不同土地利用方式土壤碳氮含量及儲量分析

焦克強，段建軍，王小利，易 香，陳祖擁，卜通達

(1.貴州大學 農學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學 煙草學院，貴州 貴陽 550025；3.安順市西秀區土肥站，貴州 安順 561000)

土壤有機碳(SOC)與全氮(TN)是土壤養分的重要組成部分[1]，也是植物生長必需營養元素的主要來源。相關研究表明，SOC與TN含量是衡量土壤質量的重要指標，對土壤生產力與土地可持續利用以及環境保護有重要作用與意義[2]。因此，SOC與TN含量的變化一直是陸地生態系統碳、氮循環研究的熱點[3]。在陸地生態系統中，土壤是“碳、氮匯”還是“碳、氮源”主要取決于土壤碳氮儲量的變化[4]。20世紀70年代以來，國外對全球和區域尺度的土壤碳儲量[5-6]進行了廣泛研究，取得了很大進展，我國近年來在這方面也開展了大量工作[7-8]。但對土壤氮儲量，特別是土壤剖面氮儲量的研究相對較少[9]。在全球氣候變化中，Batjes NH等[5]研究表明，SOC與TN在全球碳氮循環中起著重要作用，其儲量巨大[10]，即使其細微的改變也有可能導致大氣中溫室氣體濃度的變化，進而影響未來的全球氣候變化[11]。Puget P等[12]報道，SOC和TN儲量的增加在某種意義上亦可緩解大氣CO2與N2O濃度的升高，從而減輕溫室效應。所以，研究土壤中的碳儲量有助于揭示土壤碳貯藏對全球變化響應的時間、方式及規模[13]。同時，研究土壤中的氮儲量也有助于揭示土壤氮貯藏對全球氣候變化的響應機制。

土地利用是指對土地的使用狀況，是人類根據土地的自然特點，按照一定的經濟、社會目的，采取一系列生物、技術手段對土地進行長期或周期性的經營管理和治理改造活動[14]。目前，國內外學者在土地利用方式及其變化對SOC儲量與碳密度的影響方面已經開展了大量的研究，取得了一定的成果[15，16]。與SOC相比，土壤TN儲量與密度則是在研究SOC儲量與密度的基礎上進行了探討。王紹強等[17]研究表明，土地利用/覆蓋變化改變了土壤微生態環境，從而影響著陸地生態系統的碳氮循環。Templer PH等[18]研究也表明，土地利用變化是影響陸地生態系統碳氮循環的最大因素之一，是僅次于化石燃燒而使大氣 CO2濃度急劇增加的最主要人為活動。上述研究區域尺度較為廣泛，而選取小流域尺度的研究還不多見。鑒于此，本研究擬選取代表性小流域為研究對象，對不同土地利用方式下土壤碳氮含量及儲量特征進行系統分析。

貴州省威寧縣東山河小流域位于喀斯特湖泊—草海的西側，是典型的喀斯特小流域，其生態比較脆弱。近年來，隨著人類活動程度不斷加強，該小流域內的土地利用方式發生急劇改變，進而破壞了其生態環境，并對該小流域的土壤碳氮循環產生了很大影響。基于此，本研究以東山河小流域內的草地、耕地、林地3類土地利用方式下的土壤為研究對象，探討了不同土地利用方式下的土壤理化性質、SOC與TN含量、碳氮比(C/N)、碳氮密度及儲量，揭示了典型喀斯特地區不同土地利用方式下SOC庫與氮庫儲量，以期為合理利用喀斯特地區土地資源與評價該小流域土壤固定碳、氮的能力提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究所需材料取自貴州省威寧縣東山河小流域內3類土地利用方式(草地、耕地及林地)下的土壤。研究區地理位置介于東經104°12′06″～104°12′44″、北緯26°49′41″～26°50′37″之間，地勢總體從西、南、東三面向北降低，海拔2183～2195 m。該地區屬于亞熱帶季風氣候，年均降雨量960 mm，年平均氣溫11.94℃，年均日照時數950 h，無霜期187 d左右，≥10℃的積溫為2568.7℃，冬暖夏涼，日溫差大，年溫差小。研究區面積約為1.41 km2，草地面積為0.31 km2，耕地面積為0.76 km2，林地面積為0.34 km2。成土母質主要是碳酸鹽巖。植被為常綠-落葉混交林及灌木叢等次生林。土壤主要有黃壤、黃棕壤與灰泡土。主要農作物有馬鈴薯、小麥和玉米。

