鄰近火成岩與沉積岩母質化育土壤之性質與碳儲存量差異

Abstract

土壤是陸域生態系最大的碳庫之一，土壤儲存有機碳的能力一部分受到其土壤性質所影響，而化育自火山母質的土壤，在風化後一般來說含有較高的無定形礦物下，其土壤往往較化育自其他母質的土壤儲存較多的有機碳。以臺灣而言，大屯火山群是最著名的火成岩化育土壤，本研究以大屯火山群火成岩母質化育土壤為例子，選擇三個鄰近火成岩與沉積岩化育土壤樣區，探討火成岩化育土壤與鄰近沉積岩土壤之有機碳含量與土壤性質的差異。選擇樣區依海拔高度由低至高，分別為觀音山、大崎頭與風櫃嘴等三個比較樣區，此外，本研究並同時選擇典型火成岩化育土壤 (紗帽山) 與典型沉積岩化育土壤 (大崙頭) 作為參考樣區。 土壤分析包括土壤基本性質、鐵、鋁與矽的選擇性抽出、腐植酸 (humic acid) 萃取與腐植酸固態核磁共振光譜分析等。此外，為確保採樣的土壤之母質，本研究也進行土壤砂粒部分之X光繞射分析 (XRD)。 結果顯示土壤有機碳濃度除了風櫃嘴地區的火成岩化育土壤與沉積岩化育土壤無顯著差異外，觀音山、大崎頭樣區均是火成岩化育土壤有機碳濃度顯著大於沉積岩化育土壤，而典型火成岩化育土壤有機碳濃度又遠比上述三個比較樣區的火成岩化育土壤還高。土壤選擇性萃取鐵、鋁結果顯示，觀音山與大崎頭樣區，酸性草酸銨萃取之鐵、鋁於火成岩化育土壤含量顯著高於沉積岩化育土壤；而在風櫃嘴樣區，火成岩化育土壤之酸性草酸銨萃取之鐵、鋁未與沉積岩化育土壤有顯著差異，且以焦磷酸鈉法萃取之鐵、鋁顯著低於沉積岩化育土壤。以上結果顯示低海拔火成岩化育土壤的高活性鐵、鋁，可保護有機物，使得火成岩化育土壤的土壤有機碳濃度較沉積岩化育土壤高，但在溫度較低、降雨較高的高海拔樣區，強酸性的土壤環境可造成有機質以鐵、鋁錯合物形式累積，造成沉積岩化育土壤與火成岩化育的土壤有機碳濃度無顯著差異。腐植酸部份之13C NMR分析結果顯示除了典型火成岩化育土壤有較多的Aryl與較少的Alkyl以外，來自其他土壤的腐植酸在組成上的差異不大，除可能顯示典型火成岩之腐植酸其腐植化程度較高之外，隨著火成岩土壤之化育，腐植酸的結構也會有所差異。X光繞射分析的結果顯示，沉積岩化育土壤其土壤礦物組成均為石英 (Quartz)，而火成岩化育土壤除了石英以外仍有其他礦物，例如白矽石、紫蘇輝石、角閃石等，視火成岩之母質來源與風化程度而定，進一步證明選擇樣區的土壤化育母質。 根據上述結果，可以推論：(1) 火成岩化育土壤較沉積岩化育土壤有較高的土壤有機碳含量，主要受到土壤中較高的活性鐵鋁含量的緣故；(2) 三個比較樣區之火成岩化育土壤失去了些許火山灰土壤性質，以至於跟典型火成岩土壤比較之下，儲存較少的有機碳；(3) 較高海拔風櫃嘴樣區之沉積岩化育土壤由於其溫度較低與雨量較高，加上土壤的高有機鐵鋁含量，使得風櫃嘴沉積岩樣區土壤可藉由有機鐵鋁的錯合型態，造成沉積岩化育土壤與火成岩化育土壤有相似的土壤有機碳量；(4) 根據腐植酸分析結果來看，土壤所儲存有機碳的性質可能會隨著土壤化育失去火山灰土壤性質而受到改變；(5) 三個比較樣區的火成岩化育土壤，由於化育程度相對較高，多少失去了部分火山灰土壤性質，使得土壤中活性鐵鋁逐漸轉變成結晶鐵鋁，且反映在三個比較樣區中土壤部分的Feo與Alo含量未隨著母質不同而有顯著差異；(6) 樣區的CEC主要隨著有機碳濃度與活性鐵鋁含量而有差異，因此三個比較樣區的火成岩化育土壤之CEC均顯著高於沉積岩化育土壤之CEC；至於交換性鹽基則因為受到強烈的淋洗影響，使得整體上無論於何種母質的交換性鹽基均偏低。