全 文 ：第 26 卷第 10 期
2006 年 10 月
生 　　态 　　学 　　报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 26 ,No. 10
Oct. ,2006
不同农业土地利用方式和管理对土壤有机碳的影响
———以北京市延庆盆地为例
张心昱 ,陈利顶 3 ,傅伯杰 ,李　琪 ,齐　鑫 ,马　岩
(城市与区域生态国家重点实验室　中国科学院生态环境研究中心 ,北京　100085)
基金项目 :国家重点基础研究发展计划 (973 计划)资助项目 (2005CB121107) ;国家自然科学基金创新群体资助项目 (40321101) ;国家自然科学基
金面上资助项目 (40371115)
收稿日期 :2006203206 ;修订日期 :2006207218
作者简介 :张心昱 (1973～) ,女 ,满族 ,辽宁桓仁人 ,博士 ,主要从事土地与土壤环境保护研究. E2mail : zhangxysau @hotmail . com3 通讯作者 Corresponding author. E-mail :liding @rcees. ac. cn
Foundation item :The project was supported by National Basic Research Program of China (No. 2005CB121107) ; Innovation Group Program of National Natural
Science Foundation of China (No. 40321101) ; General Program of National Natural Science Foundation of China (No. 40371115)
Received date :2006203206 ;Accepted date :2006207218
Biography :ZHANG Xin2Yu , Ph. D. , mainly engaged in land and soil environmental protection. E2mail : zhangxysau @hotmail . com
摘要 :自 20 世纪 80 年代以来 ,我国农业土地利用方式和农田管理发生了巨大变化 ,由此引起的土壤有机碳 (SOC) 含量、密度及
其垂直分布发生了相应的变化 ,研究不同土地利用方式和管理对土壤有机碳的影响对于探讨农田生态系统的固碳作用具有重
要的意义。以北京市延怀盆地为典型研究地区 ,选择 6 种农业土地利用和管理模式 ,共计 42 块样地 ,在 1m 深土体内分层采集
197 个土壤样品。研究结果表明 : (1) 不同农业土地利用和管理方式对 SOC 含量的影响主要发生在 0～25 cm 土层中 ,剖面中
SOC含量自上向下明显降低。(2) 通过对 6 种土地利用和管理方式下土壤 SOC 含量进行比较 ,结果发现果园和高投入的玉米
地土壤在 0～100 cm土层中 SOC含量均较高 ,变化范围分别为 4116～10100 g kg - 1和 4173～9131 g kg - 1 ; 菜地土壤在 0～40 cm土
层中 SOC含量较高 ,变化范围为 6142～9167 g kg - 1 ;大豆地、中、低投入玉米地土壤在 0～100 cm土层中 SOC含量较低 ,变化范围
分别为 3127～7173 g kg - 1 、3114～8133 g kg - 1和 1183～7167 g kg - 1 。(3) 不同农业土地利用方式对 SOC密度影响的趋势与对 SOC
含量影响的趋势基本一致 ,在 0～100 cm土壤中 ,SOC密度的顺序为果园 > 菜地 > 高投入玉米地 > 中投入玉米地 > 大豆地 > 低
投入玉米地 ,变化范围为 4115～8122 kg m - 2 。
关键词 :农业土地利用方式 ;管理 ;土壤有机碳 ;土层深度
文章编号 :100020933(2006) 1023198207 　中图分类号 :Q142 ,S15 　文献标识码 :A
Soil organic carbon changes as influenced by different agricultural land use types and
management practices : A case study in Yanqing Basin , Beijing
ZHANG Xin2Yu , CHEN Li2Ding 3 , FU Bo2Jie , LI Qi , QI Xin , MA Yan 　( State Key Lab. of Urban and Regional Ecology , Research
Center for Eco2Environmental Sciences , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100085 , China) . Acta Ecologica Sinica ,2006 ,26( 10) :3198～3204.
