全 文 ：中国生态农业学报 2015年 10月 第 23卷 第 10期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Oct. 2015, 23(10): 12771284


* 中国科学院战略性先导科技专项课题(XDA05060600)和中国科学院知识创新工程方向性项目(KSCX2-EW-J-5)资助
** 通讯作者: 张万军, 主要研究方向为太行山山地生态系统水、碳循环与农业可持续发展。E-mail: zhangwj@sjziam.ac.cn
张楠楠, 主要研究方向为山地水循环与农业可持续发展。E-mail: zhangnannan_1123@126.com
收稿日期: 20150414 接受日期: 20150731
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.150433
河北 38°N生态样带土壤有机碳特征*
张楠楠1,2 张万军1** 曹建生1 刘秀萍1
(1. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/中国科学院农业水资源重点实验室/河北省节水农业重点实验室
石家庄 050022; 2. 中国科学院大学 北京 100049)
摘 要 为阐明河北 38°N生态样带土壤有机碳的空间分布特征, 2011年 9—10月, 根据河北 38°N带低山丘陵
地区、山前平原地区和滨海低平原地区不同土地利用方式选取代表性样点, 分层(0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、
40~60 cm和 60~100 cm)采集土壤样品, 测定土壤有机碳含量。结果表明, 河北 38°N生态样带, 低山丘陵地区
土壤有机碳密度显著高于山前平原地区和滨海低平原地区, 0~40 cm土层土壤有机碳密度分别为 9.03 kgm2、
4.26 kgm2和 3.51 kgm2。低山丘陵地区与山前平原地区和滨海低平原地区土壤有机碳差异的部分原因是低
山丘陵区灌丛土壤有机碳含量较高, 明显提升了该地区的土壤有机碳水平。另外, 低山丘陵地区林地和农田
0~40 cm土层土壤有机碳含量也高于山前平原地区和滨海低平原地区; 林地 0~40 cm土层土壤有机碳含量在低
山丘陵地区、山前平原地区和滨海低平原地区分别为 19.45 gkg1、7.89 gkg1和 7.55 gkg1, 农田土壤有机碳
含量在 3个地区分别为 7.70 gkg1、7.09 gkg1和 6.00 gkg1。在整个生态样带上, 土壤有机碳含量基本随土
壤深度增加而不断减少, 但各个地区不同土地利用方式减少的程度不同。低山丘陵地区 0~40 cm 土层内土壤
有机碳含量变幅最大, 其次为山前平原地区, 滨海低平原地区变幅最小。低山丘陵地区灌丛土壤有机碳含量变
化幅度最大, 其次为林地, 农田最小; 山前平原地区土壤有机碳含量变化幅度农田略大于林地; 滨海低平原地
区土壤有机碳含量变化幅度林地最大, 其次是荒地, 农田最小。鉴于上述情况, 从固碳和经济的双重角度考虑,
提出以下建议: 低山丘陵区大力发展林业产品和旅游业; 山前平原区集中粮食生产, 保证国家粮食安全; 滨海
地平原区加大土壤盐渍化改良, 推广棉花种植。
关键词 河北 38 °N带 土地利用方式 土壤有机碳 低山丘陵区 山前平原区 滨海低平原区
中图分类号: S153.6+21 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2015)10-1277-08
Characteristics of soil organic carbon at 38°N ecological transect
of Hebei Province
ZHANG Nannan1,2, ZHANG Wanjun1, CAO Jiansheng1, LIU Xiuping1
(1. Key Laboratory for Agricultural Water Resources, Chinese Academy of Sciences / Hebei Key Laboratory for Agricultural
Water-Saving / Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy
of Sciences, Shijiazhuang 050022, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract To understand the characteristics of organic carbon in the 38°N ecological transect of Hebei Province, 35 sampling
