第25卷 第3期
2010年3月自 然 资 源 学 报J O U R N A L O FN A T U R A LR E S O U R C E S V o l . 25N o . 3M a r . , 2010
地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区
表层土壤有机碳空间分布影响
孙文义, 郭胜利11, 2＊, 宋小燕1
(1. 中国科学院水利部水土保持研究所, 陕西杨凌712100; 2. 西北农林科技大学水土保持研究所, 陕西杨凌712100)
摘要:研究地形和土地利用类型共同作用下表层土壤有机碳空间分布特征, 对准确评估区域土
壤有机碳的空间分布和变异特征具有重要意义。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域3种地形部位(峁
顶、峁坡、沟底) 和8种土地利用类型(农田、果园、天然与人工草地、天然与人工灌木林、天然与
人工乔木林) 为研究对象, 采集表层(0～20c m ) 314个土壤样品用于研究地形和土地利用方式
对黄土丘陵沟壑区小流域表层土壤有机碳空间分布的影响。地形和土地利用方式极显著(P
0. 0001) 影响小流域表层土壤有机碳含量与分布, 并且交互作用显著(P=0. 0511) 。地形影响
下, 土壤有机碳空间分布表现为沟底>峁坡>峁顶的变化趋势, 土壤有机碳含量沟底(8. 0g /
k g ) 、峁坡(7. 1g /kg ) 分别是峁顶(4. 2g /kg ) 的1. 9、1. 7倍。土地利用方式影响下, 土壤有机碳
空间分布表现为天然乔木>天然灌木>人工乔木>天然草地>人工灌木>人工草地>农田>
果园的分布变化规律。地形和土地利用交互作用下, 农田、果园、天然草地在坡面水土流失条件
下显示出土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征, 沟底有机碳含量农田(6. 9g /kg ) 、果园(8. 8g /
k g ) 、天然草地(9. 3g /kg ) 分别是峁顶的1. 9、2. 0、1. 9倍。林地(灌木林和乔木林) 却表现为峁
坡土壤有机碳含量远远高于沟底, 天然乔木林且达到了显著水平, 天然乔木峁坡土壤有机碳含
量(24. 6g /kg ) 是沟底(16. 4g /kg ) 的1. 5倍。
关 键 词:地形; 土地利用; 土壤有机碳; 黄土丘陵沟壑区
中图分类号:S153. 6+1 文献标志码:A 文章编号:1000-3037(2010) 03-0443-11
[1-5]地形和土地利用方式是影响土壤有机碳库变化的重要因素
侵蚀和水土流失影响土壤有机碳空间分布[6-8]。地形因子一方面通过
[9-10]; 另一方面地形支配着水、热资源的分配, 影响。土地利用结构
[11-13]植被和土地利用方式在空间上的配置, 进而影响到土壤有机碳的输入
土壤有机碳集中在20c m 以内的表层中[14-16]调整不仅有效控制了水土流失, 而且是提高陆地生态系统碳蓄存的重要措施
空间变异较之深层(20c m 以下) 影响更大。。大量的, 地形和土地利用方式作用下, 表层土壤有机碳
黄土高原地区地形破碎, 土地利用类型复杂多样。从南到北地形由渭河阶地向黄土台塬、高原沟壑、丘陵沟壑及风沙丘陵过渡, 在局域尺度上, 形成了典型的黄土高原沟壑(塬面、梁峁坡、沟谷) 和黄土丘陵沟壑(梁峁顶、梁峁坡、沟谷地) 等流域侵蚀地貌特征。植被类型由森林向森林草原、草原及风沙草原过渡。水土流失严重的黄土高原丘陵沟壑区, 地形支离破碎、沟壑纵横, 坡度10°～45°占整个流域的82. 1%,水土流失面积占总面积的88. 6%
收稿日期:2009-08-12; 修订日期:2009-12-04。
基金项目:国家自然科学基金面上项目(40771125) 。
第一作者简介:孙文义(1983-) , 男, 山西繁峙县人, 硕士研究生, 主要从事G I S 应用和土壤生态研究。, 男, , s l o . i s w c c
444 自 然 资 源 学 报25卷(1997年) ; 土地利用方式多样, 20世纪90年代以来进行了基本农田建设、退耕还林(果) 还草以及封山育林和植被恢复等
[4][17]。目前, 黄土区流域土壤有机碳含量分布已有研究主要集中在土地利用上, 对地形因素与土壤有机碳含量分布的关系研究较少。本文以小流域为
尺度研究了地形和土地利用对表层土壤有机碳含量空间分布特征的影响。
1 材料与方法
1. 1 流域自然概况
燕沟流域(36°28′00″～36°32′00″N , 109°20′00″～109°35′00″E ) 位于陕西省延安市宝塔区, 主沟长8. 6k m, 呈东南—西北流向, 总面积约48k m , 海拔986～1425m , 以梁峁地貌
2为主, 沟壑密度为4. 8k m /k m , 属于典型黄土丘陵沟壑区。流域内, 峁顶和沟底坡度为0～
5°, 面积占总面积的8. 7%;峁坡坡度为5°～84°, 可采样面积占总面积的84. 5%。研究区气候为暖温带半湿润向半干旱过渡的类型, 年平均气温9. 8℃,多年平均降雨量约558m m 。土壤为半熟化状态的黄绵土(约占90%以上) , 肥力较低。治理前(1997年以前) 流域水土流失面积42. 55k m , 占总面积的88. 65%,土壤侵蚀模数为9000t /(k m ·a ) , 属强度水土流失地区。流域14个行政村2006年底总人口3133人, 人口密度为67. 8人/km 。
该区植被类型多样, 属暖温带阔叶林向温带草原过渡地带。人工草被主要为紫花苜蓿(M e d i c a g o s a t i v a L ) , 分布较少; 人工灌木林主要为柠条(C a r a g a n a K o r s h i n s k i i ) 、沙棘(H i p p o -p h a e r h a m n o i d e s ) 、杠柳(P e r i p l o c as e p i u mB g e ) ; 人工乔木林主要为刺槐(R o b i n i ap s e u d o a c a -c i a ) 、山杨(P o b u l u s d a v i d i a n a ) 、油松(P i n u s t a b u l a e f o r m i s ) 、任用杏(P r n u u s a r m e n i a c s i b i r i c a ) 、侧柏(B i o t ao r i e n t a l i s ) 。天然草被主要为铁杆蒿(A r t e m i s i ag m e l i n i i ) 、长芒草(S t i p ab u n -g e a n a ) 、白羊草(B o t h r i o c h l o ai s c h a e m u m ) 、狗尾草(S e t a r i av i r i d i s (L . ) ) 、黄蒿(A r t e m i s i as c o p -a r i a ) ; 天然灌木林主要为黄刺玫(R o s a x a n t h i n a ) 、狼牙刺(S . v i c i i f d i a ) 、虎榛子(O s t r y o p s i s D a -v i d i a n a D c n e ) 、灰栒子(C o t o n e a s t e r a c u t i f o l i u s T u r c z ) 、北京丁香(S y r i n g ap e k i n e n s i s R u p r ) ; 天然乔木林主要为辽东栎(Q u e c c u s l i a o t u n g e n s i s ) 、白桦(B e t u l ap l a t y p h y l l a ) 、天然小乔木鼠李(R h a m n u s d a v u r i c a ) 。其中, 灌木林分布最广。1998年以来, 在流域南部、中部、北部配置了不同的水土流失治理措施, 南部主要以涵养水源的天然次生林为主, 中部以人工水土保持植被为主, 北部以农田林果植被为主[18][17]2222。目前流域内, 峁顶土地利用类型有农田、果园、人工草地、天然草地、人工灌木林, 峁坡土地利用类型有农田、果园、天然草地、人工灌木林、天然灌木林、人工乔木林、天然乔木林, 沟底土地利用类型有农田、果园、天然草地、天然灌木林、人工乔木林、天然乔木林。土地利用类型按2003年土地利用类型图整理分类(表1) 。