Abstract :Soil organic carbon ( SOC) content play a crucial role in sustaining soil quality , crop production , and environmental
quality. It is strongly affected by land use types and management practices. Changes in state land use policy in China in the last
two decades have resulted in intense changes in agricultural land use types and farm management . The effect of such changes on
SOC content , SOC density and vertical distribution is of great concern. This study investigated changes in SOC in sandy loam soils
(Ustochrepts) under orchard , vegetable , corn ( Zea maize L. ) and soybean ( Glycine max L. ) cultivation in northern China. The
corn fields were further classified into three categories based on its inputs , i . e. high2input corn fields , mid2input corn fields and
low2input corn fields. In April of 2005 , a total of 197 soil samples were collected in Yanqing Basin , Beijing. The soil samples
were taken from 42 soil profiles within 100 cm soil depth which represents the six land use types and management practices. SOC
contents were determined via rapid dichromate oxidation and ANOVA statistical analysis was used to test for significant differences
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among land use types at p < 0105.
The results showed : (1) the effects of land use type on SOC occurred primarily within 25 cm soil depth , and below this it
was not significant . SOC contents of each land use type and management practice decreased sharply with increasing soil depth.
(2) SOC contents under orchard and high2input corn fields fluctuated from 4116 g kg - 1 to 10100 g kg - 1 , and 4173 g kg - 1 to
9131 g kg - 1 , respectively. Under vegetable cultivation to a depth of 40 cm , SOC varied from 6142 g kg - 1 to 9167 g kg - 1 ;
however , it was lower under soybean fields (3127 g kg - 1 to 7173 g kg - 1) , low2input corn fields (1183 g kg - 1 to 7167 g kg - 1) ,
and mid2input corn fields (3114 g kg - 1 to 8133 g kg - 1 ) , respectively , for up to 100 cm depth. (3) The variation patterns of
SOC density were similar to those of SOC content for all land use types. SOC densities can be ranked as : orchard > vegetable fields
> high2input corn fields > mid2input corn fields > soybean fields > low2input corn fields( 4115 kg m- 2 to 8122 kg m - 2) .
This investigation revealed that SOC contents and densities of orchard fields , vegetable fields and high2input corn fields are