plots with different land use patterns in 3 regions (low hilly area, piedmont plain of Taihang Mountain and low coastal plain) in
the 38°N ecological transect of Hebei Province from west to east were set and soil samples were collected in the 010 cm,
1020 cm, 2040 cm, 4060 cm and 60100 cm layers from September to October in 2011 for soil organic carbon content
analysis. The results suggested that the soil organic carbon density was higher in the low hilly area than in the piedmont plain, which
was in turn higher than in the low coastal plain. The corresponding soil organic carbon density was respectively 9.03 kgm2,
4.26 kgm2 and 3.51 kgm2. The difference in organic carbon content of the low hilly area from that of other two regions was
partly due to the high organic carbon content in scrublands in the low hilly area. Furthermore, organic carbon content in the
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040 cm soil in forestland and farmland in the low hilly area was higher than those in the other two regions. The order of soil
organic carbon content in forestland and farmland was low hilly area > piedmont plain > low coastal plain. Organic carbon
content in 040 cm soil in forestlands was 19.45 gkg1 (low hilly area), 7.89 gkg1 (piedmont plain) and 7.55 gkg1 (low
coastal plain). Also soil organic carbon content in farmland was 7.70 gkg1 (low hilly area), 7.09 gkg1 (piedmont plain) and
6.00 gkg1 (low coastal plain). Soil organic carbon content decreased with soil depth and there was some difference among
different land use patterns. The sequence of variation in soil organic carbon content with soil depth (from top to bottom) was
higher in the low hilly area than in the piedmont plain, which was in turn higher than in the low coastal plain. In the low hilly
area, the variation range of soil organic carbon content with soil depth was higher in scrubland than in forest, and it was lowest
in farmland. In the piedmont plain, the range of variation in soil organic carbon content with soil depth in farmland was a
slight bigger than that in forest land. In the low coastal plain, the range of variation in soil organic carbon content with soil
