不同土地利用方式下土壤有机碳的垂直分布特征研究

颜雄　李文昭　罗璇　张应榕　黄玉云　秦王念

摘要：以遵义市的废弃水田、天然林地和樱桃园3种不同土地利用方式的土壤为研究对象，对土壤有机碳含量的分布特征及影响因素进行分析。相关分析结果表明：不同土地利用方式下土壤有机碳含量高低顺序为废弃水田>天然林地>樱桃园，且废弃水田的土壤有机碳含量显著高于天然林地和樱桃园;在垂直分布特征上，随着土层深度的增加，废弃水田、天然林地和樱桃园的土壤有机质含量均呈现出逐渐降低的趋势，且表现出比较明显的土壤有机碳表聚现象;不同土地利用方式下土壤有机碳含量受到土壤理化因素（土壤pH、含水率、容重）的影响，其中，废弃水田的土壤有机碳含量分别与土壤pH和含水率呈显著性负相关和显著性正相关，天然林地的土壤有机碳含量与容重呈极显著负相关，樱桃园的土壤有机碳含量与pH呈显著性负相关，与含水率呈极显著性正相关。该研究为遵义市新蒲镇陶家湾土地的合理利用、陆地生态系统有机碳库的研究提供一定的理论依据。

关键词：不同土地利用方式;土壤有机碳;分布特征

中图分类号：S-3

文献标识码：A

作者简介：颜雄（1981-），男，博士，副教授。研究方向：土壤肥力。

地球碳库主要由4个碳库组成，分别是大气碳库、海洋碳库、岩石圈碳库、陆地生态碳库[1]，其中最活跃的过程是陆地生态碳库和大气碳库之间的碳交换。而土壤有机碳在陆地生态系统中储存量是最大的，主要来源于动植物残体、土壤腐殖质、微生物代谢过程的产物，对全球碳循环和碳平衡起着非常重要的作用[2]。

土地利用对碳储存、碳吸收及碳释放有着重要影响[3]。土地利用方式的转变，将会改变土壤微生物的种群、生物量及其活性、地表凋落物、植物根系生长和分布，同时通过影响土壤pH、土壤含水率、土壤容重等，导致土壤有机碳含量发生变化[4]。因此，对不同土地利用方式下土壤有机碳的分布特征及影响因素的研究，不仅对提高土壤肥力质量具有重要意义，而且对减少全球温室效应也有重要影响[5，6]。

本研究以贵州省遵义市新蒲镇陶家湾为研究区域，通过对3种不同土地利用方式下（废弃水田、天然林地、樱桃园）土壤有机碳含量垂直分布特征进行分析，探讨各种利用方式土壤有机碳含量的规律及其影响因素，为遵义市新蒲镇陶家湾土地的合理利用、陆地生态系统碳循环和碳平衡的研究提供一定的科学依据。

1材料与方法

1.1研究试验地概况

研究区位于贵州遵义新蒲镇陶家湾，E107°04′～107°07′，N21°73′～21°74′，海拔为845m。研究区气候类型为亚热带季风湿润气候，年平均气温为14.7℃，年降水量为1200mm，土壤类型为黄壤。

1.2样品采集与分析

1.2.1样品采集

选取废弃水田、天然林地、樱桃园3种不同土地利用方式的土壤作为研究对象，于2019年10月进行土样采集，分别按“S”形设置5个采样点，样方面积为5m×5m，每个采样点挖取1个土壤剖面，深度为30cm，并按照0～10cm、10～20cm、20～30cm进行分层采样。将带回实验室的土壤样品及时处理，过尼龙网筛（10目、60目）保存备用。

1.2.2测定方法

依据《土壤农化分析》[7]测定土壤理化性质，包括土壤有机碳、容重、pH、含水率。

2結果与分析

2.1不同土地利用方式下土壤有机碳的垂直分布特征

从表1可知，不同土地利用方式下有机碳的剖面垂直分布特征：在0～10cm土层中，不同土地利用方式下的土壤有机碳含量高低顺序为废弃水田>天然林地>樱桃园，且废弃水田的有机碳含量与樱桃园达到显著差异水平（P<0.05）;在10～20cm土层的高低顺序为废弃水田>樱桃园>天然林地;在20～30cm土层中，土壤有机碳含量与0～10cm土层的规律相似，且废弃水田显著高于樱桃园和天然林地。总体上，废弃水田的有机碳含量高于樱桃园和天然林地，而樱桃园和天然林地之间在各土层中无显著差异。

废弃水田、天然林地和樱桃园的0～10cm土层土壤有机碳含量都是剖面中最高的，并随着土层深度的增加而递减，且0～10cm土层土壤有机碳含量均显著高于20～30cm土层。但不同土地利用方式的变化幅度不同。废弃水田和天然林地10～20cm和20～30cm土层的土壤有机碳含量之间变化比表层的相对要小;而樱桃园随着剖面的加深，各个土层的土壤有机碳含量之间均存在显著性差异。

