宣恩縣表層土壤有機碳分布特征調(diào)查分析

摘 要 利用湖北省宣恩縣1︰5萬表層土壤調(diào)查數(shù)據(jù)，按照行政單元、土壤類型單元、土地利用單元分析了表層土壤有機碳的空間分布特征。結(jié)果表明，全縣表層土壤有機碳密度平均值為4.848 kg·m-2，高于湖北省表層土壤有機碳平均密度。依照不同劃分單元，有機碳密度高值區(qū)主要在曉關(guān)鄉(xiāng)、長潭河鎮(zhèn)、珠山鎮(zhèn)、山地草甸土、黃棕壤、水田、林地上，低值區(qū)在李家河鎮(zhèn)、牧草地、棕壤上。宣恩縣表層土壤有機碳總儲量為13 268.75×106 kg，約占湖北省表層土壤有機碳儲量的3.45%，有機碳儲量主要分布在黃棕壤、林地上。

關(guān)鍵詞 有機碳密度；有機碳儲量；表層土壤；分布特征；湖北省宣恩縣

中圖分類號：S153.6 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2025.03.015

地球上的碳庫是由海洋碳庫、陸地碳庫、大氣碳庫組成的。土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，是大氣碳庫的2倍多[1]，土壤碳儲量的較小變幅就能影響氣候較大變化[2]。土壤碳庫包含有機碳庫和無機碳庫，表層土壤中無機碳庫很少變動[3]，而有機碳庫在土壤碳庫中所占比例較大。土壤碳庫的計算一般基于土壤類型、植被類型或碳循環(huán)模型[4]。土壤碳儲量受自然因素、人為因素等多方面影響，而人類活動如土地利用方式的變化加速了土壤儲量的變化[5]。土壤有機碳是土壤肥力的重要指標，影響著土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及土壤持水性和生物多樣性、保肥能力等多項功能[6]。土壤有機碳密度直接影響土壤有機碳儲量，土壤有機碳密度及分布受多種因素影響，如氣候、海拔、地形、植被、土壤母質(zhì)和人類利用方式等[7-8]。通過宣恩縣9 467個1︰5萬土壤調(diào)查樣本，從全域、行政單元、土地利用、土壤類型等方面分析了宣恩縣土壤有機碳密度及儲量分布特征，以期為宣恩縣土地可持續(xù)利用及固碳減排提供科學依據(jù)。

1" 材料與方法

1.1" 研究區(qū)概況

宣恩縣地處鄂西南，地跨東經(jīng)109°11′～109°55′，北緯29°33′～30°12′，縣域面積2 737.2×106 m2，屬中亞熱帶大陸型季風濕潤型山地氣候，氣候隨海拔變化呈明顯垂直差異。海拔800 m以下的低山帶，四季分明，雨熱同步，光溫互補，最高氣溫40.8 ℃，最低氣溫-12.7 ℃，年均氣溫15.8 ℃，無霜期294 d，年均降水量1 491.3 mm，年均日照時數(shù)1 136.2 h。

1.2" 樣品采集與分析

調(diào)查方法及要求遵照《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T 0295—2016），樣品采集深度0～20 cm，采用“S”形或“X”形采集子樣點，由5個子樣等量混合組成樣品，充分混合后用四分法留取l.5～2.0 kg裝入樣品袋，共組成樣點9 467個。樣品加工場地通風寬敞，在樣品完全晾曬干后及時過10目尼龍網(wǎng)篩，取過篩后的樣品大于300 g裝入塑料瓶作副樣裝箱入庫，200 g入紙樣袋編號送樣分析，由湖北省地質(zhì)實驗測試中心分析測試。土壤樣品采用VOL測試有機碳，檢出限0.02，元素報出率100%，插入12個國家一級土壤標準物質(zhì)（GSS 1～GSS 12），分別統(tǒng)計各元素合格率均為100%。

數(shù)據(jù)處理采用WPS，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS 17.0，采用Arcgis 10.2繪圖。

1.3" 土壤碳儲量計算方法

表層土壤碳密度的計算基于土壤取樣深度、土壤容重、土壤碳含量，計算公式為：

SOCD = C×ρ×D/10 （1）

式中：SOCD代表土壤有機碳密度（kg·m-2）；C表示土壤有機碳含量（%）；ρ表示土壤容重（g·cm-3）；D為表層土壤取樣深度（cm）；10為單位換算系數(shù)。

表層土壤碳儲量計算公式：SOCS=SOCD×S，式中SOCS代表土壤有機碳儲量（kg），S為各統(tǒng)計類型面積（m2）。

2" 結(jié)果與分析

將宣恩縣表層土壤有機碳數(shù)據(jù)按照土壤類型單元、土地利用單元、行政區(qū)單元進行分類統(tǒng)計，分別計算土壤有機碳密度及儲量，探討其分布特征。

