2026, Vol. 58
2. 四川省烟草公司攀枝花市公司, 四川攀枝花 617000;
3. 四川诚至诚烟草投资有限责任公司, 成都 611130;
4. 四川省烟草公司凉山州公司, 四川凉山彝族自治州 615050
土壤有机碳是维持土壤持水力、养分可利用性、粮食生产以及土壤食物网能源等土壤功能的核心。土壤有机碳含量不仅影响作物生产，其微小变化也会引起大气CO2浓度的显著变化。团聚体是土壤结构基本单元，在调节土壤通气性和保水性，以及减缓土壤侵蚀等方面具有重要作用[1-3]。其形成和稳定性受各种胶结物质的复杂作用影响，而土壤有机碳是影响大团聚体形成和稳定性的主要有机胶结物质[4-5]。不同组分有机碳所发挥的胶结作用功能不同，对团聚体稳定性影响差异明显。因此，关注土壤有机碳组分及其与团聚体的关系，对于土壤有机碳库的稳定性和指导农业生产具有重要意义[6]。
地形部位和土地利用方式的改变直接影响土壤理化性质[7]。其中，坡度和坡位是重要的地形因子，一方面可以通过影响植被分布和物种丰富度，影响土壤有机碳的输入和输出；另一方面，坡度和坡位可以通过调节地面水文情况以及土壤微生物活性来影响土壤有机碳的分布[8]。研究表明，土壤有机质含量随坡度增大而减小[9-10]；坡位变化显著影响土壤碳氮比，随坡位升高，土壤有机碳和全氮含量降低，但土壤碳氮比提高[11]。目前，较多研究集中于土壤有机碳变化对海拔、坡度、坡位等的响应或是以坡度、坡位为参照评估土壤侵蚀程度[12-13]。土壤活性有机碳组分对外界的响应较为敏感，然而，不同坡度和坡位是否也会影响土壤活性有机碳组分及土壤团聚体稳定性，目前尚不清楚。
作为四川烤烟的主产区，凉山烟区的烟田多沿山地分布，地形条件空间异质性显著，土壤有机碳含量和组分，以及团聚体组成和稳定性的变化对区域土壤肥力维持和烟叶生产质量带来的影响值得深入剖析。因此，本研究以凉山州典型植烟区紫色土为研究对象，探究坡度和坡位对山地紫色土有机碳与团聚体组成的影响，以期为四川山区烟田土壤肥力分区改良培肥提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 研究区概况研究区位于四川省西南部主要的优质烤烟产区凉山州会东县姜州乡，地理坐标为26°33′21′′N、101°29′05′′E，地表起伏大，地质结构复杂，地貌多样。该区域属于亚热带季风气候，干湿分明，日温差大，年温差小，年均气温16~17 ℃。土壤类型以紫色土为主，母质主要来源于侏罗系和白垩系紫色砂页岩，土壤酸碱度适中(pH 5.30~6.72)。
1.2 样品采集在会东县姜州乡以典型植烟区紫色土为研究对象，在同一植烟年限下进行样点布设，分别在不同坡位、不同坡度条件下布点采样，根据田块形状采用“S”法或五点法在同一采样单元内取5~8个土样构成一个混合土样，采集深度0~20 cm。地形条件依据野外调查实际情况，按照Qin等[14]的方法划分坡位为下坡位(距离坡顶大于2/3处及其以下的坡面)、中坡位(上坡位与下坡位之间的坡面部分)、上坡位(距离坡顶1/3处及其以上的坡面) 3个等级(图 1)。坡度等级参照邓欧平等[15]的方法，划分为 < 5°、5°~10°、10°~15°、15°~20°共4个等级，分别标记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。
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图 1 样品采集示意图 Fig. 1 Diagram of sampling |
土样采集完毕后，剔除异物与植物残体，置于阴凉通风处自然风干，待测。
