基于配方施肥數(shù)據(jù)集的有機(jī)碳含量與溫度和降水量相關(guān)性研究

劉書田，竇森，鄭偉，曹忠林，侯彥林，鄭宏艷，黃治平

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長春130118；2.農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所，天津300191；3.浙江省衢州市柯城區(qū)書院中學(xué)，浙江衢州324000；4.長春市九臺區(qū)植物保護(hù)檢疫站，長春130500）

基于配方施肥數(shù)據(jù)集的有機(jī)碳含量與溫度和降水量相關(guān)性研究

劉書田1，2，竇森1*，鄭偉3，曹忠林4，侯彥林2，鄭宏艷2，黃治平2

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長春130118；2.農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所，天津300191；3.浙江省衢州市柯城區(qū)書院中學(xué)，浙江衢州324000；4.長春市九臺區(qū)植物保護(hù)檢疫站，長春130500）

采用全國測土配方施肥項(xiàng)目土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)集，研究了在全球氣候變暖的大背景下年平均溫度和年平均降水量對土壤有機(jī)碳含量的影響。按照年平均溫度＜5、5～10、10～15、15～20、＞20℃以及年平均降水量0～200、200～400、400～600、600～800、800～1000、1000～1200、1200～1400、1400～1600 mm和＞1600 mm等區(qū)間，分別研究了每個(gè)降水區(qū)間內(nèi)自第二次土壤普查后近30年來年平均溫度和年平均降水量對土壤有機(jī)碳影響的密切程度，結(jié)果表明：年平均溫度低于10℃時(shí)，土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度的相關(guān)性比其與年平均降水量的相關(guān)性好，高于20℃時(shí)，土壤有機(jī)碳含量與年平均降水量和年平均溫度的相關(guān)性都很差，但是偏相關(guān)結(jié)果表明，在10～20℃時(shí)，土壤有機(jī)碳含量雖然與年平均溫度和年平均降水量都有顯著的正相關(guān)，但其隨著年平均溫度升高而升高的事實(shí)是被隨著年平均降水量增加而增加的事實(shí)所掩蓋的；在年平均降水量0～200 mm的區(qū)間內(nèi)，土壤有機(jī)碳與年平均降水量有顯著的相關(guān)性，而與年平均溫度的相關(guān)性很差，年平均降水量對土壤有機(jī)碳影響的密切程度較大，在200～400、400～600、600～800 mm的年平均降水量區(qū)間內(nèi)，土壤有機(jī)碳與年平均溫度的相關(guān)性要好于其與年平均降水量的相關(guān)性，年平均溫度對土壤有機(jī)碳影響的密切程度較大，尤其在400～800 mm年降水量區(qū)間內(nèi)的半濕潤地區(qū)，土壤有機(jī)碳與年平均溫度呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)關(guān)系，在年平均降水量大于800 mm后，年平均溫度和平均降水量對土壤有機(jī)碳累積的影響并不明顯。

測土配方施肥；土壤有機(jī)碳；年平均降水量；年平均溫度

劉書田，竇森，鄭偉，等.基于配方施肥數(shù)據(jù)集的有機(jī)碳含量與溫度和降水量相關(guān)性研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（7）：1413-1420.

LIU Shu-tian，DOU Sen，ZHENG Wei，et al.temperatures based on soil testing and fertilizer recommendation data set［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（7）：1413-1420.

土壤碳庫作為陸地主要碳庫之一，對于氣候變化具有重要的意義。土壤碳庫是陸地碳庫的重要組成部分，全球約有1500 Gt碳以有機(jī)質(zhì)形態(tài)儲存于地球土壤中，是陸地植被碳庫（500～600 Gt）的2～3倍，是全球大氣碳庫（750 Gt）的2倍［1］。但目前宏觀尺度上關(guān)于土壤有機(jī)碳分布的主要影響因素及其控制過程仍了解很少，這制約著全球大氣碳收支的準(zhǔn)確評估，是出現(xiàn)未知碳匯、預(yù)測氣候變化及其影響不確定性的重要原因。有學(xué)者認(rèn)為，氣候在土壤有機(jī)碳含量的分布過程中起著重要的作用，而在土壤有機(jī)碳的輸入與分解過程中起作用的氣候因子主要是溫度和水分［2］。因此，氣候因子與土壤有機(jī)碳儲量之間相關(guān)性的研究可以輔助評價(jià)氣候變化后土壤有機(jī)碳儲量的長期變化趨勢及其區(qū)域差異［3］。已有的研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳儲量隨降水的增加而增大，隨溫度的降低而增大［4］，其分布受氣候、植被、地形等環(huán)境因素影響［5］，土壤所在區(qū)域的地理環(huán)境背景不同，影響土壤有機(jī)碳的主導(dǎo)因素就會不同［6］，但是在宏觀尺度上研究土壤有機(jī)碳的分布規(guī)律時(shí)很多區(qū)域性的影響因素可以忽略不計(jì)。微生物是土壤有機(jī)質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化的主要驅(qū)動力，在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度越高土壤微生物活性就越強(qiáng)，土壤有機(jī)質(zhì)分解就越快［9］。在較高的溫度下，土壤中的理化反應(yīng)速度較快，微生物活性強(qiáng)且代謝旺盛，作物生長速度也較快；反之，在溫度較低時(shí)，盡管作物生長可能較慢，但是由于土壤中的各種理化反應(yīng)也較慢，微生物活性也相對較弱且代謝相對較差，有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等也相對較慢，有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的含量則較高［8］。

