土壤碳库是地球表层系统中最大且周转速度最慢的碳库, 包括有机碳库和无机碳库^[1].而农田土壤碳库是土壤碳库中最为活跃的部分, 且是唯一在较短时间尺度上受人类活动调节和干扰的碳库^[2].农业生产向人类提供了一个减少大气碳排放的潜在机制, 对温室气体的减排具有重要作用, 农田土壤碳库已成为应对全球气候变化研究的热点领域^[3].在人类活动及各环境因子间的交互作用下, 土壤性质发生变化, 进而影响农田土壤碳库的迁移与转化^{[4, 5]}.因此, 研究不同连作年限土壤碳库在环境因子的影响下呈现何种分异规律具有重要意义.

目前, 国内外学者对农田土壤碳库特征及其影响因素进行了深入研究, 取得一定成果.研究多集中于湿润、半湿润地区森林、草地、湿地、农田等不同生态系统土壤有机碳库特征^{[6, 7]}, 对干旱、半干旱地区土壤碳库尤其是绿洲农田生态系统土壤碳库关注较少.研究多从不同土地利用方式、不同土壤类型等角度分析了土壤有机碳库特征及其与理化因子的关系, 但较少涉及不同连作年限土壤有机碳、无机碳含量及其与环境因子的关系.

干旱生态系统占陆地生态系统总面积的47%, 是全球“碳失汇”的1/3^[8].塔里木盆地北缘绿洲属极端干旱区, 植被覆盖率低, 生物链简单, 是典型的生态环境脆弱带^{[9, 10]}.大规模人类开发利用使区域水土资源的时空分布发生变化, 耕作、灌溉、施肥等农业活动使原始荒漠土壤逐步演变为绿洲耕作土壤, 绿洲面积增大, 绿洲土壤碳库发生变化^[11~15].以棉花为主的单一种植结构加之原本脆弱的生境加大了土壤系统的负荷.因此, 在小尺度范围内研究土壤碳库与环境因子的互动关系, 对揭示干旱区碳库平衡转化机制、调控区域碳平衡具有重要意义.本研究以塔里木盆地北缘绿洲阿拉尔垦区为靶区, 探讨不同连作年限棉田土壤有机碳、无机碳含量特征及其与环境因子的相关关系, 以期为全面了解塔里木河上游绿洲农田土壤固碳潜力, 提升小尺度内的碳汇功能提供理论依据.

阿拉尔垦区位于新疆天山中段南麓(40°22′~41°57′N, 80°15′~81°38′E).东西宽约281 km, 南北长约180 km, 地势由西北向东南倾斜.平均海拔1 000 m, 属暖温带干旱荒漠气候, 年平均气温12.4℃, 年平均日照时数2 729 h.年平均降水量40.1~82.5 mm, 年平均蒸发量为1 876.6~2 558.9 mm, 雨量少, 蒸发强.土壤母质以棕漠土为主, 是重要的棉花生产基地.

野外土样采集于2015年7月进行, 采样点集中于阿拉尔垦区农一师十二团, 采样前研究区20 d内无降水, 农田12 d内无灌溉.棉花品种均为‘新陆早38号’, 灌溉(滴灌)、施肥由当地兵团统筹管理, 棉花秸秆粉碎还田.样区的耕作方式为传统耕作, 栽培模式均为一膜六行, 行间距均为(12+66+12+66+12) cm, 理论株数为22.5万株·hm^-2.在样区内选择海拔高度相同、地理位置相近、土壤性质一致的5种主要土壤类型, 共采集5种类型的土壤样品, 即0年(0 a)棉田(荒草地)、5年(5 a)棉田、10年(10 a)棉田、20年(20 a)棉田和30年(30 a)棉田.不同连作棉田土壤样品以空间代替时间序列法采集, 每种连作年限棉田分别选取5个典型样方, 各样方按S型布设5个样点后采集表土层(0~20 cm)、心土层(20~50 cm)、底土层(50~80 cm)土样, 去除植物根系和石块后, 将每层土样充分混匀并用四分法取500 g.野外采集的75份土样带回实验室后立即进行风干, 待土样完全干燥后将土壤过孔径1 mm筛(分析测量时依测定指标过不同规格的筛), 放入密封袋中保存.

