成都市耕地土壤碳、氮含量特征及其影響因素分析

王 科，李 浩，鄧勁松，張 成，楊 勛，孫 娟，李 根

(1.四川省成都市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，四川 成都 610041；2.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058)

土壤中的有機碳(SOC)和全氮(TN)是衡量土壤肥力和質(zhì)量的重要指標，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫和氮庫的重要組成部分，對全球碳氮循環(huán)及氣候變化有重要作用，C/N也是判斷土壤碳氮平衡特征的重要參數(shù)[1-2]。耕地土壤有機碳和全氮是農(nóng)田土壤碳庫和氮庫的重要組成部分，同時耕地土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物資基礎(chǔ)，又受到人類活動的強烈影響[3-5]。因而，研究不同土壤類型、土壤利用方式、種植制度等因素對耕地土壤有機碳和全氮含量的影響對了解耕地固碳固氮潛力及應(yīng)對氣候變化具有重要意義，同時也能為成都市耕地質(zhì)量管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2019年5～8月，按照《2019成都市土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測體系建設(shè)》項目的要求，遵循代表性、均勻性原則在全市17個涉農(nóng)縣(市、區(qū))布設(shè)100個土壤環(huán)境監(jiān)測點，用梅花點法采集各監(jiān)測點3～5個耕層土壤(0～20cm)樣品均勻混合后作為該點土樣(約2kg)，同時記錄每個采樣點的地理坐標、海拔、種植類型等地表環(huán)境信息。

1.2 測定項目及方法

土樣經(jīng)編號登記、自然風(fēng)干、去雜磨細后，分別過2mm和0.2mm孔徑的尼龍篩裝袋備用。土壤pH值采用2.5∶1水土比浸提-pH計法測定，土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定，土壤全氮含量采用硫酸消解-凱氏定氮法進行測定[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤碳、氮統(tǒng)計特征

由統(tǒng)計結(jié)果可知(表1)，成都市耕地土壤SOC含量在5.68～29.61g/kg之間，平均值為15.70g/kg，變異系數(shù)0.37，屬中等強度空間變異；土壤TN含量在0.79～3.28g/kg之間，平均值為1.83g/kg，變異系數(shù)0.29，接近中等強度空間變異；C/N計量比在5.23～14.78之間，平均值為8.48，變異系數(shù)0.18，屬輕度空間變異。

表1 成都市耕地土壤SOC和TN含量統(tǒng)計特征

2.2 影響因素分析

2.2.1 土壤類型 從表2可知，不同土壤類型對土壤碳、氮含量及其計量比有顯著影響。成都市耕地土壤SOC平均含量及C/N平均計量比表現(xiàn)為黃壤>水稻土>紫色土，其中黃壤和水稻土顯著高于紫色土，水稻土和黃壤之間無顯著差異；土壤TN平均含量表現(xiàn)為水稻土>黃壤>紫色土，其中水稻土顯著高于紫色土，水稻土與黃壤間無顯著差異。這主要與3種土壤自身特性有關(guān)，水稻土作為人為土，由于耕作制度的影響長期處于低溫淹水狀態(tài)，其有機碳易于累積；黃壤多由老沖積物發(fā)育而來，且成都市黃壤區(qū)多種植獼猴桃等水果作物，有機肥用量較大，有機碳也易于積累；紫色土作為初育土，自身碳氮養(yǎng)分較為缺乏且易于損失，造成其有機碳含量處于低水平[7]。

表2 不同土壤類型下土壤SOC、TN含量及化學(xué)計量比特征(平均值±標準誤差)

2.2.2 土地利用方式 由表3可知，不同土地利用方式對土壤碳、氮含量有顯著影響。水田利用方式下，土壤SOC及TN含量分別比旱地高47.6%和39.0%；水田與旱地土壤C/N計量比無顯著差異。水田的SOC、TN含量顯著高于旱地土壤，這是與水田長期處于低溫厭氧環(huán)境有利于有機碳儲存有關(guān)。

表3 不同土地利用方式下土壤SOC、TN含量及化學(xué)計量比特征(平均值±標準誤差)

2.2.3 種植制度 由表4可知，不同種植制度對耕地土壤碳、氮含量及C/N計量比影響顯著。小麥-水稻種植制度下土壤SOC和TN含量均顯著高于其他種植制，油菜-玉米種植制度下土壤SOC、TN及C/N計量比均處于最低水平；水旱輪作種植制度(蔬菜-水稻、小麥-水稻、油菜-水稻)和水果種植區(qū)的土壤SOC和TN含量均處于較高水平，這也說明水旱復(fù)種輪作方式能提高土壤有機碳和全氮的含量，有利于改善土壤質(zhì)量，提高土壤肥力[8]。

表4 不同種植制度下土壤SOC、TN含量及化學(xué)計量比特征(平均值±標準誤差)

2.2.4 土壤pH值 從表5可知，土壤pH值對土壤碳、氮含量及C/N計量比的影響顯著。當(dāng)耕地土壤pH值≤7.5(酸性到中性水平)時，其土壤SOC和TN含量顯著高于pH值>7.5(弱堿性到堿性水平)的土壤，這表明弱酸性條件有利于土壤有機碳的累積。

表5 不同pH值土壤SOC、TN含量及化學(xué)計量比特征(平均值±標準誤差)

3 結(jié)論

3.1 成都市耕地土壤SOC和TN對比

兩者含量范圍分別為5.68～29.61、0.79～3.28g/kg，平均含量分別為15.70和1.83g/kg，變異系數(shù)分別為0.37和0.29，均屬中等程度的空間變異。土壤C/N計量比在5.23～14.78之間，平均值為8.48，變異系數(shù)0.18，屬輕度空間變異。

3.2 土壤類型、土地利用方式、種植制度和土壤pH值均對土壤有機碳、全氮及C/N計量比有顯著影響

土壤SOC平均含量及C/N平均計量比表現(xiàn)為黃壤>水稻土>紫色土，水稻土土壤TN平均含量表現(xiàn)為水稻土>黃壤>紫色，其中黃壤和水稻土間無顯著差異；水田利用方式下土壤SOC和TN含量顯著高旱地；小麥-水稻的種植制度下土壤SOC和TN含量最高，其次為水果種植制度，油菜-玉米種植制度下土壤SOC和TN含量最低；土壤SOC及TN含量在弱酸性條件下(5.57.5)條件下最低，同時C/N計量比隨著土壤pH值的增大有逐漸降低的趨勢。本研究可為成都市耕地生態(tài)系統(tǒng)的土壤碳氮評估和科學(xué)管理提供依據(jù)。