土壤易氧化有機(jī)碳與溶解性有機(jī)碳對(duì)荒漠草地沙漠化過(guò)程中土壤碳庫(kù)變異的表征

閻欣，劉任濤，安慧

(寧夏大學(xué)西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,寧夏 銀川750021)

土壤有機(jī)碳是土壤化學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要方面，傳統(tǒng)研究上對(duì)土壤腐殖質(zhì)化學(xué)分組是研究土壤結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)。腐殖質(zhì)主要成分是有著特殊化學(xué)與生物學(xué)構(gòu)造的極其復(fù)雜的高分子化合物，由胡敏酸、富里酸胡敏素和吉馬多美朗酸等組分組成[1]。這些組分周轉(zhuǎn)速率慢，對(duì)環(huán)境變化及土壤管理響應(yīng)遲鈍，因此，目前根據(jù)提取劑的不同，將土壤有機(jī)碳進(jìn)一步分為活性較高的溶解性有機(jī)碳(dissolved organic carbon, DOC)和易氧化有機(jī)碳(readily oxidizable carbon, ROC)。溶解性有機(jī)碳含量一般不超過(guò)200 mg·kg-1，其中35%～47%存在于胡敏酸中，占土壤有機(jī)碳總量的2%～3%[2]。土壤溶解性有機(jī)碳含量較小，但性質(zhì)較活潑，易溶于水或稀鹽溶液(CaCl2、KCl、K2SO4)，對(duì)土壤養(yǎng)分利用、重金屬遷移及土壤鄰近圈層影響直接。溶解性有機(jī)碳的疏水部分為微生物群落生長(zhǎng)提供了直接可利用碳資源，從而影響溫室氣體等的排放，并且溶解性有機(jī)碳與土壤碳、氮、磷等養(yǎng)分元素顯著相關(guān)，影響化學(xué)元素循環(huán)；親水部分使得溶解性有機(jī)碳易溶解，在土壤表層(0～20 cm)溶解性有機(jī)碳的通量為11～46 g C·m-2·yr-1，在土壤深層(20～100 cm)的通量為2～69 g C·m-2·yr-1，并與Ca2+流失量顯著相關(guān)，因此，在巖石圈活化、巖溶動(dòng)力系統(tǒng)中具有重要作用[3-4]。土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化過(guò)程實(shí)質(zhì)是有機(jī)碳氧化還原的過(guò)程。Loginow等[5]首次利用33、167和333 mmol·L-1濃度KMnO4溶液將土壤有機(jī)碳分為易氧化有機(jī)碳與惰性有機(jī)碳。Blair等[6]采用333 mmol·L-1KMnO4溶液將土壤有機(jī)碳分為易氧化有機(jī)碳與穩(wěn)定性有機(jī)碳。易氧化有機(jī)碳占土壤有機(jī)碳總量的13%～28%[7]，在土壤中移動(dòng)比較快、不穩(wěn)定、易氧化、分解、易礦化，它既可參與土壤物質(zhì)交換過(guò)程也可隨溶劑運(yùn)動(dòng)，從而參與更大范圍的碳循環(huán)[8]。

