龍 軍, 張黎明, 沈金泉, 周碧青, 毛艷玲, 邢世和,*

1 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 福州 350002 2 福建省農(nóng)田建設(shè)與土壤肥料技術(shù)總站, 福州 350003

福建省耕地土壤全氮密度和儲量動態(tài)變化

龍 軍1, 張黎明1, 沈金泉2, 周碧青1, 毛艷玲1, 邢世和1,*

1 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 福州 350002 2 福建省農(nóng)田建設(shè)與土壤肥料技術(shù)總站, 福州 350003

準(zhǔn)確估算土壤全氮密度和儲量的動態(tài)變化能為氮肥優(yōu)化管理和水體富營養(yǎng)化防控提供重要依據(jù)。以位于福建省不同地區(qū)的閩侯縣、同安區(qū)、武平縣和永定縣1982年11087個樣點及2008年1616個樣點建立的1∶5萬土壤數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用尺度上推的方法分析了1982—2008年福建省耕地全氮密度和儲量的動態(tài)變化。結(jié)果表明，近30年來福建省耕地土壤氮素富集明顯，全氮密度和儲量分別上升了0.08 kg/m2和1.22 Tg，但不同土壤類型差異較大，紫色土土類、酸性紫色土亞類和豬肝土土屬氮素富集最明顯，全氮密度均上升了0.18 kg/m2；赤紅壤土類、淹育水稻土亞類和赤土土屬氮素?fù)p失最多，全氮密度均下降了0.10 kg/m2。水稻土土類、滲育水稻土亞類和黃泥田土屬全氮儲量增加最多，分別達(dá)1.24、0.80 Tg和0.71 Tg；赤紅壤土類、赤紅壤亞類和灰砂泥田土屬下降最多，分別達(dá)0.13、0.13 Tg和0.08 Tg。因此，在今后的福建省耕地管理中根據(jù)不同土壤類型氮素富集程度合理指導(dǎo)施肥，以節(jié)約資源和減少氮素流失是十分必要的。

福建省; 耕地; 土壤類型; 全氮密度; 全氮儲量

Dynamic change of soil total nitrogen density and storage in cropland of Fujian

土壤氮素是植物生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素，也是引發(fā)水體富營養(yǎng)化等水資源面源污染和溫室效應(yīng)的主要因子[1]。大量研究表明，土壤氮儲量約為3.5×1014—5.5×1014kg，是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的氮庫，且極易受到人為活動影響又可以在較短時間尺度內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其含量的輕微變化就可能使陸地生態(tài)系統(tǒng)從氮匯變成到氮源，從而對農(nóng)學(xué)作物和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響[2- 3]。因此，準(zhǔn)確掌握土壤氮含量的動態(tài)變化是十分重要的。

早期的氮儲量主要通過土壤碳氮比法(C/N)估算，但不同研究者的結(jié)論差異很大。McElroy等[4]估算出全球土壤有機(jī)氮儲量約為70 Pg，而Burns等[5]的研究結(jié)果為550 Pg，兩者相差6倍多。隨著資料的日漸完善和計算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于土壤數(shù)據(jù)庫來估算全氮儲量和密度的方法越來越普遍。Batjes[6]利用1∶500萬土壤圖和4353個剖面數(shù)據(jù)估算出全球氮儲量為133—140 Pg。林金石等[7]利用1490個水稻土剖面和1∶100萬土壤數(shù)據(jù)庫估算出全國水稻土平均氮密度和儲量分別為1.24 kg/m2和569 Tg。肖飛等[8]利用1∶100萬土壤圖、土地利用圖和1411個土壤普查剖面資料算出重慶市表層土壤0—20 cm和0—100 cm的全氮密度均值分別為0.26 kg/m2和0.87 kg/m2，低于全國平均水平。