為了進(jìn)一步揭示年平均溫度和年平均降水量對土壤有機(jī)碳含量的影響，明確土壤有機(jī)碳分布的宏觀主導(dǎo)因素，本文利用最新的全國測土配方施肥數(shù)據(jù)集中的土壤有機(jī)碳數(shù)據(jù)，結(jié)合中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)的氣象數(shù)據(jù)，深入分析了在全球氣候變暖的大背景下，土壤有機(jī)碳與年平均溫度和年平均降水量的相關(guān)性，以期為制定農(nóng)田土壤管理政策、促進(jìn)土壤碳固定和減少碳損失提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1數(shù)據(jù)來源

本研究中所采用的數(shù)據(jù)來源于全國測土配方施肥項(xiàng)目《測土配方施肥土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)集（2005—2014）》［7］，主要包括省、地區(qū)、縣的有機(jī)碳、全氮、有效磷、速效鉀等指標(biāo)。按照全國每個(gè)縣（區(qū)）的土壤有機(jī)碳平均值作為該縣（區(qū)）的有機(jī)碳含量值，同時(shí)將該縣（區(qū)）行政中心點(diǎn)的GPS坐標(biāo)點(diǎn)作為土壤有機(jī)碳含量的坐標(biāo)點(diǎn)位。

本研究中所采用的氣象數(shù)據(jù)主要包括年平均溫度和年平均降水量，來源于《中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)》（http：//cdc.nmic.cn）中國756個(gè)基本、基準(zhǔn)地面氣象觀測站氣候資料年值數(shù)據(jù)集，氣候資料中的年平均溫度和年平均降水量數(shù)據(jù)主要取2000—2012年的平均值，其氣象數(shù)據(jù)以各縣所對應(yīng)的氣象觀測站的氣象數(shù)據(jù)為代表。

1.2數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel 2007和SPSS 15.0等軟件對上述縣域內(nèi)年平均溫度、年平均降水量、有機(jī)碳含量進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1年平均溫度對有機(jī)碳分布的影響

一般而言，在較高的溫度下，土壤中的理化反應(yīng)較快，微生物活性強(qiáng)且代謝旺盛，土壤動物活躍，作物生長速度也較快。因此，土壤有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化也較快，土壤有機(jī)碳和養(yǎng)分含量相對較低［8］，反之，易于土壤有機(jī)碳的積累。由表1可知，5℃以下的樣本中，年平均降水量和年平均溫度對土壤有機(jī)碳均有顯著的相關(guān)性，R2分別為0.173 2和0.382 7，而且與年平均溫度的相關(guān)性要高于與年平均降水量的相關(guān)性，說明溫度對這一區(qū)域土壤有機(jī)碳的累積影響密切程度較大；5～10℃區(qū)間內(nèi)，年平均降水量和年平均溫度也對土壤有機(jī)碳有顯著的影響，仍然是與年平均溫度的相關(guān)性要高于與年平均降水量的相關(guān)性，說明仍然是溫度對土壤有機(jī)碳的累積影響密切程度較大；但是在10～15℃和15～20℃區(qū)間內(nèi)，土壤有機(jī)碳與年平均降水量的相關(guān)性要好于其與年平均溫度的相關(guān)性，與年平均降水量顯著相關(guān)，而與年平均溫度不相關(guān)。在這一區(qū)域內(nèi)，已經(jīng)不是溫度對土壤有機(jī)碳的影響密切程度較大，取而代之的是降水量對其影響密切程度較大；在20℃以上，土壤有機(jī)碳含量與年平均降水量和年平均溫度的相關(guān)性都很差，說明他們對土壤有機(jī)碳的累積影響并不明顯。隨著溫度的升高，各溫度區(qū)域內(nèi)土壤有機(jī)碳含量的標(biāo)準(zhǔn)差呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。這可能是土壤有機(jī)碳對年平均溫度較為敏感，隨著年平均溫度的升高，土壤有機(jī)碳對年平均溫度的敏感性降低，因此導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)差減小。