表1 黄土丘陵区燕沟流域土地利用面积、土壤采样数及其与土地利用面积的比例
T a b l e 1 La n du s ea r e a , s a m p l e s i z e a n d p r o p o r t i o n i nY a n g o uw a t e r s h e do f h i l l y l o e s s r e g i o n
土地利用
农田
果园
乔木林
灌木林
草地
居民地
水域
未利用地
2面积/hm 面积比例/%19. 313. 930. 816. 412. 82. 40. 43. 9
样本数N 7357596362样本比例/%23. 218. 218. 820. 119. 7925. 7666. 91472. 5783. 9615. 0117. 318. 9187. 9
3期孙文义等:地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响 445
1. 2 测定项目及方法
1. 2. 1 土样采集
基于小流域内的地形(图1) 和土地利用(图2) 两大因素, 采用“分层采样的方法”将地形(峁顶、峁坡、沟底) 作为一级层次, 将不同地形部位土地利用方式(农田、果园、草地、灌木林、乔木林) 作为二级层次, 采集土壤样品研究流域土壤有机碳(S O C ) 变异的影响因素。地形坡位峁顶和沟底采样样本数为63, 占采样样本总数的20%;峁坡采样样本数为251, 占采样样本总数的80%。土地利用采样类型、样本数及所占比例见表1
。
结合该区在气候和植被上过渡性特征, 各点以G P S 进行定位, 分别于2005-05、2007-05在燕沟流域上游、中游、下游土地利用类型多样、采样数据易于获取的典型支沟吴枣园、康家坷咾、樱桃沟采集了155个样本, 其它区域采集了97个样本。2009-07利用G I S 生成的燕沟流域经纬网格, 按经度、纬度各30″进行布点, G P S 进行定位, 在流域尺度上采集不同地形部位、不同土地利用类型土壤样本62个, 共计表层(0～20c m ) 土壤样本314个(图3) , 每个样本3次重复。每个样品由3点采集混合, 采集土钻直径为3c m 。
1. 2. 2 样品处理与分析
新鲜土样混合均匀后, 风干, 风干样过0. 25m m 筛后, 测定S O C (H O K r 2S 4-2C 2O 7外加热法) 。土壤水分测定采用烘干法, 即新鲜土样105℃烘干8h , 计算公式:土壤水分含量=(鲜重-干重) /干重×100%。粘粒含量采用激光粒度仪M a s t e r s i z e r 2000测定, 分别测定了粘粒(
1. 2. 3 数据处理与统计分析
用S A S 8. 1[20][19]软件对不同地形部位和不同土地利用方式下S O C 进行了方差分析(G L M ) , 当F 检验显著时, 再对3种地形部位和8种土地利用类型间均值进行比较(D u n -c a n ) 检验。对同一土地利用方式不同地形部位和同一地形部位不同土地利用方式下S O C c
446 自 然 资 源 学 报25
卷
图3 燕沟流域表层样点分布
F i g . 3 Sa m p l es i t e s o f Y a n g o uw a t e r s h e d
2009-07月土壤水分和2005-05土壤粘粒含量进行方差分析(G L M ) , 当F 检验显著时, 进行均值间比较(D u n c a n ) 检验。
2 结果与分析
2. 1 流域表层土壤有机碳空间分布影响因子
表2显示, 地形部位和土地利用方式对流域表层土壤有机碳空间分布有极显著影响(P
表2 黄土丘陵区燕沟流域表层土壤有机碳空间分布影响因子方差分析
T a b l e 2 Th ev a r i a n c e a n a l y s i s o f s p a t i a l d i s t r i b u t i o no f s o i l s u r f a c e o r g a n i c c a r b o n
i nY a n g o uw a t e r s h e do f h i l l yl o e s s r e g i o n
变异来源
地形部位
土地利用
交互作用自由度D F 278平方和S S 329. 573513. 88158. 76F 值16. 2849. 601. 96P
2. 2 土地利用方式对表层土壤有机碳含量与分布的影响
土地利用方式极显著(P 天然灌木>人工乔木>天然草地>人工灌木>人工草地>农田>果园的分布变化规律。天然乔木林土壤有机碳含量最高, 为21. 9g /kg ; 天然灌木林次之, 为15. 5g /kg ; 人工草地最低, 为3. 7g /kg 。
图4还显示, 与人工植被相比, 天然植被表层土壤有机碳含量存在极显著(P
3期孙文义等:地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响
447
图4 土地利用方式对黄土丘陵区燕沟流域表层土壤有机碳空间分布的影响
F i g . 4 Ef f e c t s o f l a n du s e o ns p a t i a l d i s t r i b u t i o no f s o i l s u r f a c e o r g a n i cc a r b o n
i nY a n g o uw a t e r s h e do f h i l l yl o e s s r e g i o n
极显著(P
2. 3 地形对表层土壤有机碳含量与分布的影响
地形对表层(0～20c m ) 土壤有机碳含量与分布也存在极显著(P峁坡>峁顶的变化趋势[图5(a ) ], 且沟底(8. 0g /kg ) 、峁坡(7. 1g /kg ) 土壤有机碳含量极显著(P
2. 4 燕沟流域地形和土地利用交互作用对表层土壤有机碳空间分布影响
同一土地利用方式下, 不同地形对表层土壤有机碳含量与分布影响存在显著差异(图5) 。农田、果园土地利用方式下, 沟底土壤有机碳含量极显著(P 峁坡>峁顶的变化趋势, 其沟底土壤有机碳含量(6. 9g /kg ) 分别是峁坡(4. 4g /kg ) 和峁顶(3. 7g /kg ) 的1. 6、1. 9倍; 果园土壤有机碳含量表现为沟底>峁顶>峁坡的变化趋势, 其沟底土壤有机碳含量(8. 8g /kg ) 分别是峁顶(4. 5g /kg ) 和峁坡(4. 2g /kg ) 的2. 0、2. 1倍。天然草地土地利用方式下, 土壤有机碳含量在地形部位上未达到显著差异, 但其分布规律与农田表现一致。灌木林、乔木林土地利用方式下土壤有机碳含量在地形部位上分布与农田、果园、草地差异较大。天然与人工灌木林在地形部位上的分布均未达到显著差异, 天然灌木林土壤有机碳含量分布表现为峁坡>沟底, 峁坡含量(15. 6g /kg ) 比沟底(13. 5g /kg ) 高15. 6%;人工灌木林土壤有机碳含量分布表现为峁顶>峁坡, 峁顶含量(8. 7g /kg ) 比峁坡(6. 3g /kg ) 高38. 1%。天然乔木林土壤有机碳含量在地形部位上达到显著差异(P 沟底, 峁坡含量(24. 6g /kg ) 是g ,
448 自 然 资 源 学 报25
卷
注:相同字母表示差异不显著, 字母不同表示差异显著; 小写字母表示0. 05显著性水平,
大写字母表示0. 01显著性水平。
图5 地形部位对黄土丘陵区燕沟流域表层土壤有机碳空间分布的影响
F i g . 5 Ef f e c t s o f t o p o g r a p h i e s o n s p a t i a l d i s t r i b u t i o no f s o i l s u r f a c e o r g a n i c c a r b o ni n
