宣恩縣表層土壤有機(jī)碳分布特征調(diào)查分析

摘 要 利用湖北省宣恩縣1︰5萬表層土壤調(diào)查數(shù)據(jù)，按照行政單元、土壤類型單元、土地利用單元分析了表層土壤有機(jī)碳的空間分布特征。結(jié)果表明，全縣表層土壤有機(jī)碳密度平均值為4.848 kg·m-2，高于湖北省表層土壤有機(jī)碳平均密度。依照不同劃分單元，有機(jī)碳密度高值區(qū)主要在曉關(guān)鄉(xiāng)、長潭河鎮(zhèn)、珠山鎮(zhèn)、山地草甸土、黃棕壤、水田、林地上，低值區(qū)在李家河鎮(zhèn)、牧草地、棕壤上。宣恩縣表層土壤有機(jī)碳總儲(chǔ)量為13 268.75×106 kg，約占湖北省表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的3.45%，有機(jī)碳儲(chǔ)量主要分布在黃棕壤、林地上。

關(guān)鍵詞 有機(jī)碳密度；有機(jī)碳儲(chǔ)量；表層土壤；分布特征；湖北省宣恩縣

中圖分類號(hào)：S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2025.03.015

地球上的碳庫是由海洋碳庫、陸地碳庫、大氣碳庫組成的。土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，是大氣碳庫的2倍多[1]，土壤碳儲(chǔ)量的較小變幅就能影響氣候較大變化[2]。土壤碳庫包含有機(jī)碳庫和無機(jī)碳庫，表層土壤中無機(jī)碳庫很少變動(dòng)[3]，而有機(jī)碳庫在土壤碳庫中所占比例較大。土壤碳庫的計(jì)算一般基于土壤類型、植被類型或碳循環(huán)模型[4]。土壤碳儲(chǔ)量受自然因素、人為因素等多方面影響，而人類活動(dòng)如土地利用方式的變化加速了土壤儲(chǔ)量的變化[5]。土壤有機(jī)碳是土壤肥力的重要指標(biāo)，影響著土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及土壤持水性和生物多樣性、保肥能力等多項(xiàng)功能[6]。土壤有機(jī)碳密度直接影響土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量，土壤有機(jī)碳密度及分布受多種因素影響，如氣候、海拔、地形、植被、土壤母質(zhì)和人類利用方式等[7-8]。通過宣恩縣9 467個(gè)1︰5萬土壤調(diào)查樣本，從全域、行政單元、土地利用、土壤類型等方面分析了宣恩縣土壤有機(jī)碳密度及儲(chǔ)量分布特征，以期為宣恩縣土地可持續(xù)利用及固碳減排提供科學(xué)依據(jù)。

1" 材料與方法

1.1" 研究區(qū)概況

宣恩縣地處鄂西南，地跨東經(jīng)109°11′～109°55′，北緯29°33′～30°12′，縣域面積2 737.2×106 m2，屬中亞熱帶大陸型季風(fēng)濕潤型山地氣候，氣候隨海拔變化呈明顯垂直差異。海拔800 m以下的低山帶，四季分明，雨熱同步，光溫互補(bǔ)，最高氣溫40.8 ℃，最低氣溫-12.7 ℃，年均氣溫15.8 ℃，無霜期294 d，年均降水量1 491.3 mm，年均日照時(shí)數(shù)1 136.2 h。

1.2" 樣品采集與分析

調(diào)查方法及要求遵照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T 0295—2016），樣品采集深度0～20 cm，采用“S”形或“X”形采集子樣點(diǎn)，由5個(gè)子樣等量混合組成樣品，充分混合后用四分法留取l.5～2.0 kg裝入樣品袋，共組成樣點(diǎn)9 467個(gè)。樣品加工場地通風(fēng)寬敞，在樣品完全晾曬干后及時(shí)過10目尼龍網(wǎng)篩，取過篩后的樣品大于300 g裝入塑料瓶作副樣裝箱入庫，200 g入紙樣袋編號(hào)送樣分析，由湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心分析測試。土壤樣品采用VOL測試有機(jī)碳，檢出限0.02，元素報(bào)出率100%，插入12個(gè)國家一級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSS 1～GSS 12），分別統(tǒng)計(jì)各元素合格率均為100%。

