全 文 ：第 35 卷第 12 期
2015年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.12
Jun.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:教育部博士点基金(20103515120014); 福建省自然科学基金(2010J05090); 国家自然科学基金(41001126)
收稿日期:2013鄄08鄄13; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄10鄄13
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: fafuxsh@ 126.com
DOI: 10.5846 / stxb201308132068
龙军, 张黎明, 沈金泉, 周碧青, 毛艳玲, 邢世和.福建省耕地土壤全氮密度和储量动态变化.生态学报,2015,35(12):3959鄄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鄄3969.
福建省耕地土壤全氮密度和储量动态变化
龙摇 军1, 张黎明1, 沈金泉2, 周碧青1, 毛艳玲1, 邢世和1,*
1 福建农林大学资源与环境学院, 福州摇 350002
2 福建省农田建设与土壤肥料技术总站, 福州摇 350003
摘要:准确估算土壤全氮密度和储量的动态变化能为氮肥优化管理和水体富营养化防控提供重要依据。 以位于福建省不同地
区的闽侯县、同安区、武平县和永定县 1982年 11087个样点及 2008年 1616个样点建立的 1颐5万土壤数据库为基础,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储量的动态变化。 结果表明,近 30 年来福建省耕地土壤氮素富集明
显,全氮密度和储量分别上升了 0.08 kg / m2和 1.22 Tg,但不同土壤类型差异较大,紫色土土类、酸性紫色土亚类和猪肝土土属氮
素富集最明显,全氮密度均上升了 0.18 kg / m2;赤红壤土类、淹育水稻土亚类和赤土土属氮素损失最多,全氮密度均下降了 0.10
kg / m2。 水稻土土类、渗育水稻土亚类和黄泥田土属全氮储量增加最多,分别达 1.24、0.80 Tg和 0.71 Tg;赤红壤土类、赤红壤亚
类和灰砂泥田土属下降最多,分别达 0.13、0.13 Tg和 0.08 Tg。 因此,在今后的福建省耕地管理中根据不同土壤类型氮素富集程
度合理指导施肥,以节约资源和减少氮素流失是十分必要的。
关键词:福建省; 耕地; 土壤类型; 全氮密度; 全氮储量
Dynamic change of soil total nitrogen density and storage in cropland of Fujian
Province, China
LONG Jun1, ZHANG Liming1, SHEN Jinquan2, ZHOU Biqing1, MAO Yanling1, XING Shihe1,*
1 Resource and Environment School, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China
2 Fujian Crop land Construction and Soil and Fertilizer Station, Fuzhou 350003, China
Abstract: 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 颐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 / m2 and 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
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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.
Key Words: Fujian Province; cropland; soil type; total nitrogen density; total nitrogen storage