Y a n g o u w a t e r s h e d o f h i l l y l o e s s r e g i o n
其分布规律与天然乔木林表现一致, 峁坡含量(6. 7g /kg ) 是沟底(4. 6g /kg ) 的1. 5倍。
同一地形部位上, 不同土地利用方式对表层土壤有机碳含量与分布影响存在显著差异(表3) 。峁顶人工灌木林表层土壤有机碳含量极显著(P 天然草地>果园>人工草地=农田, 土壤有机碳含量变化幅度为3. 7～8. 7g /kg 。峁坡天然乔木林表层土壤有机碳含量极显著(P
3期孙文义等:地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响 449林; 天然灌木林表层土壤有机碳含量极显著(P 天然灌木林>人工乔木林>天然草地>人工灌木林>农田>果园, 土壤有机碳含量变化幅度为4. 2～24. 6g /kg 。沟底天然乔木林表层土壤有机碳含量极显著(P天然灌木林>天然草地>果园>农田>人工乔木林, 土壤有机碳含量变化幅度为4. 6～16. 4g /kg 。
表3 同一地形部位不同土地利用方式对黄土丘陵区燕沟流域表层土壤有机碳空间分布的影响
T a b l e 3 Ef f e c t s o f d i f f e r e n t l a n du s e u n d e r t h es a m et o p o g r a p h y o ns p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f s o i l
s u r f a c e o r g a n i c c a r b o n i n Y a n g o uw a t e r s h e d o f h i l l y l o e s s r e g i o n
地形部位土地利用
果园
农田
峁顶人工草地
人工灌木林
天然草地
总计
果园
农田
人工灌木林
峁坡人工乔木林
天然草地
天然灌木林
天然乔木林
总计
果园
农田
人工乔木林
沟底天然草地
天然灌木林
天然乔木林
总计
总计样本数N [***********][***********]4S O C (平均值±标准误差) /(g /kg ) 4. 5±1. 02b B 3. 7±0. 57b B 3. 7±0. 68b B 8. 7±1. 38a A 4. 8±0. 60b B 4. 2±1. 134. 2±1. 21c C 4. 4±1. 77c C 6. 3±3. 21c C 6. 7±3. 14c C 6. 4±3. 12c C 15. 6±6. 71b B 24. 6±7. 05a A 7. 1±5. 048. 8±0. 35b c A B C 6. 9±2. 23c B C 4. 6±3. 19c C 9. 3±1. 59b c A B C 13. 5±2. 56a b A B 16. 4±2. 94a A 8. 0±3. 476. 8±4. 73
注:平均值后相同字母表示差异不显著, 字母不同表示差异显著; 小写字母表示0. 05显著性水平, 大写字母表示0. 01显著性水平。
3 讨论
土壤有机碳含量与土地利用方式和植被恢复类型(天然与人工) 密切相关
究结果与马玉红等研究结果[22][21-22]。本研基本一致。
[23-24]地形和土地利用交互作用是影响土壤有机碳含量变化的重要因素。地形(如坡度、
450 自 然 资 源 学 报25卷壤养分迁移, 从而影响土地利用结构的变化, 土地利用结构调整等反过来也会影响土壤有机碳的蓄存能力。本研究显示, 处于峁坡的天然乔木林土壤有机碳含量(24. 6g /kg ) 最高, 其次, 为峁坡天然灌木林(15. 6g /kg ) ; 而处于沟底的天然乔木林(16. 4g /kg ) 和天然灌木林(13. 5g /kg ) 含量较低。处于峁顶农田和人工草地土壤有机碳含量最低, 都为3. 7g /kg , 而峁顶上人工灌木林土壤有机碳含量(8. 7g /k g ) 最高。因此, 单一考虑地形或土地利用对土壤有机碳的影响, 就不能全面揭示流域尺度上土壤有机碳空间变异规律, 地形和土地利用方式相互作用制约着土壤有机碳的空间变异性。
本研究区农田、果园、草地在坡面水土流失条件下显示出表层土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征, 但受人为影响和土地利用方式配置不同, 土壤有机碳空间分布又具有差异性。农田在峁顶、峁坡、沟底均有大面积的分布, 峁坡主要以梯田为主, 有效地控制了水土流失并承接了来自峁顶的汇水汇沙, 因而使处于强烈侵蚀带的峁坡土壤有机碳含量升高, 其含量(4. 4g /kg ) 比峁顶(3. 7g /kg ) 高18. 9%。果园主要分布在峁顶和峁坡, 沟底分布较少, 且峁坡果园主要以坡耕地为主, 控制水土流失能力弱于梯田, 承接上方泥沙的能力远远低于沟底, 因而峁坡果园表层土壤有机碳的含量低于峁顶, 远低于沟底。峁坡含量(4. 2g /kg ) 分别比峁顶(4. 5g /kg ) 和沟底(8. 8g /k g ) 低6. 7%、52. 3%。草地主要以自然恢复天然草地为主, 大面积分布在峁坡, 植被覆盖度较高, 且有零星的乔木和灌木植被, 有效地减少了土壤侵蚀和水土流失, 但其拦截水土能力弱于天然林地[25-26]; 天然草地根系分泌物和凋落物输入高于农田和果园但低于天然林地, 从而使峁坡表层土壤有机碳含量高于峁顶, 高于农田和果园, 但低于天然林地。峁坡土壤有机碳含量(6. 4g /kg ) 比峁顶(4. 8g /kg ) 高33. 3%,分别是农田和果园峁坡含量的1. 5、1. 5倍。天然林地(灌木林和乔木林) 与农田、果园、草地差异性较大, 在水土流失条件下未表现出表层土壤有机碳在沟底富集的特征。天然林地空间分布与草地相似, 大面积分布在峁坡, 沟底分布较少, 植被覆盖度较高, 林下凋落物较厚, 拦蓄水土、阻挡表层土壤养分功能强于草地, 且根系分泌物和凋落物输入远远大于草地, 从而使峁坡表层土壤有机碳的含量远远高于沟底, 且乔木林达到了显著水平。
水土流失条件下, 水分和泥沙的迁移是影响土壤有机碳空间分布的另一因素。本研究显示, 坡度小于84°的丘陵沟壑区, 沟底土壤水分(图6) 和细颗粒(粒级
图6 地形对燕沟流域表层土壤水分空间分布影响F 6f f e c t s o f t p h s o i s s o u r f a c ew
3期孙文义等:地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响
451
图7 地形对燕沟流域表层土壤粒级空间分布影响
F i g . 7 Ef f e c t s o f t o p o g r a p h i e s o nd i s t r i b u t i o no f s o i l s u r f a c e p a r t i c l e s
的正相关[16]
[28]。方华军等[27]在东北黑土区小流域坡度小于5°、高程11. 7m 的“S ”型缓坡和王洪杰等在四川紫色土坡度小于45°的低丘宽谷区研究均得到与之一致的结论。
4 结论
(1) 地形部位对燕沟流域表层(0～20c m ) 土壤有机碳空间分布有极显著影响(P 峁坡>峁顶的变化趋势, 其含量分别为8. 0、7. 1、4. 2g /kg 。
(2) 土地利用方式对燕沟流域表层(0～20c m ) 土壤有机碳空间分布也存在极显著影响(P 天然灌木>人工乔木>天然草地>人工灌木>人工草地>农田>果园。
(3) 地形部位与土地利用交互作用对土壤有机碳空间分布影响接近于显著水平, 达到94. 9%。农田、果园、草地在坡面水土流失条件下显示出表层土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征。但林地(灌木林和乔木林) 峁坡表层土壤有机碳的含量远远高于沟底, 且乔木林达到了显著水平。
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S U NW e n -y i , G U OS h e n g -l i , S O N GX i a o -y a n
