成都市耕地土壤碳、氮含量特征及其影響因素分析

王 科，李 浩，鄧勁松，張 成，楊 勛，孫 娟，李 根

(1.四川省成都市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，四川 成都 610041；2.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058)

土壤中的有機(jī)碳(SOC)和全氮(TN)是衡量土壤肥力和質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫和氮庫的重要組成部分，對全球碳氮循環(huán)及氣候變化有重要作用，C/N也是判斷土壤碳氮平衡特征的重要參數(shù)[1-2]。耕地土壤有機(jī)碳和全氮是農(nóng)田土壤碳庫和氮庫的重要組成部分，同時耕地土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物資基礎(chǔ)，又受到人類活動的強(qiáng)烈影響[3-5]。因而，研究不同土壤類型、土壤利用方式、種植制度等因素對耕地土壤有機(jī)碳和全氮含量的影響對了解耕地固碳固氮潛力及應(yīng)對氣候變化具有重要意義，同時也能為成都市耕地質(zhì)量管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2019年5～8月，按照《2019成都市土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測體系建設(shè)》項(xiàng)目的要求，遵循代表性、均勻性原則在全市17個涉農(nóng)縣(市、區(qū))布設(shè)100個土壤環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)，用梅花點(diǎn)法采集各監(jiān)測點(diǎn)3～5個耕層土壤(0～20cm)樣品均勻混合后作為該點(diǎn)土樣(約2kg)，同時記錄每個采樣點(diǎn)的地理坐標(biāo)、海拔、種植類型等地表環(huán)境信息。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

土樣經(jīng)編號登記、自然風(fēng)干、去雜磨細(xì)后，分別過2mm和0.2mm孔徑的尼龍篩裝袋備用。土壤pH值采用2.5∶1水土比浸提-pH計(jì)法測定，土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定，土壤全氮含量采用硫酸消解-凱氏定氮法進(jìn)行測定[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤碳、氮統(tǒng)計(jì)特征

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知(表1)，成都市耕地土壤SOC含量在5.68～29.61g/kg之間，平均值為15.70g/kg，變異系數(shù)0.37，屬中等強(qiáng)度空間變異；土壤TN含量在0.79～3.28g/kg之間，平均值為1.83g/kg，變異系數(shù)0.29，接近中等強(qiáng)度空間變異；C/N計(jì)量比在5.23～14.78之間，平均值為8.48，變異系數(shù)0.18，屬輕度空間變異。

表1 成都市耕地土壤SOC和TN含量統(tǒng)計(jì)特征

2.2 影響因素分析

2.2.1 土壤類型 從表2可知，不同土壤類型對土壤碳、氮含量及其計(jì)量比有顯著影響。成都市耕地土壤SOC平均含量及C/N平均計(jì)量比表現(xiàn)為黃壤>水稻土>紫色土，其中黃壤和水稻土顯著高于紫色土，水稻土和黃壤之間無顯著差異；土壤TN平均含量表現(xiàn)為水稻土>黃壤>紫色土，其中水稻土顯著高于紫色土，水稻土與黃壤間無顯著差異。這主要與3種土壤自身特性有關(guān)，水稻土作為人為土，由于耕作制度的影響長期處于低溫淹水狀態(tài)，其有機(jī)碳易于累積；黃壤多由老沖積物發(fā)育而來，且成都市黃壤區(qū)多種植獼猴桃等水果作物，有機(jī)肥用量較大，有機(jī)碳也易于積累；紫色土作為初育土，自身碳氮養(yǎng)分較為缺乏且易于損失，造成其有機(jī)碳含量處于低水平[7]。

表2 不同土壤類型下土壤SOC、TN含量及化學(xué)計(jì)量比特征(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)

2.2.2 土地利用方式 由表3可知，不同土地利用方式對土壤碳、氮含量有顯著影響。水田利用方式下，土壤SOC及TN含量分別比旱地高47.6%和39.0%；水田與旱地土壤C/N計(jì)量比無顯著差異。水田的SOC、TN含量顯著高于旱地土壤，這是與水田長期處于低溫厭氧環(huán)境有利于有機(jī)碳儲存有關(guān)。

表3 不同土地利用方式下土壤SOC、TN含量及化學(xué)計(jì)量比特征(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)

2.2.3 種植制度 由表4可知，不同種植制度對耕地土壤碳、氮含量及C/N計(jì)量比影響顯著。小麥-水稻種植制度下土壤SOC和TN含量均顯著高于其他種植制，油菜-玉米種植制度下土壤SOC、TN及C/N計(jì)量比均處于最低水平；水旱輪作種植制度(蔬菜-水稻、小麥-水稻、油菜-水稻)和水果種植區(qū)的土壤SOC和TN含量均處于較高水平，這也說明水旱復(fù)種輪作方式能提高土壤有機(jī)碳和全氮的含量，有利于改善土壤質(zhì)量，提高土壤肥力[8]。

表4 不同種植制度下土壤SOC、TN含量及化學(xué)計(jì)量比特征(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)

2.2.4 土壤pH值 從表5可知，土壤pH值對土壤碳、氮含量及C/N計(jì)量比的影響顯著。當(dāng)耕地土壤pH值≤7.5(酸性到中性水平)時，其土壤SOC和TN含量顯著高于pH值>7.5(弱堿性到堿性水平)的土壤，這表明弱酸性條件有利于土壤有機(jī)碳的累積。

表5 不同pH值土壤SOC、TN含量及化學(xué)計(jì)量比特征(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)

3 結(jié)論

3.1 成都市耕地土壤SOC和TN對比

兩者含量范圍分別為5.68～29.61、0.79～3.28g/kg，平均含量分別為15.70和1.83g/kg，變異系數(shù)分別為0.37和0.29，均屬中等程度的空間變異。土壤C/N計(jì)量比在5.23～14.78之間，平均值為8.48，變異系數(shù)0.18，屬輕度空間變異。

3.2 土壤類型、土地利用方式、種植制度和土壤pH值均對土壤有機(jī)碳、全氮及C/N計(jì)量比有顯著影響

土壤SOC平均含量及C/N平均計(jì)量比表現(xiàn)為黃壤>水稻土>紫色土，水稻土土壤TN平均含量表現(xiàn)為水稻土>黃壤>紫色，其中黃壤和水稻土間無顯著差異；水田利用方式下土壤SOC和TN含量顯著高旱地；小麥-水稻的種植制度下土壤SOC和TN含量最高，其次為水果種植制度，油菜-玉米種植制度下土壤SOC和TN含量最低；土壤SOC及TN含量在弱酸性條件下(5.57.5)條件下最低，同時C/N計(jì)量比隨著土壤pH值的增大有逐漸降低的趨勢。本研究可為成都市耕地生態(tài)系統(tǒng)的土壤碳氮評估和科學(xué)管理提供依據(jù)。