興凱湖平原表層土壤有機碳空間變異的主控因素

楊澤，張一鶴，戴慧敏，劉國棟，劉凱，許江

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽 110034；2.自然資源部 黑土地演化與生態(tài)效應(yīng)重點實驗室，遼寧 沈陽 110034；3.遼寧省黑土地演化與生態(tài)效應(yīng)重點實驗室，遼寧 沈陽 110034)

0 引言

土壤作為陸地最大的碳庫[1]和最大的有機碳庫[2]，在全球碳循環(huán)中起著重要的作用。土壤有機碳(SOC)含量及其動態(tài)變化直接影響著全球碳循環(huán)，也影響著土壤質(zhì)量和植物生長[3-5]。由于受結(jié)構(gòu)性與隨機性因素的影響，土壤有機碳在空間分布上存在一定的異質(zhì)性，即使在相鄰位置，土壤有機碳含量也會因為復(fù)雜的環(huán)境而產(chǎn)生較大差異[6-9]。因此，準確地獲取區(qū)域尺度內(nèi)土壤有機碳含量及空間變異的主控因素，對土壤有機碳的調(diào)控和恢復(fù)、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及全球環(huán)境保護都具有重要意義。

目前，國內(nèi)外許多學者[6-13]針對不同尺度上的土壤有機碳空間變異的主控因素開展了研究，結(jié)果表明：在眾多的影響因素中，定性因素如成土母質(zhì)、植被類型或土地利用方式以及土壤類型等對土壤有機碳空間分布的影響顯著[14-17]。不同尺度上土壤有機碳空間分布的定性主控因素也存在明顯的區(qū)域差異，如：河北省省域尺度上土地利用方式對土壤有機碳空間變異的解釋能力大于土壤類型[11]；徐淮黃泛平原上土地利用方式對土壤有機碳空間分布的影響大于成土母質(zhì)和土壤類型[10]；江蘇省域尺度上成土母質(zhì)的影響大于土地利用方式[18]；江西省域尺度上秸稈還田的影響大于成土母質(zhì)和土地利用方式[6]；縣級尺度上，福建龍海市[19]的土壤類型較土地利用方式對土壤有機碳的空間分布影響更大，川中丘陵縣域[7]土地利用方式較土壤類型對土壤有機碳含量的空間分布影響更大。以上研究表明，成土母質(zhì)、土壤類型以及土地利用方式等定性因素對土壤有機碳空間分布的影響隨著研究區(qū)域和尺度的不同而發(fā)生變化，存在明顯的區(qū)域特征和尺度效應(yīng)[7]。此外，以往研究多集中于結(jié)構(gòu)性因素對土壤有機碳空間變異的研究，對隨機性因素考慮較少。因此，充分地考慮研究區(qū)內(nèi)土壤的結(jié)構(gòu)性(地形地貌、成土母質(zhì)、土壤類型等)與隨機性(土地利用方式、土壤開墾年限等)因素對準確把握土壤有機碳空間變異的主控因素、掌握調(diào)控土壤有機碳的關(guān)鍵因子等方面具有非常重要的現(xiàn)實意義。

興凱湖平原位于黑龍江省東部偏南，是我國東北黑土區(qū)重要的商品糧基地之一，但多年來一直未開展過系統(tǒng)的多目標地球化學調(diào)查，有關(guān)整個平原區(qū)土壤有機碳的研究也鮮有報道。本研究基于2019年中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心在興凱湖平原開展的1∶25萬土地質(zhì)量地球化學調(diào)查表層土壤數(shù)據(jù)，運用地統(tǒng)計分析、半變異函數(shù)分析和回歸分析等方法，結(jié)合成土母質(zhì)、土壤質(zhì)地、土壤類型、土地利用方式及開墾年限等影響因素，對興凱湖平原土壤有機碳空間變異的主控因素進行定量研究，以期為興凱湖平原土壤有機碳調(diào)控、恢復(fù)及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

