土地利用方式改变对高寒草甸土壤有机碳及其组分的影响

第４０卷第１８期２０２０年９月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．４０，Ｎｏ．１８Ｓｅｐ．，２０２０基金项目：第二次青藏高原综合科学考察研究（２０１９ＱＺＫＫ０３０６）；国家自然科学基金项目（４１７３０８５４）收稿日期：２０１９⁃１０⁃１７；㊀㊀网络出版日期：２０２０⁃０７⁃１２∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｙｌｉ＠ｂｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１９１０１７２１７６潘蕊蕊，李小雁，胡广荣，石芳忠，魏俊奇，丁梦凯，王雷．青海湖流域季节性冻土区坡面土壤有机碳分布特征及其影响因素．生态学报，２０２０，４０（１８）：６３７４⁃６３８４．ＰａｎＲＲ，ＬｉＸＹ，ＨｕＧＲ，ＳｈｉＦＺ，ＷｅｉＪＱ，ＤｉｎｇＭＫ，ＷａｎｇＬ．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｎｈｉｌｌｓｌｏｐｅｉｎｓｅａｓｏｎａｌｆｒｏｚｅｎａｒｅａｏｆＱｉｎｇｈａｉＬａｋｅＢａｓｉｎ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０２０，４０（１８）：６３７４⁃６３８４．青海湖流域季节性冻土区坡面土壤有机碳分布特征及其影响因素潘蕊蕊１，２，李小雁１，２，∗，胡广荣１，石芳忠１，魏俊奇１，丁梦凯１，王㊀雷３１北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室，北京㊀１００８７５２北京师范大学地理科学学部自然资源学院，北京㊀１００８７５３青海省三角城种羊场，海北㊀８１２３００摘要：以高寒半干旱区青海湖流域季节性冻土为研究对象，通过调查采样和室内分析，研究了坡向和坡位对不同深度土壤有机碳含量分布的影响㊂结果表明：阴㊁阳坡有机碳含量均随土壤深度增加而下降，但阳坡下降的幅度（６４％）明显高于阴坡（４４％）㊂阴坡土壤有机碳平均含量为８１．９９ｇ／ｋｇ，大于阳坡（６１．８４ｇ／ｋｇ）；不同坡位，土壤有机碳分布特征因坡向而异，其中阴坡土壤有机碳平均含量表现为坡下（８９．６０ｇ／ｋｇ）＞坡中（８６．５２ｇ／ｋｇ）＞坡上（６９．８７ｇ／ｋｇ），而阳坡土壤有机碳平均含量表现为坡上（６５．７１ｇ／ｋｇ）＞坡下（６１．４２ｇ／ｋｇ）＞坡中（５８．３９ｇ／ｋｇ）㊂此外，坡位对不同深度土壤有机碳的影响程度在不同坡向也存在差异㊂阴坡坡位因子对深层土壤有机碳影响显著，而阳坡坡位因子对浅层土壤有机碳影响显著㊂一般线性模型结果表明，坡面土壤有机碳含量主要受土层和坡向的影响，可解释７４．５２％的变异性㊂关键词：青海湖流域；季节性冻土区；土壤有机碳；坡向；坡位ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｎｈｉｌｌｓｌｏｐｅｉｎｓｅａｓｏｎａｌｆｒｏｚｅｎａｒｅａｏｆＱｉｎｇｈａｉＬａｋｅＢａｓｉｎＰＡＮＲｕｉｒｕｉ１，２，ＬＩＸｉａｏｙａｎ１，２，∗，ＨＵＧｕａｎｇｒｏｎｇ１，ＳＨＩＦａｎｇｚｈｏｎｇ１，ＷＥＩＪｕｎｑｉ１，ＤＩＮＧＭｅｎｇｋａｉ１，ＷＡＮＧＬｅｉ３１ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥａｒｔｈＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅＥｃｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７５，Ｃｈｉｎａ２ＳｃｈｏｏｌｏｆＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＦａｃｕｌｔｙｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅ，ＢｅｉｊｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７５，Ｃｈｉｎａ３ＳａｎｊｉａｏｃｈｅｎｇＳｈｅｅｐＢｒｅｅｄｉｎｇＦａｒｍｏｆＱｉｎｇｈａｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈａｉｂｅｉ８１２３００，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｓｅａｓｏｎａｌｌｙｆｒｏｚｅｎｇｒｏｕｎｄｉｎＱｉｎｇｈａｉＬａｋｅＢａｓｉｎｉｎａｌｐｉｎｅａｎｄｓｅｍｉ－ａｒｉｄｒｅｇｉｏｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｌｏｐｅａｓｐｅｃｔｓａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ（ＳＯＣ）ｃｏｎｔｅｎｔａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｔｈｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｆｉｅｌｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，ｓａｍｐｌｅｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｌａｂａｎａｌｙｓｉｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅＳＯＣｃｏｎｔｅｎｔｏｆｂｏｔｈｓｈａｄｙａｎｄｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｏｉｌｄｅｐｔｈｓ，ｂｕｔｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅ（６４％）ｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｓｈａｄｙｓｌｏｐｅ（４４％）．ＴｈｅａｖｅｒａｇｅＳＯＣｃｏｎｔｅｎｔｏｎｔｈｅｓｈａｄｙｓｌｏｐｅｗａｓ８１．９９ｇ／ｋｇ，ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅ（６１．８４ｇ／ｋｇ）；ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＳＯＣｃｏｎｔｅｎｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｖａｒｉｅｄｗｉｔｈｓｌｏｐｅａｓｐｅｃｔｓ．Ｏｎｔｈｅｓｈａｄｙｓｌｏｐｅ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅＳＯＣｃｏｎｔｅｎｔｓｈｏｗｅｄａｔｒｅｎｄｏｆｌｏｗｅｒｓｌｏｐｅ（８９．６０ｇ／ｋｇ）＞ｍｉｄｄｌｅｓｌｏｐｅ（８６．５２ｇ／ｋｇ）＞ｕｐｐｅｒｓｌｏｐｅ（６９．８７ｇ／ｋｇ）；ｗｈｉｌｅｏｎｔｈｅｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅＳＯＣｃｏｎｔｅｎｔｔｅｎｄｅｄｔｏｂｅｕｐｐｅｒｓｌｏｐｅ（６５．７１ｇ／ｋｇ）＞ｌｏｗｅｒｓｌｏｐｅ（６１．４２ｇ／ｋｇ）＞ｍｉｄｄｌｅｓｌｏｐｅ（５８．３９ｇ／ｋｇ）．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｎＳＯＣｃｏｎｔｅｎｔａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｔｈｓａｌｓｏｖａｒｉｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｌｏｐｅａｓｐｅｃｔｓ．ＴｈｅｓｈａｄｙｓｌｏｐｅｆａｃｔｏｒｈａｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎＳＯＣｃｏｎｔｅｎｔａｔｄｅｅｐｓｏｉｌｌａｙｅｒｓ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅｆａｃｔｏｒｈａｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎＳＯＣｃｏｎｔｅｎｔａｔｓｈａｌｌｏｗｓｏｉｌｌａｙｅｒｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｇｅｎｅｒａｌｌｉｎｅａｒｍｏｄｅｌｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅＳＯＣｃｏｎｔｅｎｔｉｎｓｌｏｐｅｓｗａｓｍａｉｎｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｓｏｉｌｄｅｐｔｈｓａｎｄｓｌｏｐｅａｓｐｅｃｔｓ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｅｘｐｌａｉｎ７４．５２％ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｏｆＳＯＣｃｏｎｔｅｎｔ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＱｉｎｇｈａｉＬａｋｅＢａｓｉｎ；ｓｅａｓｏｎａｌｌｙｆｒｏｚｅｎａｒｅａ；ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ；ｓｌｏｐｅａｓｐｅｃｔ；ｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎ土壤是地球表层系统最大的碳库，是陆地碳循环的关键组成部分［１⁃２］㊂有机碳作为土壤碳库中对全球气候变化敏感的主要因子，其较小的变化将会引起大气ＣＯ２浓度的大幅改变［３⁃４］㊂土壤有机碳含量变化受多因素综合影响，包括气候㊁植被㊁地形和土地利用方式等［５⁃８］㊂坡面是最基本的地貌单元［９］，坡向和坡位通过控制水分和光照因子在坡面上的分布，改变局地水热条件，从而形成不同的植被及土壤类型，影响土壤有机碳的输入与矿化［１１⁃１２］㊂目前关于坡面土壤有机碳的分布特征已有较多的研究，但主要集中在低山丘陵区［１３⁃１５］㊁黄土高原区［８，１６］㊁喀斯特地区［１７⁃１８］㊁东北黑土区［１９］和部分祁连山草原草甸带［２０⁃２２］等㊂综合已有研究发现不同气候区坡面土壤有机碳在不同坡向和坡位的分布具有很大异质性㊂大部分研究认为在同一坡位不同坡向上，有机碳分布特征一般表现为阴坡＞半阴坡＞半阳坡＞阳坡［１６，２１］，但也有研究发现川西山地小流域由于热量的限制，其阳坡有机碳含量稍高于阴坡［２３］；另外，在同一坡向不同坡位上，有机碳分布特征一般表现为下坡位＞中坡位＞上坡位［１２⁃１３］，但也有研究发现台湾南部低地上坡位由于生物量高㊁凋落物分解率低等原因，其有机碳含量大于下坡位［２４］㊂魏孝荣和邵明安［２５］通过对黄土高原丘陵沟壑区不同坡位土壤有机碳含量的研究表明，坡位对有机碳分布的影响还与土壤侵蚀和水土流失相联系，土壤有机碳易随坡面物质和坡地径流发生坡面再分布㊂这与陆银梅［２６］㊁花可可等［２７］在南方丘陵区坡地有机碳分布的研究结果一致㊂目前对青藏高原高海拔地区坡面有机碳分布的研究仍然相对较少，例如王根绪等［２８］研究了青藏高原草地土壤有机碳库及其全球意义，发现青藏高原有机碳储量占我国有机碳储量的２３．４４％；马素辉等［２９］研究了祁连山黑河上游多年冻土区不同植被类型土壤有机碳密度的分布特征；李娜等［３０］在青藏高原腹地的风火山地区模拟了增温对高寒草甸土壤有机碳含量变化的影响；牟翠翠等［３１］比较了多年冻土区不同海拔活动层内的碳储量㊂以上研究揭示了青藏高寒地区有机碳储量㊁不同土地利用／植被覆盖下土壤有机碳分布㊁碳库变化趋势等特点，且集中在多年冻土区㊂高寒地区阴㊁阳坡由于水热条件的差异，分布有不同的植被和土壤类型［１０，３２］；同时在季节性冻土融化期，阴㊁阳坡存在不同的产流模式［３３］㊂Ｈｕ等［３３］发现青海湖流域阴坡以壤中流为主，占总径流量的９４．５％；阳坡以地表径流为主，占总径流量的９７．９％㊂此外，季节性冻融作用还会引起土壤的上下蠕动㊁植被根系的破坏和土壤碳的释放［３４］㊂在这多种因素影响下，季节性冻土区土壤有机碳的空间分布特征较为复杂，不同坡向㊁坡位的不同深度土壤有机碳如何分布？其控制因子都还不明确，亟需深入研究㊂因此，本研究选取青海湖流域季节性冻土区阴㊁阳坡土壤为研究对象，利用实地观测和取样分析数据，分析坡面不同坡向㊁坡位土壤有机碳的分布特征及其影响因素，旨在为高寒季节性冻土区土壤碳水过程及土壤碳库研究提供科学依据㊂１㊀材料与方法１．１㊀研究区概况青海湖流域位青藏高原东北部（图１），地处３６ʎ１５ᶄ ３８ʎ２０ᶄＮ，９７ʎ５０ᶄ １０１ʎ２０ᶄＥ，东西长１０６ｋｍ，南北宽６３ｋｍ，周长约３６０ｋｍ，海拔３１９４ ５１７４ｍ，流域面积为２９６６１ｋｍ２㊂流域属于高寒半干旱气候，常年较低的年平均温度限制了土壤有机质的分解，造成了土壤碳的大量累积［３５］㊂流域内广泛分布着多年冻土（１２７４８ｋｍ２）和季节性冻土（１２６５１ｋｍ２），是世界上低纬度高海拔冻土集中分布区［３６⁃３７］㊂随着全球气候变暖，多年冻土发生退化［３８］，逐渐向季节性冻土转化㊂研究区位于青海湖第二大入湖河流 沙柳河流域的支流上游，处于河谷东侧，海拔高度介于３５６５ ３７１６ｍ，海拔落差１５１ｍ，地理坐标为３７ʎ２５ᶄＮ，１００ʎ１５ᶄＥ，属于季节性冻土区；据刚察县气象观测资料显示，该流域多年平均气温为－０．５ħ，极端高温为２５ħ，极端低温为－３１ħ，多年平均降水５７３６㊀１８期㊀㊀㊀潘蕊蕊㊀等：青海湖流域季节性冻土区坡面土壤有机碳分布特征及其影响因素㊀量为３７０．３ｍｍ，主要集中在６ ９月份，年蒸发量为６０７．４ｍｍ［３９］㊂根据地形特点，将本研究区划分为阴坡㊁阳坡和沟底３种地形单元；流域内植被覆盖情况良好，植被类型具有明显的山地特征㊂其中阴坡植被类型为高寒灌丛，优势种为毛枝山居柳灌丛和金露梅灌丛；阳坡植被类型为高寒草甸，优势种为高山嵩草和矮嵩草㊂图１㊀研究区位置图Ｆｉｇ．１㊀ＬｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａＳ１：阴坡上Ｕｐｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｈａｄｙｓｌｏｐｅ；Ｓ２：阴坡中Ｍｉｄｄｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｈａｄｙｓｌｏｐｅ；Ｓ３：阴坡下Ｌｏｗｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｈａｄｙｓｌｏｐｅ；Ｎ１：阳坡上Ｕｐｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅ；Ｎ２：阳坡中Ｍｉｄｄｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅ；Ｎ３：阳坡下Ｌｏｗｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅ１．２㊀研究方法１．２．１㊀样品采集本研究选择一个集水区的两个坡面作为研究区，通过坡面实地调查，按照不同坡向（阴坡㊁阳坡）和坡位（坡上㊁坡中㊁坡下）选择六个点进行采样，分别是Ｓ１㊁Ｓ２㊁Ｓ３㊁Ｎ１㊁Ｎ２㊁Ｎ３（图１）㊂阳坡土壤类型为高山草甸土，土层较薄，０ １０ｃｍ为草毡层（Ａｓ），１０ ２５ｃｍ为腐殖质层（Ｏ），２５ ５０ｃｍ为淋溶淀积层（ＡＢ），５０ｃｍ以下为岩石层；阴坡土壤类型为亚高山草甸土，土层厚度大约为７０ｃｍ，０ １３ｃｍ为草毡层（Ａｓ），１３ ４０ｃｍ为腐殖质层（Ｏ），４０ ７０ｃｍ为淋溶淀积层（ＡＢ），７０ｃｍ以下出现岩石㊂阴㊁阳坡统一采样深度为０ １０㊁１０ ２０㊁２０ ３０㊁３０ ５０ｃｍ，分别于２０１８年７㊁８㊁９㊁１０月份用土钻各采集一次，共获取９６个土壤样品，以测土壤有机碳和含水量㊂另外，在每个样点附近各选择３个１ｍˑ１ｍ的样方，齐地剪取样方内所有植物以计算地上生物量㊂样点基本信息如表１所示，其中年均温㊁饱和导水率和坡地径流引自Ｈｕ等的坡面水文观测数据［３３］㊂表１㊀采样点基本信息Ｔａｂｌｅ１㊀Ｂａｓｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓａｍｐｌｅｐｌｏｔｓ编号Ｎｕｍｂｅｒ样点Ｓａｍｐｌｅ海拔Ａｌｔｉｔｕｄｅ／ｍ地上生物量Ａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓ／（ｇ／ｍ２）年均温Ｍｅａｎａｎｎｕａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／ħ含水量Ｓｏｉｌｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ／％饱和导水率Ｓａｔｕｒａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ／（ｍｍ／ｍｉｎ）坡长Ｓｌｏｐｅｌｅｎｇｔｈ／ｍ坡度Ｓｌｏｐｅｄｅｇｒｅｅ／（ʎ）地表径流量Ｓｕｒｆａｃｅｆｌｏｗ／ｍｍ壤中流量Ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅｆｌｏｗ／ｍｍ总径流量Ｔｏｔａｌｆｌｏｗ／ｍｍＮ１阳坡上３６８６１２８．