從目前的研究來看，我國國家或區(qū)域尺度有關(guān)土壤全氮儲量和密度的研究大多是基于第二次土壤普查的靜態(tài)研究，而不同時期的動態(tài)變化研究相對缺乏，這也導(dǎo)致無法根據(jù)土壤氮含量的動態(tài)變化來制定農(nóng)田土壤氮的管理措施。據(jù)統(tǒng)計，2008年福建省氮肥施用量達(dá)1.71×106t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他化肥，而過量氮肥易導(dǎo)致氮素淋失引起水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題[9]。為此，本研究以位于福建省不同地區(qū)的閩侯縣、同安區(qū)、武平縣和永定縣1982年11087個樣點及2008年1616個樣點建立的1∶5萬土壤數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用尺度上推的方法分析1982—2008年全省耕地全氮密度和儲量的動態(tài)變化，旨在為全省氮肥優(yōu)化管理和水體富營養(yǎng)化防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

圖1 典型縣地理位置圖[15]

福建省位于我國東南沿海，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年均氣溫19.7 ℃，年均降水量1504.2 mm[10]。全省耕地土壤以水稻土最多，面積達(dá)1.07×106hm2，占耕地總面積的82.63%；其次是赤紅壤和紅壤，分別為1.08×105hm2和9.00×104hm2，占耕地總面積的8.31%和6.95%；其他土壤類型(潮土、黃壤、濱海鹽土和紫色土)面積較小[11]。本研究以位于福建省不同地區(qū)的閩侯、同安、武平和永定4個縣(區(qū))作為典型研究區(qū)，其中閩侯縣和永定縣屬中亞、南亞熱帶過渡氣候區(qū)，分別隸屬福州市和龍巖市；同安區(qū)屬南亞熱帶氣候區(qū)，隸屬廈門市；武平縣屬中亞熱帶氣候區(qū)，隸屬龍巖市。4個典型縣的地理位置分布見圖1[15]。

1.2 耕地土壤空間屬性數(shù)據(jù)庫的建立

1982年土壤空間數(shù)據(jù)庫是第二次土壤普查1∶5萬土壤圖在ArcGIS支持下經(jīng)數(shù)字化形成的，2008年土壤空間數(shù)據(jù)庫是從2008年1∶5萬土地利用現(xiàn)狀圖中提取的。由于1982—2008年耕地發(fā)生了較大變化，為保證評價對象的可比性，運用Arc/GIS中的“Intersect”命令將4個縣(區(qū))的土壤圖與耕地利用類型圖進(jìn)行空間疊加，以兩期圖斑的“交集”作為評價底圖。土壤數(shù)據(jù)庫的屬性數(shù)據(jù)主要包括樣點描述、有機(jī)質(zhì)含量、機(jī)械組成、氮、磷、鉀等理化性質(zhì)信息；其中1982年樣點數(shù)據(jù)共計11087個，來自于第二次土壤普查樣品分析的紙質(zhì)記錄資料，2008年樣點數(shù)據(jù)共計1616個，來自于農(nóng)業(yè)部測土配方施肥項目。兩期的土壤采樣點分布見圖2和圖3。

1.3 土壤全氮密度及儲量計算

一定剖面深度D(cm)的土壤，全氮密度(STND, kg/m2)的計算公式如下[12]：

(1)

式中，n是土層數(shù)；δi%是第i層>2 mm礫石含量(體積百分含量)，ρi是第i層土壤容重(g/cm3)，Ni是第i層土壤全氮濃度(g/kg)，Ti是第i層土層厚度(cm)，本研究計算表層土壤(0—15 cm)的全氮密度。在缺少容重數(shù)據(jù)的情況下，大多學(xué)者借助土壤容重影響因素來建立回歸模型[13]。Song等[14]基于第二次土壤普查建立了土壤容重與有機(jī)碳含量(SOC)的回歸模型：y= 1.377×e-0.0048×SOC(R2=0.7870，P<0.001，n=4765)，SOC由4個典型縣土壤數(shù)據(jù)庫中的有機(jī)質(zhì)含量乘以0.58(Bemmelen系數(shù))轉(zhuǎn)換而來，由于福建省1982年和2008年的耕地土壤樣點大部分容重缺乏，本研究以此作為土壤容重的推算模型。