興凱湖平原位于黑龍江省東部偏南，東與俄羅斯接壤，西至張廣才嶺，北依完達山，南抵興凱湖，總面積約16 000 km2，行政區(qū)跨越虎林市、密山市等。研究區(qū)屬中緯度寒溫帶濕潤、半濕潤大陸性季風氣候，冬季漫長，嚴寒而干燥，夏季短促，溫暖且濕潤，年平均溫度2.9～3.1 ℃。區(qū)內(nèi)雨量充沛，多年平均降水量為526～710 mm，每年6～9月降水占全年降水量總量的70%；蒸發(fā)量為降水量的1.5～2倍，每年5～9月蒸發(fā)量占全年總量的70%。

研究區(qū)地形總體由西向東傾斜，坡降1/6 000～1/10 000，平原區(qū)地勢低平，微有起伏，僅在虎林市和虎頭鎮(zhèn)散布著被地塹切割殘余的孤山。地貌上，西部為侵蝕低山、丘陵區(qū)，東部為沖積—湖積平原區(qū)。區(qū)內(nèi)水系比較發(fā)育，主要河流由南往北依次為穆棱河、七虎林河及阿布沁河，均為烏蘇里江左翼支流。

區(qū)內(nèi)成土母質(zhì)以第四紀沖積、湖積物及不同時期的砂巖風化物為主。土壤類型以白漿土為主，其次為暗棕壤、沼澤土及草甸土。主要土地利用為耕地，以水田為主，其次為林地和沼澤地。糧食作物以水稻為主，兼有大豆和玉米(圖1)。

圖1 研究區(qū)高程、采樣點(a)及土地利用類型(b)Fig.1 Elevation, sampling sites(a) and land use(b) of the study area

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 樣品采集與測試

依據(jù)《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范(1∶250 000)》(DZ/T 0258—2014)[20]和《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)[21]，中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心于2019年在興凱湖平原開展1∶25萬土地質(zhì)量地球化學調(diào)查工作，網(wǎng)格化采集土壤表層和深層樣品，表層土壤采樣密度為1個點/km2，采樣深度為0～20 cm(土柱)，1個點/4 km2組合分析；深層土壤采樣密度為1個點/4 km2，采樣深度為150～200 cm(土柱)，1個點/16 km2組合分析。樣點均采用GPS進行定位，采集后的樣品進行晾干、碎樣、過20目篩，采取四分法，稱取200 g后裝紙袋送至實驗室進行測試。共獲得表層土壤組合樣品4 151件，深層土壤組合樣品1 000余件。本次數(shù)據(jù)源主要采用表層土壤樣品數(shù)據(jù)。

土壤樣品測試由遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限責任公司承擔，土壤有機碳(SOC)采用重鉻酸鉀法。樣品分析過程中采用國家一級標準土樣監(jiān)控分析測試的準確度，采用重復(fù)樣監(jiān)控分析測試的精密度。一級標準物質(zhì)的所有分析指標合格率為100%，重復(fù)樣合格率符合《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范(1∶250 000)》(DZ/T 0258—2014)中的樣品分析質(zhì)量控制要求，測試指標報出率均達到100%，異常點重復(fù)性檢驗合格率95.8%。

2.2 其他數(shù)據(jù)來源

本文所用其他數(shù)據(jù)來源說明如下：

土地利用數(shù)據(jù)：來源于中國科學院地理科學與資源研究所，中國土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)庫是在國家科技支撐計劃、中國科學院知識創(chuàng)新工程重要方向項目等多項重大科技項目的支持下，經(jīng)過多年的積累而建立的覆蓋全國陸地區(qū)域的多時相土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫。采用的4期數(shù)據(jù)集包括20世紀70年代末期、1995年、2010年和2018年，數(shù)據(jù)生產(chǎn)制作是以各期Landsat TM/ETM遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，通過人工目視解譯生成，數(shù)據(jù)分辨率為1 km柵格數(shù)據(jù)。