1.2 樣品采集與制備

于2015年3月上旬，借助GPS進行定位，對東山河小流域土地利用方式進行實地考察與土壤樣品采集。3類土地利用方式中，草地與耕地按照規則格網法采集0～20 cm土壤樣品，林地則設置典型樣地，每一樣地按照“S”型多點混合取樣法采集0～20 cm土層樣品。共采集土壤樣品222個，草地82個，耕地100個，林地40個。用環刀采集原狀土以測定土壤容重(BD)。土壤樣品經風干處理后，磨細，分別過2 mm和0.25 mm篩儲存備用，用于分析SOC與TN等其他指標。

1.3 測試方法與數據統計分析

電位法測定土壤pH(土水比1∶2.5)；凱氏定氮法測定TN；重鉻酸鉀外加熱法測定有機質；碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定速效磷；堿解擴散法測定堿解氮；乙酸銨浸提—火焰光度法測定速效鉀，以上指標均參照《土壤農業化學分析》等資料方法[19]進行測定。每批樣設定50%的平行樣本數，同時加2個土壤標樣(ESS-3)和2個空白樣，以控制樣品測定的準確度和消除樣品測定過程中可能出現的試劑、儀器、環境帶來的系統誤差。

不同土地利用方式下表層(0～20 cm)SOC密度(DSOCi)計算公式為：

(1)

式中：Ci、BDi、Hi、Gi、102分別表示土地利用方式i的表層土壤有機碳含量(g/kg) 、土壤容重(g/cm3)、土層厚度(cm)、土壤粒徑>2 mm 的石礫所占體積百分比(%)、單位轉換系數。每種土地利用方式的土壤無粒徑>2 mm 的石礫，則Gi=0。

不同土地利用方式下表層SOC儲量(TSOCi)計算公式為：

TSOCi=DSOCi×Ai

(2)

式中：Ai為土地利用方式i的面積。不同土地利用方式下的土壤氮密度與儲量以同樣方法計算。

所有數據采用SPSS 20.0和Microsoft excel 2003軟件進行處理和圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 不同土地利用方式下土壤理化性質

對東山河小流域不同土地利用方式下的土壤基本理化性質：pH、堿解氮(AN)、速效鉀(AK)、速效磷(AP)<0.01 mm物理性粘粒含量進行測定，結果如表1所示。3類土地利用方式的土壤<0.01物理性粘粒含量變幅跨度較大。其中，草地土壤<0.01 mm物理性粘粒含量(%)變幅為38%～99%，土壤質地分類由中壤土過度到重粘土；耕地土壤<0.01 mm物理性粘粒含量(%)變幅為59%～96%，土壤質地分類為輕粘土過渡到重粘土；林地土壤<0.01 mm物理性粘粒含量(%)變幅為26%～92%，土壤質地從輕壤土向重粘土過度。草地與林地土壤質地發生的變化較大，由壤土過渡到粘土，而耕地土壤質地均是粘土。

從表1中可以看出，草地、耕地與林地表層土壤pH值分別為5.71±0.09、5.91±0.07、5.37±0.10，3類土地利用方式的土壤酸堿度均呈酸性，且3類土地利用方式間的差異達到了顯著性水平(p<0.05)。3類土地利用方式下AN含量大小規律為草地(193±3.50 mg/kg)>耕地(172±3.83 mg/kg)>林地(159±7.36 mg/kg)，其中草地與耕地、林地AN含量差異顯著(p<0.05)，而耕地與林地AN含量差異不顯著(p>0.05)；AK含量規律為林地(174.68±1.15 mg/kg)>草地(171.57±7.52 mg/kg)>耕地(145.21±5.99 mg/kg)，其中，耕地與草地、林地AK含量差異顯著(p<0.05)，但林地與草地AK含量差異不顯著(p>0.05)；AP含量規律為草地(21.89±1.89 mg/kg)>林地(15.65±1.60 mg/kg)>耕地(15.10±1.40 mg/kg)，其中，草地與耕地、林地AP含量差異顯著(p<0.05)，耕地與林地AP含量差異不顯著(p>0.05)。

表1 不同土地利用方式下土壤理化性質Tab.1 Soil physical and chemical properties under different land use patterns