2.2不同土地利用方式下土壤有机碳含量影响因素的分布特征

2.2.1土壤pH

在0～10cm和10～20cm的土层中，废弃水田和樱桃园的土壤pH不存在显著差异，但两者均显著高于天然林地;在20～30cm土层的高低顺序为樱桃园>废弃水田>天然林地，且均达到显著性差异水平（P<0.05），其中樱桃园和废弃水田的土壤pH均为中性或者偏碱，而天然林地土壤为酸性。

随着土层深度的增加，同一土地利用方式下废弃水田和樱桃园的土壤pH均呈现逐渐升高的趋势，而天然林地的土壤pH波动不大。樱桃园10～20cm和20～30cm土层的土壤pH比0～10cm土层分别高出8.60%和12.3%，存在显著差异。

2.2.2土壤含水率

在0～30cm各土层中，不同土地利用方式下的土壤含水率高低顺序均为废弃水田>樱桃园>天然林地，且废弃水田、樱桃园的土壤含水率均显著高于天然林地;天然林地的土壤含水率比废弃水田和樱桃园低24.5%～46.5%。

随着土层深度的增加，废弃水田和樱桃园的土壤含水率均呈现逐渐降低的趋势，但天然林地20～30cm土层的土壤含水率是最高的。

2.2.3土壤容重

在0～10cm土层中，不同土地利用方式下的土壤容重高低顺序为废弃水田>天然林地>樱桃园，且废弃水田的土壤容重与樱桃园达到显著差异水平（P<0.05）;在10～20cm土层中，各土地利用方式的土壤容重无显著差异;在20～30cm土层中，土壤容重与0～10cm土层的规律类似，废弃水田显著高于樱桃园。总体上，废弃水田的土壤容重高于天然林地和樱桃园，而樱桃园和天然林地之间在各土层中无显著差异。同一土地利用方式下0～10cm土层土壤容重最低，随着土层深度的增加，废弃水田、天然林地和樱桃园均呈现出上升的趋势。废弃水田20～30cm土层的土壤容重比0～10cm和10～20cm分别高出12.7%和8.86%，而天然林地20～30cm土层的土壤容重显著高于0～10cm土层。

2.3不同土地利用方式下土壤有机碳含量与影响因素之间的关系

影响土壤有机碳含量变化的因素有很多，本研究通过计算3个研究区的土壤有机碳含量与各影响因素的相关性矩阵，试图探讨各种利用方式的主要影响因素。从表2可知，废弃水田和樱桃园的土壤有机碳含量与pH呈显著负相关（P<0.05）;天然林地的土壤有机碳含量与容重呈极显著负相关（P<0.01）;废弃水田的土壤有机碳含量与含水率呈显著正相关（P<0.05），樱桃园的土壤有机碳含量与含水率呈极显著正相关（P<0.01）。

3结论

不同土地利用方式下土壤有机碳含量高低顺序为废弃水田>天然林地>樱桃园，且废弃水田的土壤有机碳含量显著高于天然林地和樱桃园。在垂直分布特征上，不同土地利用方式下（废弃水田、天然林地和樱桃园）的土壤有机碳含量均随着土层深度的增加呈現出逐渐递减的趋势，且在0～10cm土层的土壤有机碳含量最高，表现出比较明显的表聚现象。

土壤理化性质对不同土地利用方式下土壤有机碳含量影响较大。废弃水田的土壤有机碳含量分别与pH呈显著性负相关，与含水率呈显著性正相关;天然林地的土壤有机碳含量与容重呈极显著性负相关;樱桃园的土壤有机碳含量与pH呈显著性负相关，与含水率呈极显著性正相关。

综上所述，可通过改变耕作方式、调节土壤pH、改良土壤结构、适当增加土壤透气透水性和降低土壤容重等措施，提高土壤微生物活性，进而提高土壤固碳能力。

参考文献

[1]陶波，葛全胜，李克让，等.陆地生态系统碳循环研究进展[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，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 （06）：1558-1561.

[4]邰继承，靳振江，崔立强，等.不同土地利用下湖北江汉平原湿地起源土壤有机碳组分的变化 [J].水土保持学报，2011，25（06）：124-128.

[5]朱丽琴，黄荣珍，段洪浪，等.红壤侵蚀地不同人工恢复林对土壤总有机碳和活性有机碳的影响[J].生态学报，2017， 37（01）：249-257.

[6]朱耀军，赵峰，郭菊兰，等.湛江高桥红树林湿地有机碳分布及埋藏特征[J].生态学报，2016，36（23）：7841-7849.

[7]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.

（责任编辑 贾灿）