宋 剛, 吳 僭, 楊 梅, 胡騰勝, 侯春華, 龍永根

(黔東南州土壤肥料站, 貴州 凱里 556000)

1 研究內(nèi)容與方法

1.1 供試材料

本項研究區(qū)域土壤是發(fā)育在紫色砂頁巖母質(zhì)上的紫色土,不同利用方式的旱地和水田。旱地為菜園地和玉米地,均采用黔東南州黃平縣舊州鎮(zhèn)紫色土。

1.1.1研究區(qū)域自然概況

研究區(qū)域位于貴州省黃平縣舊州鎮(zhèn),舊州鎮(zhèn)地處黃平縣西北部,東與新州鎮(zhèn)接壤,南與上塘鄉(xiāng)、野洞河鄉(xiāng)相鄰,西與浪洞鄉(xiāng)、甕安縣相望,北與一碗水鄉(xiāng)、遵義市余慶縣毗鄰。鎮(zhèn)人民政府駐地距縣城25 km,距州府78 km?？偯娣e224.29 km2。舊州鎮(zhèn)多年平均氣溫15.7 ℃。年平均無霜期296 d,年平均日照時數(shù)195 h。年平均降水量120 mm,年平均降水日數(shù)160 d,最長持續(xù)干旱天數(shù)200 d(2011年),最大降雪厚度7 cm(2010年)。極寒持續(xù)最長天數(shù)65 d(2008年)。舊州鎮(zhèn)主要以紫色土為主,土體薄,基本達不到50 cm,有機質(zhì)偏低,土厚超過1 m甚少。在石灰?guī)r體出露的喀斯特地區(qū)多形成較為年幼的石灰(巖)土。

1.1.2研究區(qū)域土壤的利用特點

菜園地:主要種植蔬菜,所種物種除地上部分幾乎全部收回外,其0～20 cm土層內(nèi)的根茬殘留較多。多施有機肥,化肥施用較少。

玉米地:該類別土壤由林地開墾種植作物,主要種植玉米或大豆,常伴生濃密的雜草,所種物種除地上部分幾乎全部收回外,其0～20 cm土層內(nèi)的根茬殘留較多。常年施用化肥,施用有機肥相對較少。

水稻土:該類別土壤由林地開墾種植作物,主要種植水稻,所種物種除地上部分全部收回外,其0～20 cm土層內(nèi)的根茬殘留較少。常年施用化肥和有機肥。

1.2 研究內(nèi)容

土地利用變化影響土壤質(zhì)量及環(huán)境變化已成為當前研究的熱點之一,通過對不同利用條件下舊州紫色土玉米地、菜園地、水稻土的有機碳含量進行研究,分析該地區(qū)土壤有機碳含量和剖面分布與土地利用方式之間的相關(guān)關(guān)系,不同利用方式對土壤有機碳的影響。

1.3 土壤有機碳研究方法

1.3.1土樣采集

土樣的采集:取代表性點,深耕范圍0～40 cm范圍內(nèi),在同一剖面上,每隔20 cm深進行采樣,每個土樣采集面積為100 m2,采用三點蛇形采樣點采樣混合保證有1 kg土壤以備制樣。

1.3.2制備土樣

制備土壤樣品:從研究區(qū)域采集的土壤樣品進行自然風干,過2 mm篩,混勻,取其中1/4磨細,過0.25 mm尼龍篩土壤樣品備用。

1.3.3主要指標及測定方法

土壤有機碳的測定采用外加熱重鉻酸鉀氧化法外加熱。用0.80 mol/L的重鉻酸鉀—濃硫酸溶液氧化,用硫酸亞鐵滴定剩余的重鉻酸鉀,根據(jù)消耗的硫酸亞鐵量計算有機碳的含量。測定的結(jié)果乘以1.1,計算有機碳含量。

1.3.4數(shù)據(jù)的處理與分析

根據(jù)剖面層土壤有機碳含量,利用Excel與SPSS 17.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理,用t檢驗方法進行檢驗,并分析這些變量,以及它們彼此間的關(guān)系,比較不同利用方式下不同土層土壤有機碳的關(guān)系。

2 結(jié)果與討論

土壤有機碳是一個復雜的物質(zhì)系統(tǒng)。土壤的許多屬性,都直接或間接與有機碳的存在分不開。有機碳對團聚體的構(gòu)成也有一定的作用,改善了土壤的耕作特性、透水性和透氣性。因此有機碳與土壤質(zhì)量的構(gòu)成有直接相關(guān)性,土壤有機碳含量的增加或減少將直接影響土壤質(zhì)量。土壤有機碳又強烈影響土壤向大氣排放碳的過程。土壤耕作方式變化后,使得土壤有機碳的存在形式也發(fā)生多種改變,土壤耕作方式變化是影響土壤有機碳形式的關(guān)鍵。因此,土壤有機碳對于全球碳素的平衡起著重要的作用。

2.1 有機碳含量0～40 cm分析

2.1.1菜園地土壤有機碳含量

圖1表明,菜園地A有機碳含量明顯高于菜園地B的有機碳含量。而菜園地是人工加速培養(yǎng)的高度肥沃士壤。由于長期栽培蔬菜,進行精耕細作,合理灌溉,大量施用農(nóng)家肥,大大加速了土壤的熟化過程。使生土變熟土,熟土變油土。長期的合理管理,積累了大量的有機碳。