2.2 不同土地利用方式下SOC與TN含量

由表2可知，研究區全流域的SOC與TN含量分別為26.84±0.66 g/kg與2.59±0.05 g/kg，并且其SOC與TN含量的變異系數分別為36.54%與26.13%，均屬于中等變異。不同土地利用方式下的SOC和TN含量均表現出明顯差異。其中，草地的SOC含量為29.59±1.06 g/kg，顯著高于耕地(25.73±0.93 g/kg)與林地(23.99±1.63 g/kg)(p<0.05)，而耕地與林地的SOC含量差異不顯著(p>0.05)，此外，草地、耕地與林地的SOC含量的變異系數分別為32.55%、36.01%與42.91%，都屬于中等變異。其次，3類土地利用方式下的TN含量差異顯著(p<0.05)，其大小規律為草地(2.87±0.07 g/kg)>耕地(2.50±0.06 g/kg)>林地(2.26±0.11 g/kg)，并且3類土地利用方式下的TN含量的變異系數介于10%～100%之間，屬于中等變異。從SOC與TN含量的變異系數來看，林地受人為干擾與流水沖蝕等作用較大，所以其SOC與TN含量的變異系數最大；耕地受人為干擾的單一作用最大，而草地主要受自然降水等因素影響，所以耕地與草地的SOC與TN含量變異系數較小。

2.3 不同土地利用方式下SOC與TN的關系

土壤碳氮比(C/N)是衡量土壤C、N營養平衡狀況的重要指標，它的演變趨勢對土壤碳、氮循環有重要影響[20]，C/N的差異與不同土地利用方式下的SOC與TN含量大小密切相關[21]。從表2可以看出，研究區全流域及3類土地利用方式下的C/N均值都在10.00左右，其變異系數都介于10%～100%之間，屬于中等變異。在3類土地利用方式中，林地的C/N最大，為10.29±0.39，變異系數為19.43%，屬于中等變異；其次為草地(10.14±0.16)，其變異系數最小，為14.34%，屬于中等變異；耕地的C/N最低，僅為10.01±0.19，但其變異系數最大，為23.94%，也屬于中等變異。

表2 不同土地利用方式下SOC、TN含量與碳氮比Tab.2 Soil organic carbon contents ,total nitrogen contents and C/N under different land use patterns

由圖1可知，研究區全流域及3類土地利用方式下的SOC含量與TN含量均呈極顯著的線性關系(p<0.01)，線性回歸方程依次為y = 0.0636x + 0.8839、y = 0.0601x + 1.0912、y = 0.061x + 0.925、y = 0.0645x + 0.708，其相應的決定系數R2分別為0.8456、0.8435、0.8499、0.8526，說明SOC與TN之間有著密切的關系[22]，并且TN含量與SOC的消長趨勢一致。

2.4 不同土地利用方式下土壤理化性質與SOC、TN的關系

由表3可以看出，研究區全流域的SOC含量與AN含量、C/N之間存在極顯著的正相關關系，與土壤pH、AP、土壤容重(BD)呈正相關，而與AK呈負相關；全流域的TN含量與AN含量、C/N之間存在極顯著的正相關關系，與土壤pH呈顯著正相關，與AP、BD呈正相關，而與AK呈負相關。3類土地利用方式下的SOC含量、TN含量與AN含量、C/N之間均存在極顯著的正相關關系。其中，草地SOC含量與土壤pH呈極顯著負相關，而草地TN含量與土壤pH呈極顯著正相關，草地SOC、TN含量與AK呈正相關，與AP、BD呈負相關；耕地SOC、TN含量與土壤pH、AP呈正相關，與AK呈極顯著負相關，與BD呈負相關；林地SOC、TN含量與土壤pH、AP、BD呈正相關，而與AK呈負相關。

圖1 不同土地利用方式下SOC與TN的相關關系Fig.1 Correlation between soil organic carbon and total nitrogen under different land use patterns

2.5 不同土地利用方式下土壤容重與SOC、TN密度

土壤容重是反映土壤的一個具有較長時間變異性的動態屬性，其大小受土壤質地、結構性和松緊度等的影響，同時也是計算土壤碳密度的一個重要指標[21]。從表4可以看出，研究區全流域及3類土地利用方式下的BD大小規律為：林地(1.22±0.05 g/cm3)>草地(1.19±0.02 g/cm3)>耕地(1.12±0.02 g/cm3)>全流域(1.18±0.01 g/cm3)。耕地顯著低于草地與林地(p<0.05)，而林地分別比耕地、草地高出4%和2%。BD值越大說明土壤越緊實、板結，土壤過緊土壤透水性差，BD值越小說明土壤疏松多孔，結構性好[23]，其大小與土壤質地、有機碳含量密切相關[24]。在3類土地利用方式中，林地的BD最大，說明林地土壤最緊實，孔隙度小；林地與草地在轉變為坡耕地和耕地的過程中，土壤的保水能力逐漸下降，土壤結構遭到破壞，使得土壤的緊實度降低，BD值變小。所以，翻耕等措施可改變土壤的松緊狀況，改變BD值大小。

