黄土丘陵区不同土地类型表层土壤有机碳分布特征

孟婷婷

[摘要]探明黄土丘陵区不同土地类型土壤有机碳分布特征对该区土地与土壤资源管理具有重要意义。在黄土丘陵区园则沟小流域选择红枣林地、7年撂荒草地、农地、30年撂荒草地4种主要土地利用类型，研究0～100cm土壤有机碳含量分布特征。结果表明，不同土地利用类型土壤有机碳含量均随土层增加而减小。不同深度土壤有机碳含量均表现为7年撂荒草地<农地<红枣林地<30年撂荒草地，且在0～20cm土层不同土地利用类型间差异显著（P<0.05）。

[关键词]黄土丘陵区；土地利用类型；表层；有机碳

[中图分类号]S153.6 [文献标识码]A

土壤有机碳（SOC）是土壤的重要组成部分，它在自然生态和农业系统中占有重要作用，影响粮食产量和质量。近年来，土壤有机碳库受到普遍关注是由于它在全球碳循环中起着重要的作用，有减缓或加剧温室气体的潜力。表层100cm土壤中全球碳储量被估计达到1400～1500Pg，大约是大气和陆地植被中碳储量的2～3倍。土地利用和土地管理的改變都会在一定程度上增加或减少土壤有机碳含量。

土地利用改变对全球碳循环，土壤质量，土地管理和区域经济发展有着潜在的影响。在埃塞俄比亚北部半干旱地区，以雨养农业为对照，研究发现林牧复合地、农林复合地、草地、灌溉果园0～30cm土壤有机碳储量都显著增加，表明农地转变成草地或林地将增加SOC的封存量。地中海地区研究发现天然生态林转变成经济林（橄榄树）后0～100cm土壤有机碳储量显著降低。

干旱半干旱地区一直被视为潜在的碳汇。黄土丘陵区是典型的半干旱地区且以深厚的黄土层著称。1999年退耕还林（草）工程实施后该区土地利用方式发生了巨大变化，不适宜耕种。农地一部分退耕撂荒进行植被天然恢复，另一部分发展为人工林（包括生态林和经济力）。本文以黄土丘陵区典型退耕小流域为单元，主要研究不同土地利用类型浅层（0～100cm）土壤有机碳分布特征，以为黄土丘陵区小流域土地和土壤资源管理、退耕还林（草）工程持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究地点

研究区位于陕西省榆林市清涧县园则沟小流域（37°15′N，118°18′E），地处黄土高原中部偏北，为典型黄土丘陵区沟道小流域，面积0.58km2。小流域内土壤主要为黄绵土，属于砂壤土或粉壤土，具有较强的入渗能力，田间持水量在25%左右（体积含水量，下同），凋萎湿度在7%左右；本区属温带大陆性季风气候，年均温8.6℃，月均最低温度-6.5℃（1月），月均最高温度22.8℃（7月）。多年平均降水量505mm，但年内分布不均，年降雨量的70%集中在7～9月份。流域内有多种土地利用类型，主要包括果园（红枣林地），农地，撂荒草地；沟道由于坡度大（>35°），人类干扰较小。

1.2 土样采集与方法

2015年5月在流域内根据不同的土地利用类型和地形条件（如图1），在每个土地利用类型上采用随机采样法采取样点并用便携式手持GPS（MG838，UniStrong）进行定位。用直径40mm的土钻采取土样，采取深度100cm，分为5层，每层20cm，即0～20cm，20～ 40cm，40～60cm，60～80cm，80～100cm。在每个点的附近随机采取3个点，每层进行均匀混合后，挑出杂物，一部分装入自封袋中，一部分装入铝盒中。农地采取样点17个，30年撂荒草地10个，7年撂荒草地11个，红枣林地17个，共55个样点（如图1），275个土样。

装入铝盒的土在105℃的烘箱中烘干24小时，测其水分含量；装入自封袋中的土带回去经自然风干后，分别过2mm筛和1mm筛，过1mm筛的土用来测定土壤有机碳含量，土壤有机碳的测定方法为重铬酸钾容量法。

1.3 数据分析

平均值和标准差用来表示不同土地利用类型和不同深度有机碳的含量，单因素方差分析用来分析土地利用类型和土层深度对其含量的影响，并用LSD法进行差异性比较，数据处理用Excel2007，数据分析用Spass20，绘图用Origine8.1和Arcgis9.3。

2 结果与分析

如表2所示，4种土地利用类型0～100cm土壤有机碳含量沿土壤剖面呈减少趋势。土壤有机碳在0～20cm，20～40cm，40～60cm，60～80cm，80～100cm处含量的平均值分别是3.41g·kg-1 ，2.03g·kg-1，1.86g·kg-1 ，1.77g·kg-1，1.55g·kg-1。4种土地利用类型0～20cm土壤有机碳含量与20～40cm，40～60cm，60～80cm，80～100cm有显著性差异（p<0.05），20～40cm， 40～60cm，60～80cm，80～100cm土层间的有机碳含量则无显著差异性。在同一深度不同的4种土地利用类型间0～20cm土层有机碳含量存在显著差异性（p<0.05），表现为7年撂荒草地<农地<红枣林地<30年撂荒草地，但不同土地利用类型20～100cm其余土层无显著差异。

3 讨论

已有研究表明，农地转变为其他土地利用类型会增加碳的输入从而增加碳储量。本研究中不同土地利用类型对土壤有机碳有不同程度的影响。不同土地利用类型浅层（0～100cm）土壤有机碳含量为30年撂荒草地>红枣树地>农地，这与黄土丘陵区Wang jun的研究一致，即农地转化草地、林地系统会增加土壤有机碳含量。本研究中不同土地利用类型土壤有机碳含量在表层0～20cm有显著（P<0.05）差异，这与前人的研究也基本一致。一般认为农地土壤有机碳含量较天然恢复草地低，这是由于农地生物量不断被移走以及土地扰动加速了养分的分解和流失。但是，本研究中农地土壤有机碳含量高于7年撂荒草地，一方面是由于农地种植玉米、谷子时施入有机肥中含有较多有机物，随雨水入渗土壤，使土壤有机碳得到补充，而且研究区农地均为坡地，坡度在15°左右，无法进行机械翻耕，土地扰动性小，减少了土壤养分的流失。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对土壤有机碳和全量养分的贡献难以体现，而且初期植被恢复需要消耗一定量土壤养分促进自身生长，因此有可能降低土壤有机碳和养分含量。

4 小结

本研究主要得出以下结论：

（1）不同土地类型下0～100cm土层土壤有机碳含量随着土壤深度的增加而减少，其含量是草地>枣林>农地>撂荒地。（2）0～20cm土层土壤有机碳含量与土地利用类型有显著性差异（P<0.05），说明土地利用类型对有机碳的影响主要在表层土壤

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