圖1顯示的是土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度的相關(guān)關(guān)系。在年平均溫度小于10℃時(shí)，與土壤有機(jī)碳含量相關(guān)方程為y=1.640 5x+23.757，R2=0.399 8，顯著相關(guān)，土壤有機(jī)碳含量隨著溫度的降低而升高。土壤有機(jī)碳含量與年平均降水量的相關(guān)方程為y=0.011 2x+ 9.265 7，R2=0.049 42，低度相關(guān)。這說明在年平均溫度小于10℃時(shí)，年平均溫度對土壤有機(jī)碳的累積影響密切程度較大。

由圖2可知，在年平溫度為10～20℃時(shí)，土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度和年平均降水量均呈現(xiàn)顯著相關(guān)，與年平均降水量的相關(guān)方程為y=0.007 9x+ 5.549 1，R2=.0.435 0，與年平均溫度的相關(guān)方程為y= 1.091 6x-3.759 4，R2=0.267 8。由此可見，在年平均溫度為10～20℃時(shí)年平均降水量和年平均溫度對土壤有機(jī)碳的累積起基本相似的重要作用。但是究竟哪個(gè)因素對土壤有機(jī)碳的影響密切程度較大，需要進(jìn)一步研究。

當(dāng)年平均溫度大于20℃時(shí)，與年平均降水量的相關(guān)方程為y=0.001 7x+17.441，R2=0.033 89，與年平均溫度的相關(guān)方程為y=-0.507 9x+19.801，R2=0.097 28，相關(guān)性都很差。由此可見，在年平均溫度大于20℃時(shí)，年平均溫度和平均降水量對土壤有機(jī)碳的累積影響并不明顯。

2.2年平均降水量對有機(jī)碳分布的影響

降雨與土壤水分狀況密切相關(guān)，因此在很大程度上直接影響土壤濕度和通氣性、土壤氧化還原等，土壤水還參與土壤中礦物質(zhì)風(fēng)化、有機(jī)物的合成和分解等過程［8］，所以降水量對土壤有機(jī)碳含量的影響是直接的。

圖1　年平均溫度小于10℃時(shí)土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度的關(guān)系（n=581）Figure 1 The relationship between soil organic carbon content and annual average temperature at an average temperature of less than 10℃（n=581）

表1　不同年平均溫度下土壤有機(jī)碳變化（g·kg-1）Table 1 Changes of soil organic carbon under different annual average temperature（g·kg-1）

按照年平均降水量0～200、200～400、400～600、600～800、800～1000、1000～1200、1200～1400、1400～1600 mm和＞1600 mm將土壤有機(jī)碳分為9個(gè)區(qū)間，進(jìn)一步研究在不同的區(qū)間內(nèi)土壤有機(jī)碳與年平均降水量和年平均溫度的關(guān)系，見表2。在0～200 mm的地區(qū)，土壤有機(jī)碳與年平均溫度呈現(xiàn)低度相關(guān)，但是與年平均降水量呈現(xiàn)顯著相關(guān)（R2=0.329 0），在此地區(qū)，年平均降水量對有機(jī)碳的累積影響密切程度較大。在200～400、400～600、600～800 mm區(qū)間內(nèi)土壤有機(jī)碳與溫度呈正相關(guān)，而與年平均降水量不相關(guān)，在這三個(gè)區(qū)間內(nèi)，溫度對土壤有機(jī)碳的累積影響密切程度較大，而且在400～600 mm區(qū)間內(nèi)，土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度的相關(guān)性R2=0.523 7，呈極顯著關(guān)系，年平均溫度對土壤有機(jī)碳累積的貢獻(xiàn)大。在800～1000、1000～1200、1200～1400、1400～1600mm和＞1600 mm的年降水量的區(qū)間內(nèi)，土壤有機(jī)碳含量與年平均降水量和年平均溫度均無相關(guān)性，可見，年平均降水量在800 mm以上，年平均溫度和平均降水量對土壤有機(jī)碳累積的影響并不明顯。