SOC密度與TN密度主要由BD與SOC含量、TN含量決定。根據式(1)可計算各類土地利用方式下的SOC密度與TN密度。結果如表4所示，表層0～2cm土層深度，研究區全流域的SOC密度與TN密度分別為6.33±0.16 kg/m2與0.61±0.01 kg/m2。在研究區不同土地利用方式中，草地SOC密度、氮密度分別為7.04±0.25 kg/m2、0.68±0.02 kg/m2，顯著高于耕地與林地(p<0.05)；SOC密度耕地最低，為5.76±0.16 kg/m2，土壤TN密度林地最低，為0.55±0.03 kg/m2。3類土地利用方式中，草地SOC含量高于耕地與林地，并且其BD較大，從而使SOC密度與TN密度最高。長期的人為耕作使耕地土壤結構疏松，導致BD較小，并且長期的人為耕作容易造成土壤SOC與TN的流失，從而使其SOC密度與TN密度較低。林地的SOC與TN含量最低，但較高的BD 值影響了SOC、氮密度。

表3 不同土地利用方式下土壤理化性質與SOC、TN的相關性檢驗Tab.3 Correlation between soil physical and chemical properties and soil organic carbon, total nitrogen under different land use patterns

表4 不同土地利用方式下SOC與TN儲量統計表Tab.4 Statistics of soil organic carbon and total nitrogen storage under different land use patterns

2.6 不同土地利用方式下SOC與TN儲量

不同土地利用方式由于立地環境有很大差異，導致了SOC與TN儲量的差異。 表4結果是東山河小流域不同土地利用方式下的表層SOC儲量與TN儲量。根據式(2)計算得出東山河小流域0～20 cm土層SOC與TN總儲量分別為8.93×103t與8.60×102t。研究區不同土地利用方式中，耕地的SOC與TN儲量較高，其面積占流域面積的53.90%，SOC儲量占總儲量的49.05%，土壤TN儲量占總儲量的24.51%。其次為草地與林地，其面積比例分別為21.99%與24.11%，其中草地與林地SOC儲量分別占總儲量的24.45%與22.29%，而土壤TN儲量分別占總儲量的24.42%與21.74%。

3 討論

不同土地利用方式改變了土壤的微生態環境[25]，從而導致了土壤的理化性質發生了變化。本研究結果表明不同土地利用方式對土壤物理與化學性質均具有顯著影響。土壤物理性質是評價土壤質量的指標之一。土壤質地是土壤本身所持有的一種非常穩定的自然屬性，并且是決定土壤水、肥、氣、熱的重要因素之一。研究發現，不同土地利用方式下的土壤<0.01 mm物理性粘粒含量變幅跨度較大，土壤質地分類存在明顯差異。草地與林地土壤質地發生的變化較大，這是由于草地與林地土壤植被覆蓋率低，根系不發達，根系不能更好的龐絡土壤，使得土壤粘粒含量增加，土壤質地由壤土向粘土過渡。耕地土壤質地都是粘土，導致這一現象的可能原因是，不合理的耕作方式與管理措施使耕地表層積水、土壤形成板結，從而使耕地土壤的質地越發粘重。土壤容重是土壤物理性質的綜合反映，其值大小與土壤密度、孔隙度密切相關。耕地的BD顯著低于草地與林地(p<0.05)，而林地分別比耕地、草地高出4%和2%。這是由于林地土壤最緊實，孔隙度小，而林地和草地在轉變為坡耕地和耕地的過程中，土壤的保水能力逐漸下降，土壤結構遭到破壞，使得土壤的緊實度、孔隙度降低，BD值變小。土壤化學性質是衡量土壤肥力高低的重要指標，影響土壤的耐肥性、緩沖性、耕性等[26]。研究表明，不同土地利用方式下的表層土壤酸堿度均呈酸性，并且各類土地利用方式間的差異達到了顯著性水平(p<0.05)。土壤酸堿性的形成決定于鹽基淋溶和鹽基積累過程的相對強度，受母質、生物氣候及農業措施等條件的制約[27]，草地土壤植被覆蓋單一、枯落物少，受積水淋溶影響較大，促使草地表層土壤鹽分減少；耕地土壤覆蓋種類多樣、耕作方式不同，土壤水分增多的情況下，鹽基飽和度下降；林地土壤樹種單一，枯落物較多，使土壤表層有機酸積累。草地的AN含量顯著高于耕地與林地(p<0.05)，而耕地與林地AN含量差異不顯著(p>0.05)，表明受人為干擾程度較低的草地土壤有利于堿解氮的積累；耕地的AK含量顯著低于草地與林地(p<0.05)，但林地與草地AK含量差異不顯著(p>0.05)，說明農業生產措施對土壤有效鉀的積累有較大差異；草地的AP含量顯著高于耕地與林地，而耕地與林地AP含量差異不顯著(p>0.05)，說明土壤有效磷的富集程度與三類土地利用方式的積水情況有較大關聯。

