王飛　秦方錦　吳丹亞　樓飛　岑湯?！「鸪∈放?/p>

摘 要：有機(jī)質(zhì)水平常用作評(píng)價(jià)土壤肥力的首要指標(biāo)，而土壤有機(jī)碳在全球氣候變化研究中有重要作用。新墾耕地表土中有相當(dāng)比例的>2 mm礫石。為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)新墾耕地的土壤肥力及其碳貯量，以寧波市寧?？h14個(gè)新墾耕地表土（0—30 cm）土樣為例，對(duì)表土有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳含量計(jì)算方法進(jìn)行了比較研究。結(jié)果表明：當(dāng)這些樣品的計(jì)算包括大于2 mm的礫石時(shí)，有機(jī)質(zhì)水平下降了22%（平均值從23.1 g/kg下降到18.0 g/kg）；按照美國農(nóng)業(yè)部的計(jì)算方法，表土（0—30 cm）有機(jī)碳含量在1.97—8.97 kg/m2間，參照加拿大農(nóng)業(yè)一農(nóng)產(chǎn)品部評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這些樣品的有機(jī)碳含量屬于低的水平。

關(guān)鍵詞：土壤有機(jī)質(zhì)；土壤有機(jī)碳；計(jì)算方法；累積指數(shù)；礫石；新墾耕地

中圖分類號(hào)：S15 8.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

論文編號(hào)：2014-0698

0 引言

為加強(qiáng)耕地質(zhì)量建設(shè)與管理，根據(jù)國土資源部農(nóng)業(yè)部《關(guān)于加強(qiáng)占補(bǔ)平衡補(bǔ)充耕地質(zhì)量建設(shè)與管理的通知》、農(nóng)業(yè)部《關(guān)于補(bǔ)充耕地質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定工作規(guī)范》和浙江省農(nóng)業(yè)廳《關(guān)于規(guī)范和加強(qiáng)補(bǔ)充耕地質(zhì)量評(píng)定工作的通知》等文件精神，農(nóng)業(yè)部門開展了新墾耕地質(zhì)量評(píng)定工作，即通過對(duì)開發(fā)造地項(xiàng)目工程和肥力要素的調(diào)查分析，來綜合評(píng)定新墾耕地是否符合農(nóng)業(yè)牛產(chǎn)基本條件。根據(jù)《浙江省耕地質(zhì)量評(píng)定與地力分等定級(jí)技術(shù)規(guī)范（試行）》（以下簡稱《規(guī)范》），“耕層有機(jī)質(zhì)含量”即是最重要的肥力要素。由于大多數(shù)低丘緩坡開發(fā)墾造的耕地表土中，礫石占了相當(dāng)大的比例。如何計(jì)算其表土有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳含量，對(duì)正確評(píng)估土壤肥力、指導(dǎo)作物合理施肥具有重要意義。

土壤與巖石的主要區(qū)別是有機(jī)質(zhì)。土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）也稱作“土壤腐殖質(zhì)”，其定義是除了土壤中未分解的各種動(dòng)、植物殘?bào)w外的有機(jī)部分。有機(jī)質(zhì)的品質(zhì)和性質(zhì)決定土壤形成過程方向以及牛物化學(xué)、化學(xué)、物理和土壤肥力性質(zhì)。有機(jī)質(zhì)影響所吸附的陽離子的組成和活性以及土壤顏色、能量平衡、容重、結(jié)持性和固相比重。有機(jī)質(zhì)含量影響許多土壤性質(zhì)，如持水量、交換性鹽基、團(tuán)聚體穩(wěn)定性、土壤通氣性以及供應(yīng)氮、磷和微量養(yǎng)分的能力。因此土壤有機(jī)質(zhì)含量是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。然而實(shí)驗(yàn)室測定土壤有機(jī)質(zhì)含量時(shí)，一般僅包括通過2 mm篩部分，因此，是難以定量地估計(jì)一個(gè)土壤有機(jī)質(zhì)含量的。

