婺江流域農(nóng)田土壤不同種植方式下碳氮含量的特征*

高 婷1，孔祥忠1，于紅梅1，束良佐2

(1.浙江師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004；2.淮北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 淮北 235000 )

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婺江流域農(nóng)田土壤不同種植方式下碳氮含量的特征*

高 婷1，孔祥忠1，于紅梅1，束良佐2

(1.浙江師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004；2.淮北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 淮北 235000 )

以婺江流域蘭溪市煙溪村為研究地區(qū)，利用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)油菜地、苗圃地、菜地、黃豆地、棉花地5種土地利用類型下土壤碳氮的垂直分布特征進(jìn)行比較分析，目的為煙溪村土地資源的合理利用與施肥提供科學(xué)依據(jù).結(jié)果表明:農(nóng)田不同種植方式下土壤有機(jī)碳、全氮差異顯著，0～20 cm表層土壤有機(jī)碳含量排序：菜地>苗圃地>油菜地>黃豆地>棉花地，菜地有機(jī)碳含量明顯大于其他土地利用類型；40～60 cm土層，苗圃地的有機(jī)碳累積含量最高，為21.63 g/kg，棉花地累積含量最低，為6.93 g/kg;0～10 cm土層，土壤全氮含量的垂直空間分布表現(xiàn):菜地>苗圃地>油菜地>棉花地>黃豆地.隨著土層的加深，全氮含量逐漸下降，30 cm土層以下各土地利用類型全氮含量變化不明顯.農(nóng)田5種不同土地利用類型下，有機(jī)碳和全氮含量均表現(xiàn)出隨土層的深入而降低，0～30 cm土層，有機(jī)碳和全氮含量下降明顯；30 cm土層以下變化不大.

有機(jī)碳；全氮；土地利用；婺江流域；分布特征

土壤有機(jī)碳與氮素在土壤肥力中起著重要作用，其長(zhǎng)期累積會(huì)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，同時(shí)會(huì)對(duì)土地的持續(xù)利用與土壤生產(chǎn)力及全球環(huán)境保護(hù)有著重要的意義[1-3].土壤全氮包括無機(jī)氮素和有機(jī)氮素，它們能夠表征土壤氮素的總量，并且是植物氮素營(yíng)養(yǎng)的重要源和庫(kù)[4].土壤有機(jī)碳和全氮受地形、土地利用的影響較大[5].土地利用方式發(fā)生變化，土地耕種使美國(guó)南部土壤中的碳損失很大[6]，與原始的林地相比，農(nóng)田有機(jī)碳下降明顯[7]，耕作土壤棄耕后SOC含量增加35%[8].土地利用變化對(duì)SOC含量的影響,主要是通過改變凋落物的數(shù)量和質(zhì)量及其環(huán)境條件來影響SOC的儲(chǔ)存量、組成和穩(wěn)定性[9].紫色丘陵區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)出較大不同:水田>旱地>撂荒地.全氮含量表現(xiàn)為：林地>水田地>旱地>撂荒地[10].國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者在不同區(qū)域，如青藏高原草甸區(qū)[11]、新疆天山綠洲區(qū)[12]、黃土高原區(qū)[13]、科爾沁沙地[14]、華北森林區(qū)[15]、南方紅壤丘陵區(qū)[16]和喀斯特小流域區(qū)[17]等,研究各土地利用方式下土壤碳氮的分布特征.這些研究側(cè)重的是某一特定區(qū)域或大尺度的空間分布格局下不同土地利用方式即草地、林地、耕地、苗圃地、沙地、裸地等之間的土壤碳氮分布特征，對(duì)小尺度的空間分布格局或同一種土地利用方式不同植被類型之間的土壤性質(zhì)與土壤碳氮變化特征研究較少.本文以蘭溪市煙溪村為研究對(duì)象，分析農(nóng)田各土地利用方式下有機(jī)碳和全氮分布特征，闡明土地利用的變化對(duì)土壤全氮及有機(jī)碳的影響，為該區(qū)土地資源的合理開發(fā)與利用及提高糧食生產(chǎn)提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 采樣區(qū)概況