SOC和土壤TN是土地利用方式改變過程中重要的土壤質量評價指標，土地利用方式的不同對土壤碳氮含量影響很大[28]，尤其是在生態比較脆弱的喀斯特小流域。土地利用方式的變化不僅直接影響SOC的含量和分布，而且通過影響與SOC形成和轉化的因子而間接影響SOC的含量和分布[17]。研究表明，由于土壤表層是有機物質的富集地，故不同土地利用方式下的SOC含量與TN含量的變化類似，其變化規律大致為草地>耕地>林地，這一規律與張珍明等[29]研究結果類似。表層SOC的重要來源是大量的地表枯落物[30]，增加枯落物量能引起SOC含量的增加[31]。高俊琴等[32]研究表明土壤中TN的輸入量主要依賴于植物殘體的歸還量及生物固氮和水流輸入，也有少部分來源于大氣干濕沉降。草地植被主要是荒草叢，地表枯落物量較大，而且草地屬于季節性積水地帶，干濕交替的環境有利于有機碳氮的積累，使得草地SOC和TN含量較高。相比草地而言，耕地SOC與TN含量較低，主要原因是耕地地表覆蓋物少，而且受人為干擾較大，并且SOC氮的輸入方式主要以秸稈還田與施用有機肥，相比之下其凋落物輸入很少。林地枯落物現存量對SOC含量影響很大[33]。研究區林地植被為針葉林、灌木林及灌叢，其凋落物更少，而且枯死細根歸還量較低以及植被根系分布稀疏，均導致林地表層SOC和TN含量最低。經線性相關性分析表明，研究區全流域及三類土地利用方式下的SOC含量與TN含量呈極顯著的線性關系(p<0.01)，相關系數整體達到R>0.90，表明TN含量與SOC的消長趨勢是一致的，土壤TN在一定程度上決定了有機碳的含量，而土壤對碳的固持常常受土壤氮水平的制約[34]。土壤C/N是土壤質量的敏感指標，通常被認為是土壤TN礦化能力的標志[35]。也有研究表明，土壤C/N可以影響土壤中微生物的代謝活動，進而對土壤有機質的礦化產生作用[36]。研究結果顯示，全流域及三類土地利用方式下的土壤C/N均值范圍為10.01～10.29，我國的土壤C/N在9～13之間[37]，研究區土壤C/N在我國土壤C/N的正常范圍內。說明東山河流域SOC與TN含量處于正常水平。一般認為，土壤C/N在15～25之間，有機質供肥狀況優越[38]。東山河小流域土壤C/N低于15～25這一范圍，這在一定程度上說明了土壤中有機質積累比較容易，土壤TN的礦質化作用減弱，有利于土壤中TN的積累。

通過對不同土地利用方式下的SOC、TN含量與土壤理化性質進行相關性分析表明，研究區全流域及3類土地利用方式下的SOC含量、TN含量與AN含量、C/N之間均存在極顯著的正相關關系，說明土壤TN在一定程度上決定了SOC含量，而土壤對碳的固持常常受土壤氮水平的制約[34]，同時，土壤C/N對土壤中有機碳與TN循環有較大影響。土壤pH通過影響微生物的活動而影響這土壤碳氮的固定與積累能力，它是影響SOC與TN空間分布的環境因子之一[39]。目前對于土壤pH與SOC含量相關性的研究結果不盡一致[40，41]，有研究表明，SOC含量與土壤pH之間在一定范圍內呈極顯著的負相關[42]。本研究中，3類土地利用方式下土壤pH與SOC含量、TN含量的相關性只存在于草地土壤，說明土壤酸堿度對草地的SOC、TN含量變化有顯著影響。草地SOC、TN含量與AK呈正相關，與AP、BD呈負相關；耕地SOC、TN含量與AP呈正相關，與AK、BD呈負相關；林地SOC、TN含量與AP、BD呈正相關，與AK呈負相關。這是由于研究區3類土地利用方式下表層土壤環境條件不同，土壤容重、土壤水熱狀況差異，以及人為干擾程度不盡相同，導致了不同土地利用方式下SOC、TN含量與AK、AP、BD之間的相關性不一致。高勇等研究也表明，不同的土地利用方式可以通過改變土壤的水熱條件、土壤容重等從而改變土壤的理化性質，影響土壤養分的流動和轉化[43]。

