寒地土壤有機碳含量與土壤理化性質相關性研究
——以大同市為例

來雪慧，姚志遠，張姝婷，周坤淵，王美琪，程 健

(太原工業(yè)學院環(huán)境與安全工程系，山西 太原 030008)

?

寒地土壤有機碳含量與土壤理化性質相關性研究
——以大同市為例

來雪慧，姚志遠，張姝婷，周坤淵，王美琪，程 健

(太原工業(yè)學院環(huán)境與安全工程系，山西 太原 030008)

以大同市為例，研究寒地土壤有機碳含量與土壤理化性質的相關性。通過實驗分析發(fā)現(xiàn)，土壤有機碳含量與土壤養(yǎng)分含量均呈現(xiàn)顯著的正相關關系(P<0.01)。其中，相關性最高的為土壤的全碳量和全氮量，其次為水解性氮和全磷含量。同時，土壤有機碳含量與陽離子交換量的相關性也較為顯著(P<0.01)，但與土壤pH值的相關性不顯著(P>0.05)。

土壤有機碳；理化性質；寒地

晉北地區(qū)地處山西省北部，由于海拔高，其氣候干旱寒冷，具有明顯的季節(jié)性凍融特征。作為山西省典型的寒地，加之煤炭等資源的過度開采，使得晉北地區(qū)土地荒漠化和水土流失嚴重。同時，晉北地區(qū)地處高緯季節(jié)性寒地，其凍土深度超過1.5 m。土壤經(jīng)歷了長期反復的凍融過程，勢必會對該區(qū)土壤結構和性質以及碳、氮等營養(yǎng)物質運移特征產(chǎn)生影響。土壤有機碳的含量通過對土壤質量的作用，影響著土壤向大氣的碳排放[1-2]。因此，土壤有機碳的含量及其與土壤理化性質的相關性成為近年來生態(tài)系統(tǒng)碳排放的研究熱點[3]。本研究以大同市土壤為例，分析土壤有機碳等理化性質之間的關系，為寒地土壤的碳循環(huán)研究提供科學依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

大同市位于山西晉北地區(qū)，屬于溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫為6.4 ℃。區(qū)內(nèi)地貌類型多樣，是保障京津地區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要屏障。研究區(qū)煤炭資源豐富，但由于氣候地質條件和人為活動的影響，導致區(qū)內(nèi)水土流失等生態(tài)環(huán)境問題嚴重。

1.2 土樣采集

本研究中，采集土樣包括農(nóng)田、林地、草地和荒地4種類型的土壤樣品，分為0 cm～15 cm、15 cm～30 cm和30 cm～60 cm 3個深度，共82個土壤樣品。在每個樣地中，均選擇3個1 m×1 m采樣樣方，分別走“S”形用土鉆取5點土樣混合；混合土樣采用“四分法”，用無菌塑料袋保存，帶回實驗室后立即置于4 ℃冰箱保存。

1.3 實驗方法

研究中所有樣品測定指標包括土壤有機碳含量，pH值，土壤N、P、K含量和交換性陽離子含量。土壤有機碳通過重鉻酸鉀氧化-分光光度法測定，土壤養(yǎng)分通過元素分析儀測定，EDTA-銨鹽快速法測定交換性陽離子含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

土壤有機碳與土壤理化性質之間的相關性采用excel指數(shù)回歸方程分析，兩者之間的相關程度通過SPSS軟件中的顯著性水平分析。如果相關關系顯著(P<0.05)，則認為有機碳含量與該理化指標之間存在顯著的關系。否則，關系不顯著(P>0.05)。

2 結果與討論

2.1 土壤有機碳含量與土壤養(yǎng)分含量的相關性

表1為土壤有機碳含量與土壤中N、P、K含量的相關關系。從表1中可以看出，本研究中的土壤有機碳含量與土壤營養(yǎng)成分含量均呈現(xiàn)出了顯著的正相關關系(P<0.01)。其中，與土壤有機碳含量相關性最高的為土壤的全碳量和全氮量，其次為水解性氮和全磷含量。一般情況下，土壤營養(yǎng)元素會隨著有機碳含量的增加而增加，土壤肥力也會相應地提高[4]。這與黃土高原等土壤研究結果相似[5-6]。