depth was higher in forest land than in abandoned land, it was lowest in farmland. In consideration of carbon sequestration and
economic benefits, 3 suggestions were put forward as follows: 1) forest products and tourism should be developed in the low
hilly area; 2) the piedmont plain should emphasize the development of grain production; and 3) the low coastal plain should be
improved in soil salinization and cotton cultivation.
Keywords 38°N ecological transect of Hebei Province; Land use pattern; Soil organic carbon; Low hilly area; Piedmont plain;
Low coastal plain
(Received Apr. 14, 2015; accepted Jul. 31, 2015)
全球变暖是全球气候变化中的一个非常重要部
分, 导致全球变暖的主要原因是大气温室气体特别
是 CO2含量的增加[1]。陆地生态系统中, 土壤碳库是
最大且周转时间最长的碳库, 主要包括有机碳库和
无机碳库两部分, 与土壤有机碳库相比, 无机碳库
所占的比重较小, 而且周转时间较长。有研究表明,
土壤有机碳库是陆地生物碳库的约 2.5 倍, 约是大
气碳库的 3 倍, 因此土壤有机碳对全球碳循环的影
响更为显著[23]。影响土壤有机碳库碳释放的原因有
很多, 其中土地利用方式的变化尤其重要[4]。土地利
用方式不同, 在一定程度导致地表植被覆盖及土壤
孔隙度的不同, 从而导致土壤有机碳的变异, 土壤
中微生物碳、易氧化碳及水溶性碳等发生变化, 从
而影响土壤碳库的结构, 进而对土壤呼吸速率产生
一定程度的影响, 导致土壤碳释放产生变化[56]。
河北 38°N带是包括从低山丘陵到山前平原, 再
到滨海低平原的多样化典型生态样带, 是我国非常
重要的生态样带及农产品生产和经济发展地区。该
生态样带包含的不同地区的土地利用方式格局存在
一定差异, 同时受到不同程度的人为干扰, 使得对
该生态样带土壤有机碳特征的研究显得非常重要。
尽管近年来对华北不同土地利用方式和不同植被下
土壤碳库变化的研究较多 [711], 但是这些研究多集
中在较小尺度, 而从同一纬度生态样带分析土壤有
机碳储量变异的研究很少见。中国地势整体来看西
高东低, 同一纬度地形地貌随着经度的变化存在一
定变异, 并使气候产生差异, 且受人类活动干扰的
程度不同 , 从而对土壤有机碳的积累产生一定影
响。因此从纬度带的角度来分析土壤有机碳储的变
异具有重要意义。本文选择河北 38°N生态样带各典
型地区内主要土地利用方式, 对其土壤有机碳进行
统一调查 , 研究土壤有机碳在该生态样带的变异 ,
阐明土壤有机碳对不同土地利用方式及人为扰动的
响应, 旨在为进一步研究华北地区土壤有机碳库的
变异提供参考, 为区域农业经济和环境保护的协调
发展提供科学依据, 对应对全球变化和保障可持续
发展具有重要意义。
1 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
河北 38°N生态样带地处河北省中南部, 西起太
行山, 东至渤海, 全长 400 km左右。该生态样带属
于中国地势的第二级阶梯, 西高东低, 包括西部低
山丘陵地区、中部山前平原地区以及东部滨海低平
原地区, 生态区位十分重要(图 1)。
西部低山丘陵区包括石家庄的行唐、灵寿、平
山、井陉、鹿泉、元氏、赞皇等县, 海拔 50~2 200 m,
属于典型的山地到平原过渡带。该地区属半干旱大
陆性季风气候。年平均气温 7.4~14.0 , ℃ 年平均降
雨量 500~750 mm[12], 降雨主要集中在 7—9月。土
壤主要为褐土和棕壤, 土层薄, 角砾石含量大。该地
区的主要土地利用方式包括灌丛、林地和农田。其
中灌丛多是以荆条(Vitex negundo)为优势种的天然
植被; 林地主要为人工林, 包括杨树(Populus spp.)、
刺槐(Robinia pseudoacacia)、杏树(Prunus armeniaca)、
核桃(Juglans regia)和石榴(Punica granatum)等; 农
田以典型的小麦(Triticum aestivum)玉米(Zea mays)
第 10期 张楠楠等: 河北 38°N生态样带土壤有机碳特征 1279


