小流域梯田土壤有機碳與土壤物理性質的關系研究

郭月峰，祁偉,2*，姚云峰，劉璐

1.內蒙古農業大學沙漠治理學院，內蒙古 呼和浩特 010011；2.內蒙古自治區水利水電勘探設計院，內蒙古 呼和浩特 010020

土壤是養分轉化的載體，是地球系統中最大的碳儲庫，全球約有1500 Pg的碳以有機質的狀態儲存在其中（王興龍等，2017；賈章才等 2010）。土壤有機質（主要指土壤含碳有機物）作為陸地生物圈生物地球化學循環過程的主要成分之一，可指示土壤健康狀況，是土壤的重要組成部分（Percival et al.，2000）。具體來說，其主要包括土壤中各種動植物殘體、微生物體及其分解和合成的各種有機物質。土壤有機碳是有機質中的一部分，盡管其只占土壤總重量的很少一部分，但它能協調土壤中水、氣關系，在改善土壤結構及其通氣性，維持和改良土壤肥力以提高土壤生產力方面具有極大作用（高崇升等，2016；劉林馨等，2018；祖元剛等，2011）。農田土壤碳是土壤碳庫中最為活躍且易在短時間內改變的部分，其改變會影響全球碳循環過程。土壤容重、水分等物理性質會影響土壤質量及土壤中有機質含量，進而影響作物的生長狀況及其產量，從而影響農業可持續發展。因此，有必要研究土壤有機碳與其土壤物理性質間的關系。迄今，國內外學者對林地土壤有機碳及其理化性質關系研究較多，而從流域梯田土壤角度對有機碳含量與土壤物理性質關系研究較為罕見（張慧東等，2017；劉永賢等，2014；郭月峰等，2013a；2014）。

目前，流域被作為水土流失和開發治理以發揮小流域水土資源的經濟和社會效益的基本單元，它是地面水和地下水天然匯集的區域。同時，流域具有一定的水源條件，它能就近為附近的農田提供灌溉條件，這對于半干旱雨水缺乏的地區來說極為重要。適宜濕度的土壤中含有較多的團聚體，能夠使有機物質更易吸附于土壤中，這樣土壤肥力就會相應地提高。梯田是敖漢旗黃花甸子小流域典型的農田類型，提高梯田土壤碳匯能力以促進農業可持續發展是流域治理的重要目標之一。敖漢旗分布著肥沃的良田，種植歷史悠久。本文主要以該旗黃花甸子小流域梯田土壤為研究對象，采用實地采樣法獲取土壤有機碳含量及其相應物理性質數據，運用通徑分析的方法探討了梯田土壤有機碳變化規律及與土壤物理性質間的關系，旨在促進土壤保肥和農業增產，并為流域梯田土壤改良及碳庫研究積累基礎數據與理論依據。

1 研究區概況

研究區位于赤峰市敖漢旗西部的黃花甸子流域，其處于老哈河中游南岸，科爾沁沙地南緣（郭月峰等，2013b）。它的地理坐標在 119°36′—119°53′E、42°17′—42°33′N 之間，流域土地的總面積約為32 km2，其中農耕地面積為12.29 km2，占流域總面積的38.41%。耕地中有旱地約11.08 km2，水澆地約1.21 km2，作物平均生長層為0—40 cm，40—60 cm是介于生長層與非生長層間的土壤。農田平均耕作深度為20 cm，土地翻耕以機械翻耕為主，每年2次。林地、草地、建筑用地、水域、未利用地面積分別為 12.13、1.9、1.33、1.84、2.46 km2，其各自占流域總面積的 37.91%、6.09%、4.16%、5.75%、7.68%。流域內總體屬于低山丘陵區，地勢起伏不大，海拔高度在440—806 m，屬于中溫帶半干旱大陸性季風氣候區，四季分明。年降雨量和蒸發量分別為400—470、2290—2400 mm，全年日照數2940—3060 h，10 ℃以上積溫為3189 ℃（郭月峰等，2013b）。春季風力大且持續時間較長，年平均風速在4—6 m·s-1（郭月峰等，2013b）。土壤類型為栗鈣土，氣溫日差較大，雨熱同季。敖漢旗晝夜溫差大，光照充足且有效積溫高，這為產出品質優良并含豐富營養的雜糧提供有利條件。“中國雜糧產赤峰，綠色雜糧于敖漢”的美譽也由此而來，而敖漢曾被評為國家商品糧基地和自治區產糧十強旗縣之一。研究區的農作物為一年一熟型，主要種植玉米、谷子等糧食作物。