土壤類數(shù)據(jù)：來源于中國科學院南京土壤研究所，原數(shù)據(jù)來自全國土壤普查辦公室組織完成的《1∶100萬中華人民共和國土壤圖》，由中國科學院南京土壤研究所完成數(shù)據(jù)庫建設(shè)，屬性字段包含了土綱、土類及亞類。

2.3 數(shù)據(jù)處理方法

經(jīng)典統(tǒng)計分析、相關(guān)分析以及回歸分析均在SPSS 25軟件中完成；考慮到成土母質(zhì)、土壤類型、土地利用方式和開墾年限為定性分類變量，研究中采用啞變量(虛擬變量)進行賦值，相關(guān)方法參見文獻[6-7]。土壤有機碳數(shù)據(jù)進行對數(shù)變換后，在GS+9.0中進行半變異函數(shù)分析。由于原始數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，故在ArcGIS 10.2中采用反距離權(quán)重法獲得土壤有機碳空間分布圖。

2.3.1 化學蝕變指數(shù)

化學蝕變指數(shù)(chemical index of alteration，CIA)是判別由硅酸鹽礦物組成的沉積物風化程度最常用的化學指標，該指標也經(jīng)常被用作土壤風化程度的指標[22]。其計算公式為

(1)

式中氧化物均為分子摩爾數(shù);CaO*為硅酸鹽相，采用McLennan計算方法[23]。CIA反映了長石風化成黏土礦物的程度，CIA值越高，指示氣候溫暖濕潤，風化程度越高；反之，寒冷干燥，風化程度低。CIA值介于50～65為低化學風化程度，CIA值介于65～85為中化學風化程度，CIA值介于85～100為強化學風化[24-27]。

2.3.2 土地開墾年限

使用ArcGIS10.2值提取至點功能，將4期遙感解譯土地利用狀況提取至采樣點，在Excel中根據(jù)采樣點不同時期的土地利用情況計算采樣點位置處的土地開墾年限，一直為草地、林地、濕地等自然狀態(tài)的土地，開墾年限為0，其他土地利用類型的開墾年限以實際情況計算為準，截止計算年為2019年。

3 結(jié)果與討論

3.1 興凱湖平原表層土壤有機碳統(tǒng)計特征

研究區(qū)表層土壤有機碳含量變化范圍(表1)為0.35%～14.49%，平均值2.80%，變異系數(shù)為0.44，屬于中等變異水平，表明研究區(qū)表層土壤有機碳空間分布存在一定的不均。從偏度來看，原始數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，呈現(xiàn)右偏；從峰度來看，數(shù)據(jù)比較陡峭。對表層土壤有機碳含量數(shù)據(jù)進行對數(shù)變換后，數(shù)據(jù)近似服從正態(tài)分布(圖2)。與以往研究結(jié)果對比(表2)，研究區(qū)表層土壤有機碳高于東北黑土、東北平原以及中國大陸的平均值，低于黑龍江省的平均值(1986～1990年)。對照《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)中土壤養(yǎng)分指標等級劃分標準的有機質(zhì)標準，興凱湖平原土壤有機質(zhì)(折算后)含量達到豐富、較豐富水平。

表1 表層土壤有機碳含量統(tǒng)計Table 1 Statistics of SOC content in topsoil

圖2 研究區(qū)土壤有機碳含量及其對數(shù)轉(zhuǎn)換值的頻率分布Fig.2 Histograms of SOC contents and its log-transformed values in the study area

表2 研究區(qū)與其他地區(qū)表層土壤有機碳含量對比Table 2 Comparison of SOC content in topsoil between Xingkai Lake Plain and other regions