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轮作为主, 且多为旱地。
中部山前平原包括石家庄的新乐、正定、栾城、
赵县、高邑、无极、晋州、藁城、辛集、深泽等市
县, 海拔 50~100 m, 属于典型的山前冲积扇平原。
该地区属于暖温带半湿润季风气候, 年均气温 11.5~
13.5 ℃, 年降水量 500~650 mm[12]。土壤类型主要
为褐土和褐化潮土, 是我国重要的粮食产区。该地
区的土地利用方式主要为农田、林地。典型林地主
要为梨树(Pyrus spp.)。该区域由于土壤及气候等环
境条件较为适宜农业生产 , 特别是小麦玉米轮作
的种植模式, 属于华北的粮食高产区[13]。除小麦玉
米农田外, 棉花(Gossypium spp.)也是该地区主要的
农作物。
东部滨海低平原地区包括衡水的武邑、武强、
饶阳、安平、景县、阜城、深州, 沧州的沧县、东
光、海兴、盐山、南皮、吴桥、孟村、泊头、黄骅
等县市, 海拔 0~50 m, 属于典型的滨海低平原。气
候类型为暖温带半湿润季风气候, 年均气温 10.8~
13.3 , ℃ 年均降雨量 550~700 mm, 土壤以潮土、盐
化潮土为主[12]。由于长期受到海水浸渍, 加之地势
低平 , 排水不畅 , 容易积盐 , 最终导致土壤发生一
定程度的盐碱化[14]。该地区的主要土地利用方式为
农田和林地, 还包括部分荒地。其中农田以小麦玉
米农田和棉花农田为主 , 林地以枣树 (Ziziphus
jujuba)为主。
1.2 土壤样品采集及土壤有机碳含量测定
2011年 9—10月, 根据河北 38°N生态样带各地
区典型土地利用方式, 选择 35 个有代表性的地段,
设置样地(5 m×5 m), 采样点如图 1所示。在每个样
地内随机选择 3个点, 利用直径为 5 cm的土钻分别
采取 0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、
60~100 cm 土层的土壤样品, 将采集的土壤样品放
入自封袋内。经过风干后, 去除石砾、植物根系及
其他杂质, 研磨过 100 目的土壤筛。利用高温外加
热重铬酸钾氧化容量法 [15]对处理好的土壤样品进
行有机碳含量测定。

图 1 河北 38°N生态样带范围及土壤采样点示意图
Fig. 1 Range of ecological transect and locations of soil sampling sites along 38°N in Hebei Province
1.3 数据处理
采用单因素方差分析和多重比较判断差异水平,
利用 LSD标准进行显著性检验。数据的统计分析在
Microsoft Excel 2007和 SPSS 19.0软件上完成。
2 结果与分析
2.1 河北 38°N带各区域内土壤有机碳特征
低山丘陵区不同土地利用方式下, 0~40 cm土层
土壤有机碳含量及垂直分布格局具有一定的差异
(图 2a)。灌丛土壤有机碳含量在 0~40 cm土层内含
量最高, 林地次之, 农田土壤有机碳含量最低。灌
丛、林地和农田 3种土地利用方式下土壤有机碳平均
含量分别为 25.77 gkg1、19.45 gkg1和 7.70 gkg1。
显著性分析结果表明, 灌丛和林地 0~40 cm 土层内
土壤有机碳平均含量均显著高于农田土壤有机碳含
量, 但是灌丛和林地之间的差异不显著。总体来看,
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0~40 cm 土层内土壤有机碳含量随着土层深度的增
加呈减小趋势, 但不同土地利用方式下减小的幅度
不同。灌丛土壤有机碳含量减小的幅度最大, 从表层
的 39.51 gkg1减小到深层的 18.67 gkg1; 其次为林
地, 从表层的 27.21 gkg1减小到深层的 16.16 gkg1;
农田变化最小, 从表层的 12.35 gkg1 减小到深层
4.73 gkg1。可以看出, 土壤有机碳含量在不同土地
利用方式间及同一土地利用方式不同土层间均存在
较大变异。
如图 2b 所示, 在太行山山前平原地区, 不同土
地利用方式间 1 m 土层内, 土壤有机碳平均含量存
在一定差异。林地土壤有机碳含量高于农田, 其大
小分别为 5.87 gkg1和 4.87 gkg1, 显著性分析结
果表明两者之间差异显著。林地和农田土壤有机碳
含量在 0~100 cm 剖面随着土层深度的增加而不断
减小, 但其减小的幅度不同, 农田土壤有机碳含量
从表层的 11.44 gkg1减少到深层的 3.33 gkg1, 林
地土壤有机碳含量从表层的 11.89 gkg1减小到深
层的 4.02 gkg1, 土壤剖面土壤有机碳变化幅度农
田高于林地。因此, 土壤有机碳在山前平原的不同
土地利用方式间及同一土地利用方式下也存在一
定的差异。
在滨海低平原区, 土壤有机碳含量在不同土地利