(1. I n s t i t u t e o f S o i l a n dW a t e r C o n s e r v a t i o n , C A S a n d M i n i s t r y o f W a t e r R e s o u r c e s , Y a n g l i n g 712100, C h i n a ;
2. I n s t i t u t e o f S o i l a n dWa t e r C o n s e r v a t i o n , N o r t h w e s t A g r i c u l t u r e a n d F o r e s t r y U n i v e r s i t y , Y a n g l i n g 712100, C h i n a ) 11, 21
A b s t r a c t :I t i s i m p o r t a n t t o a c c u r a t e l y a s s e s s r e g i o n a l s p a t i a l d i s t r i b u t i o n a n d v a r i a t i o n o f s o i l o r -g a n i c c a r b o n a n d t o s t u d y e f f e c t s o f t o p o g r a p h i e s a n d l a n d u s e o n s p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f s o i l s u r f a c e o r g a n i c c a r b o n . I n Y a n g o uw a t e r s h e d , h i l l y r e g i o n o f t h e L o e s s P l a t e a u , b a s e d o n t h r e e t o p o g r a -p h i e s (t a b l e l a n d , s l o p e l a n d , g u l l y l a n d )a n de i g h t l a n d u s e s (f a r m l a n d , o r c h a r d , m a n m a d e a n d s e c o n d a r y g r a s s l a n d , m a n m a d e a n d s e c o n d a r y s h r u b l a n d a n d m a n m a d e a n d s e c o n d a r y w o o d l a n d ) , 314s o i l s u r f a c e (0-20c m )s a m p l e s w e r e c o l l e c t e d t o i n v e s t i g a t e e f f e c t s o f t o p o g r a p h i e s a n d l a n d u s e o n s p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f s o i l o r g a n i c c a r b o n i n t h e w a t e r s h e d . T o p o g r a p h i e s a n d l a n d u s e s i g n i f -i c a n t l y (P sl o p e l a n d >t a b l e l a n d , a n d t h e s o i l s u r f a c e o r g a n i c c a r b o n c o n t e n t s o f g u l l y l a n d (8. 0g /kg ) a n d s l o p e l a n d (7. 1g /kg ) w e r e a s 1. 9a n d 1. 7t i m e s a s t a b l e l a n d (4. 2g /kg ) r e s p e c t i v e l y . U n d e r t h e i n f l u e n c e o f l a n d u s e , t h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f s o i l s u r f a c e o r g a n i cc a r b o np e r f o r m a n c e df o r s e c o n d a r yw o o d l a n d >s e c o n d a r ys h r u bl a n d >m a n m a d e w o o d l a n d >s e c o n d a r y g r a s s l a n d >m a n m a d e s h r u b l a n d >m a n m a d e g r a s s l a n d >f a r m l a n d >o r c h a r d . U n d e r t h e i n f l u e n c eo f t h e i r i n t e r a c t i o n , s o i l s u r f a c e o r g a n i cc a r b o no f f a r m l a n d , o r c h a r d s a n d g r a s s l a n d w e r e g r a d u a l l y c o n c e n t r a t e d o n g u l l y l a n d u n d e r t h e c o n d i t i o n o f s o i l s l o p e e r o s i o n . T h e s o i l o r g a n i c c a r b o n c o n t e n t s o f g u l l y l a n d o f f a r m l a n d (6. 9g /kg ) , o r c h a r d (8. 8g /kg )a n d s e c -o n d a r y g r a s s l a n d (9. 3g /kg )w e r ea s 1. 9, 2. 2a n d 1. 9t i m e s a s t a b l e l a n dr e s p e c t i v e l y .F o r e s t s (s h r u b l a n d a n d w o o d l a n d ) w e r e d i f f e r e n t f r o mf a r m l a n d , o r c h a r d a n d g r a s s l a n d , a n d r e f l e c t e d t h a t s o i l s u r f a c e o r g a n i c c a r b o n c o n t e n t s o f t h e s l o p e l a n d w e r e m u c h h i g h e r t h a n t h e g u l l y l a n d . T h e s o i l o r g a n i c c a r b o n c o n t e n t o f t h e s l o p e l a n d o f s e c o n d a r y w o o d l a n d(24. 6g /kg )w h i c hw a s 1. 5t i m e s o f g u l l y l a n d (16. 4g /kg )r e a c h e d a s i g n i f i c a n t l e v e l c o m p a r e d w i t h g u l l y l a n d .
