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物探与化探  2022, Vol. 46 Issue (5): 1076-1086    DOI: 10.11720/wtyht.2022.0186
  东北黑土地地球化学调查专栏 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
兴凯湖平原表层土壤有机碳空间变异的主控因素
杨泽1,2,3(), 张一鹤1,2,3, 戴慧敏1,2,3, 刘国栋1,2,3, 刘凯1,2,3, 许江1,2,3()
1.中国地质调查局 沈阳地质调查中心,辽宁 沈阳 110034
2.自然资源部 黑土地演化与生态效应重点实验室,辽宁 沈阳 110034
3.辽宁省黑土地演化与生态效应重点实验室,辽宁 沈阳 110034
Control factor of the spatial variations in the soil organic carbon content in the topsoil of the Xingkai Lake Plain
YANG Ze1,2,3(), ZHANG Yi-He1,2,3, DAI Hui-Min1,2,3, LIU Guo-Dong1,2,3, LIU Kai1,2,3, XU Jiang1,2,3()
1. Shenyang Center of China Geological Survey, Shenyang 110034,China
2. Key Laboratory of Black Soil Evolution and Ecological Effect, Ministry of Natural Resources, Shenyang 110034,China
3. Key Laboratory of Black Soil Evolution and Ecological Effect, Shenyang 110034, China
全文: PDF(3185 KB)   HTML
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摘要 

准确获取兴凯湖平原土壤有机碳含量及空间变异主控因素,对土壤有机碳调控、恢复及农业可持续发展具有重要意义。本研究基于野外实地采集的4 151个表层(0~20 cm)土样,探讨兴凯湖土壤平原有机碳空间分布特征及其主控因素。运用地统计学、回归分析等方法对比了成土母质、土壤质地、土壤类型、土地利用方式和土地开垦年限这5种因素对兴凯湖平原土壤有机碳空间分布的影响。结果表明: 研究区表层土壤有机碳含量为0.35%~14.49%,平均值2.80%,变异系数为 0.44,属中等强度的空间变异性。块金效应 C0/(C0+C)为 47.06%,表明空间分布受结构性因素和随机性因素的共同影响,土壤有机碳总体呈现“中、西部低,东、北部高”的分布格局。上述5种因素对土壤有机碳的影响均为极显著(P<0.01),其中成土母质、土壤类型、土地利用方式及开垦年限分别能够独立解释6.8%、3.8%、9.2%和3.3%的土壤有机碳空间变异,而土壤质地能独立解释30.1%的土壤有机碳空间变异,远大于其余4种因素,是研究区土壤有机碳空间分布的主控因素。
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杨泽
张一鹤
戴慧敏
刘国栋
刘凯
许江
关键词 ： 土壤有机碳,  空间变异,  主控因素,  兴凯湖平原    
Abstract：

Obtaining accurate soil organic carbon (SOC) content in the Xingkai Lake Plain and the main factor controlling its spatial variation is greatly significant for controlling and restoring the SOC content and achieving sustainable agricultural development. This study investigated the spatial distribution characteristics of the SOC content in the Xingkai Lake Plain and their control factor based on 4,151 topsoil samples collected at a depth of 0~20 cm in the field. Moreover, it compared the effects of soil parent materials, soil texture, soil type, land use type, and land reclamation duration (year) on the spatial distribution of the SOC content in the plain through geostatistical and regression analyses. The results are as follows. The SOC content in the topsoil of the study area is 0.35%~14.49% (average: 2.80%). It has a coefficient of variation of 0.44, indicating moderate spatial variations. It has a nugget-to-sill ratio of 47.06%, indicating that its spatial distributions are affected by both structural and random factors. It is low in the middle and west and is high in the east and north overall. All these five factors have significant effects on the SOC content (P<0.01). Among them, soil parent materials, soil type, land use type, and land reclamation duration can independently account for 6.8%, 3.8%, 9.2%, and 3.3% of the spatial variations in the SOC content, respectively. By contrast, soil texture can independently account for 30.1% of the spatial variations of the SOC content, which is far greater than that of the other four factors. Therefore, soil texture is the main control factor in the spatial distribution of the SOC content in the study area.
