黃河故道土壤有機(jī)碳及易氧化有機(jī)碳含量分析

簡(jiǎn)興　陳鴻　肖昕迪

摘 要：該研究對(duì)安徽省碭山縣黃河故道區(qū)域的林地、耕地、果園、濕地及灘涂5種土地利用類(lèi)型0～20cm、20～40cm和40～60cm3個(gè)土層的SOC和ROC含量進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果顯示，各土地利用類(lèi)型土壤SOC在0～20 cm的土壤表層出現(xiàn)積聚，耕地（7.42g/kg）>林地（4.79g/kg）>果園（2.93g/kg）、濕地（2.96g/kg）及灘涂（3.07g/kg），果園、濕地和灘涂表層土壤SOC含量差異不顯著；SOC含量與ROC含量之間存在極顯著的相關(guān)關(guān)系；與SOC相比，ROC含量對(duì)土地利用變化的響應(yīng)更敏感；除耕地表層外，ROC分配比例趨向穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：黃河故道；土地利用變化；土壤有機(jī)碳；土壤易氧化有機(jī)碳

中圖分類(lèi)號(hào) S156.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）14-0062-03

Abstract：Soil organic carbon（SOC） and soil readily oxidizable organic carbon （ROC） of three soil layer of five land utilization types， including woodland， cultivated land， orchard land， wetland and mudflat，were measured. The results show that， topsoil （0～20cm）SOC contents of various land use types display aggregate， cultivated land（7.42g/kg）>woodland（4.79g/kg）>orchard land（2.93g/kg）， wetland（2.96g/kg） and mudflat（3.07g/kg），and the latter three land use types have no significant difference. SOC and ROC show extremely significant correlation. ROC is more active response to changes of land use types than SOC. ROC/SOC trends to be stable except topsoil of cultivated land.

Key words：The ancient course of Yellow River；Land use change；Soil oganic carbon；Soil readily oxidizable organic carbon

黃河明清故道系指公元1194—1855年間，黃河向南侵入淮河所形成的一段主河道所流經(jīng)的地域，位于黃河、淮河、蘇北灌溉總渠之間，流經(jīng)豫、魯、皖、蘇四省22個(gè)縣（市），全長(zhǎng)730km，南北平均寬32.5km，土地總面積約2.4萬(wàn)km2，形成了淮河與黃河流域之間一個(gè)自然景觀獨(dú)特的地理單元[1]。該區(qū)域土壤成土母質(zhì)為黃泛沖積物，土壤類(lèi)型以潮土為主，土種主要為飛沙土。該土種砂性重，結(jié)構(gòu)松散，缺乏毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，沙粒陽(yáng)離子交換量較低，其保水保肥性較差[2，3]，肥力較低。研究表明，碭山縣飛沙土中有機(jī)質(zhì)的含量?jī)H為0.4%左右[4]，屬于極低的水平。土地利用方式的改變對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)有重要的影響[5]，是造成土壤有機(jī)碳（soil organic carbon， SOC）含量水平降低的重要因素。對(duì)于SOC含量較低區(qū)域土地利用改變導(dǎo)致的土壤碳含量變化研究主要集中在中國(guó)西部沙化地區(qū)。對(duì)于黃河故道區(qū)域土地利用方式變化對(duì)土壤碳影響的研究還未見(jiàn)報(bào)道。土壤易氧化有機(jī)碳（soil readily oxidizable organic carbon，ROC）是土壤活性有機(jī)碳重要的組分之一，由于其循環(huán)速率快，穩(wěn)定性差，易受到外界因素的影響從而造成碳的釋放。在土壤受到人為活動(dòng)干擾的早期階段，土壤碳庫(kù)的變化被認(rèn)為主要發(fā)生在ROC庫(kù)中，因此常被用作土壤碳庫(kù)短期變化的表征因素[6]。本研究通過(guò)測(cè)定安徽省碭山縣黃河故道區(qū)域不同土地利用方式下土壤ROC含量，以期了解在有機(jī)質(zhì)含量較低的飛沙土中土地利用變化所造成的土壤中有機(jī)碳含量的變化情況。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況 黃河故道在安徽省碭山境內(nèi)長(zhǎng)46.6km，區(qū)域面積約699.7km2，占碭山縣總面積的59%。本研究區(qū)域選擇位于碭山縣西北部官莊壩鎮(zhèn)的碭山黃河故道省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)。保護(hù)區(qū)總面積約21.80km2，其中核心區(qū)5.86km2，是黃河故道區(qū)域內(nèi)保持得較為完好的濕地之一，2017年初入選安徽省第一批重要濕地名錄。該區(qū)域年降雨量773mm，年均氣溫14℃。

