福建省土壤有機(jī)碳空間分布特征研究

周杰　林俊杰　靳少非

摘要 摸清土壤有機(jī)碳的含量和空間分布是碳循環(huán)研究基礎(chǔ)問題之一。基于第二次全國土壤普查數(shù)據(jù)，選取福建省作為研究區(qū)域，估算該省土壤有機(jī)碳空間分布特征，結(jié)果表明，福建省范圍內(nèi)，有機(jī)碳含量自內(nèi)陸到沿海地區(qū)逐漸減少，閩北地區(qū)最高，閩西地區(qū)次之，最低為閩中沿海地區(qū);表土層土壤有機(jī)碳含量與次表層土壤有機(jī)碳之間存在顯著性差異，而淋溶層與母質(zhì)層之間不存在顯著性差異。

關(guān)鍵詞 有機(jī)碳;空間分布;福建省

中圖分類號 S153.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）11-0059-05

Abstract Finding out the content and spatial distribution of soil organic carbon is one of the fundamental issues in carbon cycle research.Based on the second national soil census data，we selected Fujian Province as the research area to estimate the spatial distribution characteristics of soil organic carbon in Fujian Province.On the surface，in Fujian Province，the spatial distribution of organic carbon content decreased gradually from inland to coastal areas，the highest in the northern part of Yunnan，the second in western Yunnan，and the lowest in the coastal area of central Guizhou.There was a significant difference between the topsoil and the subsurfaces soil organic carbon，there was no significant difference between the leaching layer and the parent layer.

Key words Organic carbon;Spatial distribution;Fujian Province

土壤有機(jī)碳是土壤質(zhì)量的核心，是全球碳循環(huán)和氣候變化研究的核心內(nèi)容，其碳源、碳匯功能在調(diào)節(jié)碳平衡、減緩溫室氣體體積分?jǐn)?shù)上升方面具有不可替代的作用，成為全球變化的研究熱點之一[1-3]。土壤有機(jī)碳在生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用，其含量是大氣碳庫的3倍、植被碳庫的2.5倍[1]。研究土壤有機(jī)碳儲量空間分布特征，對于土壤有機(jī)碳碳庫的精確估算有重要意義。

Fang等[4]利用745 個土壤剖面估算了我國有機(jī)碳儲量為185.68 Pg;潘根興 [5]利用第二次土壤普查資料估算我國有機(jī)碳儲量為50 Pg;王紹強(qiáng)等[6]利用1∶400 萬中國土壤圖估算我國有機(jī)碳儲量為92.4 Pg;金峰等[7-8]利用相同資料估算我國區(qū)域有機(jī)碳儲量為81.8 Pg;Wu等[9]利用第二次土壤普查資料估計我國區(qū)域有機(jī)碳總儲量為77.4 Pg;Xie等[10]基于1∶400 萬土壤圖利用第二次普查的2 456 個剖面估算得出我國區(qū)域0～1 m土層有機(jī)碳總量為84.4 Pg;于東升等[11-12]利用1∶100 萬中國土壤圖以及7 300 個剖面信息分析得出1 m 內(nèi)的有機(jī)碳儲量為89.14 Pg。

盡管在全國尺度上，利用不同方法手段相繼進(jìn)行了我國土壤有機(jī)碳庫的研究，而在省域尺度上的研究，尤其是關(guān)于福建省土壤有機(jī)碳含量及其分布狀況的研究少見[13]。該研究以福建省第二次土壤普查數(shù)據(jù)為主要資料，估算福建省土壤有機(jī)碳含量，研究其空間分布特征，旨在為我國土壤有機(jī)碳庫和有機(jī)碳分布研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 福建省位于我國東南沿海（115°50′～120°40′E，23°33′～28°20′N），陸地總面積12.14萬km2，其中山地、丘陵面積超過全省總面積的80%，素有“八山一水一分田”之稱。福建省地跨閩江、晉江、九龍江、汀江四大水系，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。年平均氣溫為14.6～21.3 ℃，年均降水量為1 037～2 051 mm，氣候溫暖，雨量充足。福建省土壤類型以紅壤為主，占全省土壤總面積63.41%;水稻土為分布最廣的耕作土壤，占全省土壤總面積8.71%;其他土壤類型（如濱海鹽土、潮土、風(fēng)砂土、山地草甸土、石灰土等）的面積相對較小[14]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要為中國第二次土壤普查數(shù)據(jù)[15]，它詳細(xì)地記載了福建省的土壤狀況，包括土壤剖面的地理位置、有機(jī)質(zhì)含量、主要性狀、典型剖面等。