７７４．２５４．８５０．６９７０３５０．４７０．１０．５７Ｎ２阳坡中３６５０１２０．６４２．０３０．６１Ｎ３阳坡下３６１９２０７．２９６．６３９．５０．７５Ｓ１阴坡上３６８６２１０．８１２．５５７．２５０．４２６０３００．２４５．０６５．３Ｓ２阴坡中３６５０４４９．２５ ６８．３１０．５４Ｓ３阴坡下３６１９５１１．４４２．７７３．９９０．２１㊀㊀Ｓ１：阴坡上Ｕｐｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｈａｄｙｓｌｏｐｅ；Ｓ２：阴坡中Ｍｉｄｄｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｈａｄｙｓｌｏｐｅ；Ｓ３：阴坡下Ｌｏｗｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｈａｄｙｓｌｏｐｅ；Ｎ１：阳坡上Ｕｐｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅ；Ｎ２：阳坡中Ｍｉｄｄｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅ；Ｎ３：阳坡下Ｌｏｗｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅ６７３６㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４０卷㊀１．２．２㊀样品处理与分析土壤样品带回实验室后立即利用烘干法（１０５ħ）测定土壤含水量，然后将测定土壤有机碳的土壤置于通风室内自然风干㊂经自然风干后的土壤挑去枯枝落叶㊁根系和砾石，研磨过０．１４９ｍｍ筛，装袋备用㊂取３５ｍｇ样品放入银舟内，加２５％磷酸，待反应完全后，置于８０ħ烘箱４小时㊂将去除无机碳后的样品，利用总有机碳分析仪（ｖａｒｉｏＴＯＣｓｅｌｅｃｔ）上机测定土壤有机碳含量，并采用国家标准土壤样品作质量控制㊂用刈割法获取地上生物量，将植物放入烘箱内，先１０５ħ杀青３０ｍｉｎ，然后把烘箱的温度降到６５ħ，烘干至恒重，称重㊂１．２．３㊀数据处理与统计分析利用Ｅｘｃｅｌ软件进行数据预处理后，用ＳＰＳＳ２４．０对７㊁８㊁９㊁１０四个月的有机碳数据进行方差分析，结果表明差异不显著，因此将四个月数据一起统计分析㊂首先按照不同深度㊁不同坡向坡位对土壤有机碳进行描述性统计，统计特征包括极值㊁均值㊁标准差㊁变异系数㊁Ｋ⁃Ｓ检验结果等㊂然后采用单因素方差分析（ｏｎｅ⁃ｗａｙＡＮＯＶＡ）和最小显著差异法（ＬＳＤ）比较不同坡向和坡位下的土壤有机碳各层间的差异㊂最后用一般线性模型（ＧＬＭ）的方差成分分析计算了各因子及其交互作用对土壤有机碳含量变异性的贡献［１６］㊂所有图采用Ｏｒｉｇｉｎ８．５软件绘制㊂２㊀结果与分析２．１㊀不同深度土层的土壤有机碳分布将阴坡㊁阳坡所有样点土壤有机碳数据按照不同深度进行统计，得到研究区不同土层土壤有机碳分布特征（表２）㊂由表２可知，研究区０ １０㊁１０ ２０㊁２０ ３０㊁３０ ５０ｃｍ土层平均有机碳含量分别为１０２．４１㊁７７．７８㊁６１．０２㊁４６．４７ｇ／ｋｇ，所有土层平均有机碳含量为７１．９２ｇ／ｋｇ，总体水平较高㊂随土壤深度增加，土壤有机碳含量呈下降趋势，且各土层差异显著（Ｐ＜０．０５）㊂下降幅度达到５５％，这表明该区域植被和地形对有机碳影响显著的深度至少达到５０ｃｍ㊂变异系数ＣＶ的大小决定着随机变量的变异程度，即决定土壤有机碳空间差异性的大小㊂一般认为ＣＶɤ１５％时为弱变异性，１６％ɤＣＶɤ３５％时为中等变异性，ＣＶȡ３６％时为强变异性［４０］㊂由表２可以看出，该区域０ １０㊁１０ ２０㊁２０ ３０ｃｍ土壤有机碳为中等变异，３０ ５０ｃｍ土壤有机碳为高度变异㊂表２㊀不同土层土壤有机碳统计特征Ｔａｂｌｅ２㊀Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｌａｙｅｒｓ土层Ｓｏｉｌｄｅｐｔｈ／ｃｍ样本数Ｓａｍｐｌｅｓ极小值Ｍｉｎｉｍｕｍ极大值Ｍａｘｉｍｕｍ均值Ｍｅａｎ标准差Ｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎ变异系数ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｖａｒｉａｔｉｏｎＫ⁃Ｓ检验Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ⁃Ｓｍｉｒｎｏｖｔｅｓｔ分布类型Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｙｐｅ０ １０２４８６．００１５７．２１１０２．４１ａ１５．８５０．１６０．１９７正态分布１０ ２０２４４８．８６１３４．７７７７．７８ｂ１９．５６０．２５０．８４１正态分布２０ ３０２４３８．４８１０１．１５６１．０２ｃ１５．８００．２５０．９０４正态分布３０ ５０２４２３．４４８３．１１４６．４７ｄ１７．４００．３８０．５８６正态分布㊀㊀ｎ＝９６；不同小写字母表示不同土层土壤有机碳含量差异显著（Ｐ＜０．０５）２．２㊀不同坡向土壤有机碳分布通过对不同坡向土壤有机碳进行统计分析可知（表３），阴坡土壤有机碳含量在４３．５５ １５７．２１ｇ／ｋｇ之间，平均有机碳含量为８１．９９ｇ／ｋｇ，有机碳含量变异系数为２９％，属于中等变异㊂阳坡土壤有机碳含量在２３．４４ １２９．０９ｇ／ｋｇ之间，平均有机碳含量为６１．８４ｇ／ｋｇ，有机碳含量变异系数为４３％，属于高度变异㊂由不同坡向土壤有机碳分布图（图２）可看出，随土壤深度增加，阴坡和阳坡土壤有机碳均呈下降趋势，且各土层差异显著（Ｐ＜０．０５）㊂但阴坡和阳坡降低幅度不同，阴坡降低幅度为４４％，阳坡降低幅度达到６４％㊂同一土层深度，不同坡向土壤有机碳含量均表现为阴坡大于阳坡㊂７７３６㊀１８期㊀㊀㊀潘蕊蕊㊀等：青海湖流域季节性冻土区坡面土壤有机碳分布特征及其影响因素㊀表３㊀不同坡向土壤有机碳统计特征Ｔａｂｌｅ３㊀Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｌｏｐｅａｓｐｅｃｔｓ坡向Ｓｌｏｐｅａｓｐｅｃｔ样本数Ｓａｍｐｌｅｓ极小值Ｍｉｎｉｍｕｍ极大值Ｍａｘｉｍｕｍ均值Ｍｅａｎ标准差Ｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎ变异系数ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｖａｒｉａｔｉｏｎＫ⁃Ｓ检验Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ⁃Ｓｍｉｒｎｏｖｔｅｓｔ分布类型Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｙｐｅ阴坡Ｓｈａｄｙｓｌｏｐｅ４８４３．５５１５７．２１８１．９９２３．７１０．２９０．９７３正态分布阳坡Ｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅ４８２３．４４１２９．０９６１．８４２６．３５０．４３０．２９７正态分布㊀㊀ｎ＝９６图２㊀不同坡向土壤有机碳分布特征㊀Ｆｉｇ．２㊀Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｌｏｐｅａｓｐｅｃｔｓ图中不同大写字母表示同一坡向不同深度土壤有机碳含量差异显著（Ｐ＜０．０５），不同小写字母表示同一深度不同坡向土壤有机碳含量差异显著（Ｐ＜０．