焦克強(qiáng)，段建軍，王小利，易 香，陳祖擁，卜通達(dá)

(1.貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學(xué) 煙草學(xué)院，貴州 貴陽 550025；3.安順市西秀區(qū)土肥站，貴州 安順 561000)

土壤有機(jī)碳(SOC)與全氮(TN)是土壤養(yǎng)分的重要組成部分[1]，也是植物生長(zhǎng)必需營養(yǎng)元素的主要來源。相關(guān)研究表明，SOC與TN含量是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，對(duì)土壤生產(chǎn)力與土地可持續(xù)利用以及環(huán)境保護(hù)有重要作用與意義[2]。因此，SOC與TN含量的變化一直是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)研究的熱點(diǎn)[3]。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤是“碳、氮匯”還是“碳、氮源”主要取決于土壤碳氮儲(chǔ)量的變化[4]。20世紀(jì)70年代以來，國外對(duì)全球和區(qū)域尺度的土壤碳儲(chǔ)量[5-6]進(jìn)行了廣泛研究，取得了很大進(jìn)展，我國近年來在這方面也開展了大量工作[7-8]。但對(duì)土壤氮儲(chǔ)量，特別是土壤剖面氮儲(chǔ)量的研究相對(duì)較少[9]。在全球氣候變化中，Batjes NH等[5]研究表明，SOC與TN在全球碳氮循環(huán)中起著重要作用，其儲(chǔ)量巨大[10]，即使其細(xì)微的改變也有可能導(dǎo)致大氣中溫室氣體濃度的變化，進(jìn)而影響未來的全球氣候變化[11]。Puget P等[12]報(bào)道，SOC和TN儲(chǔ)量的增加在某種意義上亦可緩解大氣CO2與N2O濃度的升高，從而減輕溫室效應(yīng)。所以，研究土壤中的碳儲(chǔ)量有助于揭示土壤碳貯藏對(duì)全球變化響應(yīng)的時(shí)間、方式及規(guī)模[13]。同時(shí)，研究土壤中的氮儲(chǔ)量也有助于揭示土壤氮貯藏對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)機(jī)制。

土地利用是指對(duì)土地的使用狀況，是人類根據(jù)土地的自然特點(diǎn)，按照一定的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)目的，采取一系列生物、技術(shù)手段對(duì)土地進(jìn)行長(zhǎng)期或周期性的經(jīng)營管理和治理改造活動(dòng)[14]。目前，國內(nèi)外學(xué)者在土地利用方式及其變化對(duì)SOC儲(chǔ)量與碳密度的影響方面已經(jīng)開展了大量的研究，取得了一定的成果[15，16]。與SOC相比，土壤TN儲(chǔ)量與密度則是在研究SOC儲(chǔ)量與密度的基礎(chǔ)上進(jìn)行了探討。王紹強(qiáng)等[17]研究表明，土地利用/覆蓋變化改變了土壤微生態(tài)環(huán)境，從而影響著陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)。Templer PH等[18]研究也表明，土地利用變化是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)的最大因素之一，是僅次于化石燃燒而使大氣 CO2濃度急劇增加的最主要人為活動(dòng)。上述研究區(qū)域尺度較為廣泛，而選取小流域尺度的研究還不多見。鑒于此，本研究擬選取代表性小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)不同土地利用方式下土壤碳氮含量及儲(chǔ)量特征進(jìn)行系統(tǒng)分析。