土壤氮素是植物生长发育的必需营养元素,也是引发水体富营养化等水资源面源污染和温室效应的主要
因子[1]。 大量研究表明,土壤氮储量约为 3.5伊1014—5.5伊1014 kg,是陆地生态系统中最大的氮库,且极易受到
人为活动影响又可以在较短时间尺度内进行调节,其含量的轻微变化就可能使陆地生态系统从氮汇变成到氮
源,从而对农学作物和生态环境产生巨大的影响[2鄄3]。 因此,准确掌握土壤氮含量的动态变化是十分重要的。
早期的氮储量主要通过土壤碳氮比法(C / N)估算,但不同研究者的结论差异很大。 McElroy 等[4]估算出
全球土壤有机氮储量约为 70 Pg,而 Burns等[5]的研究结果为 550 Pg,两者相差 6倍多。 随着资料的日渐完善
和计算机技术的不断进步,基于土壤数据库来估算全氮储量和密度的方法越来越普遍。 Batjes[6]利用 1颐500
万土壤图和 4353 个剖面数据估算出全球氮储量为 133—140 Pg。 林金石等[7]利用 1490 个水稻土剖面和
1 颐100万土壤数据库估算出全国水稻土平均氮密度和储量分别为 1.24 kg / m2和 569 Tg。 肖飞等[8]利用 1颐100
万土壤图、土地利用图和 1411个土壤普查剖面资料算出重庆市表层土壤 0—20 cm和 0—100 cm的全氮密度
均值分别为 0.26 kg / m2和 0.87 kg / m2,低于全国平均水平。
从目前的研究来看,我国国家或区域尺度有关土壤全氮储量和密度的研究大多是基于第二次土壤普查的
静态研究,而不同时期的动态变化研究相对缺乏,这也导致无法根据土壤氮含量的动态变化来制定农田土壤
氮的管理措施。 据统计,2008年福建省氮肥施用量达 1.71伊106 t,远远超过其他化肥,而过量氮肥易导致氮素
淋失引起水体富营养化等环境问题[9]。 为此,本研究以位于福建省不同地区的闽侯县、同安区、武平县和永
定县 1982年 11087个样点及 2008年 1616个样点建立的 1颐5万土壤数据库为基础,利用尺度上推的方法分析
1982—2008年全省耕地全氮密度和储量的动态变化,旨在为全省氮肥优化管理和水体富营养化防控提供科
学依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
福建省位于我国东南沿海,属亚热带海洋性季风气候,年均气温 19.7 益,年均降水量 1504.2 mm[10]。 全
省耕地土壤以水稻土最多,面积达 1.07伊106 hm2,占耕地总面积的 82.63%;其次是赤红壤和红壤,分别为1.08伊
105 hm2和 9.00伊104 hm2,占耕地总面积的 8.31%和 6.95%;其他土壤类型(潮土、黄壤、滨海盐土和紫色土)面
积较小[11]。 本研究以位于福建省不同地区的闽侯、同安、武平和永定 4 个县(区)作为典型研究区,其中闽侯
县和永定县属中亚、南亚热带过渡气候区,分别隶属福州市和龙岩市;同安区属南亚热带气候区,隶属厦门市;
武平县属中亚热带气候区,隶属龙岩市。 4个典型县的地理位置分布见图 1[15]。
1.2摇 耕地土壤空间属性数据库的建立
1982年土壤空间数据库是第二次土壤普查 1颐5万土壤图在 ArcGIS 支持下经数字化形成的,2008 年土壤
空间数据库是从 2008年 1颐5万土地利用现状图中提取的。 由于 1982—2008 年耕地发生了较大变化,为保证
评价对象的可比性,运用 Arc / GIS中的“Intersect冶命令将 4个县(区)的土壤图与耕地利用类型图进行空间叠
加,以两期图斑的“交集冶作为评价底图。 土壤数据库的属性数据主要包括样点描述、有机质含量、机械组成、
氮、磷、钾等理化性质信息;其中 1982年样点数据共计 11087个,来自于第二次土壤普查样品分析的纸质记录
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图 1摇 典型县地理位置图[15]
Fig.1摇 Geographical location of the typical counties[15]
资料,2008 年样点数据共计 1616 个,来自于农业部测
土配方施肥项目。 两期的土壤采样点分布见图 2 和
图 3。
1.3摇 土壤全氮密度及储量计算
一定剖面深度 D( cm)的土壤,全氮密度( STND,
kg / m2)的计算公式如下[12]:
STND= 移
n
i = 1