表1 大同市土壤有機碳含量與土壤養(yǎng)分的關系

圖1為土壤K2O含量與土壤有機碳含量的相關性，兩者之間表現(xiàn)為顯著的負相關關系(P<0.01)。

圖1 土壤K2O含量與有機碳含量的相關性

2.2 土壤有機碳含量與交換性陽離子含量的相關性

土壤的保肥能力以交換性陽離子進行表征，它指的是能夠與土壤表面吸附的離子進行等量交換的土壤溶液中的陽離子，一般與土壤有機碳含量表現(xiàn)為正相關[5]。本研究中，土壤有機碳含量與交換性陽離子呈現(xiàn)較好的正相關性(見圖2，R2=0.602 5，P<0.01)。這與我國干旱區(qū)域[7]和東北區(qū)域[8]的土壤研究結果相似。

圖2 土壤陽離子交換量與有機碳含量的相關性

2.3 土壤有機碳含量與pH值的相關性

之前的研究表明，土壤pH值與有機碳含量的關系較為復雜。一般情況下，土壤pH值與土壤有機碳含量表現(xiàn)為負相關關系。但有研究表明，二者之間的關系需要界定在一定的pH值范圍內(nèi)才有意義[9]。本研究中，土壤pH值偏酸性(見圖3)，隨著pH值的升高，土壤有機碳含量下降，但兩者之間沒有明顯的相關關系(P>0.05)。根據(jù)其擬合方程推算，當土壤更酸性化時，單位pH值變化所引起的偏酸性土壤有機碳變化量要高于堿性土壤。

圖3 土壤pH值與有機碳含量的相關性

3 結論

大同市土壤有機碳含量與土壤養(yǎng)分含量均呈現(xiàn)顯著的正相關關系。其中，相關性最高的為土壤的全碳量和全氮量，其次為水解性氮和全磷含量。同時，土壤有機碳含量與陽離子交換量的相關性也較為顯著，但與土壤pH值的相關性不顯著。

[1] Lal R.Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security[J].Science,2004,304:1623-1627.

[2] Smith P.Carbon sequestration in croplands:The potential in Europe and the global context[J].European Journal of Agronomy,2004,20(3):229-236.

[3] Trumbore S.Carbon respired by terrestrial ecosystem-recent progress and challenges[J].Global Change Biology,2006,12(2):141-153.

[4] 房飛，胡玉昆，公延明，等.荒漠土壤微生物碳垂直分布規(guī)律對有機碳庫的表征作用[J].中國沙漠，2013,33(3)：777-781.

[5] 王文艷，張麗萍，劉俏.黃土高原小流域土壤陽離子交換量分布特征及影響因子[J].水土保持學報，2012,26(5)：123-127.

[6] 蘇永中，趙哈林.土壤有機碳儲量、影響因素及其環(huán)境效應的研究進展[J].中國沙漠，2002,22(3)：220-228.

[7] 徐薇薇，喬木.干旱區(qū)土壤有機碳含量與土壤理化性質相關分析[J].中國沙漠，2014,34(6)：1558-1561.

[8] 祖元剛，李冉，王文杰，等.我國東北土壤有機碳、無機碳含量與土壤理化性質的相關性[J].生態(tài)學報，2011,31(18)：5207-5216.

Study on relationship between soil organic carbon content and the physical and chemical characteristics of the cold region——Taking Datong as an example

LAI Xuehui, YAO Zhiyuan, ZHANG Shuting, ZHOU Kunyuan, WANG Meiqi, CHENG Jian

(Department of Environment and Safety Engineering, Taiyuan Institute of Technology, Taiyuan Shanxi 030008, China)

Taking Datong for example, the relationship between soil organic carbon and soil properties are studied. The results showed that there was significant and positive correlation between soil organic carbon content and soil nutrients (P<0.01). Among them, it was closely related to total carbon and nitrogen contents, and secondly hydrolysis nitrogen and total phosphorus contents. Meanwhile, there was also positive significantly correlation between organic carbon content and cation exchange capacity (P<0.01), but there was no apparent association between organic carbon content and pH value (P>0.05).

soil organic carbon; physical and chemical characteristics; cold region

2016-04-23

山西省高等學?？萍紕?chuàng)新項目(2014151)；山西省重點學科建設經(jīng)費資助；2015年院級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目(GK2015070)

來雪慧，女，1984年出生，2013年畢業(yè)于北京師范大學，博士，講師，主要從事農(nóng)業(yè)面源污染研究工作。

科研與開發(fā)

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.04

S153.6

A

1004-7050(2016)05-0012-02