溶解性有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳對(duì)土地管理方式改變和環(huán)境變化反應(yīng)較快，當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生正向演替或逆向演替時(shí)，土壤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化的同時(shí)，土壤活性有機(jī)碳組分亦發(fā)生明顯改變。草地轉(zhuǎn)變?yōu)槁愕亟档屯寥廊芙庑杂袡C(jī)碳含量[9]。與自然森林生態(tài)系統(tǒng)相比，人工種植林和耕地土壤易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳含量降低[10]。因此，易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳是衡量土壤質(zhì)量與健康的敏感指標(biāo)。前人的研究主要集中在農(nóng)田耕作[11]、施肥管理[12]對(duì)土壤易氧化有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳的影響；不同土地利用方式土壤易氧化有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳變異規(guī)律[13-14]；草地不同封育年限、恢復(fù)模式土壤易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳特征[9,15]等方面，但對(duì)寧夏荒漠草地沙漠化過(guò)程中土壤易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳的研究，尤其是兩者表征荒漠草地沙漠化土壤碳庫(kù)變化的研究較少，因此，本研究以寧夏中北部鹽池縣荒漠草地不同沙漠化階段的土壤為研究對(duì)象，研究荒漠草地沙漠化過(guò)程中土壤易氧化有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳含量和分配比例的分布規(guī)律，分析不同沙漠化階段土壤碳庫(kù)指數(shù)變化，探討荒漠草地沙漠化過(guò)程中土壤易氧化有機(jī)碳與溶解性有機(jī)碳對(duì)土壤碳庫(kù)的表征特征，以期為荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)鹽池縣花馬池鎮(zhèn)皖記溝村(37°49′ N，107°27′ E)，海拔1411～1435 m。該區(qū)地處寧夏東部，為陜、甘、寧、內(nèi)蒙古四省(區(qū))交界帶，地勢(shì)南高北低，北與毛烏素沙地毗鄰，南接黃土高原。該區(qū)地貌為黃土丘陵和鄂爾多斯緩坡丘陵，是溫帶典型草原向荒漠草地過(guò)渡區(qū)。氣候?qū)儆诘湫椭袦貛Т箨懶詺夂?，干旱少雨，四季溫差大，年平均溫?.2 ℃，≥10 ℃年積溫為2751.7 ℃，≥0 ℃年積溫為3430.3 ℃，7月(平均氣溫22.4 ℃)和1月(平均氣溫-8.7 ℃)分別為最熱月份和最冷月份。年平均降水量為289 mm，主要集中在7、8、9月份。多年平均蒸發(fā)量2710 mm，是年降水量的9～10倍，且年際變率大。年平均風(fēng)速2.8 m·s-1，冬春風(fēng)沙天氣較多，每年17 m·s-1的大風(fēng)日數(shù)為24.2 d。

灰鈣土和淡灰鈣土為該區(qū)主要土壤類型，土壤結(jié)構(gòu)松散，肥力較差。土壤基本理化性狀為：土壤有機(jī)碳含量2.3 g·kg-1，全氮0.2 g·kg-1，全磷0.4 g·kg-1，堿解氮9.0 mg·kg-1，速效磷2.1 mg·kg-1。該區(qū)草地以溫性草原類和溫性荒漠類草原為主，主要優(yōu)勢(shì)物種為：豬毛蒿(Artemisiascoparia)、中亞白草(Pennisetumcentrasiaticum)、蟲實(shí)(Corispermumhyssopifolium)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)、牛枝子(Lespedezapotaninii)、草木樨狀黃芪(Astragalusmelilotoides)、豬毛菜(Salsolacollina)等。由于水分等自然條件的限制，植物種類組成相對(duì)單一，優(yōu)勢(shì)種相對(duì)明顯，群落層片不明顯，群落蓋度小，生物生產(chǎn)力相對(duì)低下。

1.2 研究方法

1.2.1樣地選擇 荒漠草地處于草地與荒漠的過(guò)渡階段，生態(tài)環(huán)境脆弱且不穩(wěn)定，在自然環(huán)境與人為擾動(dòng)的影響下，荒漠草地向不同方向演替。草地沙漠化是荒漠草地逆向演替的極端表現(xiàn)，根據(jù)地上植物群落類型和特征的一系列演變過(guò)程，草地沙漠化總體上表現(xiàn)為荒漠草地—固定沙地—半固定沙地—半流動(dòng)沙地—流動(dòng)沙地動(dòng)態(tài)演化序列[16]。研究區(qū)在空間上散落分布著不同沙漠化程度的草地類型，采用空間序列代替時(shí)間序列研究方法，根據(jù)地上植物群落特征及蓋度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17]，選取未沙漠化的荒漠草地(desert grasslands, G)、固定沙地(fixed dunes, FD)、半固定沙地(semi-fixed dunes, SFD)和流動(dòng)沙地(mobile dunes, MD)作為實(shí)驗(yàn)樣地，以荒漠草地作為對(duì)照。其中，荒漠草地植被覆蓋度為70%～80%，流沙面積<5%，優(yōu)勢(shì)植物為牛枝子、豬毛蒿、中亞白草；固定沙地植被蓋度為60%～70%，流沙面積為5%～20%，以中亞白草、苦豆子為優(yōu)勢(shì)種；半固定沙地植被蓋度為40%～50%，流沙面積20%～50%，沙蓬(Agriophyllumsquarrosum)、賴草(Leymusdasystachys)、狗尾草(Setariaviridis)為主要優(yōu)勢(shì)種；流動(dòng)沙地植被蓋度為0～10%，流沙面積100%，優(yōu)勢(shì)種為沙蓬。每種生境中設(shè)置3個(gè)50 m×50 m的重復(fù)取樣區(qū)，每個(gè)取樣區(qū)間地形與環(huán)境條件基本一致。