土壤有機(jī)碳通過土壤牛物和植物根系呼吸排放C02，是決定陸地牛態(tài)系統(tǒng)碳平衡的豐要因子。土壤有機(jī)碳較小幅度的變化，都有可能影響到碳向大氣的排放，結(jié)果以溫室氣體影響全球氣候變化。因此早在20世紀(jì)70年代，國際上就有學(xué)者開始對(duì)全球土壤有機(jī)碳進(jìn)行估算，一般按土壤類型、植被類型、生命帶或以模型法作統(tǒng)計(jì)，并提出了土壤剖面有機(jī)碳密度的概念。由于各研究之間計(jì)算方法不一致，因此各研究結(jié)果之間差異較大。20世紀(jì)90年代，中國開始對(duì)中國土壤有機(jī)碳總量進(jìn)行計(jì)算。由于不同研究者所采用的資料來源和統(tǒng)計(jì)樣本容量不同，以及不同研究者所采用的深度標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)計(jì)方法存在差異，對(duì)土壤有機(jī)碳的估計(jì)差異也很大。

中國歷來對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量以通過2 mm篩部分為基數(shù)進(jìn)行計(jì)算，至今仍以此方法作為評(píng)價(jià)土壤有機(jī)質(zhì)含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。但對(duì)丘陵山地礫石含量高的土壤，按此法所測得的土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍較高，因而被賦予較高的農(nóng)業(yè)牛產(chǎn)能力，這不符合客觀事實(shí)。因此，筆者以寧波市寧?？h2013年低丘緩坡墾造耕地項(xiàng)目為例，參照美國農(nóng)業(yè)部和加拿大農(nóng)業(yè)一農(nóng)產(chǎn)品部有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)表土有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳含量計(jì)算方法進(jìn)行了比較研究，旨在為準(zhǔn)確估算土壤碳庫和合理施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

寧?？h位于浙江省東部沿海、寧波市的南部，地處北緯29。06-29。32，東經(jīng)121。09-121。49之間，屬沿海低山丘陵地區(qū)?？偯娣e1843 km2，山地面積945 km2，平原面積805 km2。擁有耕地3.5萬hm2，林地l0.8萬hm2，灘涂2.6萬hm2，素有“七山二地一分田”之稱。

寧海屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，常年以東南風(fēng)為豐，氣候溫暖濕潤，四季分明，日照充足，雨水充沛，年平均氣溫15.3—17℃，年日照1900 h左右，平均相對(duì)濕度78%，年平均降水量1000—1600 mm，無霜期230天。

1.2 供試土壤

根據(jù)1994年浙江省土壤普查辦公室所編著的《浙江土壤》一書中浙江省土壤分類及中國國家標(biāo)準(zhǔn)《中國土壤分類與代碼》（GB/T 17296-2009），本研究的土壤分類屬紅壤土類黃紅壤亞類砂泥質(zhì)黃紅壤土屬黃泥砂土土種（代碼A1321611）。此土種在浙江省分布廣泛，因此有一定代表性。

1.3 土壤樣品的采集和測定

根據(jù)《規(guī)范》要求，采集0—30 cm土層（30 cmx30 cmX30 cm）土樣，用篩分法，計(jì)算粒徑≥2 mm固體顆粒的重量百分比。

土壤樣品按農(nóng)業(yè)部發(fā)布的農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法進(jìn)行檢測：按NY/T 1121.4-2006環(huán)刀法測定<2 mm土壤容重；按NY/T 1121.1-2006土樣制備方法和NY/T 1121.6-2006重鉻酸鉀容量法進(jìn)行<2 mm土壤有機(jī)質(zhì)含量測定。

1.4 土壤有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳含量計(jì)算方法

（1）以<2 mm土壤干土重為基數(shù)的土壤有機(jī)質(zhì)含量計(jì)算方法，見NY/T ll21.6-2006。

（2）以包括>2 mm礫石為基數(shù)的土壤有機(jī)質(zhì)含量計(jì)算力‘法：<2 mm土壤有機(jī)質(zhì)含量（g/kg）x（100->2 mm礫石含量）/100。

（3）按美國農(nóng)業(yè)部自然資源保護(hù)局的土壤有機(jī)碳（C）累積指數(shù)的計(jì)算方法：土壤有機(jī)碳累積指數(shù)（kg/m2）=Wt。。XO.1xpxllcm，×Cm，

其中：Wt。為以<2 mm土壤為基數(shù)的有機(jī)碳（C）含量百分?jǐn)?shù)（%）；0.l為轉(zhuǎn)換因子，常數(shù)；p為<2 mm土壤容重（g/cm3）；Hcm為土層厚度（cm）；Cm為>2 mm礫石轉(zhuǎn)換系數(shù)，如無礫石，Cm=l；如有礫石，Cm計(jì)算如下：