貴州省威寧縣東山河小流域位于喀斯特湖泊—草海的西側(cè)，是典型的喀斯特小流域，其生態(tài)比較脆弱。近年來，隨著人類活動(dòng)程度不斷加強(qiáng)，該小流域內(nèi)的土地利用方式發(fā)生急劇改變，進(jìn)而破壞了其生態(tài)環(huán)境，并對(duì)該小流域的土壤碳氮循環(huán)產(chǎn)生了很大影響。基于此，本研究以東山河小流域內(nèi)的草地、耕地、林地3類土地利用方式下的土壤為研究對(duì)象，探討了不同土地利用方式下的土壤理化性質(zhì)、SOC與TN含量、碳氮比(C/N)、碳氮密度及儲(chǔ)量，揭示了典型喀斯特地區(qū)不同土地利用方式下SOC庫與氮庫儲(chǔ)量，以期為合理利用喀斯特地區(qū)土地資源與評(píng)價(jià)該小流域土壤固定碳、氮的能力提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究所需材料取自貴州省威寧縣東山河小流域內(nèi)3類土地利用方式(草地、耕地及林地)下的土壤。研究區(qū)地理位置介于東經(jīng)104°12′06″～104°12′44″、北緯26°49′41″～26°50′37″之間，地勢(shì)總體從西、南、東三面向北降低，海拔2183～2195 m。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降雨量960 mm，年平均氣溫11.94℃，年均日照時(shí)數(shù)950 h，無霜期187 d左右，≥10℃的積溫為2568.7℃，冬暖夏涼，日溫差大，年溫差小。研究區(qū)面積約為1.41 km2，草地面積為0.31 km2，耕地面積為0.76 km2，林地面積為0.34 km2。成土母質(zhì)主要是碳酸鹽巖。植被為常綠-落葉混交林及灌木叢等次生林。土壤主要有黃壤、黃棕壤與灰泡土。主要農(nóng)作物有馬鈴薯、小麥和玉米。

1.2 樣品采集與制備

于2015年3月上旬，借助GPS進(jìn)行定位，對(duì)東山河小流域土地利用方式進(jìn)行實(shí)地考察與土壤樣品采集。3類土地利用方式中，草地與耕地按照規(guī)則格網(wǎng)法采集0～20 cm土壤樣品，林地則設(shè)置典型樣地，每一樣地按照“S”型多點(diǎn)混合取樣法采集0～20 cm土層樣品。共采集土壤樣品222個(gè)，草地82個(gè)，耕地100個(gè)，林地40個(gè)。用環(huán)刀采集原狀土以測(cè)定土壤容重(BD)。土壤樣品經(jīng)風(fēng)干處理后，磨細(xì)，分別過2 mm和0.25 mm篩儲(chǔ)存?zhèn)溆?，用于分析SOC與TN等其他指標(biāo)。

1.3 測(cè)試方法與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

電位法測(cè)定土壤pH(土水比1∶2.5)；凱氏定氮法測(cè)定TN；重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)；碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷；堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮；乙酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定速效鉀，以上指標(biāo)均參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析》等資料方法[19]進(jìn)行測(cè)定。每批樣設(shè)定50%的平行樣本數(shù)，同時(shí)加2個(gè)土壤標(biāo)樣(ESS-3)和2個(gè)空白樣，以控制樣品測(cè)定的準(zhǔn)確度和消除樣品測(cè)定過程中可能出現(xiàn)的試劑、儀器、環(huán)境帶來的系統(tǒng)誤差。

不同土地利用方式下表層(0～20 cm)SOC密度(DSOCi)計(jì)算公式為：

(1)

式中：Ci、BDi、Hi、Gi、102分別表示土地利用方式i的表層土壤有機(jī)碳含量(g/kg) 、土壤容重(g/cm3)、土層厚度(cm)、土壤粒徑>2 mm 的石礫所占體積百分比(%)、單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。每種土地利用方式的土壤無粒徑>2 mm 的石礫，則Gi=0。

不同土地利用方式下表層SOC儲(chǔ)量(TSOCi)計(jì)算公式為：

TSOCi=DSOCi×Ai

(2)

式中：Ai為土地利用方式i的面積。不同土地利用方式下的土壤氮密度與儲(chǔ)量以同樣方法計(jì)算。

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0和Microsoft excel 2003軟件進(jìn)行處理和圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式下土壤理化性質(zhì)