有机碳含量测定采用重铬酸钾稀释热法^[16], 具体方法:称取0.5 g土壤样品于500 mL的三角瓶中, 加入1 mol·L^-1(1/6 K₂Cr₂O₇)溶液10 mL于土壤样品中, 转动瓶子使之混合均匀, 加浓H₂SO₄ 20 mL, 将三角瓶缓缓转动1 min, 促使混合以保证试剂与土壤充分作用, 并在石棉板上放置约30 min, 加水稀释至250 mL, 加3~4滴邻啡罗啉指示剂, 用0.5 mol·L^-1 FeSO₄标准溶液滴定至近终点时溶液颜色由绿变成暗绿色, 逐渐加入FeSO₄直至生成砖红色为止.

无机碳含量测定采用快速滴定法^[16], 具体方法:称取5 g土壤样品于100 mL高型烧杯中, 加入20 mL盐酸标准溶液, 用玻璃棒搅拌驱除产生的CO₂, 冷却后转入100 mL容量瓶中, 用冷水冲洗土样及烧杯5~6次, 加水定容摇匀.吸取50 mL清液于150 mL三角瓶中, 加两滴酚酞指示剂, 用氢氧化钠标准溶液滴定至近终点颜色为明显的红色.

土壤理化因子包括全氮、速效磷、速效钾、土壤含水量、pH值、电导率.实验方法^[16]为:全氮采用半微量凯氏法; 速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法; 速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度计法; 土壤含水量采用烘干法; pH值采用电位法; 电导率采用电导法.

土壤酶因子包括过氧化氢酶活性、磷酸酶活性、蔗糖酶活性、脲酶活性.实验方法为^[37]:高锰酸钾滴定法、磷酸苯二钠比色法、3, 5-二硝基水杨酸比色法、苯酚钠-次氯酸钠比色法.

利用SPSS 19.0软件对数据进行统计分析, 采用单因素方差分析和多重比较(LSD), 分析不同连作年限土壤有机碳、无机碳含量差异(显著性水平为P=0.05);运用冗余分析(Canoco 4.5), 研究土壤有机碳、无机碳含量与影响因子之间的相关性; 运用通径分析(SPSS 19.0)了解主要影响因子对于土壤有机碳、无机碳含量的通径影响, 有助于深入理解土壤碳库与环境因子间的相互关系.

阿拉尔垦区5种不同连作年限土壤有机碳、无机碳含量分布特征如图 1所示.绿洲农田土壤有机碳各年限各土壤在0~20 cm土层均最高, 分别为1.56、2.87、4.67、4.83、3.63 g·kg^-1; 连作10 a、30 a棉田在50~80 cm土层有机碳含量略高于20~50 cm; 其余连作年限土壤有机碳含量随土层深度递减.无机碳含量各连作年限各土层无明显差异, 均为先增加后降低.可见, 不同连作年限的土壤有机碳、无机碳含量在各土层的分布格局不同.

图 1

Fig. 1

小写字母为土壤有机碳、无机碳含量在同一土层不同连作年限间多重比较; 大写字母为有机碳、无机碳含量在同一连作年限不同土层间多重比较 图 1 土壤有机碳、无机碳含量分布特征 Fig. 1 Characteristics of soil organic carbon and soil inorganic carbon distribution

土壤有机碳、无机碳含量在同一土层各连作年限间的分布也有一定差异性. 0~20 cm土层与20~50 cm有机碳随连作年限增加, 先增加后降低, 均为20 a最高, 达4.83 g·kg^-1与3.39 g·kg^-1, 显著高于其他连作年限; 50~80 cm有机碳含量在10 a达最大值3.58 g·kg^-1.而无机碳则是先逐渐降低后逐渐升高, 其含量顺序为10 a年限 < 20 a年限 < 5 a年限 < 0 a年限 < 30 a年限.