圖2　年平均溫度10～20℃時(shí)土壤有機(jī)碳含量與年平均降水量（n=1442）和年平均溫度（n=1563）的關(guān)系Figure 2 The relationship between soil organic carbon content and annual average precipitation（n=1442）and annual average temperature（n=1563）at an average temperature of 10～20℃

表2　不同年平均降水量下土壤有機(jī)碳變化（g·kg-1）Table 2 Changes of soil organic carbon under different annual average precipitation（g·kg-1）

圖3　年平均降水量在0～200 mm時(shí)土壤有機(jī)碳含量與年平均降水量的關(guān)系（n=89）Figure 3 The relationship between soil organic carbon content and annual average precipitation at annual average precipitation 0～200 mm（n=89）

圖4　年平均降水量在200～400 mm時(shí)土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度的關(guān)系（n=203）Figure 4 The relationship between soil organic carbon content and annual average temperature at annual average precipitation 200～400 mm（n=203）

圖5　年平均降水量在400～800 mm時(shí)土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度的關(guān)系（n=894）Figure 5 The relationship between soil organic carbon content and annual average temperature at annual average precipitation 400～800 mm（n=894）

按照年平均降水量（干旱區(qū)0～200 mm、半干旱區(qū)200～400 mm、半濕潤區(qū)400～800 mm和濕潤區(qū)大于800 mm的劃分標(biāo)準(zhǔn)［25］），來討論干旱區(qū)、半干旱區(qū)、半濕潤區(qū)和濕潤區(qū)土壤有機(jī)碳的主要影響因素，結(jié)果分別見圖3、圖4、圖5。在年平均降水量0～200 mm的干旱地區(qū)，土壤有機(jī)碳含量與年平均降水量的方程為y=0.022 3x+5.885 3，R2=0.329 0，呈現(xiàn)顯著相關(guān)，與年平均溫度的相關(guān)方程為y=-0.027 0x+11.387，R2= 0.076 6，干旱區(qū)內(nèi)土壤有機(jī)碳的累積隨著年平均降水量的增加而增加，而與年平均溫度不相關(guān)，年平均降水量對土壤有機(jī)碳累積的影響程度明顯高于年平均溫度對土壤有機(jī)碳的影響程度。在年平均降水量200～ 400mm的半干旱地區(qū)，土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度的方程為y=-1.1734x+17.982，R2=0.279 6，與平均降水量的相關(guān)方程為y=0.001 6x+9.210 5，R2=0.000 7，與年平均溫度呈顯著相關(guān)，與年平均降水量不相關(guān)，年平均溫度開始對土壤有機(jī)碳的累積影響程度提高。在年平均降水量400～800 mm的半濕潤地區(qū)，土壤有機(jī)碳含量與年平均降水量的方程為y=0.006 6x+7.667 6，R2=0.016 0，年平均降水量仍然不是土壤有機(jī)碳累積的主要影響因素，而與年平均溫度的相關(guān)方程為y= 0.125 8x2-3.225 9x+29.82，R2=0.552 0，呈現(xiàn)極顯著關(guān)系，半濕潤地區(qū)年平均溫度對土壤有機(jī)碳累積的影響程度明顯高于年平均降水量對土壤有機(jī)碳累積的影響程度。在年平均降水量大于800 mm的濕潤地區(qū)，年平均溫度和年平均降水量對土壤有機(jī)碳累積的影響均不及其他因素。土壤有機(jī)碳含量與年平均降水量的方程為y=0.002 5x+12.291，R2=0.036 8，與年平均溫度的相關(guān)方程為y=-0.084 5x+17.038，R2=0.003 0。

在不同年降水量的地區(qū)，年平均降水量和年平均溫度發(fā)揮著不同的主導(dǎo)作用。當(dāng)年平均溫度為限制因子時(shí)，年平均溫度對土壤有機(jī)碳的影響起主導(dǎo)作用，當(dāng)年平均降水量為限制因子時(shí)，年平均降水量對土壤有機(jī)碳的影響起主導(dǎo)作用；當(dāng)年平均溫度和年平均降水量都不是限制因子時(shí)，它們共同影響土壤有機(jī)碳的分布，但是究竟哪個(gè)因素對土壤有機(jī)碳的影響密切程度較大，需要進(jìn)一步的研究。

