高 婷1，孔祥忠1，于红梅1，束良佐2

(1.浙江师范大学 地理与环境科学学院，浙江 金华 321004；2.淮北师范大学 生命科学学院，安徽 淮北 235000 )



婺江流域农田土壤不同种植方式下碳氮含量的特征*

高 婷1，孔祥忠1，于红梅1，束良佐2

(1.浙江师范大学 地理与环境科学学院，浙江 金华 321004；2.淮北师范大学 生命科学学院，安徽 淮北 235000 )

以婺江流域兰溪市烟溪村为研究地区，利用传统统计学方法对油菜地、苗圃地、菜地、黄豆地、棉花地5种土地利用类型下土壤碳氮的垂直分布特征进行比较分析，目的为烟溪村土地资源的合理利用与施肥提供科学依据.结果表明:农田不同种植方式下土壤有机碳、全氮差异显著，0～20 cm表层土壤有机碳含量排序：菜地>苗圃地>油菜地>黄豆地>棉花地，菜地有机碳含量明显大于其他土地利用类型；40～60 cm土层，苗圃地的有机碳累积含量最高，为21.63 g/kg，棉花地累积含量最低，为6.93 g/kg;0～10 cm土层，土壤全氮含量的垂直空间分布表现:菜地>苗圃地>油菜地>棉花地>黄豆地.随着土层的加深，全氮含量逐渐下降，30 cm土层以下各土地利用类型全氮含量变化不明显.农田5种不同土地利用类型下，有机碳和全氮含量均表现出随土层的深入而降低，0～30 cm土层，有机碳和全氮含量下降明显；30 cm土层以下变化不大.

有机碳；全氮；土地利用；婺江流域；分布特征

土壤有机碳与氮素在土壤肥力中起着重要作用，其长期累积会对陆地生态系统稳定性产生深远影响，同时会对土地的持续利用与土壤生产力及全球环境保护有着重要的意义[1-3].土壤全氮包括无机氮素和有机氮素，它们能够表征土壤氮素的总量，并且是植物氮素营养的重要源和库[4].土壤有机碳和全氮受地形、土地利用的影响较大[5].土地利用方式发生变化，土地耕种使美国南部土壤中的碳损失很大[6]，与原始的林地相比，农田有机碳下降明显[7]，耕作土壤弃耕后SOC含量增加35%[8].土地利用变化对SOC含量的影响,主要是通过改变凋落物的数量和质量及其环境条件来影响SOC的储存量、组成和稳定性[9].紫色丘陵区土壤中有机质含量表现出较大不同:水田>旱地>撂荒地.全氮含量表现为：林地>水田地>旱地>撂荒地[10].国内众多学者在不同区域，如青藏高原草甸区[11]、新疆天山绿洲区[12]、黄土高原区[13]、科尔沁沙地[14]、华北森林区[15]、南方红壤丘陵区[16]和喀斯特小流域区[17]等,研究各土地利用方式下土壤碳氮的分布特征.这些研究侧重的是某一特定区域或大尺度的空间分布格局下不同土地利用方式即草地、林地、耕地、苗圃地、沙地、裸地等之间的土壤碳氮分布特征，对小尺度的空间分布格局或同一种土地利用方式不同植被类型之间的土壤性质与土壤碳氮变化特征研究较少.本文以兰溪市烟溪村为研究对象，分析农田各土地利用方式下有机碳和全氮分布特征，阐明土地利用的变化对土壤全氮及有机碳的影响，为该区土地资源的合理开发与利用及提高粮食生产提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 采样区概况

兰溪市烟溪村位于金华市西部，钱塘江中游，金衢盆地北部边缘，地处北纬29°5′～29°27′，东经119°13′～119°53′，属东亚副热带季风气候区.气候温暖湿润，四季分明，夏秋气温高，冬春气温低，梅雨持续时间长且伏旱明显，无霜期平均265 d，7—9月也受台风影响.境内地貌为丘陵盆地地貌.境内江河都属于钱塘江水系.衢江从西往东、金华婺江从东往西流入兰溪市区汇成兰江.金华婺江两岸烟溪村附近以河漫滩、河流阶地为主，地势平坦，土壤肥沃，从河漫滩一直往上到丘陵岗地，地势海拔逐渐升高，地形起伏和缓.本区大部分为农田，该区耕种历史悠久，农田土地利用方式多样，包括水稻田、油菜地、菜地和苗圃等土地利用方式，其中苗圃种植比较广泛，经济效益较好.

在婺江流域内兰溪市烟溪村选择地形起伏相对一致的平地和缓丘坡地，本区域农田主要土地利用类型包括水稻田、油菜地、苗圃、菜地、黄豆地(前茬种植油菜)、棉花地(棉花油菜轮作2～3 a)，因为对土地进行的耕作管理与利用的不同，使得各种植方式下施肥量与利用程度有较大不同.其中油菜地大多秸秆还田，上半部分焚烧，同时兼施复合肥、尿素等，大约150～225 kg/hm2，菜地多施有机肥.

