姚如男，周 清，張偉暢，馮 旖，吳婷華，張楊珠

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 湖南 長沙410128； 2. 土壤肥料資源高效利用國家工程實驗室， 湖南 長沙410128； 3. 零陵區(qū)人民政府， 湖南 永州425100）

隨著城市化的發(fā)展，工業(yè)化水平不斷提高，全球性溫室效應(yīng)不斷加劇，人地矛盾也越來越突出，由此引發(fā)了一系列環(huán)境、社會問題。農(nóng)田土壤碳儲量僅占全球土壤碳儲量的8%～10%，但農(nóng)田固碳減排的動態(tài)變化與大氣二氧化碳濃度變化息息相關(guān)[1]。據(jù)估算，中國農(nóng)業(yè)土地每年以二氧化碳的形式釋放到大氣的碳為366×106t[2]。稻田不僅是中國糧食生產(chǎn)的重要基地，也是溫室氣體的重要來源，弄清稻田有機(jī)碳的儲量和密度對于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。

稻田土壤有機(jī)碳含量是土壤重要組成部分，與土壤肥力關(guān)系密切，其含量豐缺情況是指導(dǎo)作物平衡施肥的重要依據(jù)。據(jù)估算我國水稻土表層有機(jī)碳儲量為5.09×10-9mg，平均碳密度為37.6 t/hm2[3]，有機(jī)碳含量呈現(xiàn)出較明顯的地帶性分布規(guī)律，以東北地區(qū)、華中地區(qū)和西南地區(qū)較高，而華東地區(qū)和華南地區(qū)較低[4]。有研究表明，通過測土配方施肥，查清稻田土壤表層有機(jī)碳含量及變化規(guī)律，加大科學(xué)管理力度，如配施、秸稈還田、增施有機(jī)肥和免耕等措施均有助于減緩農(nóng)田溫室氣體排放，提升稻田土壤有機(jī)碳儲量[5-6]。水稻生產(chǎn)是零陵區(qū)主要的優(yōu)勢作物，筆者采用土壤類型法估算了零陵區(qū)水稻土表層有機(jī)碳密度和儲量，對該區(qū)稻田土壤表層有機(jī)碳的含量及變化規(guī)律進(jìn)行了研究，以期指導(dǎo)農(nóng)戶對農(nóng)田進(jìn)行科學(xué)培肥與管理。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

零陵區(qū)位于湖南省永州市，地理位置東經(jīng)110°10′～111°56′，北緯25°51′～26°26′。區(qū)內(nèi)四周高山環(huán)繞，中部丘崗起伏，構(gòu)成山間盆地之狀。境內(nèi)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，熱量豐富，光照充足，雨量充沛，無霜期長。年日照數(shù)1 491 h，平均氣溫為17.8℃，日平均氣溫大于10℃的積溫為5 557℃。

1.2 樣品采集與分析

研究數(shù)據(jù)來源于零陵區(qū)測土配方施肥項目，依據(jù)研究區(qū)內(nèi)水田面積和土種類型確定采樣數(shù)。采用X 法均勻隨機(jī)采取水稻土表層土壤，土壤容重采用采用環(huán)刀法測定，采樣點坐標(biāo)采用GPS 儀定位。土樣經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干，制樣后，土壤有機(jī)質(zhì)采用硫酸—重鉻酸鉀外加熱法測定。

圖件數(shù)據(jù)材料采用湖南省零陵區(qū)行政區(qū)劃圖（1∶10 000）、土地利用現(xiàn)狀圖（1∶10 000）、土壤類型圖（1∶50 000）和地貌類型圖（1∶50 000）。

1.3 數(shù)據(jù)計算

土壤有機(jī)碳密度計算公式如下：

式中，SOCD 為土壤有機(jī)碳密度（t/hm2）；SOM 為土壤有機(jī)質(zhì)平均含量（g/kg）；ρ 為土壤容重（g/cm3）；H為土層厚度（cm）；0.58 為Bemmelen 換算系數(shù)；C 為土壤中大于2 mm 的粗顆粒的體積百分含量（%）。