Cm =（100->2 mm礫石體積%）/100

>2 mm礫石體積%計(jì)算如下：

P>2mm={（A/B）/[（A/B）+（100-A）/C]}×100

其中：P>2 mm為>2 mm礫石體積%；A為>2 mm部分重量百分?jǐn)?shù)（%）；B為>2 mm部分容重（g/cm3），如無測定值，可用2.65 g/cm3；C為<2 mm土壤容重（g/cm3），如無測定值，礦質(zhì)土壤可用1.45 g/cm3。

1.5 土壤有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳含量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

（1）采用《規(guī)范》中“工程與肥力要素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”，對(duì)測定的土壤有機(jī)質(zhì)含量（<2 mm土壤，g/kg）進(jìn)行牛產(chǎn)能力賦值：<5 g/kg，0.2分；5～10 g/kg，0.4分；10～15 g/kg，0.6分；15～20 g/kg，0.8分；>20 g/kg，1分。

（2）對(duì)包括大于2 mm礫石為基數(shù)計(jì)算的有機(jī)質(zhì)含量（g/kg）進(jìn)行生產(chǎn)能力賦值，標(biāo)準(zhǔn)同上。

（3）按加拿大農(nóng)業(yè)一農(nóng)產(chǎn)品部土地和牛物資源研究中心標(biāo)準(zhǔn)對(duì)表土0～30 cm有機(jī)碳（C）含量（kg/m2）進(jìn)行評(píng)價(jià)，從低到高分級(jí)為：<1.7 kg/m2； 1.7～4.9 kg/m2； 4.9～14 kg/m2； 14～35 kg/m2； 35～69 kg/m2； >69 kg/m2.

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 表土土壤有機(jī)質(zhì)含量計(jì)算方法的校正及評(píng)價(jià)

由于有機(jī)碳是土壤有機(jī)質(zhì)的豐要成分，因此NY/T 1121.6-2006標(biāo)準(zhǔn)中，用測定土壤有機(jī)碳來問接地求得有機(jī)質(zhì)，即用測得的有機(jī)碳值乘以范貝梅倫系數(shù)（Van Bemmelen Factor=1.724）來計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量。

由于用NY/T 1121.6-2006標(biāo)準(zhǔn)測定的是以<2 mm土壤為基數(shù)的有機(jī)質(zhì)含量，不包含>2 mm礫石含量，因此有必要對(duì)測定值進(jìn)行校正，即將>2 mm礫石含量計(jì)算在內(nèi)。

從表1可以看出，以包括>2 mm礫石為基數(shù)計(jì)算時(shí)，14個(gè)采樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)平均含量已由測定時(shí)的23.1 g/kg降至18.0 g/kg，降幅達(dá)22%，牛產(chǎn)能力賦值也由0.86分降低到0.71分，降幅達(dá)19%。尤其是8號(hào)土樣>2 mm礫石含量達(dá)44%，該土壤應(yīng)劃為粗骨土類酸性粗骨土亞類。

2.2 土壤有機(jī)碳按累積指數(shù)法的計(jì)算及評(píng)價(jià)

1995年美國農(nóng)業(yè)部自然資源保護(hù)局在《土壤調(diào)查實(shí)驗(yàn)室信息手冊》第一版中就提出了土壤有機(jī)碳累積指數(shù)accumulation index）的概念和計(jì)算方法，到2011年該手冊第二版得到進(jìn)一步規(guī)范：這一計(jì)算方法的另一術(shù)語是碳貯量（C stocks），其定義是碳庫（carbonpool）含有的碳的數(shù)量，意思是貯藏庫或系統(tǒng)中累積或釋放碳的能力，以土層深度為1m時(shí)，每平方米所貯存的有機(jī)碳（C）數(shù)量（kg/m2）來表示。

寧?？h低丘緩坡墾造耕地表土（0～30 cm）有機(jī)碳含量按累積指數(shù)法計(jì)算結(jié)果見表2，按加拿大農(nóng)業(yè)一農(nóng)產(chǎn)品部標(biāo)準(zhǔn)，除3號(hào)和4號(hào)土樣的有機(jī)碳含量在4.9～14 kg/m2外，其余12個(gè)土樣的有機(jī)碳含量均在1.7～4.9 kg/m2范圍內(nèi)，可見總體上來說，所分析的土樣有機(jī)碳含量是低的。