2 研究材料與方法

2.1 取樣地設置及梯田調查

研究區玉米種植面積最大，達到作物總種植面積的73%，所以研究區所選樣地以種植玉米的旱作梯田為代表。根據敖漢旗土地利用現狀圖及黃花甸子流域梯田分布狀況，為消除作物本身生長及盡量減少其他因素對實驗數據的影響，選擇在 2014年10月下旬玉米成熟收獲后，對該流域梯田60 cm深度土層土壤進行統一取樣。梯田內施肥量基本相同，春耕時均勻撒入耕穴。田內均采用傳統耕作方式，即春季耕作一次，然后鋤雜草兩次，秋季作物收獲后再進行耙耕一次，起到疏松土壤方便來年耕種的作用。農田管理措施、施肥量信息由當地農業部門提供，并進行了實地核實。于研究流域內不同方位兼顧布點均勻、立地條件和管護措施基本相同的原則進行玉米梯田試驗地土壤樣品的采集，全流域共計采集梯田樣地12塊。

2.2 土壤采集

在每個梯田樣地上，按照“S”形采樣法采集4個樣點的土壤，在每個采樣點用環刀采集耕層 0—20 cm、中層20—40 cm、底層40—60 cm這3個土層的土壤樣品，記錄環刀土壤濕重。每層土樣取 3個重復，將其充分混合均勻，采用四分法選取足量的土壤各兩份，一份裝入鋁盒，放入105 ℃烘箱烘干，供土壤含水量、容重的測定。另一份裝入無菌袋，經去除碎石、根系等雜質并風干后，一部分用于測定土壤顆粒組成，另有部分土壤過2 mm篩，取0.5 kg干樣品供土壤有機碳含量的測定。共計選取不同層次土壤樣品144個。

2.3 土壤分析方法

土壤含水量采用鋁盒烘干法，土壤含水量=(濕質量-干質量)/干質量×100%。土壤容重采用環刀法（參照《土壤分析方法》LY/T 1215—1999）。土壤顆粒組成采用Mastersizer 3000激光粒度分析儀測定，測量基本參數設為：攪拌器速度是0—3000 r·min-1可調，量程范圍1—60 μm，分散介質為水，樣品折射率為1.76—0.51，介質折射率為1.33，遮光比為0，超聲時間為60 s，擬合系數為0.381，進行粒度測定。根據美國農部（USDA）制土壤顆粒分級標準，將土壤顆粒劃分為：粘粒（＜0.002 mm）、粉粒（0.002—0.05 mm）、砂粒（0.05—2 mm）三級。土壤有機碳含量的測定采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法（參照中國土壤學會農業化學專業委員會編 《土壤農業化學常規分析方法》）。全國第二次土壤普查有機質分級標準為：一級＞40 g·kg-1；二級 30—40 g·kg-1；三級 20—30 g·kg-1；四級 10—20 g·kg-1；五級 6—10 g·kg-1；六級＜6 g·kg-1。依據此標準，本研究分別將一二級、三四級、五六級土壤有機質對應的有機碳視為高等、中等、低等水平。

2.4 數據處理

本試驗數據的計算以及作圖采用Excel 2007，相關數據的方差分析、相關分析及通徑分析采用SAS 9.0軟件進行。

3 結果與分析

3.1 梯田土壤有機碳含量狀況

有機質是土壤中促進作物生長的重要養分之一，而有機質中的很大一部分是有機碳。本研究通過實地采集敖漢旗黃花甸子小流域典型梯田土壤有機碳含量數據，對其有機碳含量狀況進行分析。小流域梯田60 cm深度各層土壤有機碳含量描述性統計結果見表 1，該統計能直接反映土壤中有機碳含量的基本特征。從表中可以看出，研究區梯田 0—60 cm深度土壤有機碳含量的變化范圍為：0.76—11.19 g·kg-1，各土層有機碳平均含量變化范圍為：5.49—7.58 g·kg-1。隨著土層深度的增加，有機碳含量逐漸減少，耕層平均有機碳含量占60 cm深度土層土壤有機碳含量的37.92 %，土壤有機碳表層聚集現象明顯。方差分析表明，在0.05顯著性水平下，黃花甸子小流域農田耕層與中層土壤有機碳含量差異性不顯著（P=0.144），這兩層分別與底層土壤有機碳含量差異性顯著（P=0.038，P=0.045）。這是因為耕層具有的外源有機肥較多，且作物根系主要聚集于此層，其因有較好通氣、熱條件而有利于土壤有機物被微生物分解為有機碳。然而，底層土壤長期不翻耕，缺乏與外界物質的交換，有機碳不易積累（南雅芳等，2012；李龍等，2014）。