1.3 分析测试方法土壤总有机碳(TOC)采用重铬酸钾外加热法测定[16]，可溶性有机碳(DOC)参考何玉亭[17]的方法测定，易氧化有机碳(ROC)采用高锰酸钾–分光光度计比色法测定[18]，颗粒有机碳(POC)通过粒径分级方法分离测定[19]；土壤团聚体组成参照张世祺等[20]的方法测定，团聚体稳定性采用团聚体平均重量直径(MWD)和 > 0.25 mm团聚体百分含量(R0.25)来评价，其中，MWD可反映土壤整体结构，而R0.25侧重水稳性，反映土壤抗侵蚀能力，将二者结合可更好地反映评估土壤团聚体稳定性。
1.4 数据处理与统计分析团聚体平均重量直径(MWD)、> 0.25 mm团聚体含量(R0.25)计算方法如下：
| $ {\text{MWD}} = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^n {(\bar{R}iwi)} }}{{\sum\limits_{i = 1}^n {wi} }} $ | (1) |
| $ R_{0.25}(\% ) = \frac{{M_{R>0.25}}}{{M_{\text{T}}}} \times 100 $ | (2) |
式中：
采用SPSS 27软件对土壤中各形态有机碳及团聚体数据进行统计分析，其中，组间差异显著性通过单因素方差分析进行检验，并利用LSD法进行多重比较；相关性分析采用Origin相关性reuse分析；图表制作使用Origin2019和Excel 2016完成。
2 结果与分析 2.1 坡度和坡位对土壤有机碳含量的影响如图 2所示，土壤总有机碳(TOC)含量呈随坡度增加而降低的趋势。在上坡位，TOC表现为随坡度增加逐渐降低，其中在0~5°坡度含量为9.91 g/kg。在中坡位，TOC在0~5°坡度内含量最高，达13.22 g/kg，5°~20°范围内变化不显著。而在下坡位，TOC在5°~10°坡度内含量最高，达8.96 g/kg。从不同坡位来看，TOC含量整体上表现为中坡位 > 上坡位 > 下坡位。结合坡位与坡度来看，坡度0~5°时，TOC在中坡位的含量(13.22 g/kg)明显高于上坡位(9.91 g/kg)和下坡位(8.57 g/kg)；坡度为5°~20°范围，中坡位与上下坡位间无显著差别。
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(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别表示坡度0~5°、5°~10°、10°~15°和15°~20°；图中小写字母不同表示同一坡位不同坡度间差异显著(P < 0.05)，大写字母不同表示相同坡度下不同坡位间差异显著(P < 0.05)；下同) 图 2 不同坡位和坡度土壤有机碳含量 Fig. 2 Soil organic carbon contents at different slope positions and slopes |
整体来看，土壤可溶性有机碳(DOC)含量在下坡位较高。在0~5°、5°~10°和15°~20°坡度下，不同坡位间土壤DOC含量都表现出下坡位 > 中坡位 > 上坡位的规律，即随着坡位下降，DOC含量增加，表现出积累效应。而在10°~15°坡度内，DOC则表现为中坡位 > 上坡位 > 下坡位。在上坡位，DOC在0~5°的含量小于5°~10°，在10°~15°的含量大于15°~20°，5°~15°坡度范围内差异不明显；而在下坡位，0~5°与5°~10°坡度范围内DOC含量最高，分别达49.27 mg/kg和48.10 mg/kg。
土壤易氧化有机碳(ROC)对坡度和坡位变化的响应不明显，ROC的变化整体来看无差异。