用方式下 0~100 cm土层内存在一定差异(图 2c), 土壤
有机碳平均含量从大到小依次为林地>农田>荒地, 其
土壤有机碳平均含量依次为 5.73 gkg1、4.72 gkg1 和
3.14 gkg1。显著性分析结果表明 , 林地和农田
0~100 cm土层内土壤有机碳平均含量之间差异不显
著, 而林地与荒地之间的差异显著。不同土地利用
方式下, 土壤有机碳含量均随着土层深度的增加呈
现不断减小的趋势, 但其减小的幅度不同。林地土
壤有机碳在 0~100 cm土层内减小的最多, 从表层的
10.64 gkg1减小到深层的 4.49 gkg1; 其次为荒地,
从表层的 7.03 gkg1减小到深层的 1.33 gkg1; 农田
最低, 从表层的 7.99 gkg1减小到深层的 3.81 gkg1。
滨海低平原地区 , 由于海水浸渍 , 地势低平 ,
地下水排水不畅, 容易积盐, 导致土壤盐碱化[14]。棉
花的耐盐碱性较好 , 所以在滨海低平原除了小麦
玉米农田以外, 棉花的种植面积也较大, 属于该区
域的重要农作物。通过比较发现, 两种种植模式下,
土壤有机碳含量存在一定的差异。小麦玉米农田和
棉花农田 0~100 cm 土层内土壤有机碳平均含量分
别为 5.29 gkg1 和 3.88 gkg1, 小麦玉米农田明显
高于棉花农田。

图 2 河北 38°N带低山丘陵区(a)、山前平原区(b)和滨海
低平原区(c)不同土地利用方式的土壤有机碳剖面特征
Fig. 2 Profile characteristics of soil organic carbon in
different land use types of low hilly area (a), piedmont plain of
Mount Taihang (b), and low coastal plain (c) along 38°N of
Hebei Province
2.2 河北 38°N 带同一土地利用方式在不同区域间
的土壤有机碳特征
河北 38°N生态样带中, 分布最广的土地利用方
式是林地和农田, 由于不同区域田间管理措施不同
和林分类型的差异, 导致二者土壤有机碳含量在不
同地区之间均存在一定程度的变异。由表 1 可以看
出, 林地 0~40 cm 土层内土壤有机碳平均含量在低
山丘陵区、山前平原区和滨海低平原区之间存在一
定变异, 具体表现为低山丘陵区>山前平原区>滨海
低平原区, 其大小分别是 19.45 gkg1、7.89 gkg1
第 10期 张楠楠等: 河北 38°N生态样带土壤有机碳特征 1281


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和 7.55 gkg1。显著性分析结果显示, 林地 0~40 cm
土层内土壤有机碳平均含量在低山丘陵区显著高于
山前平原区和滨海低平原区。农田 0~40 cm土层内
土壤有机碳平均含量在 3个区域内也存在一定变异,
具体表现为低山丘陵区>山前平原区>滨海低平原区,
其大小分别为 7.70 gkg1、7.09 gkg1和 6.00 gkg1,
与林地的变化趋势相同。显著性分析结果表明, 农
田 0~40 cm土层内土壤有机碳平均含量在低山丘陵
区显著高于滨海低平原区, 而与山前平原区之间的
差异不显著。
表 1 河北 38°N带不同区域林地、农田 0~40 cm土层土
壤有机碳含量
Table 1 Soil organic carbon contents in 040 cm layer of
forestland and farmland in different regions along 38°N of
Hebei Province gkg1
区域 Region 土地利用方式
Land use type 低山丘陵区
Low hilly area
山前平原区
Piedmont plain
滨海低平原区
Low coastal plain
林地 Forestland 19.45±4.13a 7.89±0.50b 7.55±1.93b
农田 Farmland 7.70±1.74a 7.09±0.82ab 6.00±1.48b
同行不同字母表示不同区域某一土地利用方式土壤有机碳含量
在 0.05 水平差异显著。Different small letters in a line indicate
significant difference at 0.05 level among different regions.

2.3 河北 38°N带不同区域间土壤有机碳变异
河北 38°N生态样带, 0~40 cm土层土壤有机碳
密度在不同区域间存在一定变异。如图 3所示, 低山
丘陵区、山前平原区和滨海低平原区 0~40 cm土层总
土壤有机碳密度存在一定差异, 其大小依次为低山
丘陵区>山前平原区>滨海低平原区, 0~40 cm土层总
土壤有机碳密度分别为 9.03 kgm2、4.26 kgm2和