不同连作年限棉田土壤碳库与环境因子呈现一定的变化规律(0 a为荒草地在此仅作参考不作具体分析). 0~20 cm土层在连作5~20 a, 速效钾、速效磷、磷酸酶活性、蔗糖酶活性、脲酶活性先逐渐增大, 后逐渐降低; 不同年限连作棉田土壤含水量存在显著性差异, 其中30 a土壤含水量最高, 显著高于5 a, 其他各年限间土壤含水量无显著性差异; 全氮、pH值、电导率在各年限间不存在显著性差异; 磷酸酶活性、蔗糖酶活性、脲酶活性表现为增大后降低; 过氧化氢酶在各连作年限无显著差异. 20~50 cm土层中, 各土壤理化因子在不同连作年限间变化较小, 全氮、土壤含水量、电导率均在5、10、20、30 a中无显著性变化; 速效钾、速效磷含量随年限变化呈先升高后降低; 而pH值随着棉田连作年限的增加却表现为先降低后增加的趋势; 土壤酶因子表现为过氧化氢酶活性、磷酸酶活性、脲酶活性无显著性差异, 5 a与10 a蔗糖酶活性存在显著差异. 50~80 cm土层中, 20 a中速效钾含量达最大值238.27 mg·kg^-1, 于30 a达最小值; 磷酸酶活性在5 a中最低, 10 a最高.速效磷含量在各年限中的分布先增加后减少; 该土层的全氮与土壤含水量、过氧化氢酶活性、脲酶活性在不同连作年限中均保持稳定水平; pH值与电导率值的最高值均出现在5 a中(表 1).

表 1 (Table 1)

表 1 环境因子特征分析1) Table 1 Characteristic analysis of environmental factors 环境因子 连作年限/a 土层深度/cm 0 5 10 20 30 0~20 138.34Ab 171.31Aab 214.29Aa 226.32Aa 139.48Ab 速效钾/mg·kg-1 20~50 142.08Ab 161.95Aab 221.42Aa 225.24Aa 137.24Ab 50~80 140.38Abc 174.86Aabc 214.70Aab 238.27Aa 127.24Ac 0~20 4.72Ab 15.95Aab 21.76ABab 33.49Aa 23.78Aab 速效磷/mg·kg-1 20~50 4.30Ab 16.61Aab 26.83Aa 21.79ABa 19.72Aa 50~80 4.18Ab 3.46Bb 12.17Bab 8.53Bb 20.35Aa 0~20 2.79Aa 0.65Ab 0.54Ab 0.77Ab 0.84Ab 全氮/g·kg-1 20~50 2.52Aa 0.84Ab 0.79Ab 0.72Ab 0.51ABb 50~80 2.41Aa 0.54Ab 0.61Ab 0.69Ab 0.38Bb 0~20 7.80Ac 18.38Ab 23.93Aab 20.65Ab 28.60Aa 土壤含水量/% 20~50 10.88Ab 19.16Aab 23.76Aa 18.99Aab 21.96Aa 50~80 10.80Aab 26.81Aa 24.38Aab 18.72Aab 23.89Aab 0~20 8.56Aa 8.23Ab 8.18Abc 8.07Bc 8.23Ac pH值 20~50 8.59Aa 8.32Ab 8.15Abc 8.05Bc 8.13Abc 50~80 8.61Aa 8.40Aab 8.15Ab 8.23Ab 8.16Ab 0~20 1 200Aa 1 287Aa 859.20Aa 1 045.80Aa 1 199Aa 电导率/mS·cm-1 20~50 1 206.00Aa 909.40Aa 804.80Aa 769.00Aa 879.24Aa 50~80 1 091.60Aab 1 589.20Aa 848.80Aab 613.30Ab 1 090.59Aab 0~20 4.81Ac 20.90Ab 25.41Aa 22.51Aab 22.56Aab 过氧化氢酶活性mL·g-1 20~50 4.54Ab 18.56Aa 23.16Aa 20.01Aa 21.74Aa 50~80 4.28Ab 19.55Aa 21.66Aa 22.34Aa 22.11Aa 0~20 0.10Ab 0.10Ab 0.47Aba 0.52Aa 0.10Ab 磷酸酶活性/mL·g-1 20~50 0.09Ac 0.32ABb 0.49Aa 0.45ABab 0.40Aab 50~80 0.09Ab 0.27Ba 0.35Ba 0.35Ba 0.41Aa 0~20 0.67Ac 13.75Aabc 31.92Aab 45.91Aa 0.57Ac 蔗糖酶活性/mL·g-1 20~50 0.61ABc 6.26ABbc 36.22Aa 24.68Aab 17.31Aabc 50~80 0.59Bb 4.54Bab 18.17Aa 15.84Aa 14.36Aab 0~20 0.15Abc 0.17Aab 0.15Abc 0.22Aa 0.15Abc 脲酶活性/mL·g-1 20~50 0.14Ba 0.14Aa 0.20Ba 0.18Aa 0.23Aa 50~80 0.14Bab 0.04Bab 0.09Aab 0.12Aab 0.20Aa 1)小写字母为环境因子在同一土层不同连作年限间多重比较; 大写字母为环境因子在同一连作年限不同土层间多重比较

