團(tuán)聚體HLOM和MLOM含量，重慶市不同粒徑四種類型土壤團(tuán)聚體HLOM和MLOM含量，如圖1～2所示，圖中SP1，SP2，SP3，SP4，SP5，SP6分別代表粒徑為3～5，2～3，1～2，0.5～1，0.25～0.5，＜0.25mm土壤團(tuán)聚體。

圖1 不同粒徑灰棕潮土、礦子黃泥、紫色潮土團(tuán)聚體高活性有機(jī)質(zhì)含量

圖2 不同粒徑縉云山黃壤腐殖層團(tuán)聚體高活性有機(jī)質(zhì)含量

圖3 不同粒徑灰棕潮土、礦子黃泥、紫色潮土團(tuán)聚體中活性有機(jī)質(zhì)含量

由圖1～2可以看出，灰棕潮土0.25～0.5mm粒徑團(tuán)聚體HLOM含量最高，為11.92g／kg，其HLOM含量是2～3，＜0.25mm粒徑團(tuán)聚體的3.03倍，差異極顯著；礦子黃泥在3～5，2～3，1～2，0.5～1，0.25～0.5mm和＜0.25mm粒徑團(tuán)聚體中HLOM含量相差不大，在6.13～6.88g／kg之間波動；紫色潮土0.25～0.5mm粒徑團(tuán)聚體HLOM含量最高為6.90g／kg，而2～3mm粒徑團(tuán)聚體HLOM含量僅為4.70，二者相差1.47倍，差異較為顯著；縉云山黃壤腐殖層1～2mm、0.5～1mm粒徑團(tuán)聚體HLOM含量最高，為128.60g／kg，而3～5 mm、＜0.25mm粒徑團(tuán)聚體HLOM含量最低，均為103.79g／kg，相差24.81g／kg，差異亦較為明顯。

圖4 不同粒徑縉云山黃壤腐殖層團(tuán)聚體中活性有機(jī)質(zhì)含量

由圖3～4可知，不同粒徑土壤團(tuán)聚體MLOM＞HLOM，灰棕潮土0.25～0.5mm粒徑團(tuán)聚體MLOM含量最高，為12.14g／kg，其MLOM含量是＜0.25mm粒徑團(tuán)聚體的2.27倍，差異極顯著；礦子黃泥除0.5～1mm粒徑團(tuán)聚體MLOM含量為9.13g／kg，其余粒徑團(tuán)聚體MLOM含量均在10.88～11.25g／kg之間波動；紫色潮土1～2mm粒徑團(tuán)聚體MLOM含量最高為10.28g／kg，而2～3mm粒徑團(tuán)聚體MLOM含量僅為6.02g／kg，相差極大；縉云山黃壤腐殖層0.5～1mm粒徑團(tuán)聚體MLOM含量最高，為142.14g／kg，而3～5mm粒徑團(tuán)聚體中MLOM含量最低，117.32g／kg，相差24.82g／kg，差異亦較大。

由以上可得，幾種土壤比較無論是HLOM還是MLOM的含量，灰棕潮土和紫色潮土0.25～0.5mm粒徑團(tuán)聚體HLOM和MLOM含量均最高；礦子黃泥不同粒徑團(tuán)聚體的HLOM和MLOM含量相差不大；縉云山黃壤腐殖層0.5～1mm粒徑團(tuán)聚體HLOM和MLOM含量均最高。

2.2.2 活性土壤有機(jī)質(zhì)在不同粒級土壤團(tuán)聚體中的分配

不同粒徑土壤團(tuán)聚體HLOM和MLOM含量，用Ci表示；不同粒徑土壤團(tuán)聚體的質(zhì)量占土壤總質(zhì)量的百分比用vi表示，不同粒徑土壤團(tuán)聚體總HLOM、總MLOM的分配量可用Ki＝Ci＊vi表示，計算結(jié)果如表4～5所示。