福建省土壤類型主要包括赤黏土、黃赤土、霞潭赤黏土、九峰赤黏土、赤土、金崗山赤土、赤水黃紅泥土、蓋洋紅泥土、紅泥土、黃紅泥土、邵武紅泥土、桐木關(guān)紅黃泥土、厚棕麻砂土、南平黃砂泥土、山黃泥、烏山黃泥、雪山黃泥、前亭黑赤泥、新橋紫泥土、磺酸鹽土、閩侯灰泥田、青底灰泥田、南嶼烏泥田、黃底灰泥田、灰埭田、仙陽灰泥田、戴云黃泥田、螺城灰黃泥田、灰黃泥砂田、仙陽青泥田、青鱔泥田、龍津白鱔泥田、河市白底田。

1.3 研究方法

當(dāng)前，學(xué)術(shù)界以土壤表層1 m深度以內(nèi)有機(jī)碳含量估算結(jié)果作為不同范圍和區(qū)域的土壤有機(jī)碳庫儲量，而該研究大部分土壤采樣深度不超過1 m，因此根據(jù)相對應(yīng)的土壤深度進(jìn)行計算。土壤有機(jī)碳與土壤有機(jī)質(zhì)換算采用1.724作為轉(zhuǎn)化系數(shù)。根據(jù)土壤屬性、有機(jī)碳含量差別，將土壤分成A、B、C三層，其中A層為表土層，B層為淋溶層，C層為母質(zhì)層。

利用 ArcGIS 10.2軟件的地統(tǒng)計模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行Kriging插值分析和地統(tǒng)計分析，生成福建省全域不同地域、屬性土壤有機(jī)碳含量分布圖。采用 Microsoft Excel對土壤樣點進(jìn)行分層處理，利用SPSS 20.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（One-way AVOVA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)碳含量分析

2.1.1 表土層土壤有機(jī)碳含量分析。A層中，土壤有機(jī)碳含量最高的是雪山黃泥，含量最低的是黃赤土，二者相差42.29 g/kg（圖1）。雪山黃泥歸屬于黃壤亞類，黃壤是中亞熱帶濕潤地區(qū)發(fā)育的富含水合氧化鐵的黃色土壤，多見于700～1 200 m的山區(qū)，具O-A-AB-B-C剖面構(gòu)型。中度富鋁風(fēng)化，有時多含三水鋁石。土壤有機(jī)質(zhì)累積較高，可達(dá)100 g/kg，pH 4.5～5.5，多為林地，間亦耕種。黃壤的土壤富鋁化程度低于紅壤，而酸度通常略大于紅壤。雪山黃泥的取樣點位于泉州市永春縣雪山頂部，屬于有林地，剖面為英安質(zhì)凝灰?guī)r風(fēng)化的殘積物、草灌，富含有機(jī)碳，但并不利于耕種。

黃赤土屬于赤紅壤，赤紅壤是亞熱帶季雨林下形成的強(qiáng)脫硅富鋁化土壤，脫硅富鋁風(fēng)化程度僅次于磚紅壤，比紅壤強(qiáng)，鐵的游離度介于二者之間。黏粒硅鋁率1.7～2.0，風(fēng)化淋溶系數(shù)0.05～0.15，具A-Bs-C剖面構(gòu)型，鹽基飽和度15%～25%，pH 4.5～5.5，赤紅壤剖面發(fā)育明顯，具深厚的紅色土層。黃赤土取樣自漳州市詔安縣汾水關(guān)，屬于二級階地的坡耕地，剖面呈花崗巖風(fēng)化坡積物，常年種植木麻黃、桉樹等，屬于旱地，土地沙化嚴(yán)重，故而有機(jī)碳含量最低。