3.2 半變異函數(shù)分析

半方差分析能較好地刻畫土壤有機碳空間分布的隨機性和結(jié)構(gòu)性。運用GS+軟件對研究區(qū)土壤有機碳含量進行半變異函數(shù)擬合(表3、圖3)。根據(jù)決定系數(shù)(R2)、殘差(RSS)等，選擇變異函數(shù)的擬合模型。由表3可知，研究區(qū)土壤有機碳變異函數(shù)比較符合球形模型，R2為0.962，擬合效果較好。塊金值為0.016，說明在當前的采樣尺度范圍內(nèi)存在由采樣誤差、短距離的變異、隨機因素引起的變異。塊金效應(yīng)為47.06%，表明區(qū)域內(nèi)存在中等強度的空間自相關(guān)性，說明研究區(qū)土壤有機碳含量空間分布受結(jié)構(gòu)性因素和隨機性因素的共同影響且更傾向于受結(jié)構(gòu)性因素的影響。其中，結(jié)構(gòu)性因素主要是指土壤在形成過程中的母質(zhì)類型、土壤類型等，隨機性因素則是指諸如土地利用方式等能在一定程度上反映耕作活動、種植制度、投入管理水平差異的人為活動因素；結(jié)構(gòu)性因素使得土壤屬性具有空間自相關(guān)性，而隨機性因素則會減弱土壤屬性的空間自相關(guān)性，增大其異質(zhì)性。變程(A)為135.7 km，說明研究區(qū)土壤有機碳自相關(guān)范圍較大，可能與研究區(qū)平原地貌有關(guān)。

表3 研究區(qū)土壤有機碳半方差函數(shù)模型及其參數(shù)Table 3 Theoretical semivariogram model for SOC content and parameters values in the study area

圖3 研究區(qū)土壤有機碳半方差函數(shù)Fig.3 Isotropic semivariogram of SOC in the study area

3.3 有機碳空間變異特征

為了更直觀反映研究區(qū)土壤有機碳的空間變異特征，采用反距離加權(quán)空間插值方法獲得興凱湖平原表層土壤有機碳含量的空間分布。如圖4所示，研究區(qū)表層土壤有機碳呈現(xiàn)“中、西部低，東、北部高”的分布格局，體現(xiàn)了興凱湖平原土壤有機碳空間分布不均的特點。高值區(qū)(>3%)主要分布在研究區(qū)東部的興凱湖農(nóng)場—忠誠鄉(xiāng)、北部的珍寶島鄉(xiāng)—東方紅鎮(zhèn)—云山農(nóng)場及西北部的向陽村附近；低值區(qū)(<2%)主要分布在研究區(qū)中、西部地區(qū)。土壤有機碳含量以2%～3%為主，占研究區(qū)總面積的49.35%；其次為3%～5%，占研究區(qū)總面積的30.64%。有機碳總體水平較高，與統(tǒng)計結(jié)果一致。大部分高值區(qū)均在海拔較低處。

圖4 研究區(qū)土壤有機碳空間分布Fig.4 Spatial distribution of SOC in the studyarea

3.4 土壤有機碳空間變異的影響因素

3.4.1 成土母質(zhì)

成土母質(zhì)對土壤有機碳含量的影響主要表現(xiàn)在對土壤礦物質(zhì)組成、土壤風化程度與土壤質(zhì)地等方面的影響。對研究區(qū)不同母質(zhì)發(fā)育的土壤有機碳含量進行統(tǒng)計(表4)，結(jié)果表明，不同成土母質(zhì)間土壤有機碳均值差異明顯，其中三疊紀變質(zhì)巖風化物發(fā)育的土壤其有機碳含量最高，平均值為4.13%；其次為三疊紀板巖及粉砂巖風化物(3.20%)、元古宙變質(zhì)巖風化物(3.15%)、中更新世松散堆積物(3.08%)及太古宙變質(zhì)巖風化物(3.03%)；新近紀砂巖、砂礫巖風化物發(fā)育的土壤有機碳含量最低，其平均值僅為1.81%。同種巖性不同時代的風化物，土壤有機碳含量也有差異。以玄武巖為例，全新世玄武巖風化物發(fā)育而成的土壤有機碳含量明顯低于新近系玄武巖風化物發(fā)育的土壤。從變異情況來看，各成土母質(zhì)下土壤有機碳含量變異系數(shù)為0.18～0.65，除新近紀砂巖、砂礫巖母質(zhì)為低變異外，其余成土母質(zhì)變異系數(shù)均為中等變異。