宣恩縣全域表層土壤有機碳密度特征參數(shù)見圖1。宣恩縣表層土壤有機碳密度范圍為0.341～31.062 kg·m-2，平均值為4.848 kg·m-2，中位值為4.461 kg·m-2，標準偏差2.407，變異系數(shù)0.496，方差5.792，偏度系數(shù)2.264，峰度系數(shù)11.736。宣恩縣表層土壤正態(tài)分布曲線為正偏態(tài)尖峰分布。

宣恩縣表層土壤有機碳密度平均值高于湖北省表層土壤有機碳密度（4.52 kg·m-2），低于全國自然土壤表層有機碳密度平均值（5.7 kg·m-2 ）[9]，遠高于全國耕種土壤表層有機碳密度平均值（3 kg·m-2 ）[10]。宣恩縣表層土壤有機碳總儲量為13 268.75×106 kg，約占湖北省表層土壤有機碳儲量的3.45%[11]。縣域西南角和東北角表層土壤有機碳密度偏低；中部呈擴“V”形（見圖1），形成表層土壤有機碳密度高值分布帶，這與宣恩縣自然地理條件有關(guān)；低值區(qū)域在海拔1 200 m以上的高山，氣候較冷，微生物活動少，有機質(zhì)腐化速度慢[12]。

2.1" 不同行政單元有機碳分布特征

宣恩縣下轄萬寨鄉(xiāng)、珠山鎮(zhèn)、椒園鎮(zhèn)、長潭河侗族鄉(xiāng)、曉關(guān)侗族鄉(xiāng)、椿木營鄉(xiāng)、高羅鎮(zhèn)、沙道溝鎮(zhèn)和李家河鎮(zhèn)等9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，1個工業(yè)園區(qū)，3個居委會，279個村委會，全縣共279個行政村，縣人民政府駐珠山鎮(zhèn)。

宣恩縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)有機碳密度及儲量特征數(shù)據(jù)見表1、圖2（見封三）。從表1可以看出，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)有機碳密度變化范圍是3.274～5.819 kg·m-2，相差較大。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤有機碳密度由大到小的順序為曉關(guān)鄉(xiāng)＞長潭河鄉(xiāng)＞珠山鎮(zhèn)＞高羅鎮(zhèn)＞萬寨鄉(xiāng)＞沙道溝鎮(zhèn)＞椒園鎮(zhèn)＞椿木營鄉(xiāng)＞李家河鎮(zhèn)，最小值在李家河鎮(zhèn)，有機碳密度為3.27 kg·m-2，最大值為5.819 kg·m-2，在曉關(guān)鄉(xiāng)，其次是有機碳密度相差不大的長潭河鄉(xiāng)和珠山鎮(zhèn)，分別為5.349 kg·m-2和5.259 kg·m-2。

表層土壤有機碳儲量占比最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是沙道溝鎮(zhèn)，為22.458%，對應(yīng)的面積占比為23.75%，有所下降，這與鎮(zhèn)內(nèi)分布有棕壤有關(guān)。其次是曉關(guān)鄉(xiāng)和長潭河鄉(xiāng)，表層土壤有機碳儲量占比對應(yīng)其面積占比有所上升。表層土壤有機碳儲量占比最小的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是李家河鎮(zhèn)，遠小于其面積占比，與李家河鎮(zhèn)土壤類型多為黃壤有關(guān)。

2.2" 不同土壤類型有機碳分布特征

各土壤類型有機碳密度及儲量特征數(shù)據(jù)見表2。宣恩縣土壤分為8個土類，分別為紅壤、黃壤、黃棕壤、棕壤、石灰土、紫色土、草甸土、水稻土。土壤以黃棕壤、黃壤和棕壤為主，占比達90%以上，如圖3（見封三）。其中黃棕壤廣泛分布于全區(qū)，面積為1 704.19 km2，占比62.26%；黃壤面積約558.62 km2，占比20.41%；棕壤面積281.16 km2，占比10.27%；紫色土面積67.81 km2，占比2.48%；水稻土面積為102.02 km2，占比3.73%；石灰土面積7.90 km2，占比0.289%；山地草甸土面積14.62 km2，占比0.534%；紅壤面積0.88 km2，占比0.032%。

從表2可以看出，各土壤類型的有機碳密度范圍是3.510～7.094 kg·m-2，相差較大。按土壤類型，表層土壤有機碳密度由大到小的順序是山地草甸土＞黃棕壤＞紫色土＞黃壤＞石灰土＞水稻土＞紅壤＞棕壤，表層土壤有機碳密度最大值在山地草甸土上，與湖北省表層土壤有機碳密度最大值分布趨勢一致。宣恩縣山地草甸土分布在海拔較高較寒冷地區(qū)，這種土壤受季節(jié)性地下水影響發(fā)育而成，生物作用微弱，表層有機質(zhì)積累明顯，土壤有機質(zhì)分解和腐化較慢。棕壤表層土壤有機碳密度最小，為3.510 kg·m-2，與棕壤分布地帶和自身屬性有關(guān)，棕壤主要分布在東部椿木營鄉(xiāng)和沙道溝鎮(zhèn)東部，該地帶氣候寒冷、濕度大，大陸季風氣候，土壤有機質(zhì)含量高，土壤容重小[13]。

