我國不同類型土壤有機(jī)質(zhì)含量的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征

陳雅敏，馮述青，楊天翔，張韋倩，王壽兵

（復(fù)旦大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程系，上海 200433）

土壤有機(jī)質(zhì)是指存在于土壤中的各種形式的含碳有機(jī)化合物，包括處于不同分解階段的各種動(dòng)、植物和微生物殘?bào)w等［1］.土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成成分，是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量、土壤碳庫等的重要指標(biāo)［2-4］，同時(shí)在近幾年國外對(duì)于土地利用的生命周期生態(tài)影響評(píng)價(jià)中，土壤有機(jī)質(zhì)常被看作是與土地生命支持功能相關(guān)的最具代表性的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一［5］.

土壤有機(jī)質(zhì)含量的高低對(duì)土壤肥力的大小起著決定性作用，對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義［6-10］，同時(shí)也影響著人們對(duì)土地的利用方式.相反，人類活動(dòng)，包括開墾、耕作、施肥等也強(qiáng)烈地影響著土壤有機(jī)質(zhì)的合成與分解及其含量的變化［11-14］.不同類型土壤有機(jī)質(zhì)含量差異很大，有機(jī)質(zhì)含量的研究能夠直觀地反映出不同類型的土壤其土壤肥力的高低，對(duì)土地利用方式有一定的指導(dǎo)意義，同時(shí)分析土壤有機(jī)質(zhì)含量在空間大尺度上的變化特征，有利于了解我國土壤有機(jī)質(zhì)含量的地域性分布特征，為其他相關(guān)研究提供基礎(chǔ)性的科學(xué)依據(jù).

我國在1980年代初所開展的第二次土壤普查是建國以來最為全面、最為廣泛的一次土壤資源調(diào)查，有機(jī)質(zhì)含量是其中一項(xiàng)十分重要的測定項(xiàng)目.但自第二次土壤普查至今已有20多年的時(shí)間間隔，在此期間，土地利用狀況、生產(chǎn)條件等的改變都將導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量的較大變化，因此，第二次普查結(jié)果的參考價(jià)值有所降低［15］.本文收集整理了發(fā)表于2011年前較具代表性的涉及我國土壤有機(jī)質(zhì)含量的論文.通過對(duì)第二次土壤普查后的有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)的分析，以期揭示：（1）我國不同類型土壤有機(jī)質(zhì)含量的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征；（2）我國土壤有機(jī)質(zhì)的空間分布特征；（3）第二次土壤普查以來的土壤有機(jī)質(zhì)狀況與第二次普查時(shí)的差異等.

1 數(shù)據(jù)來源

本文統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)包括我國第二次土壤普查的土壤有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)和第二次普查后至今的有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù).經(jīng)過收集整理，共有184篇文獻(xiàn)較為全面地涉及了我國土壤有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)，其中有169篇涉及第二次普查后的有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)，多發(fā)表于2005年之后.在所收集整理的文獻(xiàn)中，較具代表性的文獻(xiàn)有吳樂知等（2006）［16］、李啟權(quán)等（2010）［17］、王衛(wèi)等（2002）［18］、陳芳等（2009）［19］以及于建軍等（2008）［20］的研究.

2 我國土壤有機(jī)質(zhì)含量變化特征

2.1 不同類型土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化特征

當(dāng)前，我國土壤分類處于土壤系統(tǒng)分類和發(fā)生分類并存階段.土壤系統(tǒng)分類是以有定量限定的診斷層和診斷特性所反映的屬性為依據(jù)；土壤發(fā)生分類則以地帶性的生物氣候條件為首先依據(jù)［21］.在1979～1994年期間所進(jìn)行的全國第二次土壤普查，采用了國家統(tǒng)一要求的土壤發(fā)生分類，該分類系統(tǒng)注重成土條件和成土過程，劃分為鐵鋁土、淋溶土、半淋溶土、鈣層土、干旱土、漠土、初育土、半水成土、水成土、鹽堿土、人為土和高山土等12個(gè)土綱［22］.由于目前文獻(xiàn)中有關(guān)12個(gè)土綱下61個(gè)不同土壤類型的有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)較少，無法進(jìn)行歸納整理和特征分析，因此，本文主要以不同的土綱為研究單位.