土壤有機(jī)碳儲量計算公式如下：

式中，SOCR 為土壤有機(jī)碳儲量（t）；SOCDi為某塊圖斑有機(jī)碳密度（t/hm2）；Si為某圖斑面積（hm2）。

2 結(jié)果與分析

2.1 零陵區(qū)不同類型水稻土有機(jī)碳密度和碳儲量

由于地形條件、水分狀況的不同以及施肥、管理等人為因素的影響，使零陵區(qū)水稻土各亞類表層土壤有機(jī)質(zhì)的積累和分解速率各異，有機(jī)質(zhì)含量存在明顯差異，以潛育型的最高，漂白型的最低（表1）。零陵區(qū)共有水田土壤30 052.93 hm2，其中表層土壤有機(jī)質(zhì)含量處于20～30 g/kg 的有3 637.63 hm2，占了水田土壤總面積的12.10%；表層土壤有機(jī)質(zhì)含量處于30～40 g/kg 的有8 936.16 hm2，占29.73%；表層土壤有機(jī)質(zhì)含量大于40 g/kg 的有17 361.97 hm2，占57.77%。這表明零陵區(qū)水稻土表層有機(jī)質(zhì)含量處于較高的水平。

零陵區(qū)水稻土表層土壤有機(jī)碳總儲量為1683003.35t，平均碳密度為55.42 t/hm2。不同土壤亞類水稻土表層土壤有機(jī)碳密度介于49.70～56.01 t/hm2之間，以潴育型的碳密度最大，其次為淹育型、潛育型和漂白型。各土壤亞類的面積對碳儲量估算結(jié)果有較強相關(guān)性，其中潴育型水稻土碳儲量最高，為1 234 445.06 t，占總儲量的73.35%，其次為潛育型和淹育型水稻土，分別占總儲量的15.72%和10.88%。儲量最小的為漂白型水稻土，僅占總儲量的0.05%。

表1 零陵區(qū)不同類型水稻土有機(jī)碳密度和碳儲量

不同土屬的水稻土有機(jī)碳密度具有明顯差異，以爛泥田、紫泥田、酸紫泥的有機(jī)碳密度最高，分別為72.38、65.16、60.44 t/hm2，淺紅黃泥、灰泥田、中性紫泥田等土屬次之，有機(jī)碳密度最低的為白散泥，僅35.41 t/hm2。不同土屬的表層有機(jī)碳密度的差異性與自然環(huán)境條件有密切關(guān)系，另外，施肥和管理也是影響有機(jī)碳密度的關(guān)鍵因素。

2.2 零陵區(qū)不同地貌水稻土有機(jī)碳密度和碳儲量

不同的地形地貌條件，母巖母質(zhì)、氣候、植被、生物和對水、熱條件均有顯著差異，從而影響稻田土壤表層有機(jī)碳。不同地貌的水稻土表層有機(jī)質(zhì)含量存在明顯差異，河口三角洲的水稻土表層有機(jī)質(zhì)含量最高，為41.73 g/kg，其次為低山、臺地和丘陵區(qū)，最低的為階地，僅有34.34 g/kg。水稻土有機(jī)碳密度分布與地形地貌類型有密切聯(lián)系，分布于排田的水稻土，排水條件好，易于通風(fēng)通氣，有機(jī)質(zhì)分解較快；而位于沖田的水稻土，因長期漬水導(dǎo)致土壤透氣性差，有機(jī)碳密度普遍較大。不同地形的水稻土表層土壤有機(jī)碳密度有明顯的差異，最高的達(dá)到57.79 t/hm2，最低的僅47.03 t/hm2。一方面不同的地形地貌制約著水熱的分布，影響著表層土壤有機(jī)碳密度；另一方面人為因素，包括施肥、灌溉和管理等也起著主要作用。由表2 可知，臺地的碳儲量達(dá)到893 859.29 t，占零陵區(qū)水稻土表層有機(jī)碳儲量的53.11%；其次為丘陵區(qū)水稻土表層土壤碳儲量占21.79%，第三為沖積平原和低山區(qū)，分別占11.80%和11.08%；階地、中山和河口三角洲所占比例較少，分別占全區(qū)碳儲量的0.99%、0.95%和0.27%。

零陵區(qū)水稻土表層有機(jī)碳密度空間分布總體上表現(xiàn)為東、西部地區(qū)較高，中部地區(qū)較低。不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間水稻土表層有機(jī)碳密度相差較大，其中以菱角塘鎮(zhèn)最大，為61.10 t/hm2，其次為凼底鄉(xiāng)、石巖頭鎮(zhèn)和七里店街道，有機(jī)碳密度最小的為朝陽街道，僅為50.00 t/hm2。