對(duì)東山河小流域不同土地利用方式下的土壤基本理化性質(zhì)：pH、堿解氮(AN)、速效鉀(AK)、速效磷(AP)<0.01 mm物理性粘粒含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表1所示。3類土地利用方式的土壤<0.01物理性粘粒含量變幅跨度較大。其中，草地土壤<0.01 mm物理性粘粒含量(%)變幅為38%～99%，土壤質(zhì)地分類由中壤土過度到重粘土；耕地土壤<0.01 mm物理性粘粒含量(%)變幅為59%～96%，土壤質(zhì)地分類為輕粘土過渡到重粘土；林地土壤<0.01 mm物理性粘粒含量(%)變幅為26%～92%，土壤質(zhì)地從輕壤土向重粘土過度。草地與林地土壤質(zhì)地發(fā)生的變化較大，由壤土過渡到粘土，而耕地土壤質(zhì)地均是粘土。

從表1中可以看出，草地、耕地與林地表層土壤pH值分別為5.71±0.09、5.91±0.07、5.37±0.10，3類土地利用方式的土壤酸堿度均呈酸性，且3類土地利用方式間的差異達(dá)到了顯著性水平(p<0.05)。3類土地利用方式下AN含量大小規(guī)律為草地(193±3.50 mg/kg)>耕地(172±3.83 mg/kg)>林地(159±7.36 mg/kg)，其中草地與耕地、林地AN含量差異顯著(p<0.05)，而耕地與林地AN含量差異不顯著(p>0.05)；AK含量規(guī)律為林地(174.68±1.15 mg/kg)>草地(171.57±7.52 mg/kg)>耕地(145.21±5.99 mg/kg)，其中，耕地與草地、林地AK含量差異顯著(p<0.05)，但林地與草地AK含量差異不顯著(p>0.05)；AP含量規(guī)律為草地(21.89±1.89 mg/kg)>林地(15.65±1.60 mg/kg)>耕地(15.10±1.40 mg/kg)，其中，草地與耕地、林地AP含量差異顯著(p<0.05)，耕地與林地AP含量差異不顯著(p>0.05)。

表1 不同土地利用方式下土壤理化性質(zhì)Tab.1 Soil physical and chemical properties under different land use patterns

2.2 不同土地利用方式下SOC與TN含量

由表2可知，研究區(qū)全流域的SOC與TN含量分別為26.84±0.66 g/kg與2.59±0.05 g/kg，并且其SOC與TN含量的變異系數(shù)分別為36.54%與26.13%，均屬于中等變異。不同土地利用方式下的SOC和TN含量均表現(xiàn)出明顯差異。其中，草地的SOC含量為29.59±1.06 g/kg，顯著高于耕地(25.73±0.93 g/kg)與林地(23.99±1.63 g/kg)(p<0.05)，而耕地與林地的SOC含量差異不顯著(p>0.05)，此外，草地、耕地與林地的SOC含量的變異系數(shù)分別為32.55%、36.01%與42.91%，都屬于中等變異。其次，3類土地利用方式下的TN含量差異顯著(p<0.05)，其大小規(guī)律為草地(2.87±0.07 g/kg)>耕地(2.50±0.06 g/kg)>林地(2.26±0.11 g/kg)，并且3類土地利用方式下的TN含量的變異系數(shù)介于10%～100%之間，屬于中等變異。從SOC與TN含量的變異系數(shù)來看，林地受人為干擾與流水沖蝕等作用較大，所以其SOC與TN含量的變異系數(shù)最大；耕地受人為干擾的單一作用最大，而草地主要受自然降水等因素影響，所以耕地與草地的SOC與TN含量變異系數(shù)較小。

2.3 不同土地利用方式下SOC與TN的關(guān)系

土壤碳氮比(C/N)是衡量土壤C、N營養(yǎng)平衡狀況的重要指標(biāo)，它的演變趨勢(shì)對(duì)土壤碳、氮循環(huán)有重要影響[20]，C/N的差異與不同土地利用方式下的SOC與TN含量大小密切相關(guān)[21]。從表2可以看出，研究區(qū)全流域及3類土地利用方式下的C/N均值都在10.00左右，其變異系數(shù)都介于10%～100%之間，屬于中等變異。在3類土地利用方式中，林地的C/N最大，為10.29±0.39，變異系數(shù)為19.43%，屬于中等變異；其次為草地(10.14±0.16)，其變異系數(shù)最小，為14.34%，屬于中等變異；耕地的C/N最低，僅為10.01±0.19，但其變異系數(shù)最大，為23.94%，也屬于中等變異。