3　討論

3.1年平均溫度與年平均降水量的相關(guān)性分析

在年平均溫度小于10℃時(shí)，土壤有機(jī)碳與年平均溫度的相關(guān)系數(shù)R2=0.399 8，與年平均降水量的R2=0.049 4，在年平溫度為10～20℃時(shí)，與年平均溫度的R2=0.267 8，與年平均降水量的R2=0.434 9；年平均溫度大于20℃時(shí)，與年平均降水量的R2=0.033 9，與年平均溫度的R2=0.097 3。由此可見，土壤有機(jī)碳含量在一定的范圍內(nèi)是隨著年平均溫度和年平均降水量變化的，尤其是在10～20℃時(shí)年平均降水量對土壤有機(jī)碳的影響密切程度較大。

很多研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳含量隨著溫度的變化而變化，在溫度較低時(shí)，盡管作物生長可能較慢，但是由于土壤中的各種理化反應(yīng)也較慢，微生物活性也相對較弱且代謝相對較差，有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等也相應(yīng)較慢，有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的含量也較高［8］。氣候因子在土壤有機(jī)碳的蓄積和輸出過程中，起著重要的作用。一方面，氣候條件制約植被類型、影響植被的生產(chǎn)力；另一方面，微生物是其周轉(zhuǎn)和分解的主要驅(qū)動力，氣候通過土壤水分和溫度等條件的變化直接影響微生物對有機(jī)碳的分解和轉(zhuǎn)化速度［10-11］。

本研究則認(rèn)為，在溫度低于10℃時(shí)，土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度呈負(fù)相關(guān)，即隨著年平均溫度的降低而升高，而在年平均溫度為10～20℃時(shí)，土壤有機(jī)碳含量卻與年平均溫度正相關(guān)，即隨著年平均溫度的升高而升高，且年平均溫度大于20℃時(shí)，土壤有機(jī)碳含量又隨著年平均溫度的升高呈現(xiàn)降低趨勢。由于在年平均溫度10～20℃時(shí)，土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度正相關(guān)，明顯違背了一些前人研究土壤有機(jī)碳含量隨著溫度的升高而升高的常理［12-14］，本文作者對年平均溫度和年平均降水量做了相關(guān)性分析。

由表3可知，在我國，年平均溫度與年平均降水量呈顯著的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R=0.741 0。這說明在年均溫度為10～20℃時(shí)，土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度表現(xiàn)出的正相關(guān)關(guān)系可能受到第三個(gè)變量即降水量的影響［5］，因此我們運(yùn)用偏相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析。

3.2偏相關(guān)性分析

降水量和降水時(shí)間等作為一個(gè)重要的氣候因素，也是影響土壤水分等情況的重要因素，也在很大程度上直接影響土壤濕度、通氣性、土壤氧化還原狀況等，并且在土壤的形成、肥力狀況等方面發(fā)揮著重要、甚至是決定性的作用［8］。土壤溫度影響微生物對有機(jī)質(zhì)的降解，一般來說在0～35℃的范圍內(nèi)，微生物分解有機(jī)物的速率隨著溫度的升高而升高，溫度每升高10℃，土壤有機(jī)質(zhì)最大分解速率提高2～3倍［20］。有研究結(jié)果表明，隨著溫度的升高，土壤有機(jī)碳的礦化速率增大［23-24］，在5～35℃的范圍內(nèi)，隨培養(yǎng)溫度升高水稻土有機(jī)碳礦化速率和累積礦化量均升高，15、25℃和35℃時(shí)土壤有機(jī)碳累積礦化量分別是5℃時(shí)的1.94、3.55、6.01倍［19］。

表3　年平均降水量與年平均溫度相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis between annual average precipitation and annual average temperature

由表4可知，偏向分析結(jié)果顯示，在年平均溫度10～20℃的范圍內(nèi)，土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度和年平均降水量的相關(guān)性與上文單一變量相關(guān)性分析結(jié)果較為一致，但是偏相關(guān)分析表明，土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度的偏相關(guān)系數(shù)為0.119 0，而與平均降水量的偏相關(guān)系數(shù)為0.430 0，顯著相關(guān)，故10～20℃范圍內(nèi)的土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度的相關(guān)性是錯誤的，被年平均降水量的因素掩蓋了，之所以出現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系是因?yàn)槟昶骄鶞囟扰c年降水量具有顯著的相關(guān)性［9］，偏相關(guān)系數(shù)為0.741，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度呈現(xiàn)正相關(guān)。