０５）２．３㊀不同坡位土壤有机碳分布阴坡不同坡位土壤有机碳统计特征如表４所示，坡上㊁坡中㊁坡下有机碳含量分别在４３．５５ １０８．３５㊁４６．１６ １５７．２１㊁６２．９４ １１９．７３ｇ／ｋｇ，平均有机碳含量分别为６９．８７㊁８６．５２㊁８９．６０ｇ／ｋｇ，即坡下＞坡中＞坡上（Ｐ＜０．０５）；有机碳含量变异系数分别为３０％㊁３３％㊁１９％，均属于中等变异㊂由阴坡不同坡位土壤有机碳分布（图３）可看出，同一坡位，不同深度土壤有机碳含量均表现为浅层大于深层，且各土层间差异性显著（Ｐ＜０．０５）；同一深度，不同坡位土壤有机碳含量均表现为坡下和坡中大于坡上，但在各深度不同坡位的差异性不同㊂其中，０ １０ｃｍ和１０ ２０ｃｍ土层各坡位差异性不显著（Ｐ＞０．０５），２０ ３０ｃｍ和３０ ５０ｃｍ土层坡上与坡中㊁坡下差异显著（Ｐ＜０．０５）㊂上述结果表明，阴坡坡位对不同土层土壤有机碳含量影响程度不同，对深层土壤有机碳的影响要大于浅层㊂表４㊀阴坡不同坡位土壤有机碳统计特征Ｔａｂｌｅ４㊀Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｎｓｈａｄｙｓｌｏｐｅ坡位Ｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎ样本数Ｓａｍｐｌｅｓ极小值Ｍｉｎｉｍｕｍ极大值Ｍａｘｉｍｕｍ均值Ｍｅａｎ标准差Ｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎ变异系数ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｖａｒｉａｔｉｏｎＫ⁃Ｓ检验Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ⁃Ｓｍｉｒｎｏｖｔｅｓｔ分布类型Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｙｐｅ坡上Ｕｐｐｅｒｓｌｏｐｅ１６４３．５５１０８．３５６９．８７ｂ２０．６２０．３００．９０６正态分布坡中Ｍｉｄｄｌｅｓｌｏｐｅ１６４６．１６１５７．２１８６．５２ａ２８．２７０．３３０．６２６正态分布坡下Ｌｏｗｅｒｓｌｏｐｅ１６６２．９４１１９．７３８９．６０ａ１７．２２０．１９０．９８４正态分布㊀㊀ｎ＝４８；不同小写字母表示不同坡位土壤有机碳含量差异显著（Ｐ＜０．０５）阳坡不同坡位土壤有机碳统计特征如表５所示，坡上㊁坡中㊁坡下有机碳含量分别在２７．８６ ９８．９２㊁２４．５９ ９６．７７㊁２３．４４ １２９．０９ｇ／ｋｇ㊂平均有机碳含量分别为６５．７１㊁５８．３９㊁６１．４２ｇ／ｋｇ，即坡上＞坡下＞坡中，差异不显著（Ｐ＞０．０５）；有机碳含量变异系数分别为３３％㊁４１％㊁５４％，其中坡上属于中等变异，坡中和坡下属于高度变异㊂由阳坡不同坡位土壤有机碳分布（图４）可看出，同一坡位，不同深度土壤有机碳含量均表现为浅层大于深层，且各土层间差异性显著（Ｐ＜０．０５）；同一深度，不同坡位土壤有机碳含量差异性不同㊂其中，１０ ２０㊁８７３６㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４０卷㊀２０ ３０㊁３０ ５０ｃｍ土层的有机碳含量均表现为坡上＞坡中＞坡下，而０ １０ｃｍ土层的有机碳含量为坡上＜坡中＜坡下，与阳坡各坡位平均有机碳分布特征不符，这可能是因为阳坡表层土壤有机碳在坡面易发生搬运与再分布㊂上述结果表明，阳坡坡位对不同土层土壤有机碳含量影响程度不同，对浅层土壤有机碳的影响要大于深层㊂表５㊀阳坡不同坡位土壤有机碳统计特征Ｔａｂｌｅ５㊀Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｎｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅ坡位Ｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎ样本数Ｓａｍｐｌｅｓ极小值Ｍｉｎｉｍｕｍ极大值Ｍａｘｉｍｕｍ均值Ｍｅａｎ标准差Ｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎ变异系数ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｖａｒｉａｔｉｏｎＫ⁃Ｓ检验Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ⁃Ｓｍｉｒｎｏｖｔｅｓｔ分布类型Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｙｐｅ坡上Ｕｐｐｅｒｓｌｏｐｅ１６２７．８６９８．９２６５．７１ａ２１．７４０．３３０．９３８正态分布坡中Ｍｉｄｄｌｅｓｌｏｐｅ１６２４．５９９６．７７５８．３９ａ２４．２００．４１０．４４６正态分布坡下Ｌｏｗｅｒｓｌｏｐｅ１６２３．４４１２９．０９６１．４２ａ３３．０００．５４０．３１２正态分布㊀㊀ｎ＝４８；不同小写字母表示不同坡位土壤有机碳含量差异显著（Ｐ＜０．０５）图３㊀阴坡不同坡位土壤有机碳分布特征㊀Ｆｉｇ．３㊀Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｎｓｈａｄｙｓｌｏｐｅ不同大写字母表示同一坡位不同深度土壤有机碳含量差异显著（Ｐ＜０．０５），不同小写字母表示同一深度不同坡位土壤有机碳含量差异显著（Ｐ＜０．０５）图４㊀阳坡不同坡位土壤有机碳分布㊀Ｆｉｇ．４㊀Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｎｓｕｎｎｙｓｌｏｐｅ不同大写字母表示同一坡位不同深度土壤有机碳含量差异显著（Ｐ＜０．０５），不同小写字母表示同一深度不同坡位土壤有机碳含量差异显著（Ｐ＜０．０５）２．４㊀坡面土壤有机碳分布的影响因素用一般线性模型的方差成分分析计算了各因子及其交互作用对土壤有机碳变异性的贡献（表６）㊂结果表明，坡面土壤有机碳含量主要受土层和坡向的影响（Ｐ＜０．００１），解释率分别是６０．３５％和１４．１７％；坡位对坡面土壤有机碳的解释率为１．４１％（Ｐ＜０．０５），坡向ˑ坡位解释了４．４６％（Ｐ＜０．００１），坡向ˑ土层解释了２．２１％（Ｐ＜０．０５），坡位ˑ土层仅解释了０．４６％（Ｐ＞０．０５），最后坡向ˑ坡位ˑ土层解释了２．２８％（Ｐ＞０．０５）㊂３㊀讨论３．１㊀坡向与土壤有机碳分布本文研究结果表明，阴坡平均有机碳含量（８１．９９ｇ／ｋｇ）显著高于阳坡（６１．８４ｇ／ｋｇ），不同深度土壤有机碳含量也均表现为阴坡大于阳坡且差异性显著（Ｐ＜０．０５）㊂这与朱猛等［２１］在祁连山森林草原带坡面土壤有机碳分布的研究结果较为一致，他的研究表明土壤有机碳浓度为北坡＞西坡＞西南坡＞南坡㊂这是因为不同坡向９７３６㊀１８期㊀㊀㊀潘蕊蕊㊀等：青海湖流域季节性冻土区坡面土壤有机碳分布特征及其影响因素㊀０８３６㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４０卷㊀所驱动的水热条件和植被差异是影响坡面土壤有机碳积累的主要因素［１０，４１］㊂据实际观测结果表明，本研究区阴㊁阳坡年均温的差异达２．８ħ，阴坡０ ５０ｃｍ土壤平均含水量是阳坡的１．４６倍㊂这种水热差异导致阴阳坡发育不同的植被类型，其中阳坡植被类型为高寒草甸，阴坡植被类型为高寒灌丛㊂据实地调查，在生长季旺期，阴坡地上生物量（３９０．５ｇ／ｍ２）远大于阳坡（１５２．２２ｇ／ｍ２），其有机质的输入量也大于阳坡，因此植被类型在很大程度上影响了土壤有机碳的富集程度［４２］㊂于顺龙［４３］的研究也表明，坡向通过影响生物量的大小来影响有机质的输入量㊂虽然本研究未对地下生物量进行测定，但大量野外调查结果显示高寒灌丛的地下生物量大于高寒草甸㊂如陶贞等［４４］发现青藏高原东北隅祁连山东段的高寒灌丛的地下生物量为２７９４７ｋｇ／ｈｍ２，高寒草甸地下生物量为２５７４５ｋｇ／ｈｍ２㊂此外，不同坡向水热条件的差异还会影响土壤有机碳的矿化［４５］㊂马文瑛［４６］等在祁连山天老池小流域不同地形条件土壤有机碳的研究中发现，阴坡和半阴坡的土壤有机碳矿化速率小于阳坡㊂这主要是因为阴坡湿冷的水热状况降低了微生物活性和土壤呼吸速率［４７］，减缓了土壤有机碳的矿化，长期作用下导致了阴阳坡有机碳积累的差异㊂表６㊀不同因子与土壤有机碳含量的一般线性模型（ＧＬＭ）结果Ｔａｂｌｅ６㊀Ｇｅｎｅｒａｌｌｉｎｅａｒｍｏｄｅｌ（ＧＬＭ）ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆａｃｔｏｒｓａｎｄｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔ成分ＰｒｏｂａｂｉｌｉｔｙＱｕａｄｒａｔｉｃｓｕｍｄｆ方差Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ平方和Ｖａｒｉａｎｃｅ解释率／％坡向Ｓｌｏｐｅａｓｐｅｃｔ９７４６．