K e y w o r d s :t o p o g r a p h y ; l a n d u s e ; s o i l o r g a n i c c a r b o n ; h i l l y r e g i o n o f t h e L o e s s P l a t e a u
第25卷 第3期
2010年3月自 然 资 源 学 报J O U R N A L O FN A T U R A LR E S O U R C E S V o l . 25N o . 3M a r . , 2010
地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区
表层土壤有机碳空间分布影响
孙文义, 郭胜利11, 2＊, 宋小燕1
(1. 中国科学院水利部水土保持研究所, 陕西杨凌712100; 2. 西北农林科技大学水土保持研究所, 陕西杨凌712100)
摘要:研究地形和土地利用类型共同作用下表层土壤有机碳空间分布特征, 对准确评估区域土
壤有机碳的空间分布和变异特征具有重要意义。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域3种地形部位(峁
顶、峁坡、沟底) 和8种土地利用类型(农田、果园、天然与人工草地、天然与人工灌木林、天然与
人工乔木林) 为研究对象, 采集表层(0～20c m ) 314个土壤样品用于研究地形和土地利用方式
对黄土丘陵沟壑区小流域表层土壤有机碳空间分布的影响。地形和土地利用方式极显著(P
0. 0001) 影响小流域表层土壤有机碳含量与分布, 并且交互作用显著(P=0. 0511) 。地形影响
下, 土壤有机碳空间分布表现为沟底>峁坡>峁顶的变化趋势, 土壤有机碳含量沟底(8. 0g /
k g ) 、峁坡(7. 1g /kg ) 分别是峁顶(4. 2g /kg ) 的1. 9、1. 7倍。土地利用方式影响下, 土壤有机碳
空间分布表现为天然乔木>天然灌木>人工乔木>天然草地>人工灌木>人工草地>农田>
果园的分布变化规律。地形和土地利用交互作用下, 农田、果园、天然草地在坡面水土流失条件
下显示出土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征, 沟底有机碳含量农田(6. 9g /kg ) 、果园(8. 8g /
k g ) 、天然草地(9. 3g /kg ) 分别是峁顶的1. 9、2. 0、1. 9倍。林地(灌木林和乔木林) 却表现为峁
坡土壤有机碳含量远远高于沟底, 天然乔木林且达到了显著水平, 天然乔木峁坡土壤有机碳含
量(24. 6g /kg ) 是沟底(16. 4g /kg ) 的1. 5倍。
关 键 词:地形; 土地利用; 土壤有机碳; 黄土丘陵沟壑区
中图分类号:S153. 6+1 文献标志码:A 文章编号:1000-3037(2010) 03-0443-11
[1-5]地形和土地利用方式是影响土壤有机碳库变化的重要因素
侵蚀和水土流失影响土壤有机碳空间分布[6-8]。地形因子一方面通过
[9-10]; 另一方面地形支配着水、热资源的分配, 影响。土地利用结构
[11-13]植被和土地利用方式在空间上的配置, 进而影响到土壤有机碳的输入
土壤有机碳集中在20c m 以内的表层中[14-16]调整不仅有效控制了水土流失, 而且是提高陆地生态系统碳蓄存的重要措施
空间变异较之深层(20c m 以下) 影响更大。。大量的, 地形和土地利用方式作用下, 表层土壤有机碳
黄土高原地区地形破碎, 土地利用类型复杂多样。从南到北地形由渭河阶地向黄土台塬、高原沟壑、丘陵沟壑及风沙丘陵过渡, 在局域尺度上, 形成了典型的黄土高原沟壑(塬面、梁峁坡、沟谷) 和黄土丘陵沟壑(梁峁顶、梁峁坡、沟谷地) 等流域侵蚀地貌特征。植被类型由森林向森林草原、草原及风沙草原过渡。水土流失严重的黄土高原丘陵沟壑区, 地形支离破碎、沟壑纵横, 坡度10°～45°占整个流域的82. 1%,水土流失面积占总面积的88. 6%
收稿日期:2009-08-12; 修订日期:2009-12-04。
基金项目:国家自然科学基金面上项目(40771125) 。
第一作者简介:孙文义(1983-) , 男, 山西繁峙县人, 硕士研究生, 主要从事G I S 应用和土壤生态研究。, 男, , s l o . i s w c c
444 自 然 资 源 学 报25卷(1997年) ; 土地利用方式多样, 20世纪90年代以来进行了基本农田建设、退耕还林(果) 还草以及封山育林和植被恢复等
[4][17]。目前, 黄土区流域土壤有机碳含量分布已有研究主要集中在土地利用上, 对地形因素与土壤有机碳含量分布的关系研究较少。本文以小流域为
尺度研究了地形和土地利用对表层土壤有机碳含量空间分布特征的影响。
1 材料与方法
1. 1 流域自然概况
燕沟流域(36°28′00″～36°32′00″N , 109°20′00″～109°35′00″E ) 位于陕西省延安市宝塔区, 主沟长8. 6k m, 呈东南—西北流向, 总面积约48k m , 海拔986～1425m , 以梁峁地貌
2为主, 沟壑密度为4. 8k m /k m , 属于典型黄土丘陵沟壑区。流域内, 峁顶和沟底坡度为0～
5°, 面积占总面积的8. 7%;峁坡坡度为5°～84°, 可采样面积占总面积的84. 5%。研究区气候为暖温带半湿润向半干旱过渡的类型, 年平均气温9. 8℃,多年平均降雨量约558m m 。土壤为半熟化状态的黄绵土(约占90%以上) , 肥力较低。治理前(1997年以前) 流域水土流失面积42. 55k m , 占总面积的88. 65%,土壤侵蚀模数为9000t /(k m ·a ) , 属强度水土流失地区。流域14个行政村2006年底总人口3133人, 人口密度为67. 8人/km 。
该区植被类型多样, 属暖温带阔叶林向温带草原过渡地带。人工草被主要为紫花苜蓿(M e d i c a g o s a t i v a L ) , 分布较少; 人工灌木林主要为柠条(C a r a g a n a K o r s h i n s k i i ) 、沙棘(H i p p o -p h a e r h a m n o i d e s ) 、杠柳(P e r i p l o c as e p i u mB g e ) ; 人工乔木林主要为刺槐(R o b i n i ap s e u d o a c a -c i a ) 、山杨(P o b u l u s d a v i d i a n a ) 、油松(P i n u s t a b u l a e f o r m i s ) 、任用杏(P r n u u s a r m e n i a c s i b i r i c a ) 、侧柏(B i o t ao r i e n t a l i s ) 。天然草被主要为铁杆蒿(A r t e m i s i ag m e l i n i i ) 、长芒草(S t i p ab u n -g e a n a ) 、白羊草(B o t h r i o c h l o ai s c h a e m u m ) 、狗尾草(S e t a r i av i r i d i s (L . ) ) 、黄蒿(A r t e m i s i as c o p -a r i a ) ; 天然灌木林主要为黄刺玫(R o s a x a n t h i n a ) 、狼牙刺(S . v i c i i f d i a ) 、虎榛子(O s t r y o p s i s D a -v i d i a n a D c n e ) 、灰栒子(C o t o n e a s t e r a c u t i f o l i u s T u r c z ) 、北京丁香(S y r i n g ap e k i n e n s i s R u p r ) ; 天然乔木林主要为辽东栎(Q u e c c u s l i a o t u n g e n s i s ) 、白桦(B e t u l ap l a t y p h y l l a ) 、天然小乔木鼠李(R h a m n u s d a v u r i c a ) 。其中, 灌木林分布最广。1998年以来, 在流域南部、中部、北部配置了不同的水土流失治理措施, 南部主要以涵养水源的天然次生林为主, 中部以人工水土保持植被为主, 北部以农田林果植被为主[18][17]2222。目前流域内, 峁顶土地利用类型有农田、果园、人工草地、天然草地、人工灌木林, 峁坡土地利用类型有农田、果园、天然草地、人工灌木林、天然灌木林、人工乔木林、天然乔木林, 沟底土地利用类型有农田、果园、天然草地、天然灌木林、人工乔木林、天然乔木林。土地利用类型按2003年土地利用类型图整理分类(表1) 。