表2 不同土地利用方式下SOC、TN含量與碳氮比Tab.2 Soil organic carbon contents ,total nitrogen contents and C/N under different land use patterns

由圖1可知，研究區(qū)全流域及3類土地利用方式下的SOC含量與TN含量均呈極顯著的線性關(guān)系(p<0.01)，線性回歸方程依次為y = 0.0636x + 0.8839、y = 0.0601x + 1.0912、y = 0.061x + 0.925、y = 0.0645x + 0.708，其相應(yīng)的決定系數(shù)R2分別為0.8456、0.8435、0.8499、0.8526，說明SOC與TN之間有著密切的關(guān)系[22]，并且TN含量與SOC的消長(zhǎng)趨勢(shì)一致。

2.4 不同土地利用方式下土壤理化性質(zhì)與SOC、TN的關(guān)系

由表3可以看出，研究區(qū)全流域的SOC含量與AN含量、C/N之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與土壤pH、AP、土壤容重(BD)呈正相關(guān)，而與AK呈負(fù)相關(guān)；全流域的TN含量與AN含量、C/N之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與土壤pH呈顯著正相關(guān)，與AP、BD呈正相關(guān)，而與AK呈負(fù)相關(guān)。3類土地利用方式下的SOC含量、TN含量與AN含量、C/N之間均存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系。其中，草地SOC含量與土壤pH呈極顯著負(fù)相關(guān)，而草地TN含量與土壤pH呈極顯著正相關(guān)，草地SOC、TN含量與AK呈正相關(guān)，與AP、BD呈負(fù)相關(guān)；耕地SOC、TN含量與土壤pH、AP呈正相關(guān)，與AK呈極顯著負(fù)相關(guān)，與BD呈負(fù)相關(guān)；林地SOC、TN含量與土壤pH、AP、BD呈正相關(guān)，而與AK呈負(fù)相關(guān)。

圖1 不同土地利用方式下SOC與TN的相關(guān)關(guān)系Fig.1 Correlation between soil organic carbon and total nitrogen under different land use patterns

2.5 不同土地利用方式下土壤容重與SOC、TN密度

土壤容重是反映土壤的一個(gè)具有較長(zhǎng)時(shí)間變異性的動(dòng)態(tài)屬性，其大小受土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)性和松緊度等的影響，同時(shí)也是計(jì)算土壤碳密度的一個(gè)重要指標(biāo)[21]。從表4可以看出，研究區(qū)全流域及3類土地利用方式下的BD大小規(guī)律為：林地(1.22±0.05 g/cm3)>草地(1.19±0.02 g/cm3)>耕地(1.12±0.02 g/cm3)>全流域(1.18±0.01 g/cm3)。耕地顯著低于草地與林地(p<0.05)，而林地分別比耕地、草地高出4%和2%。BD值越大說明土壤越緊實(shí)、板結(jié)，土壤過緊土壤透水性差，BD值越小說明土壤疏松多孔，結(jié)構(gòu)性好[23]，其大小與土壤質(zhì)地、有機(jī)碳含量密切相關(guān)[24]。在3類土地利用方式中，林地的BD最大，說明林地土壤最緊實(shí)，孔隙度??；林地與草地在轉(zhuǎn)變?yōu)槠赂睾透氐倪^程中，土壤的保水能力逐漸下降，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，使得土壤的緊實(shí)度降低，BD值變小。所以，翻耕等措施可改變土壤的松緊狀況，改變BD值大小。