表4 不同粒徑土壤團(tuán)聚體總HLOM g·kg－1

表5 不同粒徑土壤團(tuán)聚體總MLOM g·kg－1

表4～5可以看出，不同粒級四種土壤中總活性有機(jī)質(zhì)變化幅度很大，高達(dá)65倍。另外表4～5中∑ki值與表3相對應(yīng)的值幾乎相同，說明分級測定的結(jié)果與直接測定土壤有機(jī)質(zhì)總量十分吻合，測定結(jié)果可靠。因此，表中數(shù)據(jù)（ki）可用以表征不同粒徑土壤中總HLOM和總MLOM的分配量。

由以上可知，不同粒徑土壤團(tuán)聚體中活性有機(jī)質(zhì)分配量，不僅與某粒徑團(tuán)聚體活性有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)，而且與該粒徑團(tuán)聚體質(zhì)量百分比有一定關(guān)系。不同粒徑四種類型土壤團(tuán)聚體質(zhì)量百分比如圖5所示，圖中SP1，SP2，SP3，SP4，SP5，SP6分別代表粒徑為3～5，2～3，1～2，0.5～1，0.25～0.5，＜0.25 mm土壤團(tuán)聚體。

圖5 不同粒徑灰棕潮土、礦子黃泥、紫色潮土和縉云山黃壤腐殖層團(tuán)聚體的質(zhì)量占土壤總質(zhì)量的百分比

由圖5可知，灰棕潮土在2～3mm粒徑團(tuán)聚體所占質(zhì)量百分比高達(dá)56.46%，HLOM和MLOM僅為3.94g／kg和5.80g／kg，但其活性有機(jī)質(zhì)分配量仍占50%以上；礦子黃泥其中2～3mm粒徑團(tuán)聚體所占質(zhì)量比例最高為43.24%，不同粒徑礦子黃泥活性有機(jī)質(zhì)含量差異較小，其活性有機(jī)質(zhì)分配量最高為45%左右，而3～5mm粒徑團(tuán)聚體所占質(zhì)量百分比僅為0.34%，活性有機(jī)質(zhì)分配量幾乎為0，其余粒級團(tuán)聚體分配量均在10%左右；紫色潮土2～3mm粒徑團(tuán)聚體所占質(zhì)量百分比最高為41.02%，HLOM和MLOM僅為4.70g／kg和6.02g／kg，但活性有機(jī)質(zhì)分配量卻高達(dá)30～42%之間；縉云山黃壤腐殖層中0.25～0.5mm粒徑團(tuán)聚體所占質(zhì)量百分比最高為31.64%，HLOM和MLOM含量亦最高，分別為128.60g／kg和142.14 g／kg，活性有機(jī)質(zhì)分配量亦在31%左右。

由以上可知，活性有機(jī)質(zhì)在不同粒徑土壤團(tuán)聚體中的分配量主要是由土壤粒級團(tuán)聚體的質(zhì)量占土壤總質(zhì)量的百分比決定，而與活性有機(jī)質(zhì)含量（HLOM和MLOM含量）的關(guān)系不大。

對不同粒徑土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)質(zhì)含量及土壤粒級團(tuán)聚體的質(zhì)量占土壤總質(zhì)量的百分比的深入研究，能反映重慶地區(qū)土壤肥力和土壤質(zhì)量，為描述和評價土壤質(zhì)量和探索重慶地區(qū)氣候變化等問題提供科學(xué)依據(jù)。

3 結(jié) 論

（1）本文研究比較重慶市四種典型土壤有機(jī)質(zhì)和活性有機(jī)質(zhì)含量，結(jié)果顯示：縉云山黃壤腐殖層有機(jī)質(zhì)和活性有機(jī)質(zhì)總量遠(yuǎn)高于其余三種土壤，四種典型土壤活性有機(jī)質(zhì)所占土壤有機(jī)質(zhì)全量比例大小依次為：礦子黃泥＞縉云山黃壤腐殖層＞灰棕潮土＞紫色潮土。

