全球气候变化是全世界都在关注的重要问题^[1]，气候变化最主要的就是气温变化，温室效应便是气温变化的产物，其中CO₂对温室效应的贡献最大^[2]。CO₂可通过植物光合作用、根系分泌物以及凋落物等途径影响着土壤碳库^[3]。进而使得土壤碳储量变化以及碳库稳定性与全球气候变化进程息息相关。也有众多研究表明，土壤碳储量及稳定性易受生物、环境以及人为影响，如赵双等^[4]对草甸草原土壤碳储量进行研究，证明了真菌对有机碳储量有所影响；张敏等^[5]对太行山丘陵区核桃林土壤碳储量进行研究，表明了树龄对有机碳储量有显著影响；以及张笑蓉等^[6]对皖江经济带土壤碳储量的研究，揭示了人为活动对碳储量的影响。因此，开展土壤碳库稳定性及碳储量的研究对于科学评价土壤在应对气候变化中的作用、充分发挥土壤固碳功能具有重要意义。

土壤碳库包括土壤有机碳碳库和土壤无机碳库，其中土壤有机碳(SOC)作为土壤质量的一个重要指标，同时也是维持土壤生态系统碳平衡的关键因素^[7-9]。研究表明，SOC并非单一物质，而是由多种功能性碳组分组成^[10]，依据土壤中的稳定性差异是主要划分不同组分的方法，可以将土壤有机碳分为活性有机碳和惰性有机碳^[11]。活性有机碳主要用易氧化有机碳(ROC)、可溶性有机碳(DOC)以及微生物生物量碳(MBC)来表征，其易被矿化分解，对环境变化的响应更为敏感^[12-13]；惰性有机碳作为土壤有机碳库的稳定组分，通过在土壤中长期停留来提高粮食产量与土壤质量^[14-15]。ROC作为活性有机碳的组分，其在SOC库中更易被溶解、氧化，故对环境变化更为敏感，可以有效评价土壤质量变化^[16]；DOC作为活性有机碳最活跃的组分，是养分周转的桥梁^[17]，其通过影响土壤淋溶过程进而可以影响土壤碳库及其稳定性^[18]；MBC是SOC中最活跃的分子，生物酶对其影响较大，故在海拔较高，温度较低的流石滩并不适于研究。目前关于有机碳相关的报道主要集中在有机碳含量、组分、时空以及空间分布等方面，涉及对象更是有森林^[19-20]、农田^[21-22]、草地^[23]以及湿地等^[24]方面，但是关于流石滩的土壤系统资料仍较为缺乏，追其原因，主要还是因为高山流石滩大都分布于人迹罕至的4 000 m以上地带，为研究带来困难。高山流石滩作为生态脆弱敏感地带，是青藏高原高山山顶主要地貌，介乎于冰川与(林线)草线之间^[25]，植被类型以草地为主。处于生物圈与岩石圈的特殊地带，是具有代表性的典型高寒生态系统之一，是青藏高原气候变化敏感区域，在全国甚至全球都具有重要生态地位。因此，对高山流石滩的研究渐渐得到重视^[26-27]。近年来，随着全球变暖的加剧，使得高海拔区域近期升温趋势也在增加^[28]。高山流石滩因其特殊地理位置更是首当其冲受到影响。气候变暖可能会导致高山流石滩季冻土中封存的有机碳释放或以DOC，ROC形式与地表水或者地下水进行交换^[29]。且由于高山流石滩土壤浅薄及稳定性差^[26]，尤其是表层土壤有机碳更易流失，故在全球变化大背景下，高山流石滩土壤的研究意义重大。因此本研究试图在生态脆弱敏感地带的流石滩区域，开展不同海拔下表层土壤DOC，ROC、碳库稳定性及碳储量变化特征研究及土壤SOC，DOC的影响因素分析，旨在为后续复杂地形寒区SOC的稳定性研究提供一定的科学理论参考。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