1.2 样品采集与分析方法

在河流两岸耕地、坡地等有代表性的地块上根据不同的种植作物选取油菜地、苗圃、黄豆地、菜地、棉花地几种土地利用类型，每种土地利用类型设置样点不同，其中油菜地采样地为4个，苗圃采样地7个，菜地采样地2个，黄豆地采样地2个，棉花地采样地1个，苗圃主要种植植被类型：红花继木、红叶石楠、女贞、罗汉松、紫薇树.利用土钻进行取样，取样深度为0～60 cm，10 cm为一个间隔，分别取0～10 cm,10～20 cm,20～30 cm，30～40 cm，40～50 cm，50～60 cm土层，共取6层，每一样地采集3个土壤剖面，然后把同一采样地相同层次的土壤制成一个混合样，共采集油菜地、苗圃、菜地、黄豆地、棉花地5种土地利用类型的土壤样品96个.采样利用GPS进行准确定位，并记录样点位置、土地利用类型、耕作方式、地形、自然条件、农业生产条件及施肥状况等.将野外采集的土壤样品带回实验室自然风干，并除去细根与杂质，研磨并过10目与100目土壤筛.

将处理后的土壤样品有机碳采用重铬酸钾-硫酸消化法测定，全氮采用凯氏定氮法测定.

2 结果与讨论

2.1 农田土壤不同作物种植方式对有机碳含量的影响

由图2可知，表层土壤有机碳受土地利用影响，差别较大.农田不同种植方式下0～20 cm表层土壤有机碳含量高于其他深度土层.0～10 cm土层，菜地土壤有机碳含量为25.49 g/kg，比相邻的油菜地(22.45 g/kg)和苗圃地(21.85 g/kg) SOC含量提高14%和17%，黄豆地(16.05 g/kg)和棉花地(15.61 g/kg)提高59%和63%.10～20 cm土层，土壤有机碳含量明显下降，其中菜地有机碳含量最高，为19.78 g/kg，油菜地、苗圃地、黄豆地、棉花地土壤有机碳含量分别为14.06,14.73,14.01,9.63 g/kg.0～20 cm土层 的有机碳含量排序：菜地>苗圃地>油菜地>黄豆地>棉花地.土壤有机碳含量随土层深度的增加而降低.从表层到30 cm土层，有机碳含量迅速降低，30～60 cm土层降低速度明显减慢，并且表现出波动的趋势.

从剖面上看，0～60 cm土层，菜地有机碳含量为6.18～25.49 g/kg，油菜地为4.75～22.45 g/kg，黄豆地为4.60～16.05 g/kg，苗圃地为6.81～21.85 g/kg，棉花地为1.54～15.61 g/kg.其中菜地在30～40 cm土层，苗圃地在40～50 cm土层出现累积峰值.苗圃地在20～30 cm土层有机碳含量最高，为10.89 g/kg，大于菜地土壤.40～60 cm土层，苗圃地的有机碳含量最高，为21.63 g/kg，棉花地含量最低,为6.93 g/kg，而菜地与黄豆地、油菜地之间差异不大.菜地SOC含量除在30～40 cm处与整体变化趋势不一致外，在其余剖面均随土层深度增加而降低.

2.2 农田土壤不同作物种植方式对全氮含量的影响

农田土壤不同作物种植方式下全氮含量呈现显著差异(见图3).植被、土壤与大气间的能量交换在表层土壤进行，并且动植物残体及枯枝落叶多在这一层，有机质积累、分解加快导致表层全氮含量较高[18].0～10 cm土层，菜地全氮含量最高为2.10 g/kg，明显高于其他土地种植方式，黄豆地含量最低为1.16 g/kg，全氮含量大小排序为：菜地>苗圃地>油菜地>棉花地>黄豆地.土壤全氮含量在表层0～10 cm分布较多.10～20 cm土层，各种植方式下全氮含量均有所下降.20～30 cm土层，全氮含量下降明显，与0～10 cm土层相比，菜地下降59.52 %，苗圃地下降70.99 %，油菜地下降58.91 %，棉花地下降57.94 %，黄豆地下降50.86 %.随着土层深度的加深,全氮含量逐渐降低，但下降速度与土层深度密切相关, 0～30 cm 土层,全氮含量迅速降低,30～60 cm土层降低速度较慢.黄豆地最大值出现在30～40 cm和50～60 cm，分别为0.51,0.45 g/kg，棉花地最大值出现在50～60 cm，为0.69 g/kg.50～60 cm土层，土壤全氮含量差异不大，为0.24～0.45 g/kg.

2.3 农田土壤不同作物种植方式对C/N的影响

C/N作为评价有机质分解的重要指标，土壤微生物环境随着C/N的变化而变化，微生物对有机质的分解受其影响.C/N高，土壤有机质分解弱，氮素矿化程度低；C/N低，有机质分解程度高，氮素矿化程度较高.

比较农田不同作物种植方式下表层土壤C/N值见表1.