SOC密度與TN密度主要由BD與SOC含量、TN含量決定。根據(jù)式(1)可計(jì)算各類土地利用方式下的SOC密度與TN密度。結(jié)果如表4所示，表層0～2cm土層深度，研究區(qū)全流域的SOC密度與TN密度分別為6.33±0.16 kg/m2與0.61±0.01 kg/m2。在研究區(qū)不同土地利用方式中，草地SOC密度、氮密度分別為7.04±0.25 kg/m2、0.68±0.02 kg/m2，顯著高于耕地與林地(p<0.05)；SOC密度耕地最低，為5.76±0.16 kg/m2，土壤TN密度林地最低，為0.55±0.03 kg/m2。3類土地利用方式中，草地SOC含量高于耕地與林地，并且其BD較大，從而使SOC密度與TN密度最高。長(zhǎng)期的人為耕作使耕地土壤結(jié)構(gòu)疏松，導(dǎo)致BD較小，并且長(zhǎng)期的人為耕作容易造成土壤SOC與TN的流失，從而使其SOC密度與TN密度較低。林地的SOC與TN含量最低，但較高的BD 值影響了SOC、氮密度。

表3 不同土地利用方式下土壤理化性質(zhì)與SOC、TN的相關(guān)性檢驗(yàn)Tab.3 Correlation between soil physical and chemical properties and soil organic carbon, total nitrogen under different land use patterns

表4 不同土地利用方式下SOC與TN儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Statistics of soil organic carbon and total nitrogen storage under different land use patterns

2.6 不同土地利用方式下SOC與TN儲(chǔ)量

不同土地利用方式由于立地環(huán)境有很大差異，導(dǎo)致了SOC與TN儲(chǔ)量的差異。 表4結(jié)果是東山河小流域不同土地利用方式下的表層SOC儲(chǔ)量與TN儲(chǔ)量。根據(jù)式(2)計(jì)算得出東山河小流域0～20 cm土層SOC與TN總儲(chǔ)量分別為8.93×103t與8.60×102t。研究區(qū)不同土地利用方式中，耕地的SOC與TN儲(chǔ)量較高，其面積占流域面積的53.90%，SOC儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的49.05%，土壤TN儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的24.51%。其次為草地與林地，其面積比例分別為21.99%與24.11%，其中草地與林地SOC儲(chǔ)量分別占總儲(chǔ)量的24.45%與22.29%，而土壤TN儲(chǔ)量分別占總儲(chǔ)量的24.42%與21.74%。

3 討論

不同土地利用方式改變了土壤的微生態(tài)環(huán)境[25]，從而導(dǎo)致了土壤的理化性質(zhì)發(fā)生了變化。本研究結(jié)果表明不同土地利用方式對(duì)土壤物理與化學(xué)性質(zhì)均具有顯著影響。土壤物理性質(zhì)是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的指標(biāo)之一。土壤質(zhì)地是土壤本身所持有的一種非常穩(wěn)定的自然屬性，并且是決定土壤水、肥、氣、熱的重要因素之一。研究發(fā)現(xiàn)，不同土地利用方式下的土壤<0.01 mm物理性粘粒含量變幅跨度較大，土壤質(zhì)地分類存在明顯差異。草地與林地土壤質(zhì)地發(fā)生的變化較大，這是由于草地與林地土壤植被覆蓋率低，根系不發(fā)達(dá)，根系不能更好的龐絡(luò)土壤，使得土壤粘粒含量增加，土壤質(zhì)地由壤土向粘土過渡。耕地土壤質(zhì)地都是粘土，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的可能原因是，不合理的耕作方式與管理措施使耕地表層積水、土壤形成板結(jié)，從而使耕地土壤的質(zhì)地越發(fā)粘重。土壤容重是土壤物理性質(zhì)的綜合反映，其值大小與土壤密度、孔隙度密切相關(guān)。耕地的BD顯著低于草地與林地(p<0.05)，而林地分別比耕地、草地高出4%和2%。這是由于林地土壤最緊實(shí)，孔隙度小，而林地和草地在轉(zhuǎn)變?yōu)槠赂睾透氐倪^程中，土壤的保水能力逐漸下降，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，使得土壤的緊實(shí)度、孔隙度降低，BD值變小。土壤化學(xué)性質(zhì)是衡量土壤肥力高低的重要指標(biāo)，影響土壤的耐肥性、緩沖性、耕性等[26]。研究表明，不同土地利用方式下的表層土壤酸堿度均呈酸性，并且各類土地利用方式間的差異達(dá)到了顯著性水平(p<0.05)。土壤酸堿性的形成決定于鹽基淋溶和鹽基積累過程的相對(duì)強(qiáng)度，受母質(zhì)、生物氣候及農(nóng)業(yè)措施等條件的制約[27]，草地土壤植被覆蓋單一、枯落物少，受積水淋溶影響較大，促使草地表層土壤鹽分減少；耕地土壤覆蓋種類多樣、耕作方式不同，土壤水分增多的情況下，鹽基飽和度下降；林地土壤樹種單一，枯落物較多，使土壤表層有機(jī)酸積累。草地的AN含量顯著高于耕地與林地(p<0.05)，而耕地與林地AN含量差異不顯著(p>0.05)，表明受人為干擾程度較低的草地土壤有利于堿解氮的積累；耕地的AK含量顯著低于草地與林地(p<0.05)，但林地與草地AK含量差異不顯著(p>0.05)，說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施對(duì)土壤有效鉀的積累有較大差異；草地的AP含量顯著高于耕地與林地，而耕地與林地AP含量差異不顯著(p>0.05)，說明土壤有效磷的富集程度與三類土地利用方式的積水情況有較大關(guān)聯(lián)。