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，得到了第二次普查至今土壤發(fā)生分類所劃分的12個(gè)不同類型土綱土壤有機(jī)質(zhì)含量的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等指標(biāo)，具體結(jié)果見表1所示.從中可以看到，不同類型土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值差異較大，其基本規(guī) 律 為：水 成 土（10.582%）＞ 淋溶土（6.430%）＞高山土（4.553%）＞鐵鋁 土（4.242%）＞鈣層土（3.738%）＞半淋溶土（3.086%）＞半水成土（2.360%）＞人為土（2.096%）＞初育土（1.596%）＞干旱土（1.547%）＞鹽堿土（0.880%）＞漠土（0.870%）.水成土土綱主要為沼澤土和泥炭土，這兩類土壤多見于低洼區(qū)，土壤水分常處于飽和狀態(tài)，有機(jī)質(zhì)主要呈嫌氣分解，有機(jī)質(zhì)積累明顯，因此，有機(jī)質(zhì)含量最高；淋溶土分布地區(qū)的自然植被以落葉闊葉林、混交林、草甸和沼澤草甸類型的草本植物為主，生物量大，腐殖質(zhì)積累明顯，同時(shí)淋溶土又是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要地區(qū)的土壤，經(jīng)常施用的肥料也使得土壤肥力較高，土壤有機(jī)質(zhì)含量僅次于水成土；高山土多分布于海拔較高的區(qū)域，較低的溫度使得有機(jī)物不易分解而有利于腐殖質(zhì)的積累，因此，土壤有機(jī)質(zhì)含量也居于較高的位置；鐵鋁土分布地區(qū)的氣候常年高溫多雨，雖然礦物分解和鹽基淋失嚴(yán)重，但生物循環(huán)作用旺盛，土壤肥力始終維持在一定水平上，從而土壤有機(jī)質(zhì)含量也較高；鹽堿土上僅能生長極少數(shù)耐鹽堿的植物，土壤理化性質(zhì)差，因此，土壤有機(jī)質(zhì)含量較低；漠土地區(qū)干旱少雨，植被稀疏，土壤有機(jī)質(zhì)積累作用不明顯，有機(jī)質(zhì)含量在所有土壤類型中最低.

表1 不同類型土壤有機(jī)質(zhì)含量的統(tǒng)計(jì)特征Tab.1 The statistical characteristics of soil organic matter content（SOMC）from 12soil classes

同時(shí)可以看到，與第二次土壤普查時(shí)的數(shù)據(jù)相比，鈣層土、鹽堿土、干旱土和鐵鋁土在數(shù)值上有超過30%的變動(dòng)幅度，其余土壤類型變化相對(duì)較??；雖然有一半的土綱土壤有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)高于第二次普查時(shí)的均值，但并未表現(xiàn)出整體上的明顯增加或下降趨勢（圖1，見第222頁）.另外，不同土壤類型間的有機(jī)質(zhì)含量大小排序趨勢基本未變，依然表現(xiàn)為水成土、淋溶土、高山土和鐵鋁土的有機(jī)質(zhì)含量水平較高，鹽堿土和漠土的有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)低于其他類型.所得到的這種結(jié)果可以以土壤有機(jī)質(zhì)含量所保持著的一種動(dòng)態(tài)平衡來解釋，許多自然因素（如氣候、植被和地形等）和人為因素（土地利用和管理水平等）影響著土壤有機(jī)質(zhì)的周轉(zhuǎn)過程，土壤有機(jī)質(zhì)含量在一系列自然和人為因素綜合作用下保持著動(dòng)態(tài)的平衡［23］.

2.2 不同地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化特征

我國幅員遼闊，氣候類型多樣，地形地貌復(fù)雜，不同區(qū)域由于自然和人為因素的不同其土壤有機(jī)質(zhì)含量也有所差異.以往的研究多傾向于探討地塊或縣域?qū)哟紊嫌袡C(jī)質(zhì)的變化［12，13，24］，本文則統(tǒng)計(jì)整理出了第二次土壤普查至今不同省份尺度的土壤平均有機(jī)質(zhì)狀況及其他統(tǒng)計(jì)特征（表2）.

