北京市北部城区公路绿化带土壤易氧化碳的研究

北京市北部城区公路绿化带土壤易氧化碳的研究摘要：土壤易氧化碳对外界环境变化反应敏感，是评价土壤质量的重要依据。文章以北京市公路绿化带土壤为研究对象，测定了土壤有机碳及易氧化碳的含量。研究表明，公路绿化带草地土壤有机碳和易氧化碳平均含量分别为1199g/kg和051g/kg，而空地上相应的指标分别为1100g/kg和041g/kg；各个环路之间草地和空地土壤易氧化碳含量不存在显著性差异；土壤易氧化碳在有机碳中所占的比例为323%～534%，其中二环路上土壤易氧化碳所占比例显著低于四环路和五环路。总的来看，草地可以增加土壤的活性有机碳含量。关键词：公路绿化带；土壤有机碳；土壤易氧化碳；北京市土壤活性有机碳是土壤中移动快、稳定性差、易氧化、矿化，对植物和微生物活性较高的有机态碳[1]。尽管土壤活性有机碳占全碳的比例很小，但其大小和周转速率对土壤养分的有效性及其循环具有重要意义[2]。土壤易氧化碳作为土壤活性有机碳的重要形式之一，主要是借助高锰酸钾的化学氧化，从土壤中分离得到的易氧化、不稳定的有机碳部分，它相当于土壤微生物酶对土壤有机碳的氧化[3]。研究表明，土壤易氧化碳对土地利用方式、土壤管理措施及重金属污染等外界条件反应比较敏感[4-5]，可以较准确地显示出土壤有机碳含量发生的细小变化，作为评价土壤质量变化的有效指标参数[6-7]。我国对于土壤活性有机碳的研究主要着重于森林土壤[8-10]、农田土壤[11]、土地利用方式对土壤有机碳的影响[12-13]等方面。城市公路绿化带土壤是城市植被的立地基础和生长介质，又是城市生态系统中能量流动的必要环节[14]。针对目前对城市公路绿化带土壤活性有机碳研究鲜有报道的现状，以北京市北部城区公路绿化带土壤为研究对象，研究了土壤有机碳和土壤易氧化有机碳的分布特征，旨在为公路绿化土壤健康管理提供理论依据。1材料与方法11研究材料在北京市北二环路、北三环路、北四环路及北五环路附近的主干道上选取有代表性的12个公路绿化带地段。在每个地段上分别选取无草本覆盖的样地（以下称空地）和有草本生长的样地（以下称草地）。每个样地区域按照S形取样法，采集0～10cm土层混合样本，并设置3个重复，共采集72个样本。采集的样本经室内风干，通过120目筛处理。12研究方法土壤有机碳采用硫酸重铬酸钾氧化—容量法；土壤易氧化碳的测定采用002mol/LKMnO4—CaCl2溶液氧化方法，根据KMnO4浓度的变化计算土壤易氧化碳含量[15]。13数据处理应用Excel2007及SPSS190软件进行数据处理。其中，不同环路土壤有机碳、易氧化碳以及易氧化碳占有机碳比例的差异显著性采用One-wayANOVA分析；同一环路空地与草地上述相应指标间差异显著性用独立样本t检验分析。2结果与分析21公路绿化带土壤有机碳的分布（来源）土壤有机碳含量由土壤有机碳分解速率、作物残余物数量、组成植物根系及返还至土壤中的有机物等因素决定，其大小决定于土壤有机碳输入、输出及相关土壤性质[16]。对于不同环路草地来说，二环路土壤有机碳含量最高，其他环路土壤有机碳含量基本持平，但环路之间土壤有机碳含量不存在显著性差异（图1）。对于不同环路空地土壤有机碳而言，四环路土壤有机碳含量显著低于二环路和三环路。调查中发现，四环路研究区为新建地区，有大量生土填埋，在一定程度上影响了土壤有机碳的含量。注：不同大写字母表示不同环路草地土壤有机碳在005水平上差异显著，不同小写字母表示不同环路空地土壤有机碳在005水平上差异显著，图2同。图1不同环路草地和空地土壤有机碳的分布特征Fig1Distributionofsoilactiveorganiccarbonindifferentloopsofgrasslandandopenspace林业调查规划第37卷第6期施鹏程，等：北京市北部城区公路绿化带土壤易氧化碳的研究研究区公路绿化带草地与空地的土壤有机碳相比，草地和空地土壤有机碳平均含量分别为1199g/kg和1100g/kg，两者差异不显著（p=0331）。