研究区位于藏东南色季拉山，地处藏东南雅鲁藏布江大峡谷西北侧，喜马拉雅山脉东部属念青唐古拉山脉，地理坐标29.10°—30.15°N，93.12°—95.35°E，海拔4 700 m。主要受到暖季风影响，使得研究区气候具有冬温夏凉、干湿季分明的特点，冬春少雨，夏秋雨丰^[30]，年均降水量在650~1 134 mm，蒸发量554 mm，年空气平均相对湿度60%~80%，以山地棕壤和酸性棕壤为主。流石滩则位于色季拉山海拔4 300~4 700 m，在4 300 m，4 400 m两个海拔主要植被为灌木及草甸，4 500~4 700 m主要植被类型为草甸，具体情况如表 1所示。

1.2 试验设计

试验于2021年8月中旬进行，共选取5个海拔，即在色季拉山海拔4 300—4 700 m范围选择典型具有代表性样点，记录其海拔、地理坐标，后采集土壤土样，按照典型选样方法，每100 m一个梯度，沿不同海拔梯度分别选取样点，为保证样点具有典型性，各样点间坡向、坡位等因素均一致，每个样点按照五点法设置，采集0—15 cm表土层环刀(100 cm³)土3个和原状土1 kg，环刀土带回实验室，用于测定土壤容重、含水率、孔隙度以及干湿密度；原状土则带回实验室将各个样地的土样剔除杂草、植物根系和碎石等杂质，用于土壤团聚体状况、有机质以及土壤组分。

1.3 指标测定与计算方法

土壤容重采用环刀法测定^[31]，土壤孔隙度、含水量、密度采用环刀法和浸水法测定^[32]；土壤团聚体采用干筛法；(SOM)采用重铬酸钾—外加热法测定^[33]；ROC含量采用KMnO₄氧化比色法测定^[34]；DOC采用去离子水浸提法测定^[35]；DOCS，SOCS以及RIC可通过计算得出^[36]。

土壤物部分理化性质计算公式为：

$ \text { 土壤容重 }\left(X_0\right)=\frac{\text { 干土重 }(g)}{\text { 体积 } / \mathrm{cm}^3}-\frac{g \times 100}{V \times(100+W)} $

(1)

$ \text { 土壤含水量 }\left(X_1\right)=\frac{\text { 原土质量一烘干质量 }}{\text { 烘干土质量 }} \times 100 \% $

(2)

式中：g表示环刀内湿样重; V表示环刀内容积; W表示样品内含水百分数(g/cm³)。

$ \text { 土壤孔隙度 } X_2=\left(1-\frac{X_0}{\text { 土壤比重 }}\right) \times 100 \% $

(3)

$ \text { 团聚体质量分数 }(X)=\frac{M_i}{M_T} \times 100 \% $

(4)

式中：土壤比重取其平均值2.65 g/cm³; X₀表示土壤容重; M_i为直径i mm水稳性团聚体质量(g); M_T为团聚体总质量(g)。

土壤有机碳及相关指标计算公式为：

$ \mathrm{DOCS}=\Sigma(\mathrm{DOC} \times \mathrm{BD} \times 0.15 \mathrm{~m}) $

(5)

$ \mathrm{SOCS}=\sum(\mathrm{SOC} \times \mathrm{BD} \times 0.15 \mathrm{~m}) $

(6)

$ \mathrm{RIC}=1-\mathrm{DOCS} / \mathrm{SOCS} $

(7)

$ \alpha=\mathrm{DOC} / \mathrm{SOC} $

(8)

$ \beta=\mathrm{ROC} / \mathrm{SOC} $

(9)

式中：DOCS为DOC储量(g/m²); SOCS为SOC储量(g/m²); DOC表示表层土壤DOC含量(mg/kg); SOC为表层土壤DOC含量(mg/kg), 0.15 m为土层厚度(m); RIC为表层土壤碳库稳定性, 表层土壤碳库稳定性RIC的取值范围为0~1, RIC值越接近1, 表示土壤碳库越稳定; α为可溶性有机碳(DOC)在土壤有机碳(SOC)的占比; β为易氧化有机碳(ROC)在土壤有机碳(SOC)的比例^[18]。