3.51 kgm2。0~20 cm土层土壤有机碳密度在区域间
的差异也很明显, 低山丘陵区>山前平原区>滨海低
平原区, 其大小分别是 5.64 kgm2、2.88 kgm2和
2.05 kgm2; 20~40 cm土层土壤有机碳密度在低山
丘陵区最高, 其次为滨海低平原地区, 山前平原区最小,
其大小分别是 3.39 kgm2、1.46 kgm2和 1.38 kgm2。
不同土层土壤有机碳密度在区域间的变异不同。具
体表现为 0~20 cm土层土壤有机碳密度和 20~40 cm
土层土壤有机碳密度在山前平原和滨海低平原地区
的差异不同, 但 0~20 cm 土层土壤有机碳密度的差
异对 0~40 cm总土壤有机碳密度的差异起决定作用,
且低山丘陵区各土层土壤有机碳密度均高于山前平
原区和滨海低平原区。
3 结论与讨论
在河北 38°N生态样带的低山丘陵区, 土地利用

图 3 河北 38°N带各区域间 0~40 cm土层土壤有机碳密
度变异
Fig. 3 Variation characteristics of soil organic carbon
densities in 040 cm layer in different regions along 38°N of
Hebei Province
方式以灌丛、林地和农田为主。研究结果表明, 该
区域 0~40 cm土层内土壤有机碳平均含量灌丛高于
林地和农田, 且差异较明显。植物残体和根系是土
壤有机碳的主要输入途径, 微生物的分解是土壤有
机碳释放的主要途径, 两者是影响土壤有机碳含量
的重要因素[2,1618]。与林地和灌丛相比, 低山丘陵区
的农田土壤有机质来源主要是作物秸秆还田, 且气
候较为干燥, 同时受到地形等因素的制约, 不利于
灌溉, 因此农作物的生物量总体较低, 进而导致农
田土壤有机碳输入较少。另外, 农田由于人类的耕
作管理, 在一定程度上会造成土壤团聚体结构的破
坏, 导致土壤有机碳暴露在空气中, 耕作温度升高,
破坏土壤有机碳稳定性, 以及耕作可能引起的土壤
干湿交替等问题 , 均会导致农田有机碳分解速率
的加快; 耕作可能还会加大土壤的渗透性 [1921], 进
而不利于土壤有机碳的积累。农田经常施用大量的
氮肥, 在一定程度上减小土壤碳氮比, 有利于微生
物的分解活动, 促进土壤有机碳的分解。以上这些
原因可能最终导致农田土壤有机碳含量低于灌丛和
林地。低山丘陵区的林地包括杨树林、刺槐、石榴、
杏树等, 其受到的人为干扰的程度不同。杨树、刺
槐等人工林, 受到的人为扰动较小, 而石榴、杏树等
经济林, 在提高果实产量和品质的过程中, 通常受
到较大的人为扰动, 包括施肥灌溉等管理措施, 这
些措施在一定程度上减少土壤有机碳的输入, 同时
加快土壤有机碳的分解。灌丛属于天然植被, 且耐
旱, 当地的气候条件较适合其生长, 其覆盖范围较
大 , 且植被密度较高 , 具有发达的根系 , 除每年产
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生大量的枯枝落叶输入到土壤, 灌丛下层的草地每
年也会产生大量植物残体形式的有机质输入到土壤
中, 保证土壤有机碳的供给。有研究表明[2223], 与受
人为干扰强烈的植被比, 自然恢复的植被土壤有机
碳含量常常较高。灌丛受到较小的人为扰动, 土壤
有机碳分解较慢, 有利于土壤有机碳的积累。
在山前平原区, 地势平坦, 土壤及气候条件适
宜 , 适合于农业生产 , 该区域分布有大量农田 , 且
产量较高。该区域土地利用方式除农田外, 还包括
一部分林地, 且大多以梨树为主。林地与农田相比,
0~100 cm土层内土壤有机碳平均含量较高, 但其差
异主要集中在 40 cm以下。表层土壤有机碳的积累
与死亡植物残体及根系输入有关 , 尤其是深层土
壤有机碳的积累与根系的关系更为密切。有研究
表明 [24], 玉米根系生物量的 77.59%~81.51%分布在
0~40 cm 土层范围内, 小麦根系生物量的 74.52%~
83.72%分布在 0~40 cm土层范围内。由此可以看出,
对于小麦玉米轮作的农田来说, 40 cm以下土层内
植物根系量很少, 进而导致下层土壤有机质的输入
量较少。林地中根系较为发达, 延伸到深层的根系
量较大。因此土壤有机质以根系分泌物及死亡根系
形式进入到土壤中的量较大, 进而导致其土壤有机
碳含量较高。
在滨海低平原地区, 地下水含盐量较高, 又地
势较为低平, 土壤经常受到地下水的影响, 发生土
壤的盐渍化[25]。该区域主要土地利用方式包括农田、
林地和荒地。该区域的 3种主要土地利用方式中, 林
地 0~100 cm土层内土壤有机碳平均含量最高, 其次
为农田, 荒地最低。滨海低平原区的林地以枣树种
植为主, 而枣园等果园的经营往往会伴随较大量的
有机肥施入[25], 这在一定程度上增加了林地土壤有
机质的输入量。同时由于滨海低平原地区土壤存在
一定程度的盐渍化 , 农作物生长受到一定的限制 ,