我國東部自東北到華南，平均降水量與年平均溫度不斷變化，大興安嶺地區(qū)土壤有機(jī)碳密度最高，黃土高原地區(qū)土壤有機(jī)碳密度最低，其次是華北地區(qū)，而這是由年平均降水量與年平均溫度共同作用的結(jié)果［21］。在我國的中緯度地區(qū)，土壤有機(jī)碳含量隨著緯度增加，降水量和有機(jī)碳含量間相關(guān)系數(shù)明顯增加，而在高緯度地區(qū)和低緯度地區(qū)，年平均降雨量與土壤有機(jī)碳含量有著截然相反的相關(guān)性，即降水量可能是影響土壤有機(jī)碳含量的重要因素之一，年平均氣溫13～23℃地區(qū)，主要包括福建、江西、安徽和江蘇的一部分，年平均溫度對有機(jī)碳含量的影響甚微［22］。這與本研究結(jié)果基本一致。

因此，年平均溫度在10～20℃范圍內(nèi)，土壤有機(jī)碳含量受到降水量因素的影響大于受年均溫度的影響［15］。這就是年平均溫度在10～20℃范圍內(nèi)，土壤有機(jī)碳含量不是隨著溫度的降低而升高，而是隨著溫度的升高而升高的原因，即年平均降水量起主導(dǎo)作用。而年平均溫度大于20℃的區(qū)域，因?yàn)槟昶骄鶞囟群湍昶骄邓砍渥悖脖簧锪看?，同時(shí)土壤微生物活動劇烈，但是土壤有機(jī)碳的輸入量小于輸出量，年平均溫度和年平均降水量對土壤有機(jī)碳的影響密切程度較小?？傊?，不能簡單地用年平均溫度和年平均降水量來考慮有機(jī)碳的分布情況，還應(yīng)考慮可能受到其他因素的影響，如pH、CEC、土壤質(zhì)地、成土母質(zhì)、耕作制度等因素的影響［16-18］。

表4　土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度和年平均降水量的偏相關(guān)系數(shù)Table 4 The partial correlation coefficients between soil organic carbon with annual average precipitation and annual average temperature

4　結(jié)論

（1）宏觀尺度上，年平均氣溫和年平均降水量對中國年平均溫度小于20℃的區(qū)域的土壤有機(jī)碳分布有明顯影響。

（2）在年平均溫度小于10℃時(shí)，土壤有機(jī)碳含量與年平均溫度的相關(guān)性較好，土壤有機(jī)碳隨年平均溫度的降低而升高；10～20℃時(shí)，土壤有機(jī)碳含量雖然與年平均溫度和年平均降水量都有顯著的正相關(guān)，但年平均降水量對土壤有機(jī)碳分布的影響程度明顯高于年平均溫度；大于20℃時(shí)，年降水量及年平均溫度對土壤有機(jī)碳的影響不如其他因子的影響程度大。

（3）在年平均降水量0～200 mm的區(qū)間內(nèi)，土壤有機(jī)碳與年平均降水量有顯著的相關(guān)性；在200～800 mm的年降水量區(qū)間內(nèi)，土壤有機(jī)碳與年平均溫度的相關(guān)性好于其與年平均降水量的相關(guān)性，年平均溫度的影響程度高于年平均降水量；大于800 mm的區(qū)域，年降雨量及年平均溫度對土壤有機(jī)碳的影響不如其他因子的影響程度大。

［1］Schesinger W H.Evidence from chronosequence studies for a low carbon-storage potential of soil［J］.Nature，1990，348：232-234.

［2］周莉，李保國，周廣勝，等.土壤有機(jī)碳的主導(dǎo)影響因子及其研究進(jìn)展［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2005，20（1）：99-105. ZHOU Li，LI Bao-guo，ZHOU Guang-sheng，et al.Advance in controlling of soil organic carbon［J］.Advances in Earth Science，2005，20（1）：99-105.

［3］李海波，韓曉增，王風(fēng)，等.不同土地利用下黑土密度分組中碳、氮的分配變化［J］.土壤學(xué)報(bào)，2008，45（1）：112-119. LI Hai-bo，HAN Xiao-zeng，WANG Feng，et al.Distribution of soil organic carbon and nitrogen in density fractions on black soil as affected by land use［J］.ActaPedologicaSinica，2008，45（1）：112-119.

［4］史學(xué)正，于東升.“全國土壤有機(jī)碳儲量及其動態(tài)變化”專題進(jìn)展報(bào)告［R］.2004. SHI Xue-zheng，YU Dong-sheng."The soil organic carbon storage and its dynamic change in whole country"project progress report［R］.2004.

［5］周濤，史培軍，王紹強(qiáng).氣候變化及人類活動對中國土壤有機(jī)碳儲量的影響［J］.地理學(xué)報(bào)，2003，58（5）：727-734. ZHOU Tao，SHI Pei-jun，WANG Shao-qiang.Impacts of climate change and human activities on soil carbon storage in China［J］.ActaGeographca Sinica，2003，58（5）：727-734.

