西北農(nóng)牧交錯(cuò)帶低效林地土壤有機(jī)碳分布特征

孟婷婷，董 浩

(1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075)

1 引言

陜北風(fēng)沙區(qū)地處農(nóng)牧交錯(cuò)帶，是一個(gè)從沙區(qū)向黃土區(qū)的過渡區(qū)域[1]。長期以來，不合理的開墾和風(fēng)沙危害等問題，使得該區(qū)域生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，成為我國北方土地沙漠化現(xiàn)象最為嚴(yán)重的地區(qū)之一[2,3]。近年來，以人工植被建設(shè)為主的生態(tài)修復(fù)治理措施有效緩解了風(fēng)沙危害、水土流失等環(huán)境問題，改善了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境[4,5]。但是隨著時(shí)間的變化，連年干旱，樹種單一，密度過大，不合理采伐以及撫育跟不上和人為的干擾破壞，使得部分防護(hù)林林相殘敗，結(jié)構(gòu)失調(diào)，郁閉度及植被覆蓋度低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值及生態(tài)功能低下，土壤侵蝕較嚴(yán)重，造成了林地退化，形成了大片的低效林地。

靖邊北部風(fēng)沙灘區(qū)，位于毛烏素沙漠南端，氣候干燥，降水少，風(fēng)沙嚴(yán)重，土壤質(zhì)量不高，林地退化嚴(yán)重，殘次林地面積大，對(duì)該地區(qū)土壤資源的準(zhǔn)確掌握具有緊迫的現(xiàn)實(shí)需求[6]。在退化林地生態(tài)系統(tǒng)的演變過程中，植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要覆蓋部分，在保持水土、涵養(yǎng)土地和生態(tài)系統(tǒng)碳固持等方面具有極其重要的作用[7]。周李磊等[8]和安韶山等[9]研究表明土壤容重隨著草地退化程度的加劇而增大，隨著植被的恢復(fù)呈減小趨勢。蘇永中等[10]研究表明，科爾沁沙地小葉錦雞兒人工固沙林中，改善的土壤條件可以反過來增加該地區(qū)的植被蓋度。土壤有機(jī)碳(SOC)作為衡量生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、土壤健康與肥力的重要指標(biāo)，其含量、組成、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性直接驅(qū)動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的演替方向[11]，可作為退化林地生態(tài)系統(tǒng)演變的評(píng)價(jià)指標(biāo)。SOC總量和分布受土地利用、降水、溫度、地質(zhì)以及植被類型、土壤深度等的影響[12,13]。

為及時(shí)掌握陜北風(fēng)沙灘區(qū)低效林地土壤有機(jī)碳分布現(xiàn)狀，本研究以靖邊北部低效林地為研究對(duì)象，開展土壤有機(jī)碳分布研究，以期更好地服務(wù)土壤資源的精準(zhǔn)管理。

2 材料和方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省靖邊縣北部風(fēng)沙灘區(qū)，北緯36°58′45″～38°03′15″，東經(jīng)108°17′15″～109°20′15″，處于毛烏素沙漠南緣，地勢南高北低，西高東低。該區(qū)屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，晝夜溫差大，無霜期短，雨水少，多風(fēng)沙，年平均氣溫7.8 ℃，最熱月(7月份)平均氣溫22.2 ℃，最冷月(1月份)平均氣溫8.5 ℃。年降水量395.4 mm，降水多集中在7～9月份，占全年降水量的62%，年平均蒸發(fā)量1930 mm，降水量與蒸發(fā)量年內(nèi)分配不均。土壤類型主要為風(fēng)沙土，研究區(qū)總面積27.9910 hm2，其中：喬木林地2.0101 hm2，灌木林地10.7027 hm2，其他地3.1587 hm2。

