叶尔羌河流域棉田土壤有机碳和全氮含量调查分析

易海艳，林 宁，马刘峰，查向浩，丁哓丽

(1.喀什师范学院生物与地理科学系，新疆喀什844000;2.新疆维吾尔自治区教育厅叶尔羌绿洲生态与生物资源研究重点实验室，新疆喀什844000; 3.喀什师范学院化学与环境科学系，新疆喀什844000)

叶尔羌河流域棉田土壤有机碳和全氮含量调查分析

易海艳1，2，林 宁3，马刘峰1，查向浩3，丁哓丽1

(1.喀什师范学院生物与地理科学系，新疆喀什844000;2.新疆维吾尔自治区教育厅叶尔羌绿洲生态与生物资源研究重点实验室，新疆喀什844000; 3.喀什师范学院化学与环境科学系，新疆喀什844000)

对叶尔羌河流域棉田土壤有机碳、全氮垂直分布状况进行了研究.结果表明:(1)剖面分布上不同地貌棉田土壤中有机碳、全氮含量随土壤深度呈下降趋势，冲积扇、扇缘、冲积平原不同土层有机碳、全氮含量变化规律为0～20 cm＞20～40 cm＞40～60 cm;(2)叶尔羌河流域棉田土壤中C/N为4.39～16.12，C/N在0～20 cm土层最高，在40～60 cm的土层最低，冲积扇、冲积平原不同土层C/N随土壤深度的增加而降低，而在扇缘不同土层C/N随土壤深度的增加而上升.

叶尔羌河流域;棉田;土壤有机碳;土壤全氮

农田是大气CO2的重要源，全球每年因耕地损失的碳大部分以CO2的形式释放到大气中，农田碳库变化会直接影响大气碳库源汇效应，碳、氮元素是土壤的关键要素，土壤中有机碳是进行评价土壤质量的重要指标，氮是作物生长必需的元素，土壤中有机碳和全氮的含量变化明显影响生态系统生产力［1－3］;农田碳库的微小变化都有可能引起大气CO2浓度的显著变化，学者已在农田有机碳、全氮方面做了一些研究，土壤有机碳的研究主要集中在不同利用方式对土壤碳的积累，且农田有机碳库、氮库组成的影响因素的多样化，在研究过程中又增加了许多不确定性［4－7］，关于叶尔羌河流域农田土壤有机碳、全N分布的动态变化调查分析未见报道.

叶尔羌河流域生态环境脆弱，可以利用的农田缺少，研究棉田土壤有机碳和全氮含量的空间变化，分析土壤有机碳和全氮的转化和稳定性与土壤的可持续利用以及全球碳、氮循环关系非常密切，并且对不同地貌特征的土壤有机碳、全氮分布特征及其关联性进行分析，阐明人为作用下农业管理对土壤碳汇效应及温室气体对环境变化的影响，在此基础上提出比较合理的评价.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

叶尔羌河是塔里木河最长的源流，流域总面积9.89×104km2，塔里木盆地由西南向东北倾斜的地势造就了源于山地的各河流向、沉积物性质、分布特征;本研究流域位于欧亚大陆中心，南、西、北三面受喀喇昆仑山、帕米尔高原、西天山的阻挡造成了西南季风、西风气流、北风气流都不会对本研究区域产生系列影响，促使终年极端干旱状态，形成具有典型性干旱大陆性气候的暖温带、温带干旱区.

1.2 土壤样品的采集及测定

2013年4月，通过对研究领域的现场调查取样，由南至北约隔20 km设置一标准棉田，即泽普县托木吾斯塘乡，泽普县依克苏乡，泽普县依玛乡，叶城县江格勒斯乡，莎车县波什坎特镇，麦盖提县等地区，分别在各采样点及其周围棉田按照0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm采集土壤样品，风干、剔除杂质、研磨、过100目筛，有机碳含量用重铬酸钾－外源热法测定.

2 结果与分析

2.1 有机碳的含量特征

冲积扇、扇缘、冲击平原土壤有机碳含量随土壤深度增加变化趋势一致，均随深度的增加而降低，0～20 cm范围内土层有机碳含量明显较高，而在20～60 cm有机碳含量相对较低(图1).不同地貌土壤中有机碳含量在20～40 cm土壤有机碳含量变化不明显，可能是由于母质的形成相同，棉花根系数量有限，对该深度土层土壤有机碳含量的影响较小.冲积扇、扇缘、冲积平原不同土层有机碳含量的变化为0～20 cm＞20～40 cm＞40～60 cm(见图1)，农田不同深度土层的有机碳含量主要受进入到农田中的有机物质含量的多少的影响，塔里木河流域棉田土壤有机碳主要受到秸秆还田量的影响，而还田秸秆则主要集中在土体的耕作层.

图1 流域不同地貌土壤中有机碳含量的垂直分布

2.2 全氮的含量特征

剖面上看叶尔羌河流域棉田土壤全氮含量随土壤深度变化趋势一致，均随土壤深度的增加而降低，0～20 cm的土层中全氮含量较20～60 cm高，冲积扇、扇缘、冲积平原不同土层全氮含量的变化为0～20 cm＞20～40 cm＞40～60 cm.(图2).各地貌土壤表层0～20 cm全氮含量高，而土层为40～60 cm的全氮含量均较低，土壤有机碳及全氮的消长趋势常常是一致的.在一定程度上，土壤中的氮大体上决定了有机碳的质量分数，土壤碳的保持在很大程度上决定于土壤氮含量水平.