９５８１６９．５２９∗∗∗１４．１７坡位Ｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎ９６７．７８７２３．４５２∗１．４１土层Ｓｏｉｌｄｅｐｔｈ４１５２５．７７４３９８．７４０∗∗∗６０．３５坡向ˑ土层Ｓｌｏｐｅａｓｐｅｃｔˑｓｏｉｌｄｅｐｔｈ１５１８．０７３３３．６１０∗２．２１坡位ˑ土层Ｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎˑｓｏｉｌｄｅｐｔｈ３１８．０８６６０．３７８０．４６坡向ˑ坡位Ｓｌｏｐｅａｓｐｅｃｔˑｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎ３０７１．０５１２１０．９５３∗∗∗４．４６坡向ˑ坡位ˑ土层Ｓｌｏｐｅａｓｐｅｃｔˑｓｌｏｐｅｐｏｓｉｔｉｏｎˑｓｏｉｌｄｅｐｔｈ１５６５．９２５６１．８６２２．２８㊀㊀∗∗∗为Ｐ＜０．００１；∗∗为Ｐ＜０．０１；∗为Ｐ＜０．０５阴坡和阳坡剖面土壤有机碳含量存在显著的表层聚集性，均表现为随着土层深度的增加，土壤有机碳含量逐渐降低，且差异显著（Ｐ＜０．０５）㊂这是因为，表层土壤有机碳主要来自于植物残体和根系的直接输入，随着土壤深度增加，地表植物残体输入和根系分布均减少［４８］㊂但阴坡和阳坡土壤有机碳随土层下降的幅度不同，阳坡降低幅度（６４％）大于阴坡（４４％）㊂这与杨帆［３２］等在祁连山中段高寒山区阴㊁阳坡地形序列下有机碳垂直分布的研究结果较一致，他的研究结果显示阳坡下降的速率（６６％ ９１％）明显高于阴坡（３１％ ７７％）㊂这可能与阴阳坡的植被类型及土壤发生层厚度有关［４９］㊂本研究区阳坡的高寒草甸下发育的土壤类型为高山草甸土，土层薄，一般为３０ ５０ｃｍ㊂最上层为草毡层（０ １０ｃｍ），腐殖质层厚１０ ２０ｃｍ，向下迅速过渡到母质层；除草毡层外，剖面砾石含量较高，地下根生物量主要分布在０ ２０ｃｍ［５０⁃５１］㊂因此整个剖面有机碳含量高度变异，变异系数ＣＶ高达４３％㊂阴坡的高寒灌丛下发育的土壤为亚高山草甸土，土壤剖面构型与草甸土相同，但具有大量发达的地下根系，腐殖质层较厚，深度可达到３０ ４０ｃｍ，打钻至５０ｃｍ未见砾石层，地下根生物量主要分布在０ ５０ｃｍ土层㊂何俊龄［５２］对青藏高原金露梅灌丛土壤养分的研究中指出植物根系分布较深将导致土壤养分随土壤深度呈较均匀变化㊂因此阴坡有机碳分布比较均匀，随土层下降的幅度小于阳坡㊂３．２㊀坡位与土壤有机碳分布土壤有机碳的坡位分布因坡向而异㊂阴坡不同坡位土壤有机碳平均含量差异显著（Ｐ＜０．０５），表现为坡下（８９．６０ｇ／ｋｇ）＞坡中（８６．５２ｇ／ｋｇ）＞坡上（６９．８７ｇ／ｋｇ），这与汝海丽等［８］在黄土丘陵区坡面㊁樊红柱等［１３］在紫色土丘陵区坡面的研究结果均一致㊂这一方面是因为阴坡坡上比坡下接受的光照多，蒸发量大，土壤含水量较低，从而有利于有机质的分解，所以土壤有机碳含量小于坡下［５３］；另一方面可能是由于土壤有机碳在坡面发生搬运迁移到坡下所造成的［２６］㊂陆银梅［２６］和花可可等［２７］对南方红壤和紫色土坡面有机碳的研究中发现，坡地径流（地表径流和壤中流）对坡面土壤有机碳的冲刷与运移，可使坡下成为坡上的一个碳汇㊂本研究区虽处于高寒半干旱区，但生长季期间６ ９月份降水量约占全年总降水量的９０％，这一段时期正好是季节性冻土的融化期㊂李元寿等［５４］在青藏高原典型高寒草甸区土壤有机碳氮异质性的研究中发现，在高寒地区冻土活动层的融化期，土壤有机碳和全氮很容易被淋溶流失㊂这是因为季节性冻融作用能够破坏土壤结构［５５］，暴露出有机碳库中各种形态的碳［５６⁃５７］；再加上冻结期冻土的保水性［５８⁃５９］，在季节性冻土融化时，土壤含水量急剧增加，坡地径流发育［６０］，从而造成土壤有机碳随水分的迁移而流失㊂由Ｈｕ等［３３］对该研究区坡地径流的实际观测结果可知，２０１８年７ １０月份阴坡的总径流量（５．３０ｍｍ）是阳坡（０．５７ｍｍ）的９．３０倍，因此阴坡土壤有机碳更易受坡地径流的影响在坡下发生积累汇聚㊂这可能也是导致阳坡坡位土壤有机碳分布特征和阴坡不同的原因［２６］，研究结果表明，阳坡不同坡位土壤有机碳平均含量表现为坡上（６５．７１ｇ／ｋｇ）＞坡下（６１．４２ｇ／ｋｇ）＞坡中（５８．３９ｇ／ｋｇ），差异不显著（Ｐ＞０．０５）㊂这与朱猛等［２１］在祁连山森林草原带的研究结果较为一致，其研究发现在北坡（阳坡），坡肩及坡脚有机碳浓度无显著差异，坡肩某些深度有机碳浓度稍高于坡脚㊂这可能是因为阳坡不同坡位接受的太阳辐射接近［２１］，水分是其植物生长及有机碳分解的限制因子㊂由实测数据可知，本研究区阳坡土壤含水量为坡下（３９．５０％）＜坡中（４２．０３％）＜坡上（５４．８５％），因此阳坡坡上土壤有机碳含量积累量高于坡下和坡中（Ｐ＜０．０５）㊂此外本研究发现，坡位对不同深度土壤有机碳的影响也因坡向而异㊂对于阳坡，虽然不同坡位土壤有机碳平均含量表现为坡上＞坡下＞坡中（Ｐ＞０．０５），但表层（０ １０ｃｍ）土壤有机碳表现为坡上＜坡下＜坡中（Ｐ＜０．０５）；对于阴坡，浅层（０ １０㊁１０ ２０ｃｍ）土壤有机碳各坡位间差异性不显著（Ｐ＞０．０５），而深层（２０ ３０㊁３０５０ｃｍ）土壤有机碳各坡位间差异显著（Ｐ＜０．０５）㊂上述结果表明，阳坡坡位对浅层土壤有机碳的影响大于深层，而阴坡坡位对深层土壤有机碳的影响大于浅层㊂这可能与阴坡和阳坡不同的径流形式（地表径流和壤中流）对土壤有机碳的冲刷有关［２７，６１］㊂李太魁等［６１］对川西丘陵区紫色土坡面有机碳的研究中发现，紫色土由于土质疏松㊁孔隙度大㊁入渗能力强等特点，壤中流比较发育，从而导致坡面土壤有机碳随壤中流大量淋失㊂Ｈｕ等［３３］对该研究区坡地径流的实际观测结果可知，阴坡壤中流量占总径流量的９４．５％，阳坡地表径流量占总径流量的９７．９％㊂因此，阴坡的深层土壤有机碳易在壤中流的影响下从坡上迁移到坡下，阳坡的表层土壤有机碳易在地表径流的影响下从坡上迁移到坡下㊂这种坡地径流的差异与阴阳坡的植被类型和土壤结构有关［６１⁃６３］㊂阴坡植被以高寒灌丛为主，植被覆盖度高，冠层截留降雨能力较强，可以有效地减缓地表径流［６４］；再加上草皮层较薄且松软，土壤饱和导水率高，土层深厚，有利于雨水向土壤更深层次入渗［６５］，所以阴坡坡地径流以壤中流为主㊂而阳坡植被以高寒草甸为主，根系密集，形成的草毡层结构比较坚硬，饱和导水率较低，不利于水分向土壤深层下渗［３３］，因此阳坡坡地径流以地表径流为主㊂此外，坡面的坡度不同，形成的坡地径流也存在差别［６６⁃６７］㊂研究发现，土壤的入渗率随着坡度的增大而减小，从而增大地表产流量［６６］㊂何淑勤等［６７］通过对长江上游紫色土丘陵区坡面径流特征的研究发现，不同坡度，壤中流径流量表现为１０ʎ＞１５ʎ＞２０ʎ，地表径流径流量表现为２０ʎ＞１５ʎ＞１０ʎ㊂据实地测量，本研究阴坡坡度（３０ʎ）小于阳坡（３５ʎ），所以阴坡的土壤入渗率大于阳坡，这在一定程度上也决定了阴坡以壤中流为主㊁阳坡以地表径流为主的产流模式㊂从而导致阴坡的深层土壤有机碳和阳坡的浅层土壤有机碳分别随着壤中流和地表径流在坡面上发生迁移淋失㊂３．３㊀不确定性分析本研究基于不同坡面土壤有机碳测量数据进行比较分析，发现坡向对坡面土壤有机碳的解释率为１４．１７％（Ｐ＜０．０５），而坡位对坡面土壤有机碳的解释率仅为１．４１％（Ｐ＜０．０５），这可能与坡面海拔落差较小导致的各坡位距离较短有关㊂有研究结果表明［２５，６８⁃６９］，海拔落差越大，坡面越长，各个坡位的水热条件差异就越显著，从而增大土壤有机碳的空间异质性㊂李龙等［６８］在赤峰市小流域地形因子对土壤有机碳的影响中发现，在较大海拔落差下，高程是影响土壤有机碳分布的第一因子，其次是坡度和坡向㊂本研究区阴坡和阳坡立地条１８３６㊀１８期㊀㊀㊀潘蕊蕊㊀等：青海湖流域季节性冻土区坡面土壤有机碳分布特征及其影响因素㊀。