數(shù)據(jù)處理采用WPS，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 17.0，采用Arcgis 10.2繪圖。

1.3" 土壤碳儲(chǔ)量計(jì)算方法

表層土壤碳密度的計(jì)算基于土壤取樣深度、土壤容重、土壤碳含量，計(jì)算公式為：

SOCD = C×ρ×D/10 （1）

式中：SOCD代表土壤有機(jī)碳密度（kg·m-2）；C表示土壤有機(jī)碳含量（%）；ρ表示土壤容重（g·cm-3）；D為表層土壤取樣深度（cm）；10為單位換算系數(shù)。

表層土壤碳儲(chǔ)量計(jì)算公式：SOCS=SOCD×S，式中SOCS代表土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量（kg），S為各統(tǒng)計(jì)類型面積（m2）。

2" 結(jié)果與分析

將宣恩縣表層土壤有機(jī)碳數(shù)據(jù)按照土壤類型單元、土地利用單元、行政區(qū)單元進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，分別計(jì)算土壤有機(jī)碳密度及儲(chǔ)量，探討其分布特征。

宣恩縣全域表層土壤有機(jī)碳密度特征參數(shù)見圖1。宣恩縣表層土壤有機(jī)碳密度范圍為0.341～31.062 kg·m-2，平均值為4.848 kg·m-2，中位值為4.461 kg·m-2，標(biāo)準(zhǔn)偏差2.407，變異系數(shù)0.496，方差5.792，偏度系數(shù)2.264，峰度系數(shù)11.736。宣恩縣表層土壤正態(tài)分布曲線為正偏態(tài)尖峰分布。

宣恩縣表層土壤有機(jī)碳密度平均值高于湖北省表層土壤有機(jī)碳密度（4.52 kg·m-2），低于全國自然土壤表層有機(jī)碳密度平均值（5.7 kg·m-2 ）[9]，遠(yuǎn)高于全國耕種土壤表層有機(jī)碳密度平均值（3 kg·m-2 ）[10]。宣恩縣表層土壤有機(jī)碳總儲(chǔ)量為13 268.75×106 kg，約占湖北省表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的3.45%[11]?？h域西南角和東北角表層土壤有機(jī)碳密度偏低；中部呈擴(kuò)“V”形（見圖1），形成表層土壤有機(jī)碳密度高值分布帶，這與宣恩縣自然地理?xiàng)l件有關(guān)；低值區(qū)域在海拔1 200 m以上的高山，氣候較冷，微生物活動(dòng)少，有機(jī)質(zhì)腐化速度慢[12]。

2.1" 不同行政單元有機(jī)碳分布特征

宣恩縣下轄萬寨鄉(xiāng)、珠山鎮(zhèn)、椒園鎮(zhèn)、長潭河侗族鄉(xiāng)、曉關(guān)侗族鄉(xiāng)、椿木營鄉(xiāng)、高羅鎮(zhèn)、沙道溝鎮(zhèn)和李家河鎮(zhèn)等9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，1個(gè)工業(yè)園區(qū)，3個(gè)居委會(huì)，279個(gè)村委會(huì)，全縣共279個(gè)行政村，縣人民政府駐珠山鎮(zhèn)。

宣恩縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)有機(jī)碳密度及儲(chǔ)量特征數(shù)據(jù)見表1、圖2（見封三）。從表1可以看出，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)有機(jī)碳密度變化范圍是3.274～5.819 kg·m-2，相差較大。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤有機(jī)碳密度由大到小的順序?yàn)闀躁P(guān)鄉(xiāng)＞長潭河鄉(xiāng)＞珠山鎮(zhèn)＞高羅鎮(zhèn)＞萬寨鄉(xiāng)＞沙道溝鎮(zhèn)＞椒園鎮(zhèn)＞椿木營鄉(xiāng)＞李家河鎮(zhèn)，最小值在李家河鎮(zhèn)，有機(jī)碳密度為3.27 kg·m-2，最大值為5.819 kg·m-2，在曉關(guān)鄉(xiāng)，其次是有機(jī)碳密度相差不大的長潭河鄉(xiāng)和珠山鎮(zhèn)，分別為5.349 kg·m-2和5.259 kg·m-2。