表 1 环境因子特征分析1) Table 1 Characteristic analysis of environmental factors

不同连作年限土壤环境因子在不同土层深度也呈现出相应的变化规律.速效钾、土壤含水量、电导率、过氧化氢酶活性在各模式3层土中均无显著差异性; 速效磷含量在5 a、10 a表现为：20~50 cm>0~20 cm>50~80 cm, 20 a中表现为随土层深度增加呈递减趋势, 30 a各土层速效磷含量差异不显著; 全氮含量仅在30 a限棉田的0~20 cm、50~80 cm土层呈现出显著差异性; 20 a的pH值在50~80 cm土层显著高于0~20 cm和20~50 cm, 其他连作年限各土层的pH值无显著差异性; 磷酸酶活性在5 a和20 a土层0~20 cm和50~80 cm差异显著, 10 a各土层差异显著, 30 a无显著差异; 蔗糖酶活性0 a和5 a在0~20 cm、50~80 cm差异显著, 其他年限无显著差异; 脲酶活性在0 a和5 a各土层差异显著, 10 a各土层差异显著, 20 a与30 a差异不显著(表 1).

对10种土壤环境因子进行RDA后, 可得出其对土壤碳库特征的解释量.棉田碳库特征在第Ⅰ轴、第Ⅱ轴的解释量分别75.0%和89.2%, 累计解释棉田碳库特征信息量为84.1%, 对棉田土壤碳库与环境因子关系的累计解释量已高达100%, 由此可知前两轴能够很好地反映土壤碳库和环境因子的关系, 且主要是由第Ⅱ轴决定.

图 2为棉田土壤碳库和土壤影响因子二维排序.在排序图中, 棉田碳库特征用实线实心箭头表示, 理化因子、酶因子用实线空心箭头表示; 箭头的长短表示解释量的大小, 箭头连线越长解释量越大, 反之, 则越小; 箭头与排序轴的夹角表示相关性的大小, 夹角越小, 相关性越大.从图 2中可以看出, 在所有的影响因子中土壤含水量、过氧化氢酶活性、磷酸酶活性、蔗糖酶活性箭头连线最长, 可知其对棉田土壤碳库特征变异起到很好的解释.有机碳含量与速效钾、速效磷、土壤含水量、过氧化氢酶活性、磷酸酶活性、蔗糖酶活性显著相关.而无机碳含量与速效磷、脲酶活性相关性最大.