SOC密度與TN密度是衡量某一地區土壤碳庫與氮庫大小的關鍵指標，而土地利用方式的變化對土壤碳庫與氮庫的空間分布影響很大。不同土地利用方式由于立地環境有很大差異，導致了土壤碳氮密度和儲量的差異[44]。已有研究表明人類活動對SOC密度的影響在一定范圍內會遠遠超過自然變化影響的速率和程度，主要變現在土地利用方式的變化上[45]。本研究結果顯示，研究區不同土地利用方式中，草地SOC密度與TN密度顯著高于耕地與林地(p<0.05)，SOC密度耕地最低，土壤TN密度林地最低。說明耕地與非耕地之間SOC密度存在顯著差異[46]。林地SOC密度大于耕地SOC密度，與李忠等[47]研究結果一致。土壤BD與SOC含量、TN含量決定SOC密度與TN密度。研究區不同土地利用方式中，草地的SOC含量高于耕地與林地，并且其BD較大，從而使SOC密度與TN密度最高。長期的人為耕作使耕地土壤結構疏松，導致BD較小，并且長期的人為耕作容易造成耕地土壤SOC與TN的流失，從而使其SOC密度與TN密度較低。林地的BD 值最高，但較低的SOC含量與TN含量影響了SOC與TN密度。除此之外，影響SOC密度與TN密度差異的因素包括植被下凋落物、林木根系分布及人為擾動土壤方式等[4]。

東山河小流域0～20 cm土層SOC總儲量與TN總儲量分別為8.93×103t與8.60×102t。由于不同土地利用方式的立地環境有很大差異，導致了SOC與TN儲量的差異。在3類土地利用方式中，耕地SOC與TN儲量最高，分別為4.38×103t與4.26×102t，分別占有機碳與TN總儲量的49.05%與24.51%，主要原因是其分布面積較大。其次為草地，有機碳儲量為2.18×103t，TN儲量為2.11×102t，林地較少，占有機碳總儲量的22.29%，占氮總儲量的21.74%。已有研究表明，由于頻繁受到人類活動的干擾，農田SOC和TN不斷地以CO2和無機氮形式釋放出來，因此，降低了土壤碳氮儲量，加劇溫室效應，影響區域乃至全球氣候變化[48]。在本研究中，耕地土壤碳氮儲量雖最大，但單位面積的碳氮儲量很少，說明人為耕作會降低碳氮含量及儲量。草地土壤碳氮含量最高，同時單位面積的碳氮儲量也較多，因此合理地將研究區未利用地開墾為草地，可以提高土壤有機質含量，進而增加SOC、氮儲量[45]。此外，本研究僅對0～20 cm的土壤進行研究，而對20 cm以下及更深層次的土壤碳氮含量及儲量的分布特征需進一步研究。

4 結論

3類土地利用方式下表層土壤理化性質、SOC與TN含量及儲量具有顯著差異。草地與林地土壤質地由壤土過渡到粘土，耕地土壤質地比較粘重。草地、耕地及林地表層土壤酸堿度均呈酸性，且3類土地利用方式下表層土壤pH間的差異顯著。耕地的BD、AK含量顯著低于草地與林地，草地的AN、AP含量顯著高于耕地與林地。草地的SOC、TN含量為29.59±1.06 g/kg與2.87±0.07 g/kg，顯著高于耕地(25.73±0.93 g/kg、2.50±0.06 g/kg)與林地(23.99±1.63 g/kg、2.26±0.11 g/kg)。草地SOC密度(7.04±0.25 kg/m2)與TN密度(0.68±0.02 kg/m2)顯著高于耕地與林地，SOC密度耕地(5.76±0.16 kg/m2)最低，TN密度林地(0.55±0.03 kg/m2)最低。耕地SOC與TN儲量分別為4.38×103t與4.26×102t，顯著高于草地(2.18×103t、2.11×102t)與林地(1.99×103t、1.87×102t)。