表4 研究區(qū)不同成土母質(zhì)土壤有機碳含量統(tǒng)計特征Table 4 Descriptive statistics characteristics of SOC content with different soil parent materials in the study area

3.4.2 土壤質(zhì)地

土壤質(zhì)地是影響土壤有機碳含量的重要因素。已有研究表明，土壤機械組成影響著土壤的耕性、通透性、保水保肥性能[32-33]，特別是砂粒和黏粒含量，可以顯著影響土壤有機質(zhì)的累積和礦物組成[34]。本次工作未測試土壤的質(zhì)地，但可采用獲得的地球化學指標側(cè)面反映土壤的質(zhì)地，如硅鋁鐵率[35]、土壤化學蝕變指數(shù)(CIA)等。根據(jù)二者與土壤有機碳的相關(guān)系數(shù)大小，本次采用相關(guān)系數(shù)較大的土壤化學蝕變指數(shù)(CIA)。CIA值與長石風化成黏土礦物的程度成正比，CIA值越大，風化強度越大，相應(yīng)的土壤的粒級會越細。研究區(qū)土壤風化指數(shù)平均值為66.21，范圍為52.62～80.82，變異系數(shù)為0.05，為低變異水平。由表5可知，隨著土壤有機碳含量的增加，CIA平均值呈增大的趨勢，表明土壤有機碳含量與CIA具有良好的相關(guān)關(guān)系。據(jù)相關(guān)性分析，土壤有機碳含量與CIA呈現(xiàn)非常顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.549。以上分析表明，土壤質(zhì)地與有機碳的空間分布具有很好的關(guān)聯(lián)性。

表5 研究區(qū)不同土壤有機碳含量土壤風化指數(shù)統(tǒng)計特征Table 5 Descriptive statistics characteristics of CIA with different SOC content in the study area

3.4.3 土壤類型

研究區(qū)不同土壤類型有機碳含量統(tǒng)計結(jié)果表明(表6)，不同土壤類型有機碳含量具有一定差別。沼澤土平均值最高，為3.28%，泥炭土、草甸土、暗棕壤、白漿土及黑土次之，平均值在2.54%～2.88%，水稻土最低，平均值為2.47%。各土類有機碳含量之間差距不大，最大值僅為最小值的1.4倍，反映出土壤類型對有機碳的空間分布影響不大。從變異系數(shù)來看，黑土的變異系數(shù)最小，為0.24，暗棕壤的變異系數(shù)最大，為0.50。7種土類的變異系數(shù)平均值為0.4，與全區(qū)土壤有機碳含量的平均變異系數(shù)接近。

表6 研究區(qū)不同土壤類型有機碳含量統(tǒng)計特征Table 6 Descriptive statistics characteristics of SOC contents under different soil types in the study area

3.4.4 土地利用方式

不同土地利用方式下土壤有機碳含量平均值差異明顯(表7)。草地有機碳平均值最高，達3.33%，其次為濕地、水田、有林地，達2.92～3.08%，灘地最低，為2.16%。耕地中水田土壤有機碳高于旱田，約為其1.2倍。從變異系數(shù)來看，居民用地的變異系數(shù)最小，為0.28；其次為水田(0.33)，灌木林最大，為0.54，其余土地利用方式變異系數(shù)在0.4左右。

表7 研究區(qū)不同土地利用方式下土壤有機碳含量統(tǒng)計特征Table 7 Descriptive statistics characteristics of SOC contents under different land use types in the study area

3.4.5 開墾年限

不同開墾年限土壤有機碳含量變化明顯，隨著開墾年限的增加,土壤有機碳基本呈下降趨勢(表8)。開墾5年的土壤有機碳平均值最高，達4.37%，開墾10年的平均值為3.78%，開墾15～20年為2.7%左右，25年略有升高，開墾40年的土壤有機碳平均值最低，為2.45%，為開墾5年土壤有機碳的56%。未開墾的土壤多位于山區(qū)，少部分位于濕地，受立地條件差異較大，故土壤有機碳平均值略低，變異系數(shù)較大。