2023—2024学年度第一学期期末学业水平诊断高三地理（答案在最后）1.答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写在相应位置。

2.选择题答案必须使用2B铅笔（按填涂样例）正确填涂；非选择题答案必须使用0.5毫米的黑色签字笔书写，绘图时，可用2B铅笔作答，字体工整，笔迹清楚。

3.请按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

保持卡面清洁，不折叠，不破损。

一、选择题（本大题共15小题，每小题3分，共45分。

在每题所列出的四个选项中，只有一项是最符合题目要求的）“雷打雪”是指因冷暖气团交汇产生强对流天气，在降雪过程中伴有雷电的天气现象。

“温度露点差”是温度与露点的差值，当温度露点差接近0℃时，空气中的水汽达到近似饱和状态。

读某地“雷打雪现象发生时气象要素随时间的变化状况统计图”。

完成下面小题。

1.该地相对湿度最小的时刻及风向是（）A.T0西南风B.T1西南风C.T2北风D.T3北风2.“雷打雪”现象发生时（）A.地面空气受热上升B.地面气温升高，气压降低C.暖湿气团快速抬升D.冷暖气团交汇，风速降低【答案】1.A 2.C【解析】【1题详解】“温度露点差”是温度与露点的差值，温度露点差越大，说明温度越大于露点温度；而当温度露点差接近0℃时，空气中的水汽达到近似饱和状态，空气湿度越大。