从不同坡度来看，土壤颗粒态有机碳(POC)含量总体呈随坡度增加而降低的趋势。但从不同坡位来看，POC的变化整体差异不显著。结合坡位与坡度来看，在0~5°坡度范围内，POC在中坡位含量最高(6.48 g/kg)，显著高于上坡位(4.04 g/kg)和下坡位(3.28 g/kg)；其他坡度范围内，POC在3个坡位间差异均不显著。
2.2 坡度和坡位对团聚体组成和稳定性的影响如图 3所示，在上坡位，> 2 mm粒径团聚体质量百分含量在坡度为0~5°时最高；1~2 mm粒径团聚体质量百分含量在坡度为5°~10°时最高；< 0.25 mm粒径团聚体质量百分含量在坡度为10°~15°时最高；而0.5~1 mm和0.25~0.5 mm粒径团聚体质量百分含量则在坡度为15°~20°时最高。在下坡位，> 2 mm和1~2 mm粒径团聚体质量百分含量在坡度为0~5°时最高；0.5~1 mm粒径团聚体质量百分含量在坡度为10°~15°时最高；0.25~0.5 mm和 < 0.25 mm粒径团聚体质量百分含量在坡度为15°~20°时最高。
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图 3 不同坡位和坡度土壤水稳性团聚体组成 Fig. 3 Compositions of soil water-stable aggregates at different slope positions and slopes |
在上坡位与下坡位中，> 2 mm粒径团聚体表现为随坡度增大含量降低；而在中坡位，不同坡度间则表现为5°~10° > 0~5° > 15°~20° > 10°~15°。总体上，当坡度增加，水稳性团聚体含量呈下降趋势，表明随着坡度的增加，土壤中大团聚体稳定性下降；并且，坡度对上坡位的土壤大团聚体影响最大，其稳定性在3个坡位中最低。
R0.25为土壤水稳性团聚体粒径 > 0.25 mm部分的含量，是土壤中具有良好结构的部分，R0.25越大，土壤结构越好。平均重量直径(MWD)表示土壤团聚体的团聚性，其值越大，说明土壤结构越稳定。由图 4可知，随坡度增加，土壤中R0.25与团聚体MWD均呈下降趋势；而从不同坡位来看，中坡位的R0.25与团聚体MWD整体上比上坡位和下坡位小，说明中坡位土壤的抗蚀性相对较差。
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图 4 不同坡度和坡位土壤团聚体稳定性 Fig. 4 Stability of soil aggregates at different slope positions and slopes |
结合坡位和坡度来看，在坡度为0~5°范围内，土壤中R0.25最高值出现在下坡位(56.19%)，高于上坡位(53.66%)与中坡位(49.71%)，差异不显著；在5°~10°坡度范围内，土壤中R0.25以中坡位最高(58.45%)，且显著高于上坡位(51.51%)和下坡位(47.85%)(P < 0.05)；在10°~15°坡度范围内，土壤中R0.25由高到低依次为上坡位(48.97%) > 下坡位(47.05%) > 中坡位(40.85%)，差异不显著；在15°~20°坡度范围内，土壤中R0.25由高到低顺序与10°~15°坡度一致，分别为上坡位(51.46%) > 下坡位(46.98%) > 中坡位(41.22%)。
对于土壤MWD，结合坡位与坡度来看，在0~5°、10°~15°和15°~20°坡度范围内，均表现为下坡位(1.38、1.04、1.02 mm) > 上坡位(1.21、0.93、0.98 mm) > 中坡位(1.16、0.91、0.94 mm)，坡位间差异均不显著；在5°~10°坡度范围内，不同坡位间表现为中坡位(1.32 mm) > 上坡位(1.20 mm) > 下坡位(1.05 mm)，且中坡位和下坡位间差异显著(P < 0.05。