图 2

Fig. 2

A.有机碳; B.无机碳; a.速效钾; b.速效磷; c.全氮; d.土壤含水量; e. pH; f.电导率; g.过氧化氢酶活性; h.磷酸酶活性; i 蔗糖酶活性; j.脲酶活性 图 2 土壤有机碳、无机碳含量-环境因子相关性的RDA二维排序 Fig. 2 Two dimensional ordination diagram of redundancy analysis of soil organic carbon and soil inorganic carbon with environmental factors

经冗余分析得土壤环境因子影响程度大小排序(表 2), 其重要性排序依次为:磷酸酶活性>pH值>蔗糖酶活性>过氧化氢酶活性>全氮>速效磷>速效钾>土壤含水量>脲酶活性>电导率.其中, 磷酸酶活性、pH值、蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、全氮、速效磷、速效钾对土壤碳库的影响极显著(P＜0.01).解释量分别为: 67.6%、66.5%、61.0%、51.7%、48.4%、44.3%、35.8%, 说明磷酸酶活性、pH值、蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、全氮、速效磷、速效钾是影响绿洲农田土壤碳库的主要影响因子.

表 2 (Table 2)

表 2 环境因子解释的重要性和显著性检验结果 Table 2 Importance sequencing and Duncan's test of environmental factors 指标 重要性排序 环境因子解释量 F P 磷酸酶活性 1 0.676 27.066 0.002 pH值 2 0.665 26.853 0.002 蔗糖酶活性 3 0.610 20.853 0.002 过氧化氢酶活性 4 0.517 13.913 0.002 全氮 5 0.484 12.203 0.002 速效磷 6 0.443 10.332 0.002 速效钾 7 0.358 7.247 0.002 土壤含水量 8 0.325 6.252 0.18 脲酶活性 9 0.258 4.522 0.040 电导率 10 0.105 1.526 0.236

表 2 环境因子解释的重要性和显著性检验结果 Table 2 Importance sequencing and Duncan's test of environmental factors

阿拉尔垦区有机碳含量受到多种因素的共同影响, 因此采用通径分析综合研究各要素对土壤有机碳、无机碳含量的影响.直接通径系数反映各主要土壤理化因子, 土壤酶活性直接影响土壤有机碳、无机碳含量作用的大小, 而间接通径系数反映某一因子通过作用于其他因子对土壤有机碳、无机碳含量产生的间接影响程度^[17].

如表 3所示, 经冗余分析可知速效钾、速效磷、土壤含水量、过氧化氢酶活性、磷酸酶活性、蔗糖酶活性这6个环境因子显著影响有机碳含量特征.速效钾、速效磷、过氧化氢酶活性、磷酸酶活性、蔗糖酶活性为正相关, 土壤含水量为负相关.速效钾对有机碳含量具有较大的直接正效应(1.15), 是影响有机碳含量的重要因素.

表 3 (Table 3)

表 3 有机碳含量与环境因子的通径分析 Table 3 Path analysis of soil organic carbon and environmental factors 环境因子 相关系数 直接通径系数 间接通径系数 速效钾 速效磷 土壤含水量 过氧化氢酶活性 磷酸酶活性 蔗糖酶活性 总计 速效钾 2.10 1.15 — 0.07 -0.16 0.06 0.31 0.67 0.95 速效磷 1.77 0.54 0.15 — -0.20 0.06 0.48 0.89 1.23 土壤含水量 1.48 -0.38 0.49 0.29 — 0.08 0.41 0.59 1.86 过氧化氢酶活性 2.02 0.06 0.72 0.32 -0.32 — 0.50 0.74 1.96 磷酸酶活性 2.21 0.31 0.61 0.45 -0.27 0.08 — 1.03 1.90 蔗糖酶活性 2.00 0.67 0.64 0.31 -0.18 0.06 0.50 — 1.33