圖2 1982年土壤采樣點分布圖

圖3 2008年土壤采樣點分布圖

全氮儲量(STNS, kg)計算公式如下[16]：

(2)

式中，STNDj為第j個圖斑的全氮密度(kg/m2)；Sj為第j個圖斑的面積(m2)，n為圖斑數(shù)。

1.4 基于尺度上推實現(xiàn)四縣向全省擴(kuò)展

基于典型相似性的尺度上推方法，即將小尺度結(jié)果直接上推到較大尺度具有原理通俗易懂、計算簡單方便的優(yōu)點，一般應(yīng)用于數(shù)據(jù)積累較少的地區(qū)[17- 18]。本研究中閩侯、同安、武平和永定4個典型縣耕地的土壤類型(濱海鹽土、潮土、赤紅壤、紅壤、黃壤、水稻土和紫色土)囊括了福建省所有耕地土壤類型；另外，根據(jù)1∶5萬土壤圖統(tǒng)計，這7種土壤類型面積分別占4個典型縣耕地總面積的0.03%、1.33%、3.27%、5.06%、0.36%、89.91%、0.05%，與全省耕地土壤類型面積分布比例基本一致，這也為本研究使用尺度上推提供了依據(jù)。

本研究以閩侯、同安、武平和永定4個典型縣面積加權(quán)計算的不同土壤類型全氮密度為基礎(chǔ)，根據(jù)第二次土壤普查《福建土壤》中記錄的1982年全省各農(nóng)業(yè)土壤類型面積、比例及2007年福建省國土資源廳公布的《國土資源綜合統(tǒng)計分析報告》中的各耕地利用類型面積數(shù)據(jù)，將4個典型縣評價底圖每個圖斑的實體面積分別按土壤類型和利用類型平差轉(zhuǎn)換成1982年和2008年全省耕地中所代表的土壤面積，從而實現(xiàn)4個縣(區(qū))向全省的有效擴(kuò)展，然后估算出全省兩期不同耕地土壤類型全氮密度和儲量[11,19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 福建省耕地土壤全氮密度總體變化特征

從表1可以看出，福建省不同地區(qū)的閩侯、同安、武平和永定4個典型縣(區(qū))耕地土壤全氮密度空間變異很大。1982年全氮密度最大值出現(xiàn)在武平縣，達(dá)0.62 kg/m2，最小值出現(xiàn)在閩侯縣，僅0.06 kg/m2，二者相差9倍多；2008年全氮密度最大值出現(xiàn)在永定縣，達(dá)0.69 kg/m2，最小值出現(xiàn)在閩侯縣，為0.13 kg/m2，二者相差4倍多。從平均含量來看，1982年全氮密度均值最高的是永定縣，為0.33 kg/m2，最低的是同安區(qū)，為0.18 kg/m2，2008年全氮密度分布特征與1982年基本一致，仍以永定縣最高，同安區(qū)最低，但近30年來氮素富集明顯，永定縣和閩侯縣全氮密度分別上升了0.18 kg/m2和0.14 kg/m2，上升幅度達(dá)54.55%和73.68%。為更好地了解1982—2008年福建省耕地土壤全氮密度的總體變化情況，本研究通過尺度上推的方法將4個典型縣向全省進(jìn)行有效擴(kuò)展。結(jié)果表明，1982年和2008年福建省耕地全氮密度的面積加權(quán)平均值分別為(0.25±0.08) kg/m2和(0.33±0.15) kg/m2，上升了0.08 kg/m2，全氮儲量分別為3.18 Tg和4.41 Tg，增加了1.22 Tg。

