寒地土壤有机碳含量与土壤理化性质相关性研究——以大同市为例

来雪慧，姚志远，张姝婷，周坤渊，王美琪，程 健

(太原工业学院环境与安全工程系，山西 太原 030008)



寒地土壤有机碳含量与土壤理化性质相关性研究
——以大同市为例

来雪慧，姚志远，张姝婷，周坤渊，王美琪，程 健

(太原工业学院环境与安全工程系，山西 太原 030008)

以大同市为例，研究寒地土壤有机碳含量与土壤理化性质的相关性。通过实验分析发现，土壤有机碳含量与土壤养分含量均呈现显著的正相关关系(P<0.01)。其中，相关性最高的为土壤的全碳量和全氮量，其次为水解性氮和全磷含量。同时，土壤有机碳含量与阳离子交换量的相关性也较为显著(P<0.01)，但与土壤pH值的相关性不显著(P>0.05)。

土壤有机碳；理化性质；寒地

晋北地区地处山西省北部，由于海拔高，其气候干旱寒冷，具有明显的季节性冻融特征。作为山西省典型的寒地，加之煤炭等资源的过度开采，使得晋北地区土地荒漠化和水土流失严重。同时，晋北地区地处高纬季节性寒地，其冻土深度超过1.5 m。土壤经历了长期反复的冻融过程，势必会对该区土壤结构和性质以及碳、氮等营养物质运移特征产生影响。土壤有机碳的含量通过对土壤质量的作用，影响着土壤向大气的碳排放[1-2]。因此，土壤有机碳的含量及其与土壤理化性质的相关性成为近年来生态系统碳排放的研究热点[3]。本研究以大同市土壤为例，分析土壤有机碳等理化性质之间的关系，为寒地土壤的碳循环研究提供科学依据。

1 研究方法

1.1 研究区概况

大同市位于山西晋北地区，属于温带大陆性季风气候，年均气温为6.4 ℃。区内地貌类型多样，是保障京津地区生态环境的重要屏障。研究区煤炭资源丰富，但由于气候地质条件和人为活动的影响，导致区内水土流失等生态环境问题严重。

1.2 土样采集

本研究中，采集土样包括农田、林地、草地和荒地4种类型的土壤样品，分为0 cm～15 cm、15 cm～30 cm和30 cm～60 cm 3个深度，共82个土壤样品。在每个样地中，均选择3个1 m×1 m采样样方，分别走“S”形用土钻取5点土样混合；混合土样采用“四分法”，用无菌塑料袋保存，带回实验室后立即置于4 ℃冰箱保存。

1.3 实验方法

研究中所有样品测定指标包括土壤有机碳含量，pH值，土壤N、P、K含量和交换性阳离子含量。土壤有机碳通过重铬酸钾氧化-分光光度法测定，土壤养分通过元素分析仪测定，EDTA-铵盐快速法测定交换性阳离子含量。

1.4 数据分析

土壤有机碳与土壤理化性质之间的相关性采用excel指数回归方程分析，两者之间的相关程度通过SPSS软件中的显著性水平分析。如果相关关系显著(P<0.05)，则认为有机碳含量与该理化指标之间存在显著的关系。否则，关系不显著(P>0.05)。

2 结果与讨论

2.1 土壤有机碳含量与土壤养分含量的相关性

表1为土壤有机碳含量与土壤中N、P、K含量的相关关系。从表1中可以看出，本研究中的土壤有机碳含量与土壤营养成分含量均呈现出了显著的正相关关系(P<0.01)。其中，与土壤有机碳含量相关性最高的为土壤的全碳量和全氮量，其次为水解性氮和全磷含量。一般情况下，土壤营养元素会随着有机碳含量的增加而增加，土壤肥力也会相应地提高[4]。这与黄土高原等土壤研究结果相似[5-6]。