表 3 有机碳含量与环境因子的通径分析 Table 3 Path analysis of soil organic carbon and environmental factors

经冗余分析可知, 土壤无机碳含量与速效磷和脲酶活性两个因子显著相关.速效磷与无机碳为负相关关系, 直接通径系数为-0.29, 而脲酶活性与无机碳为正相关关系, 且其相关性远远大于速效磷(表 4).速效磷通过脲酶活性间接影响无机碳含量为正向影响而其直接影响为负向, 脲酶活性其直接影响和通过速效磷间接影响均为正向.

表 4 (Table 4)

表 4 无机碳含量与环境因子的通径分析 Table 4 Path analysis of soil inorganic carbon and environmental factors 环境因子 相关系数 直接通径系数 间接通径系数 速效磷 脲酶活性 总计 速效磷 1.05 -0.29 — 1.34 1.34 脲酶活性 1.70 1.91 -0.21 — -0.21

表 4 无机碳含量与环境因子的通径分析 Table 4 Path analysis of soil inorganic carbon and environmental factors

在本研究中, 不同连作年限是阿拉尔垦区土壤有机碳含量变化的一个主要的影响因素. 0 a、5 a连作年限与10、20、30 a连作年限有机碳含量存在很大的差异(P < 0.05水平), 随着连作年限的增加有机碳含量逐渐增加达到峰值后降低.这是由于土壤有机碳含量主要由植被的年归还量与分解速率所决定^[18], 耕作初期凋落物残体分解为土壤补充了有机质, 但作物在生长过程中吸收大量土壤中的养分, 致使返还到土壤中的养分受到连作年限的影响减少^[19].同时不同年限的棉田土壤容重、凋落物总量及分解程度有一定的差异, 导致同一区域不同年限土壤有机碳含量存在差异.在土壤垂直剖面, 表层有机碳含量最高, 这可能是因表层土壤容重小, 土壤结构性、通气性好, 腐殖质较厚, 微生物丰富度较高, 有利于有机碳的积累, 而地表以下有机碳含量处于相对稳定状态, 这与文献[20, 21]的研究相同.

土壤无机碳主要指存在于干旱、半干旱土壤中的碳酸盐, 其含量的高低与母质的岩性有关^[22], 不同的连作年限导致土壤无机碳的淋溶和淀积过程不同.本研究中0 a年限(荒草地)无机碳含量最高, 荒草地主要由风成沙性母质的土壤发育而来, 该土壤母质在成土过程中存在明显的碳酸钙积累现象, 这是由于土壤中富含Ca²⁺, 形成大量碳酸盐^[23~25], 因此荒草地无机碳含量高于其他连作年限.随着连作年限的延长, 土壤无机碳含量在3个土层均为先降低后逐渐增加.无机碳在土壤垂直剖面上的分布也具有一定的规律性.所有连作年限土壤无机碳含量均表现为20~50 cm土层土壤无机碳含量最高, 这与郭洋等人于干旱区研究土壤无机碳含量随着土层深度逐渐增加结果不同^[26].这是由于当土壤有机碳分解转化为无机碳时, 形成的次生碳酸盐将会迁移到较深的土层, 因此其钙积层较深.但土壤由于受到水分等条件的限制, 阿拉尔垦区钙积层主要集中在20~50 cm土层^[27].