higher than those of soybean fields , mid2input and low2input corn fields. This is indicative of applied fertilizer , irrigation , tillage
practices , and farm management . Increasing SOC content through intensive management practices in orchard and vegetable fields
is a valuable option for improving soil quality and soil carbon sequestration.
Key words :agricultural land use type ; management practice ; soil organic carbon ; soil depth
　　土壤有机碳 (SOC)直接影响着土壤物理、化学和生物学特征 ,常被选作土壤质量评价的重要指标 ,用来综
合反映土壤的生产、环境和健康功能[1 ,2 ] 。SOC 是陆地碳库最大的组成部分[3～6 ] ,全球农业土壤碳贮量为 142
Pg C ,占土壤碳贮量的 8 %～10 %[7 ] 。农业土壤碳库是受到强烈人为干扰而又在较短的时间尺度上可以调节
的碳库 ,对保持农业可持续发展、提高农业土壤碳固持能力、保障粮食安全与缓解气候变化趋势具有积极意
义[3 ] 。不同土地利用方式和管理措施影响 SOC 含量分布[8 ] 。在农业土壤中 ,水田、菜地和果园土壤 SOC 含量
较高 ,而旱田土壤 SOC 含量较低[9～12 ] 。免耕等保护性耕作措施有利于增加 SOC 含量[13 ] ,与保护性耕作方式
比 ,传统的耕作体系更易造成 SOC 损失[14 ] 。灌溉、秸秆还田、稻麦轮作、化肥配施有机肥增加了农业土壤中
SOC 储量[15～17 ] 。
在经济效益的驱动下 ,我国发展起了大面积的果园和菜地 ,管理措施也发生了相应的改变 ,研究这些转变
对土壤 SOC 含量及垂直分布影响具有重要意义。本文研究了传统农耕区的高、中、低投入玉米地、大豆地、以
及近 10～20a 来由玉米地、大豆地转变成的果园和菜地六种不同农业土地利用方式对 0～100 cm 土壤中 SOC
含量和密度的影响 ,以及各土地利用方式下 SOC 的垂直分布特征 ,探讨增强土壤质量、提高固碳能力的土地
利用方式和管理措施。
1 　研究地区和方法
1. 1 　研究区域概况
研究地区位于北京市延庆县延怀盆地 (40°16′～40°47′N , 115°44′～116°34′E) ,北京第二大水库官厅水库
的上游 ,海拔 480～580 m ,面积 450 km2 ,90 %以上为农业用地 ,主要种植玉米、大豆、蔬菜和果树。土壤类型
为半干润淡色始成土 ( ustochrepts ,USDA Soil Taxonomy) ,在 FAOΠUNESCO 分类系统中为饱和始成土 ( Eutric
Cambisols)或潜育始成土 ( Gleyic Cambisols) 。气候为大陆季风型气候 ,属温带半湿润与半干旱过渡区 ,年平均
气温 815 ℃,年降雨量 42313 mm ,无霜期为 161d。
1. 2 　采样方法
研究区域为历史悠久的传统农耕区 ,地形为盆地 ,选择有代表性的农业土地利用和管理方式 ,在研究区域
进行均匀布点。选择的农业土地利用方式包括玉米和大豆 ,以及 10～20a 历史的果园和菜地。在玉米地中 ,
根据施肥和灌溉投入的强度 ,分为高投入玉米地 ( HIC) 、中投入玉米地 (MIC) 和低投入玉米地 (LIC) 。每个采
样点用 100 cm 土钻分层采样 (0～10 cm , 10～25 cm , 25～40 cm , 40～70 cm 和 70～100 cm) ,采用 5 点混合的
方式采集混合样 ,共计 42 个采样点 ,197 个样品 (部分土层厚度不足 100 cm) 。通过 42 块样地问卷调查 ,将不
同农业土地利用方式及其相关管理措施概括为表 1。
991310 期 张心昱 　等 :不同农业土地利用方式和管理对土壤有机碳的影响 ———以北京市延庆盆地为例 　
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表 1 　调查样地农业土地利用方式和管理措施
Table 1 　Land use types and management practices of research sites
土地利用和管
理方式Land use
type and
management
practice
果园
Orchard
菜地
Vegetable field
大豆地
Soybean field
高投入玉米地
High2input corn
field
中投入玉米地
Mid2input corn
field
低投入玉米地
Low2input corn
field
利用状况
Land use situation
苹果、桃和杏 Apple tree
( Malus domestica
Borkh . ) , peach
( Prunus persica L. ) and
apricot ( Prunus armenic)
大白菜、卷心菜、辣椒、
西兰花等 ,一年两季 ,
轮 作 Chinese cabbage
( Brassica rapa L. ) ,