1.2.2土壤樣品采集 2016年7月底在每個(gè)取樣區(qū)內(nèi)隨機(jī)設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的樣方，每個(gè)樣方內(nèi)按0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm的層次，用直徑9 cm的土鉆采集土壤樣品，每個(gè)樣方內(nèi)采集5鉆土壤混合均勻裝入塑封袋，放置在盛有冰袋的冷藏箱中低溫保存，帶回實(shí)驗(yàn)室，過(guò)2 mm土壤篩并去除枯枝落葉和肉眼可見根等雜物，4 ℃保存，用于測(cè)定土壤溶解性有機(jī)碳。取一部分土樣自然風(fēng)干，用于測(cè)定土壤有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳。

1.2.3土壤樣品測(cè)定 土壤有機(jī)碳：采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定(表1)。

易氧化有機(jī)碳：采用333 mmol·L-1的高錳酸鉀氧化法[18]。稱過(guò)0.25 mm篩子的風(fēng)干土壤2 g，加333 mmol·L-1的KMnO4溶液25 mL，密封振蕩1 h，離心5 min(4000 r·min-1)，取上清液，用去離子水按1∶250稀釋；用分光光度計(jì)測(cè)定565 nm下稀釋樣品和標(biāo)準(zhǔn)系列濃度KMnO4溶液的吸光度值；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求出KMnO4濃度的變化，計(jì)算被氧化的碳量，即為易氧化有機(jī)碳含量。

溶解性有機(jī)碳：稱取20 g鮮土置于盛有100 mL 蒸餾水的三角瓶中，按照水土比5∶1 在恒溫?fù)u床振蕩浸提1 h (25 ℃，250 r·min-1) 后離心15 min (5500 r·min-1) ，將上清液過(guò)0.45 μm濾膜，用TOC儀測(cè)定浸提液有機(jī)碳濃度，得到DOC[19]。

易氧化有機(jī)碳分配比例=易氧化有機(jī)碳含量/土壤有機(jī)碳含量
溶解性有機(jī)碳分配比例=溶解性有機(jī)碳含量/土壤有機(jī)碳含量
非活性有機(jī)碳含量(g·kg-1)=土壤有機(jī)碳含量-活性有機(jī)碳含量

以荒漠草地土壤為參考土壤，計(jì)算荒漠草地沙漠化過(guò)程中土壤碳庫(kù)管理指數(shù)(carbon management indicator,CMI)[6]：

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)和最小差異法(LSD)分析不同沙漠化階段各變量的差異顯著性(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同沙漠化階段荒漠草地活性有機(jī)碳含量變化

草地沙漠化對(duì)土壤易氧化有機(jī)碳含量影響顯著(圖1a)。荒漠草地0～30 cm 3個(gè)土層土壤易氧化有機(jī)碳含量均顯著高于半固定沙地和流動(dòng)沙地。與荒漠草地相比，固定沙地、半固定沙地和流動(dòng)沙地0～30 cm土層土壤易氧化有機(jī)碳含量損失量分別為36.1%、49.5%和46.3%。隨著土層深度的增加，不同沙漠化階段草地土壤易氧化有機(jī)碳含量未表現(xiàn)出一致性規(guī)律?；哪莸睾土鲃?dòng)沙地土壤易氧化有機(jī)碳均在0～10 cm土層含量最高，固定沙地為10～20 cm土層含量最高，半固定沙地在20～30 cm土層含量最高。