Key words： SOC    spatial variation    main control factor    Xingkai Lake Plain
收稿日期: 2022-04-13      修回日期: 2022-08-16      出版日期: 2022-10-20
ZTFLH:  P632  
基金资助:中国地质调查局地质调查项目“兴凯湖平原及松辽平原西部土地质量地球化学调查”(DD20190520)
通讯作者: 许江
作者简介: 杨泽(1981-),男,高级工程师,2006年毕业于中国地震局地质研究所,主要从事生态地球化学调查与研究工作。Email:61421078@qq.com
引用本文:   
杨泽, 张一鹤, 戴慧敏, 刘国栋, 刘凯, 许江. 兴凯湖平原表层土壤有机碳空间变异的主控因素[J]. 物探与化探, 2022, 46(5): 1076-1086.
YANG Ze, ZHANG Yi-He, DAI Hui-Min, LIU Guo-Dong, LIU Kai, XU Jiang. Control factor of the spatial variations in the soil organic carbon content in the topsoil of the Xingkai Lake Plain. Geophysical and Geochemical Exploration, 2022, 46(5): 1076-1086.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2022.0186      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2022/V46/I5/1076
Fig.1  研究区高程、采样点(a)及土地利用类型(b)
指标 样品数 最小值/% 最大值/% 均值/% 中位数/% 众数/% 标准偏差/% 方差/% 偏度 峰度 变异系数
SOC 4151 0.35 14.49 2.80 2.56 2.2 1.22 1.48 2.6 14.42 0.44
对数转换 4151 -0.46 1.16 0.41 0.41 0.34 0.17 0.03 -0.05 1.99 0.41
Table 1  表层土壤有机碳含量统计
Fig.2  研究区土壤有机碳含量及其对数转换值的频率分布
地区 平均值/% 范围/% 参考文献
兴凯湖平原 2.80 0.35~14.49 本文
黑龙江省 4.94 0.02~53.10 [28]
东北黑土 1.93a/2.55b 0.68~7.47 [29]
东北平原 1.78 [30]
中国大陆 2.23b 0.16~22.4 [31]
Table 2  研究区与其他地区表层土壤有机碳含量对比
理论模型 块金值(C0) 基台值(C0+C) 块金效应[C0/(C0+C)] 变程/km 拟合系数(R2) 残差(RSS)
球形模型 0.016 0.034 47.06 135.7 0.962 1.27E-05
Table 3  研究区土壤有机碳半方差函数模型及其参数
Fig.3  研究区土壤有机碳半方差函数
Fig.4  研究区土壤有机碳空间分布
成土母质 样品数 平均值/% 最小值/% 最大值/% 标准差/% 偏差/% 变异系数
全新世松散堆积物 901 2.81 0.35 13.79 1.24 1.54 0.44
晚更新世松散堆积物 1275 2.98 0.73 11.84 1.07 1.14 0.36
中更新世松散堆积物 148 3.08 1.25 13.72 1.51 2.28 0.49
新近纪砂岩、砂砾岩风化物 40 1.81 1.24 2.54 0.33 0.11 0.18
白垩纪砂岩风化物 829 2.59 0.56 14.49 1.19 1.41 0.46
侏罗纪砂岩及火山碎屑岩风化物 90 2.66 1.13 8.48 1.02 1.05 0.38
三叠纪板岩及粉砂岩风化物 34 3.2 1.57 9.58 1.59 2.52 0.5
二叠纪砂岩及火山碎屑岩风化物 67 2.54 1.29 6.29 0.94 0.89 0.37
泥盆纪火山碎屑岩风化物 47 2.72 1.52 4.65 0.81 0.65 0.3
三叠纪变质岩风化物 14 4.13 2.64 6.41 1.14 1.29 0.28
寒武纪变质岩风化物 9 2.16 1.53 2.92 0.55 0.3 0.25
太古宙变质岩风化物 29 3.03 1.08 9.51 1.96 3.85 0.65