土壤理化特性在局部范围内影响土壤有机碳、无机碳的含量.土壤理化因子通过影响土壤结构与植被间接影响土壤碳库特征, 而土壤有机碳、无机碳含量能够直接影响土壤养分供应能力^[28].阿拉尔垦区土壤碳库特征呈现无机碳含量高、有机碳含量低的特征, 但由于地形特征与人为活动的影响, 土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化因子间存在一定相互作用和影响机制.本研究发现, pH值是土壤碳库最重要的影响因子, 对土壤有机碳含量影响最大的是土壤养分和土壤含水量, 而速效磷则对无机碳含量为显著负效应, 但负效应较小.样区干旱缺水, 盐渍化程度高, 土壤整体偏弱碱性, pH值在8.05~8.61之间.土壤的pH值通过影响土壤养分有效性、土壤微生物活性、数量以及植物的生长发育进而间接影响土壤碳库^[29].有机碳在土壤中的蓄积受到土壤养分的显著影响, 可利用的养分直接影响植被的生长^{[30, 31]}.这与祖元刚等^[1]对东北土壤有机碳含量与理化性质的相关性进行研究, 发现有机碳含量与速效钾、速效磷呈极显著正相关关系一致.干旱区土壤有机碳与土壤含水量呈负相关, 主要是由于土壤含水量较低时, 好氧型微生物活动频繁, 促使有机碳分解速率加快, 有机碳含量增加.其次, 地下水埋深间接影响土壤含水量, 在一定程度上影响研究区土壤有机碳含量.

土壤酶是土壤中的生物催化剂, 是生态系统物质循环与能量流动过程中最活跃的生物活性物质, 参与了土壤环境中的一切生物化学过程^[32~34], 其活性对土壤碳库特征有极大的影响.桂东伟等^[35]对新疆策勒绿洲农田进行研究发现, 连作年限可对农田土壤环境产生一定积极的作用, 但研究区内长期的连续耕作和不合理的管理方式严重破坏该地区土壤环境, 使垦区内农田土壤酶活性随连作年限的延长呈先升高后降低的变化规律.研究表明, 蔗糖酶活性是影响土壤碳库特征的重要因子, 棉花对土壤营养的需求量大, 其根系促进了土壤中微生物的活性, 微生物通过蔗糖酶分解有机质为棉花提供生长所需养分^[36], 故蔗糖酶活性对于土壤碳库具有重要的作用.本研究发现过氧化氢酶与土壤有机碳含量显著相关, 可间接了解有机碳含量水平, 这与关松萌研究结果相同^[37].样区内有机碳含量与磷酸酶活性呈极显著正相关, 这是因为农田土壤中微生物和植物均可产生矿化有机营养成分的磷酸酶, 丰富的有机质可以提供更多碳源供微生物和植物生命活动所需, 从而产生更多数量的磷酸酶.同时, 磷酸酶活性的增强又能促进有机磷的分解和转化, 加速有机磷向无机磷的转化, 为植被提供更多可利用磷^{[38, 39]}.脲酶是参与有机态氮素分解的重要酶之一, 其作用是水解有机氮转化中的中间产物尿素, 促使尿素转化成氨为作物利用.本研究中脲酶活性对无机碳含量有一定的影响, 这是由于尿素转化过程中产生了大量的二氧化碳, 促进碳酸盐的生成, 导致无机碳含量升高.

(1) 在不同连作年限, 研究区棉田受到不同程度的干扰, 导致土壤有机碳、无机碳特征存在显著差异, 在土壤垂直剖面上, 连作年限的转变同样也会引起有机碳和无机碳含量的变化.

(2) 干旱区土壤环境因子特性在局部范围内影响土壤有机碳、无机碳的含量.

(3) 对土壤有机碳、无机碳含量与环境因子相关性分析, 冗余分析结果表明土壤碳含量与土壤养分、pH值、磷酸酶活性、蔗糖酶活性密切相关, 其对有机碳、无机碳含量的解释量分别为48.4%、44.3%、66.5%、67.6%、61.0%、51.7%.通径分析表明, 速效钾对有机碳含量具有较大的直接正效应, 而过氧化氢酶活性则主要是通过其他环境因子间接影响有机碳含量; 无机碳含量主要与脲酶活性有关, 脲酶活性对无机碳含量是直接作用和间接作用均为正向.