表1 不同沙漠化階段土壤有機(jī)碳含量Table 1 The content of soil organic carbon in different desertification stages (g·kg-1)

荒漠草地沙漠化過(guò)程中土壤溶解性有機(jī)碳含量差異顯著(圖1b)。荒漠草地和固定沙地0～30 cm 3個(gè)土層土壤溶解性有機(jī)碳含量均顯著高于半固定沙地和流動(dòng)沙地。固定沙地、半固定沙地和流動(dòng)沙地0～30 cm土層土壤溶解性有機(jī)碳含量分別比荒漠草地下降22.3%、52.4%和56.8%。土壤溶解性有機(jī)碳含量在土壤剖面的分布未表現(xiàn)出一致性規(guī)律，荒漠草地和流動(dòng)沙地土壤溶解性有機(jī)碳均在20～30 cm土層含量最高，固定沙地土壤溶解性有機(jī)碳在0～10 cm土層最高，半固定沙地土壤溶解性有機(jī)碳在10～20 cm土層含量最高。

圖1 不同沙漠化階段土壤活性有機(jī)碳變化特征Fig.1 The content of labile organic carbon at differentdesertification stages G: 荒漠草地Desert grasslands; FD:固定沙地Fixed dunes; SFD: 半固定沙地Semi-fixed dunes; MD:流動(dòng)沙地Mobile dunes.大寫字母表示同一土層不同沙漠化階段在P<0.05水平差異顯著；小寫字母表示同一沙漠化階段不同土層在P<0.05水平差異顯著。Different capital letters meant significant difference (P<0.05) among different desertification stages in the same layer, and different small letters meant significant difference among different soil layers at the same desertification stage at P<0.05 level.下同The same below.

2.2 荒漠草地沙漠化過(guò)程中土壤活性有機(jī)碳分配比例變化

荒漠草地不同沙漠化階段0～30 cm土層土壤易氧化有機(jī)碳分配比例為20.8%～31.2%(圖2a)。隨著草地沙漠化程度加劇，土壤易氧化有機(jī)碳分配比例呈先降低后升高趨勢(shì)，半固定沙地值最低。半固定沙地0～10 cm土層土壤易氧化有機(jī)碳分配比例顯著低于荒漠草地和流動(dòng)沙地。荒漠草地和流動(dòng)沙地20～30 cm土層土壤易氧化有機(jī)碳分配比例顯著高于固定沙地和半固定沙地。隨著土層深度的增加，荒漠草地、半固定沙地和流動(dòng)沙地呈先降低后升高趨勢(shì)，固定沙地呈減小趨勢(shì)?；哪莸馗魍翆娱g差異顯著，而固定沙地、半固定沙地和流動(dòng)沙地各土層間差異不顯著。

荒漠草地不同沙漠化階段0～30 cm土層土壤溶解性有機(jī)碳分配比例為0.6%～1.0%(圖2b)。隨著草地沙漠化程度加劇，土壤溶解性有機(jī)碳分配比例亦與土壤易氧化有機(jī)碳分配比例變化趨勢(shì)相同。半固定沙地和流動(dòng)沙地0～10 cm土層土壤溶解性有機(jī)碳分配比例顯著低于固定沙地?；哪莸?0～30 cm土層土壤溶解性有機(jī)碳分配比例顯著高于固定沙地和半固定沙地。隨著土層深度的增加，荒漠草地呈先降低后升高趨勢(shì)，20～30 cm土層土壤溶解性有機(jī)碳分配比例顯著高于0～10 cm和10～20 cm土層；固定沙地和半固定沙地呈下降趨勢(shì)；流動(dòng)沙地呈升高趨勢(shì)，各土層間差異不顯著。

與易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳損失量相比，固定沙地、半固定沙地和流動(dòng)沙地0～30 cm土層土壤易氧化有機(jī)碳分配比例和溶解性有機(jī)碳分配比例的變幅較低，分別減少11.5%、16.1%、44.5%和12.8%、14.7%、35.4%?？梢姡S著荒漠草地沙漠化程度的增加，土壤活性有機(jī)碳含量的差異較大。

圖2 不同沙漠化階段土壤活性有機(jī)碳分配比例的變化特征Fig.2 The proportion of labile organic carbon at different desertification stages

