普定县农田土壤有机碳库演变特征及影响因素研究

【摘要】本文选取贵州省普定县为研究区域,以2011年野外采样实测分析数据和1980年第二次土壤普查数据为基础,并收集了普定县的土地利用现状图、土壤类型分布图等资料,通过运用ArcGIS软件,建立了普定县0-20cm和0-100cm农田土体有机碳数据库,同时估算了普定地区0-20cm和0-100cm土体有机碳储量,分析普定县不同土壤类型的农田有机碳库大小,揭示近30年来普定县农田土壤有机碳库的演变特征并预测其农田土壤的固碳潜力,结合田间调查资料,分析普定县农田耕层土壤碳库的主要影响因素并探讨了该县土地可持续利用和进一步稳定提高农田土壤有机碳库储量主要应考虑的农业生产措施。具体研究结果如下(1)普定县农田耕层0-20cm土壤有机碳密度为4.90kg/m2,其中水田耕层有机碳密度为6.53kg/m2,旱地耕层有机碳密度为4.30kg/m2。不同土类0-20cm土体有机碳密度的高低顺序依次为：水稻土(6.53kg/m2)>山地黄棕壤(5.53kg/m2)>山地灌丛草甸土(4.98kg/m2)=潮土(4.98kg/m2)>石灰土(4.40kg/m2)>紫色土(4.26kg/m2)>黄壤(4.19kg/m2)。其中,石灰土、黄壤和紫色土的有机碳密度均低于全县平均水平。普定县0-100cm农田土体有机碳密度均值为15.88kg/m2,不同土类0-100cm土体有机碳密度以水稻土最高,达24.96kg/m2,潮土、山地黄棕壤和山地灌丛草甸土的有机碳密度也较高,均在15.00kg/m2以上；石灰土的有机碳密度最低,为12.03kg/m2。(2)普定县农田0-20cm土体有机碳总储量为2707.89×109g,0-100cm土体有机碳总储量为8775.29×109g。其中水田0-20cm土体有机碳储量为975.17×109g,旱地为1732.72×109g,二者分别占全县农田0-20cm土体有机碳总储量的36.01%和63.99%；水田和旱地0-100cm土体有机碳储量分别占0-100cm土体有机碳总储量的42.49%和57.51%。由此可见,虽然普定县水田分布面积仅全县总耕地面积的27.02%,但其0-100cm土体有机碳总储量却占全县总储量的将近1/2,因此水田是普定县最为重要的农田土壤碳库,也是今后固碳增碳的重点对象。就不同土类0-20cm和0-100cm土体有机碳储量来看,水稻土、黄壤和石灰土的有机碳储量均较高,三者有机碳储量之和分别占全县0-20cm和0-100cm土体有机碳总储量的97.25%和97.49%。由此可见,不管是0-20cm的土体,还是0-100cm的土体,水稻土、黄壤和石灰土都是普定县农田土壤有机碳库的重点调控对象。(3)在普定县0-20cm耕层农田中,水稻土的有机碳储存能力最强,黄壤最弱；同样在0-100cm农田土体中,有机碳储存能力最强的依然是水稻土,最弱的是石灰土。不同土属间的土壤有机碳储存能力也有所不同。0-20cm土体中,水稻土的锈毒田、冷浸田和鸭屎泥田土属的有机碳储存能力均较高,有机碳丰度指数均高于200.00；而坡螃黄泥田、白胶泥田、白鳝泥田和紫沙土土属的有机碳丰度指数较低,均低于55.00；0-100cm土体中,有机碳丰度指数最高值仍然出现在水稻土中,而最低值是石灰土土类中的黄色石灰土,仅为38.38。可见,作为普定县分布面积最广的农田土壤类型,石灰土和黄壤应该是全县农田增碳措施实施的重点对象。(4)白1980年以来,近30年的人为扰动对普定县农田土壤有机碳累积的影响是正面的。普定县农田0-20cm和0-100cm土体有机碳库总体上表现为增加趋势,有机碳储量增幅分别为0.95%和47.16%。就土类而言,0-20cm土体中,潮土、黄壤和水稻土的有机碳储量表现出增加的趋势,发挥了“碳汇”作用,其中以水稻土的有机碳储量增加最多,达218.96×109g,石灰土的有机碳储量降幅达最大；0-100cm土体有机碳储量的增加主要得益于水稻土、黄壤和石灰土,三种土类有机碳储量增加值分别占全县0-100cm土体有机碳储量总增加值的比例为53.83%、32.01%和17.19%。(5)若以2011年0-20cm和0-100cm土体有机碳密度和储量为基点,保持现有耕地面积不变,普定县农田0-20cm土体有机碳密度和储量的增加潜力分别为2.13kg/m2和1177.88×109g；0-100cm土体有机碳密度和储量的增加潜力分别为3.60kg/m2和1990.80×109g。说明普定县农田土壤仍然具有一定的固碳潜力。就土类而言,普定县0-20cm土体固碳潜力主要集中在黄壤、石灰土和水稻土土类中,其中黄壤和石灰土二者的固碳潜力分别占全县0-20cm土体总固碳潜力的49.0%和41.05%；0-100cm农田土体固碳潜力主要集中在黄壤和石灰土中。不同土属中,向胶泥田、白鳝泥田和紫沙土在0-20cm土体中固碳潜力最大；次生黄色石灰土在0-100cm土体中固碳潜力最高。(6)普定县不同海拔区间的土壤有机碳密度均不具有显著性差异,说明海拔高度不是普定县农田土壤有机碳密度的主要影响因子；而坡度与土壤有机碳密度呈极显著的负相关关系(p<0.01),说明坡度较缓的区域有利于土壤有机碳的积累。土壤有机碳密度与有效磷、全氮、全磷、碳氮比以及粉粒含量呈极显著正相关关系(p<0.01);与砾石体积比和砂粒含量呈显著负相关(p<0.05)。不同种植制度不同作物类型的土壤有机碳密度平均值大小次序为：一年两熟(稻-油)>一年一熟(水稻)>一年两熟(其它)>一年一熟(玉米)>一年两熟(玉-油)。通过比较分析有机碳密度与农田不同类型施肥量、秸秆还田量间的相关关系发现,有机肥施用量与有机碳密度呈显著正相关关系(p<0.05),与其它变量无显著相关性,说明增施有机肥有利于有机碳的积累。通过综合分析地形因子、土壤理化因子以及农田管理措施等全部影响因子,可以初步认为全氮(TN)、碳氮比(C/N)、砾石体积比(0)和容重(pb)等指标是影响普定县农田土壤有机碳变化的重要因素。
【作者】高岩红；
【导师】慈恩；
【作者基本信息】西南大学，土壤学，2014，硕士
【关键词】农田；有机碳库；演变特征；影响因素；普定县；

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