全 文 ：2013 年 4 月
第 2 期
林业资源管理
FOREST RESOURCES MANAGEMENT
April 2013
No. 2
科尔沁差巴嘎蒿群落土壤有机碳含量及其与土壤养分关系的研究
李凯锋1，王树森1，罗于洋1，张海龙2，刘玉喜3，宋经纬4
(1. 内蒙古农业大学生态环境学院，呼和浩特 010019;2. 内蒙古自治区地质调查院，呼和浩特 010018;3. 山东省寿光市生态
林场管理委员会，山东 寿光 262700;4. 国家林业局林产工业规划设计院，北京 100010)
摘要:以科尔沁大青沟差巴嘎蒿群落的土壤为研究对象，采用挖掘法对土壤做剖面，研究了不同深度下土壤有机碳
含量与土壤养分 (氮、磷、钾)的分布及其相互关系。结果表明:1)在土壤深度 0 ～ 60cm内，随土壤深度的增
加，土壤有机碳含量整体呈下降趋势，其变化范围 18. 31 ～ 5. 18g /kg，在 0 ～ 5cm 内，达到最大值为18. 31g /kg;
2)对土壤养分分析得知，速效钾平均含量为 101. 29g /kg，有效磷平均含量为 2. 89g /kg，碱解氮平均含量为
18. 77g /kg，全钾平均含量 (33. 60g /kg)比全磷平均含量 (0. 09g /kg)、全氮平均含量 (0. 69g /kg)都大;3)通
过相关分析可知，土壤有机碳含量与速效钾含量存在极显著的相关性，土壤有机碳含量与全效钾含量不相关。
关键词:差巴嘎蒿;土壤有机碳;土壤养分;大青沟
中图分类号:S714. 5 文献标识码:A 文章编号:1002 － 6622(2013)02 － 0071 － 06
The Relationship of Soil Organic Carbon and Soil Nutrient Content
of Artemisia halodendron Community in Daqinggou of Horqin
LI Kaifeng1，WANG Shusen1，LUO Yuyang1，ZHANG Hailong2，LIU Yuxi3，SONG Jingwei4
(1. Inner Mongolia Agricultural University，Huhhot 010019;2. The Inner Mongolia Geology Survey Institute，Huhhot 010018;3. Shouguang Ec-
ological Forest Management Committee，Shouguang 262700，Shandong Province;4. Planning and Design Academy of Forest Products Indus-
try，SFA，Beijing 100010，China)
Abstract:Through the research of the soil profile，the study on distribution and relationships of soil organic
carbon and soil nutrient(Nitrogen，Phosphorus，Potassium)under different depth in the Artemisia haloden-
dron community in Daqinggou of Horqin was conducted. The results were as follows:1)in 0 ～60 cm depth
soil，the soil organic content decreases with depth，which changes in scope of 18. 31 ～ 5. 18g /kg，the maxi-
mum of them is 18. 31g /kg in 0 ～ 5cm depth soil;2)Through soil nutrient analysis，average content
of available potassium，available phosphorus and available nitrogen were 101. 29g /kg，2. 89g /kg，and 18. 77
g /kgrespectively. Total content of potassium，phosphorus and nitrogen were 33. 60g /kg，0. 09g /kg and
0. 69g /kg;3)The correlation analysis shows that soil organic carbon and available potassium content have
a significant correlation but no correlation with soil organic and the total potassium.