1.2 研究方法 在研究區(qū)域內(nèi)選擇較為典型的林地、耕地、果園、濕地、灘涂為采樣區(qū)。采樣區(qū)內(nèi)具體情況見(jiàn)表1。樣品采集時(shí)間為2016年7月底。在每個(gè)采樣區(qū)內(nèi)隨機(jī)布設(shè)3個(gè)10m×10m樣方，每個(gè)樣方內(nèi)按“5點(diǎn)取樣法”，用直徑為5cm的不銹鋼土鉆分別采集0～20cm、20～40cm、40～60cm深度的土壤，同層土壤混合為一個(gè)樣本，共采集45個(gè)土樣。土樣用自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，在此過(guò)程中剔除樣品中的石子和動(dòng)植物殘?bào)w，碾碎后過(guò)2mm孔徑土壤篩備測(cè)。SOC的測(cè)定采用外加熱重鉻酸鉀容量法，ROC的測(cè)定采用333mmol·L-1高錳酸鉀氧化-比色法[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用類(lèi)型SOC含量 不同土地利用類(lèi)型SOC含量在3個(gè)土層深度上的表現(xiàn)見(jiàn)圖1。土壤0～20cm表層SOC含量范圍在2.93～7.42g/kg，其中林地、耕地、果園以及濕地表層土壤SOC含量均顯著高于20cm以下土層（P<0.05），而20～40cm和40～60cm2個(gè)土層SOC含量無(wú)顯著差異，說(shuō)明這四種土地利用類(lèi)型SOC含量在土壤表層出現(xiàn)積聚。灘涂3個(gè)土層之間SOC含量為0.39～0.81g/kg，未表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異。對(duì)0～20cm表層土壤SOC含量的統(tǒng)計(jì)比較顯示，耕地顯著高于其它土地利用類(lèi)型（P<0.05），林地表層SOC含量次之，而果園、濕地與灘涂表層土壤SOC含量之間無(wú)顯著差異。由于耕地存在高強(qiáng)度的田間管理措施，外來(lái)有機(jī)質(zhì)的輸入明顯，特別是秸稈還田和施肥管理，導(dǎo)致土壤SOC含量顯著高于其它土地利用類(lèi)型。林地受到的人為干擾相對(duì)較少，表層SOC的主要的來(lái)源為地表凋落物的分解。而果園由于存在清園工作，要及時(shí)清理枯枝落葉，切斷了土壤SOC的主要輸入源，土壤SOC的來(lái)源主要為肥料的施用。濕地與灘涂受到水分的影響較為顯著，濕地上蘆葦生長(zhǎng)茂盛，灘涂植被稀少，而二者表層土壤SOC含量無(wú)差異，均處于較低的水平。說(shuō)明碭山黃河故道濕地在儲(chǔ)存碳能力上較弱。這與前人在黃河故道上游濕地（河南段）研究獲得的結(jié)果一致[8]。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因，可能與飛沙土的特性有關(guān)。飛沙土由于沙性重，結(jié)構(gòu)松散，陽(yáng)離子交換性差，因此保水保肥能力弱，極易產(chǎn)生水土流失。因此，該區(qū)域濕地土壤SOC含量處于較低水平。20cm以下土壤SOC含量在各土地利用類(lèi)型之間無(wú)顯著差異，表明碭山黃河故道區(qū)域不同的土地利用類(lèi)型20cm以下土層SOC含量較一致，土地利用方式的改變對(duì)SOC的影響主要出現(xiàn)在0～20土層中。

2.2 不同土地利用類(lèi)型土壤ROC含量 不同土地利用類(lèi)型土壤ROC含量如圖2所示，其范圍為0.325～3.918 g/kg。除灘涂三層土壤ROC含量無(wú)顯著差異外，其它土地利用類(lèi)型表現(xiàn)為0～20cm土壤ROC顯著高于20cm以下土壤。這與上述SOC隨土層深度變化情況相似。但也存在細(xì)微差異，表現(xiàn)為林地與濕地兩種土地利用類(lèi)型中，20～40cm土層與40～60cm之間，ROC含量出現(xiàn)了顯著差異（P<0.05）。這表明濕地在轉(zhuǎn)為林地后ROC較SOC更能反映出碳含量上的微小差異。