1.4 数据处理与统计方法

对本研究的数据首先采用Excel 2016进行整理，其次通过SPSS 23.0软件进行基本统计学分析，以及Canoco 5.0和Origin 2022b进行作图。主要采用SPSS 23.0进行单因素方差分析(one-way ANOVA)LSD法多重比较检验不同处理间差异显著性(p＜0.05)以及逐步回归分析；主要采用Origin 2022b进行Pearson相关分析法进行双尾检验确定显著性；主要采用Canoco 5.0进行冗余分析确定因子解释量。

2 结果与分析 2.1 流石滩土壤部分物理性质空间分布特征

由表 2可知，土壤容重的平均值变化范围为1.09~1.56 g/cm³，且与海拔大体呈负相关，即随着海拔升高土壤容重呈减小趋势，这是因为随着海拔的升高，冻融侵蚀加剧，且在山顶达到最大值，故土壤由紧实逐渐转变为松散，容重逐渐减小；土壤含水率的平均值变化范围为40.39%~74.22%，土壤孔隙度的平均值变化范围为41.24%~58.70%，且均与海拔呈正相关，即随着海拔升高土壤含水率与土壤孔隙度均呈增大趋势，这是因为松散的土壤，土壤潜在肥力较高，孔隙变大^[37]；土壤密度的平均值变化范围为0.67~1.12 g/cm³，且与海拔呈负相关，即随着海拔升高土壤密度呈减小趋势，这是土壤密度与土壤矿物组成和有机质组成有关，大团聚体(＞0.25 mm)质量百分数的平均值变化范围为75.93%~90.72%，且与海拔大体呈正相关，即随着海拔升高，大团聚体(＞0.25 mm)质量百分数呈增加趋势；小团聚体(＜0.25 mm)质量百分数的平均值变化范围为9.28%~24.08%，且与海拔呈负相关，即随着海拔升高，小团聚体(＜0.25 mm)质量百分数呈减小趋势，这是因为团聚体作为土壤结构的基本组成单元，与土壤质量息息相关。

2.2 流石滩土壤DOC，ROC空间分布特征

由图 1可知，DOC与ROC与海拔有一定的相关性，即均随海拔升高而呈现出波动变化趋势且DOC与ROC均在4 600 m达到最大值，分别为422.16 mg/kg，38.67 mg/kg，二者随海拔的变化均表现为4 600 m＞4 400 m＞4 700 m＞4 500 m＞4 300 m。DOC含量的变化范围55.69~422.16 mg/kg，ROC含量的变化范围8.29~38.67 mg/kg。

由表 3可知，SOC与海拔具有一定的相关性，即SOC随着海拔高度的变化而变化，具体表现4 600 m＞4 700 m＞4 500 m＞4 400 m＞4 300 m，即在4 600 m达到最大值69.534 g/kg；4 400 m海拔土壤α和β值明显高于其他海拔，土壤α值随海拔具体表现为在4 400 m达到最大值0.621%，变化趋势是4 400 m＞4 600 m＞4 500 m＞4 700 m＞4 300 m；土壤β值随海拔具体表现为在4 400 m达到最大值0.086%，变化趋势为4 400 m＞4 500 m＞4 700 m＞4 600 m＞4 300 m。

2.3 DOC，ROC在总有机碳比例及表层土壤碳储量、碳库稳定性分析

由表 4可知，流石滩表层土壤DOCS与SOCS差异较大，其分布范围分别在13.882~76.961 g/m²，4.281~12.091 kg/m²之间，平均值分别为40.779 g/m²，8.105 kg/m²。RIC范围在0.992~0.997之间，平均值为0.995。从各指标变异系数来看，DOCS的变异系数最大，RIC在各海拔间均接近1，由上述土壤有机碳及其相关指标可知，流石滩表层土壤碳库性极为稳定。