表1 黄土丘陵区燕沟流域土地利用面积、土壤采样数及其与土地利用面积的比例
T a b l e 1 La n du s ea r e a , s a m p l e s i z e a n d p r o p o r t i o n i nY a n g o uw a t e r s h e do f h i l l y l o e s s r e g i o n
土地利用
农田
果园
乔木林
灌木林
草地
居民地
水域
未利用地
2面积/hm 面积比例/%19. 313. 930. 816. 412. 82. 40. 43. 9
样本数N 7357596362样本比例/%23. 218. 218. 820. 119. 7925. 7666. 91472. 5783. 9615. 0117. 318. 9187. 9
3期孙文义等:地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响 445
1. 2 测定项目及方法
1. 2. 1 土样采集
基于小流域内的地形(图1) 和土地利用(图2) 两大因素, 采用“分层采样的方法”将地形(峁顶、峁坡、沟底) 作为一级层次, 将不同地形部位土地利用方式(农田、果园、草地、灌木林、乔木林) 作为二级层次, 采集土壤样品研究流域土壤有机碳(S O C ) 变异的影响因素。地形坡位峁顶和沟底采样样本数为63, 占采样样本总数的20%;峁坡采样样本数为251, 占采样样本总数的80%。土地利用采样类型、样本数及所占比例见表1
。
结合该区在气候和植被上过渡性特征, 各点以G P S 进行定位, 分别于2005-05、2007-05在燕沟流域上游、中游、下游土地利用类型多样、采样数据易于获取的典型支沟吴枣园、康家坷咾、樱桃沟采集了155个样本, 其它区域采集了97个样本。2009-07利用G I S 生成的燕沟流域经纬网格, 按经度、纬度各30″进行布点, G P S 进行定位, 在流域尺度上采集不同地形部位、不同土地利用类型土壤样本62个, 共计表层(0～20c m ) 土壤样本314个(图3) , 每个样本3次重复。每个样品由3点采集混合, 采集土钻直径为3c m 。
1. 2. 2 样品处理与分析
新鲜土样混合均匀后, 风干, 风干样过0. 25m m 筛后, 测定S O C (H O K r 2S 4-2C 2O 7外加热法) 。土壤水分测定采用烘干法, 即新鲜土样105℃烘干8h , 计算公式:土壤水分含量=(鲜重-干重) /干重×100%。粘粒含量采用激光粒度仪M a s t e r s i z e r 2000测定, 分别测定了粘粒(
1. 2. 3 数据处理与统计分析
用S A S 8. 1[20][19]软件对不同地形部位和不同土地利用方式下S O C 进行了方差分析(G L M ) , 当F 检验显著时, 再对3种地形部位和8种土地利用类型间均值进行比较(D u n -c a n ) 检验。对同一土地利用方式不同地形部位和同一地形部位不同土地利用方式下S O C c
446 自 然 资 源 学 报25
卷
图3 燕沟流域表层样点分布
F i g . 3 Sa m p l es i t e s o f Y a n g o uw a t e r s h e d
2009-07月土壤水分和2005-05土壤粘粒含量进行方差分析(G L M ) , 当F 检验显著时, 进行均值间比较(D u n c a n ) 检验。
2 结果与分析
2. 1 流域表层土壤有机碳空间分布影响因子
表2显示, 地形部位和土地利用方式对流域表层土壤有机碳空间分布有极显著影响(P
表2 黄土丘陵区燕沟流域表层土壤有机碳空间分布影响因子方差分析
T a b l e 2 Th ev a r i a n c e a n a l y s i s o f s p a t i a l d i s t r i b u t i o no f s o i l s u r f a c e o r g a n i c c a r b o n
i nY a n g o uw a t e r s h e do f h i l l yl o e s s r e g i o n
变异来源
地形部位
土地利用
交互作用自由度D F 278平方和S S 329. 573513. 88158. 76F 值16. 2849. 601. 96P
2. 2 土地利用方式对表层土壤有机碳含量与分布的影响
土地利用方式极显著(P 天然灌木>人工乔木>天然草地>人工灌木>人工草地>农田>果园的分布变化规律。天然乔木林土壤有机碳含量最高, 为21. 9g /kg ; 天然灌木林次之, 为15. 5g /kg ; 人工草地最低, 为3. 7g /kg 。
图4还显示, 与人工植被相比, 天然植被表层土壤有机碳含量存在极显著(P
3期孙文义等:地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响
447
图4 土地利用方式对黄土丘陵区燕沟流域表层土壤有机碳空间分布的影响
F i g . 4 Ef f e c t s o f l a n du s e o ns p a t i a l d i s t r i b u t i o no f s o i l s u r f a c e o r g a n i cc a r b o n
i nY a n g o uw a t e r s h e do f h i l l yl o e s s r e g i o n
极显著(P
2. 3 地形对表层土壤有机碳含量与分布的影响
地形对表层(0～20c m ) 土壤有机碳含量与分布也存在极显著(P峁坡>峁顶的变化趋势[图5(a ) ], 且沟底(8. 0g /kg ) 、峁坡(7. 1g /kg ) 土壤有机碳含量极显著(P
2. 4 燕沟流域地形和土地利用交互作用对表层土壤有机碳空间分布影响
同一土地利用方式下, 不同地形对表层土壤有机碳含量与分布影响存在显著差异(图5) 。农田、果园土地利用方式下, 沟底土壤有机碳含量极显著(P 峁坡>峁顶的变化趋势, 其沟底土壤有机碳含量(6. 9g /kg ) 分别是峁坡(4. 4g /kg ) 和峁顶(3. 7g /kg ) 的1. 6、1. 9倍; 果园土壤有机碳含量表现为沟底>峁顶>峁坡的变化趋势, 其沟底土壤有机碳含量(8. 8g /kg ) 分别是峁顶(4. 5g /kg ) 和峁坡(4. 2g /kg ) 的2. 0、2. 1倍。天然草地土地利用方式下, 土壤有机碳含量在地形部位上未达到显著差异, 但其分布规律与农田表现一致。灌木林、乔木林土地利用方式下土壤有机碳含量在地形部位上分布与农田、果园、草地差异较大。天然与人工灌木林在地形部位上的分布均未达到显著差异, 天然灌木林土壤有机碳含量分布表现为峁坡>沟底, 峁坡含量(15. 6g /kg ) 比沟底(13. 5g /kg ) 高15. 6%;人工灌木林土壤有机碳含量分布表现为峁顶>峁坡, 峁顶含量(8. 7g /kg ) 比峁坡(6. 3g /kg ) 高38. 1%。天然乔木林土壤有机碳含量在地形部位上达到显著差异(P 沟底, 峁坡含量(24. 6g /kg ) 是g ,
448 自 然 资 源 学 报25
卷
注:相同字母表示差异不显著, 字母不同表示差异显著; 小写字母表示0. 05显著性水平,
大写字母表示0. 01显著性水平。
图5 地形部位对黄土丘陵区燕沟流域表层土壤有机碳空间分布的影响
F i g . 5 Ef f e c t s o f t o p o g r a p h i e s o n s p a t i a l d i s t r i b u t i o no f s o i l s u r f a c e o r g a n i c c a r b o ni n
Y a n g o u w a t e r s h e d o f h i l l y l o e s s r e g i o n
其分布规律与天然乔木林表现一致, 峁坡含量(6. 7g /kg ) 是沟底(4. 6g /kg ) 的1. 5倍。