元古宙变质岩风化物 149 3.15 0.74 12.9 1.78 3.17 0.57
花岗岩风化物 351 2.37 0.86 13.39 1.14 1.29 0.48
全新世玄武岩风化物 58 2.15 1.32 6.6 0.82 0.68 0.38
新近纪玄武岩风化物 110 3.3 1.05 7.78 1.15 1.32 0.35
Table 4  研究区不同成土母质土壤有机碳含量统计特征
有机碳含量/% 采样点数 平均值/% 最小值/% 最大值/% 标准差/% 方差/% 变异系数
<1 21 59.84 52.62 65.33 3.9 15.19 0.065
1~2 616 64.18 53.87 80.82 2.65 7.04 0.041
2~3 2136 65.61 55.45 78.1 2.6 6.75 0.04
3~5 1296 68.06 57.18 78.56 3.08 9.47 0.045
5~7 65 69.24 60.89 80.36 3.33 11.06 0.048
7~10 17 69.96 58.67 74.41 4.31 18.55 0.062
全区 4151 66.21 52.62 80.82 3.17 10.07 0.05
Table 5  研究区不同土壤有机碳含量土壤风化指数统计特征
土类 样品数 平均值/% 最小值/% 最大值/% 标准差/% 方差/% 变异系数
暗棕壤 940 2.69 0.56 14.49 1.33 1.78 0.5
白浆土 1482 2.67 0.69 13.39 1.01 1.02 0.38
草甸土 733 2.73 0.51 12.14 1.12 1.26 0.41
黑土 50 2.54 1.59 4.4 0.6 0.36 0.24
泥炭土 21 2.88 1.89 5.5 0.88 1.32 0.49
水稻土 102 2.47 1.13 5.16 0.85 0.72 0.34
沼泽土 818 3.28 0.35 13.79 1.43 2.06 0.44
Table 6  研究区不同土壤类型有机碳含量统计特征
土地利用 样品数 平均值/% 最小值/% 最大值/% 标准偏差/% 方差/% 变异系数
草地 132 3.33 0.71 7.76 1.37 1.87 0.41
湿地 285 3.08 0.35 9.58 1.46 2.15 0.48
水田 1368 2.99 0.96 12.14 0.99 0.99 0.33
有林地 775 2.92 0.69 14.49 1.44 2.08 0.49
灌木林 49 2.57 0.39 9.51 1.38 1.91 0.54
旱田 1276 2.53 0.56 13.79 1.17 1.38 0.46
居民用地 103 2.29 1.29 4.76 0.65 0.42 0.28
滩地 163 2.16 0.35 4.48 0.90 0.80 0.41
总计 4151 2.80 0.35 14.49 1.22 1.48 0.44
Table 7  研究区不同土地利用方式下土壤有机碳含量统计特征
开垦时间/a 样品数 平均值/% 最小值/% 最大值/% 标准偏差/% 方差/% 变异系数
0 1778 2.94 0.35 14.49 1.46 2.14 0.50
5 9 4.37 2.83 6.47 1.15 1.33 0.26
10 5 3.78 2.27 7.28 2.01 4.02 0.53
15 67 2.76 1.35 7.76 1.05 1.10 0.38
20 47 2.73 1.13 11.84 1.53 2.33 0.56
25 1072 2.92 0.76 12.14 1.02 1.03 0.35
40 1173 2.45 0.78 8.51 0.83 0.69 0.34
Table 8  研究区不同开垦年限土壤有机碳含量统计特征
影响因素 F值 决定系数(R2) 矫正决定系数(R2) 显著性(sig)
成土母质 30.558 0.07 0.068 <0.01
土壤质地 1788.873 0.301 0.301 <0.01
土壤类型 28.017 0.039 0.038 <0.01
土地利用方式 58.013 0.094 0.092 <0.01
开垦年限 24.893 0.035 0.033 <0.01
综合 83.58 0.415 0.412 <0.01
Table 9  研究区不同因素对土壤有机碳的回归分析结果
Fig.5  研究区表层土壤CIA分布
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