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武夷山土壤有机碳空间分布规律及其影响因素
地理科学学院 地理教育专业
109012008035 程露 指导教师：陈志强
【摘 要】本文以武夷山6个采样点土壤为研究对象，根据不同海拔高度下土壤有机碳的变化，研究土壤有机碳在空间分布上的特点，研究表明：土壤有机碳含量随海拔升高而增加。为研究有机碳含量的影响因素及其相关性时，采用相关系数计算分析法。将降水和有机碳进行相关系数计算，相关系数r=0.916113，表明有机碳和降水呈显著的关系；对温度和土壤有机碳含量建进行相关关系求算，相关系数r=-0.736834，表明有机碳和温度有比较明显的相关性，但是是负相关；对粘粒和土壤有机碳进行相关系数计算，r=-0.523659，表明有机碳和粘粒的有负相关关系，但不突出；对 ph与土壤有机碳进行相关系数的求算，计算结果r=0.157588，表明有机碳和ph的有关系，但很不明显。
【关键词】有机碳 ；海拔 ；降水；温度；粘粒；ph ；
引言
近几年来，全球气候变化已成了全世界瞩目的热点，而大气中二氧化碳的含量也备受人们惯关注。作为碳循环的重要环节，陆地含碳量也越来越引起公众的重视。研究表明，陆地生态系统含有巨量的碳，
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其中73％以土壤有机质的形态储存于土壤中。据估计，土壤碳储量约为陆地生态系统植被碳储量的2．5～3．0倍，为大气碳库 (以CO：形态存在)的2～3倍，它主要来源于动植物、微生物残体及根系
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分泌物等，土壤有机碳库的微小变化将影响大气CO2的浓度 。作为陆地碳库的主要部分，土壤有机碳
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在全球碳循环中起着重要作用 。作为土壤质量的重要指标，土壤有机碳及其组分在土壤许多物理、化学和生物特性中发挥着重要作用,而土壤物理性状的优劣又直接影响到土壤的持水和渗透能力，同时也影响土壤有机碳的储量和动态变化，土壤有机碳含量的变化反过来又会影响植物对水分和营养元素的
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吸收，进而影响生产量。因此，土壤有机碳的研究已经成为一项重要的工作。自20世纪70年代以来，
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国内外在森林生态系统碳储量方面进行了大量的研究 。但是对于武夷山土壤有机碳分布特点及其影响因素做深入如研究的可谓甚少，研究有机碳的分布特点及其影响因素，有助于认识土壤有机碳在碳循环以及全球气候变化中的作用。
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武夷山是全球同纬度带最完整、最典型、面积最大的中亚热带原生性森林生态系统 ，是研究土壤有机碳分布特点及对气候变化适应与响应机制的天然实验室。本文将以武夷山不同海拔高度的土壤作为研究对象，考察其有机碳分布特点及其影响因素。
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1．材料与方法
1．1 研究区概况
武夷山脉位于闽赣边界，地理位置为北纬2733～2754，东经11727～11751，山脉呈东北一西南走向，长达约550km。平均海拔1000—1100m，北段地势较高，主峰黄岗山海拔2158m，是我国东南大陆最高峰，号称“ 华南屋脊”。武夷山土壤类型随海拔从低到高依次为红壤、黄红壤、黄壤和山
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地草甸土．由于水热状况的垂直交替，武夷山的植被呈垂直地带性分布，带谱较为完整，从低海拔到高海拔依次分布着亚热带常绿阔叶林带、针阔混交林带、针叶林带、亚热带山地苔藓矮林带和亚热带山地草甸带。
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1．2分析方法
为了研究武夷山山地土壤有机碳分布的空间变异特点，选取6个海拔高度的土壤剖面，采样点分别黄坑、庙湾、桐木关西侧、黄岗山顶25km处、黄岗山顶2100m和黄岗山顶2150m，对采样点进行样本编号，记录相关性质。采用相关系数计算法，分析有机碳与其影响因素之间的相关性。
表1 土壤采样点基本情况 样本编号 W1 W2 W3 W4 W5 W6
表2 土壤采样点基本情况 剖面号 发生(海拔层 m) W1 (2150) A1 A2 B C A B C A B BC A B BC 深度 (cm) 粘粒 (g/kg) 粘化率 有机碳 ph （g/kg） (H2O) 铝饱和Bs 温度度（%） （%） (℃) 降水 (mm) 采样点 黄岗山顶 黄岗山顶 黄岗山25km处 桐木关 庙湾 黄坑 土壤类型 典型山地草甸土 黄壤性草甸土 黄壤性草甸土 黄壤 黄红壤 红壤 海拔高度 (m) 2150 2100 1850 1050 920 310 0-18 18-36 36-60 60-66 0-22 22-46 46-52 150 124 316 182 162 124 2.11 220.2 171.3 34.2 — 69.7 12.6 — 77.8 30.7 17.0 47.4 13.2 7.2 4.5 5.5 5.5 — 4.5 5.0 — 4.2 4.5 5.0 4.5 4.5 4.6 58.4 67.4 71.5 — 70.1 71.8 — 63.1 70.5 79.5 76.2 75.8 81.2 4.9 7.0 16.3 14.6 5.1 11.4 — 7.2 9.4 11.6 6.7 9.2 10.1 8.5 3000 W2 (2100) W3 (1850) W4 (1050) 0.77 1.00 1.53 8.5 3000 0-25 128 25-85 128 85-155 148 0-25 204 25-150 312 150~ 328 12 2000 13 2150 .