2.4 流石滩土壤的有机碳组分影响因子分析

为研究色季拉山流石滩土壤的ROC与DOC与各因子的相互影响程度，现剔除一些相关性很强的指标，对其余指标进行相关性分析。由图 2可知，DOC与土壤容重以及密度呈负相关，但DOC与土壤理化性质均不显著(p＞0.05)，仅与RIC显著相关(p＜0.01)；ROC与土壤容重以及密度呈极显著负相关(p＜0.01)，同时与SOC以及DOC呈显著正相关(p＜0.05)，这说明土壤容重与密度越小，土壤孔隙度、SOC以及DOC越大，ROC也越大。同时，从色季拉山流石滩土壤碳储量与各因子之间相互影响的相关性可知，RIC则与DOC呈显著负相关(p＜0.05)。这说明土壤碳库稳定性主要取决于可溶性有机碳及其相关因子。

由于Pearson相关分析法并不能确定各因子间是否有共线性，故本文采用逐步回归分析法来判断各因子间是否有共线性，结果见表 5。根据对DOC的逐步回归分析可知，输入变量为RIC和SOC，且二者显著性均小于0.01，共线性VIF也均小于10，可认为这两变量共线性较小，结果较为理想，逐步回归方程为：DOC=49 358.67-49 547×RIC+3.588×SOC；根据对DOC的逐步回归分析可知，输入变量为土壤密度，显著性小于0.01，共线性也小于10，可认为此变量共线性较小，结果较为理想，逐步回归方程为：ROC=59.156+38.576×土壤密度。

综上所述，从DOC，ROC与各因子间的相关性分析结果中，仅可得出彼此间存在简单的相关关系，而缺乏较为详细的定量描述，而为了更好的研究各因子对流石滩土壤的DOC与ROC解释程度，避免因仅用简单分析得出的相关性而引起错误判读，故对流石滩土壤的有机碳组分与各因子进行冗余分析，从而对DOC，ROC与各因子间的关系进行定量描述。

由图 3可知，土壤含水率、孔隙度、密度、SOC，DOC/SOC，ROC/SOC，SOCS，DOCS能很好地解释DOC的变化，其中，土壤含水率、孔隙度、SOC，DOC/SOC，SOCS，DOCS与DOC呈正相关，而土壤密度、ROC/SOC与DOC呈负相关；土壤含水率、孔隙度、密度、SOC，DOC/SOC，SOCS，DOCS能很好地解释ROC的变化，其中，土壤含水率、孔隙度、SOC，DOC/SOC，SOCS，DOCS与ROC呈正相关，而土壤密度与ROC呈负相关。总体上，各因子对色季拉山流石滩土壤DOC和ROC变化的解释贡献率排序大小为：DOCS＞土壤孔隙度＞ROC/SOC＞土壤含水率＞SOC＞SOCS＞DOC/SOC＞土壤密度，其中DOCS、土壤孔隙度与ROC/SOC占因子总解释量的75.5%，而土壤容重和RIC并不能解释DOC与ROC，故未出现在图中。

3 讨论与结论 3.1 讨论

土壤物理性质是衡量土壤质量一种重要方式，其主要包括容重、含水率等^[38]，海拔往往通过影响温度、降水等来影响土壤性质^[39]。本研究过程中发现土壤容重与海拔呈负相关，即随着海拔升高土壤容重呈减小趋势，土壤含水率与土壤孔隙度与海拔呈正相关，即随着海拔升高土壤含水率与土壤孔隙度均呈增大趋势，说明随着海拔的升高，冻融侵蚀加剧，且在山顶达到最大值，故土壤由紧实逐渐转变为松散，容重逐渐减小，故呈现出此结果，这与以往大多数研究结果相符^{[38, 40]}。同时大团聚体质量百分数与海拔呈正相关，小团聚体质量百分数与海拔呈负相关的这一结论也恰恰验证了这一观点。