蘭溪市煙溪村位于金華市西部，錢塘江中游，金衢盆地北部邊緣，地處北緯29°5′～29°27′，東經(jīng)119°13′～119°53′，屬東亞副熱帶季風(fēng)氣候區(qū).氣候溫暖濕潤(rùn)，四季分明，夏秋氣溫高，冬春氣溫低，梅雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且伏旱明顯，無霜期平均265 d，7—9月也受臺(tái)風(fēng)影響.境內(nèi)地貌為丘陵盆地地貌.境內(nèi)江河都屬于錢塘江水系.衢江從西往東、金華婺江從東往西流入蘭溪市區(qū)匯成蘭江.金華婺江兩岸煙溪村附近以河漫灘、河流階地為主，地勢(shì)平坦，土壤肥沃，從河漫灘一直往上到丘陵崗地，地勢(shì)海拔逐漸升高，地形起伏和緩.本區(qū)大部分為農(nóng)田，該區(qū)耕種歷史悠久，農(nóng)田土地利用方式多樣，包括水稻田、油菜地、菜地和苗圃等土地利用方式，其中苗圃種植比較廣泛，經(jīng)濟(jì)效益較好.

在婺江流域內(nèi)蘭溪市煙溪村選擇地形起伏相對(duì)一致的平地和緩丘坡地，本區(qū)域農(nóng)田主要土地利用類型包括水稻田、油菜地、苗圃、菜地、黃豆地(前茬種植油菜)、棉花地(棉花油菜輪作2～3 a)，因?yàn)閷?duì)土地進(jìn)行的耕作管理與利用的不同，使得各種植方式下施肥量與利用程度有較大不同.其中油菜地大多秸稈還田，上半部分焚燒，同時(shí)兼施復(fù)合肥、尿素等，大約150～225 kg/hm2，菜地多施有機(jī)肥.

1.2 樣品采集與分析方法

在河流兩岸耕地、坡地等有代表性的地塊上根據(jù)不同的種植作物選取油菜地、苗圃、黃豆地、菜地、棉花地幾種土地利用類型，每種土地利用類型設(shè)置樣點(diǎn)不同，其中油菜地采樣地為4個(gè)，苗圃采樣地7個(gè)，菜地采樣地2個(gè)，黃豆地采樣地2個(gè)，棉花地采樣地1個(gè)，苗圃主要種植植被類型：紅花繼木、紅葉石楠、女貞、羅漢松、紫薇樹.利用土鉆進(jìn)行取樣，取樣深度為0～60 cm，10 cm為一個(gè)間隔，分別取0～10 cm,10～20 cm,20～30 cm，30～40 cm，40～50 cm，50～60 cm土層，共取6層，每一樣地采集3個(gè)土壤剖面，然后把同一采樣地相同層次的土壤制成一個(gè)混合樣，共采集油菜地、苗圃、菜地、黃豆地、棉花地5種土地利用類型的土壤樣品96個(gè).采樣利用GPS進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并記錄樣點(diǎn)位置、土地利用類型、耕作方式、地形、自然條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件及施肥狀況等.將野外采集的土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，并除去細(xì)根與雜質(zhì)，研磨并過10目與100目土壤篩.

將處理后的土壤樣品有機(jī)碳采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測(cè)定，全氮采用凱氏定氮法測(cè)定.

2 結(jié)果與討論

2.1 農(nóng)田土壤不同作物種植方式對(duì)有機(jī)碳含量的影響

由圖2可知，表層土壤有機(jī)碳受土地利用影響，差別較大.農(nóng)田不同種植方式下0～20 cm表層土壤有機(jī)碳含量高于其他深度土層.0～10 cm土層，菜地土壤有機(jī)碳含量為25.49 g/kg，比相鄰的油菜地(22.45 g/kg)和苗圃地(21.85 g/kg) SOC含量提高14%和17%，黃豆地(16.05 g/kg)和棉花地(15.61 g/kg)提高59%和63%.10～20 cm土層，土壤有機(jī)碳含量明顯下降，其中菜地有機(jī)碳含量最高，為19.78 g/kg，油菜地、苗圃地、黃豆地、棉花地土壤有機(jī)碳含量分別為14.06,14.73,14.01,9.63 g/kg.0～20 cm土層 的有機(jī)碳含量排序：菜地>苗圃地>油菜地>黃豆地>棉花地.土壤有機(jī)碳含量隨土層深度的增加而降低.從表層到30 cm土層，有機(jī)碳含量迅速降低，30～60 cm土層降低速度明顯減慢，并且表現(xiàn)出波動(dòng)的趨勢(shì).