图2 流域不同地貌土壤中全氮含量的垂直分布

2.3 土壤C/N的含量特征

土壤有机层的C/N比较低说明本地区棉田土壤有机质具有较快的矿化作用，使土壤有效氮含量较高［8］.叶尔羌河流域棉田土壤中C/N为4.39～16.12(见图3)，相对较低，不同地貌、土层上差异很大，最大值出现在扇缘的40～60 cm土壤剖面，最小值出现在冲积平原的40～60cm土壤剖面，不同植被类型可能是影响剖面分布格局的因素，冲积扇、冲积平原不同土层C/N随土壤深度的增加而降低，而在扇缘不同土层C/N随土壤深度的增加而上升，且不同地貌特征C/N含量差异较大.

图3 流域不同地貌土壤中C/N的垂直分布

对棉田SOC和TN含量相关分析(图4)发现，SOC和TN有很好的偶合关系呈正相关，表明SOC、TN关系密切，变化趋势相同.

叶尔羌河流域棉田土壤的有机碳和全氮主要集中在土壤表层，监测数据具有明显的正偏态特征和较小的峰值(表1)，有机碳含量全部低于10 g/kg，全氮则低于2 g/kg，表明了表层土壤有机碳、全氮的含量，土壤有机碳的均值相差较大，说明土壤有机碳分布较不均匀.本研究采样过程中，采样时间的不确定性可能导致植被类型、农田管理措施发生一定的变化，在分析土壤有机碳和全氮与相关环境因素之间关系时没有引入种植年限等影响因素，以后需要长期研究，揭示叶尔羌河流域棉田土壤有机碳和全氮空间变异性及影响因素.

图4 棉田土壤有机碳和全氮的关系

表1 叶河流域棉田土壤有机碳和全氮与相关环境变量的基本统计信息

3 结果与讨论

叶尔羌河流域棉田土壤中C/N为4.39～16.12，相对较低，表明土壤有机碳的腐殖化程度高，有机氮容易矿化，直接导致土壤有机质的分解升高.冲积扇、冲积平原不同土层C/N随土壤深度的增加而降低，而在扇缘不同土层C/N随土壤深度的增加而上升，出现这一差异的原因可能是与温度、水分、土壤的施肥状况等条件有关;各地貌土壤土壤有机碳、全氮含量都比较低，可能是部分农田耕作年限时间较短，根系生物量含量比较低，导致土壤有机碳含量不高，以后引入海拔、气候因子、土壤耕作方式进行进一步研究，更全面了解叶尔羌和流域棉田土壤有机碳和全氮变化及影响因素.

［1］ 柳红东，张风华，李玉义，等.新疆玛纳斯河流域棉田土壤有机碳含量时空分析规律［J］.干旱区资源与环境，2007，21(10)，156－160.

［2］ RAICH JW，POTTER C S.Global patterns of carbon dioxide emissions from soils［J］.Global Biogeochemical Cycles，1995，9(1):23－36.

［3］ TRUMBORE SE，CHADW O A，AMUNDSON R.Rapid exchange between soil carbon and atmospheric carbon dioxide driven by temperature change［J］.Science，1996，272(5260):393－396.

［4］ JOBBUGY E G，JACKSON R B.The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetion［J］. Ecological Applicaions，2000，10(2):423－436.

［5］ 唐国勇，彭佩钦，苏以荣，等.洞庭湖区不同利用方式下农田土壤有机碳含量特征［J］.长江流域资源与环境，2006，15(2):219－222.

［6］ 姜勇，张玉革，梁文举，等.潮棕壤不同利用方式有机碳剖面分布及碳储量［J］.中国农业科学，2005，38(3):544－550.

［7］ 邵月红，潘剑君，许信旺.长白山森林土壤有机碳库大小及周转研究［J］.水土保持学报，2006，20(6):99－102.

［8］ 耿增超，姜林，李姗姗，等.祁连山中段土壤有机碳和氮素的剖面分布［J］.应用生态学报，2011，22(3):665－672.

［责任编辑 马云彤］

On the Distribution of Soil Organic Carbon and Total Nitrogen in the Yarkant River Basin

YIHai－yan1，2，LIN Ning3，MA Liu－feng1，ZHA Xiang－hao3，DING Xiao－li1
(1.Department of Biology and Geography，Kashgar Normal College，Kashgar 844000，China; 2.Key Laboratory of Ecology and Biological Resources in Yarkand Oasis，Education Department，Xinjiang Uygur Autonomous Region，Kashgar 844000，China;3.Department of Chemistry and Environmental Science，Kashgar Normal College，Kashgar 844000，China)

This study addresses the vertical distribution of organic carbon and total nitrogen in the cotton fields in the Yarkant River Basin.The results show that:(1)in terms of the vertical distribution，the content of organic carbon and total nitrogen decreaseswith the increase of soil depth.The variation ratio of organic carbon and total nitrogen content with the change of soil depth in the alluvial fan，fan，alluvial plain is0－20 cm＞20－40 cm＞40－60 cm;(2)in the cotton field of the Yarkant River Basin，C/N is4.39－16.12，with themaximum content in the 0－20 cm soil layer and theminimum content in the 40－60 cm soil layer.C/N decreaseswith the increase of soil depth in the alluvial fan and alluvial plain while C/N decreaseswith the increase of soil depth in different soil layers.

the Yarkant River;cotton field;soil organic carbon;soil total nitrogen

1008－5564(2015)01－0043－04

S153.6

A

2014－09－08

新疆维吾尔自治区高校科研计划青年教师科研资助项目(XJEDU2012S36)

易海艳(1981－)，女，新疆温泉人，喀什师范学院生物与地理科学系讲师，硕士，主要从事于植物生态学研究.

查向浩(1981－)，男，新疆吐鲁番人，喀什师范学院化学与环境科学系讲师，硕士，主要从事于环境生态学研究.