不同土地利用方式下土壤有機碳的垂直分布特征研究

顏雄　李文昭　羅璇　張應(yīng)榕　黃玉云　秦王念

摘要：以遵義市的廢棄水田、天然林地和櫻桃園3種不同土地利用方式的土壤為研究對象，對土壤有機碳含量的分布特征及影響因素進(jìn)行分析。相關(guān)分析結(jié)果表明：不同土地利用方式下土壤有機碳含量高低順序為廢棄水田>天然林地>櫻桃園，且廢棄水田的土壤有機碳含量顯著高于天然林地和櫻桃園;在垂直分布特征上，隨著土層深度的增加，廢棄水田、天然林地和櫻桃園的土壤有機質(zhì)含量均呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，且表現(xiàn)出比較明顯的土壤有機碳表聚現(xiàn)象;不同土地利用方式下土壤有機碳含量受到土壤理化因素（土壤pH、含水率、容重）的影響，其中，廢棄水田的土壤有機碳含量分別與土壤pH和含水率呈顯著性負(fù)相關(guān)和顯著性正相關(guān)，天然林地的土壤有機碳含量與容重呈極顯著負(fù)相關(guān)，櫻桃園的土壤有機碳含量與pH呈顯著性負(fù)相關(guān)，與含水率呈極顯著性正相關(guān)。該研究為遵義市新蒲鎮(zhèn)陶家灣土地的合理利用、陸地生態(tài)系統(tǒng)有機碳庫的研究提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：不同土地利用方式;土壤有機碳;分布特征

中圖分類號：S-3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作者簡介：顏雄（1981-），男，博士，副教授。研究方向：土壤肥力。

地球碳庫主要由4個碳庫組成，分別是大氣碳庫、海洋碳庫、巖石圈碳庫、陸地生態(tài)碳庫[1]，其中最活躍的過程是陸地生態(tài)碳庫和大氣碳庫之間的碳交換。而土壤有機碳在陸地生態(tài)系統(tǒng)中儲存量是最大的，主要來源于動植物殘體、土壤腐殖質(zhì)、微生物代謝過程的產(chǎn)物，對全球碳循環(huán)和碳平衡起著非常重要的作用[2]。

土地利用對碳儲存、碳吸收及碳釋放有著重要影響[3]。土地利用方式的轉(zhuǎn)變，將會改變土壤微生物的種群、生物量及其活性、地表凋落物、植物根系生長和分布，同時通過影響土壤pH、土壤含水率、土壤容重等，導(dǎo)致土壤有機碳含量發(fā)生變化[4]。因此，對不同土地利用方式下土壤有機碳的分布特征及影響因素的研究，不僅對提高土壤肥力質(zhì)量具有重要意義，而且對減少全球溫室效應(yīng)也有重要影響[5，6]。

本研究以貴州省遵義市新蒲鎮(zhèn)陶家灣為研究區(qū)域，通過對3種不同土地利用方式下（廢棄水田、天然林地、櫻桃園）土壤有機碳含量垂直分布特征進(jìn)行分析，探討各種利用方式土壤有機碳含量的規(guī)律及其影響因素，為遵義市新蒲鎮(zhèn)陶家灣土地的合理利用、陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳平衡的研究提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究試驗地概況

研究區(qū)位于貴州遵義新蒲鎮(zhèn)陶家灣，E107°04′～107°07′，N21°73′～21°74′，海拔為845m。研究區(qū)氣候類型為亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫為14.7℃，年降水量為1200mm，土壤類型為黃壤。

1.2樣品采集與分析

1.2.1樣品采集

選取廢棄水田、天然林地、櫻桃園3種不同土地利用方式的土壤作為研究對象，于2019年10月進(jìn)行土樣采集，分別按“S”形設(shè)置5個采樣點，樣方面積為5m×5m，每個采樣點挖取1個土壤剖面，深度為30cm，并按照0～10cm、10～20cm、20～30cm進(jìn)行分層采樣。將帶回實驗室的土壤樣品及時處理，過尼龍網(wǎng)篩（10目、60目）保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2測定方法

依據(jù)《土壤農(nóng)化分析》[7]測定土壤理化性質(zhì)，包括土壤有機碳、容重、pH、含水率。

2結(jié)果與分析

2.1不同土地利用方式下土壤有機碳的垂直分布特征

從表1可知，不同土地利用方式下有機碳的剖面垂直分布特征：在0～10cm土層中，不同土地利用方式下的土壤有機碳含量高低順序為廢棄水田>天然林地>櫻桃園，且廢棄水田的有機碳含量與櫻桃園達(dá)到顯著差異水平（P<0.05）;在10～20cm土層的高低順序為廢棄水田>櫻桃園>天然林地;在20～30cm土層中，土壤有機碳含量與0～10cm土層的規(guī)律相似，且廢棄水田顯著高于櫻桃園和天然林地。總體上，廢棄水田的有機碳含量高于櫻桃園和天然林地，而櫻桃園和天然林地之間在各土層中無顯著差異。

廢棄水田、天然林地和櫻桃園的0～10cm土層土壤有機碳含量都是剖面中最高的，并隨著土層深度的增加而遞減，且0～10cm土層土壤有機碳含量均顯著高于20～30cm土層。但不同土地利用方式的變化幅度不同。廢棄水田和天然林地10～20cm和20～30cm土層的土壤有機碳含量之間變化比表層的相對要小;而櫻桃園隨著剖面的加深，各個土層的土壤有機碳含量之間均存在顯著性差異。