cabbage , broccoli , cauli2
flower , and capsicum ,
two seasons per year
一年一季 ,连作或与玉
米或谷子轮作 ,栽培历
史悠久 One season per
year , succession cropping
or rotation with corn or
millet , long history of
cultivation
一年一季 ,连作或采取不同玉米品种间轮作 ,
栽培历史悠久 One season per year , long history of
cultivation , succession cropping or rotation within
different species of corn
施肥 Fertilization
practice
有机质 ( OM) 900 kg
hm - 2 a - 1 , 全氮 ( TN)
740 kg hm - 2 a - 1 ,全磷
(TP) 46～160 kg hm - 2
a - 1
有机质 ( OM) 1790 kg
hm - 2 a - 1 , 全氮 ( TN)
917 kg hm - 2 a - 1 ,全磷
(TP) 153 kg hm - 2 a - 1
施用尿素作底肥 ,全氮
(TN) 0～100 kg hm - 2
a - 1 Urea Application
before seeding
有机质 (OM)
450 kg hm - 2
a - 1 ,全氮 (TN)
305 kg hm - 2
a - 1 ,全磷 (TP)
86 kg hm - 2 a - 1
全氮 (TN)
280 kg hm - 2
a - 1 ,全磷
( TP ) 83 kg
hm - 2 a - 1
全氮 ( TN) 124
kg hm - 2 a - 1 ,
全磷 ( TP) 30
kg hm - 2 a - 1
耕作方式 Tillage
practice
每年翻地 1 次 ,深 20～
25cm ,人工锄草每年 2
次 Moldboard plowing in
depth of 20～25cm once
a year , hoeing by hand
twice a year
每年翻地、耙地各 2
次 ,深 20 cm ,人工做畦
或作垄 2 次 ,人工锄草
4 次 Moldboard plowing
in depth of 20～ 25cm ,
then harrowing , making
ridge2tillage or bed , hoe2
ing 4 time per year
每年翻地、耙地、作垄
各 1 次 ,深 20 cm ,人工
锄 草 2 次 Moldboard
plowing in depth of 20
cm , harrowing , making
ridge2tillage and seeding ,
hoeing twice per year
每年翻地、耙地、作垄各 1 次 ,深 20 cm ,人工锄
草 2 次 Same to those of soybean land
灌溉
Irrigation
practice
大水漫灌 ,5～7 次 a - 1
Flooding irrigation 5 ～ 7
times per year
畦灌 , 8～20 次 a - 1
Irrigation in cultivation
bed , 8～20 times per
year
无 No irrigation. 垄灌 , 2 次
a - 1 Furrow
irrigation 2
times a - 1
基本无灌溉 No irrigation
纯收入 Net
income (103
yuan hm - 2)
15～30 10～23 3 6～7. 5 3～6 1. 5～3
有机肥类型
Manure type
牛粪 Cattle compost 鸡粪 Chicken compost 无 No 牛粪 Cattle
compost
无 No
面积 [25 ]
Area (km2) 46. 33 49. 52 27. 26 153. 23
1. 3 　样品分析方法
土壤样品风干后过 2 mm 筛常温保存。取土壤样品过 0128 mm 筛后测定土壤有机碳 (SOC) ,采用高温外
热重铬酸钾氧化2容量法[18 ] ,土壤容重 (Db ) 采用环刀法测定[19 ] ,土壤质地采用激光粒度分析仪 (Laser Particle
Size Analyser , Master Sizer 2000)测定[20 ] 。
1. 4 　SOC 密度的计算方法
SOC (kg m- 2 ) = C (g kg- 1 ) ×Db (g cm- 3 ) ×D (m) (1)
　　式中 ,SOC为土壤有机碳密度 (kg m - 2 ) ,C 为土壤有机碳含量 (g kg - 1 ) , Db 为土壤容重 (g cm - 3 ) , D 为土层
厚度 (m) 。在 0～10 cm 土层 , Db 采用田间的测量值 ,在 10～100 cm 的土层 ,采用 Rawls[21 ]公式计算 ,即 :
Db =
100
OM
VOM +
100 - OM
VM F
(2)
　　式中 , OM 为有机质的百分含量 ,为有机碳的百分含量乘以 11724[22 ] ; VOM 为有机质的容重 ,采用 01224
g cm - 3 ; VMF 为矿物质部分的容重 (g cm - 3 ) ,利用国际分类制 ,通过质地与容重三角形查得[6 ] 。
0023　 生 　态 　学 　报 26 卷