由表1可以看出,0～10 cm土层，油菜地(18.26±7.36)>黄豆地(14.49±4.67)>苗圃地(13.85±3.54)>菜地(12.76±2.55)>棉花地(12.38);10～20 cm土层，油菜地、黄豆地与棉花地C/N值下降，而苗圃地与菜地保持不变.0～20 cm土层，油菜地的C/N值均比其他土地利用类型高，但C/N值<20，说明在分解过程中能够释放出矿质态氮使植物吸收.其他作物种植类型在0～20 cm土层C/N为11.84～14.49，变化幅度不大;20～60 cm土层，苗圃地C/N显着高于油菜地、菜地、黄豆地和棉花地.10～30 cm土层，菜地、黄豆地C/N在剖面上呈减小的趋势，而油菜地、苗圃地、棉花地呈增大的趋势;30～60 cm土层，苗圃地C/N值呈增大的趋势，变幅在13.27～42.50，变幅较大，而油菜地、菜地、黄豆地、棉花地呈减小的趋势，变幅为11.83～23.98.各种植方式下不同土层C/N值油菜地与苗木地较高，说明其土壤中矿化程度较低，有机质的分解程度低，菜地、黄豆地、棉花地的C/N值较低，说明其土壤中出现了净矿化，菜地大量增施有机肥，并且经常进行土壤扰动，土壤有机质的分解较快.

3 结 论

对烟溪村农田土壤不同作物种植方式下土壤全氮、有机碳含量与垂直分布进行研究，结论为:

1)有机碳在垂直空间分布大体表现为：0～20 cm土层>20～40 cm土层>40～60 cm土层.0～20 cm土层有机碳含量大小表现为：菜地>苗圃地>油菜地>黄豆地>棉花地，菜地、苗圃地、油菜地、黄豆地、棉花地土壤有机碳含量主要集中在0～20 cm土层，其有机碳含量占0～60 cm土层总碳量的56.83%,48.18%,55.90%,55.91%,53.29%.

2)0～10 cm土层，全氮含量大小排序为：菜地>苗圃地>油菜地>棉花地>黄豆地.土壤全氮在0～60 cm土壤剖面上随着土层深度的增加，含量降低.

3)0～10 cm土层土壤C/N值，油菜地为18.26，苗木地为13.85，菜地为12.76，黄豆地为14.49，棉花地为12.38，油菜地>黄豆地>苗圃地>菜地>棉花地，其余的各层C/N比值基本以苗圃地最高，油菜地居于其次，棉花地呈现低值.苗圃地在垂直剖面上土壤C/N变化较大，为13.85～42.35，并且随着土层深度的增加碳氮比值逐渐增大，这主要是由于苗圃底层土壤不经常进行翻耕，有机质分解较差，氮素矿化程度低.通过研究,结果表明，婺江流域土壤C/N比值大部分为12.38～42.50，与一般值相比偏高.

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(责任编辑 杜利民)

SoilcarbonandnitrogenconcentrationinagriculturalsoilunderdifferentlanduseintheareaofWujiang

GAO Ting1，KONG Xiangzhong1， YU Hongmei1，SHU Liangzuo2

(1.CollegeofGeographyandEnvironmentalSciences,ZhejiangNormalUniversity,JinhuaZhejiang321004,China; 2.CollegeofLifeSciences,HuaibeiNormalUniversity,HuaibeiAnhui235000,China)

Based on the field surveys and laboratory analysis, a comparative study was made of the vertical distribution characteristics of soil organic carbon(SOC) and total N(TN) of rapeseed land, nursery land, vegetable land, soybean land, cotton land in the area of Wujiang of Lanxi city by using conventional statistics to provide a scientific basis for rational use of land resources and fertilization for Yanxi village. The results showed that: the contents of SOC, TN were significantly influenced by land uses, the content of SOC under different land uses in the surface soil(0～20 cm) were as the following orders: vegetable land>seedling nursery land>rapeseed land>soybean land>cotton land.In the soil layer(40～60 cm), the accumulation of organic carbon content of seedling nursery land was 21.63 g/kg, higher than other land use types, the accumulation of cotton land was the lowest with 6.93 g/kg. In the soil layer(0～10 cm), the vertical distribution of soil total N content were as follows: vegetable land>seedling nursery land>rapeseed land>cotton land>soybean land.Soil organic carbon and total nitrogen content decreased gradually with the increase of soil depth on 5 kinds of land use types. In the soil layer(0～30 cm), soil organic carbon and total nitrogen content decreased significantly, soil layer changed little below 30 cm.

soil organic carbon; total nitrogen; land use types; area of Wujiang; vertical distribution characteristics

10.16218/j.issn.1001-5051.2015.04.017

2015-01-09；

：2015-04-08

国家自然科学基金资助项目(31071868)

高 婷(1988-)，女，山西忻州人，硕士研究生.研究方向：土地退化及修复.

于红梅.E-mail: hongmeiyujilin@163.com

S151.9

：A

：1001-5051(2015)04-0461-05