2.2不同土地利用方式下土壤有機碳含量影響因素的分布特征

2.2.1土壤pH

在0～10cm和10～20cm的土層中，廢棄水田和櫻桃園的土壤pH不存在顯著差異，但兩者均顯著高于天然林地;在20～30cm土層的高低順序為櫻桃園>廢棄水田>天然林地，且均達(dá)到顯著性差異水平（P<0.05），其中櫻桃園和廢棄水田的土壤pH均為中性或者偏堿，而天然林地土壤為酸性。

隨著土層深度的增加，同一土地利用方式下廢棄水田和櫻桃園的土壤pH均呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，而天然林地的土壤pH波動不大。櫻桃園10～20cm和20～30cm土層的土壤pH比0～10cm土層分別高出8.60%和12.3%，存在顯著差異。

2.2.2土壤含水率

在0～30cm各土層中，不同土地利用方式下的土壤含水率高低順序均為廢棄水田>櫻桃園>天然林地，且廢棄水田、櫻桃園的土壤含水率均顯著高于天然林地;天然林地的土壤含水率比廢棄水田和櫻桃園低24.5%～46.5%。

隨著土層深度的增加，廢棄水田和櫻桃園的土壤含水率均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，但天然林地20～30cm土層的土壤含水率是最高的。

2.2.3土壤容重

在0～10cm土層中，不同土地利用方式下的土壤容重高低順序為廢棄水田>天然林地>櫻桃園，且廢棄水田的土壤容重與櫻桃園達(dá)到顯著差異水平（P<0.05）;在10～20cm土層中，各土地利用方式的土壤容重?zé)o顯著差異;在20～30cm土層中，土壤容重與0～10cm土層的規(guī)律類似，廢棄水田顯著高于櫻桃園?？傮w上，廢棄水田的土壤容重高于天然林地和櫻桃園，而櫻桃園和天然林地之間在各土層中無顯著差異。同一土地利用方式下0～10cm土層土壤容重最低，隨著土層深度的增加，廢棄水田、天然林地和櫻桃園均呈現(xiàn)出上升的趨勢。廢棄水田20～30cm土層的土壤容重比0～10cm和10～20cm分別高出12.7%和8.86%，而天然林地20～30cm土層的土壤容重顯著高于0～10cm土層。

2.3不同土地利用方式下土壤有機碳含量與影響因素之間的關(guān)系

影響土壤有機碳含量變化的因素有很多，本研究通過計算3個研究區(qū)的土壤有機碳含量與各影響因素的相關(guān)性矩陣，試圖探討各種利用方式的主要影響因素。從表2可知，廢棄水田和櫻桃園的土壤有機碳含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）;天然林地的土壤有機碳含量與容重呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）;廢棄水田的土壤有機碳含量與含水率呈顯著正相關(guān)（P<0.05），櫻桃園的土壤有機碳含量與含水率呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。

3結(jié)論

不同土地利用方式下土壤有機碳含量高低順序為廢棄水田>天然林地>櫻桃園，且廢棄水田的土壤有機碳含量顯著高于天然林地和櫻桃園。在垂直分布特征上，不同土地利用方式下（廢棄水田、天然林地和櫻桃園）的土壤有機碳含量均隨著土層深度的增加呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢，且在0～10cm土層的土壤有機碳含量最高，表現(xiàn)出比較明顯的表聚現(xiàn)象。

土壤理化性質(zhì)對不同土地利用方式下土壤有機碳含量影響較大。廢棄水田的土壤有機碳含量分別與pH呈顯著性負(fù)相關(guān)，與含水率呈顯著性正相關(guān);天然林地的土壤有機碳含量與容重呈極顯著性負(fù)相關(guān);櫻桃園的土壤有機碳含量與pH呈顯著性負(fù)相關(guān)，與含水率呈極顯著性正相關(guān)。

綜上所述，可通過改變耕作方式、調(diào)節(jié)土壤pH、改良土壤結(jié)構(gòu)、適當(dāng)增加土壤透氣透水性和降低土壤容重等措施，提高土壤微生物活性，進(jìn)而提高土壤固碳能力。

參考文獻(xiàn)

[1]陶波，葛全勝，李克讓，等.陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究進(jìn)展[J].地理研究，2001，20（05）：564-575.

[2]LAI R. World soils and the greenhouse effect[J].Global Change News Letter，1999（37）：4-5.

[3]徐薇薇，喬木.干旱區(qū)土壤有機碳含量與土壤理化性質(zhì)相關(guān)分析[J].中國沙漠，2014，34 （06）：1558-1561.

[4]邰繼承，靳振江，崔立強，等.不同土地利用下湖北江漢平原濕地起源土壤有機碳組分的變化 [J].水土保持學(xué)報，2011，25（06）：124-128.

[5]朱麗琴，黃榮珍，段洪浪，等.紅壤侵蝕地不同人工恢復(fù)林對土壤總有機碳和活性有機碳的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2017， 37（01）：249-257.

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[7]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

（責(zé)任編輯 賈燦）