［6］Post W M，Emanuel W R，Zinke P J，et al.Soil carbon pools and world life zones［J］.Nature，1982，298：156-159.

［7］全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心.測土配方施肥土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)集（2005—2014）［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2015. National Agricultural Technology Extension Service Center.Soil testing and fertilizer recommendation soil basic nutrient dataset（2005—2014）［M］.Beijing：Chinese Agricultural Press，2015.

［8］曾希柏，等.耕地質(zhì)量培育技術(shù)與模式［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2014. ZENG Xi-bai，et al.The technology and model of cultivation of cultivated land technology［M］.Beijing：Chinese Agricultural Press，2014.

［9］Brady N C，Well R R.The natural and properties of soils［M］.Eleventh Edition.London：Prentice Hall，1996：105-108.

［10］Jenkinson D S，Adams D E，Wild A.Model estimates of CO2emissions from soil in response to global warming［J］.Nature，1991，351（23）：304-306.

［11］Epstein H E，Burke I C，Lauenroth W K.Regional partterns of decomposition and primary production rates in the U.S.Great Plains［J］.Eeology，2002，83：320-327.

［12］曹啟民，吳鵬飛，趙春梅.海南植膠區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)緯度分布特征及其氣候影響因素［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012（7）：85-87. CAO Qi-min，WU Peng-fei，ZHAO Chun-mei.Latitude distribution of soil organic matter and its influence of climate factors in rubber planting areas in Hainan Island［J］.Guangdong Agricultural Sciences，2012（7）：85-87.

［13］張薇，王子芳，王輝，等.土壤水分和植物殘?bào)w對紫色水稻土有機(jī)碳礦化的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13（6）：1013-1019. ZHANG Wei，WANG Zi-fang，WANG Hui，et al.Effects of soil moistureand plant residue on mineralization of organic carbon in purple paddy soil［J］.Plant Nutrition and Fertilizer Science，2007，13（6）：1013-1019.

［14］張雷.有機(jī)物料、溫度和土壤水分對黑土有機(jī)碳分解的影響［D］.哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004. ZHANG Lei.Effects of organic materials，temperature and soil moisture on the decomposition of organic carbon in black soil［D］.Harbin：Northeast Agricultural University，2004.

［15］田久勝，田新會，卡召加，等.甘肅省瑪曲縣1981—2010年氣候變化動態(tài)［J］.草原與草坪，2015，35（1）：84-88. TIAN Jiu-sheng，TIAN Xin-hui，KA Zhao-jia，et al.Climate dynamic in Maqu Countyfrom 1981 to 2010［J］.Grassland and Turf，2015，35（1）：84-88.

［16］戴萬宏，黃耀，武麗，等.中國地帶性土壤有機(jī)質(zhì)含量與酸堿度的關(guān)系［J］.土壤學(xué)報(bào)，2009，46（5）：851-858. DAI Wan-hong，HUANG Yao，WU Li，et al.Relationship between soil organic matter content and acidity and alkalinity in China［J］.ActaPedologicaSinica，2009，46（5）：851-858.

［17］魏孝榮，邵明安.黃土高原小流域土壤pH、陽離子交換量和有機(jī)質(zhì)分布特征［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，20（11）：2710-2715. WEI Xiao-rong，SHAO Ming-an.Distribution characteristics of soil pH，cation exchange capacity and organic matter in small watershed of theLoessPlateau［J］.Chinese JournalofApplied Ecology，2009，20（11）：2710-2715.

［18］Hassink J.The capacity of soils to preserve organic C and N by their association with clay and silt particles［J］.Plant and Soil，1997，191（1）：77-87.

［19］葛序娟，潘劍君，鄔建紅，等.培養(yǎng)溫度對水稻土有機(jī)碳礦化參數(shù)的影響研究［J］.土壤通報(bào)，2015，46（3）：562-569. GE Xu-juan，PAN Jian-jun，WU Jian-hong，et al.Effects of incubation temperature on parameters of organic carbon mineralization in paddy soils［J］.Chinese Journal of Soil Science，2015，46（3）：562-569.

［20］黃昌勇，徐建明.土壤學(xué)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2010. HUANG Chang-yong，XU Jian-ming.Soli science［M］.Beijing：Chinese Agricultural Press，2010.