表2 零陵區(qū)不同地貌類型水稻土地表層土壤有機(jī)碳密度和碳儲量

2.3 零陵區(qū)水稻土表層有機(jī)碳密度比較

全國各地區(qū)的水稻土表層土壤有機(jī)碳密度存在較大的差異，零陵區(qū)、南縣、臨澧縣、桃江縣、華南地區(qū)、東北地區(qū)、華北地區(qū)、西南地區(qū)水稻土表層土壤有機(jī)碳平均密度分別為55.4、60.8、53.8、51.4、40.4、42.7、31.0、36.3 t/hm2[7]。零陵區(qū)水稻土多分布于河谷階地、丘間平地和沖垅，以石灰?guī)r風(fēng)化物所生成的水稻土面積最為廣闊，其表層土壤有機(jī)碳密度低于主要由近代河流沖積物發(fā)育的南縣，但高于由第四紀(jì)紅土發(fā)育而成的臨澧縣和板頁巖發(fā)育而成的桃江縣。通過與其他區(qū)域水稻土表層土壤有機(jī)碳密度比較，發(fā)現(xiàn)零陵區(qū)有機(jī)碳密度高于我國均值。

相比于第二次土壤普查數(shù)據(jù)，零陵區(qū)水稻土有機(jī)碳總體呈現(xiàn)上升趨勢。第二次土壤普查時，零陵區(qū)水稻土表層土壤有機(jī)碳平均密度為36.28 t/hm2，全區(qū)水稻土有機(jī)碳含量也僅為適宜水平[8-9]。三十多年里，隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，零陵區(qū)稻田系統(tǒng)生產(chǎn)力的逐步提高，水稻秸稈還田量和有機(jī)物施用量的增加，土壤有機(jī)碳的積累得到了促進(jìn)。不同土屬的表層有機(jī)碳密度有增有減，其中以爛泥田增加量最大，由27.55 t/hm2增至72.38 t/hm2，而青泥田的減少量最大，由59.68 t/hm2減小到40.98 t/hm2。隨著城市化水平的提高，建設(shè)用地的增加等，零陵區(qū)水田面積呈遞減趨勢，從而加速了水稻土有機(jī)碳儲量的減少。

3 討論與結(jié)論

通過多源信息，如零陵區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖、土壤類型圖、地貌類型圖和行政區(qū)劃圖等，系統(tǒng)性地對縣域級尺度水稻土有機(jī)碳儲量進(jìn)行了估算，研究結(jié)果表明：（1）零陵區(qū)水稻土有機(jī)碳儲庫約為1 683 003.35 t，平均有機(jī)碳密度為55.42 t/hm2，有機(jī)碳密度高于我國水稻土表層有機(jī)碳密度均值。相比第二次土壤普查數(shù)據(jù)，水稻土有機(jī)碳密度總體呈現(xiàn)為上升趨勢。（2）零陵區(qū)水稻土有機(jī)碳密度具有高度的空間變異性，空間分布上，總體表現(xiàn)為東、西部地區(qū)土壤有機(jī)碳儲量較高，中部地區(qū)較低。不同土壤亞類的表層土壤有機(jī)碳密度介于49.70～56.01 t/hm2之間。不同地形的水稻土表層土壤有機(jī)碳密度有明顯的差異，最高的達(dá)到57.79 t/hm2，最低的僅47.03 t/hm2。

稻田土壤有機(jī)碳含量是土壤肥力的重要組成部分，其含量豐缺情況是指導(dǎo)作物平衡施肥的重要依據(jù)。研究零陵區(qū)稻田土壤表層有機(jī)碳含量及變化規(guī)律，估算稻田土壤碳儲庫，對因地制宜地進(jìn)行科學(xué)管理，總結(jié)培肥改土措施，科學(xué)指導(dǎo)該地區(qū)農(nóng)戶平衡施肥，減緩農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的二氧化碳排放和保護(hù)地區(qū)生態(tài)環(huán)境等具有重要意義。此外，近年來化肥施用量逐年增加，而有機(jī)肥施用量卻相對地減少，且隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對土壤的過度利用導(dǎo)致土壤耕性明顯變差，保水保肥能力大幅下降。如何以精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型，通過保障水稻種植面積的穩(wěn)定性，大力引進(jìn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種，增加種稻的科技含量，提高科技普及率等有效措施，提升水稻單位面積產(chǎn)量，增加水稻總產(chǎn)量將是以后農(nóng)田管理的方向；同時結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H生產(chǎn)情況，逐步加大有機(jī)肥的施用量，通過堆漚農(nóng)家肥，秸稈漚肥、種植綠肥等方式，增加有機(jī)肥投入量，以保持全區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的動態(tài)平衡也是今后的工作重點。

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