侯 征，陳偉志，張 亞，向經(jīng)緯

(中國地質(zhì)調(diào)查局昆明自然資源綜合調(diào)查中心，云南昆明 650100)

土壤有機碳和全氮是土壤肥力的重要指標，對植物生長及環(huán)境保護具有重要意義[1]。但是過量施氮不能增加土壤中氮含量，反而對環(huán)境造成污染[2]。本文立足于滇中楚雄地區(qū)北部土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查項目，對不同土地利用類型、海拔、土壤利用類型，土壤剖面中有機碳、全氮分布特征進行分析，為滇中楚雄地區(qū)土地合理利用、減少養(yǎng)分流失提供參考。

1 調(diào)查區(qū)概況

楚雄州位于云南省中部滇中高原主體部位，山地丘陵大面積分布。調(diào)查區(qū)轄楚雄州元謀縣、永仁縣、武定縣、牟定縣，面積約17000km2，海拔691m～2916m之間，最低禮社江691m，最高西舍路鄉(xiāng)哀牢山脈2916m。屬低緯山原季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和干燥，年均氣溫14.8℃～21.9℃，年均降水量800mm～1000mm。區(qū)內(nèi)地層出露較全、褶皺斷裂發(fā)育，中元古界昆陽群至第四系均有出露[3]。受成巖母質(zhì)影響主要土壤類型為紅壤土、黃棕壤土、水稻土、燥紅土、紫色土、棕壤土。其中紫色土、紅壤土區(qū)內(nèi)大面積分布，燥紅土主要位于元謀縣中部，黃棕壤土、棕壤土主要位于武定縣東部和西部山地，水稻土零星分布(圖1)。主要土地利用類型為旱地、果園、草地、林地，林地約占60%，草地約占20%，旱地約占15%、果園約占4%，其他用地約占1%(圖2)。

圖1 調(diào)查區(qū)土壤類型分布情況

圖2 調(diào)查區(qū)土地利用類型分布情況

2 樣品采集與測試

調(diào)查區(qū)共采集22個土壤垂向剖面(表1)樣品。采樣深度0～2.0m，每20cm取一個樣，連續(xù)采集11個樣品。取樣時去除根系、碎石等雜質(zhì)，樣袋外層用聚乙烯薄膜包裹，防止發(fā)生人為污染。經(jīng)5～7天樣品充分干燥。過20目尼龍篩，去除雜質(zhì)，裝入聚乙烯塑料瓶中，樣品嚴格按照《多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范》(DZ/T0258-2014)、《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》(DZT-0295-2016)等規(guī)范要求進行加工，質(zhì)量均符合要求。由四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都綜合巖礦測試中心完成測試，有機碳采用氧化還原容量法，全氮采用酸堿滴定容量法。由于有機碳、全氮主要集中在地表下1m以內(nèi)，本文采用土壤垂向剖面0～80cm土壤樣品數(shù)據(jù)作為研究對象，分析其分布特征及影響因素。

表1 調(diào)查區(qū)剖面基本情況

3 測試結(jié)果與分析

3.1 土壤剖面有機碳含量

據(jù)22個土壤垂向剖面110件樣品有機碳均值結(jié)果(表2)，表層(0cm)林地、旱地、果園、草地有機碳平均含量最大值分別為1.55%、1.47%、1.26%、0.85%，林地含量最高，果園含量最低。0cm與80cm有機碳含量比值林地為7.05倍、旱地為2.88倍、草地為2.36倍、果園為1.34倍，土壤有機碳含量在土壤垂向剖面中分布以林地更有利于有機碳積累。不同深度土層有機碳含量影響也較大，表層0cm處有機碳含量林地最大，比草地、旱地、果園分別高1.82倍、1.05倍、1.23倍。當深度大于20cm，林地有機碳均值均低于果園、旱地、草地。

表2 不同土地利用類型剖面土壤有機碳含量

3.2 土壤剖面全氮含量

據(jù)分析結(jié)果(表3)，不同土地利用類型垂向上全氮平均含量在414mg/kg～1287mg/kg間變化，其中旱地0cm處全氮均值含量最高(1287mg/kg)，林地全氮含量次之(1051mg/kg)，草地和果園全氮含量稍低。草地80cm處全氮含量最低(414mg/kg)。0cm處旱地比林地、果園、草地分別高1.22倍、1.31倍、1.59倍。0cm與80cm全氮比值林地為2.31倍、草地為1.96倍、旱地為1.63倍、果園為2.07倍，林地波動幅度最大，果園次之。草地僅在60cm處全氮含量均值(537mg/kg)高于林地(438mg/kg)，均值在整個剖面中均為最小值。不同土地利用類型全氮含量在剖面上差異較大，總體上隨深度增加呈現(xiàn)下降的趨勢。

表3 不同土地利用類型剖面土壤全氮含量

續(xù)表

3.3 土壤有機碳與全氮的關(guān)系

WP008、ZC022、LC048、LJ035典型剖面(圖3)表層土壤有機碳、全氮含量明顯高于深層土壤，均隨深度增加而降低。

圖3 典型剖面有機碳、全氮垂向分布情況

不同土地利用類型有機碳與全氮呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系(圖4)，R2越接近1吻合程度越高，說明土壤有機碳的含量與全氮密切相關(guān)，均隨全氮含量增加而增加，與鄭杰炳等[4]研究一致。

