武 琳，黄尚书，叶 川*，钟义军，黄欠如，成艳红，郑 伟，孙永明，高 蕊，周 莺

(1 江西省红壤研究所，南昌 331717；2 江西省吉安市农业局，江西吉安 343000)

红壤是我国重要的土壤资源，广泛分布于南方15省，但由于长期不合理利用，红壤主要形成了酸、瘦、黏、瘠、板等主要肥力特征[1-2]。同时，红壤分布地形、光照和水热等优势条件又决定了其恢复利用的可能性很大，是 21世纪以来农业开发的重点[3]。土壤有机质是土壤肥力的重要内容，也是红壤旱地土壤质量好坏的重要指标之一。有机碳则是土壤有机质的重要组成部分，但是土壤有机碳含量的多少并不能很好地反映土壤质量的转化速率[4]，因此，目前常用对耕作措施更为敏感的土壤活性有机碳的含量来表征[5-6]。活性有机碳虽然仅占总有机碳的一小部分，且稳定性差、易氧化和分解[5]，但能够在土壤全碳变化之前反映人类活动所引起的土壤的微小变化，是土壤碳循环的关键和动力[7-8]。Lefroy 等[9]综合了土壤有机碳的总量与活性，首次提出了土壤碳库管理指数(CPMI) 的概念，有效评价外部因素对土壤碳库的影响。研究表明，土壤碳库管理指数能有效反映土壤中有机质的转化速率，更为全面地反映耕作措施对土壤碳库的影响，是比土壤有机碳总量更能反映土壤质量变化的敏感指标[10-11]。目前已广泛应用于施肥[12-14]、保护性耕作[15]和不同土地利用方式[16]对土壤碳库影响的研究中。但是，从土壤碳库管理指数变化来考虑合理耕层构建的研究则尚未见报道。

本研究以历史上未曾开垦的红壤荒地为对照，在分析农地、果园和茶园等不同土地利用方式下0～40 cm土层总有机碳和活性有机碳分布规律基础上，探讨不同土地利用方式对土壤碳库管理指数的影响，为深入研究和评价该区土地利用变化对土壤有机碳的影响提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区设在江西省红壤研究所(116°20′24″ E，28°15′30″ N)，该地区气候温和、雨量丰富、日照充足、无霜期长，属中亚热带季风气候，年均降雨量1 537 mm，年蒸发量1 100～1 200 mm；年均气温17.7 ～18.5 ℃，最冷月(1月)平均气温为4.6 ℃；最热月(7月)平均气温一般在28.0～29.8 ℃。地形为典型低丘，海拔在25～30 m，坡度5°。土壤类型为第四纪红黏土母质发育的红壤。

1.2 研究方法

本研究选取4种土地利用方式，每种土地利用方式设置3个重复，具体为：①对照(CK)：历史上未开垦的红壤荒地；②农地：1990年开垦的红壤旱地，开垦初期种植花生，现在主要种植制度是红薯-油菜；③茶园：1992年开垦建立的茶园；④果园：1993年开垦建立的桔园。2014年11月在研究区各样方内采用“五点法”取 0～10、10～20、20～40 cm 的散状土，最后将样方内各采样点土壤样品按土层混合，作为分析样品。样品经室内风干后，研磨并过筛，用于土壤相关理化性质、总有机碳以及活性有机碳等指标的测定。

土壤pH测定采用电位法(水∶土=2.5∶1)，土壤容重测定采用环刀法，土壤养分分析采用常规方法[17]，土壤总有机碳测定采用 K2CrO7外加热法，土壤活性有机碳测定采用333 mmol/L KMnO4氧化法[18]。

相关指标的计算[14]：碳库指数(CPI)=耕作土壤总有机碳/参考土壤总有机碳；碳库活度(A)=活性有机碳/稳态碳含量；碳库活度指数(AI)=土壤碳库活度/参考土壤碳库活度；碳库管理指数(CPMI)=碳库指数×碳库活度指数×100。本研究中，参考土壤为历史上未开垦红壤荒地，设定其碳库管理指数为100，若土地利用方式转变后，土壤碳库管理指数超过100，则说明土壤碳库有所改善，反之则说明土壤碳库变差。

1.3 数据处理

采用DPS7.05进行数据分析，采用Origin 8.1软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同土地利用方式对土壤基本理化性质的影响

由表1可以看出，不同土地利用方式下土壤基本理化性质变化显著。各土地利用方式下3个层次土壤pH均比CK低，尤其是10～20 cm和20～40 cm土层中达到显著性差异(P＜0.05)，如与CK 相比，农地、茶园、果园10～20 cm和20～40 cm土层土壤pH 分别降低 8.72%、10.77%、6.94% 和 13.13%、19.27%、16.53%。耕作有利于土壤容重降低，表现为农地、茶园和果园不同层次的土壤容重均显著低于CK(P＜0.05)，均呈现CK＞茶园＝果园＞农地的趋势。如0～10 cm土层，农地、茶园、果园土壤容重较CK分别降低13.13%、6.46%、4.62%(P＜0.05)，10～20 cm 土层土壤容重降低幅度为 3.58% ～10.24%，20～40 cm土层降低幅度为3.43%～9.31%(P＜0.05)。就碱解氮含量而言，农地、茶园、果园不同层次土壤均较CK高，0～10 cm土层分别比CK高25.29%、15.90%、19.57%(P＜0.05)，农地、果园10 ～20 cm和 20～40 cm土层土壤碱解氮比 CK高117.65%、67.06% 和 142.33%、114.01%(P＜0.05)。有效磷和碱解氮含量表现出一致趋势。

