西北农牧交错带低效林地土壤有机碳分布特征

孟婷婷，董 浩

(1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075；3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710075)

1 引言

陕北风沙区地处农牧交错带，是一个从沙区向黄土区的过渡区域[1]。长期以来，不合理的开垦和风沙危害等问题，使得该区域生态环境遭到严重破坏，成为我国北方土地沙漠化现象最为严重的地区之一[2,3]。近年来，以人工植被建设为主的生态修复治理措施有效缓解了风沙危害、水土流失等环境问题，改善了当地生态环境[4,5]。但是随着时间的变化，连年干旱，树种单一，密度过大，不合理采伐以及抚育跟不上和人为的干扰破坏，使得部分防护林林相残败，结构失调，郁闭度及植被覆盖度低，经济价值及生态功能低下，土壤侵蚀较严重，造成了林地退化，形成了大片的低效林地。

靖边北部风沙滩区，位于毛乌素沙漠南端，气候干燥，降水少，风沙严重，土壤质量不高，林地退化严重，残次林地面积大，对该地区土壤资源的准确掌握具有紧迫的现实需求[6]。在退化林地生态系统的演变过程中，植被作为陆地生态系统的重要覆盖部分，在保持水土、涵养土地和生态系统碳固持等方面具有极其重要的作用[7]。周李磊等[8]和安韶山等[9]研究表明土壤容重随着草地退化程度的加剧而增大，随着植被的恢复呈减小趋势。苏永中等[10]研究表明，科尔沁沙地小叶锦鸡儿人工固沙林中，改善的土壤条件可以反过来增加该地区的植被盖度。土壤有机碳(SOC)作为衡量生态系统稳定、土壤健康与肥力的重要指标，其含量、组成、结构和稳定性直接驱动生态系统的演替方向[11]，可作为退化林地生态系统演变的评价指标。SOC总量和分布受土地利用、降水、温度、地质以及植被类型、土壤深度等的影响[12,13]。

为及时掌握陕北风沙滩区低效林地土壤有机碳分布现状，本研究以靖边北部低效林地为研究对象，开展土壤有机碳分布研究，以期更好地服务土壤资源的精准管理。

2 材料和方法

2.1 研究区概况

研究区位于陕西省靖边县北部风沙滩区，北纬36°58′45″～38°03′15″，东经108°17′15″～109°20′15″，处于毛乌素沙漠南缘，地势南高北低，西高东低。该区属温带半干旱大陆性季风气候，昼夜温差大，无霜期短，雨水少，多风沙，年平均气温7.8 ℃，最热月(7月份)平均气温22.2 ℃，最冷月(1月份)平均气温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%，年平均蒸发量1930 mm，降水量与蒸发量年内分配不均。土壤类型主要为风沙土，研究区总面积27.9910 hm2，其中：乔木林地2.0101 hm2，灌木林地10.7027 hm2，其他地3.1587 hm2。

2.2 土壤样品采集与处理

综合前期调研勘探，选择靖边县北部风沙滩区红墩界镇、海则滩镇、黄蒿界镇、柠条梁镇和东坑镇5个镇作为采样区域，各镇常见的植被类型有柠条、沙棘、沙柳。根据各区域面积大小，在红墩界镇、海则滩镇、黄蒿界镇、柠条梁镇和东坑镇分别设立采样点为14、10、11、6和8个，采用口径40 mm的土钻人工采样，采样深度为0～20 cm，采集的土样挑出植物根系和石砾，装入自封袋中，带回实验室备用。带回实验室的土样自然风干后过1 mm筛子用于土壤有机碳的测定，土壤有机碳的测定方法采用重铬酸钾容量法[14]。

2.3 数据处理及分析

数据处理采用Excel2010和SPSS22.0。

3 结果与分析

3.1 土壤有机碳分布统计分析

由表1 靖边县北部风沙区各区域土壤有机碳描述性统计分析结果可知：红墩界镇、海则滩镇、黄蒿界镇、柠条梁镇和东坑镇土壤有机碳含量平均值分别为2.93 g/kg、3.21 g/kg、2.53 g/kg、2.54 g/kg和4.08 g/kg，海则滩镇和东坑镇土壤有机碳含量较高于其他镇，其原因主要是植被类型和种植密度不同。风沙区土壤有机碳含量平均值为3.03 g/kg，与各镇一样土壤有机碳含量均低于全国背景值[15]。5个镇及风沙区土壤有机碳变异系数均大于10%，属于中等变异，红墩界镇、黄蒿界镇、东坑镇和风沙区土壤有机碳的变异系数分别为59.04%、35.97%、47.55% 和46.53%，变异系数较高，空间分布差异较大。

表1 靖边县北部风沙区各镇土壤有机碳含量(g/kg)描述性统计

3.2 土壤有机碳丰度程度分析

土壤有机碳的丰缺状况参考全国第二次土壤普查养分分级标准[16]。由表2可知：红墩界镇、海则滩镇、黄蒿界镇、柠条梁镇和东坑镇土壤有机碳含量丰缺程度处于缺乏等级的占比分别为35.71%、10%、27.28% 、 27.28% 和0，因此，相对而言红墩界的土壤有机碳含量较缺乏。海则滩镇和东坑镇的有机碳含量处丰度等级以上的占比分别为70%和50%，表明2个镇的土壤有机碳含量较为丰富。风沙区的土壤有机碳含量处于缺乏等级占比为20.41%，适中以上等级占比为79.59%，对于陕北风沙区退化低效林地而言，土壤有机碳含量水平总体较为可观。

表2 靖边县北部风沙区各镇土壤有机碳丰度程度 %

4 结论

(1)靖边县北部风沙区红墩界镇、海则滩镇、黄蒿界镇、柠条梁镇和东坑镇土壤有机碳含量平均值分别为2.93 g/kg、3.21 g/kg、2.53 g/kg、2.54 g/kg和4.08 g/kg，均低于全国背景值31.00 g/kg，海则滩镇和东坑镇土壤有机碳含量较高于其他镇。

(2)5个镇土壤有机碳含量变异系数均大于10%，均属于中等变异，红墩界镇、黄蒿界镇东坑镇的变异系数分别为59.04%、35.97%和47.55%，变异系数较高，空间分布差异较大。

(3)海则滩镇和东坑镇土壤有机碳含量处在丰度以上的占比分别为70%和50%，表明2个镇的土壤有机碳含量较为丰富，而红墩界土壤有机碳含量较缺乏。

(4)风沙区土壤有机碳含量平均值为3.03 g/kg，低于全国背景值，土壤有机碳含量处于缺乏等级占比为20.41%，适中以上等级占比为79.59%。