表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量占比最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是沙道溝鎮(zhèn)，為22.458%，對(duì)應(yīng)的面積占比為23.75%，有所下降，這與鎮(zhèn)內(nèi)分布有棕壤有關(guān)。其次是曉關(guān)鄉(xiāng)和長潭河鄉(xiāng)，表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量占比對(duì)應(yīng)其面積占比有所上升。表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量占比最小的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是李家河鎮(zhèn)，遠(yuǎn)小于其面積占比，與李家河鎮(zhèn)土壤類型多為黃壤有關(guān)。

2.2" 不同土壤類型有機(jī)碳分布特征

各土壤類型有機(jī)碳密度及儲(chǔ)量特征數(shù)據(jù)見表2。宣恩縣土壤分為8個(gè)土類，分別為紅壤、黃壤、黃棕壤、棕壤、石灰土、紫色土、草甸土、水稻土。土壤以黃棕壤、黃壤和棕壤為主，占比達(dá)90%以上，如圖3（見封三）。其中黃棕壤廣泛分布于全區(qū)，面積為1 704.19 km2，占比62.26%；黃壤面積約558.62 km2，占比20.41%；棕壤面積281.16 km2，占比10.27%；紫色土面積67.81 km2，占比2.48%；水稻土面積為102.02 km2，占比3.73%；石灰土面積7.90 km2，占比0.289%；山地草甸土面積14.62 km2，占比0.534%；紅壤面積0.88 km2，占比0.032%。

從表2可以看出，各土壤類型的有機(jī)碳密度范圍是3.510～7.094 kg·m-2，相差較大。按土壤類型，表層土壤有機(jī)碳密度由大到小的順序是山地草甸土＞黃棕壤＞紫色土＞黃壤＞石灰土＞水稻土＞紅壤＞棕壤，表層土壤有機(jī)碳密度最大值在山地草甸土上，與湖北省表層土壤有機(jī)碳密度最大值分布趨勢(shì)一致。宣恩縣山地草甸土分布在海拔較高較寒冷地區(qū)，這種土壤受季節(jié)性地下水影響發(fā)育而成，生物作用微弱，表層有機(jī)質(zhì)積累明顯，土壤有機(jī)質(zhì)分解和腐化較慢。棕壤表層土壤有機(jī)碳密度最小，為3.510 kg·m-2，與棕壤分布地帶和自身屬性有關(guān)，棕壤主要分布在東部椿木營鄉(xiāng)和沙道溝鎮(zhèn)東部，該地帶氣候寒冷、濕度大，大陸季風(fēng)氣候，土壤有機(jī)質(zhì)含量高，土壤容重小[13]。

全縣有機(jī)碳儲(chǔ)量主要集中在黃棕壤、黃壤和棕壤上，占比達(dá)到93.54%，符合土壤類型分布面積的特征。黃棕壤的有機(jī)碳儲(chǔ)量最高，為9 141.110×106 kg，占全縣所有土壤類型有機(jī)碳儲(chǔ)量的68.295%，相對(duì)其面積占比（62.26%）有所上升，這與其表層土壤有機(jī)碳密度（5.364 kg·m-2）高于全縣表層土壤有機(jī)碳密度平均值有關(guān)。宣恩縣表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量最小的是紅壤，占比0.026%，小于其面積占比（0.032%）；表層土壤有機(jī)碳密度最大的山地草甸土的有機(jī)碳儲(chǔ)量占比為0.775%，高于其面積占比（0.534%）。土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量占比變化與表層土壤有機(jī)碳密度值與縣域表層土壤有機(jī)碳密度平均值對(duì)比有關(guān)，但其儲(chǔ)量占比整體趨勢(shì)都與其土壤面積相對(duì)應(yīng)。