2.3 荒漠草地不同沙漠化階段土壤碳庫(kù)活度與土壤碳庫(kù)管理指數(shù)

隨著荒漠草地沙漠化程度加劇，易氧化有機(jī)碳活度(A)變化與易氧化有機(jī)碳分配比例一致(圖2a，表2)。隨荒漠草地沙漠化程度加劇，0～30 cm土層和各土層碳庫(kù)活度指數(shù)(AI)均表現(xiàn)出先降低后升高趨勢(shì)，均在半固定沙地達(dá)到最小值。0～30 cm土層和各土層碳庫(kù)指數(shù)(CPI)均隨荒漠草地沙漠化程度加劇呈減小趨勢(shì)，不同沙漠化階段差異不顯著。0～30 cm土層和各土層碳庫(kù)管理指數(shù)(CMI)均隨荒漠草地沙漠化程度加劇表現(xiàn)出先降低后升高趨勢(shì)。隨著土層深度的增加，不同沙漠化階段AI和CMI均呈先升高后降低趨勢(shì)，均在10～20 cm土層達(dá)到最大值。固定沙地和半固定沙地CPI隨土層深度的加深呈升高趨勢(shì)，而流動(dòng)沙地表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)。

隨著荒漠草地沙漠化程度加劇，溶解性有機(jī)碳活度(A)變化與溶解性有機(jī)碳分配比例一致(圖2b，表2)。隨荒漠草地沙漠化程度加劇，0～30 cm土層AI、CPI和CMI均呈下降趨勢(shì)，固定沙地CMI顯著高于半固定沙地和流動(dòng)沙地。隨沙漠化程度加劇，0～10 cm土層的AI表現(xiàn)出降低趨勢(shì)，而CPI和CMI呈先降低后升高趨勢(shì)；10～20 cm土層的AI和CPI呈下降趨勢(shì)，而CMI表現(xiàn)出先下降后上升趨勢(shì)；20～30 cm土層的AI和CMI呈先降低后升高趨勢(shì)，而CPI呈下降趨勢(shì)。隨著土層深度的增加，不同沙漠化階段AI和CMI均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。固定沙地和半固定沙地CPI隨土層深度的增加呈升高趨勢(shì)，20～30 cm土層CPI顯著高于0～10 cm土層；流動(dòng)沙地CPI表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，且各土層間差異不顯著。

2.4 土壤易氧化有機(jī)碳與溶解性有機(jī)碳對(duì)土壤碳庫(kù)的表征作用

易氧化有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳與土壤有機(jī)碳相關(guān)性表明(表3)，易氧化有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳均與土壤有機(jī)碳顯著正相關(guān)，溶解性有機(jī)碳與土壤有機(jī)碳的相關(guān)系數(shù)略高于易氧化有機(jī)碳。

易氧化有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳含量的敏感指數(shù)及利用易氧化有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳計(jì)算的碳庫(kù)活度的敏感指數(shù)、碳庫(kù)管理指數(shù)的敏感指數(shù)分析表明(圖3)，固定沙地易氧化有機(jī)碳敏感指數(shù)、活度敏感指數(shù)和管理指數(shù)的敏感指數(shù)均高于溶解性有機(jī)碳；流動(dòng)沙地溶解性有機(jī)碳敏感指數(shù)、活度敏感指數(shù)和管理指數(shù)的敏感指數(shù)均高于易氧化有機(jī)碳。半固定沙地10～20 cm、20～30 cm和0～30 cm土層溶解性有機(jī)碳含量敏感指數(shù)高于易氧化有機(jī)碳；0～10 cm、20～30 cm和0～30 cm土層易氧化有機(jī)碳活度敏感指數(shù)高于溶解性有機(jī)碳；10～20 cm和0～30 cm土層溶解性有機(jī)碳管理指數(shù)的敏感指數(shù)高于易氧化有機(jī)碳。

表3 易氧化有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳與土壤有機(jī)碳的相關(guān)性Table 3 Correlation among readily oxidizable carbon,dissolved organic carbon and soil organic carbon

*P<0.05; **P<0.01.