农作物生物量较低, 以秸秆还田形式进入土壤中的
有机质的量较少。由于棉花属于耐盐性较好的农作
物, 因此在该区域种植较为广泛, 是除小麦玉米轮
作模式外重要的农作物类型, 而棉花收获后, 通常
会将其地上部分从农田移走, 还田量较低, 这也导
致了农田中以农作物残体形式进入土壤中的有机质
的量减少。加之农田的耕作强度通常高于果园, 进
而使得农田土壤有机碳的释放速率加快, 不利于农
田土壤有机碳的积累。滨海低平原的荒地主要是盐
碱荒地 , 通常其盐渍化程度较高 , 土壤比较贫瘠 ,
地表植被生长较差 , 植物残体输入土壤的量较少 ,
土壤有机碳含量低于林地和农田。
在陆地生态系统中, 土壤有机碳集中分布在 1 m
土层范围内, 但受到土壤发育情况的影响, 土壤厚
度不是都可以达到 1 m及 1 m以上[16,26], 鉴于此土
壤取样厚度由实际情况决定。山前平原和滨海低平
原地区土壤厚度均能达到 1 m, 但低山丘陵区由于
土壤结构不良、石砾含量较高, 因此其土层厚度通
常为 20~50 cm。因此对不同区域间土壤有机碳进行
比较时, 以 0~40 cm土层的比较为主。
河北 38°N 生态样带分布最为广泛的土地利用
方式为农田和林地。本研究结果表明: 在河北 38°N
生态样带 0~40 cm 土层内, 林地和农田土壤有机碳
密度在低山丘陵区、山前平原区和滨海低平原区存
在一定的变异, 总体表现为低山丘陵区最高, 其次
为山前平原区, 滨海低平原区最低。河北 38°N生态
样带不同地区林地的树种不同, 管理措施和受到的
人为扰动的强度不同。低山丘陵区的林地包括部分
人工林, 如刺槐、杨树等。而山前平原地区和滨海
低平原地区主要为果园。与人工林相比, 果园受到
人类的经营管理, 如清耕、修剪果树等, 会导致土壤
有机质的输入量减少, 进而导致土壤有机碳含量较
低。滨海低平原地区林地土壤有机碳低于山前平原,
可能与该区域土壤一定程度的盐渍化有关。就农田
而言, 低山丘陵区大多数为旱作, 同时受到地形限
制, 耕作管理强度低于山前平原和滨海低平原地区,
导致土壤有机碳的分解较慢。滨海低平原与山前平
原之间差异的原因首先是农作物种类的不同, 滨海
低平原地区除小麦、玉米外, 还有部分棉花, 而棉花
农田由于收获时大量地上部分从农田移除, 导致土
壤有机质的输入减少, 土壤有机碳含量较低。另外,
滨海低平原地区土壤盐渍化, 土地本身较为贫瘠。
在河北 38°N样带, 土壤有机碳含量不仅在不同
区域间及土地利用方式间具有一定的差异, 随着土
壤深度的增加土壤有机碳含量呈现不断减小的趋
势。这是由于土壤剖面有机碳的分布与土壤剖面有
机碳输入及分解有关。土壤剖面有机质的输入通常
受到植物根系及光合产物分配状况的影响, 植物根
系在土壤中的分布主要集中在表层 , 且随着土层
深度的增加不断减少 , 另外植被枯枝落叶及土壤
微生物对其分解的影响随着土壤深度的增加不断
减少 [2729]。不同区域内土壤有机碳在土壤剖面减少
的程度不同, 其中低山丘陵区域土壤有机碳在 0~40 cm
土层内减少的幅度显著高于山前平原和滨海低平原
地区。不同区域受到的人为干扰的影响不同, 低山
第 10期 张楠楠等: 河北 38°N生态样带土壤有机碳特征 1283


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丘陵地区最小, 山前平原地区和滨海低平原地区较
大。人为干扰通常导致土壤有机碳更快速地分解 ,
不利于土壤有机碳的积累, 因此较强烈的人为干扰
导致山前平原地区和滨海低平原地区表层土壤有机
碳含量较低。由于人为干扰对土壤有机碳含量的影
响随着土壤深度的增加不断减少, 所以较下层的土
壤有机碳含量在不同区域间的差异相对表层来说较
小, 所以山前平原地区和滨海低平原地区土壤有机
碳含量在土壤剖面的变化幅度低于低山丘陵地区。
综上所述, 河北 38°N带土壤有机碳含量随着土
层深度的增加不断减小, 在不同区域间和不同土地
利用类型间也都存在一定的差异。土壤有机碳在区
域间的差异主要是由于土地利用方式的差异导致
的。不同土地利用方式间的差异是由于植被类型之
间的差异导致的有机碳输入差异以及人为干扰的不
同导致的有机碳分解速率的差异共同作用的结果。
由于低山丘陵区土壤有机碳含量及土壤有机碳含量
在土壤剖面的变化幅度均高于山前平原和滨海低平
原地区, 且属于生态环境非常脆弱的地带, 对气候
变化较为敏感, 低山丘陵区土壤有机碳的变化对于
河北 38°N 样带土壤总固碳量具有重要意义。另外,
考虑到河北 38°N 带土壤有机碳含量在不同区域和
不同土地利用方式下的差异, 综合考虑经济和生态
效益, 应在低山丘陵区大力推广封山育林, 恢复自
然植被生长, 开发旅游业; 中部山前平原集中粮食
生产, 保证国家粮食需求; 滨海低平原加大土壤盐
渍化改良, 推广耐旱耐盐碱棉花的种植。
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