(1 - 啄i%) 伊 籽i 伊 篆i 伊 Ti
100
(1)
式中,n是土层数;啄i%是第 i 层>2 mm 砾石含量(体积
百分含量),籽i是第 i层土壤容重(g / cm3),Ni是第 i层土
壤全氮浓度(g / kg),Ti是第 i 层土层厚度(cm),本研究
计算表层土壤(0—15 cm)的全氮密度。 在缺少容重数
据的情况下,大多学者借助土壤容重影响因素来建立回
归模型[13]。 Song 等[14]基于第二次土壤普查建立了土
壤容重与有机碳含量( SOC)的回归模型:y = 1.377 伊
e-0.0048伊 SOC(R2 = 0.7870,P<0.001,n = 4765),SOC 由 4 个
典型县土壤数据库中的有机质含量乘以 0. 58
(Bemmelen系数)转换而来,由于福建省 1982年和 2008年的耕地土壤样点大部分容重缺乏,本研究以此作为
土壤容重的推算模型。
图 2摇 1982年土壤采样点分布图
Fig.2摇 Distribution of sampling points in 1982
全氮储量(STNS, kg)计算公式如下[16]:
STNS= 移
n
j = 1
STND j 伊 S j (2)
式中,STND j为第 j个图斑的全氮密度(kg / m2);S j为第 j个图斑的面积(m2),n为图斑数。
1.4摇 基于尺度上推实现四县向全省扩展
基于典型相似性的尺度上推方法,即将小尺度结果直接上推到较大尺度具有原理通俗易懂、计算简单方
便的优点,一般应用于数据积累较少的地区[17鄄18]。 本研究中闽侯、同安、武平和永定 4 个典型县耕地的土壤
1693摇 12期 摇 摇 摇 龙军摇 等:福建省耕地土壤全氮密度和储量动态变化 摇
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图 3摇 2008年土壤采样点分布图
Fig.3摇 Distribution of sampling points in 2008
类型(滨海盐土、潮土、赤红壤、红壤、黄壤、水稻土和紫色土)囊括了福建省所有耕地土壤类型;另外,根据
1 颐5万土壤图统计,这 7 种土壤类型面积分别占 4 个典型县耕地总面积的 0.03%、1.33%、3.27%、5.06%、
0.36%、89.91%、0.05%,与全省耕地土壤类型面积分布比例基本一致,这也为本研究使用尺度上推提供了
依据。
本研究以闽侯、同安、武平和永定 4个典型县面积加权计算的不同土壤类型全氮密度为基础,根据第二次
土壤普查《福建土壤》中记录的 1982 年全省各农业土壤类型面积、比例及 2007 年福建省国土资源厅公布的
《国土资源综合统计分析报告》中的各耕地利用类型面积数据,将 4 个典型县评价底图每个图斑的实体面积
分别按土壤类型和利用类型平差转换成 1982 年和 2008 年全省耕地中所代表的土壤面积,从而实现 4 个县
(区)向全省的有效扩展,然后估算出全省两期不同耕地土壤类型全氮密度和储量[11,19]。
2摇 结果与分析
2.1摇 福建省耕地土壤全氮密度总体变化特征
从表 1可以看出,福建省不同地区的闽侯、同安、武平和永定 4 个典型县(区)耕地土壤全氮密度空间变
异很大。 1982年全氮密度最大值出现在武平县,达 0.62 kg / m2,最小值出现在闽侯县,仅 0.06 kg / m2,二者相
差 9倍多;2008年全氮密度最大值出现在永定县,达 0.69 kg / m2,最小值出现在闽侯县,为 0.13 kg / m2,二者相
差 4倍多。 从平均含量来看,1982 年全氮密度均值最高的是永定县,为 0.33 kg / m2,最低的是同安区,为 0.18
kg / m2,2008年全氮密度分布特征与 1982年基本一致,仍以永定县最高,同安区最低,但近 30 年来氮素富集
明显,永定县和闽侯县全氮密度分别上升了 0.18 kg / m2和 0.14 kg / m2,上升幅度达 54.55%和 73.68%。 为更好
地了解 1982—2008年福建省耕地土壤全氮密度的总体变化情况,本研究通过尺度上推的方法将 4 个典型县
向全省进行有效扩展。 结果表明,1982 年和 2008 年福建省耕地全氮密度的面积加权平均值分别为(0.25依
0郾 08) kg / m2和(0.33依0.15) kg / m2,上升了 0.08 kg / m2,全氮储量分别为 3.18 Tg和 4.41 Tg,增加了 1.22 Tg。