SOC可提供土壤养分，改善土壤结构，是决定土壤质量的重要指标^[41]。本研究发现在海拔4 300~4 600 m时SOC与海拔呈正相关，即在海拔4 600 m时SOC达到最大值，这与陈曦等^[42]人研究结论相符，而在4 700 m时SOC含量有所下降，这可能与山顶植被减少，大量土壤裸露，致使冻融侵蚀加剧，导致有机碳流失有关，而在祁连山^[43]、戴云山^[44]以及江西官山常绿阔叶林^[45]虽也均出现了SOC含量随海拔升高呈现先升高后降低的变化，但这可能与随着海拔增加林分密度减小有关，与冻融并无关系。土壤DOC含量主要来源有两个方面，一方面是有机质直接溶解，另一方面是土壤微生物生命活动^[46]，ROC则主要受到植被凋落物以及根系分泌物影响^[47]。本研究过程中发现，DOC含量与海拔无明显关系，这与刘雅洁等^[48]人研究结论相符，而ROC与DOC含量变化相一致，而周炎等^[49]人研究也表明了ROC与DOC含量变化趋势一致。

有研究表明，可溶性有机碳(DOC)在土壤有机碳(SOC)的占比，与土壤有机碳的稳定性及淋溶情况有关，其值越大，则土壤有机碳的活性越大，被淋溶、风蚀的强度越大^[50]；而易氧化有机碳(ROC)在土壤有机碳(SOC)的占比可反应土壤活性，其值越大，则土壤碳活性越大，稳定性越差^[51]。本文中α(DOC/SOC)和β(ROC/SOC)与海拔并没有明显相关性，这与秦纪洪等^[52]对川西亚高山—高山土壤表层活性有机碳比例，以及加鹏华等^[53]对太行山的研究结论相同。

土壤活性有机碳作为土壤养分迁移的重要载体^[54]，常随总有机碳含量变化而变化^[55]。本研究通过对活性有机碳和土壤因子进行相关性研究发现ROC与土壤容重、孔隙度以及土壤DOC存在极显著关系，与SOC，SOCS，DOCS存在显著性关系，而ROC与DOC存在极显著正相关，这是由于各活性有机碳组分之间关系密切，共同影响土壤中有机碳的周转与功能发挥，这也与刘雅洁等^[48]人研究结论相符。冗余分析结果表明DOC和ROC可被不同因子较好解释，DOC，ROC与含水率呈正相关，这与黄斌等^[56]研究结果大致相同。

3.2 结论

(1) 土壤容重、含水率、孔隙度以及密度的各海拔平均值变化范围分别为1.09~1.56 g/cm³，40.39%~74.22%，41.24%~58.70%以及0.67~1.12 g/cm³，其中土壤容重、密度与海拔呈负相关，土壤含水率和孔隙度与海拔呈正相关。

(2) SOC含量随海拔升高呈现先升高后降低趋势，DOC，ROC与海拔有一定的相关性，表现为随海拔升高而呈现出波动变化趋势，且在4 600 m达到最大值。其含量的变化范围分别为55.69~422.16 mg/kg，8.29~38.67 mg/kg；DOC/SOC与ROC/SOC均在4 400 m达到最大值。

(3) DOCS平均值为40.779 g/m²，SOCS平均值为8.105 kg/m²，RIC均值为0.995，可见流石滩土壤碳库稳定性较好。

(4) 从DOC，ROC与因子相关性分析以及逐步回归分析来看，DOC与物理性质不相关，但与RIC，SOC有一定相关性；ROC则与物理性质和SOC及其相关因子均有一定的相关性；从DOC，ROC与因子之间进行冗余分析来看，各因子对色季拉山流石滩土壤DOC和ROC变化的解释贡献率排序大小为：DOCS＞土壤孔隙度＞ROC/SOC＞土壤含水率＞SOC＞SOCS＞DOC/SOC＞土壤密度，其中DOCS，土壤孔隙度与ROC/SOC占因子总解释量的75.5%。