表1 大同市土壤有机碳含量与土壤养分的关系

图1为土壤K2O含量与土壤有机碳含量的相关性，两者之间表现为显著的负相关关系(P<0.01)。

图1 土壤K2O含量与有机碳含量的相关性

2.2 土壤有机碳含量与交换性阳离子含量的相关性

土壤的保肥能力以交换性阳离子进行表征，它指的是能够与土壤表面吸附的离子进行等量交换的土壤溶液中的阳离子，一般与土壤有机碳含量表现为正相关[5]。本研究中，土壤有机碳含量与交换性阳离子呈现较好的正相关性(见图2，R2=0.602 5，P<0.01)。这与我国干旱区域[7]和东北区域[8]的土壤研究结果相似。

图2 土壤阳离子交换量与有机碳含量的相关性

2.3 土壤有机碳含量与pH值的相关性

之前的研究表明，土壤pH值与有机碳含量的关系较为复杂。一般情况下，土壤pH值与土壤有机碳含量表现为负相关关系。但有研究表明，二者之间的关系需要界定在一定的pH值范围内才有意义[9]。本研究中，土壤pH值偏酸性(见图3)，随着pH值的升高，土壤有机碳含量下降，但两者之间没有明显的相关关系(P>0.05)。根据其拟合方程推算，当土壤更酸性化时，单位pH值变化所引起的偏酸性土壤有机碳变化量要高于碱性土壤。

图3 土壤pH值与有机碳含量的相关性

3 结论

大同市土壤有机碳含量与土壤养分含量均呈现显著的正相关关系。其中，相关性最高的为土壤的全碳量和全氮量，其次为水解性氮和全磷含量。同时，土壤有机碳含量与阳离子交换量的相关性也较为显著，但与土壤pH值的相关性不显著。

[1] Lal R.Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security[J].Science,2004,304:1623-1627.

[2] Smith P.Carbon sequestration in croplands:The potential in Europe and the global context[J].European Journal of Agronomy,2004,20(3):229-236.

[3] Trumbore S.Carbon respired by terrestrial ecosystem-recent progress and challenges[J].Global Change Biology,2006,12(2):141-153.

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[5] 王文艳，张丽萍，刘俏.黄土高原小流域土壤阳离子交换量分布特征及影响因子[J].水土保持学报，2012,26(5)：123-127.

[6] 苏永中，赵哈林.土壤有机碳储量、影响因素及其环境效应的研究进展[J].中国沙漠，2002,22(3)：220-228.

[7] 徐薇薇，乔木.干旱区土壤有机碳含量与土壤理化性质相关分析[J].中国沙漠，2014,34(6)：1558-1561.

[8] 祖元刚，李冉，王文杰，等.我国东北土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化性质的相关性[J].生态学报，2011,31(18)：5207-5216.

Study on relationship between soil organic carbon content and the physical and chemical characteristics of the cold region——Taking Datong as an example

LAI Xuehui, YAO Zhiyuan, ZHANG Shuting, ZHOU Kunyuan, WANG Meiqi, CHENG Jian

(Department of Environment and Safety Engineering, Taiyuan Institute of Technology, Taiyuan Shanxi 030008, China)

Taking Datong for example, the relationship between soil organic carbon and soil properties are studied. The results showed that there was significant and positive correlation between soil organic carbon content and soil nutrients (P<0.01). Among them, it was closely related to total carbon and nitrogen contents, and secondly hydrolysis nitrogen and total phosphorus contents. Meanwhile, there was also positive significantly correlation between organic carbon content and cation exchange capacity (P<0.01), but there was no apparent association between organic carbon content and pH value (P>0.05).

soil organic carbon; physical and chemical characteristics; cold region

2016-04-23

山西省高等学校科技创新项目(2014151)；山西省重点学科建设经费资助；2015年院级大学生创新创业训练项目(GK2015070)

来雪慧，女，1984年出生，2013年毕业于北京师范大学，博士，讲师，主要从事农业面源污染研究工作。

科研与开发

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.04

S153.6

A

1004-7050(2016)05-0012-02