Key words:Artemisia halodendron，soil organic carbon，soil nutrient，Daqinggou
收稿日期:2012 － 12 － 31;修回日期:2013 － 03 － 12
基金项目:国家自然科学基金(30860034)
作者简介:李凯锋(1986 －) ，男，内蒙古赤峰人，在读硕士，专业方向:荒漠化防治及林业碳汇方面。
Email:zgnmgcf@ 163. com
通讯作者:罗于洋(1968 －) ，女，陕西榆林人，副教授，现从事环境保护教学与科研工作。Email:luo680715@ 163. com
DOI:10.13466/j.cnki.lyzygl.2013.02.019
林业资源管理 第 2 期
土壤碳库在应对全球气候变化过程中起着非
常重要的作用，目前已有学者对土壤碳库进行多方
面的研究［1 － 3］。土地沙漠化是世界许多干旱半干旱
地区最严重的社会与环境问题之一［4 － 5］，由此导致
土壤沙化和风沙地貌的形成，破坏土壤结构，降低
土壤肥力和养分含量，致使土地生产潜力明显降
低［6］，对植被生长有较大影响。截至 2009 年，我国
荒漠化土地面积 262. 37 万 km2，占国土面积的
27. 33%①。荒漠化土地面积如此之大，其沙质土壤
碳库也是不可忽视的一部分。目前，国内研究者多
集中对不同植被或地域类型下沙地土壤养分［7 － 9］、
空间异质性［10］、土壤含水量与植被根系分布关
系［11］及土壤有机碳与理化因子相互关系［12 － 13］等方
面的研究，而对沙地土壤有机碳与土壤主要养分相
互关系的研究相对较少。
科尔沁沙地位于内蒙古东部的西辽河中下游
通辽市附近，20 世纪以来，由于人口增加，对其环境
的破坏加重，目前已成为沙漠化最为严重的地区之
一，科尔沁沙地面积大约 5. 06 万 km2，是中国北方
典型的农牧交错地区［9］。本文通过对科尔沁沙地
大青沟自然保护区差巴嘎蒿群落下土壤有机碳及
其与土壤养分(氮、磷、钾)相互关系的研究，旨在为
合理配置沙地植物及有效利用沙地资源、评价沙地
土壤碳库提供理论基础和准确数据，为合理利用沙
地资源，加快沙地生态恢复和建设提供理论依据和
实际应用。
1 研究区概况
科尔沁大青沟位于内蒙古自治区科尔沁左翼
后旗境内，其地理位置为 122° 13 ～ 122° 15 E，
42°45 ～ 2°48N，总面积为8 183hm2，保护区内大小
青沟纵横，长达 24km2，深约 100m，宽约 200 ～
300m，现已被划为国家级自然保护区。沟外为一望
无际，此起彼伏的沙丘，沙丘一般高度在 10m 以下。
大青沟地区属东北温带半湿润气候区向内蒙古温
带半干旱气候区的过渡地带。冬春季干旱、多大
风，降雨多集中在夏季，年平均降水量 350 ～
500mm，主要集中在 6—8 月，共 3 个月，约占全年降
水总量的 70%以上，蒸发量约为1 500 ～ 2 500mm。
沟内年平均相对湿度比沟外大 20% ～ 25%，降水年
变化率较大。
大青沟内外土壤以沙土为主，兼有沙壤土带，
主要以固定沙丘为主，沟坡个别地段也有风积沙、
冲积沙和淋溶现象。大青沟沟底的土壤不是地带
性土壤，由于森林植被枯枝落叶的积累而土壤色泽
变深，导致腐殖土层变厚。
2 研究方法
2. 1 样地设置方法
2009 年 8 月份，将试验地设置在坡度相对平缓
的大青沟台面的差巴嘎蒿群落内，沙丘坡度小于
5°，共设置 3 个 10m ×10m样方，在每个样方中沿对
角线挖取 3 个土壤剖面。
2. 2 土壤取样方法
在样地内挖 3 个土壤剖面，深度为 0 ～ 60cm，
以地表为起点，0 ～ 10cm 内，以 5cm 为一层进行取
样，每层取 3 个重复，10 ～ 60cm 内，以 10cm 为一
层进行取样，每层取 3 个重复，装入密封袋中，带
回实验室。
2. 3 土壤处理方法
将取回的土样在实验室进行风干，测定含水量
后再均匀混合，采用四分法取少量样品，再利用
2mm筛去除植物根系及石砾，处理后土样用于有效
磷、碱解氮、速效钾测定;另取部分土样经研磨后过
0. 25mm筛，此土样用于测定全磷、全氮、全钾及土
壤有机碳测定。
2. 4 土壤养分测定方法
有效磷、碱解氮、速效钾分别通过 0. 5mol /L 碳
酸氢钠浸提 － 钼锑抗比色法测定、碱解扩散法测
定、醋酸铵浸提 － 火焰光度法测定;全磷、全氮、全
钾及土壤有机碳分别通过氢氧化钠熔融 －钼锑抗
比色法测定、半微量凯氏法测定、氢氧化钠熔融 －
火焰光度法测定及重铬酸钾 －浓硫酸外源热法测
定［14］。以上测定均为 3 个重复。
27
① 国家林业局 . 中国荒漠化和沙化简况—第四次全国荒漠化和沙化监测 . 2011.
第 2 期 李凯锋等:科尔沁差巴嘎蒿群落土壤有机碳含量及其与土壤养分关系的研究
2. 5 数据处理方法
实验所得数据利用 Excel 2003 进行初步整理，
用 SAS9. 1 软件进行相关分析，并绘制相关图形及
表格。
3 结果与分析
3. 1 不同深度土壤有机碳含量分布及其变化特征
由图 1 可知，在土壤深度 0 ～ 60cm 内，土壤有
机碳含量变化范围是 14. 98 ～ 5. 18g /kg，平均值为
7. 66g /kg。随土壤深度增加，土壤有机碳含量变化
呈总体下降趋势，其中:0 ～ 10cm，土壤有机碳含量
变化较大，降幅为最大值的 35. 06%;土壤深度 0 ～
20cm，土壤有机碳含量变化表现为明显下降趋势;
在 30 ～ 60cm内，有机碳含量变化趋于稳定。由图 1
还可看出，土壤有机碳含量随深度的变化，呈幂指
数变化，拟合方程为 y = 13. 684x － 0. 5313，R2 = 0. 9516。
引起土壤上层有机碳含量远大于土壤下层有机碳
含量的原因，可能是与土壤上层有植被根系分泌物
及凋落物有关。
图 1 不同土层深度土壤有机碳含量垂直分布特征
3. 2 不同深度土壤有机碳含量与土壤养分分布规
律及其相关关系
3. 2. 1 不同深度土壤有机碳含量与土壤速效养分
分布规律
土壤养分的总体状况对生态系统的演替过程
及环境变化有一定的影响［15 － 16］，其中土壤有效养分
(氮、磷、钾)是可直接供给植物生长的养分［17］，土
壤有效养分的分布是影响植物生长的重要因素，特
别是植物根系的生长，尤其是土壤有效磷和速效钾
是植物直接吸收利用的养分元素，也是反映沙地肥
力的重要指标之一［18］。
图 2 不同土层深度速效养分与土壤有机碳含量分布变化规律
由图 2 可以看出，土壤速效钾的平均含量为
101. 29g /kg，碱解氮平均含量为 18. 77g /kg、有效磷
平均含量为 2. 89g /kg，土壤速效钾平均含量约是碱
解氮的 5 倍，是有效磷的 35 倍。其中:速效钾在土
壤深度为 0 ～ 5cm 时，达到最大，为 295. 58g /kg;在
30 ～ 40cm 时最低，为 46. 49g /kg;在 0 ～ 10cm 的范
围内，速效钾的变动最大，降幅为 203. 71g /kg。在
0 ～60cm范围内，随土壤深度增加，土壤速效钾含量
变化整体呈下降趋势。
土壤碱解氮和有效磷也存在一定的差别，碱解
氮平均含量(18. 77g /kg)高于有效磷平均含量
(2. 89g /kg) ，约高出 7 倍。其中:碱解氮的含量最
大值出现在 0 ～ 5cm，为 27. 74g /kg;最小值出现在
20 ～ 30cm，为 13. 74g /kg;有效磷的含量最大值出现
在 0 ～ 5cm，为 6. 09g /kg;最小值出现在 20 ～ 30cm，
为 1. 60g /kg。由此可知，随土壤深度增加，土壤碱
解氮和有效磷变化趋势基本保持一致，相对土壤有
机碳含量来说，均呈下降趋势。
3. 2. 2 不同深度土壤有机碳含量与土壤速效养分
的相关关系
土壤养分物质是供给植被所需营养的重要来
源，土壤养分含量及分布除受植被类型、环境因素
影响外，其土壤各项指标之间也相互制约影响。以
沙地沟谷特殊生境的土壤有机碳含量为核心，对其
与土壤速效养分(氮、磷、钾)含量分布及其变化进
行分析，得出土壤有机碳含量与土壤速效钾、碱解
37
林业资源管理 第 2 期
氮及有效磷三种指标的相互关系，结果如图 3—图 5
所示。
如图 3 所示，对土壤有机碳含量与土壤速效
钾含量进行分析可知，两者存在线性相关关系，可
用线性拟合方程表示，拟合方程为 y = 0. 0509x +
3. 1821，R2 = 0. 8728。由方程及 R2 可知，在土壤深