［21］解憲麗，孫波，周慧珍，等.中國土壤有機(jī)碳密度和儲量的估算與空間分布分析［J］.土壤學(xué)報(bào)，2004，41（1）：35-43. XIE Xian-li，SUN Bo，ZHOU Hui-zhen，et al.Organic carbon density and storage in soils of China and spatial analysis［J］.Acta Pedologica Sinica，2004，41（1）：35-43.

［22］余濤，楊忠芳，侯青葉，等.我國主要農(nóng)耕區(qū)水稻土有機(jī)碳含量分布及影響因素研究［J］.地學(xué)前緣，2011，18（6）：11-19. YU Tao，YANG Zhong-fang，HOU Qing-ye，et al.Distribution and influencing factors of paddy soil organic carbon content in China′s major farming areas［J］.Earth Science Frontiers，2011，18（6）：11-19.

［23］鄔建紅，潘劍君，葛序娟，等.不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳礦化及其溫度敏感性［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2015，29（3）：130-135. WU Jian-hong，PAN Jian-jun，GE Xu-juan，et al.Variations of soil organic carbon mineralization and temperature sensitivity under different land use types［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2015，29（3）：130-135.

［24］林杉，陳濤，趙勁松，等.長期施肥的水稻土在不同培養(yǎng)溫度下的有機(jī)碳礦化特征［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，25（5）（網(wǎng)絡(luò)出版地址：hhttp：//www.cnki.net/kcms/doi/10.13287/j.1001-9332.20140305. 0016.html）. LIN Bin，CHEN Tao，ZHAO Jin-song，et al.Characteristics of soil organic carbon mineralization at different temperatures in paddy soils under long-term fertilization［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2014，25（5）（Web publishing address：hhttp：//www.cnki.net/kcms/doi/10. 13287/j.1001-9332.20140305.0016.html）.

［25］朱炳海.中國氣候［M］.北京：科學(xué)出版社，1962. ZHU Bing-hai.The climate of China［M］.Beijing：Science Press，1962.

Correlation of organic carbon content and annual average precipitation and annual average temperatures based on soil testing and fertilizer recommendation data set

LIU Shu-tian1，2，DOU Sen1*，ZHENG Wei3，CAO Zhong-lin4，HOU Yan-lin2，ZHENG Hong-yan2，HUANG Zhi-ping2
（1.College of Resources and Environment，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China；2.Agro-Environmental Protection Institute，Ministry of Agriculture，Tianjin 300191，China；3.Quzhou Shuyuan Middle School，Quzhou 324000，China；4.The Plant Protection and Guarantine Station of Jiutai of Changchun，Changchun 130500，China）

In this paper，based on the soil nutrient data set of the national soil testing and formula fertilization project，the effects of annual mean temperature and annual mean precipitation on soil organic carbon content were studied in the background of global warming.According to the annual average temperature of＜5℃，5～10℃，10～15℃，15～20℃，＞20℃and annual average precipitation 0～200 mm，200～400 mm，400～600 mm，600～800 mm，800～1000 mm，1000～1200 mm，1200～1400 mm，1400～1600 mm and＞1600 mm，the effects of the average temperature and the annual mean precipitation on soil organic carbon in the second soil survey in each precipitation range during the past 30 years were studied.The results show that：the annual average temperature was less than 10℃，greater than 20℃，the correlation between soil organic carbon content and annual average precipitation and annual average temperature was very poor.But partial correlation results show that in 10～20℃，soil organic carbon content although with annual mean temperature and annual mean precipitation have signifi-cant positive correlation，but increased with the increase of mean annual temperature，that was with the increase in average annual precipitation and increase the fact that covered it.In the range of annual average precipitation 0～200 mm，soil organic carbon had a significant correlation with annual average precipitation，but the average annual precipitation was very poor，the annual average precipitation plays a major role in driving，in the range of 200～400 mm，400～600 mm and 600～800 mm，the correlation between soil organic carbon and annual average temperature was better than that of annual average precipitation，the annual average temperature plays a major role in driving，especially in the semi humid area of 400～800 mm，the annual average temperature of soil organic carbon was extremely significant，after the annual average precipitation is more than 800 mm，the cumulative effect of annual mean temperature and mean precipitation on soil organic carbon was not significant.

data set of soil testing and fertilizer recommendation；soil organic carbon；annual average precipitation；annual average temperature

X511

A

1672-2043（2016）07-1413-08

10.11654/jaes.2016.07.026

2016-03-29

吉林省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（2011CB100503NY）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41571231）；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程（2016-cxgc-hyl）

劉書田（1982—），男，博士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)挖掘與信息化研究。E-mail：liushutian6952@126.om

竇森E-mail：dousen1959@126.com