2.2摇 福建省耕地不同土壤类型全氮密度和储量变化特征
2.2.1摇 不同土类的全氮密度和储量变化
从表 2可以看出,1982年全氮密度最高的是水稻土,达(0.26依0.08) kg / m2,最低的是紫色土,仅(0.15依
0郾 03) kg / m2,其他土类介于 0.17—0.21 kg / m2之间;2008年全氮密度最高的仍是水稻土,达(0.34依0.15) kg /
m2,最低的是赤红壤,为(0.17依0.02) kg / m2,其他土类介于 0.22—0.33 kg / m2之间。 从全氮密度的变化情况来
看,近 30年来福建省耕地除赤红壤全氮密度稍有下降以外,其他土类均有所升高,且以紫色土上升最多,增幅
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达 116.57%,红壤、黄壤和潮土的全氮密度也上升较多,增幅均超过 0.10 kg / m2,水稻土和滨海盐土全氮密度
上升较少,增幅分别为 0.08 kg / m2和 0.04 kg / m2。
表 1摇 1982年和 2008年 4个典型县土壤全氮密度分布特征
Table 1摇 Distribution of total nitrogen density in 1982 and 2008 in four typical counties
地区
Region
1982年
样点数
Sample
number
最小值
Minimum /
(kg / m2)
最大值
Maximum /
(kg / m2)
平均值
Mean /
(kg / m2)
变异系数
Coefficient
of variation / %
2008年
样点数
Sample
number
最小值
Minimum /
(kg / m2)
最大值
Maximum /
(kg / m2)
平均值
Mean /
(kg / m2)
变异系数
Coefficient
of variation / %
闽侯县 910 0.06 0.42 0.19依0.05 26.65% 425 0.13 0.56 0.33依0.05 15.16%
同安区 3460 0.07 0.35 0.18依0.04 23.03% 257 0.13 0.26 0.18依0.02 10.82%
武平县 6285 0.17 0.62 0.30依0.06 19.25% 510 0.23 0.43 0.31依0.04 12.78%
永定县 432 0.25 0.42 0.33依0.03 9.69% 424 0.33 0.69 0.51依0.10 19.54%
1982年和 2008年全氮储量均以是水稻土最大,分别达 2.75 Tg 和 3.99 Tg,占全省总储量的 86.22%和
90.45%,赤红壤、红壤和潮土的全氮储量也较大,1982年分别为 0.20、0.19 Tg 和 0.02 Tg,2008年分别达 0.07、
0.27 Tg和 0.07 Tg,全氮储量较小的是滨海盐土、黄壤和紫色土,1982 年分别为 0.01、0.02、0.0021 Tg,2008 年
分别为 0.0014、0.01、0.01 Tg。 从储量的动态变化来看,近 30年来全氮储量上升最多的是水稻土,达 1.24 Tg,
潮土、红壤和紫色土全氮储量上升幅度也较大,分别增加了 0.05、0.07 Tg 和 0.0031 Tg,黄壤、赤红壤和滨海盐
土全氮储量略有下降,分别减小了 0.01、0.13 Tg和 0.01 Tg。
2.2.2摇 不同亚类的全氮密度和储量变化
从表 3可以看出,1982年全氮密度高于 0.25 kg / m2的亚类有潜育水稻土、渗育水稻土和潴育水稻土,分别
达(0.29依0.08) kg / m2、(0.26依0.08) kg / m2和(0.26依0.08) kg / m2,最低的是酸性紫色土,全氮密度仅(0.15依
0郾 03) kg / m2,其他亚类介于 0.17—0.24 kg / m2之间。 2008年全氮密度高于 0.35 kg / m2的有潜育水稻土和渗育
水稻土,分别达(0.36依0.13) kg / m2和(0.36依0.16) kg / m2,最低的是赤红壤,全氮密度仅(0.17依0.02) kg / m2,其他
亚类介于 0.18—0.34 kg / m2之间。 近 30年来福建省耕地土壤全氮密度上升最多的是酸性紫色土、红壤和灰潮