3類土地利用方式下表層土壤SOC與TN含量屬于極豐富水平，并且其變化趨勢一致。C/N均在10.00左右，C/N主要受氮含量的制約，因此可以通過改變氮含量來調控該流域土壤碳、氮循環過程。耕地與林地單位面積的碳氮儲量低于草地單位面積的碳氮儲量(7.04×103t/km2、6.8×102t/km2)，因而合理地將該小流域未利用地開墾為草地，可以增加土壤碳氮儲量。此外，本研究僅對0～20 cm的土壤進行研究，而對20 cm 以及更深層次的壤碳氮含量及儲量的分布特征需進一步研究。

參考文獻：

[1] 耿曾超，姜 林，李珊珊，等.祁連山中段土壤有機碳和氮素的剖面分布[J]. 應用生態學報，2011，22(3)：665-672.

[2] 李忠佩，王效舉.紅壤丘陵區土地利用方式變更后土壤有機碳動態變化的模擬[J]. 應用生態學報，1998，9(4)：365-370.

[3] 王小利，郭勝利，馬玉紅，等.黃土丘陵區小流域土地利用對土壤有機碳和全氮的影響[J]. 應用生態學報，2007，18(6)：1281-1285.

[4] 張春華，王宗明，任春穎，等.松嫩平原玉米帶土壤碳氮儲量的空間特征[J]. 應用生態學報，2010，21(3)：631-639.

[5] Batjes NH.Total carbon and nitrogen in the soils of the world[J].EuropeanJournalofSoilScience，1996，47(2)：151-163.

[6] Chhabra A，Palria S，Dadhwal VK.Soil organic carbon pool in Indian forests[J].ForestEcologyandManagement，2003，173(1)：187-199.

[7] 潘根興.中國土壤有機碳和無機碳庫量研究[J]. 科技通報，1999，15(5)：330-332.

[8] 王紹強，周成虎，李克讓，等.中國土壤有機碳庫及空間分布特征分析[J]. 地理學報，2000，55(5)：533-544.

[9] Post WM，Pastor J，Zinke PJ.Global patterns of soil nitrogen storage[J].Nature，1985(317)：56-65.

[10] Schlesinger W.An Overview of the C Cycle in Soils and Global Change[M]. Florida Raton：CRC Press，1995：9-26.

[11] Bond-Lamberty B，Thompson A.Temperature-associated increases in the record[J].Nature，2010，464(7288)：499-500.

[12] Puget P，Lal R.Soil organic carbon and nitrogen in a Mollisol in central Ohio as affected by tillage and land use[J].SoilandTillageResearch，2005，80(1)：201-213.

[13] 于貴瑞.全球變化與陸地生態系統碳循環和碳蓄積[M]. 北京：氣象出版社，2003：275-297.

[14] 施明樂.國際上LUCC研究的現狀、問題和未來展望[J]. 上饒師范學院學報，2004，24(3)：89-94.

[15] 李家永，袁小華.紅壤丘陵區不同土地利用方式下有機碳儲量的比較研究[J]. 資源科學，2001，23(5)：73-76.

[16] Scott NA，Tate KR，Giltrap DJ，etal. Monitoring land use effects on soil carbon in New Zealand：Quantifying baseline soil carbon stocks[J].EnvironmentalPollution，2002，116(3)：167-186.

[17] 王紹強，劉紀遠.土壤碳蓄積量變化的影響因素研究現狀[J]. 地球科學進展，2002，17(4)：528-534.

[18] Templer PH，Groffman PM，Flecker AS，etal. Land use change and soil nutrient transformations in the Los Haitises region of the Dominican Republic[J].SoilBiologyandBiochemistry，2005，37(2)：215-225.

[19] 鮑士旦.土壤農化分析[M]. 第三版.北京：中國農業出版社，2000：30-38.

[20] 齊雁冰，黃 標， 顧志權，等.長江三角洲典型區農田土壤碳氮比值的演變趨勢及其環境意義[J]. 礦物巖石地球化學通報，2008， 27(1)： 50-56.

[21] 史利江，鄭麗波，梅雪英，等.上海市不同土地利用方式下的土壤碳氮特征[J]. 應用生態學報，2010，21(9)：2279-2287.

[22] 洪 瑜，方 晰，田大倫.湘中丘陵區不同土地利用方式土壤碳氮含量的特征[J]. 中南林學院學報，2006，26(6)：9-16.

[23] 任婷婷，王 瑄，孫雪彤，等.不同土地利用方式土壤物理性質特征分析[J]. 水土保持學報，2014，28(2)：123-126.