2.2 福建省耕地不同土壤類型全氮密度和儲量變化特征2.2.1 不同土類的全氮密度和儲量變化

從表2可以看出，1982年全氮密度最高的是水稻土，達(dá)(0.26±0.08) kg/m2，最低的是紫色土，僅(0.15±0.03) kg/m2，其他土類介于0.17—0.21 kg/m2之間；2008年全氮密度最高的仍是水稻土，達(dá)(0.34±0.15) kg/m2，最低的是赤紅壤，為(0.17±0.02) kg/m2，其他土類介于0.22—0.33 kg/m2之間。從全氮密度的變化情況來看，近30年來福建省耕地除赤紅壤全氮密度稍有下降以外，其他土類均有所升高，且以紫色土上升最多，增幅達(dá)116.57%，紅壤、黃壤和潮土的全氮密度也上升較多，增幅均超過0.10 kg/m2，水稻土和濱海鹽土全氮密度上升較少，增幅分別為0.08 kg/m2和0.04 kg/m2。

表1 1982年和2008年4個典型縣土壤全氮密度分布特征Table 1 Distribution of total nitrogen density in 1982 and 2008 in four typical counties

1982年和2008年全氮儲量均以是水稻土最大，分別達(dá)2.75 Tg和3.99 Tg，占全省總儲量的86.22%和90.45%，赤紅壤、紅壤和潮土的全氮儲量也較大，1982年分別為0.20、0.19 Tg 和0.02 Tg，2008年分別達(dá)0.07、0.27 Tg和0.07 Tg，全氮儲量較小的是濱海鹽土、黃壤和紫色土，1982年分別為0.01、0.02、0.0021 Tg，2008年分別為0.0014、0.01、0.01 Tg。從儲量的動態(tài)變化來看，近30年來全氮儲量上升最多的是水稻土，達(dá)1.24 Tg，潮土、紅壤和紫色土全氮儲量上升幅度也較大，分別增加了0.05、0.07 Tg和0.0031 Tg，黃壤、赤紅壤和濱海鹽土全氮儲量略有下降，分別減小了0.01、0.13 Tg和0.01 Tg。

2.2.2 不同亞類的全氮密度和儲量變化

從表3可以看出，1982年全氮密度高于0.25 kg/m2的亞類有潛育水稻土、滲育水稻土和潴育水稻土，分別達(dá)(0.29±0.08) kg/m2、(0.26±0.08) kg/m2和(0.26±0.08) kg/m2，最低的是酸性紫色土，全氮密度僅(0.15±0.03) kg/m2，其他亞類介于0.17—0.24 kg/m2之間。2008年全氮密度高于0.35 kg/m2的有潛育水稻土和滲育水稻土，分別達(dá)(0.36±0.13) kg/m2和(0.36±0.16) kg/m2，最低的是赤紅壤，全氮密度僅(0.17±0.02) kg/m2，其他亞類介于0.18—0.34 kg/m2之間。近30年來福建省耕地土壤全氮密度上升最多的是酸性紫色土、紅壤和灰潮土，增幅分別達(dá)到0.18、0.12 kg/m2和0.13 kg/m2，氮素富集比較明顯；赤紅壤和淹育水稻土氮素含量稍有下降，全氮密度均減少了0.01 kg/m2，其余土壤全氮密度有所上升，增幅介于0.02—0.10 kg/m2之間。

1982年全氮儲量最大的是滲育水稻土和潴育水稻土，分別達(dá)1.13 Tg 和1.11 Tg，合計占全省總儲量的70.37%，濱海鹽土和酸性紫色土全氮儲量最小，分別僅0.01 Tg 和0.0021 Tg，合計占全省總儲量的3.18%，其余亞類介于0.02—0.36 Tg。2008年全氮儲量最大的仍是滲育水稻土和潴育水稻土，分別達(dá)1.94 Tg和1.45 Tg，合計占全省總儲量的76.56%，酸性紫色土和濱海鹽土最小，分別僅0.01 Tg和0.0015 Tg，合計占全省總儲量的2.61%，其他亞類介于0.02—0.39 Tg。從儲量的動態(tài)變化來看，近30年來全氮儲量上升最多的是滲育水稻土和潴育水稻土，分別增加了0.80 Tg和0.34 Tg，增幅達(dá)70.80%和30.76%，赤紅壤、濱海鹽土、黃壤、漂洗水稻土和鹽漬水稻土全氮儲量有所下降，其中赤紅壤下降的最多，達(dá)0.13 Tg，降幅為66.12%，其他亞類全氮儲量增幅介于0.0013—0.13 Tg之間。