表8 研究區(qū)不同開墾年限土壤有機碳含量統(tǒng)計特征Table 8 Descriptive statistics characteristics of SOC contents under different reclamation years in the study area

3.5 主控因素研究

為定量解釋各影響因素對土壤有機碳的空間變異的獨立解釋能力，對成土母質(zhì)、土壤質(zhì)地、土壤類型、土地利用方式及開墾年限進行回歸分析(表9)。所有自變量均達到極顯著水平(P<0.01)。結(jié)果表明，成土母質(zhì)、土壤質(zhì)地、土壤類型、土地利用方式及開墾年限等因素對研究區(qū)土壤有機碳均有顯著性影響，其中土壤質(zhì)地對研究區(qū)土壤有機碳空間變異影響最大，能夠獨立解釋空間變異的30.1%，顯著高于其他因素；其次為土地利用方式、成土母質(zhì)、土壤類型和開墾年限。這5項影響因素合計能夠解釋41.2%的有機碳空間變異。這表明興凱湖平原土壤有機碳空間變異的主控因素為土壤質(zhì)地，其次為土地利用方式。

表9 研究區(qū)不同因素對土壤有機碳的回歸分析結(jié)果Table 9 Regression analysis of SOC with different factors in the study area

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)構(gòu)性因素對土壤有機碳的影響

結(jié)構(gòu)性因素中土壤質(zhì)地的獨立解釋能力最高，遠高于成土母質(zhì)和土壤類型，是興凱湖平原土壤有機碳空間變異的主控因素。該結(jié)果與趙明松等[18]的研究結(jié)果一致，獨立解釋能力均在30%左右。這主要是因為土壤中黏粒含量較高會增加物理和化學保護機制，即黏粒通過與有機物質(zhì)結(jié)合形成有機—無機復(fù)合體，吸附穩(wěn)定土壤有機質(zhì)(SOM)，降低了SOM的礦化速度，有利于有機質(zhì)的積累；相反，砂粒含量較高的土壤中則減少或缺少這種保護機制，有機質(zhì)礦化分解速率加快，導(dǎo)致有機質(zhì)含量低[36-37]。工作區(qū)受地形地貌及河流沉積作用的影響，土壤質(zhì)地空間分布不均(見圖5)。工作區(qū)西部地區(qū)屬低山丘陵區(qū)，CIA值普遍小于65，個別點位CIA值略大，整體反映西部土壤風化程度較低；東部和北部地區(qū)CIA值普遍大于65，在北部的七虎林河以北地區(qū)普遍大于68，東部的興凱湖以東地區(qū)也存在大于68的集中分布地區(qū)，表明東部平原區(qū)土壤整體風化程度較西部地區(qū)高。土壤質(zhì)地的分布于有機碳空間分布高度吻合，表明土壤質(zhì)地對土壤有機碳的空間變異影響較大。

圖5 研究區(qū)表層土壤CIA分布Fig.5 CIA distribution of topsoil in the study area

成土母質(zhì)對土壤的物理性狀和化學組成均有極其重要的影響。在一定的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境內(nèi)，土壤元素含量(如有機碳)和土壤性狀與母質(zhì)有著緊密的關(guān)系[38]，但在成土母質(zhì)的劃分上，無法劃分到粒級的級別，如第四紀松散堆積物僅劃分為全新世松散堆積物、晚更新世松散堆積物、中更新世松散堆積物，不能很好地對應(yīng)質(zhì)地的分級，因此成土母質(zhì)的獨立解釋能力要低。土壤類型亦是如此。有研究表明[6-7,39]，土壤類型對土壤有機碳空間變異性的獨立解釋能力與土壤分類級別呈反比，即土壤分類級別越低解釋土壤有機碳空間變異性的能力越強。這是因為低級別的土壤類型分類是在高級別的分類基礎(chǔ)上疊加更加精細的指標進一步分類的結(jié)果。本次未搜集到土屬一級的分類，故未開展相關(guān)研究。