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W5 (920) A B1 B2 BC A B1 B2 C 0-13 13-26 26-65 65~ 0-10 10-55 55-140 140 238 324 314 164 304 444 260 — 1.32 38.3 8.8 3.8 — 21.9 10.7 5.8 — 4.3 4.5 5.0 — 4.5 4.1 4.5 — 68.3 79.2 76.1 — 59.7 70.1 69.1 — 15.7 8.2 9.5 17.4 8.8 9.0 13.3 — 15.5 2000 W6 (310) 1.46 18 1850 （数据来自陈健飞的《武夷山土壤分类参比》）
在大尺度上，土壤有机碳的空间分布，取决于气候因素、植被类型、土壤类型和母质以及地形、地貌等条件。分析土壤有机碳在空间方向上的分布格局对宏观尺度上的土地利用和管理具有指导意义。由于条件限制，为研究武夷山土壤有机碳在空间分布上的关系，只考虑海拔高度和有机碳之间的关系。先求算每个采样点剖面有机碳的平均值，可利用公式：
有机碳在各种土壤中的分布140120100806040200有机碳含量(m)典型山地草甸土黄壤性草甸土黄壤性草甸土黄壤性草甸土黄红壤红壤
从图上可看出，有机碳含量分布特点表现在土壤类型上为：典型山地草甸土含有机碳最多，然后依次是黄壤性草甸土1、黄壤性草甸土2、黄壤、黄红壤和红壤。虽然都是黄壤性草甸土，只是所在海拔高度不同，它们所含有机碳有所不同，因此，为了更进一步说明有机碳的分布特点，将考虑有机碳随海拔变化的分布特点。
将海拔高度作为自变量，有机碳平均含量为因变量，做折线图，得到土壤有机碳含量与海拔关系图的土壤剖面平均有机碳与海拔的关
150系图。从折线图可看出，在海拔不同100的采样点土壤所含有机碳的含量均50不相同，从310m-2100m范围内，有机0碳随海拔升高增加速度缓慢，而从05001000150020002500显著。2100-2150m,有机碳含量增加其
海拔原因可能是因为在低海拔地带，受人
为及其他因素干扰，海拔对有机碳的影响作用并不显著，而在高海拔地带，人为干扰较小，因此，海拔对有机碳的作用表现明显。但从在整体上看，有机碳是随着海拔的升高而增加，只是在不同海拔范围内增加速度有所不同。
有机碳含量 .
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2影响土壤有机碳分布的因素分析
2.1气候制约着土壤有机碳的含量
武夷山属中亚热带季风气候，一月均温10．5℃，七月均温19．2 ℃，年均温13．2 ℃， 年均降水量2368．4 mm．雨季大多集中在4、5、6月份，年均相对湿度78％～84％，无霜期 250～270天．
本文选取6个采样点的年平均降水量与有机碳含量进行相关系数计算，结果r=0.91611337964, 表明降水与有机碳之间有显著的线性关系，且为正相关，说明降水对有机碳的影响显著，并且表现为随着降水的增加，土壤有机碳含量也随着增加。武夷山的气候适宜较多的植物种类生长，从而加大了生物小循环的速度。由于雨量适中，又促进了有机质的积累。6个采样点的土壤中有机碳的分布与降水特点相吻合，降水的高值区与有机碳含量高值区对应。再将温度与有机碳含量进行相关系数计算时，r=-0.736834，即温度与有机碳之间存在较为明显的线性关系是负相关，说明土壤有机碳随着温度升高而有所下降。综合降水和温度与有机碳含量的相关性，表现为随着降水增多，温度下降，土壤有机碳含量增加，说明气候因素对有机碳含量有明显的影响作用，并且主要表现在降水和气温方面，但降水对有机碳含量的影响要比温度对有机碳含量的影响大。气候因素对有机碳含量的影响作用很大，其原因：一方面，气候条件制约植被类型、影响植被的生产力，从而决定输入土壤的有机碳量；另一方面，从土壤有机碳的输出过程来说，微生物是其分解和周转的主要驱动力，气候通过土壤水分(同时影响土壤通气状况)和温度等条
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件的变化，影响微生物对有机碳的分解和转化。微生物分解和转换速率的增加，从而增加土壤有机碳库的输入，也可能提高植物呼吸速率降低土壤有机碳库的输入，并加速土壤有机质的分解而增加土壤有机碳含量。
2.2粘粒含量与土壤有机碳之间的关系
已有研究表明：土壤 pH 值、温度、湿度 、粘粒含量、黏土矿物种类、土壤 c／N、微生物量等因素均影响土壤有机碳含量及其在土壤中的稳定性。