圖1 不同時(shí)期不同土壤類型有機(jī)質(zhì)含量的比較Fig.1 The comparison of SOMC from different soil classes during several phases

從表2中可以看到，在省級(jí)尺度下，平均有機(jī)質(zhì)含量最高的前3個(gè)省份分別為貴州（4.487%）、西藏（4.201%）和黑龍江（3.987%）；最低的省份為河南（1.483%）、河北（1.473%）和山東（1.214%）.經(jīng)計(jì)算后的第二次普查匯總數(shù)據(jù)顯示［18］，黑龍江（3.748%）和貴州（3.100%）同樣也是第二次普查期間土壤有機(jī)質(zhì)含量最高的前兩個(gè)省份，位于第三的是云南（3.006%）；而山東（0.980%）仍是土壤有機(jī)質(zhì)含量最少的省份，其他兩個(gè)含量較少的省份分別為陜西（1.086%）和山西（1.093%）.此外，除了缺乏相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的重慶和天津，有90%的省份第二次普查后的有機(jī)質(zhì)含量較第二次普查時(shí)的要高.

根據(jù)《中國土種志》統(tǒng)計(jì)資料的分區(qū)，可分為華北、東北、西北、中南、西南和華東6大區(qū)域［25］：第二次土壤普查以來的分區(qū)域統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：西南（3.099%）＞中南（2.672%）＞東北（2.607%）＞華東（2.579%）＞西北（1.741%）＞華北（1.740%）.西南區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，主要由于其地處濕潤地區(qū)，自然植被生長良好，生物量大，且溫度相對(duì)較低，因此，有利于有機(jī)質(zhì)的積累；中南區(qū)雖然自然環(huán)境條件也很優(yōu)越，但溫度相對(duì)比西南區(qū)要高，有機(jī)質(zhì)易于分解，因此，其土壤有機(jī)質(zhì)含量要低于西南區(qū)；西北和華北區(qū)多處于干旱和半干旱區(qū)，降雨量少且植被稀疏，特別是西北地區(qū)，由于多年來長期進(jìn)行不合理的人類活動(dòng)，導(dǎo)致地表植被破壞嚴(yán)重，水土流失非常嚴(yán)重，因此，該兩區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量為六大區(qū)域中最低.與第二次普查時(shí)的數(shù)據(jù)相比（圖2），6大區(qū)域的土壤有機(jī)質(zhì)含量都有所提升，提升幅度最大的為西北區(qū)和華北區(qū)，分別提高了34.54%和27.57%，可能與國家實(shí)施的相關(guān)政策如進(jìn)行耕地質(zhì)量保護(hù)和建設(shè)、實(shí)施土壤有機(jī)質(zhì)提升補(bǔ)貼等有關(guān)，科技的發(fā)展和人們保護(hù)意識(shí)的提高，人為地改善了土壤質(zhì)量.

表2 不同省份（直轄市）土壤有機(jī)質(zhì)含量的統(tǒng)計(jì)特征Tab.2 The statistical characteristics of SOMC from different provinces

3 結(jié) 論

圖2 不同時(shí)期不同地理區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量的比較Fig.2 The comparison or SOMC from different geographic regions during several phases

（1）我國12個(gè)土綱土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值差異較大，從大到小的排列順序依次為：水成土（10.582%）＞淋溶土（6.430%）＞高山土（4.553%）＞鐵鋁土（4.242%）＞鈣層土（3.738%）＞半淋溶土（3.086%）＞半水成土（2.360%）＞人為土（2.096%）＞初育土（1.596%）＞干旱土（1.547%）＞鹽堿土（0.880%）＞漠土（0.870%）.

（2）與第二次土壤普查時(shí)的有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)相比，鈣層土、鹽堿土、干旱土和鐵鋁土有機(jī)質(zhì)含量變動(dòng)幅度較大，變幅超過30%，其余土壤類型變化相對(duì)較小.不同土壤類型間的有機(jī)質(zhì)含量大小排序趨勢基本未變.

（3）統(tǒng)計(jì)分析了第二次土壤普查至今不同省份尺度的土壤平均有機(jī)質(zhì)狀況及其他統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)特征.按《中國土種志》的分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，全國6大區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)的規(guī)律為：西南區(qū)（3.099%）＞中南區(qū)（2.672%）＞東北區(qū)（2.607%）＞華東區(qū)（2.579%）＞西北區(qū)（1.741%）＞華北區(qū)（1.740%）.

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