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1. 5 　统计分析方法
采用 SPSS 统计分析软件对土壤分析结果进行预分析 ,如果数据符合正态分布 ,采用 ANOVA 分析方法检
验在 p = 0105 显著水平上各处理间差异 ,如差异显著 ,采用 LSD 法在 p = 0105 显著水平上进行多重比较[23 ] 。
2 　结果与分析
2. 1 　SOC 含量及剖面垂直分布的变化
关于不同土地利用和管理方式对 SOC 的影响 ,在 0～25 cm 土层中 ,果园、菜地和高投入玉米地的 SOC 含
量较高 ,而中、低投入玉米地和大豆地则较低 ,在 25～100 cm 土层中 SOC 含量无显著差异 ( p < 0105) 。在 0～
10 cm 土层中 ,SOC 含量为 :果园 > 菜地 > HIC > MIC > LIC >大豆地块 ,果园与菜地土壤 SOC 含量无显著差异 ,
而果园土壤 SOC 含量显著高于玉米和大豆土壤的 SOC 含量 ,表现出果园土壤具有 SOC 表层富集作用 ;在 10～
25 cm 土层中 ,SOC含量为 :菜地 > 果园 > HIC > LIC > MIC > 大豆地块 ;在 25～100 cm 土层中 ,果园、菜地和高
投入玉米地 SOC 含量较高 ,中、低投入玉米地和大豆地 SOC 含量较低 ,但不同农业土地利用和管理方式对
SOC 含量的影响未达到显著水平 (表 2) 。
表 2 　不同农业土地利用和管理方式对 SOC含量及垂直分布的影响 (g kg - 1) ,平均值 (标准误)
Table 2 　Effects of agricultural land2use types and management practices on soil organic carbon content and the vertical distribution (g kg - 1) , means
(standard error)
土地利用和管理方式Land use
type and management practice
样点数
Sample size
剖面深度 Soil profile depth (cm)
0～10 10～25 25～40 40～70 3 3 70～100 3 3 3
果园 Orchard 5 10. 00(1. 15) aA 8. 16(1. 27) aAB 5. 21(1. 03) aBC 5. 33(1. 04) aBC 4. 16(0. 86) aC
菜地 Vegetable field 6 9. 67(0. 66) abA 9. 16(0. 70) aA 6. 42(0. 47) aB 4. 73(0. 80) aBC 3. 80(0. 40) aC
大豆地 Soybean field 3 7. 73(0. 37) bA 6. 62(1. 24) bAB 4. 52(1. 69) aBC 3. 38(0. 28) aCD 3. 27(0. 65) aCD
HIC 3 12 9. 31(0. 37) abA 8. 30(0. 29) abA 6. 31(0. 30) aB 5. 26(0. 47) aBC 4. 73(1. 03) aC
MIC 3 10 8. 33(0. 31) abcA 7. 63(0. 48) abA 5. 13(0. 43) aB 4. 03(0. 49) aBC 3. 14(0. 68) aC
LIC 3 6 7. 67(0. 89) cA 8. 10(0. 79) abA 6. 31(0. 90) aA 2. 73(0. 90) 1. 83
　　3 HIC:高投入玉米地 High2input corn field ; MIC:中投入玉米地 Mid2input corn field ; LIC :低投入玉米地 Low2input corn field ; 3 3 HIC: n = 11 ,
LIC : n = 2 　High2input corn land n = 11 , low2input corn field n = 2 ; 3 3 3 HIC: n = 10 ,MIC: n = 9 ,LIC : n = 1 　High2input corn field n = 10 , mid2input
corn field n = 9 , low2input corn field n = 1 ;每行中有相同大写字母表示不同土层深度 SOC含量差异不显著 ( p < 0. 05) ,每列中有相同小写字母表示
不同土地利用和管理方式下 SOC含量差异不显著 ( p < 0105) Means in row averaged across the soil profile depth followed by the same uppercase letters are
not significant at 0105 probability level ; Means in column averaged across the land use types and management practices followed by the same lowercase letters are not
significant at 0105 probability level ;下同 the same below
　　在 SOC 含量的垂直分布中 ,各种农业土地利用和管理方式下 SOC 含量均呈自上向下逐渐降低的趋势 ,并