2.3 团聚体与有机碳组成的相关性由图 5可知，坡位的变化与土壤DOC呈显著正相关(r=0.50，P < 0.05)，而坡度与TOC(r=–0.64)、POC (r=–0.50)和 > 2 mm粒径团聚体含量(r=–0.64)呈显著负相关(P < 0.05)，说明坡度和坡位的变化对土壤ROC以及 < 2 mm粒径团聚体的影响不大。土壤ROC与0.25~0.5 mm粒径团聚体呈显著负相关(r=–0.57，P < 0.05)，说明该粒径团聚体的变化可能会影响ROC的变化。此外，> 2 mm粒径团聚体与1~2、0.25~0.5、< 0.25 mm粒径团聚体存在显著相关关系，1~2 mm粒径团聚体与0.25~0.5 mm(r=–0.52)和 < 0.25 mm(r=–0.52)粒径团聚体呈显著负相关，说明不同粒径的团聚体间存在共变化。
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(*表示相关性达P < 0.05显著水平) 图 5 土壤有机碳与团聚体组成的相关性 Fig. 5 Correlations between soil organic carbon with aggregate compositions |
坡度和坡位是重要的地形因素，坡度能影响地表径流的流量和流速以及土壤含水量，从而影响侵蚀程度，是影响土壤水分梯度的关键[21]，从而造成土壤有机碳含量的差异。坡位可以通过影响坡体的水分条件、温度与植被类型，导致土壤侵蚀堆积发生，从而影响土壤有机碳含量。一般而言，坡位的增加也会使得太阳辐射增强，减弱水分对土壤的固持，导致土壤侵蚀堆积作用发生，将上坡位土壤有机碳转移至下坡位。彭晓滢等[22]的研究表明，下坡位土壤有机碳含量通常较上坡位高；赵明月等[23]的研究中发现，在小流域视角下，土壤有机碳含量和坡位呈负相关。不同坡度土壤有机碳含量出现差异主要是由于重力作用和土层厚度不同。本研究中，随着坡度增加，土壤TOC含量减少，且坡度相同时，中坡位的TOC含量最高，整体表现为中坡位 > 上坡位 > 下坡位。TOC受坡度和坡位影响，而DOC则受坡位影响较大，与钟兆全[24]的研究结果相似。坡体所受侵蚀程度随坡度增加而增大，侵蚀程度增大，导致水土流失加剧，土壤有机碳加速流失，其生物可利用性下降，致使土壤微生物分解其中的稳定态碳。此外，本研究中，中坡位TOC含量最高的原因可能是本研究区域为坡耕地，中坡位经过平整后产生了减缓坡度的效果，使得地表径流减缓，导致上坡位流失的TOC在中坡位沉积，另外重力和淋洗作用使得中坡位土层较厚，土壤有机质聚集，最终表现为有机碳含量在中坡位最大。下坡位土壤TOC含量最小，其原因可能是因为下坡位位于河谷底部，水分易积聚，影响土壤通气性，进而影响了微生物活性及有机碳转化过程。POC的含量在坡位上的表现与TOC一致，不仅是由于土壤团聚体在坡度减缓条件下沉积于中坡位导致二者含量最高，也可能是因为中坡位的植被生长条件优越，提供了大量的植物残体，为土壤POC提供直接来源；同时，中坡位土壤侵蚀作用弱于上坡位，使得POC不易流失；并且中坡位水热条件适宜，使得凋落物可快速破碎转化为POC而不过度矿化。土壤POC在下坡位的含量最低可能是因为下坡位处于河谷底部，在积水条件下形成了缺氧环境，使得好氧微生物活性低，植物残体难以分解为土壤POC，同时部分POC可能转化为DOC随水流失。