對(duì)各土地利用類(lèi)型的3個(gè)土層SOC和ROC的平均含量值進(jìn)行回歸，建立二者之間的線(xiàn)性回歸方程，見(jiàn)圖3。結(jié)果顯示SOC與ROC之間存在極顯著的線(xiàn)性關(guān)系（P<0.01）。表明土壤中ROC含量在很大程度上還是依賴(lài)于總有機(jī)碳的含量。

為了消除總有機(jī)碳含量的差異對(duì)ROC含量產(chǎn)生的影響，對(duì)ROC與SOC進(jìn)行比值處理，獲得ROC分配比例，其范圍為25.38%～53.67%，見(jiàn)圖4。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，各土地利用類(lèi)型隨土壤深度改變，ROC/SOC值未出顯著差異。各土地利用類(lèi)型在不同土層的橫向比較顯示，只在0～20cm表層耕地ROC分配比例（53.67%）高于其它土地利用類(lèi)型。其他土地利用類(lèi)型間ROC分配比例間均無(wú)顯著差異。說(shuō)明碭山黃河故道區(qū)域各土地利用方式對(duì)ROC分配比例的影響不顯著。

3 結(jié)論

土地利用方式的改變是造成土壤有機(jī)碳含量變化的主要因素。黃河故道區(qū)域土壤以飛沙土為主。這一區(qū)域濕地景觀是主要的環(huán)境背景，在受到人為干擾后，濕地轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌耐恋乩妙?lèi)型后，土壤有機(jī)碳發(fā)生了變化。本研究顯示：（1）該地區(qū)濕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值亍⒏亍⒐麍@和灘涂后，除灘涂外，各土地利用類(lèi)型土壤SOC在0～20cm的土壤表層出現(xiàn)積聚，其中耕地與林地表層土壤SOC含量提高最為明顯，如果考慮到耕地有施肥帶來(lái)有機(jī)質(zhì)輸入的影響，林地在提高土壤有機(jī)碳含量的作用較有效；（2）土壤總有機(jī)碳SOC含量與易氧化有機(jī)碳ROC含量之間存在顯著的相關(guān)性，說(shuō)明ROC含量主要還是依賴(lài)于SOC含量的高低；（3）林地、耕地20～40cm、40～60cm土層ROC含量與SOC相比出現(xiàn)了顯著差異，說(shuō)明土地利用類(lèi)型土壤碳變化的分辨上，ROC較SOC具有更高的靈敏度；（4）除耕地表層土壤外，ROC分配比例在各土層間無(wú)顯著差異，同一土層各土地利用類(lèi)型間也無(wú)顯著差異，說(shuō)明飛沙土為主的碭山黃河故道區(qū)域不同土地利用方式和不同的土層ROC分配比例趨于穩(wěn)定，其值為（32.64±4.97）%。

參考文獻(xiàn)

[1]黃以柱. 黃河故道區(qū)域土地資源開(kāi)發(fā)利用研究[J].自然雜志， 1995（4）：211-215.

[2]Walpola， B C，Arunakumara， K.Decomposition of Gliricidia leaves：the effect of particle size of leaves and soil texture on carbon mineralization[J]，Tropical Agricultural Research & Extension.2010，13（1）：19-23.

[3]Ismail S M， Ozawa K. Improvement of crop yield， soil moisture distribution and water use efficiency in sandy soils by clay application[J].Applied Clay Science，2007，37（1-2）：81-89.

[4]付金沐，史志剛，孫林華，等.安徽碭山縣域土壤有機(jī)質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（28）：3745-3746，3777.

[5]馬曉哲，王錚.土地利用變化對(duì)區(qū)域碳源匯的影響研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35（17）：5898-5907.

[6]沈宏，曹志洪，胡正義.土壤活性有機(jī)碳的表征及其生態(tài)效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)雜志，1999，18（3）：32-38.

[7]Blair G J，Lefroy R，Lisle L.Soil carbon fractions based on their degree of oxidation，and the development of a carbon management index for agricultural systems[J].Australian Journal of Agricultural Research，1995，46（7）：1459-1466.

[8]朱新玉，胡云川，蘆杰.豫東黃河故道濕地土壤生物學(xué)性狀及土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].水土保持研究，2014，21（2）：27-32.

（責(zé)編：張宏民）