圖4 不同土地利用類型有機碳和全氮線性關(guān)系

3.4 土壤有機碳、全氮和海拔的關(guān)系

有機碳、全氮與海拔的線性關(guān)系見(圖5)，結(jié)果表明，有機碳、全氮與海拔呈弱正相關(guān)性，從分布情況來看，均呈現(xiàn)出隨海拔升高而增加的趨勢。

圖5 有機碳、全氮與海拔的線性關(guān)系

3.5 土壤有機碳、全氮與不同土壤類型的關(guān)系

調(diào)查區(qū)主要有紅壤土、黃棕壤土、水稻土、燥紅土、紫色土、棕壤土共6種土壤類型。箱線圖中值有機碳在不同的土壤類型之間分布較均勻(圖6)。全氮中差異較大，黃棕壤土最高、紅壤土最低。表明有機碳和全氮含量受土壤類型影響，而土壤組分與巖石風(fēng)化密切相關(guān)，與覃智蓮[5]等研究一致。值得一提，一般情況下燥紅土全氮含量應(yīng)該偏低，但是卻排在第二位，可能與表層土壤施肥有關(guān)。

圖6 有機碳、全氮與土壤類型的箱線圖

4 討論

植物直接影響有機碳的垂向分布，植物的根系腐爛分解為土壤提供豐富的碳源[6]。Franzluebbers[7]通過長時間研究發(fā)現(xiàn)，作物殘留的碳輸入與作物密度呈正比，碳輸入越多土壤中有機碳含量越高。調(diào)查發(fā)現(xiàn)不同土地利用類型中有機碳的垂向分布以林地表層土壤有機碳含量最高，旱地次之。林地多為植被覆蓋區(qū)，海拔較高，人跡罕至，人為擾動因素少，并且長時間的枯枝落葉積累和微生物活動會導(dǎo)致土壤有機碳含量增加。旱地多種植玉米、蔬菜、花卉等時令農(nóng)作物，頻繁耕種施肥，大量養(yǎng)分殘留，導(dǎo)致有機碳含量偏高。果園、草地有機碳含量偏低，主要與植被覆蓋程度和人為擾動有關(guān)。果園種植芒果、葡萄、火龍果等，草地多為不能耕種的山地，碳來源量少，積累弱，人類擾動頻繁，導(dǎo)致有機碳含量低。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，土壤全氮在垂向上不同的土地利用類型全氮含量旱地>林地>果園>草地。導(dǎo)致這一結(jié)果的原因是旱地和果園氮元素的主要來源耕種施肥，人為因素影響較大。林地主要為植物殘體腐解和生物固氮，枯枝落葉等有機質(zhì)殘留，導(dǎo)致土壤氮含量的增加[8]。草地全氮含量較少，主要為有機質(zhì)殘留較少，土壤氮含量較低。

調(diào)查區(qū)總體呈現(xiàn)不同的土地利用類型有機碳、全氮含量在垂向剖面上差異較大。表層土壤有機碳、全氮含量總體高于深層土壤，有機碳、全氮含量均隨著土壤深度增加而逐漸降低。

調(diào)查區(qū)海拔是影響有機碳、全氮的重要因素。有機碳和全氮含量均隨海拔升高呈現(xiàn)出增加的趨勢。土壤中有機碳和全氮的含量相對大小取決于輸入量和輸出量[9]，而輸入量取決于有機物殘體殘留量的多少及腐殖化系數(shù)[10]，低海拔地區(qū)由于受到人為干擾大，有機質(zhì)輸入量少，且低海拔地區(qū)氣溫相對較高有利于微生物活動，其分解速率高于高海拔地區(qū)。

調(diào)查區(qū)不同土壤類型有機碳含量分布均勻，全氮含量有明顯差異。黃棕壤土有機碳、全氮含量相對偏高，其他類型土壤相對接近，而紅壤土最低。黃棕壤土在亞熱帶條件下，呈弱度富鋁風(fēng)化，黏化特征明顯，植被茂密，土壤中有機碳和全氮較容易積累，含量較高。紅壤土中度脫硅富鋁風(fēng)化，具深厚紅色土層，土壤酸化、板結(jié)嚴重，季節(jié)性集中降水沖刷，導(dǎo)致土壤中有機碳和全氮流失嚴重。燥紅土形成于元謀縣干熱季風(fēng)氣候地區(qū)，屬于鹽基飽和土壤，并且頻繁耕種，人為施肥導(dǎo)致土壤氮含量偏高，但也僅限于表層土壤。

5 結(jié)論

(1)表層土壤有機碳、全氮含量高于深層土壤，有機碳、全氮含量均隨著土壤深度的增加而逐漸降低。

(2)不同的土地利用類型有機碳、全氮含量在垂向剖面上差異較大。有機碳與全氮呈正相關(guān)關(guān)系。

(3)不同海拔的有機碳、全氮的含量均隨海拔升高呈現(xiàn)出增加的趨勢。

(4)不同土壤類型有機碳含量分布均勻，全氮含量有明顯差異。黃棕壤土偏高，紅壤土偏低，燥紅土由于人為施肥影響導(dǎo)致偏高。