[24] 陳 山，楊 峰，林 杉，等.土地利用方式對紅壤團聚體穩定性的影響[J]. 水土保持學報，2012，26(5)：211-216.

[25] 秦 川，何丙輝，蔣先軍.三峽庫區不同土地利用方式下土壤養分含量特征研究[J]. 草業學報，2016，25(9)：10-19.

[26] 劉夢云，安韶山，常慶瑞，等.不同土地利用方式下土壤化學性質特征研究[J]. 西北農林科技大學學報：自然科學版，2005，33(1)：39-42.

[27] 中國科學院南京土壤研究所.土壤理化分析[M]. 上海：上海科學出版社，1978：45-76.

[28] 王 莉，張 強，牛西午，等.黃土高原丘陵區不同土地利用方式對土壤理化性質的影響[J]. 中國生態農業學報，2007，15(4)：53-56.

[29] 張珍明，林紹霞，張清海，等.不同土地利用方式下草海高原濕地土壤碳、氮、磷分布特征[J]. 水土保持學報，2013，27(6)：199-204.

[30] 呂國紅，周 莉，趙先麗，等.蘆葦濕地土壤有機碳和全氮含量的垂直分布特征[J].應用生態學報，2006，17(3)：384-389.

[31] Crow SE，Lajtha K，Bowden RD，etal.Increased coniferous needle inputs accelerate decomposition of soil carbon in an old-growth forest[J].ForestEcologyandManagement，2009，258(10)：2224-2232.

[32] 高俊琴，歐陽華，白軍紅，等.若爾蓋高寒濕地土壤活性有機碳垂直分布特征[J]. 水土保持學報，2006，20(l)：76-79.

[33] 阮宏華，姜志林，高蘇銘.蘇南丘陵主要森林類型碳循環研究—含量與分布規律[J]. 生態學雜志，1997，16(6)：L7-21.

[34] 梁啟新，康 軒，黃 景，等.保護性耕作方式對土壤碳、氮及氮素礦化菌的影響研究[J]. 廣西農業科學，2010，41(1)：47-51.

[35] Ellert BH，Bettany JR.Calculation of organic matter and nutrients stored in soils under contrasting management regimes[J].CanadianJournalofSoilScience，1995，75(4)：529-538.

[36] 王 棣，耿增超，佘 雕，等.秦嶺典型林分土壤有機碳儲量及碳氮垂直分布[J]. 生態學報，2015，35(16)：5421-5429.

[37] 張麗敏，何騰兵，徐明崗，等.保護性耕作下南方旱地土壤碳氮儲量變化[J]. 土壤與作物，2013，3(2)：112-116.

[38] 文 啟，杜麗娟，張曉華，等.土壤有機質研究法[M]. 北京：農業出版社，1984：1-7.

[39] 邵學新，楊文英，吳 明，等.杭州灣濱海濕地土壤有機碳含量及其分布格局[J].應用生態學報，2011，22(3)：658-664.

[40] 姜培坤.不同林分下土壤活性有機碳庫研究[J]. 林業科學，2005，41(1)：10-14.

[41] 王 瑩，阮宏華，黃亮亮，等.圍湖造田不同土地利用方式土壤活性有機碳的變化[J]. 生態學雜志，2010，29(4)：741-748.

[42] Chen TB，Chen ZJ.Dissolved organic soils[J].PlantNutrientFertileScience，1998，4(3)：201-210.

[43] 高 勇，伍宇春，黎 磊，等.巖溶區不同土地利用方式下土壤養分的剖面分布特征[J]. 廣東農業科學，2014，41(17)：69-73.

[44] 董云中，王永亮，張建杰，等.晉西北黃土高原丘陵區不同土地利用方式下土壤碳氮儲量[J]. 應用生態學報，2014，25(4)：955-960.

[45] 侯曉瑞.黃土丘陵區土壤有機碳氮空間分布與儲量研究[D]. 西安：西北農林科技大學，2012.

[46] 周 濤，史培軍.土地利用變化對中國土壤碳儲量變化的間接影響[J]. 地球科學進展，2006，21(2)：138-143.

[47] 李 忠，孫 波，林心雄.我國東部土壤有機碳的密度及轉化的控制因素[J]. 地理科學，2001，21(4)：301-307.

[48] 李小菡，郝明德，王朝輝，等.農田土壤有機碳的影響因素及其研究[J]. 干旱地區農業研究，2008，26(3)：176-181.