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李忠佩等研究得出，可以用土壤粘粒含量估算水稻土有机碳固定。土壤粘粒是土壤有机碳积累持
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续性的因素土壤有机碳是土壤质量的决定因素，而粘粒含量的多少又直接影响土壤的性质，因此，必须研究二粘粒含量和有机碳含量之间的相关关系。本文先根据武夷山6个采样点每个层次土壤的平均粘粒含量与对应土壤剖面所含有机碳含量进行相关系数求算，得到w1、w2、w3、w4、w5、w6六个采样点的粘粒含量与有机碳含量的相关系数r分别为-0.928105、1、-0.673434、-0.999802、-0.971097015、0.008827642，结果显示为在不同的采样点粘粒含量与有机碳的相关性不同，其中在黄岗山顶2100m处粘粒和有机碳的相关系数最大达到1，说明此处粘粒含量与有机碳含量是密切相关的，而在黄坑的相关系数很小，仅为0.008827642，表明此处粘粒含量和有机碳的相关性很小。由于在每个采样点粘粒含量和有机碳的相关性差异显著，无法说明粘粒含量和有机碳的相关性如何。因此，为了从整体上把握武夷山土壤粘粒和有机碳的相关性，将6个采样点所含粘粒含量的平均值与有机碳平均再次进行相关系数计算，得到总体的相关系数r为-0.523659，即粘粒与有机碳之间有关系，具体就是说在有机碳的总变差当中，52.36%可以由粘粒来决定，并且它的变动与有机碳为相反方向，剩下的47.64%受其它因素影响。
2.3ph与土壤有机碳之间的关系
Ph也是土壤理化性质的一个重要指标，而土壤理化性质和有机碳之间相互影响，因此，可以考察ph和有机碳之间的相关关系，研究土壤ph是否对有机碳有影响。将各个采样点土壤ph值和土壤有机碳含量进行相关性的求算，得到w1、w2、w3、w4、w5、w6六个采样点ph值和有机碳的相关系数分别为-0.703258、1、0.900241、-0.614997142、-0.807047、0.22036,结果显示不同采样点土壤ph值和有机碳的相关性大小不同，最密切的相关系数可达1，最小的相关系数仅为0.22036，ph和有机碳的相关性在不同海拔的采样点差异很大，无法确切说明它们二者具有怎样的相关关系。为了确定它们的关系，可采用6个采样点整体平均ph值和有机碳进行相关性球算，结果二者相关系数为0.157588，即PH与有机碳之间有关系，但关系并不明显。这个结果与武夷山土壤整体呈酸性但有机碳含量不同的实际相一致，也说明了ph值的高低和有机碳含量之间没有明显的关系，改变土壤ph值对土壤有机碳含量影响并不大。
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3.结论
武夷山土壤有机碳含量在不同土壤类型中分布情况不同，在不同海拔同种类型土壤中分布也不同。从整体上表现为随海拔的升高，土壤有机碳含量也随之增加。在310-2100m范围内，有机碳随海拔升高而略有增加，而在2100m后，有机碳含量随海拔增加的很快。因此，在海拔高的地方土壤中所含有机碳相对较多。
武夷山土壤有机碳含量受气候因素影响很大，特别是降水和温度。降水和温度在很大程度上制约了有机碳含量，随降水增多温度降低，土壤有机碳增多。可预测到在降水年份较多时，土壤中有机碳含量较多，而在降水少的年份，其含量也相对较少。土壤有机碳可以在降水多差异大的年份间表现出明显的区别。当温度较低时，有机碳含量较温度高时多，温度低时其含量低，因此，可以猜测冬季土壤有机碳含量比夏季多。
武夷山土壤粘粒和ph值对有机碳含量也有影响。土壤粘粒和有机碳有一定相关关系，但他们的相关系数不能通过显著性检验，表明土壤粘粒含量的多少能在一定程度上影响有机碳，但作用并不大，在实践中可通过适当改变土壤粘粒含量，进而在一定程度上改变土壤有机碳含量。Ph和有机碳的相关系数虽然很小，但不能忽视ph值对有机碳的作用。因为ph不是一个独立的内容，它和土壤的很多理化性质相关，而理化性质又对有机碳有影响，因此，ph对有机碳的影响是间接体现的。在土壤酸碱性相差较大的地方，可能会表现出土壤有机碳含量的不同。
本文的不足之处：本文所使用的数据不是自己野外记录而来的，而是采用前人的数据，因此数据不具有时代性，不能充分反映目前武夷山土壤相关情况，忽视了时间这一成土因素对土壤的作用。本文在考察有机碳与其影响因素的相关关系时，采用的是两种要素之间相关系数计算法，只是单独将有机碳与其中一种以因素进行计算，忽视了影响因素之间的相互作用。
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武夷山环境调查与保护