且不同土层 SOC 含量差异均达到显著水平 (表 2) 。除低投入玉米地块外 ,SOC 含量在 10～25 cm 土层均比 0
～10 cm 土层低 ,降低幅度为 516 %～2215 % ,其中果园土壤降低幅度最大 ;SOC 含量在 25～40 cm 土层均比 10
～25 cm 土层低 ,降低幅度为 2814 %～5616 % ,其中果园土壤降低幅度仍最大。
2. 2 　SOC 密度及剖面垂直分布的变化
在 0～10 cm 土层中 ,果园和菜地土壤容重 ( Db )较大 ,大豆地和玉米地 Db 较小 ,但差异不显著 ,其他土层
中不同土地利用方式对 Db 影响也不显著 ;在 0～100 cm 剖面中 ,果园和菜地土壤各层 Db 差异不明显 ,大豆和
玉米地中 ,0～10 cm 土层的 Db 显著低于 10～25、25～40、40～70 cm 和 70～100 cm 土层中 Db (表 3) 。
SOC 密度为一定剖面深度内单位面积 SOC 的含量 (公式 (1) ) 。由于不同土地利用方式下 Db 差异较小 ,
SOC密度的变化趋势与 SOC 含量的变化趋势基本一致。在 1m 土体中 ,SOC 密度为 :果园 > 菜地 > HIC > MIC
> 大豆地 > LIC(表 4) 。
低投入玉米地土壤土层薄 ,40～100 cm 土壤样品不足 3 个 ,未作比较 ,在其他土层 ,不同土地利用和管理
方式对 SOC 密度影响不显著 (表 4) 。0～10 cm 土层中 SOC 密度占 1m 土体中 SOC 密度的比率为 15 %～18 % ,
不同土地利用和管理方式间差异较小 ;0～25 cm 土层中 SOC 密度占 1m 土体中 SOC 密度的比率为 35 %～
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45 % ,0～40 cm 土层中 SOC 密度占 1m 土体中 SOC 密度的比率为 50 %～67 % ,即一半以上的 SOC 储藏在 40 cm
土体内 ,在 0～70 cm 土层中 SOC 密度占 1m 土体中 SOC 密度的比率为 76 %～86 % ,其中中、低投入玉米地和
菜地的比率较高 ,而果园和高投入玉米地的比率较低。
表 3 　不同农业土地利用和管理方式对土壤容重 ( Db)的影响 (g cm - 3) ,平均值 (标准误)
Table 3 　Effects of agricultural land2use types and management practices on soil bulk density (g cm - 3) , means (standard error)
土地利用和管理方式Land use
type and management practice
样点数
Sample size
剖面深度 Soil profile depth (cm)
0～10 10～25 25～40 40～70 70～100
果园 Orchard 5 1. 36(0. 17) aA 1. 38(0. 03) aA 1. 42(0. 04) aA 1. 44(0. 01) aA 1. 39(0. 04) aA
菜地 Vegetable field 6 1. 36(0. 12) aA 1. 36(0. 03) aA 1. 39(0. 03) aA 1. 39(0. 04) aA 1. 41(0. 03) aA
大豆地 Soybean field 3 1. 10(0. 02) aA 1. 41(0. 05) aB 1. 40(0. 04) aB 1. 41(0. 04) aB 1. 38(0. 01) aB
HIC 12 1. 26(0. 05) aA 1. 35(0. 02) aAB 1. 39(0. 02) aB 1. 36(0. 03) aB 1. 40(0. 03) aB
MIC 10 1. 16(0. 06) aA 1. 38(0. 02) aB 1. 41(0. 02) aB 1. 40(0. 02) aB 1. 42(0. 03) aB
LIC 6 1. 08(0. 16) aA 1. 39(0. 03) aB 1. 38(0. 04) aAB 1. 44(0. 08) 1. 52
表 4 　不同农业土地利用和管理方式对 SOC密度的影响 ,平均值(标准误)
Table 4 　Effects of agricultural land2use types and management practices on the soil organic carbon density (kg m - 2) , means (standard error)
土地利用和管理方式Land use
type and management practice
样点数
Sample size
剖面深度 Soil profile depth (cm)
0～10 10～25 25～40 40～70 70～100 0～100
果园 Orchard 5 1. 36(0. 17) a 1. 69 (0. 26) a 1. 10 (0. 19) a 2. 32 (0. 45) a 1. 76 (0. 37) a 8. 22 (1. 34) a
菜地 Vegetable field 6 1. 36(0. 12) a 1. 86 (0. 13) a 1. 34 (0. 10) a 2. 17 (0. 18) b 1. 59 (0. 15) a 8. 33 (0. 50) ab
大豆地 Soybean field 3 1. 10(0. 02) a 1. 39 (0. 25) a 1. 03 (0. 25) a 1. 65 (0. 18) ab 1. 40(0. 14) a 6. 57 (0. 79) b