2.3" 不同土地利用類型有機(jī)碳分布特征

各土地利用類型有機(jī)碳密度及儲(chǔ)量見表3。宣恩縣土地總面積為2 737.20 km2，其中，水田89.58 km2，占土地總面積的3.27%；旱地284.35 km2，占土地總面積的10.39%；園地102.00 km2，占土地總面積的3.73%；其他農(nóng)用地32.61 km2，占土地總面積的1.19%；林地2 134.4 km2，占土地總面積的77.58%；天然牧草地0.11 km2，占土地總面積的0.004%；建設(shè)用地72.92 km2，占土地總面積的2.66%；未利用地32.23 km2，占土地總面積的1.18%。

由表3可以看出，全縣各土地利用類型的有機(jī)碳密度范圍是4.069～5.670 kg·m-2，各土地利用類型中表層土壤有機(jī)碳密度由大到小的順序是水田＞林地＞旱地＞建設(shè)用地＞園地＞其他農(nóng)用地＞天然牧草地。水田有機(jī)碳密度最大，天然牧草地有機(jī)碳密度最小，旱地、園地、建設(shè)用地、其他農(nóng)用地的有機(jī)碳密度相差不大。宣恩縣水田、旱地、園地的表層有機(jī)碳密度均大于全國耕種土壤表層有機(jī)碳平均密度值。

土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量最大的是面積占比最大的林地，有機(jī)碳儲(chǔ)量為11 179.701×106 kg，占比高達(dá)79.639%；農(nóng)用耕地合計(jì)占比為16.009%；建設(shè)用地表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量占比為2.341%，其他土地利用類型僅占少量。

3" 結(jié)論

1）宣恩縣表層土壤有機(jī)碳密度平均為4.848 kg·m-2，高于湖北省表層土壤有機(jī)碳密度平均值；表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量為13 268.75×106 kg，約占湖北省表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的3.45%。

2）宣恩縣土壤類型中山地草甸土、黃棕壤的表層土壤有機(jī)碳密度較高，棕壤最低；土地利用類型中，水田、林地表層土壤有機(jī)碳密度較高，牧草地最低；行政單元中，曉關(guān)鄉(xiāng)、長潭河鄉(xiāng)、珠山鎮(zhèn)表層土壤有機(jī)碳密度較高，李家河鎮(zhèn)最低。

3）宣恩縣表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量占比較大的3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)是沙道溝鎮(zhèn)、曉關(guān)鄉(xiāng)、長潭河鄉(xiāng)，占比最高的土壤類型是黃棕壤，占比最高的土地利用方式是林地；占比最低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是李家河鎮(zhèn)，占比最低的土壤類型是紅壤，占比最低的土地利用方式是牧草地。

4）僅對(duì)宣恩縣表層土壤有機(jī)碳進(jìn)行了研究，未對(duì)深層土壤有機(jī)碳密度與儲(chǔ)量進(jìn)行估算。土壤固碳減排與肥力提升一直是農(nóng)業(yè)地質(zhì)熱點(diǎn)問題，需進(jìn)一步探討研究，為提升土壤質(zhì)量、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供科學(xué)依據(jù)。

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（責(zé)任編輯：敬廷桃）

基金項(xiàng)目：耕地質(zhì)量生態(tài)地球化學(xué)動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程研編（KJ2023-9）；湖北省漢江流域區(qū)土壤生態(tài)地球化學(xué)與健康地質(zhì)研究（KJ2024-4，KJ2025-6）；十堰東南一襄陽1∶25萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查（MSDZ202401）。

作者簡介：趙敏（1988—），工程師，主要從事土壤地球化學(xué)、農(nóng)業(yè)地質(zhì)與富硒研究。E-mail：1003128767@qq.com。