SOC和土壤TN是土地利用方式改變過程中重要的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，土地利用方式的不同對(duì)土壤碳氮含量影響很大[28]，尤其是在生態(tài)比較脆弱的喀斯特小流域。土地利用方式的變化不僅直接影響SOC的含量和分布，而且通過影響與SOC形成和轉(zhuǎn)化的因子而間接影響SOC的含量和分布[17]。研究表明，由于土壤表層是有機(jī)物質(zhì)的富集地，故不同土地利用方式下的SOC含量與TN含量的變化類似，其變化規(guī)律大致為草地>耕地>林地，這一規(guī)律與張珍明等[29]研究結(jié)果類似。表層SOC的重要來源是大量的地表枯落物[30]，增加枯落物量能引起SOC含量的增加[31]。高俊琴等[32]研究表明土壤中TN的輸入量主要依賴于植物殘?bào)w的歸還量及生物固氮和水流輸入，也有少部分來源于大氣干濕沉降。草地植被主要是荒草叢，地表枯落物量較大，而且草地屬于季節(jié)性積水地帶，干濕交替的環(huán)境有利于有機(jī)碳氮的積累，使得草地SOC和TN含量較高。相比草地而言，耕地SOC與TN含量較低，主要原因是耕地地表覆蓋物少，而且受人為干擾較大，并且SOC氮的輸入方式主要以秸稈還田與施用有機(jī)肥，相比之下其凋落物輸入很少。林地枯落物現(xiàn)存量對(duì)SOC含量影響很大[33]。研究區(qū)林地植被為針葉林、灌木林及灌叢，其凋落物更少，而且枯死細(xì)根歸還量較低以及植被根系分布稀疏，均導(dǎo)致林地表層SOC和TN含量最低。經(jīng)線性相關(guān)性分析表明，研究區(qū)全流域及三類土地利用方式下的SOC含量與TN含量呈極顯著的線性關(guān)系(p<0.01)，相關(guān)系數(shù)整體達(dá)到R>0.90，表明TN含量與SOC的消長(zhǎng)趨勢(shì)是一致的，土壤TN在一定程度上決定了有機(jī)碳的含量，而土壤對(duì)碳的固持常常受土壤氮水平的制約[34]。土壤C/N是土壤質(zhì)量的敏感指標(biāo)，通常被認(rèn)為是土壤TN礦化能力的標(biāo)志[35]。也有研究表明，土壤C/N可以影響土壤中微生物的代謝活動(dòng)，進(jìn)而對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化產(chǎn)生作用[36]。研究結(jié)果顯示，全流域及三類土地利用方式下的土壤C/N均值范圍為10.01～10.29，我國的土壤C/N在9～13之間[37]，研究區(qū)土壤C/N在我國土壤C/N的正常范圍內(nèi)。說明東山河流域SOC與TN含量處于正常水平。一般認(rèn)為，土壤C/N在15～25之間，有機(jī)質(zhì)供肥狀況優(yōu)越[38]。東山河小流域土壤C/N低于15～25這一范圍，這在一定程度上說明了土壤中有機(jī)質(zhì)積累比較容易，土壤TN的礦質(zhì)化作用減弱，有利于土壤中TN的積累。