2.2.3 不同土屬的全氮密度和儲量變化

從表4可以看出，1982年全氮密度較高的是石灰泥田和青泥田，分別達(dá)(0.33±0.03) kg/m2和(0.31±0.06) kg/m2，全氮密度最低的是豬肝土，僅(0.15±0.03) kg/m2，其余土屬介于0.16—0.29 kg/m2之間。2008年全氮密度最高的是石灰泥田，達(dá)(0.42±0.01) kg/m2，較低的是埭田、赤土、紅泥砂田和赤砂土，分別為(0.19±0.01)、(0.18±0.03)、(0.18±0.03) kg/m2和(0.17±0.02) kg/m2，其余土屬介于0.20—0.38 kg/m2之間。從全氮密度的動態(tài)變化來看，1982—2008年只有赤土和赤砂土全氮密度稍有下降，分別減小了0.01 kg/m2和0.0013 kg/m2，其余土屬全氮密度均有所上升，其中豬肝土上升最多，增幅達(dá)0.18 kg/m2，耕作灰砂土、耕作砂泥土、紅泥土、紅泥砂土、黃泥田和黃泥土全氮密度也上升較多，增幅介于0.10—0.15 kg/m2之間。

表2 福建省不同土類耕地土壤全氮密度和儲量分布Table 2 Distribution of total nitrogen storage in the different soil group

表3 福建省不同亞類耕地土壤全氮密度和儲量分布Table 3 Distribution of total nitrogen storage in the different soil subgroup

表4 福建省不同土屬耕地土壤全氮密度和儲量分布Table 4 Distribution of total nitrogen storage in the different soil genus

1982年全氮儲量最大的是灰泥田和黃泥田，合計達(dá)1.72 Tg，占全省總儲量的54.11%，最小的是石灰泥田，僅0.0007 Tg，其它土屬介于0.0017—0.26 Tg之間。2008年全氮儲量最大的是灰泥田和黃泥田，合計達(dá)2.79 Tg，占全省總儲量的63.18%；石灰泥田最小，僅0.0011 Tg；其它土屬介于0.0013—0.32 Tg之間。從儲量的動態(tài)變化來看，1982—2008年全氮儲量上升最多的是黃泥田和灰泥田，分別增加了0.71 Tg和0.36 Tg，紅泥砂田和黃泥砂田也上升較多，分別增加了0.13 Tg和0.10 Tg；黃泥砂土、白鱔泥田、砂埭土、黃泥土、紫泥田、赤土、埭田、赤砂土和灰砂泥田全氮儲量有所下降，損失量介于0.0004—0.08 Tg之間。

3 討論

從福建省不同典型縣耕地土壤全氮密度均值來看(表1)，近20多年來閩侯、同安、武平和永定4個縣83.56%的耕地土壤全氮密度有所上升，氮素富集明顯，這一結(jié)果與很多研究者的“第二次土壤普查以來我國土壤表層全氮含量大體呈上升趨勢”觀點相一致[20- 21]。福建省氮素富集的主要驅(qū)動力是氮肥的大量施用。1982年閩侯、同安、武平和永定4個典型縣的化學(xué)氮肥施用量分別僅為137.57、86.68、111.10 kg/hm2和103.48 kg/hm2，而2008年分別達(dá)到341.14、525.76、206.37 kg/hm2和252.06 kg/hm2，增幅達(dá)147.97%、506.94%、85.76%和143.59%(圖4)。從圖4也可以看出，4個典型縣近30年化學(xué)氮肥投入量總體呈上升趨勢，這與全氮密度變化的規(guī)律基本吻合(同安區(qū)除外)。1982—2008年同安區(qū)氮肥大量施用并未引起全氮密度明顯上升是因為該地區(qū)年均氣溫普遍高于閩侯、武平和永定，而降水量卻整體低于這3個縣(圖4)，高溫少雨的氣候條件加快了土壤有機(jī)氮的分解，導(dǎo)致氮素難以積累[22]。