圖3 不同沙漠化階段和土層深度的易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳的敏感指數(shù)Fig.3 The sensitivity index of readily oxidizable carbon and dissolved organic carbon at different desertification stages and soil layersFD:固定沙地Fixed dunes; SFD: 半固定沙地Semi-fixed dunes; MD:流動(dòng)沙地Mobile dunes. ROC:易氧化有機(jī)碳Readily oxidizable carbon; DOC：溶解性有機(jī)碳Dissolved organic carbon.

3 討論

易氧化有機(jī)碳(readily oxidizable carbon, ROC)處于松結(jié)合態(tài)復(fù)合體中或以游離態(tài)形式存在，是土壤有機(jī)碳中周轉(zhuǎn)最快的組分，是土壤有機(jī)碳庫(kù)變化的重要警示指標(biāo)[20-21]。植被類型、細(xì)根和粗根植物分布等的不同使得土壤有機(jī)碳數(shù)量和質(zhì)量返還程度不同，同時(shí)，自然環(huán)境、微生物及土壤酶活性影響有機(jī)碳的分解和遷移，因此，不同土地類型土壤易氧化有機(jī)碳含量差異顯著[22-23]。干旱半干旱區(qū)荒漠草地本身是一種不穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，隨著草地沙化程度的加劇，荒漠草地發(fā)生負(fù)向演替。地上植被通過(guò)調(diào)節(jié)自身的適應(yīng)性，中亞白草，苦豆子及牛枝子等較大型草本植物消失，沙蓬等小型單一耐旱型植物逐漸成為優(yōu)勢(shì)種，地表覆蓋度從80%降為20%，枯落物數(shù)量減少，同時(shí)，細(xì)根系生物量及分泌物減小，降低易氧化有機(jī)碳的補(bǔ)給[24]。在以風(fēng)蝕為驅(qū)動(dòng)的荒漠草地，隨著地上植被覆蓋度的減小，表面結(jié)合養(yǎng)分的顆粒物質(zhì)流失[25]，土壤微生物數(shù)量、微生物生物量和土壤酶活性遞減[26]，減小土壤易氧化有機(jī)碳輸入。

溶解性有機(jī)碳(dissolved organic carbon, DOC)主要來(lái)源于植物凋落物、土壤腐殖質(zhì)、微生物和根系及其分泌物，與土壤有機(jī)碳、微生物生物量是最普遍的依賴關(guān)系[12,27]。放牧干擾和風(fēng)蝕是造成干旱半干旱地區(qū)荒漠草地沙漠化的主要因素[28-29]，也是造成溶解性有機(jī)碳含量隨沙漠化程度加劇而遞減的主要原因。一方面，隨著放牧干擾程度的增加，適口性植被群落逐漸消失，植被覆蓋面積減小[16]。寧夏中北部極度沙漠化的荒漠草地植被地上、地下生物量較輕度沙漠化草原降低94%和97%，同時(shí)，隨著沙漠化程度的加劇，植物根冠比變化范圍為2.01～0.58[30]，減弱了土壤溶解性有機(jī)碳輸入的多條途徑。另一方面，土壤不同粒徑的顆粒物質(zhì)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的作用不同，其中黏粒和粉粒表面與土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)合的活性位點(diǎn)較多，對(duì)土壤物理吸附作用強(qiáng)[31-33]。但風(fēng)蝕有選擇性地吹蝕土壤黏粒和粉粒。寧夏荒漠草地發(fā)生逆向演替過(guò)程中，流動(dòng)沙地土壤黏粒和粉粒含量較荒漠草地降低了98.1%和74.4%[34]，土壤結(jié)構(gòu)的改變?cè)斐赏寥廊芙庑杂袡C(jī)碳的流失。