2.1.2 淋溶層土壤有機(jī)碳含量分析。B層中，含量最高的青鱔泥田，可達(dá)28.02 g/kg，最低為南平黃砂泥土的1.51 g/kg，相差近10倍（圖2）。在B層土壤中，不同取樣點的不同土壤之間有機(jī)碳含量差異較大，除厚棕麻砂土、烏山黃泥、仙陽灰泥田、青鱔泥田4種土類外，其余土類均處于10 g/kg以下。其中厚棕麻砂土屬于棕壤，烏山黃泥是黃壤，仙陽灰泥田、青鱔泥田則歸屬于水稻土。棕壤多存在于濕潤暖溫帶落葉闊葉林，但大部分已經(jīng)墾殖，旱作為主。處于硅鋁風(fēng)化階段，具有黏化特征的棕色土壤，土體見黏粒積淀，鹽基充分淋失，pH 6.0～7.0，見少量游離鐵。取樣的厚棕麻砂土來自泉州市德興縣龍頭鄉(xiāng)，這里屬于丘陵緩坡地，剖面為花崗巖風(fēng)化物，在土地用途分類中屬于其他林地。烏山黃泥則取樣于武夷山市黃崗山，屬于中山北坡，剖面屬性是花崗巖風(fēng)化的殘坡積物，目前用作林地、茶園，主要種植青岡櫟、黃山松、箭竹等。水稻土面積在福建省土壤分布中名列第二，僅次于紅壤，是福建省的主要土壤之一。長期季節(jié)性淹灌，水下耕翻，季節(jié)性脫水，氧化還原交替，使原來成土母質(zhì)或母土的特性有重大改變，形成新的土壤類型。由于水稻土人為影響較大，故其同類土壤中的有機(jī)碳含量差異也是最懸殊的。來自泉州市德興縣花橋鄉(xiāng)的青鱔泥田土和來自泉州市惠安縣螺城雙丘排的灰黃泥砂田，同位于泉州市，前者屬于丘陵溝谷壟田，剖面是千枚巖風(fēng)化物，目前用作水田，后者的剖面為濱海臺地梯田上部，剖面為花崗巖風(fēng)化物，同樣用作水田。青鱔泥田具有良好的蓄水灌溉條件，土質(zhì)發(fā)育良好，淀積層土壤含碳量保持一個較高的水準(zhǔn)，而灰黃泥砂田位于沿海地帶，受海水沖刷以及鹽漬化影響，極難保存土壤有機(jī)碳。

2.1.3 母質(zhì)層土壤有機(jī)碳含量分析。

C層中，含量最高的為前亭黑赤土，磺酸鹽土則僅次于它，含量分別是14.56、14.15 g/kg，含量最低的是仙陽灰泥田，為1.16 g/kg （圖3）。前亭黑赤土取樣于漳州市漳浦縣前亭橋子頭嶺，屬于海蝕臺地，剖面為第三紀(jì)玄武巖風(fēng)化的坡殘積物，用地分類為旱地;前亭黑赤土歸屬于黑土，具A-Abh-BhC-C剖面構(gòu)型。腐殖質(zhì)層厚30～60 cm，有機(jī)質(zhì)含量一般30～60 g/kg。底層具輕度滯水還原淋溶特征，可見小鐵錳結(jié)核與灰白色硅粉，鹽基飽和度在80%以上，pH6.5～7.0，是一種高肥力土壤，現(xiàn)大多已墾為農(nóng)地。

磺酸鹽土源于漳州市云霄縣東坑村，位于海灘地帶，現(xiàn)在是一片紅樹林地?；撬猁}土在土地分類中屬于濱海鹽土，分布于沿海一帶，母質(zhì)為濱海沉積物，全體含有氯化物為主的可溶鹽，呈Az-Cz，主體構(gòu)型。濱海鹽土的土壤和地下水的鹽分組成與海水基本一致，氯鹽占絕對優(yōu)勢，次為硫酸鹽和重碳酸鹽。土壤含鹽量20～50 g/kg，地下水礦化度10～30 g/L，土壤積鹽強(qiáng)度隨距海由近至遠(yuǎn)、從南到北而逐漸增強(qiáng)。土壤pH 7.5～8.5，長江以北的土壤富含游離碳酸鈣。

2.2 土壤有機(jī)碳含量空間分布格局

2.2.1 表土層土壤有機(jī)碳空間分布。

由圖4可知，福建省大部分地區(qū)的A層土壤有機(jī)碳含量處于35.91～42.96 g/kg，西北部和中部局部地區(qū)可達(dá)52.09～63.94 g/kg，沿海地區(qū)的有機(jī)碳含量較低且呈狹長狀分布，總體上大致呈由北到南、由西到東逐漸減少的趨勢。有機(jī)碳比較富集的區(qū)域為西北部南平市范圍內(nèi)的南平市區(qū)、建甌市、建陽市、武夷山市一帶，主要土類為烏山黃泥、桐木關(guān)紅黃泥土、紅泥土、南平黃砂泥土等，大體上都屬于紅壤、黃壤;中部的三明市境內(nèi)的永安市、清流縣一帶，主要土類為蓋洋紅泥土;中南部的泉州市安溪一帶，土壤取樣為新橋紫泥土，屬于紫色土。沿海一帶土壤有機(jī)碳含量普遍偏低，最低處為漳州市的詔安一帶，僅為6.40～13.44 g/kg，為全省最低，土壤取樣為赤黏土、黃赤土、赤土，全部屬于赤紅壤，分布于土壤侵蝕較嚴(yán)重的丘陵山地地區(qū)。