從4個典型縣尺度上推的福建省耕地全氮密度來看(表2—表4)，水稻土高于其他土類，這主要與該土類受人為活動影響較大有關(guān)。一般情況下，水稻土多分布于村鎮(zhèn)附近，氮肥和有機(jī)肥施用較多；此外，該土類長期處于淹水還原狀態(tài)，通氣性不良導(dǎo)致土壤有機(jī)氮(有機(jī)態(tài)氮占土壤全氮總量的95%以上)的礦化作用較弱而易于積累。紫色土土類是由紫色砂礫巖風(fēng)化發(fā)育而成，土壤砂粒多，黏粒少，氮素難以持續(xù)積累，導(dǎo)致全氮密度較低。福建省赤紅壤主要分布在氣溫較高而降雨量較少的漳州、泉州和廈門等南亞熱帶氣候區(qū)，根據(jù)第二次土壤普查結(jié)果，這3個地級市的赤紅壤面積占全省赤紅壤總面積的84.53%[11]。本研究中4個典型縣的赤紅壤也主要集中分布在屬于南亞熱帶氣候區(qū)的廈門市同安區(qū)，該區(qū)1982—2008年年均氣溫為20.68 ℃，高于閩侯的20.20 ℃、武平的20.22 ℃和永定20.21 ℃，而年均降水量(1341.05 mm)卻低于這3縣(閩侯為1374.86 mm、武平為1649.29 mm和永定為1668.47 mm)(圖4)，高溫少雨的氣候條件不利于氮素的積累，所以全氮密度較低[22]。在福建省主要耕地類型的水稻土亞類中，潛育水稻土通常分布于地下水位較高的低洼地區(qū)，土體長期處于水飽和狀態(tài)導(dǎo)致氮素分解緩慢而全氮密度較高[23]。滲育水稻土和潴育水稻土全氮密度也較高，有研究表明[24- 25]，土壤表層中約有80%—97%的氮存在于有機(jī)質(zhì)中，1982年這兩類土壤的有機(jī)碳密度分別達(dá)到3.02 kg/m2和2.89 kg/m2，2008年達(dá)到3.24 kg/m2和3.17 kg/m2，均明顯高于全省平均水平，故較高的有機(jī)碳含量也導(dǎo)致了全氮密度較大(圖5)。從土屬來看，石灰泥田主要分布在石灰?guī)r盆谷地，2008年黏粒含量達(dá)17.56%，質(zhì)地較為粘重，氮素分解速度緩慢，所以全氮密度高于其他土屬[26]。埭田、赤土、紅泥砂田和赤砂土的砂粒含量較高，分別達(dá)63.95%、66.71%、68.49%和68.99%，氮素分解速度較快，所以全氮密度較低[27]。

圖4 1982—2008年4個典型縣化學(xué)氮肥施用量、年均氣溫變化和降水量

從近20多年來福建省不同土壤類型耕地的全氮富集程度來看(表2—表4)，紫色土土類、酸性紫色土亞類和豬肝土土屬全氮密度上升最多，而赤紅壤土類、淹育水稻土亞類和赤土土屬全氮密度下降最多，這可能與有機(jī)碳密度變化有關(guān)。1982—2008年紫色土、酸性紫色土和豬肝土的有機(jī)碳密度均上升了0.63 kg/m2，明顯高于全省平均增幅(0.24 kg/m2)，赤紅壤、淹育水稻土和赤土有機(jī)碳密度降幅較大，達(dá)到0.11、0.33 kg/m2和0.11 kg/m2，這也與陳安磊等認(rèn)為的“土壤全氮年際變化與土壤有機(jī)碳含量的年際變化趨勢呈正相關(guān)關(guān)系”的規(guī)律相一致[24,28](圖5)。總體來看，福建省耕地初始全氮含量較低的土壤類型氮素富集相對明顯，這可能與貧瘠土壤區(qū)往往需要投入更多的肥料和更加精細(xì)的管理才能保證糧食產(chǎn)量有關(guān)。