從剖面上看，0～60 cm土層，菜地有機(jī)碳含量為6.18～25.49 g/kg，油菜地為4.75～22.45 g/kg，黃豆地為4.60～16.05 g/kg，苗圃地為6.81～21.85 g/kg，棉花地為1.54～15.61 g/kg.其中菜地在30～40 cm土層，苗圃地在40～50 cm土層出現(xiàn)累積峰值.苗圃地在20～30 cm土層有機(jī)碳含量最高，為10.89 g/kg，大于菜地土壤.40～60 cm土層，苗圃地的有機(jī)碳含量最高，為21.63 g/kg，棉花地含量最低,為6.93 g/kg，而菜地與黃豆地、油菜地之間差異不大.菜地SOC含量除在30～40 cm處與整體變化趨勢(shì)不一致外，在其余剖面均隨土層深度增加而降低.

2.2 農(nóng)田土壤不同作物種植方式對(duì)全氮含量的影響

農(nóng)田土壤不同作物種植方式下全氮含量呈現(xiàn)顯著差異(見圖3).植被、土壤與大氣間的能量交換在表層土壤進(jìn)行，并且動(dòng)植物殘?bào)w及枯枝落葉多在這一層，有機(jī)質(zhì)積累、分解加快導(dǎo)致表層全氮含量較高[18].0～10 cm土層，菜地全氮含量最高為2.10 g/kg，明顯高于其他土地種植方式，黃豆地含量最低為1.16 g/kg，全氮含量大小排序?yàn)椋翰说?苗圃地>油菜地>棉花地>黃豆地.土壤全氮含量在表層0～10 cm分布較多.10～20 cm土層，各種植方式下全氮含量均有所下降.20～30 cm土層，全氮含量下降明顯，與0～10 cm土層相比，菜地下降59.52 %，苗圃地下降70.99 %，油菜地下降58.91 %，棉花地下降57.94 %，黃豆地下降50.86 %.隨著土層深度的加深,全氮含量逐漸降低，但下降速度與土層深度密切相關(guān), 0～30 cm 土層,全氮含量迅速降低,30～60 cm土層降低速度較慢.黃豆地最大值出現(xiàn)在30～40 cm和50～60 cm，分別為0.51,0.45 g/kg，棉花地最大值出現(xiàn)在50～60 cm，為0.69 g/kg.50～60 cm土層，土壤全氮含量差異不大，為0.24～0.45 g/kg.

2.3 農(nóng)田土壤不同作物種植方式對(duì)C/N的影響

C/N作為評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)分解的重要指標(biāo)，土壤微生物環(huán)境隨著C/N的變化而變化，微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解受其影響.C/N高，土壤有機(jī)質(zhì)分解弱，氮素礦化程度低；C/N低，有機(jī)質(zhì)分解程度高，氮素礦化程度較高.

比較農(nóng)田不同作物種植方式下表層土壤C/N值見表1.

由表1可以看出,0～10 cm土層，油菜地(18.26±7.36)>黃豆地(14.49±4.67)>苗圃地(13.85±3.54)>菜地(12.76±2.55)>棉花地(12.38);10～20 cm土層，油菜地、黃豆地與棉花地C/N值下降，而苗圃地與菜地保持不變.0～20 cm土層，油菜地的C/N值均比其他土地利用類型高，但C/N值<20，說明在分解過程中能夠釋放出礦質(zhì)態(tài)氮使植物吸收.其他作物種植類型在0～20 cm土層C/N為11.84～14.49，變化幅度不大;20～60 cm土層，苗圃地C/N顯著高于油菜地、菜地、黃豆地和棉花地.10～30 cm土層，菜地、黃豆地C/N在剖面上呈減小的趨勢(shì)，而油菜地、苗圃地、棉花地呈增大的趨勢(shì);30～60 cm土層，苗圃地C/N值呈增大的趨勢(shì)，變幅在13.27～42.50，變幅較大，而油菜地、菜地、黃豆地、棉花地呈減小的趨勢(shì)，變幅為11.83～23.98.各種植方式下不同土層C/N值油菜地與苗木地較高，說明其土壤中礦化程度較低，有機(jī)質(zhì)的分解程度低，菜地、黃豆地、棉花地的C/N值較低，說明其土壤中出現(xiàn)了凈礦化，菜地大量增施有機(jī)肥，并且經(jīng)常進(jìn)行土壤擾動(dòng)，土壤有機(jī)質(zhì)的分解較快.