土,增幅分别达到 0.18、0.12 kg / m2和 0.13 kg / m2,氮素富集比较明显;赤红壤和淹育水稻土氮素含量稍有下降,全
氮密度均减少了 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之间。
1982年全氮储量最大的是渗育水稻土和潴育水稻土,分别达 1.13 Tg 和 1.11 Tg,合计占全省总储量的
70郾 37%,滨海盐土和酸性紫色土全氮储量最小,分别仅 0.01 Tg 和 0.0021 Tg,合计占全省总储量的 3.18%,其
余亚类介于 0.02—0.36 Tg。 2008年全氮储量最大的仍是渗育水稻土和潴育水稻土,分别达 1.94 Tg 和 1.45
Tg,合计占全省总储量的 76.56%,酸性紫色土和滨海盐土最小,分别仅 0.01 Tg和 0.0015 Tg,合计占全省总储
量的 2.61%,其他亚类介于 0.02—0.39 Tg。 从储量的动态变化来看,近 30年来全氮储量上升最多的是渗育水
稻土和潴育水稻土,分别增加了 0.80 Tg和 0.34 Tg,增幅达 70.80%和 30.76%,赤红壤、滨海盐土、黄壤、漂洗水
稻土和盐渍水稻土全氮储量有所下降,其中赤红壤下降的最多,达 0.13 Tg,降幅为 66.12%,其他亚类全氮储
量增幅介于 0.0013—0.13 Tg之间。
2.2.3摇 不同土属的全氮密度和储量变化
从表 4可以看出,1982 年全氮密度较高的是石灰泥田和青泥田,分别达(0.33依0.03) kg / m2和(0.31依
0郾 06) kg / m2,全氮密度最低的是猪肝土,仅(0.15依0.03) kg / m2,其余土属介于 0.16—0.29 kg / m2之间。 2008
年全氮密度最高的是石灰泥田,达(0.42依0.01) kg / m2,较低的是埭田、赤土、红泥砂田和赤砂土,分别为
(0.19依0.01)、(0.18依0.03)、(0.18依0.03) kg / m2和(0.17依0.02) kg / m2,其余土属介于 0.20—0.38 kg / m2之间。
从全氮密度的动态变化来看,1982—2008 年只有赤土和赤砂土全氮密度稍有下降,分别减小了 0.01 kg / m2和
0.0013 kg / m2,其余土属全氮密度均有所上升,其中猪肝土上升最多,增幅达 0.18 kg / m2,耕作灰砂土、耕作砂泥
土、红泥土、红泥砂土、黄泥田和黄泥土全氮密度也上升较多,增幅介于 0.10—0.15 kg / m2之间。
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摇 摇 1982年全氮储量最大的是灰泥田和黄泥田,合计达 1.72 Tg,占全省总储量的 54.11%,最小的是石灰泥
田,仅 0.0007 Tg,其它土属介于 0.0017—0.26 Tg 之间。 2008 年全氮储量最大的是灰泥田和黄泥田,合计达
2.79 Tg,占全省总储量的 63.18%;石灰泥田最小,仅 0.0011 Tg;其它土属介于 0.0013—0.32 Tg 之间。 从储量
的动态变化来看,1982—2008年全氮储量上升最多的是黄泥田和灰泥田,分别增加了 0.71 Tg和 0.36 Tg,红泥
砂田和黄泥砂田也上升较多,分别增加了 0.13 Tg和 0.10 Tg;黄泥砂土、白鳝泥田、砂埭土、黄泥土、紫泥田、赤
土、埭田、赤砂土和灰砂泥田全氮储量有所下降,损失量介于 0.0004—0.08 Tg之间。
3摇 讨论
从福建省不同典型县耕地土壤全氮密度均值来看(表 1),近 20 多年来闽侯、同安、武平和永定 4 个县
83.56%的耕地土壤全氮密度有所上升,氮素富集明显,这一结果与很多研究者的“第二次土壤普查以来我国
土壤表层全氮含量大体呈上升趋势冶观点相一致[20鄄21]。 福建省氮素富集的主要驱动力是氮肥的大量施用。
1982 年闽侯、同安、武平和永定 4个典型县的化学氮肥施用量分别仅为 137.57、86.68、111.10 kg / hm2和 103.48
kg / hm2,而 2008 年分别达到 341.14、525.76、206.37 kg / hm2和 252.06 kg / hm2,增幅达 147. 97%、506. 94%、
85.76%和 143.59%(图 4)。 从图 4也可以看出,4个典型县近 30 年化学氮肥投入量总体呈上升趋势,这与全
氮密度变化的规律基本吻合(同安区除外)。 1982—2008年同安区氮肥大量施用并未引起全氮密度明显上升
