不同利用方式对紫色土有机碳含量的影响

宋 刚, 吴 僭, 杨 梅, 胡腾胜, 侯春华, 龙永根

(黔东南州土壤肥料站, 贵州 凯里 556000)

1 研究内容与方法

1.1 供试材料

本项研究区域土壤是发育在紫色砂页岩母质上的紫色土,不同利用方式的旱地和水田。旱地为菜园地和玉米地,均采用黔东南州黄平县旧州镇紫色土。

1.1.1研究区域自然概况

研究区域位于贵州省黄平县旧州镇,旧州镇地处黄平县西北部,东与新州镇接壤,南与上塘乡、野洞河乡相邻,西与浪洞乡、瓮安县相望,北与一碗水乡、遵义市余庆县毗邻。镇人民政府驻地距县城25 km,距州府78 km。总面积224.29 km2。旧州镇多年平均气温15.7 ℃。年平均无霜期296 d,年平均日照时数195 h。年平均降水量120 mm,年平均降水日数160 d,最长持续干旱天数200 d(2011年),最大降雪厚度7 cm(2010年)。极寒持续最长天数65 d(2008年)。旧州镇主要以紫色土为主,土体薄,基本达不到50 cm,有机质偏低,土厚超过1 m甚少。在石灰岩体出露的喀斯特地区多形成较为年幼的石灰(岩)土。

1.1.2研究区域土壤的利用特点

菜园地:主要种植蔬菜,所种物种除地上部分几乎全部收回外,其0～20 cm土层内的根茬残留较多。多施有机肥,化肥施用较少。

玉米地:该类别土壤由林地开垦种植作物,主要种植玉米或大豆,常伴生浓密的杂草,所种物种除地上部分几乎全部收回外,其0～20 cm土层内的根茬残留较多。常年施用化肥,施用有机肥相对较少。

水稻土:该类别土壤由林地开垦种植作物,主要种植水稻,所种物种除地上部分全部收回外,其0～20 cm土层内的根茬残留较少。常年施用化肥和有机肥。

1.2 研究内容

土地利用变化影响土壤质量及环境变化已成为当前研究的热点之一,通过对不同利用条件下旧州紫色土玉米地、菜园地、水稻土的有机碳含量进行研究,分析该地区土壤有机碳含量和剖面分布与土地利用方式之间的相关关系,不同利用方式对土壤有机碳的影响。

1.3 土壤有机碳研究方法

1.3.1土样采集

土样的采集:取代表性点,深耕范围0～40 cm范围内,在同一剖面上,每隔20 cm深进行采样,每个土样采集面积为100 m2,采用三点蛇形采样点采样混合保证有1 kg土壤以备制样。

1.3.2制备土样

制备土壤样品:从研究区域采集的土壤样品进行自然风干,过2 mm筛,混匀,取其中1/4磨细,过0.25 mm尼龙筛土壤样品备用。

1.3.3主要指标及测定方法

土壤有机碳的测定采用外加热重铬酸钾氧化法外加热。用0.80 mol/L的重铬酸钾—浓硫酸溶液氧化,用硫酸亚铁滴定剩余的重铬酸钾,根据消耗的硫酸亚铁量计算有机碳的含量。测定的结果乘以1.1,计算有机碳含量。

1.3.4数据的处理与分析

根据剖面层土壤有机碳含量,利用Excel与SPSS 17.0软件对实验数据进行分析处理,用t检验方法进行检验,并分析这些变量,以及它们彼此间的关系,比较不同利用方式下不同土层土壤有机碳的关系。

2 结果与讨论

土壤有机碳是一个复杂的物质系统。土壤的许多属性,都直接或间接与有机碳的存在分不开。有机碳对团聚体的构成也有一定的作用,改善了土壤的耕作特性、透水性和透气性。因此有机碳与土壤质量的构成有直接相关性,土壤有机碳含量的增加或减少将直接影响土壤质量。土壤有机碳又强烈影响土壤向大气排放碳的过程。土壤耕作方式变化后,使得土壤有机碳的存在形式也发生多种改变,土壤耕作方式变化是影响土壤有机碳形式的关键。因此,土壤有机碳对于全球碳素的平衡起着重要的作用。

2.1 有机碳含量0～40 cm分析

2.1.1菜园地土壤有机碳含量

图1表明,菜园地A有机碳含量明显高于菜园地B的有机碳含量。而菜园地是人工加速培养的高度肥沃士壤。由于长期栽培蔬菜,进行精耕细作,合理灌溉,大量施用农家肥,大大加速了土壤的熟化过程。使生土变熟土,熟土变油土。长期的合理管理,积累了大量的有机碳。