圖5 1982和2008年4個典型縣各圖斑有機(jī)碳密度與全氮密度線性回歸分析

從4個典型縣尺度上推的福建省耕地全氮儲量來看(表2—表4)，全省耕地土壤全氮儲量的高低由密度和面積決定，但主要受面積大小的控制，且在0.01水平(雙側(cè))上與其成顯著相關(guān)(圖6)。1982年水稻土土類、滲育水稻土亞類、潴育水稻土亞類、黃泥田土屬和灰泥田土屬面積分別為1.07×106、4.36×105、4.33×105、3.25×105hm2和3.31×105hm2，分別占全省耕地總面積的82.63%、33.68%、33.46%、25.09%和25.59%，且全氮密度均高于全省平均水平，所以全氮儲量明顯高于其他土壤類型；而濱海鹽土、黃壤和紫色土面積較小，合計僅占耕地總面積的1.25%，所以全氮儲量普遍較??；石灰泥田雖然全氮密度最高，達(dá)0.33 kg/m2，但分布面積最小，僅196.93 hm2，導(dǎo)致全氮儲量最低。2008年各土壤類型的全氮儲量分布規(guī)律與1982年基本一致。水稻土1982—2008年的全氮密度和面積分別增加了0.08 kg/m2和1.16×105hm2，所以儲量上升最多。潮土和紫色土近20多年來面積和全氮密度分別增加了10067.94 hm2和0.13 kg/m2、210.54 hm2和0.18 kg/m2，導(dǎo)致這2個土類的全氮儲量均有所增加。紅壤近20多年來盡管面積減小了9347.06 hm2，但全氮密度上升0.12 kg/m2，導(dǎo)致全氮儲量有所增加。赤紅壤面積和全氮密度近20多年來分別減少了69376.00 hm2和0.13 kg/m2，所以全氮儲量下降較多。黃壤和濱海鹽土近20多年來面積減少了6415.17 hm2和3439.36 hm2，導(dǎo)致全氮儲量有所下降。

特別注意的是，近20多年來黃泥田、灰泥田、紅泥砂田、黃泥砂田、耕作灰砂土和潮砂田土屬的面積增加幅度均超過5000 hm2。黃泥田和灰泥田面積增加較多是因為這兩個土屬是福建省耕地分布面積最大且相對肥沃的土壤類型，近些年隨著“沃土工程”等農(nóng)業(yè)措施的實施，其他部分土類逐漸演變成這兩個土屬所致。紅泥砂田、黃泥砂田、耕作灰砂土和潮砂田近20多年來面積增加較多可能是由于局部平原地區(qū)的農(nóng)用地被轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，基于“占補平衡”的需求很多分布在丘陵坡地和河流兩岸(或山前平原)荒地被開墾為這些土屬，導(dǎo)致其面積增加較多。

圖6 1982和2008年4個典型縣不同土屬全氮儲量與面積、密度線性回歸分析

4 結(jié)論

(1)近30年福建省耕地土壤氮素富集明顯，全氮密度平均上升了0.08 kg/m2，但不同土壤類型的富集程度差異較大，其中紫色土土類、酸性紫色土亞類和豬肝土土屬氮素富集最明顯，全氮密度均上升了0.18 kg/m2；赤紅壤土類、淹育水稻土亞類和赤土土屬氮素?fù)p失較多，全氮密度均下降了0.10 kg/m2。

(2)近30年福建省耕地土壤全氮儲量動態(tài)變化由密度和面積決定，但主要受面積控制，全氮儲量總體增加了1.22 Tg，其中水稻土土類、滲育水稻土亞類和黃泥田土屬全氮儲量增加最多，分別達(dá)1.24、0.80 Tg和0.71 Tg；赤紅壤土類、赤紅壤亞類和灰砂泥田土屬全氮儲量下降最多，分別達(dá)0.13、0.13 Tg和0.08 Tg。