3 結(jié) 論

對(duì)煙溪村農(nóng)田土壤不同作物種植方式下土壤全氮、有機(jī)碳含量與垂直分布進(jìn)行研究，結(jié)論為:

1)有機(jī)碳在垂直空間分布大體表現(xiàn)為：0～20 cm土層>20～40 cm土層>40～60 cm土層.0～20 cm土層有機(jī)碳含量大小表現(xiàn)為：菜地>苗圃地>油菜地>黃豆地>棉花地，菜地、苗圃地、油菜地、黃豆地、棉花地土壤有機(jī)碳含量主要集中在0～20 cm土層，其有機(jī)碳含量占0～60 cm土層總碳量的56.83%,48.18%,55.90%,55.91%,53.29%.

2)0～10 cm土層，全氮含量大小排序?yàn)椋翰说?苗圃地>油菜地>棉花地>黃豆地.土壤全氮在0～60 cm土壤剖面上隨著土層深度的增加，含量降低.

3)0～10 cm土層土壤C/N值，油菜地為18.26，苗木地為13.85，菜地為12.76，黃豆地為14.49，棉花地為12.38，油菜地>黃豆地>苗圃地>菜地>棉花地，其余的各層C/N比值基本以苗圃地最高，油菜地居于其次，棉花地呈現(xiàn)低值.苗圃地在垂直剖面上土壤C/N變化較大，為13.85～42.35，并且隨著土層深度的增加碳氮比值逐漸增大，這主要是由于苗圃底層土壤不經(jīng)常進(jìn)行翻耕，有機(jī)質(zhì)分解較差，氮素礦化程度低.通過研究,結(jié)果表明，婺江流域土壤C/N比值大部分為12.38～42.50，與一般值相比偏高.

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(責(zé)任編輯 杜利民)

SoilcarbonandnitrogenconcentrationinagriculturalsoilunderdifferentlanduseintheareaofWujiang

GAO Ting1，KONG Xiangzhong1， YU Hongmei1，SHU Liangzuo2

(1.CollegeofGeographyandEnvironmentalSciences,ZhejiangNormalUniversity,JinhuaZhejiang321004,China; 2.CollegeofLifeSciences,HuaibeiNormalUniversity,HuaibeiAnhui235000,China)

Based on the field surveys and laboratory analysis, a comparative study was made of the vertical distribution characteristics of soil organic carbon(SOC) and total N(TN) of rapeseed land, nursery land, vegetable land, soybean land, cotton land in the area of Wujiang of Lanxi city by using conventional statistics to provide a scientific basis for rational use of land resources and fertilization for Yanxi village. The results showed that: the contents of SOC, TN were significantly influenced by land uses, the content of SOC under different land uses in the surface soil(0～20 cm) were as the following orders: vegetable land>seedling nursery land>rapeseed land>soybean land>cotton land.In the soil layer(40～60 cm), the accumulation of organic carbon content of seedling nursery land was 21.63 g/kg, higher than other land use types, the accumulation of cotton land was the lowest with 6.93 g/kg. In the soil layer(0～10 cm), the vertical distribution of soil total N content were as follows: vegetable land>seedling nursery land>rapeseed land>cotton land>soybean land.Soil organic carbon and total nitrogen content decreased gradually with the increase of soil depth on 5 kinds of land use types. In the soil layer(0～30 cm), soil organic carbon and total nitrogen content decreased significantly, soil layer changed little below 30 cm.

soil organic carbon; total nitrogen; land use types; area of Wujiang; vertical distribution characteristics

10.16218/j.issn.1001-5051.2015.04.017

2015-01-09；

：2015-04-08

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31071868)

高 婷(1988-)，女，山西忻州人，碩士研究生.研究方向：土地退化及修復(fù).

于紅梅.E-mail: hongmeiyujilin@163.com

S151.9

：A

：1001-5051(2015)04-0461-05