表1 梯田不同土層土壤有機碳含量描述性統計Table 1 Descriptive statistics of soil organic carbon content in different soil layers of terraced fields

變異系數（CV）反映了不同深度的土層土壤有機碳含量的變異程度。當CV＜10%時，為弱變異；當 10%≤CV＜100%時，為中等變異；當 CV≥100%時，為強變異（張燦強等，2011）。據此可知，黃花甸子流域梯田土壤不同土層有機碳含量均為中等強度變異水平，數據離散程度適中。但表層變異系數最大，底層最小。這是因為表層受人為活動影響劇烈，有機碳含量波動較大，而該地梯田土壤有效耕作土層平均為0—20 cm，底層土壤基本與外界隔絕，受環境及人為因子影響很小。因此，其土壤中有機碳含量較穩定。耕層和中層土壤有機碳的偏度系數為負，說明此時有機碳含量分布具有左測較長尾部，較高值相對較多。底層的偏度系數為正，說明底層有機碳含量分布右測有較長尾部，較低值相對較多。這與梯田各層土壤有機碳含量的平均值大小分布相吻合，進一步表明底層土壤有機碳含量較少，而梯田土壤有機碳含量有表層聚集現象。

圖1 梯田60 cm深度土壤有機碳含量頻率分布Fig.1 The frequency distribution of soil organic carbon content in 60 cm depth of terraced fields

研究區梯田60 cm深度土層土壤有機碳含量頻率分布情況見圖 1，由圖可知，土壤有機碳含量大多集中分布于4—6 g·kg-1范圍內。研究樣本通過了K-S統計檢驗，說明總體來說，研究區所選樣本土壤有機碳含量數據符合正態分布，數據具有代表性。該小流域梯田土壤60 cm土層深度的土壤有機碳含量平均值為6.66 g·kg-1，按照我國目前沿用的“van bemmelen因數”1.724作為有機碳轉換為有機質的轉換系數，該旗農田土壤有機質的均值約為11.48 g·kg-1，參照全國第二次土壤普查養分分級標準，其有機質含量處于中等水平。

3.2 梯田土壤物理性質

研究選取小流域梯田土壤為研究對象，分析了各土層土壤物理性質狀況。土壤物理性質包括土壤容重、土壤含水量以及機械組成特征等，它們是表征田內土壤透氣性和滲透性好壞的重要指標，可直接影響作物對土壤水分和養分的吸收利用（黃昌勇，2000）214。對黃花甸子小流域梯田土壤物理性質進行分析（表2）。

表2 梯田不同土層深度土壤物理性質Table 2 Soil physical properties in different soil layers of terraced fields

從表2可知，隨著土層深度向下增加，土壤容重呈現增大的趨勢，說明表層土壤較疏松，這與農地作物收獲后，作物以及雜草枯落物的積累與分解有關。何金軍等（2008）指出，由于植物根系的擾動，改變了土壤結構，使得土壤孔隙度增大，土壤空氣量增多，固體與氣體的比值減少，從而降低土壤容重。因此，表層土壤容重偏低主要是受人為耕作管理活動的頻繁影響。由于人為管理和作物生長對土壤的疏松作用，土壤結構得到改善，更有利于植物生長，而容重減小會促進植物根系下扎，提高了土地生產力和加強了以根系作為來源的固碳效應。由于玉米的根系主要分布在耕層，大量根系的存在使得土壤比較疏松，而底層土壤則受到長年的耕作壓實作用，土壤緊實度變大。此外，據《赤峰市土壤》一書（邢振宇等，1989）并結合相關人員在該研究區的相關研究（郭月峰，2014）發現，該區土壤在40—60 cm土壤剖面有明顯的石灰反應，且局部范圍出現了程度不同的碳酸鈣結核或輕微的鈣積層現象，這也是導致下層土壤容重相對較大、土壤相對緊實的原因。因此，表層土壤容重較小，底層土壤容重較大，且表層和底層土壤容重差異顯著（P＜0.05），但與中層土壤差異不顯著。比較流域梯田耕層、中層和底層土壤含水量，可以發現黃花甸子流域農田作物主要生長層土壤含水量隨著土層深度的增加而增加，但差異不顯著（P＜0.05）。這與晉瑜等（2013）、馮雪等（2009）的研究結果一致，這主要是因為，在農田灌溉或降水過程中，產生的重力由表層向下運動，補充表層土壤水分，并使底層土壤水分含量向飽和方向發展。而蒸發過程中，土壤水分的蒸發量由表層向下依次減少。