注:A和B分别表示土壤0～20 cm和20～40 cm土层。下同。图1 菜园地土壤有机碳含量

2.1.2玉米地土壤有机碳含量

图2表明玉米地A有机碳含量明显高于玉米地B的有机碳含量。土壤侵蚀是造成土壤中有机碳迁移、流失的主要原因,也是陆地碳循环的重要动力过程之一。土壤有机碳主要随着泥沙流失,可达95%以上。这加速了土壤的流失,加大了通过渗漏和土壤侵蚀流失的有机碳。

2.1.3水稻土土壤有机碳含量

图3表明,水稻土A有机碳含量高于水稻土B的有机碳含量。CH4是仅次于CO2最重要的温室气体,稻田是大气CH4的重要排放源[26]。研究区域水稻土长期处于水淹状态,这使得水稻土长期处于强烈的厌氧还原状态,水淹稻田CH4排放量大。这说明农田中有机碳容易分解。

图3 水稻土土壤有机碳含量

2.1.4不同土地利用方式对紫色土有机碳含量的影响

三种利用方式(菜园地、玉米地和水稻土)土壤有机碳含量对照图

图4和图5表明,三种利用方式有机碳含量相比较,菜园地有机碳含量最高,其次是水稻土,最低的是玉米地。土壤有机碳储量垂直分布受到作物类型影响,不同土地利用方式下作物根系分布、凋落物质量及归还量和人工扰动土壤方式等的不同,土壤有机碳在土壤剖面中的分布也不同。菜园地是人工加速培养的高度肥沃士壤,其有机碳含量高;玉米地主要受土壤侵蚀造成土壤中有机碳迁移、流失;CH4是仅次于CO2最重要的温室气体,水淹水稻土长期处于强烈的厌氧还原状态,是大气CH4的重要排放源。因此表现出的结果CO2含量关系为菜园地>水稻土>玉米地。总体来说,三种利用方式下土壤有机碳的含量都随着土壤剖面的加深而显著降低,只是降低的幅度不同,其中玉米地的降低幅度最小。

图4 三种利用方式有机碳含量(A)

图5 三种利用方式有机碳含量(B)

2.2 不同土地利用方式对土壤有机碳的影响

2.2.1三种利用方式下0～20 cm土壤有机碳含量分析

由表1可知,三种利用方式之间差异不显著。可能是由于人为对菜园地的干预度过大,人为扰动土壤后会使表层有机碳稳定性减小,而对玉米地和水稻土的扰动影响较小,导致菜园地有机碳向大气排放的CO2也相对较多,最终结果表现为三者之间差异不显著。

表1 三种利用方式下0～20 cm土壤有机碳含量方差分析

2.2.2三种利用方式下20～40 cm土壤有机碳含量分析

由表2和表3结果显示,三种不同利用方式下土壤有机碳含量的关系为菜园地较玉米地和水稻土差异性显著,而玉米地与水稻土的差异性不显著。这种结果的存在也因人为的干预度不同,一般人为干预主要在表层,而对下层土壤干预相对较低,向大气排放的CO2相对较少。随着不同利用方式中作物根系分布、凋落物及人为扰动方式和施肥管理的不同会对土壤有机碳在剖面中的分布和积累产生不同影响,可能是由于耕地在耕作过程中底土与表土的混合以及作物根茬的残留使得土壤有机碳在表下层损失较少,使得剖面中有机碳的分异减小。

表2 三种利用方式下20～40 cm土壤有机碳含量方差分析

表3 三种利用方式下20～40 cm土壤有机碳含量的LSD比较

3 讨 论

土壤有机碳积累量的差异是土地利用和施肥管理等因子共同作用的结果,其中,土地利用与施肥管理是引起土壤有机碳含量差异的主要原因。大量研究表明,林地开垦后施用一定量的化肥后随淋溶强度增加,使表下层养分趋于平衡,从而减缓表下层土壤中有机碳的流失,如果采取免耕或配施有机肥等方式则会使有机碳的减少量大大降低,从而减少土壤向大气中排放CO2。

4 小 结

在0～40 cm土壤剖面上,不同土地利用方式土壤有机碳的含量均随土层深度的增加而下降,且下降幅度以菜园地最大。

在0～20 cm土层的有机碳含量变化幅度较大,而在20～40 cm之间的有机碳变化幅度较小。说明随着人为干预度的增强,人为扰动土壤后会使表层有机碳稳定性减小,下层土壤中有机碳含量相对增加。

提高管理措施,多施有机肥,可以增加土壤有机碳的含量,以提高土壤肥力,使土壤碳库处于良性状态,最终维持土壤的可持续利用。