所以温度露点差相差越多越大，相对湿度越小，图中温度露点差最大的是在12℃，对应T0时刻，且此时盛行西南风，A正确，BCD错误。

故选A。

【2题详解】根据材料“雷打雪是指因冷暖气团交汇产生强对流天气，并在降雪过程中伴有雷电的天气现象”可知，发生“雷打雪”时，冷暖气流强烈交汇，暖气团由于密度较小，暖气团沿锋面快速抬升，冷空气密度大，在锋面下部，气温低，AB错误，C正确；“雷打雪”现象发生时风速较大，D错误。

故选C。

【点睛】一般而言，冷锋过境前，受单一暖气团控制，天气晴朗，气温较高，气压较低；冷锋过境时，暖气团被迫抬升，一般出现降温、降雨、大风等天气；冷锋过境后，受单一冷气团控制，天气转晴，气温下降，气压升高。

2023—2024学年度第一学期期末学业水平诊断高三地理1.答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写在相应位置。

2.选择题答案必须使用2B铅笔(按填涂样例)正确填涂；非选择题答案必须使用0.5毫米的黑色签字笔书写，绘图时，可用2B铅笔作答，字体工整，笔迹清楚。

3.请按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

保持卡面清洁，不折叠，不破损。

一、选择题(本大题共15小题，每小题3分，共45分。

在每题所列出的四个选项中，只有一项是最符合题目要求的。

)“雷打雪”是指因冷暖气团交汇产生强对流天气，在降雪过程中伴有雷电的天气现象。

“温度露点差”是温度与露点的差值，当温度露点差接近0℃时，空气中的水汽达到近似饱和状态。

读某地“雷打雪现象发生时气象要素随时间的变化状况统计图”。

完成1~2题。

1.该地相对湿度最小的时刻及风向是A.T0西南风B.T1西南风C.T2北风D.T3北风2. “雷打雪”现象发生时A.地面空气受热上升B.地面气温升高，气压降低C.暖湿气团快速抬升D.冷暖气团交汇，风速降低在人口老龄化和流动迁移活跃的双重推动下，老年流动人口数量不断增加，异地养老与家属随迁是两类典型的老年人口流动原因。

异地养老是指老年人离开原居住地，流动到另一地区，明确以养老为目的的流动方式；家属随迁是指以照顾孙辈为主要目的而流入子女家庭所在地。

这两类老年群体在迁入地的居留意愿存在一定差异。

据此完成3～4题。

3.通常异地养老的老年群体在迁入地的居留意愿高于家属随迁的老年群体，其主要取决于℃思想观念℃医疗条件℃经济收入℃人口政策A.℃℃B.℃℃C.℃℃D.℃℃4.为提升老年人在迁入城市的居留意愿，建议A.推动不同城市之间养老服务联动B.创造适合老年人的就业创业机会C.禁止用社会资金发展养老产业D.全面放开老年群体落户条件土壤容重指一定容积的土壤(包括土粒及粒间的孔隙)烘干后质量与烘干前体积的比值。

中国退化沙化草地治理研究进展刘佳;刘远妹;杜忠【摘要】草地退化、沙化与沙化土地的急剧扩张已经成为一个世界性问题.我国草地存在着不同程度的退化,沙化草地生态恢复是我国亟待解决的生态环境问题之一.该文分析了近年来国内有关草地退化沙化的研究文献,综述了土地沙化现状及其趋势,讨论了沙化驱动机制,提出了沙化草地的治理措施,为退化沙化草地治理提供参考.【期刊名称】《安徽农学通报》【年(卷),期】2018(024)021【总页数】4页(P161-164)【关键词】土壤退化;土壤沙化;沙化驱动机制;治理措施【作者】刘佳;刘远妹;杜忠【作者单位】西华师范大学国土资源学院,四川南充 637009;四川腾浪信息技术有限公司,四川成都 610041;西华师范大学国土资源学院,四川南充 637009【正文语种】中文【中图分类】S812土壤退化是指在各种自然因素和人为因素的影响下，不同生态系统土壤的生产能力或土地利用和环境调控潜力出现功能退化的状况，即土壤质量以及土壤的可持续利用能力下降（包括暂时性的和永久性的）甚至完全丧失物理、化学和生物学特征的过程［1］。

土壤沙化一般是指干旱半干旱和半湿润地区，在各种因素的影响下，在土壤的表面所出现的以沙（砾）状物质为主要特征的土地退化过程［2］。

史长光［3］提出，迄今为止科学界对草地退化、沙化的概念众说纷纭，目前没有1个明确的标准。

但一般来讲，草地退化、沙化是指草地生物系统出现物种群落退化、生物多样性降低、草地生产能力下降、生态功能下降等特征。

只要表现以上1种特征，即可称之为草地退化。

其中，草地沙化是草地退化的1种特殊表现形式，是指草地广泛分布的区域内出现天然植被退化、沙漠化面积扩大以及土壤盐渍化、盐碱化等表现形式，一般意味着草地丧失大部分生态系统服务功能，若不加以治理会完全变成沙漠。

1 土壤沙化、沙漠化现状及其趋势近几十年来，随着人口不断增加和现代工（农）业的跨越式发展，全球气候变化的加剧，世界各地的土地发生了不同程度的退化和沙化。

第14讲土壤1.能够运用自然环境各要素的综合作用原理，说明土壤的发育过程。

2.通过实地观看或运用土壤标本、图片、视频等，了解土壤的组成、颜色、质地和剖面构造，把握观看土壤的根本方法。

3.熟悉土壤对生物及人类生产、生活的重要意义，熟悉土壤的功能，了解土壤的重要性。

学问点01 观看土壤根底学问梳理一、概念陆地表层具有肯定，能够生长的疏松表层。

二、物质组成矿物质、、水分和。

三、野外观看内容1.土壤颜色：如黑土、红壤等是以颜色来命名的。

2.土壤质地：按不同粒级的矿物质在土壤中所占的相比比例，可分为如下三种类型：①砂土：通气，保肥性能弱，易。

②壤土：蓄水、保肥性能强，是农业生产抱负的土壤质地。

③黏土：通气、透水性，保肥性能好，但质地，不易耕作。

3.土壤的剖面构造硒是人体必需的微量元素之一。

某科研团队以广东省佛冈县为讨论区，通过采集与分析土壤样品发觉，讨论区内土壤中硒元素以自然来源为主，人类活动影响较小，土壤中的硒含量与成土母质、土壤酸碱性、土壤有机质含量、土地利用方式等因素有关。

图示意讨论区内不同土地利用类型硒含量剖面分布状况。

完成下面小题。

1．土壤中硒元素主要来源于〔〕A．成土母质B．土壤酸碱性C．土壤有机质D．地表植被2．在三类土地利用方式中，表层土壤硒含量均高于深层土壤的缘由是〔〕A．地下水蒸发携带硒元素在地表不断积累B．地壳运动导致含硒物质抬升至地表分解C．农产品生长后期大量施用含硒元素化肥D．生物循环促进土壤深层硒元素到达表层3．采集土壤标本是科学讨论的重要环节，为确保试验数据的精确性，以下关于采集土壤标本原那么说法正确的选项是〔〕①采样位置要兼顾典型性和匀称性，保证样本的客观性①采样时间选择在降雨过程中进行，便于采集深层土壤①每次采集前要清理工具上的泥土，防止样本间的干扰①封装标本前剔除根系石块等杂物，保证样本的纯洁度A．①①①B．①①①C．①①①D．①①①即时小练紫色土主要由侏罗纪、白垩纪形成的紫色或紫红色砂岩、页岩快速风化发育而成，富含磷、钾等养分元素。