表1 不同土地利用方式下土壤的基本理化性质

2.2 不同土地利用方式对土壤总有机碳分布的影响

由图1可以看出，不同土地利用方式0～40 cm土层土壤的总有机碳存在显著差异(P＜0.05)，在0 ～10 cm土层中，农地、茶园、果园总有机碳分别比CK高30.29%、17.94%、17.35%；在10～20 cm土层中，农地、茶园、果园总有机碳分别比 CK高50.10%、39.28%、43.49%；在20～40 cm土层中，农地、茶园、果园总有机碳分别比 CK高87.75%、72.74%、76.57%。从图 1 还可以看出，同一土地利用方式土壤总有机碳含量随土层加深而降低，且CK降低幅度最高，如CK 在20～40 cm土层土壤总有机碳仅为0～10 cm土层的44.19%，农地、茶园、果园则分别高达 63.68%、64.72%、66.48%(P＜0.05)。土壤有机碳的提高可能是耕层培肥措施等起主导作用，如有机肥的使用、秸杆还田、果园套种绿肥等[19-20]，造成土壤中总有机碳含量显著提高。在耕层培肥的同时，配套翻耕和轮作等方式也有可能提升土壤剖面总有机碳含量，这也是农用地对土壤总有机碳含量提升效果较桔园和茶园好的原因所在；另外，地上部分的植被类型也在一定程度上决定了有机物质的输入量，从而影响到土壤中有机碳的含量。

图1 不同土地利用方式下土壤总有机碳分布特征

2.3 不同土地利用方式对土壤活性有机碳分布的影响

不同土地利用方式下不同层次土壤活性有机碳含量差异明显(图 2)，均表现为农地、茶园、果园显著高于CK，其中，0～10 cm土层土壤活性有机碳含量分别比CK高54.35%、37.40%、33.65%，10～20 cm土层分别比CK高62.27%、46.03%、36.15%，20～40 cm土层分别比CK高61.61%、59.91%、53.97%。同时，从图2还可以看出，农地0～20 cm土层土壤活性有机碳含量显著高于茶园和果园，20～40 cm土层土壤活性有机碳含量则相当；农地0～10 cm土层土壤活性有机碳含量比茶园和果园分别高 10.98% 和13.41%，10～20 cm土层分别高10.01% 和16.09%。原因可能是人为因素及植被类型影响着土壤中总有机碳含量，而总有机碳含量的高低在很大程度决了活性有机碳的丰缺[21]。同时，不同土地利用方式下土壤承接根系分泌物类型不同，因此形成的土壤碳库，特别是活性碳库会存在差别[22]。另外，土壤活性有机碳与土壤中氮素含量关系密切[23]，土壤中氮素随着土地利用方式发生改变而发生变化，对活性有机碳库产生一定程度的影响。对红壤旱地不同土地利用方式来说，土壤活性有机碳提升的具体原因有待于进一步研究。

图2 不同土地利用方式下土壤活性有机碳的分布特征

2.4 不同土地利用方式对土壤碳库管理指数的影响

将对照作为参照土壤，采用时空替代法，对不同土地利用方式下不同层次的碳库管理指数进行计算，结果见表2。从表2中可以看出，在0～10 cm土层，不同土地利用方式的土壤碳库管理指数存在显著差异(P＜0.05)，与CK相比，农地、茶园、果园利用方式下的土壤碳库管理指数分别提高59.37%、41.32%、36.69%，且农地土壤碳库管理指数显著高于茶园和果园(P＜0.05)；在10～20 cm土层，尽管农地、茶园和果园的土壤碳库管理指数显著高于未开垦红壤旱地(P＜0.05)，但农地和茶园、茶园和果园的土壤碳库管理指数没有明显差异(P＞0.05)，而农地土壤碳库管理指数则比果园的土壤碳库管理指数高 22.31%，达到显著差异(P＜0.05)；在20～40 cm土层，农地、茶园、果园的土壤碳库管理指数则无明显差异(P＞0.05)，这说明从提高土壤碳库管理角度考虑红壤旱地有机质提升时，需要考虑耕作深度这一影响因素，这也在一定程度上为红壤旱地合理耕层构建研究提供了依据。

表2 不同土地利用方式下各土层的土壤碳库管理指数

3 结论

1) 本次调查表明，与红壤荒地相比，农地、果园、茶园降低了0～40 cm土壤pH和容重，尤其是对10 cm以下土壤pH和容重有显著影响，分别降低了 6.94%～19.27% 和 3.58%～13.13%；土壤碱解氮含量提高15.90%～142.33%，有效磷含量和碱解氮表现趋势一致。

2) 红壤旱地不同土地利用方式下各土层土壤总有机碳、活性有机碳含量随土层加深而降低，均表现为农地＞果园≈茶园＞未开垦的红壤荒地，相比于未开垦的红壤荒地，其他3种土地利用方式下土壤总有机碳含量提高了17.35%～87.75%，活性有机碳含量提高了 33.65%～62.27%。

3) 红壤旱地开垦利用能显著提高土壤碳库管理指数，在选取的3种不同利用方式下，土壤碳库管理指数在0～10 cm土层差异显著，表现为农地＞果园≈茶园；在0～20 cm土层表现为农地与茶园相当，与果园有显著差异；在20～40 cm土层3种不同土地方式无明显差异。

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