黃土丘陵區不同土地類型表層土壤有機碳分布特征

孟婷婷

[摘要]探明黃土丘陵區不同土地類型土壤有機碳分布特征對該區土地與土壤資源管理具有重要意義。在黃土丘陵區園則溝小流域選擇紅棗林地、7年撂荒草地、農地、30年撂荒草地4種主要土地利用類型，研究0～100cm土壤有機碳含量分布特征。結果表明，不同土地利用類型土壤有機碳含量均隨土層增加而減小。不同深度土壤有機碳含量均表現為7年撂荒草地<農地<紅棗林地<30年撂荒草地，且在0～20cm土層不同土地利用類型間差異顯著（P<0.05）。

[關鍵詞]黃土丘陵區；土地利用類型；表層；有機碳

[中圖分類號]S153.6 [文獻標識碼]A

土壤有機碳（SOC）是土壤的重要組成部分，它在自然生態和農業系統中占有重要作用，影響糧食產量和質量。近年來，土壤有機碳庫受到普遍關注是由于它在全球碳循環中起著重要的作用，有減緩或加劇溫室氣體的潛力。表層100cm土壤中全球碳儲量被估計達到1400～1500Pg，大約是大氣和陸地植被中碳儲量的2～3倍。土地利用和土地管理的改變都會在一定程度上增加或減少土壤有機碳含量。

土地利用改變對全球碳循環，土壤質量，土地管理和區域經濟發展有著潛在的影響。在埃塞俄比亞北部半干旱地區，以雨養農業為對照，研究發現林牧復合地、農林復合地、草地、灌溉果園0～30cm土壤有機碳儲量都顯著增加，表明農地轉變成草地或林地將增加SOC的封存量。地中海地區研究發現天然生態林轉變成經濟林（橄欖樹）后0～100cm土壤有機碳儲量顯著降低。

干旱半干旱地區一直被視為潛在的碳匯。黃土丘陵區是典型的半干旱地區且以深厚的黃土層著稱。1999年退耕還林（草）工程實施后該區土地利用方式發生了巨大變化，不適宜耕種。農地一部分退耕撂荒進行植被天然恢復，另一部分發展為人工林（包括生態林和經濟力）。本文以黃土丘陵區典型退耕小流域為單元，主要研究不同土地利用類型淺層（0～100cm）土壤有機碳分布特征，以為黃土丘陵區小流域土地和土壤資源管理、退耕還林（草）工程持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究地點

研究區位于陜西省榆林市清澗縣園則溝小流域（37°15′N，118°18′E），地處黃土高原中部偏北，為典型黃土丘陵區溝道小流域，面積0.58km2。小流域內土壤主要為黃綿土，屬于砂壤土或粉壤土，具有較強的入滲能力，田間持水量在25%左右（體積含水量，下同），凋萎濕度在7%左右；本區屬溫帶大陸性季風氣候，年均溫8.6℃，月均最低溫度-6.5℃（1月），月均最高溫度22.8℃（7月）。多年平均降水量505mm，但年內分布不均，年降雨量的70%集中在7～9月份。流域內有多種土地利用類型，主要包括果園（紅棗林地），農地，撂荒草地；溝道由于坡度大（>35°），人類干擾較小。

1.2 土樣采集與方法

2015年5月在流域內根據不同的土地利用類型和地形條件（如圖1），在每個土地利用類型上采用隨機采樣法采取樣點并用便攜式手持GPS（MG838，UniStrong）進行定位。用直徑40mm的土鉆采取土樣，采取深度100cm，分為5層，每層20cm，即0～20cm，20～ 40cm，40～60cm，60～80cm，80～100cm。在每個點的附近隨機采取3個點，每層進行均勻混合后，挑出雜物，一部分裝入自封袋中，一部分裝入鋁盒中。農地采取樣點17個，30年撂荒草地10個，7年撂荒草地11個，紅棗林地17個，共55個樣點（如圖1），275個土樣。

裝入鋁盒的土在105℃的烘箱中烘干24小時，測其水分含量；裝入自封袋中的土帶回去經自然風干后，分別過2mm篩和1mm篩，過1mm篩的土用來測定土壤有機碳含量，土壤有機碳的測定方法為重鉻酸鉀容量法。

1.3 數據分析

平均值和標準差用來表示不同土地利用類型和不同深度有機碳的含量，單因素方差分析用來分析土地利用類型和土層深度對其含量的影響，并用LSD法進行差異性比較，數據處理用Excel2007，數據分析用Spass20，繪圖用Origine8.1和Arcgis9.3。

2 結果與分析

如表2所示，4種土地利用類型0～100cm土壤有機碳含量沿土壤剖面呈減少趨勢。土壤有機碳在0～20cm，20～40cm，40～60cm，60～80cm，80～100cm處含量的平均值分別是3.41g·kg-1 ，2.03g·kg-1，1.86g·kg-1 ，1.77g·kg-1，1.55g·kg-1。4種土地利用類型0～20cm土壤有機碳含量與20～40cm，40～60cm，60～80cm，80～100cm有顯著性差異（p<0.05），20～40cm， 40～60cm，60～80cm，80～100cm土層間的有機碳含量則無顯著差異性。在同一深度不同的4種土地利用類型間0～20cm土層有機碳含量存在顯著差異性（p<0.05），表現為7年撂荒草地<農地<紅棗林地<30年撂荒草地，但不同土地利用類型20～100cm其余土層無顯著差異。

3 討論

已有研究表明，農地轉變為其他土地利用類型會增加碳的輸入從而增加碳儲量。本研究中不同土地利用類型對土壤有機碳有不同程度的影響。不同土地利用類型淺層（0～100cm）土壤有機碳含量為30年撂荒草地>紅棗樹地>農地，這與黃土丘陵區Wang jun的研究一致，即農地轉化草地、林地系統會增加土壤有機碳含量。本研究中不同土地利用類型土壤有機碳含量在表層0～20cm有顯著（P<0.05）差異，這與前人的研究也基本一致。一般認為農地土壤有機碳含量較天然恢復草地低，這是由于農地生物量不斷被移走以及土地擾動加速了養分的分解和流失。但是，本研究中農地土壤有機碳含量高于7年撂荒草地，一方面是由于農地種植玉米、谷子時施入有機肥中含有較多有機物，隨雨水入滲土壤，使土壤有機碳得到補充，而且研究區農地均為坡地，坡度在15°左右，無法進行機械翻耕，土地擾動性小，減少了土壤養分的流失。另一方面，7年撂荒草地由于撂荒年限不足，地表枯落物和死亡根系對土壤有機碳和全量養分的貢獻難以體現，而且初期植被恢復需要消耗一定量土壤養分促進自身生長，因此有可能降低土壤有機碳和養分含量。

4 小結

本研究主要得出以下結論：

（1）不同土地類型下0～100cm土層土壤有機碳含量隨著土壤深度的增加而減少，其含量是草地>棗林>農地>撂荒地。（2）0～20cm土層土壤有機碳含量與土地利用類型有顯著性差異（P<0.05），說明土地利用類型對有機碳的影響主要在表層土壤

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