耕作措施对土壤有机碳稳定性的影响--以黑龙江省与吉林省典型地区为例顾秋蓓;杨琼;余涛;杨忠芳【摘要】采用传统的化学方法、红外光谱（IR）技术和固态13 C 核磁共振（NMR）技术，研究黑龙江与吉林土壤有机碳的含量及结构特征，探讨耕作措施对不同地区土壤有机碳稳定性的影响。

研究结果表明：短期免耕耕作处理并没有显著增加土壤有机碳含量。

但与免耕前相比，免耕后土壤有机质的脂族性减弱，稳定碳／不稳定碳的比值增加，免耕后土壤胡敏素中烷基 C ／烷氧 C 和疏水 C ／亲水C 的比值均呈增加趋势，疏水程度增加。

因此，短期免耕虽然不能显著增加土壤有机碳含量，但是能够增强土壤有机碳的稳定性。

%In this paper,the chemical content and structure of soil organic carbon (SOC)were studied by using chemical analysis,Infrared Spectroscopy (IR)and Solid-state 1 3 C Nuclear Magnetic Resonance (NMR)spec-troscopy in Heilongjiang and Jilin provinces.And the effects of different tillage treatments on soil organic carbon stability in different regions were investigated.The results showed that the contents of SOC were not significantly increased in thisstudy.However,comparing with tillage,aliphatic carbon contents in the SOC decreased,and the proportion of stable /unstable carbon increased.After no-tillage treatment,A /O—A and Hydrophobic C /Hydrophilic C of humin obviously increased,and Hydrophobicity improved.Although SOC content cannot sig-nificantly increase,the stability of SOC could be enhanced by the short term no-tillage.【期刊名称】《现代地质》【年(卷),期】2016(030)002【总页数】7页(P463-469)【关键词】红外光谱;固态13C 核磁共振;耕作措施;胡敏素;黑龙江;吉林【作者】顾秋蓓;杨琼;余涛;杨忠芳【作者单位】中国地质大学北京地球科学与资源学院，北京 100083;中国地质大学北京地球科学与资源学院，北京 100083;中国地质大学北京地球科学与资源学院，北京 100083;中国地质大学北京地球科学与资源学院，北京 100083【正文语种】中文【中图分类】X142;P595土壤是陆地生态系统的重要组成部分[1]。

放牧对青藏高原高寒草地的影响放牧是家畜在草地的一种牧食行为，是使人工管护下的草食动物在放牧地上采食牧草并将其转化成畜产品的一种生产方式。

而放牧家畜通过采食、践踏和排泄对草地产生影响，这些因素影响草地牧草的产量、品质和植物学组成，反之，这些因素又受草地牧草属性的影。

青藏高原是我国主要畜牧业基地，天然草地约115亿hm2 ，约占我国草地面积的30 %。

其中，高寒草甸草场约0.7亿hm2，约占青藏高原草地面积的49%。

草地资源丰富，草质柔软，营养丰富、具有高蛋白、高脂肪、高碳水化合物以及纤维素含量低，热值含量高等特点，是发展高原草地畜牧业的物质基础。

但是，由于长期对草地资源不合理的开发利用，超载过牧使生物多样性受到严重威胁，草地植物群落结构发生变化，优良牧草因丧失竞争和更新能力而逐渐减少，毒杂草比例增加，致使草地退化严重，据不完全统计，青藏高原约有0.45×108hm2退化草地，约占青藏高原草地总面积的1/3，其中严重退化的次生裸地——“黑土滩”，约占退化草地面积的16.5%，这已经威胁到当地的生态环境、生物多样性保护和畜牧业经济的发展。

一、放牧对草地微生物、植物生物量的影响（一）土壤微生物土壤微生物量碳作为土壤有机碳库中最活跃的部分，是土壤有机质和养分转化与循环的动力。

微生物量碳库的任何变化，都会对土壤碳、氮、磷等的植物有效性及陆地生态系统的物质循环产生深刻的影响。

土壤微生物量碳对环境变化极敏感，能够较早地指示生态系统的功能变化，可作为土壤质量和土壤总有机质变化的早期预测指标。

土地利用状况明显影响了土壤微生物量碳和有机碳的含量与分布，与未放牧样地相比，放牧样地的微生物量碳氮均有明显升高，地下线虫种群也发生明显变化，放牧对维持土壤营养物质的周转和生态系统的稳定有不可或缺的作用，而过度放牧不仅使土壤养分输出增加、土壤肥力下降，还会使整个草地生态系统的功能消失殆尽。

畜禽肥料的投入比化肥更能促进微生物量的成，土壤中枯枝落叶的加入能明显增加微生物量，土壤速效氮、全磷、缓效钾及PH值对土壤微生物量磷的直接影响较大，上层土壤全磷含量是促进土壤微生物量磷累积的重要因素。

考点地形对土壤的影响地形影响土壤的厚度、肥力、酸碱性等。

在植被一定的情况下，山地、丘陵等地形区水土流失较严重，土壤肥力会逐渐下降，如喀斯特地貌区土层薄，肥力差，极易出现石质荒漠化；平原区泥沙会逐渐沉积，有利于土壤肥力的保持。

地势起伏较大的地区的土壤厚度随着坡度的增大而减小，这与水土容易流失有关。

平原区泥沙会逐渐沉积，有利于土壤肥力的保持，河流冲积平原、河口三角洲和山麓冲积扇分布的地区往往土层深厚，土壤肥沃。

陡峭的山坡：地表物质迁移速度快，难发育深厚的土壤。

平坦的地方：地表物质的侵蚀速度慢，稳定的气候生物条件发育深厚的土壤。

阳坡：温度条件好，但蒸发旺，水分较差，阴坡反之。

【拓展提升】1．阅读图文材料，完成下列要求。

不同水热和地形条件下土壤发育情况不同。

研究人员在青海湖某支流上游（37°25'N，100°15'E）选取一处河谷开展实地测量研究。

该支流以大气降水补给为主，流域内多年平均降水量为370.3mm，主要集中在6～9月份，多年平均蒸发量为607.4mm。

研究人员在研究区内分别选取阳坡和阴坡各一处钻孔取样测量，左图示意不同坡向土壤有机碳含量垂直分布，右图示意两钻孔处土壤剖面。

（1）比较阴坡与阳坡有机碳含量垂直分布特点的异同。

（2）判断阴坡钻孔对应的土壤剖面，并说明判断理由。

【答案】（1）相同：均随土层深度增加而减小。

不同：阴坡比阳坡土壤有机碳含量高；阴坡随土层深度增加下降的幅度小于阳坡。

（2）乙土壤剖面。

该地降水少、集中在夏季，且蒸发量大，阴坡气温低，蒸发量小，水分条件好，生物量大，水分下渗多，土壤剖面的腐殖质层和淋溶淀积层比阳坡厚。

（或由图可知，阴坡土壤有机碳含量高，说明阴坡植被条件好，对应的土壤剖面枯枝落叶层和腐殖质层厚。

）【分析】（1）由图可知，越往地下，土壤阴坡与阳坡的有机碳含量都是越低。

不同点是同一深度，阴坡的有机碳含量高，阳坡的有机碳含量低。

离地面越近，土壤阴坡与阳坡的有机碳含量差异越小，随着深度的增加，差异增大（阴坡有机碳含量随土层深度增加下降的幅度较小，阳坡有机碳含量随土层深度增加下降的幅度较大）。