二环路和四环路草地土壤有机碳含量高于空地，差异不显著（p=0370、p=0167）；而三环路和五环路草地土壤有机碳含量反而低于草地，差异不显著（p=0717、p=0957）。公路绿化带土壤有机碳的平均含量为114g/kg，这一含量显著低于耿玉清等[8]关于北京山区土壤有机碳的研究结果。22公路绿化带土壤易氧化碳的分布土壤易氧化碳直接参与土壤生物化学转化过程，与土壤肥力、土壤养分、作物生长关系极为密切，是土壤微生物活动的能源和土壤养分的驱动力，是评价土壤碳库平衡和土壤化学、生物化学肥力保持的重要指标[17]。对于不同环路草地来说，二环路土壤易氧化碳含量最高，四环路土壤易氧化碳含量最低，三环路和五环路易氧化碳含量基本持平，彼此之间都不存在显著性差异。对于不同环路空地来说，土壤易氧化碳含量不存在显著性差异。公路绿化带草地和空地土壤易氧化碳平均含量分别为051g/kg和041g/kg。各个环路中草地的土壤易氧化碳含量都高于空地易氧化碳含量，但经t检验，都不存在显著性差异（二环路p=0056，三环路p=0299，四环路p=0453，五环路p=0402）。研究发现，某些空地土壤有机碳比草地高的地区，其土壤易氧化碳含量却比草地低。如三环路上，草地土壤有机碳含量为1115g/kg，小于空地的1191g/kg，而草地土壤易氧化碳含量为051g/kg，高于空地的042g/kg。这表明草地土壤可增加土壤易氧化碳含量。冯发堂等[18]研究表明，外源有机物（如树根、草根）的添加可以显著提高土壤活性有机碳含量。Bauhus[19]和Insam等[20]的研究也指出，草地比耕地和林地更易促使土壤微生物的增长。由此可知，公路绿化带草地土壤可增加土壤易氧化有机碳的含量。图2不同环路草地和空地土壤易氧化碳的分布特征Fig2Distributionofsoilreadilyoxidizablecarbonofgrasslandandopenspaceindifferentloops23土壤易氧化碳在有机碳中的比例由表1可以看出，土壤易氧化碳在有机碳中所占的比例介于323%～534%。不同环路之间草地土壤易氧化碳在有机碳中的比例为393%～534%，草地土壤易氧化碳所占的比例均无显著差异；而空地中，二环路上土壤易氧化碳所占比例显著低于四环路和五环路。同一环路的草地和空地相比，四环路草地易氧化碳所占比例低于空地，其他环路都高于空地。3结论1）不同环路草地土壤有机碳含量不存在显著性差异，但四环路空地土壤有机碳含量显著低于二环路和三环路。虽然草地的有机碳平均含量为1199g/kg，略高于空地的1100g/kg，但两者差异不显著；二环路和四环路草地有机碳含量略高于空地，而三环路和五环路草地土壤有机碳含量略低于空地，但差异均不显著。表1土壤易氧化碳在有机碳中的比例Tab1Proportionofsoileasilydioxizablecarbonintheorganiccarbon%二环三环四环五环草地393（06）A534（078）A457（064）A466（032）A空地323（052）b355（050）ab494（054）a400（059）a注：表内数据为平均值，括号内数据为标准误，同行不同字母表示差异达显著水平（P005）2）公路绿化带草地和空地土壤易氧化碳的平均含量分别为051g/kg和041g/kg，虽然草地土壤易氧化碳含量都高于空地，但未达到显著水平。3）土壤易氧化碳在有机碳中所占的比例为323%～534%。不同环路之间草地易氧化碳在有机碳中的比例无显著差异，而空地中二环路土壤易氧化碳所占比例显著低于四环路和五环路。同一环路的草地和空地相比，四环路草地易氧化碳所占比例低于空地，其他环路都高于空地。致谢：在实验过程中得到了北京林业大学水土保持学院耿玉清副教授的精心指导，谨此谢忱！