度 0 ～ 60cm 范围内，土壤有机碳含量与土壤速效钾
相互影响及变化趋势存在线性相关关系，且拟合度
较好。对土壤有机碳含量与土壤碱解氮的含量进行分
析可知(图 4)，两者存在相关关系，可用一元二次拟合
方程表示，拟合方程为 y = 0. 1335 x2 － 4. 7621 x +
47. 894，R2 = 0. 9568。由方程及 R2 可知，在土壤深
度 0 ～ 60cm 范围内，土壤有机碳含量与土壤碱解氮
相互影响下，其变化规律可用拟合方程描述，且拟
合度非常好。对土壤有机碳与土壤有效磷的含量
进行分析可知(图 5) ，两者存在相关关系，可用一元
二次方程拟合表示，拟合方程为 y = 1. 1886 x2 －
6. 8692x + 15. 869，R2 = 0. 8471。由此可知，在土壤
深度 0 ～ 60cm 范围内，土壤有机碳含量与土壤有效
磷存在一定关系，可用拟合方程来描述，且拟合度
较好。
3. 2. 3 不同深度土壤有机碳含量与土壤全效养分
分布规律
土壤中全氮、全磷、全钾是容易变化的土壤肥
力因子，它们在土壤中的水平一定程度上反应了土
壤养分供应强度情况，土壤养分供给情况决定着植
物地上部分的生长状况，也直接影响着植物根系繁
衍，进而影响固定沙地土壤效果。
由图 6 可以看出，研究区内土壤全氮、磷、钾含
量存在一定差异，尤其是全钾平均含量(33. 60g /kg)
与全磷(0. 09g /kg)、全氮(0. 69g /kg)的平均含量差
异较大，土壤全钾平均含量约是全磷、全氮的平均
含量的 373 倍、49 倍，而土壤全磷与全氮的含量相
对而言，基本在同一水平波动。其中:土壤全钾最
大含量为41. 67g /kg，最小含量为29. 11g /kg，变化幅
度为 12. 56g /kg;土壤全磷最大含量为 0. 15g /kg，最
小含量为0. 06g /kg，变化幅度为 0. 09g /kg;土壤全氮
最大含量为1. 02g /kg，最小含量为 0. 49g /kg，变化幅
度为 0. 53g /kg。
就整体变化趋势而言，随土壤深度增加，全
氮和全磷含量基本保持不变，趋于稳定状态，且
与土壤有机碳含量变化关系不大。而随土壤深
度增加，全钾含量呈现先降低后升高的变化趋
势，其中在0 ～ 20cm 范围内，全钾含量变化趋势
与土壤有机碳含量变化趋势相同，在 30 ～ 60cm
范围内，全钾含量变化趋势却与土壤有机碳含量
变化趋势相反。
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第 2 期 李凯锋等:科尔沁差巴嘎蒿群落土壤有机碳含量及其与土壤养分关系的研究
图 6 不同土层深度全效养分与土壤有机碳含量分布变化规律
3. 2. 4 不同深度土壤有机碳含量与土壤全效养分
的相关关系
对土壤有机碳含量与土壤全钾、氮、磷的相
互关系进行分析可知，前后两者之间存在相关关系。
由图 7 所示，土壤有机碳含量与土壤全钾含
量之间的线性关系不明显，用一元二次拟合方程为
y = － 0. 1253x2 + 8. 678x － 138. 77，R2 = 0. 454。由
方程及 R2 可知，在土壤深度 0 ～ 60cm 范围内，随土
壤深度增加，两者含量分布及其变化规律关系不呈
线性规律变化。
图 7 土壤有机碳含量与全钾相关关系
由图 8 可知，土壤有机碳含量与土壤全氮含量
之间存在相关关系，用一元二次拟合方程可描述为
y = 6. 9871x2 + 1. 5254x + 5. 3853，R2 = 0. 9138。由
方程及 R2 可知，土壤有机碳与土壤全氮之间随土壤
深度增加，两者的变化规律具有线性相关性。
由图 9 可知，土壤有机碳含量与全磷含量之间