（2）對重慶市四種類型不同粒徑土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)質(zhì)含量研究，灰棕潮土0.25～0.5mm粒徑團(tuán)聚體HLOM和MLOM含量均最高，分別為11.92g／kg和12.14g／kg；紫色潮土0.25～0.5 mm粒徑團(tuán)聚體HLOM含量最高，為6.90g／kg，1～2mm粒徑團(tuán)聚體MLOM含量最高，為10.28g／kg；礦子黃泥不同粒徑團(tuán)聚體活性有機(jī)質(zhì)含量相差不大；縉云山黃壤腐殖層0.5～1mm粒徑團(tuán)聚體HLOM和MLOM含量均最高，分別為128.60g／kg和142.14g／kg。

（3）通過對重慶市四種類型不同粒徑土壤團(tuán)聚體活性有機(jī)質(zhì)分配量研究，結(jié)果表明：土壤粒級團(tuán)聚體的質(zhì)量占土壤總質(zhì)量的百分比是活性有機(jī)質(zhì)分配量的主導(dǎo)因素。

［1］ 武天云，Jeff J.Schoenau，李鳳民，等，土壤有機(jī)質(zhì)概念和分組技術(shù)研究進(jìn)展［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2004，15（4）：717－722.

［2］ 文啟孝.土壤有機(jī)質(zhì)研究法［M］.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1984，1－8.

［3］ PAN Genxing，WU Laosheng，LILianqing，et al.Organic carbon stratification and size distribution of three typical paddy soils from Taihu Lake region，China［J］.Journal of Environmental Sciences，2008，20（4）：456－463.

［4］ 李伏生，康紹忠，張富倉.大氣CO2濃度和溫度升高對作物生理生態(tài)的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2002，13（9）：1169－1173.

［5］ 黃元仿.周志宇，苑小勇，等.干旱荒漠區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間變異特征［J］.生態(tài)學(xué)報，2004，24（12）：2776－2781.

［6］ 何牡丹，李志忠，劉永泉.土壤有機(jī)質(zhì)研究方法進(jìn)展［J］.新疆師范大學(xué)學(xué)報.2007，26（3）249－251.

［7］ 沈宏，曹志洪，胡正義.土壤活性有機(jī)碳的表征及其生態(tài)效應(yīng)［J］.生態(tài)學(xué)雜志，1999，18（3）：32－38.

［8］ Logninow W，Wisniewski W，Strony W M，et al.Fractionation of organic carbon based on susceptibility to oxidation［J］.Polish Journal of Soil Science，1987，20：47－52.

［9］ 王虹艷，吳士文，馬海洋.浙南易蝕土壤的團(tuán)聚體穩(wěn)定性及其穩(wěn)定機(jī)理［J］.土壤通報，2010，41（2）；429－433.

［10］ 嚴(yán)昶升.土壤肥力研究法［M］.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1988.

［11］ 徐明崗，于榮，王伯仁.長期不同施肥下紅壤活性有機(jī)質(zhì)與碳庫管理指數(shù)變化［J］.土壤學(xué)報，2006，43（5）：723－729.

［12］ 劉合明，楊志新，劉樹慶.不同粒徑土壤活性有機(jī)碳測定方法的探討［J］.生態(tài)環(huán)境.2008，17（5）：2046－2049.

［13］ 皮廣潔，唐書源.農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測原理與應(yīng)用［M］.四川：成都科技大學(xué)出版社，1998.

［14］ 李酉開主編.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法［M］.北京：科學(xué)出版社，1983.

［15］ 史奕，張璐，陳欣，等.不同經(jīng)營方式對黑土水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成及微粒有機(jī)質(zhì)積累分布的影響［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2005，13（2）：122－124.

［16］ 徐陽春，沈其榮，茆澤圣.長期施用有機(jī)肥對土壤及不同粒級中酸解有機(jī)氮含量與分配的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，35（4）：403－409.

［17］ 徐陽春，沈其榮.長期施用不同有機(jī)肥對土壤各粒級復(fù)合體中C、N、P含量與分配的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000，33（5）：1－7.