土壤的機械組成是土壤穩定性的自然屬性及土壤分類的依據，主要指土壤中礦物組成和顆粒組合的比例。土壤機械組成分析的基礎工作是測定土壤顆粒粒徑，本研究將其分為粘粒、粉粒、砂粒 3部分。據表2知，隨著土層深度的增加，流域梯田土壤粘粒含量逐漸減少，粉粒含量先減少后增加，而砂粒含量呈逐漸增加的趨勢，這可能由于農田作物玉米的根系主要分布在土壤中、表層，由于根系與土壤的耦合效應，使得中、表層土壤結構相對底層要好，表現出較好的土壤通氣性，進而使得土壤中、表層粘粒含量相對較大，底層較小；由于研究流域地處農牧交錯帶的風沙土區，表層土壤基本以風沙土為主，所以砂粒含量表現出與粘粒相反的規律，即隨著土層深度的增加砂粒含量在增加。經統計檢驗知，不同土層的土壤粘粒、粉粒及砂礫含量差異不顯著（P＜0.05）。

3.3 土壤物理性質與有機碳含量間的關系

3.3.1 土壤有機碳與土壤物理性質的相關性分析

實驗采集研究區梯田0—60 cm土層土壤，對其土壤有機碳含量與土壤物理性質（容重、含水量、粘粒、粉粒、砂粒）間的關系進行研究，二者的相關關系見圖2。

圖2表明了黃花甸子流域梯田土壤物理性質與有機碳含量間的相關性，其相關性大小表現為：粘粒＞含水量＞容重＞砂粒＞粉粒，相應的R2值分別為：0.948、0.884、0.718、0.518、0.023。其中，土壤容重、砂粒含量與有機碳含量呈現顯著負相關關系，土壤含水量、粘粒含量與有機碳含量呈現顯著正相關關系，而土壤粉粒含量與有機碳含量呈弱的正相關。究其原因，土壤粘粒含量的增加會促進土壤團聚體的形成，團聚體的存在會提升土壤有機質并改善土壤性狀，提高土壤肥力及作物產量（唐曉紅等，2007）。而砂粒含量多的土壤孔隙大，通氣性強、保水性差，有機碳因易礦化分解而減少。土壤水分可以調節土壤水、肥、熱，是作物正常生長發育需水的直接來源（王嬡華等，2012）。含水較多的土壤，作物生長較好，土壤中根系分泌物及有機質積累較多，所以輸送于土壤的碳含量會增多。土壤容重作為土壤最重要的基本物理性質，同時也是土壤肥力發揮和作物生長的重要因子，土壤容重反映了土壤的孔隙度與松緊度，并且直接影響土壤水、肥、氣、熱之間的協調作用（張育林等，2011）。圖 2表明，土壤有機碳含量隨土壤容重的增大而減少。此外，由表1和表2可知，隨著土層深度增加，土壤容重增大，而有機碳含量逐漸下降。這是因為容重大的土壤孔隙度較差，作物因不能及時利用土壤水肥而生長不良，最終導致外源有機物無法有效補給于土壤而使其含量下降。表層的土壤有機質的提高除外源人為有機肥的施入外，作物根系及殘體腐解是其主要來源（王巧利等，2012）。作物的根系主要聚集于土壤表層，其進行生理活動時的根系分泌物為微生物的生存和繁殖提供物質條件，微生物的增多會加速作物殘體的腐解，從而增加土壤有機碳含量。粉粒是一種直徑大小介于砂粒和粘粒間的土壤顆粒，其與有機碳含量的相關性較弱。

3.3.2 土壤有機碳與土壤物理性質的通徑分析

為了進一步研究土壤物理性質對有機碳含量影響的直接效應和間接效應并弄清它們之間的聯系，本文選取了與土壤中有機碳有較大相關性的容重（x1）、含水（x2）、粘粒（x3）、砂粒（x4）這 4個指標與有機碳含量（y）這個因子做通徑分析。

圖2 梯田土壤物理性質與土壤有機碳含量的相關關系Fig.2 Correlation between soil physical properties and soil organic carbon content in terraced fields