3 結(jié)論與討論

3.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量計(jì)算的改進(jìn)

對(duì)于礫石占比大的土壤如新墾耕地等，以包括大于2 mm的礫石含量為基數(shù)進(jìn)行有機(jī)質(zhì)含量計(jì)算，其值較為符合實(shí)際牛產(chǎn)能力。中國第二次土壤普查時(shí)也有類似情形，如浙江省的酸性粗骨土亞類石砂土（礫石含量28%，2～0.02 mm砂粒含量50%）<2 mm部分有機(jī)質(zhì)的含量高達(dá)53 g/kg，但這些土壤的農(nóng)業(yè)牛產(chǎn)能力均為低下。

另外，中國在20世紀(jì)50年代至70年代土壤粒級(jí)及質(zhì)地分類用的是卡慶斯基制，即>1 mm為礫石；到第二次土壤普查時(shí)改為國際制，而中國土壤系統(tǒng)分類用的是美國農(nóng)部制，都以>2 mm為礫石；但中國在采用國際制質(zhì)地分類時(shí)并未考慮礫石含量。因此筆者認(rèn)為，對(duì)礫石占比大的土壤質(zhì)地分類及其有機(jī)質(zhì)含量計(jì)算方法有必要進(jìn)一步研究和明確，并在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中予以規(guī)定。

3.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量的表達(dá)方式

范貝梅倫系數(shù)假定土壤有機(jī)質(zhì)含有58%有機(jī)碳，實(shí)際上該系數(shù)在土壤與土壤之問，以及同一土壤剖面的不同深度，都會(huì)有所變化。從土壤學(xué)發(fā)展的觀點(diǎn)看，土壤成分?jǐn)?shù)量表達(dá)的統(tǒng)一系統(tǒng)是必不可少的。因此，有機(jī)碳含量一詞比有機(jī)質(zhì)含量更好，因?yàn)楹笳卟皇且粋€(gè)適宜的或準(zhǔn)確可量度的實(shí)體。

為準(zhǔn)確評(píng)估土壤碳庫，筆者認(rèn)為應(yīng)從國家層面上建立統(tǒng)一的土壤碳貯量計(jì)算方法。本研究引入土壤有機(jī)碳累積指數(shù)的概念，可供參考。

值得注意是，加拿大表土（0—30 cm）碳含量圖上還標(biāo)出了3種圖例：l00%巖石（轉(zhuǎn)換系數(shù)為0），100%冰和100%水。100%巖石在第二次土壤普查時(shí)，浙江省稱為“巖禿”，據(jù)統(tǒng)計(jì)浙江省“巖禿”面積達(dá)27888 hm2，占浙江省土壤面積的0.29%，這部分面積當(dāng)時(shí)均歸到酸性粗骨土亞類中石砂土，這就是說石砂土有機(jī)質(zhì)含量沒有原統(tǒng)計(jì)值高。另外，中國青藏高原等地的冰川（永凍土）的有機(jī)質(zhì)含量計(jì)算也值得進(jìn)一步研究。

3.3 本研究在作物施肥上的應(yīng)用

對(duì)于無礫石的土壤，<2 mm土壤有效氮、磷、鉀等養(yǎng)分測定結(jié)果可基本上反映該土壤養(yǎng)分供給能力；但對(duì)于含有礫石的土壤，有必要循本文思路，對(duì)其測定值進(jìn)行換算，并及時(shí)補(bǔ)充有關(guān)養(yǎng)分。但肥料一次不能施用太多，因過量施肥會(huì)引起土壤養(yǎng)分濃度過高，造成傷苗，甚至減產(chǎn)。

3.4 結(jié)論

綜合以上對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量計(jì)算的比較分析表明，以包括>2 mm的礫石含量為基數(shù)的有機(jī)質(zhì)含量計(jì)算值，要優(yōu)于僅包括過2 mm篩的測定值；而引進(jìn)的土壤有機(jī)碳累積指數(shù)的計(jì)算方法，對(duì)土壤碳貯量從體積上有了統(tǒng)一而又較為準(zhǔn)確的計(jì)算方法，值得推廣和應(yīng)用。