存在相关关系，可用一元一次方程拟合描述，方程
为 y = 87. 883x － 0. 0084，R2 = 0. 8951。由方程及 R2
可知，土壤有机碳含量与全磷含量随土壤深度(0 ～
60cm)增加，两者之间存在线性相关关系。
3. 3 大青沟差巴嘎蒿群落土壤有机碳含量与土壤
养分的相关关系
利用 SAS9. 1 软件对差巴嘎蒿群落土壤有机碳
含量与土壤养分(氮、磷、钾)分布做 Pearson 相关关
系分析。
由表 1 可以看出，经检验，在 0. 001 显著水平
下，土壤有机碳含量与速效钾含量存在极显著的
相关性，相关系数为0. 934 2。在 0. 01 显著水平
下，土壤有机碳含量与全氮含量和全磷含量存在
显著 的 相 关 性，相 关 系 数 分 别 为 0. 850 5 和
0. 849 6;在 0. 05 显著水平下，土壤有机碳含量与
碱解氮含量和有效磷含量存在一定相关关系，相
关系数分别为0. 800 1和0. 770 7。土壤有机碳含
量与全钾含量不相关。
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林业资源管理 第 2 期
表 1 差巴嘎蒿群落土壤有机碳含量与土壤养分的相关系数
因子 有机碳含量 全氮 全磷 全钾 碱解氮 有效磷 速效钾
有机碳含量 1. 0000 0. 8505＊＊ 0. 8496＊＊ 0. 0013 0. 8001* 0. 7707* 0. 9342＊＊＊
注:“* ”表示在 0. 05 显著水平下相关;“＊＊”表示在 0. 01 显著水平下相关;“＊＊＊”表示在 0. 001 显著水平下相关。
4 讨论与结论
植被根系对土壤养分含量存在一定影响，根
系的分泌物及凋落物都会增加土壤氮、磷、钾的含
量［19］，土壤养分含量增加也为植被生长提供了丰
富的营养库。本文通过对位于大青沟坡度相对平
缓台面的差巴嘎蒿群落土壤有机碳含量与土壤养
分(氮、磷、钾)的分布及其相关性的分析可知，随土
壤深度增加，土壤有机碳含量变化范围为 14. 98 ～
5. 18g /kg，平均值为 7. 66g /kg，其变化趋势可用幂
指数方程描述。土壤有机碳含量除受植被类型及
气候条件影响外，也受土壤养分(氮、磷、钾)的影
响。通过对土壤有机碳含量与土壤速效养分(氮、
磷、钾)含量数值统计分析可知，土壤有机碳含量
与土壤速效钾的关系最密切。对土壤有机碳含量
与土壤全效养分(氮、磷、钾)相关关系进行分析可
知，土壤有机碳含量与土壤全氮、全磷的关系最为
密切。
通过以上分析，可得出以下结论:
1)差巴嘎蒿群落土壤上层有机含碳量远大于
土壤下层有机碳含量。随土壤深度的增加，土壤有
机碳含量呈明显的下降趋势。
2)土壤速效钾平均含量为 101. 29g /kg，有效磷
平均含量为 2. 89g /kg，碱解氮含量平均含量为
18. 77g /kg。土壤全氮、磷、钾含量存在一定差异，尤
其是全钾平均含量(33. 60g /kg)与全磷平均含量
(0. 09g /kg)、全氮平均含量(0. 69g /kg)差异较大，
土壤全钾平均含量约为全磷、全氮平均含量的 373
倍、49 倍，而土壤全磷与全氮的含量相对而言，基本
在同一水平波动。
3)在 0. 001 显著水平下，土壤有机碳含量与速
效钾含量存在极显著的相关性;在 0. 05 显著水平
下，土壤有机碳含量与碱解氮含量和有效磷含量存
在一定相关关系，相关系数为0. 800 1和0. 770 7;土
壤有机碳含量与全钾含量不相关。
参考文献:
［1］ 周国模，刘恩斌，佘光辉．森林土壤碳库研究方法进展［J］．浙江
林学院学报，2006，23(2) :207 － 216．
［2］ 邓小文，韩士杰．氮沉降对森林生态系统土壤碳库的影响［J］．