是因为该地区年均气温普遍高于闽侯、武平和永定,而降水量却整体低于这 3个县(图 4),高温少雨的气候条
件加快了土壤有机氮的分解,导致氮素难以积累[22]。
从 4个典型县尺度上推的福建省耕地全氮密度来看(表 2—表 4),水稻土高于其他土类,这主要与该土类
受人为活动影响较大有关。 一般情况下,水稻土多分布于村镇附近,氮肥和有机肥施用较多;此外,该土类长
期处于淹水还原状态,通气性不良导致土壤有机氮(有机态氮占土壤全氮总量的 95%以上)的矿化作用较弱
而易于积累。 紫色土土类是由紫色砂砾岩风化发育而成,土壤砂粒多,黏粒少,氮素难以持续积累,导致全氮
密度较低。 福建省赤红壤主要分布在气温较高而降雨量较少的漳州、泉州和厦门等南亚热带气候区,根据第
二次土壤普查结果,这 3个地级市的赤红壤面积占全省赤红壤总面积的 84.53%[11]。 本研究中 4 个典型县的
赤红壤也主要集中分布在属于南亚热带气候区的厦门市同安区,该区 1982—2008 年年均气温为 20.68 益,高
于闽侯的 20.20 益、武平的 20.22 益和永定 20.21 益,而年均降水量(1341.05 mm)却低于这 3 县(闽侯为
1374.86 mm、武平为 1649.29 mm 和永定为 1668.47 mm)(图 4),高温少雨的气候条件不利于氮素的积累,所
以全氮密度较低[22]。 在福建省主要耕地类型的水稻土亚类中,潜育水稻土通常分布于地下水位较高的低洼
地区,土体长期处于水饱和状态导致氮素分解缓慢而全氮密度较高[23]。 渗育水稻土和潴育水稻土全氮密度
也较高,有研究表明[24鄄25],土壤表层中约有 80%—97%的氮存在于有机质中,1982 年这两类土壤的有机碳密
度分别达到 3.02 kg / m2和 2.89 kg / m2,2008年达到 3.24 kg / m2和 3.17 kg / m2,均明显高于全省平均水平,故较
高的有机碳含量也导致了全氮密度较大(图 5)。 从土属来看,石灰泥田主要分布在石灰岩盆谷地,2008 年黏
粒含量达 17.56%,质地较为粘重,氮素分解速度缓慢,所以全氮密度高于其他土属[26]。 埭田、赤土、红泥砂田
和赤砂土的砂粒含量较高,分别达 63.95%、66.71%、68.49%和 68.99%,氮素分解速度较快,所以全氮密度
较低[27]。
从近 20多年来福建省不同土壤类型耕地的全氮富集程度来看(表 2—表 4),紫色土土类、酸性紫色土亚
类和猪肝土土属全氮密度上升最多,而赤红壤土类、淹育水稻土亚类和赤土土属全氮密度下降最多,这可能与
有机碳密度变化有关。 1982—2008年紫色土、酸性紫色土和猪肝土的有机碳密度均上升了 0.63 kg / m2,明显
高于全省平均增幅(0.24 kg / m2),赤红壤、淹育水稻土和赤土有机碳密度降幅较大,达到 0.11、0.33 kg / m2和
0.11 kg / m2,这也与陈安磊等认为的“土壤全氮年际变化与土壤有机碳含量的年际变化趋势呈正相关关系冶的
规律相一致[24,28](图 5)。 总体来看,福建省耕地初始全氮含量较低的土壤类型氮素富集相对明显,这可能与
贫瘠土壤区往往需要投入更多的肥料和更加精细的管理才能保证粮食产量有关。
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图 4摇 1982—2008年 4个典型县化学氮肥施用量、年均气温变化和降水量
Fig.4摇 Aapplication rate of precipitation, chemical nitrogen fertilizer and changes of annual precipitation in four typical counties from 1982
to 2008
图 5摇 1982和 2008年 4个典型县各图斑有机碳密度与全氮密度线性回归分析
Fig.5摇 Linear regression between organic carbon density and total nitrogen density in four typical counties in 1982 and 2008
从 4个典型县尺度上推的福建省耕地全氮储量来看(表 2—表 4),全省耕地土壤全氮储量的高低由密度
和面积决定,但主要受面积大小的控制,且在 0.01 水平(双侧)上与其成显著相关(图 6)。 1982 年水稻土土