通徑分析（path analysis）方法（明道緒，1990；敬艷輝等，2006）由Wright于1921年首次提出，其實質是標準化的多元線性回歸分析，它可以克服簡單相關分析和回歸分析的不足，從而清楚地反映各自變量與因變量間的關系，進而能直接比較各自變量對因變量的作用效應。此外，通徑分析能分別找出自變量對因變量的直接和間接影響效應，較全面、清楚地反映出各自變量對因變量的相對重要性。對于一個相互關聯的系統，若有n個自變量xi（i=1, 2, …,n）和1個因變量y之間存在線性關系，回歸方程為：y=b0+b1x1+b2x2+…+bnxn。根據各自變量間的簡單相關系數rij（i,j≤n）和各自變量與因變量間的簡單相關系數riy（i≤n），通過最小二乘法得到各自變量線性回歸系數的求解模型，以此為基礎來進行一定的數量變換，則可得出如下各簡單相關系數的分解方程：

上述是通徑分析的基本模型，其中Piy為直接通徑，即是xi與y標準化后的偏相關系數，表示xi對y的直接影響效應；rij表示xi與xj的簡單相關系數，riy為xi與y的簡單相關系數，rijPjy是間接通徑，代表xi通過xj對因變量y的間接影響效應。模型中的∑rijPiy(i≠j)，即表示xi通過其它變量對因變量y的間接影響總效應。上述方程表示的基本意義為：每一個自變量xi與因變量y的簡單相關系數riy被分解為Piy（直接通徑效果部分）和∑rijPiy(i≠j)（總間接通徑效果部分）。

在研究過程中，由于各影響因素間的關系交錯復雜且人們對各個因素認識的局限性，所有影響因變量的因素不能在建立模型時都被考慮進去，因此這需要進一步對因變量y受遺漏因子和誤差項的影響大小進行計算，即通徑效應系數Puy，也叫剩余效應，其計算公式為：

若計算出的剩余效應很小，表明該通徑分析模型已包含了主要影響因素，否則認為該分析遺漏了一些主要影響變量，需接著尋找并引入別的因子進行分析。

黃花甸子流域梯田土壤有機碳含量與土壤物理性質的通徑系數見表3。

從通徑系數圖表（表 3，圖 3）可知，就直接影響來說，所選主要土壤物理性質對有機碳含量的直接影響作用由大到小均表現為：粘粒＞含水量＞容重＞砂粒，而容重和含水通過粘粒對有機碳的間接影響效應都較大，尤其容重本身對有機碳含量的直接影響并不大，而粘粒對有機碳的直接效應大于其通過其他因子的總間接效應。這說明粘粒對于土壤通氣、保蓄水分具有重要作用。砂粒含量則通過土壤含水量對土壤有機碳含量的間接影響效應較大，且為負效應（P2y×r24=-0.538），而其本身的直接影響并不大。這可能是因為砂粒多的土壤，保水性下降，而水分直接影響著作物生長狀況，進而影響土壤中有機碳的積累。結合以上分析，土壤物理性質對有機碳的總影響由大到小表現為：粘粒＞含水量＞容重＞砂粒＞粉粒。根據剩余效應公式結合以上通徑系數表，得到剩余效應Puy=0.131，此系數接近0.1，小于 0.2。所以，剩余效應較小，說明所選物理性質能說明當前各因子與土壤有機碳含量作用大小，土壤物理性質的研究對土壤中有機質的提升及土壤肥力的提高具有重要意義。

表3 梯田土壤有機碳含量和土壤物理性質的通徑系數表Table 3 The path coefficients of soil organic carbon and soil physical properties in terraced fields

4 討論

圖3 梯田土壤有機碳含量和土壤物理性質的通徑系數圖Fig.3 The path coefficient map of soil organic carbon content and soil physical properties in terraced fields

梯田為我國重要耕地資源之一，它既可以保持水土又可保證糧食生產（趙藝學，2000），是黃土丘陵區的基本農田，具有維持生態脆弱區糧食安全、生態安全及社會安定的作用。因此，有必要探究提高梯田土壤肥力的方法。土壤中有機質的提高是土壤肥力提升的表現。本研究得出，梯田土壤有機碳含量隨土層深度的加深而減少，這與王澤、南雅芳等（2012）、王澤等（2012）對綠洲農田、梯田土壤有機碳分布研究結論一致。此外，大多數林地土壤有機碳隨土層深度的變化也表現出相同的變化趨勢（郭月峰等，2013b；許明祥等，2004）。