通過對(duì)不同土地利用方式下的SOC、TN含量與土壤理化性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析表明，研究區(qū)全流域及3類土地利用方式下的SOC含量、TN含量與AN含量、C/N之間均存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，說明土壤TN在一定程度上決定了SOC含量，而土壤對(duì)碳的固持常常受土壤氮水平的制約[34]，同時(shí)，土壤C/N對(duì)土壤中有機(jī)碳與TN循環(huán)有較大影響。土壤pH通過影響微生物的活動(dòng)而影響這土壤碳氮的固定與積累能力，它是影響SOC與TN空間分布的環(huán)境因子之一[39]。目前對(duì)于土壤pH與SOC含量相關(guān)性的研究結(jié)果不盡一致[40，41]，有研究表明，SOC含量與土壤pH之間在一定范圍內(nèi)呈極顯著的負(fù)相關(guān)[42]。本研究中，3類土地利用方式下土壤pH與SOC含量、TN含量的相關(guān)性只存在于草地土壤，說明土壤酸堿度對(duì)草地的SOC、TN含量變化有顯著影響。草地SOC、TN含量與AK呈正相關(guān)，與AP、BD呈負(fù)相關(guān)；耕地SOC、TN含量與AP呈正相關(guān)，與AK、BD呈負(fù)相關(guān)；林地SOC、TN含量與AP、BD呈正相關(guān)，與AK呈負(fù)相關(guān)。這是由于研究區(qū)3類土地利用方式下表層土壤環(huán)境條件不同，土壤容重、土壤水熱狀況差異，以及人為干擾程度不盡相同，導(dǎo)致了不同土地利用方式下SOC、TN含量與AK、AP、BD之間的相關(guān)性不一致。高勇等研究也表明，不同的土地利用方式可以通過改變土壤的水熱條件、土壤容重等從而改變土壤的理化性質(zhì)，影響土壤養(yǎng)分的流動(dòng)和轉(zhuǎn)化[43]。

SOC密度與TN密度是衡量某一地區(qū)土壤碳庫與氮庫大小的關(guān)鍵指標(biāo)，而土地利用方式的變化對(duì)土壤碳庫與氮庫的空間分布影響很大。不同土地利用方式由于立地環(huán)境有很大差異，導(dǎo)致了土壤碳氮密度和儲(chǔ)量的差異[44]。已有研究表明人類活動(dòng)對(duì)SOC密度的影響在一定范圍內(nèi)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然變化影響的速率和程度，主要變現(xiàn)在土地利用方式的變化上[45]。本研究結(jié)果顯示，研究區(qū)不同土地利用方式中，草地SOC密度與TN密度顯著高于耕地與林地(p<0.05)，SOC密度耕地最低，土壤TN密度林地最低。說明耕地與非耕地之間SOC密度存在顯著差異[46]。林地SOC密度大于耕地SOC密度，與李忠等[47]研究結(jié)果一致。土壤BD與SOC含量、TN含量決定SOC密度與TN密度。研究區(qū)不同土地利用方式中，草地的SOC含量高于耕地與林地，并且其BD較大，從而使SOC密度與TN密度最高。長(zhǎng)期的人為耕作使耕地土壤結(jié)構(gòu)疏松，導(dǎo)致BD較小，并且長(zhǎng)期的人為耕作容易造成耕地土壤SOC與TN的流失，從而使其SOC密度與TN密度較低。林地的BD 值最高，但較低的SOC含量與TN含量影響了SOC與TN密度。除此之外，影響SOC密度與TN密度差異的因素包括植被下凋落物、林木根系分布及人為擾動(dòng)土壤方式等[4]。