因此，今后的農(nóng)田氮素管理一方面要重點考慮面積較大的土壤類型，另一方面應(yīng)根據(jù)不同土壤類型氮素富集程度指導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)施肥，以提高氮肥利用率并防止多余氮素流失而導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。

盡管本研究基于大樣本采樣數(shù)據(jù)和精度較高的1∶5萬數(shù)據(jù)庫探討了福建省不同耕地土壤類型氮素富集程度差異，但在影響土壤全氮密度變化的因素方面的分析還不夠深入，基于地統(tǒng)計學(xué)的半方差函數(shù)模型和地理信息系統(tǒng)軟件的空間分析擴(kuò)展模塊，并運用統(tǒng)計軟件(如，SPSS)從人為活動影響(施肥、土地利用變化、農(nóng)田管理措施)和自然環(huán)境條件(氣溫、降水量、海拔、地形)兩個方面定量分析1982—2008年福建省耕地土壤全氮含量時空變異驅(qū)動力是今后研究的主要內(nèi)容。

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Province, China

LONG Jun1, ZHANG Liming1, SHEN Jinquan2, ZHOU Biqing1, MAO Yanling1, XING Shihe1,*

1ResourceandEnvironmentSchool,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou350002,China2FujianCroplandConstructionandSoilandFertilizerStation,Fuzhou350003,China

The dynamic change of soil total nitrogen density and storage is very important for optimization of nitrogen fertilizer management and water eutrophication. In this study, four counties, namely Minhou, Tongan, Wuping and Yongding, located in different areas of Fujian Province, China, were selected as typical study areas. Based on the data of field measurements at 11087 sampling sites in 1982 and 1616 sampling sites in 2008, scattered in these four counties, a 1∶50000 soil database was carried out of dynamic changes in total nitrogen density and storage in the farmlands of Fujian Province during the 1982—2008 year, using the scaling up method. Results show that nitrogen was enriched obviously, with nitrogen density and nitrogen storage increased by N 0.08 kg/m2and 1.22 Tg in entire Fujian Province, respectively. The degree of N enrichment had a great discrepancy in different soil types. The incresed of nitrogen density in purplish soil, acid purplish soil and liver soil was the highest in soil group, soil subgroup and soil genus, respectively, with total nitrogen density increased by N 0.18, 0.18 and 0.18 kg/m2, respectively. By contrast, the decresed of nitrogen density in latosolic red soils, submergenic paddy soils and latosolic soil was the highest in soil group, soil subgroup and soil genus, respectively, with total nitrogen density decreased by N 0.01, 0.01 and 0.01 kg/m2, respectively. The incresed of nitrogen storage in paddy soils, percogenic paddy soils and yellow mud field was the highest in soil group, soil subgroup and soil genus, respectively, with total nitrogen storages increased by N 1.24, 0.80 and 0.71 Tg, respectively. By contrast, the decresed of nitrogen storage in latosolic red soils, latosolic red soils and grey sandy mud field was the highest in soil group, soil subgroup and soil genus, respectively, with total nitrogen storages decreased by N 0.13, 0.13 and 0.08 Tg, respectively. Therefore, it is necessary to help famers on scientific fertilization according to the enrichment of various soil type, and to save resources and reduce environmental problems caused by the nitrogen losses.

Fujian Province; cropland; soil type; total nitrogen density; total nitrogen storage

教育部博士點基金(20103515120014); 福建省自然科學(xué)基金(2010J05090); 國家自然科學(xué)基金(41001126)

2013- 08- 13;

2014- 10- 13

10.5846/stxb201308132068

*通訊作者Corresponding author.E-mail: fafuxsh@126.com

龍軍, 張黎明, 沈金泉, 周碧青, 毛艷玲, 邢世和.福建省耕地土壤全氮密度和儲量動態(tài)變化.生態(tài)學(xué)報,2015,35(12):3959- 3969.

Long J, Zhang L M, Shen J Q, Zhou B Q, Mao Y L, Xing S H.Dynamic change of soil total nitrogen density and storage in cropland of Fujian Province, China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(12):3959- 3969.