HIC 12 1. 26(0. 05) a 1. 68 (0. 06) a 1. 31 (0. 05) a 2. 10 (0. 17) ab 1. 98(0. 38) a 8. 18 (0. 67) ab
MIC 10 1. 16(0. 06) a 1. 57 (0. 09) a 1. 08 (0. 08) a 1. 77 (0. 20) ab 1. 34(0. 30) a 6. 93 (0. 61) b
LIC 6 1. 08(0. 16) a 1. 69 (0. 16) a 1. 28 (0. 17) a 1. 16 (0. 33) 0. 84 4. 15
3 　讨论
3. 1 　不同农业土地利用和管理方式对 SOC 的影响
将旱地转变成果园和菜地在我国非常普遍 ,以本研究地区为例 ,1982～2003 年间 ,果园增加了 112 倍 ,菜
地增加了 312 倍[24 ] ,部分菜地已经形成了公司规模经营 ,部分果园兼顾采摘观光农业 ,农民对果园和菜地采
取明显的高投入经营管理方式。本研究结果表明 ,种植果树和蔬菜的高投入土地利用和管理方式对 SOC 含
量及垂直分布带来了显著的变化。在经济利益的驱动下 ,农民对果园和菜地采取高投入、高产出的管理方式
(表 1) 。对菜地和果园的水肥投入较高 ,在菜地实行大水大肥的管理方式 ,并每年施入有机质 (OM) 约 1790 kg
hm - 2 ;而果园中也投入较高水肥 ,每年施入 OM 约 900 kg hm - 2 ;在高投入玉米地中 ,每年施入 OM 约 450 kg
hm - 2 ;农民在效益较低的大豆地和部分玉米地基本不施有机肥 ,不灌溉。果园、菜地和高投入玉米地土壤中
大量的施肥和频繁的灌溉条件 ,在增加土地产出的同时 ,也保持了土壤中较高的 SOC 含量。
研究区域采用传统耕作方式 ,但果园土壤翻动要少于玉米地和大豆地 ,而菜地一年两季 ,翻地、耙地、打垄
或作畦次数均高于玉米和大豆地两倍 (表 1) 。与保护性耕作方式比 ,传统的耕作体系容易造成表层 SOC 损
失[14 ] ,并且在土壤表层表现比较明显[13 ] 。研究区域内的耕作制度延续了上千年 ,至今仍很少改变 ,建议在本
研究区域内 ,探索和推广应用免耕、少耕、覆盖等保护性耕作技术 ,增加农田土壤固碳潜力。
3. 2 　不同农业土地利用和管理方式对 SOC 剖面垂直分布的影响
不同土地利用和管理方式对 SOC 垂直分布的影响趋势一致 ,均为上层 SOC 含量较高[25～27 ] 。不同土地利
用和管理方式对 SOC 含量和密度的影响主要发生在土壤表层。菜地表层 SOC 含量和密度较大 ,而下层较小 ,
这与蔬菜为浅根性作物 ,并且施肥、耕作、灌溉等管理措施主要发生在土壤的耕层有关。果园在 1m 深土体内
SOC密度均相对较高 ,除了人为管理措施对上层土壤影响外 ,与树木生长深根性有关。树木深根系为土壤下
层提供大量的有机物[27 ] ,并且深层有机物难于分解[4 ,28 ] 。但部分对表下层土壤的研究表明 ,植树造林对表下
层土壤 SOC 含量并没有明显增加效应[25 ] ,不变[29 ] 甚至降低[30 ] 都有可能 ,这种规律的不一致性可能与时间有
2023　 生 　态 　学 　报 26 卷
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关。本研究的果园建成 10a 左右 ,不同土层中 SOC 含量和密度均相对较高。
3. 3 　经营管理方式分析与建议
考虑到果园抗水蚀和风蚀特征 ,以及 1m 土体内较高的 SOC 含量和密度 ,可以将种植果树作为研究区保
持土壤质量和碳汇功能 ,增产增收的重要生产方式。菜地 SOC 含量和密度也较高 ,但主要集中在上层土壤 ,
由于生产中施入大量的化肥 ,生产经营中应注意氮、磷元素对水体富营养化的影响。在高投入玉米地中 ,肥料
尤其是有机肥的投入较多 ,SOC的含量和密度较高 ,虽然低于果园和菜地 ,但由于分布面积广 ,其对增加土壤
质量和碳汇功能影响很大 ,应注意保持对高投入玉米地的有机肥投入。对于中、低投入玉米地和大豆地 ,由于
基本上没有有机肥的投入和灌溉 ,以及较少的化肥投入 ,造成了低产地薄低投入的恶性循环 ,应注意增强农田
土壤质量的培育与提高 ,加强多种固碳措施的应用。研究区域秋收后大量的秸秆在田间焚烧 ,造成环境的污
染和有机物的流失 ,建议在玉米地和大豆地中大力开发和推广秸秆还田技术 ,提高土壤质量和碳汇储量。而
对于果园和菜地 ,要抓住市场行情 ,带动有机肥的投入 ,并注意防止菜地中过高的化肥投入 ,防止造成农业非
点源污染。
4 　结语
(1)不同土地利用和管理方式对 SOC 含量的影响主要发生在 0～25cm 土层中 ,对 25～100 cm 土层中 SOC
影响不明显。剖面中 SOC 含量自上向下显著降低。
(2)果园和高投入玉米地 0～100 cm 土层中 SOC 含量均较高 ;菜地 0～40 cm 土层中 SOC 含量较高 ;大豆
地 ,中、低投入玉米地 0～100 cm 土层中 SOC 含量较低。
(3)不同土地利用和管理方式对 Db 影响不显著 ,对 SOC 密度影响的趋势与对 SOC 含量影响的趋势基本
一致 ,在 0～100 cm 土壤中 ,果园、菜地和高投入玉米地土壤中 SOC 密度较高 ,大豆地、中、低投入玉米地土壤
中的 SOC 密度较低。
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