同一地形部位上, 不同土地利用方式对表层土壤有机碳含量与分布影响存在显著差异(表3) 。峁顶人工灌木林表层土壤有机碳含量极显著(P 天然草地>果园>人工草地=农田, 土壤有机碳含量变化幅度为3. 7～8. 7g /kg 。峁坡天然乔木林表层土壤有机碳含量极显著(P
3期孙文义等:地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响 449林; 天然灌木林表层土壤有机碳含量极显著(P 天然灌木林>人工乔木林>天然草地>人工灌木林>农田>果园, 土壤有机碳含量变化幅度为4. 2～24. 6g /kg 。沟底天然乔木林表层土壤有机碳含量极显著(P天然灌木林>天然草地>果园>农田>人工乔木林, 土壤有机碳含量变化幅度为4. 6～16. 4g /kg 。
表3 同一地形部位不同土地利用方式对黄土丘陵区燕沟流域表层土壤有机碳空间分布的影响
T a b l e 3 Ef f e c t s o f d i f f e r e n t l a n du s e u n d e r t h es a m et o p o g r a p h y o ns p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f s o i l
s u r f a c e o r g a n i c c a r b o n i n Y a n g o uw a t e r s h e d o f h i l l y l o e s s r e g i o n
地形部位土地利用
果园
农田
峁顶人工草地
人工灌木林
天然草地
总计
果园
农田
人工灌木林
峁坡人工乔木林
天然草地
天然灌木林
天然乔木林
总计
果园
农田
人工乔木林
沟底天然草地
天然灌木林
天然乔木林
总计
总计样本数N [***********][***********]4S O C (平均值±标准误差) /(g /kg ) 4. 5±1. 02b B 3. 7±0. 57b B 3. 7±0. 68b B 8. 7±1. 38a A 4. 8±0. 60b B 4. 2±1. 134. 2±1. 21c C 4. 4±1. 77c C 6. 3±3. 21c C 6. 7±3. 14c C 6. 4±3. 12c C 15. 6±6. 71b B 24. 6±7. 05a A 7. 1±5. 048. 8±0. 35b c A B C 6. 9±2. 23c B C 4. 6±3. 19c C 9. 3±1. 59b c A B C 13. 5±2. 56a b A B 16. 4±2. 94a A 8. 0±3. 476. 8±4. 73
注:平均值后相同字母表示差异不显著, 字母不同表示差异显著; 小写字母表示0. 05显著性水平, 大写字母表示0. 01显著性水平。
3 讨论
土壤有机碳含量与土地利用方式和植被恢复类型(天然与人工) 密切相关
究结果与马玉红等研究结果[22][21-22]。本研基本一致。
[23-24]地形和土地利用交互作用是影响土壤有机碳含量变化的重要因素。地形(如坡度、
450 自 然 资 源 学 报25卷壤养分迁移, 从而影响土地利用结构的变化, 土地利用结构调整等反过来也会影响土壤有机碳的蓄存能力。本研究显示, 处于峁坡的天然乔木林土壤有机碳含量(24. 6g /kg ) 最高, 其次, 为峁坡天然灌木林(15. 6g /kg ) ; 而处于沟底的天然乔木林(16. 4g /kg ) 和天然灌木林(13. 5g /kg ) 含量较低。处于峁顶农田和人工草地土壤有机碳含量最低, 都为3. 7g /kg , 而峁顶上人工灌木林土壤有机碳含量(8. 7g /k g ) 最高。因此, 单一考虑地形或土地利用对土壤有机碳的影响, 就不能全面揭示流域尺度上土壤有机碳空间变异规律, 地形和土地利用方式相互作用制约着土壤有机碳的空间变异性。
本研究区农田、果园、草地在坡面水土流失条件下显示出表层土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征, 但受人为影响和土地利用方式配置不同, 土壤有机碳空间分布又具有差异性。农田在峁顶、峁坡、沟底均有大面积的分布, 峁坡主要以梯田为主, 有效地控制了水土流失并承接了来自峁顶的汇水汇沙, 因而使处于强烈侵蚀带的峁坡土壤有机碳含量升高, 其含量(4. 4g /kg ) 比峁顶(3. 7g /kg ) 高18. 9%。果园主要分布在峁顶和峁坡, 沟底分布较少, 且峁坡果园主要以坡耕地为主, 控制水土流失能力弱于梯田, 承接上方泥沙的能力远远低于沟底, 因而峁坡果园表层土壤有机碳的含量低于峁顶, 远低于沟底。峁坡含量(4. 2g /kg ) 分别比峁顶(4. 5g /kg ) 和沟底(8. 8g /k g ) 低6. 7%、52. 3%。草地主要以自然恢复天然草地为主, 大面积分布在峁坡, 植被覆盖度较高, 且有零星的乔木和灌木植被, 有效地减少了土壤侵蚀和水土流失, 但其拦截水土能力弱于天然林地[25-26]; 天然草地根系分泌物和凋落物输入高于农田和果园但低于天然林地, 从而使峁坡表层土壤有机碳含量高于峁顶, 高于农田和果园, 但低于天然林地。峁坡土壤有机碳含量(6. 4g /kg ) 比峁顶(4. 8g /kg ) 高33. 3%,分别是农田和果园峁坡含量的1. 5、1. 5倍。天然林地(灌木林和乔木林) 与农田、果园、草地差异性较大, 在水土流失条件下未表现出表层土壤有机碳在沟底富集的特征。天然林地空间分布与草地相似, 大面积分布在峁坡, 沟底分布较少, 植被覆盖度较高, 林下凋落物较厚, 拦蓄水土、阻挡表层土壤养分功能强于草地, 且根系分泌物和凋落物输入远远大于草地, 从而使峁坡表层土壤有机碳的含量远远高于沟底, 且乔木林达到了显著水平。
水土流失条件下, 水分和泥沙的迁移是影响土壤有机碳空间分布的另一因素。本研究显示, 坡度小于84°的丘陵沟壑区, 沟底土壤水分(图6) 和细颗粒(粒级
图6 地形对燕沟流域表层土壤水分空间分布影响F 6f f e c t s o f t p h s o i s s o u r f a c ew
3期孙文义等:地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响
451
图7 地形对燕沟流域表层土壤粒级空间分布影响
F i g . 7 Ef f e c t s o f t o p o g r a p h i e s o nd i s t r i b u t i o no f s o i l s u r f a c e p a r t i c l e s
的正相关[16]
[28]。方华军等[27]在东北黑土区小流域坡度小于5°、高程11. 7m 的“S ”型缓坡和王洪杰等在四川紫色土坡度小于45°的低丘宽谷区研究均得到与之一致的结论。
4 结论
(1) 地形部位对燕沟流域表层(0～20c m ) 土壤有机碳空间分布有极显著影响(P 峁坡>峁顶的变化趋势, 其含量分别为8. 0、7. 1、4. 2g /kg 。
(2) 土地利用方式对燕沟流域表层(0～20c m ) 土壤有机碳空间分布也存在极显著影响(P 天然灌木>人工乔木>天然草地>人工灌木>人工草地>农田>果园。
(3) 地形部位与土地利用交互作用对土壤有机碳空间分布影响接近于显著水平, 达到94. 9%。农田、果园、草地在坡面水土流失条件下显示出表层土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征。但林地(灌木林和乔木林) 峁坡表层土壤有机碳的含量远远高于沟底, 且乔木林达到了显著水平。
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E f f e c t s o f T o p o g r a p h i e s a n dL a n dU s e o n S p a t i a l D i s t r i b u t i o no f S u r f a c e S o i l O r g a n i c C a r b o n i nH i l l y R e g i o n o f t h e L o e s s P l a t e a u
S U NW e n -y i , G U OS h e n g -l i , S O N GX i a o -y a n