全縣有機碳儲量主要集中在黃棕壤、黃壤和棕壤上，占比達到93.54%，符合土壤類型分布面積的特征。黃棕壤的有機碳儲量最高，為9 141.110×106 kg，占全縣所有土壤類型有機碳儲量的68.295%，相對其面積占比（62.26%）有所上升，這與其表層土壤有機碳密度（5.364 kg·m-2）高于全縣表層土壤有機碳密度平均值有關(guān)。宣恩縣表層土壤有機碳儲量最小的是紅壤，占比0.026%，小于其面積占比（0.032%）；表層土壤有機碳密度最大的山地草甸土的有機碳儲量占比為0.775%，高于其面積占比（0.534%）。土壤有機碳儲量占比變化與表層土壤有機碳密度值與縣域表層土壤有機碳密度平均值對比有關(guān)，但其儲量占比整體趨勢都與其土壤面積相對應(yīng)。

2.3" 不同土地利用類型有機碳分布特征

各土地利用類型有機碳密度及儲量見表3。宣恩縣土地總面積為2 737.20 km2，其中，水田89.58 km2，占土地總面積的3.27%；旱地284.35 km2，占土地總面積的10.39%；園地102.00 km2，占土地總面積的3.73%；其他農(nóng)用地32.61 km2，占土地總面積的1.19%；林地2 134.4 km2，占土地總面積的77.58%；天然牧草地0.11 km2，占土地總面積的0.004%；建設(shè)用地72.92 km2，占土地總面積的2.66%；未利用地32.23 km2，占土地總面積的1.18%。

由表3可以看出，全縣各土地利用類型的有機碳密度范圍是4.069～5.670 kg·m-2，各土地利用類型中表層土壤有機碳密度由大到小的順序是水田＞林地＞旱地＞建設(shè)用地＞園地＞其他農(nóng)用地＞天然牧草地。水田有機碳密度最大，天然牧草地有機碳密度最小，旱地、園地、建設(shè)用地、其他農(nóng)用地的有機碳密度相差不大。宣恩縣水田、旱地、園地的表層有機碳密度均大于全國耕種土壤表層有機碳平均密度值。

土壤有機碳儲量最大的是面積占比最大的林地，有機碳儲量為11 179.701×106 kg，占比高達79.639%；農(nóng)用耕地合計占比為16.009%；建設(shè)用地表層土壤有機碳儲量占比為2.341%，其他土地利用類型僅占少量。

3" 結(jié)論

1）宣恩縣表層土壤有機碳密度平均為4.848 kg·m-2，高于湖北省表層土壤有機碳密度平均值；表層土壤有機碳儲量為13 268.75×106 kg，約占湖北省表層土壤有機碳儲量的3.45%。

2）宣恩縣土壤類型中山地草甸土、黃棕壤的表層土壤有機碳密度較高，棕壤最低；土地利用類型中，水田、林地表層土壤有機碳密度較高，牧草地最低；行政單元中，曉關(guān)鄉(xiāng)、長潭河鄉(xiāng)、珠山鎮(zhèn)表層土壤有機碳密度較高，李家河鎮(zhèn)最低。

3）宣恩縣表層土壤有機碳儲量占比較大的3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)是沙道溝鎮(zhèn)、曉關(guān)鄉(xiāng)、長潭河鄉(xiāng)，占比最高的土壤類型是黃棕壤，占比最高的土地利用方式是林地；占比最低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是李家河鎮(zhèn)，占比最低的土壤類型是紅壤，占比最低的土地利用方式是牧草地。

4）僅對宣恩縣表層土壤有機碳進行了研究，未對深層土壤有機碳密度與儲量進行估算。土壤固碳減排與肥力提升一直是農(nóng)業(yè)地質(zhì)熱點問題，需進一步探討研究，為提升土壤質(zhì)量、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、實現(xiàn)“雙碳”目標提供科學依據(jù)。

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（責任編輯：敬廷桃）

基金項目：耕地質(zhì)量生態(tài)地球化學動態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程研編（KJ2023-9）；湖北省漢江流域區(qū)土壤生態(tài)地球化學與健康地質(zhì)研究（KJ2024-4，KJ2025-6）；十堰東南一襄陽1∶25萬土地質(zhì)量地球化學調(diào)查（MSDZ202401）。

作者簡介：趙敏（1988—），工程師，主要從事土壤地球化學、農(nóng)業(yè)地質(zhì)與富硒研究。E-mail：1003128767@qq.com。