注:A和B分別表示土壤0～20 cm和20～40 cm土層。下同。圖1 菜園地土壤有機碳含量

2.1.2玉米地土壤有機碳含量

圖2表明玉米地A有機碳含量明顯高于玉米地B的有機碳含量。土壤侵蝕是造成土壤中有機碳遷移、流失的主要原因,也是陸地碳循環(huán)的重要動力過程之一。土壤有機碳主要隨著泥沙流失,可達95%以上。這加速了土壤的流失,加大了通過滲漏和土壤侵蝕流失的有機碳。

2.1.3水稻土土壤有機碳含量

圖3表明,水稻土A有機碳含量高于水稻土B的有機碳含量。CH4是僅次于CO2最重要的溫室氣體,稻田是大氣CH4的重要排放源[26]。研究區(qū)域水稻土長期處于水淹狀態(tài),這使得水稻土長期處于強烈的厭氧還原狀態(tài),水淹稻田CH4排放量大。這說明農(nóng)田中有機碳容易分解。

圖3 水稻土土壤有機碳含量

2.1.4不同土地利用方式對紫色土有機碳含量的影響

三種利用方式(菜園地、玉米地和水稻土)土壤有機碳含量對照圖

圖4和圖5表明,三種利用方式有機碳含量相比較,菜園地有機碳含量最高,其次是水稻土,最低的是玉米地。土壤有機碳儲量垂直分布受到作物類型影響,不同土地利用方式下作物根系分布、凋落物質(zhì)量及歸還量和人工擾動土壤方式等的不同,土壤有機碳在土壤剖面中的分布也不同。菜園地是人工加速培養(yǎng)的高度肥沃士壤,其有機碳含量高;玉米地主要受土壤侵蝕造成土壤中有機碳遷移、流失;CH4是僅次于CO2最重要的溫室氣體,水淹水稻土長期處于強烈的厭氧還原狀態(tài),是大氣CH4的重要排放源。因此表現(xiàn)出的結(jié)果CO2含量關(guān)系為菜園地>水稻土>玉米地?？傮w來說,三種利用方式下土壤有機碳的含量都隨著土壤剖面的加深而顯著降低,只是降低的幅度不同,其中玉米地的降低幅度最小。

圖4 三種利用方式有機碳含量(A)

圖5 三種利用方式有機碳含量(B)

2.2 不同土地利用方式對土壤有機碳的影響

2.2.1三種利用方式下0～20 cm土壤有機碳含量分析

由表1可知,三種利用方式之間差異不顯著?？赡苁怯捎谌藶閷Σ藞@地的干預度過大,人為擾動土壤后會使表層有機碳穩(wěn)定性減小,而對玉米地和水稻土的擾動影響較小,導致菜園地有機碳向大氣排放的CO2也相對較多,最終結(jié)果表現(xiàn)為三者之間差異不顯著。

表1 三種利用方式下0～20 cm土壤有機碳含量方差分析

2.2.2三種利用方式下20～40 cm土壤有機碳含量分析

由表2和表3結(jié)果顯示,三種不同利用方式下土壤有機碳含量的關(guān)系為菜園地較玉米地和水稻土差異性顯著,而玉米地與水稻土的差異性不顯著。這種結(jié)果的存在也因人為的干預度不同,一般人為干預主要在表層,而對下層土壤干預相對較低,向大氣排放的CO2相對較少。隨著不同利用方式中作物根系分布、凋落物及人為擾動方式和施肥管理的不同會對土壤有機碳在剖面中的分布和積累產(chǎn)生不同影響,可能是由于耕地在耕作過程中底土與表土的混合以及作物根茬的殘留使得土壤有機碳在表下層損失較少,使得剖面中有機碳的分異減小。

表2 三種利用方式下20～40 cm土壤有機碳含量方差分析

表3 三種利用方式下20～40 cm土壤有機碳含量的LSD比較

3 討 論

土壤有機碳積累量的差異是土地利用和施肥管理等因子共同作用的結(jié)果,其中,土地利用與施肥管理是引起土壤有機碳含量差異的主要原因。大量研究表明,林地開墾后施用一定量的化肥后隨淋溶強度增加,使表下層養(yǎng)分趨于平衡,從而減緩表下層土壤中有機碳的流失,如果采取免耕或配施有機肥等方式則會使有機碳的減少量大大降低,從而減少土壤向大氣中排放CO2。

4 小 結(jié)

在0～40 cm土壤剖面上,不同土地利用方式土壤有機碳的含量均隨土層深度的增加而下降,且下降幅度以菜園地最大。

在0～20 cm土層的有機碳含量變化幅度較大,而在20～40 cm之間的有機碳變化幅度較小。說明隨著人為干預度的增強,人為擾動土壤后會使表層有機碳穩(wěn)定性減小,下層土壤中有機碳含量相對增加。

提高管理措施,多施有機肥,可以增加土壤有機碳的含量,以提高土壤肥力,使土壤碳庫處于良性狀態(tài),最終維持土壤的可持續(xù)利用。