土壤团聚体是土壤结构的基本组成单元，土壤团聚体稳定性与土壤抗蚀性、肥力及有机碳封存关系密切。土壤团聚体含量与其稳定性关系显著[25]，和土壤可蚀性间存在显著的负相关性[26-27]。总体来看，随着坡度增加，土壤团聚体的MWD呈降低趋势，说明坡度与团聚体的稳定性呈负相关，其原因可能是因为坡度的增加使得地表径流的侵蚀搬运能力增强，地表径流对土壤颗粒的分散作用增强，使得土壤团聚体结构稳定性降低。大团聚体含量越高，土壤团聚体的稳定性越高，在不同坡位与坡度中，大团聚体含量越高的土壤中MWD越大。土壤有机碳是土壤团聚体的重要胶结物质，对土壤团聚体的组成和稳定性有重要影响[28-29]，在土壤有机碳含量较高的坡度和坡位的样点中，MWD相对较高，这与曹盛等[30]的研究结果一致。有研究发现，< 0.25 mm的微团聚体是土壤团聚体流失的主要部分，当坡位降低，侵蚀强度减弱，地表径流速度减慢，致使中下坡位沉积小颗粒团聚体[31-32]，小颗粒团聚体的含量增加使得大团聚体含量相对减少[33]。本研究发现，土壤水稳性团聚体中 > 2 mm的大团聚体含量表现出随坡位的上升而降低，这与冯晓彤等[34]的研究结果一致。造成该现象是因为随着坡位的上升，土壤受到的侵蚀加剧，上坡位的大团聚体因侵蚀而破碎成为微团聚体，通过搬运作用移动至下坡位，随后这些微团聚体通过有机质胶结作用重新团聚成为大团聚体[35]。同时，下坡位的R0.25与MWD整体上最大，说明下坡位具有较好的团聚体稳定性。其原因可能是因为降水、植被与重力作用等多种因素共同导致上坡位与中坡位土壤微团聚体、有机质等受到侵蚀与迁移，最终在下坡位聚集。
坡度越大，坡面受到水的侵蚀程度越大，从而会影响土壤团聚体的稳定性，微地形的不同致使土壤有机碳与土壤团聚体发生变化。不同坡位及坡度的土壤有机碳与土壤团聚体稳定性不同，可能是因为地形因子共同作用导致的小气候差异可影响土壤温度、含水量等因素，从而形成不同的小生境，导致不同坡位、坡度间土壤有机碳与团聚体分布不均。而土壤有机碳与土壤团聚体之间存在物理保护作用与化学保护作用，可防止其分解，同时，土壤有机碳与土壤团聚体的结合可增强团聚体的稳定性[36]。本研究中，DOC主要存在于0.5~1 mm粒径团聚体中，0.25~0.5 mm粒径团聚体主要影响ROC的变化，说明有机碳与团聚体二者之间相互关联，密不可分，二者之间的相互作用构成了土壤碳循环的物质基础[37]。
在山区紫色土烟草种植中，优化土壤有机碳含量和团聚体稳定性是提升土壤肥力、改善土壤结构、增强土壤抗侵蚀能力的关键，对烟草产量与质量的提升十分重要。可通过以下措施提高土壤有机碳含量，增强团聚体稳定性：①通过增施腐熟有机肥以及烟杆还田的同时配合施用腐解菌剂和采取轮作等方式提高土壤有机碳含量；②通过接种菌根真菌或施用功能菌剂的方式促进土壤团聚体形成，通过减少机械碾压、控制灌溉强度来减少对土壤团聚体的破坏。
4 结论土壤TOC与POC受坡度的影响显著，随着坡度增加，二者均呈下降趋势；中坡位的土壤TOC、POC、ROC最高。坡度和坡位共同作用对TOC和POC含量影响较大，DOC则受坡位影响较大。总体上，坡度能显著影响土壤有机碳及其组分，坡度越大土壤有机碳组分含量越低，中坡位经平整后利于土壤有机碳积累和稳定性提升。
坡度变化显著影响 > 2 mm水稳定性团聚体含量，随坡度增大，> 2 mm粒径团聚体含量呈增加趋势；土壤R0.25和MWD也随之降低，土壤结构趋于不稳定。坡位降低，> 2 mm粒径团聚体百分含量增加，下坡位和中坡位土壤具有更好的结构稳定性。平整耕作在增加土壤有机碳含量的同时提高有机碳活性组分占比，对改善凉山地区植烟紫色土肥力供应具有重要意义。
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