类、渗育水稻土亚类、潴育水稻土亚类、黄泥田土属和灰泥田土属面积分别为 1.07伊106、4.36伊105、4郾 33伊105、
3郾 25伊105 hm2和 3郾 31伊105 hm2,分别占全省耕地总面积的 82郾 63%、33郾 68%、33郾 46%、25郾 09%和 25郾 59%,且全
氮密度均高于全省平均水平,所以全氮储量明显高于其他土壤类型;而滨海盐土、黄壤和紫色土面积较小,合
计仅占耕地总面积的 1郾 25%,所以全氮储量普遍较小;石灰泥田虽然全氮密度最高,达 0郾 33 kg / m2,但分布面
积最小,仅 196郾 93 hm2,导致全氮储量最低。 2008 年各土壤类型的全氮储量分布规律与 1982 年基本一致。
水稻土 1982—2008年的全氮密度和面积分别增加了 0郾 08 kg / m2和 1郾 16伊105 hm2,所以储量上升最多。 潮土
和紫色土近 20多年来面积和全氮密度分别增加了 10067郾 94 hm2和 0郾 13 kg / m2、210郾 54 hm2和 0郾 18 kg / m2,导
致这 2个土类的全氮储量均有所增加。 红壤近 20多年来尽管面积减小了 9347.06 hm2,但全氮密度上升 0.12
kg / m2,导致全氮储量有所增加。 赤红壤面积和全氮密度近 20 多年来分别减少了 69376.00 hm2和 0.13 kg /
m2,所以全氮储量下降较多。 黄壤和滨海盐土近 20多年来面积减少了 6415.17 hm2和 3439.36 hm2,导致全氮
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储量有所下降。
特别注意的是,近 20多年来黄泥田、灰泥田、红泥砂田、黄泥砂田、耕作灰砂土和潮砂田土属的面积增加
幅度均超过 5000 hm2。 黄泥田和灰泥田面积增加较多是因为这两个土属是福建省耕地分布面积最大且相对
肥沃的土壤类型,近些年随着“沃土工程冶等农业措施的实施,其他部分土类逐渐演变成这两个土属所致。 红
泥砂田、黄泥砂田、耕作灰砂土和潮砂田近 20多年来面积增加较多可能是由于局部平原地区的农用地被转化
为建设用地,基于“占补平衡冶的需求很多分布在丘陵坡地和河流两岸(或山前平原)荒地被开垦为这些土属,
导致其面积增加较多。
图 6摇 1982和 2008年 4个典型县不同土属全氮储量与面积、密度线性回归分析
Fig.6摇 Linear regression between total nitrogen storage and area, total nitrogen density based on soil genus in four typical counties in 1982
and 2008
4摇 结论
(1)近 30年福建省耕地土壤氮素富集明显,全氮密度平均上升了 0.08 kg / m2,但不同土壤类型的富集程
度差异较大,其中紫色土土类、酸性紫色土亚类和猪肝土土属氮素富集最明显,全氮密度均上升了 0.18 kg /
m2;赤红壤土类、淹育水稻土亚类和赤土土属氮素损失较多,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储量动态变化由密度和面积决定,但主要受面积控制,全氮储量总体增
加了 1.22 Tg,其中水稻土土类、渗育水稻土亚类和黄泥田土属全氮储量增加最多,分别达 1.24、0.80 Tg和 0.71
Tg;赤红壤土类、赤红壤亚类和灰砂泥田土属全氮储量下降最多,分别达 0.13、0.13 Tg和 0.08 Tg。
因此,今后的农田氮素管理一方面要重点考虑面积较大的土壤类型,另一方面应根据不同土壤类型氮素
富集程度指导农民科学施肥,以提高氮肥利用率并防止多余氮素流失而导致水体富营养化。
尽管本研究基于大样本采样数据和精度较高的 1颐5 万数据库探讨了福建省不同耕地土壤类型氮素富集
程度差异,但在影响土壤全氮密度变化的因素方面的分析还不够深入,基于地统计学的半方差函数模型和地
理信息系统软件的空间分析扩展模块,并运用统计软件(如,SPSS)从人为活动影响(施肥、土地利用变化、农
田管理措施)和自然环境条件(气温、降水量、海拔、地形)两个方面定量分析 1982—2008 年福建省耕地土壤
全氮含量时空变异驱动力是今后研究的主要内容。
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