参考文献：[1]沈宏，曹志洪，胡正义土壤活性有机碳的表征及其生态效应[J]生态学杂志，1999，18（3）：32-38[2]倪进治，徐建民，谢正苗有机肥料施用后潮土中活性有机质组分的动态变化[J]农业环境利学学报，2003，22（4）：416-419[3]PURAKAYASTHATJ，CHHONKARPK，BHADRARAYS，etalLongtermeffectsofdifferentlanduseandsoilmanagementonvariousorganiccarbonfractionsininceptsolofsubtropicalIndia[J]AustralianJournalofSoilResearch，2007，45（1）：33-40[4]郑红土壤活性有机碳的研究进展[J]中国林副特产，2011（6）：90-94[5]宇万太，姜子绍，李新宇，等不同土地利用方式对潮棕壤有机碳含量的影响[J]应用生态学报，2007，12（18）：2760-2764[6]Weil，RW，Islam，KR，Stine，M，etalEstimatingactivecarbonforsoilqualityassessment：Asimplifiedmethodforlaboratoryandfielduse[J].AmJAlternAgric，2003，18：3-17[7]Mirsky，SB，Lanyon，LE&Needelman，BA，2003.Evaluatingsoilmanagementusingparticulateandchemicallylabilesoilorganicmatterfractions[J]SoilSciSocAm，2003，72：180-185[8]耿玉清，余新晓，岳永杰，等北京山地针叶林与阔叶林土壤活性有机碳库的研究[J]北京林业大学学报，2009，31（5）：19-24[9]姜培坤不同林分下土壤活性有机碳库研究[J]林业科学，2005，41（1）：10-15[10]徐侠武夷山不同海拔植被带土壤活性有机碳研究[D]南京：南京林业大学，2009[11]路文涛，贾志宽，张鹏，等秸秆还田对宁南旱作农田土壤活性有机碳及酶活性的影响[J]农业环境科学学报，2011，30（3）：522-528[12]张仕吉，项文化土地利用方式对土壤活性有机碳影响的研究进展[J]中南林业科技大学学报，2012，32（5）：134-143[13]张小磊，何宽，安春华，等不同土地利用方式对城市土壤活性有机碳的影响——以开封市为例[J]生态环境，2006，15（6）：1220-1223[14]于法展，尤海梅，李保杰，等徐州市不同功能城区绿地土壤的理化性质分析[J]水土保持研究，2007，14（3）：85-88[15]StevenBMirskyLesELanyon，BrianA.Needelman.EvaluatingSoilManagementUsingParticulateandChemicallyLabileSoilOrganicMatterFractions[J]Soil&watermanagement&conservation，2008，72（1）：180-188[16]梁启鹏，余新晓，庞卓，等不同林分土壤有机碳密度研究[J]生态环境学报，2010，19（4）：889-893[17]张迪，韩晓增，李海波，等不同植被覆盖与施肥管理对黑土活性有机碳及碳库管理指数的影响[J]生态与农村环境学报，2008，24（4）：1-5[18]冯发堂，荣丽，李贤伟，等实验室不同温度下添加细根（草根）对土壤活性有机碳的影响[J]林业科学，2011，47（4）：1-6[19]BauhusJ，PareDC，CoteLEffectsoftreespeciesstandageandsoiltypeonsoilmicrobialbiomassanditsactivityinasouther