2.2.2 淋溶層土壤有機(jī)碳空間分布。

B層土壤有機(jī)碳含量的空間分布總體上呈南北兩邊高、中間低，西北高、東南低的狀態(tài)。中部地區(qū)有機(jī)碳含量分布呈條帶狀，自三明偏北地區(qū)泰寧、沙縣、尤溪始，至廈漳泉沿海一帶，囊括了小部分的福州和莆田，將南北兩部分含量較高的地區(qū)分隔開。其中含量最高的地區(qū)為武夷山一帶，達(dá)18.75～28.96 g/kg，最低的地區(qū)為福州市境內(nèi)的福清市一帶與莆田市，呈同心圓分布，由外向內(nèi)逐漸降低，由7.82～8.24 g/kg降低至福建省最低點2.70～5.54 g/kg ?（圖5）。

2.2.3 母質(zhì)層土壤有機(jī)碳空間分布。

C層土壤所呈現(xiàn)的有機(jī)碳含量空間分布比較平均，絕大部分處于5.35～7.97 g/kg，少部分地區(qū)的土壤或高或低呈點狀零星分布。大體上呈現(xiàn)不明顯的由南到北有機(jī)碳含量逐步減少的趨勢。含量較高的為漳州市詔安及漳浦一帶，達(dá)7.97～12.54 g/kg，較低的為福清、莆田一片;福州市羅源、連江一帶及南平市境內(nèi)市區(qū)及浦城一帶，僅有3.87～5.36 g/kg（圖6）。

2.3 不同土層土壤有機(jī)碳含量分布差異

由圖7可知，A層土壤有機(jī)碳含量與B層、C層土壤有機(jī)碳之間存在顯著性差異，B層與C層之間不存在顯著性差異。

3 結(jié)論與討論

3.1 土壤有機(jī)碳空間分布概況

依據(jù)此次研究可知，福建省范圍內(nèi)，有機(jī)碳含量的空間分布自內(nèi)陸到沿海地區(qū)逐漸減少，閩北地區(qū)最高，閩西地區(qū)次之，最低為閩中沿海地區(qū)，五大地理區(qū)域土壤碳密度的順序依次為閩北、閩西、閩東、閩南、閩中。因土壤類型、土地利用類型、成土母質(zhì)、氣候條件、降雨條件等一系列的影響而造成了許多差異。A層土壤有機(jī)碳富集于中部，南部、東部沿海一帶含量最低;B層土壤有機(jī)碳高含量地區(qū)則是東部和北部，最低的地區(qū)為中部沿海一帶;而C層土壤有機(jī)碳分布相對平均，最高處是東北部沿海地帶。具體更為精確的有機(jī)碳分布情況仍需進(jìn)一步研究。

3.2 土壤有機(jī)碳分層含量差異分析

福建省地勢呈“依山傍海”態(tài)勢，地勢西北高，東南低，境內(nèi)山地、丘陵的面積約占全省總面積的90%以上。土壤分布狀況復(fù)雜，不同地區(qū)的土壤分層差異也很大?？傮w上看，從A層至C層，土壤有機(jī)碳含量不斷下降。其中A層土壤有機(jī)碳與B層、C層土壤有機(jī)碳之間均存在顯著性差異，B層與C層之間差異則不明顯。

福建省靠近北回歸線，受季風(fēng)環(huán)流和地形的影響，形成暖熱

濕潤的亞熱帶季風(fēng)氣候，各個地區(qū)水熱條件的垂直分布也較為明顯，造成了土壤各分層之間土壤有機(jī)碳含量的差異。

隨著福建省生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，省內(nèi)生態(tài)農(nóng)業(yè)、林業(yè)蓬勃發(fā)展;綠色發(fā)展方式和生活方式的逐漸形成也必將對福建省土壤有機(jī)碳產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。將來應(yīng)以不同土壤類型的有機(jī)碳含量分布和碳儲存特征研究為基礎(chǔ)，深入探索深層土壤固碳機(jī)制，增強(qiáng)對福建省土壤有機(jī)碳庫的研究，制定有益于土壤儲存有機(jī)碳的生態(tài)策略，更好地利用福建省內(nèi)良好的生態(tài)環(huán)境、增強(qiáng)生態(tài)效益。

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