東山河小流域0～20 cm土層SOC總儲(chǔ)量與TN總儲(chǔ)量分別為8.93×103t與8.60×102t。由于不同土地利用方式的立地環(huán)境有很大差異，導(dǎo)致了SOC與TN儲(chǔ)量的差異。在3類土地利用方式中，耕地SOC與TN儲(chǔ)量最高，分別為4.38×103t與4.26×102t，分別占有機(jī)碳與TN總儲(chǔ)量的49.05%與24.51%，主要原因是其分布面積較大。其次為草地，有機(jī)碳儲(chǔ)量為2.18×103t，TN儲(chǔ)量為2.11×102t，林地較少，占有機(jī)碳總儲(chǔ)量的22.29%，占氮總儲(chǔ)量的21.74%。已有研究表明，由于頻繁受到人類活動(dòng)的干擾，農(nóng)田SOC和TN不斷地以CO2和無機(jī)氮形式釋放出來，因此，降低了土壤碳氮儲(chǔ)量，加劇溫室效應(yīng)，影響區(qū)域乃至全球氣候變化[48]。在本研究中，耕地土壤碳氮儲(chǔ)量雖最大，但單位面積的碳氮儲(chǔ)量很少，說明人為耕作會(huì)降低碳氮含量及儲(chǔ)量。草地土壤碳氮含量最高，同時(shí)單位面積的碳氮儲(chǔ)量也較多，因此合理地將研究區(qū)未利用地開墾為草地，可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，進(jìn)而增加SOC、氮儲(chǔ)量[45]。此外，本研究?jī)H對(duì)0～20 cm的土壤進(jìn)行研究，而對(duì)20 cm以下及更深層次的土壤碳氮含量及儲(chǔ)量的分布特征需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

3類土地利用方式下表層土壤理化性質(zhì)、SOC與TN含量及儲(chǔ)量具有顯著差異。草地與林地土壤質(zhì)地由壤土過渡到粘土，耕地土壤質(zhì)地比較粘重。草地、耕地及林地表層土壤酸堿度均呈酸性，且3類土地利用方式下表層土壤pH間的差異顯著。耕地的BD、AK含量顯著低于草地與林地，草地的AN、AP含量顯著高于耕地與林地。草地的SOC、TN含量為29.59±1.06 g/kg與2.87±0.07 g/kg，顯著高于耕地(25.73±0.93 g/kg、2.50±0.06 g/kg)與林地(23.99±1.63 g/kg、2.26±0.11 g/kg)。草地SOC密度(7.04±0.25 kg/m2)與TN密度(0.68±0.02 kg/m2)顯著高于耕地與林地，SOC密度耕地(5.76±0.16 kg/m2)最低，TN密度林地(0.55±0.03 kg/m2)最低。耕地SOC與TN儲(chǔ)量分別為4.38×103t與4.26×102t，顯著高于草地(2.18×103t、2.11×102t)與林地(1.99×103t、1.87×102t)。

3類土地利用方式下表層土壤SOC與TN含量屬于極豐富水平，并且其變化趨勢(shì)一致。C/N均在10.00左右，C/N主要受氮含量的制約，因此可以通過改變氮含量來調(diào)控該流域土壤碳、氮循環(huán)過程。耕地與林地單位面積的碳氮儲(chǔ)量低于草地單位面積的碳氮儲(chǔ)量(7.04×103t/km2、6.8×102t/km2)，因而合理地將該小流域未利用地開墾為草地，可以增加土壤碳氮儲(chǔ)量。此外，本研究?jī)H對(duì)0～20 cm的土壤進(jìn)行研究，而對(duì)20 cm 以及更深層次的壤碳氮含量及儲(chǔ)量的分布特征需進(jìn)一步研究。

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