生态学杂志，2007，26(10) :1622 － 1627．
［3］ 郑聚锋，程琨，潘根兴，等． 关于中国土壤碳库及固碳潜力研究
的若干问题［J］．科学通报，2011，56(26) :2162 － 2173．
［4］ 赵哈林，周瑞莲，苏永中，等． 科尔沁沙地沙漠化过程中土壤有
机碳和全氮含量变化［J］．生态学报，2008，28(3) :976 － 982．
［5］ Gomes L，Arrue J L，Lopez M V，et al． Wind erosion in a semiarid ar-
ea of Spain the WELSONS project［J］． Catena，2003，52:235 －256．
［6］ Gad A，Abdel S． Study on desertification of irrigated arable lands in
Egypt［J］． Egyptian Journal of SoilScience，2000，40(3) :373 －384．
［7］ 赵学勇，贺丽萍．科尔沁沙地生态系统典型土壤养分空间分布
特征［J］．中国沙漠，2002，22(4) :0328 － 0332．
［8］ 刘树林，王涛，屈建军．浑善达克沙地土地沙漠化过程中土壤粒
度与养分变化研究［J］．中国沙漠，2008，28(4) :0611 － 0616．
［9］ 占布拉，卫智军，黄伟华，等． 科尔沁草原不同类型沙地土壤养
分研究［J］．干旱区资源与环境，2010，24(11) :135 － 138．
［10］ Li H，Reynolds J F． On the definition and quantification of hetero-
geneity［J］． Oikos，1995，73:280 － 284．
［11］ 李凯锋，罗于洋，张海龙，等．科尔沁差巴嘎蒿根系分布规律与
土壤水分关系的研究［J］． 干旱区资源与环境，2012，26(8) :
167 － 171．
［12］ 刘刚，沈守云，闫文德，等．洪湖湿地生态系统土壤有机碳及养
分含量特征［J］．生态学报，2011，31(24) :7626 － 7631．
［13］ 曹丽花，刘合满，赵世伟．退化高寒草甸土壤有机碳分布特征与
土壤理化性质的关系［J］．草业科学，2011，28(8) :1411 －1415．
［14］ 折红燕，罗于洋，张海龙，等．大青沟水曲柳、蒙古栎、大果榆苗
木根系生物量与土壤养分及 pH 值关系的研究［J］． 干旱区资
源与环境，2011，12(25) :183 － 189．
［15］ Bart F，Hans D K，Frank B． Soil nutrient heterogeneity alters com-
petition between two perennial grassspecies［J］． Ecology，2001，
82:2534 － 2546．
［16］ Barbara L B，Mark RWand Allison A． Patterns in nutrient availa-
bility and plant diversity of temperate North American wetlands
［J］． Ecology，1999，7:21 － 51．
［17］ 张春苗，张有珍，姚芳，等．临安山核桃主产区土壤 pH值和有效养
分的时空变化［J］．浙江农林大学学报，2011，28(6):845 －849．
［18］ 黄昌勇．土壤学［M］．北京:中国农业出版社，2001．
［19］ 郭丁，裴世芳，俞斌华，等．阿拉善荒漠草地几种灌木对土壤有
效态养分的影响［J］．中国沙漠，2009，29(1) :95 － 100．
67