4.2 隨機性因素對土壤有機碳的影響

本次研究的隨機性因素中，土地利用方式是僅次于土壤質(zhì)地的影響土壤有機碳空間變異的因素，高于土壤開墾年限。土地利用方式作為自然條件和人為活動的綜合反映，通過有機物的輸入以及控制土壤有機碳積累和釋放速度來影響土壤有機碳含量[11,16]。已有研究表明，不同土地利用方式下土壤有機碳含量差異顯著[12,16]，同一研究區(qū)內(nèi)土地利用方式對土壤有機碳空間變異的獨立解釋能力高于土類和亞類，但低于土屬[10-11]。本次研究結(jié)果與已有研究結(jié)果基本一致。研究區(qū)土壤有機碳平均值呈現(xiàn)草地>濕地>水田>有林地>灌木林>旱田>居民用地>灘地。耕地中水田土壤有機碳含量明顯高于旱田，是旱田的1.2倍。這是因為水田根茬殘留量大，相當于部分秸稈還田，有機質(zhì)歸還量比旱田高，大部分被微生物稍經(jīng)分解即轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)儲存于土壤中，且水田長期處于淹水狀態(tài)，有機質(zhì)分解緩慢，易積累，因而土壤有機碳含量較旱田高。土地利用方式對有機碳空間變異的獨立解釋能力為9.2%，大于土壤類型的3.8%。以上分析表明，土地利用方式也是研究區(qū)土壤有機碳空間變異的重要因素之一，可通過改變工作區(qū)土地利用方式進行土壤碳庫的調(diào)控，比如地勢低洼的土地退耕還濕、還草；也可通過秸稈還田等保護性耕作制度達到提高土壤碳庫的目標。

土壤開墾年限對于土壤有機碳空間變異在4種定性因素中解釋能力最低，與土壤類型基本相當?？赡茉蛴袃煞矫妫环矫媸潜敬嗡鸭耐恋乩闷诖屋^少，對于開墾年限的確定不夠精確，導(dǎo)致絕大部分采樣點位于0、25和40年，其他年限采樣點數(shù)量太少；另一方面，土壤開墾年限對有機碳的影響可能主要體現(xiàn)在土壤有機碳的變化，因此其在解釋土壤有機碳變化方面的效果應(yīng)該要好于土壤有機碳的空間變異。

4.3 結(jié)論

1)興凱湖平原表層土壤有機碳含量在0.35%～14.49%，平均值2.80%，這一含量水平高于東北黑土、東北平原以及中國大陸的平均值，低于黑龍江省的平均值(1986～1990年)。變異系數(shù)分別為0.44，屬于等程度的空間變異性。土壤有機質(zhì)(折算后)含量達到豐富、較豐富水平。

2)土壤有機碳空間自相關(guān)范圍較大，其空間變異更趨向于受結(jié)構(gòu)性因素的影響，在全區(qū)表現(xiàn)為“中、西部低，東、北部高”的分布格局。

3)在各影響因素中，成土母質(zhì)對土壤有機碳空間變異的獨立解釋能力為6.8%，土壤質(zhì)地的獨立解釋能力為30.1%，土壤類型能獨立解釋3.8%的有機碳空間變異，土地利用方式能獨立解釋9.2%，開墾年限能獨立解釋3.3%的有機碳空間變異。土壤質(zhì)地是影響興凱湖平原表層土壤有機碳空間變異的主控因子。

致謝：文中使用的土壤有機碳來源于多目標區(qū)域地球化學調(diào)查，該項目由自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心組織實施，由于參與人員眾多，無法一一列舉。筆者感謝該項目參加人員付出的勞動及基礎(chǔ)資料的支持。在此特別感謝江葉楓老師、羅由林老師給予的幫助，以及審稿老師提出的寶貴意見。