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行分析。相關分析結果表明：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含量均呈現出逐漸降低的趨勢，且表現出比較明顯的土壤有機碳表聚現象;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相關和顯著性正相關，天然林地的土壤有機碳含量與容重呈極顯著負相關，櫻桃園的土壤有機碳含量與pH呈顯著性負相關，與含水率呈極顯著性正相關。該研究為遵義市新蒲鎮陶家灣土地的合理利用、陸地生態系統有機碳庫的研究提供一定的理論依據。

關鍵詞：不同土地利用方式;土壤有機碳;分布特征

中圖分類號：S-3

文獻標識碼：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、陸地生態碳庫[1]，其中最活躍的過程是陸地生態碳庫和大氣碳庫之間的碳交換。而土壤有機碳在陸地生態系統中儲存量是最大的，主要來源于動植物殘體、土壤腐殖質、微生物代謝過程的產物，對全球碳循環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，導致土壤有機碳含量發生變化[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量具有重要意義，而且對減少全球溫室效應也有重要影響[5，6]。

本研究以貴州省遵義市新蒲鎮陶家灣為研究區域，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行分析，探討各種利用方式土壤有機碳含量的規律及其影響因素，為遵義市新蒲鎮陶家灣土地的合理利用、陸地生態系統碳循環和碳平衡的研究提供一定的科學依據。

1材料與方法

1.1研究試驗地概況

研究區位于貴州遵義新蒲鎮陶家灣，E107°04′～107°07′，N21°73′～21°74′，海拔為845m。研究區氣候類型為亞熱帶季風濕潤氣候，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月進行土樣采集，分別按“S”形設置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進行分層采樣。將帶回實驗室的土壤樣品及時處理，過尼龍網篩（10目、60目）保存備用。

1.2.2測定方法

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

2結果與分析

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無顯著差異;在20～30cm土層中，土壤容重與0～10cm土層的規律類似，廢棄水田顯著高于櫻桃園。總體上，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個研究區的土壤有機碳含量與各影響因素的相關性矩陣，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呈顯著負相關（P<0.05）;天然林地的土壤有機碳含量與容重呈極顯著負相關（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（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（P<0.01）。

3結論

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，表現出比較明顯的表聚現象。

土壤理化性質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呈顯著性負相關，與含水率呈顯著性正相關;天然林地的土壤有機碳含量與容重呈極顯著性負相關;櫻桃園的土壤有機碳含量與pH呈顯著性負相關，與含水率呈極顯著性正相關。

綜上所述，可通過改變耕作方式、調節土壤pH、改良土壤結構、適當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，進而提高土壤固碳能力。

參考文獻

[1]陶波，葛全勝，李克讓，等.陸地生態系統碳循環研究進展[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.干旱區土壤有機碳含量與土壤理化性質相關分析[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林對土壤總有機碳和活性有機碳的影響[J].生態學報，2017， 37（01）：249-257.

[6]朱耀軍，趙峰，郭菊蘭，等.湛江高橋紅樹林濕地有機碳分布及埋藏特征[J].生態學報，2016，36（23）：7841-7849.

[7]鮑士旦.土壤農化分析[M].北京：中國農業出版社，2000.

（責任編輯 賈燦）