碳庫(kù)管理指數(shù)(CMI)是反應(yīng)土壤碳庫(kù)動(dòng)態(tài)變化的量化指標(biāo)[6,35]，碳庫(kù)管理指數(shù)的增減能夠有效表明土壤管理措施、環(huán)境變化等對(duì)土壤碳庫(kù)質(zhì)量和恢復(fù)的影響[36]。本研究發(fā)現(xiàn)，利用易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳計(jì)算的土壤碳庫(kù)管理指數(shù)隨荒漠草地沙漠化程度的增加整體均呈下降趨勢(shì)，與邱莉萍等[37]、蒲玉琳等[15]研究結(jié)果相似。利用易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳計(jì)算的流動(dòng)沙地的土壤碳庫(kù)管理指數(shù)較荒漠草地下降了46.1%和73.7%，表明草地沙漠化嚴(yán)重降低土壤質(zhì)量，同時(shí)隨著荒漠草地沙漠化程度的加劇土壤恢復(fù)和更新能力減弱。

易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳均為土壤活性有機(jī)碳，易受土地利用方式、植被類型、溫度、濕度等影響[38-39]，可作為土壤肥力和土壤質(zhì)量及其持續(xù)性評(píng)價(jià)的有效參數(shù)，是土壤潛在生產(chǎn)力和土壤管理措施變化引起土壤有機(jī)質(zhì)變化的早期預(yù)警指標(biāo)[40]。Oliveira等[41]比較土壤活性有機(jī)碳不同指標(biāo)對(duì)土地利用變化土壤碳庫(kù)變化表征作用發(fā)現(xiàn)，易氧化有機(jī)碳能夠較全面的評(píng)價(jià)土壤碳庫(kù)的變化；蔡太義等[42]研究表明易氧化有機(jī)碳足以表征人為管理對(duì)土壤碳庫(kù)的影響。但本研究發(fā)現(xiàn)，易氧化有機(jī)碳能夠較好地表征荒漠草地沙漠化前期土壤碳庫(kù)的變化，荒漠草地沙漠化中期和后期利用溶解性有機(jī)碳表征效果更好。從荒漠草地沙漠化過(guò)程中易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳的損失變化量而言，與荒漠草地相比，固定沙地易氧化有機(jī)碳的損失量高于溶解性有機(jī)碳，半固定沙地和流動(dòng)沙地溶解性有機(jī)碳損失量高于易氧化有機(jī)碳。比較易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳與土壤有機(jī)碳相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，溶解性有機(jī)碳與土壤有機(jī)碳的相關(guān)系數(shù)略高于易氧化有機(jī)碳。比較易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳含量、活度和碳庫(kù)管理指數(shù)的敏感指數(shù)表明，在固定沙地階段，易氧化有機(jī)碳各項(xiàng)敏感指數(shù)均高于溶解性有機(jī)碳，半固定沙地和流動(dòng)沙地階段，溶解性有機(jī)碳各項(xiàng)敏感指數(shù)均高于易氧化有機(jī)碳。土壤有機(jī)碳損耗量的23.2%～43.8%是由于溶解性有機(jī)碳的淋溶[43]，而干旱與半干旱地區(qū)缺雨少水大大減少了土壤溶解性有機(jī)碳的損失，因此，溶解性有機(jī)碳能較好地存留在土壤中，對(duì)土壤碳庫(kù)變化的表征作用更好。

4 結(jié)論

1)隨著荒漠草地沙漠化程度加劇，土壤易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳含量表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，土壤易氧化有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳分配比例呈先降低后升高趨勢(shì)，半固定沙地值最低。

2)隨著荒漠草地沙漠化程度加劇，利用易氧化有機(jī)碳含量計(jì)算的土壤碳庫(kù)管理指數(shù)表現(xiàn)出先下降后上升趨勢(shì)，利用溶解性有機(jī)碳含量計(jì)算的土壤碳庫(kù)管理指數(shù)呈線性下降趨勢(shì)。

3)荒漠草地逆向演替至固定沙地過(guò)程中，易氧化有機(jī)碳的各項(xiàng)敏感指數(shù)均高于溶解性有機(jī)碳。固定沙地演替至流動(dòng)沙地過(guò)程中，溶解性有機(jī)碳的各項(xiàng)敏感指數(shù)均高于易氧化有機(jī)碳，表明易氧化有機(jī)碳能夠較好地表征荒漠草地沙漠化前期土壤碳庫(kù)變化，而荒漠草地沙漠化中期和后期利用溶解性有機(jī)碳表征效果更好。