2.2 土壤樣品采集與處理

綜合前期調(diào)研勘探，選擇靖邊縣北部風(fēng)沙灘區(qū)紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)5個(gè)鎮(zhèn)作為采樣區(qū)域，各鎮(zhèn)常見的植被類型有檸條、沙棘、沙柳。根據(jù)各區(qū)域面積大小，在紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)分別設(shè)立采樣點(diǎn)為14、10、11、6和8個(gè)，采用口徑40 mm的土鉆人工采樣，采樣深度為0～20 cm，采集的土樣挑出植物根系和石礫，裝入自封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室備用。帶回實(shí)驗(yàn)室的土樣自然風(fēng)干后過1 mm篩子用于土壤有機(jī)碳的測定，土壤有機(jī)碳的測定方法采用重鉻酸鉀容量法[14]。

2.3 數(shù)據(jù)處理及分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel2010和SPSS22.0。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤有機(jī)碳分布統(tǒng)計(jì)分析

由表1 靖邊縣北部風(fēng)沙區(qū)各區(qū)域土壤有機(jī)碳描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知：紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)土壤有機(jī)碳含量平均值分別為2.93 g/kg、3.21 g/kg、2.53 g/kg、2.54 g/kg和4.08 g/kg，海則灘鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)土壤有機(jī)碳含量較高于其他鎮(zhèn)，其原因主要是植被類型和種植密度不同。風(fēng)沙區(qū)土壤有機(jī)碳含量平均值為3.03 g/kg，與各鎮(zhèn)一樣土壤有機(jī)碳含量均低于全國背景值[15]。5個(gè)鎮(zhèn)及風(fēng)沙區(qū)土壤有機(jī)碳變異系數(shù)均大于10%，屬于中等變異，紅墩界鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、東坑鎮(zhèn)和風(fēng)沙區(qū)土壤有機(jī)碳的變異系數(shù)分別為59.04%、35.97%、47.55% 和46.53%，變異系數(shù)較高，空間分布差異較大。

表1 靖邊縣北部風(fēng)沙區(qū)各鎮(zhèn)土壤有機(jī)碳含量(g/kg)描述性統(tǒng)計(jì)

3.2 土壤有機(jī)碳豐度程度分析

土壤有機(jī)碳的豐缺狀況參考全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]。由表2可知：紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)土壤有機(jī)碳含量豐缺程度處于缺乏等級(jí)的占比分別為35.71%、10%、27.28% 、 27.28% 和0，因此，相對(duì)而言紅墩界的土壤有機(jī)碳含量較缺乏。海則灘鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)的有機(jī)碳含量處豐度等級(jí)以上的占比分別為70%和50%，表明2個(gè)鎮(zhèn)的土壤有機(jī)碳含量較為豐富。風(fēng)沙區(qū)的土壤有機(jī)碳含量處于缺乏等級(jí)占比為20.41%，適中以上等級(jí)占比為79.59%，對(duì)于陜北風(fēng)沙區(qū)退化低效林地而言，土壤有機(jī)碳含量水平總體較為可觀。

表2 靖邊縣北部風(fēng)沙區(qū)各鎮(zhèn)土壤有機(jī)碳豐度程度 %

4 結(jié)論

(1)靖邊縣北部風(fēng)沙區(qū)紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)土壤有機(jī)碳含量平均值分別為2.93 g/kg、3.21 g/kg、2.53 g/kg、2.54 g/kg和4.08 g/kg，均低于全國背景值31.00 g/kg，海則灘鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)土壤有機(jī)碳含量較高于其他鎮(zhèn)。

(2)5個(gè)鎮(zhèn)土壤有機(jī)碳含量變異系數(shù)均大于10%，均屬于中等變異，紅墩界鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)東坑鎮(zhèn)的變異系數(shù)分別為59.04%、35.97%和47.55%，變異系數(shù)較高，空間分布差異較大。

(3)海則灘鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)土壤有機(jī)碳含量處在豐度以上的占比分別為70%和50%，表明2個(gè)鎮(zhèn)的土壤有機(jī)碳含量較為豐富，而紅墩界土壤有機(jī)碳含量較缺乏。

(4)風(fēng)沙區(qū)土壤有機(jī)碳含量平均值為3.03 g/kg，低于全國背景值，土壤有機(jī)碳含量處于缺乏等級(jí)占比為20.41%，適中以上等級(jí)占比為79.59%。