(1. I n s t i t u t e o f S o i l a n dW a t e r C o n s e r v a t i o n , C A S a n d M i n i s t r y o f W a t e r R e s o u r c e s , Y a n g l i n g 712100, C h i n a ;
2. I n s t i t u t e o f S o i l a n dWa t e r C o n s e r v a t i o n , N o r t h w e s t A g r i c u l t u r e a n d F o r e s t r y U n i v e r s i t y , Y a n g l i n g 712100, C h i n a ) 11, 21
A b s t r a c t :I t i s i m p o r t a n t t o a c c u r a t e l y a s s e s s r e g i o n a l s p a t i a l d i s t r i b u t i o n a n d v a r i a t i o n o f s o i l o r -g a n i c c a r b o n a n d t o s t u d y e f f e c t s o f t o p o g r a p h i e s a n d l a n d u s e o n s p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f s o i l s u r f a c e o r g a n i c c a r b o n . I n Y a n g o uw a t e r s h e d , h i l l y r e g i o n o f t h e L o e s s P l a t e a u , b a s e d o n t h r e e t o p o g r a -p h i e s (t a b l e l a n d , s l o p e l a n d , g u l l y l a n d )a n de i g h t l a n d u s e s (f a r m l a n d , o r c h a r d , m a n m a d e a n d s e c o n d a r y g r a s s l a n d , m a n m a d e a n d s e c o n d a r y s h r u b l a n d a n d m a n m a d e a n d s e c o n d a r y w o o d l a n d ) , 314s o i l s u r f a c e (0-20c m )s a m p l e s w e r e c o l l e c t e d t o i n v e s t i g a t e e f f e c t s o f t o p o g r a p h i e s a n d l a n d u s e o n s p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f s o i l o r g a n i c c a r b o n i n t h e w a t e r s h e d . T o p o g r a p h i e s a n d l a n d u s e s i g n i f -i c a n t l y (P sl o p e l a n d >t a b l e l a n d , a n d t h e s o i l s u r f a c e o r g a n i c c a r b o n c o n t e n t s o f g u l l y l a n d (8. 0g /kg ) a n d s l o p e l a n d (7. 1g /kg ) w e r e a s 1. 9a n d 1. 7t i m e s a s t a b l e l a n d (4. 2g /kg ) r e s p e c t i v e l y . U n d e r t h e i n f l u e n c e o f l a n d u s e , t h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f s o i l s u r f a c e o r g a n i cc a r b o np e r f o r m a n c e df o r s e c o n d a r yw o o d l a n d >s e c o n d a r ys h r u bl a n d >m a n m a d e w o o d l a n d >s e c o n d a r y g r a s s l a n d >m a n m a d e s h r u b l a n d >m a n m a d e g r a s s l a n d >f a r m l a n d >o r c h a r d . U n d e r t h e i n f l u e n c eo f t h e i r i n t e r a c t i o n , s o i l s u r f a c e o r g a n i cc a r b o no f f a r m l a n d , o r c h a r d s a n d g r a s s l a n d w e r e g r a d u a l l y c o n c e n t r a t e d o n g u l l y l a n d u n d e r t h e c o n d i t i o n o f s o i l s l o p e e r o s i o n . T h e s o i l o r g a n i c c a r b o n c o n t e n t s o f g u l l y l a n d o f f a r m l a n d (6. 9g /kg ) , o r c h a r d (8. 8g /kg )a n d s e c -o n d a r y g r a s s l a n d (9. 3g /kg )w e r ea s 1. 9, 2. 2a n d 1. 9t i m e s a s t a b l e l a n dr e s p e c t i v e l y .F o r e s t s (s h r u b l a n d a n d w o o d l a n d ) w e r e d i f f e r e n t f r o mf a r m l a n d , o r c h a r d a n d g r a s s l a n d , a n d r e f l e c t e d t h a t s o i l s u r f a c e o r g a n i c c a r b o n c o n t e n t s o f t h e s l o p e l a n d w e r e m u c h h i g h e r t h a n t h e g u l l y l a n d . T h e s o i l o r g a n i c c a r b o n c o n t e n t o f t h e s l o p e l a n d o f s e c o n d a r y w o o d l a n d(24. 6g /kg )w h i c hw a s 1. 5t i m e s o f g u l l y l a n d (16. 4g /kg )r e a c h e d a s i g n i f i c a n t l e v e l c o m p a r e d w i t h g u l l y l a n d .
K e y w o r d s :t o p o g r a p h y ; l a n d u s e ; s o i l o r g a n i c c a r b o n ; h i l l y r e g i o n o f t h e L o e s s P l a t e a u