土壤中合理的物理性質有利于土壤肥力的增加并促進作物生長。大多數研究指出，土壤有機碳含量隨容重增大而減少。這是因為通常來說，容重大的土壤較緊實且通透性差，土壤保水保肥性差且作物生長因受滯緩作用而導致有機質含量少（劉永忠等，2005）。本研究得到，土壤有機碳與含水量呈顯著正相關。鄒俊亮等（2012）對晉西小流域不同地形和土地利用下土壤有機碳與含水量關系的研究同樣得到，二者間呈正相關關系。徐薇薇等（2014）研究得到，土壤中有機質含量會影響土壤容重，有機質的增多會使土體得到疏松，使得土壤容重減少。土壤含水量會隨著有機質含量的增加有明顯的增加，這說明有機碳積累是土壤含水量增加的重要原因（Wall et al.，2003）。這是由于土壤有機碳含量的增加既可以改善土壤結構，使容重減小，孔隙度增加，又能改變土壤的膠體狀況，使土壤的吸附作用增強。它們都有利于水分的保持，從而使土壤含水量增加。如此可知，土壤中物理性質與有機碳含量是相互影響、相互制約的。

土壤機械組成是農業生產實踐和研究工作都要測定的，它通常用土壤質地表示，決定著土壤質地的粗細，直接影響著土壤的理化性質與肥力狀況，是土壤最基本的物理性質之一（夏漢平，2002）。本研究得出，土壤粘粒、粉粒、砂粒含量分別與有機碳呈顯著正相關、顯著負相關、弱的正相關，這與徐薇薇等（2014）和馬渝欣等（2014）的研究結論一致。黃昌勇（2000）248指出，土壤砂粒含量越高，土壤的透氣性越好，但保水保肥能力較低；土壤的粘粒含量越高，土壤的肥力水平越高，相反土壤的透氣性則越差，這可能是土壤有機碳與粘粒、砂粒呈現不同相關性的原因。馬渝欣等（2014）對蒙城縣 70個典型農田土壤機械組成與有機碳含量進行分析得出，有機碳含量與粘粒含量無相關性，而與粉粒含量呈現極顯著正相關關系，與砂粒含量則呈顯著負相關。他們認為，粉粒對土壤水分有效性、植被生長的正效應作用較強。而大多數研究表明，土壤有機碳含量與粘粒含量關系最為密切。粘粒越高的土壤，在同一吸力作用下，其含水量越大（李玉進，2013）。史錕等（2008）研究得出，玉米田土壤機械組成中的砂粒含量與有機碳含量相關性最大。因此，關于田內土壤有機碳與機械組成的關系，不同研究者得出的結論具有差異性。這可能是由區域氣候條件不同、取樣時間的差異等其他因素造成的。

通徑分析可以較清楚地表達各個相關因子對有機碳的直接和間接影響程度，本文研究得到粘粒含量對土壤有機碳總影響最大。這大概是由于粘粒多的土壤可以吸附較多土壤有機體，使其存留于土壤中。通徑分析的剩余效應較小，這表明，本研究所選取的土壤物理因子能較好地說明有機碳的變化情況，土壤物理性質是影響土壤有機碳變化的重要因子。

5 結論

本文以赤峰市敖漢旗黃花甸子流域梯田土壤為研究對象，對其60 cm深度土壤有機碳和土壤物理性質的垂直分布狀況以及二者間的關系進行研究，主要得出以下結論：

（1）黃花甸子流域梯田土壤有機碳具有表聚現象，且60 cm深度土層的土壤有機質為11.48 g·kg-1，參照全國第二次土壤普查養分分級標準可知，研究區梯田土壤有機質含量處于中等水平。

（2）流域梯田土壤容重、含水量、砂粒含量隨土層深度的增加而逐漸增加，粘粒含量逐漸減少。不同土層的土壤容重、含水量以及顆粒組成總體表現為差異不顯著（P＜0.05）。

（3）土壤容重、砂粒含量與有機碳含量呈現顯著負相關關系，土壤含水量、粘粒含量與有機碳含量呈現顯著正相關關系，而土壤粉粒含量與有機碳含量呈弱的正相關。通徑分析結果表明，土壤粘粒、含水量的增加有利于土壤有機碳的累積，且土壤粘粒含量對土壤有機碳的作用最大。土壤物理性質與有機碳含量是相互影響、互相制約的，二者通徑分析剩余效應較小。因此，土壤物理性質是影響土壤有機碳變化的重要因子。