土壤有机碳是土壤肥力的重要组成部分，土壤有 机碳含量常被认为是评价农田土壤质量的一个重要 指标^[1]。农田生态系统土壤有机碳的积累和分解，制约 着农田土壤有机碳的变化，一方面是通过影响农田土 壤的质量，土壤有机碳的大量损失可造成土壤退化， 降低农田利用的可持续性，进而影响土地生产力和国 家粮食安全；另一方面是对大气CO₂浓度变化的影 响，进而对全球气候变化产生重要影响^{[2, 3]}。因此，深入 开展区域绿洲农田土壤有机碳库的分布特征及其影 响因子的研究，对于政治经济和生态环境建设具有重 要意义。

目前，国内众多学者对于农田土壤有机碳进行了 广泛研究，赵生才^[4]对中国土壤总有机碳的储量进行 了估算，中国土壤的总有机碳储量估计接近80~90 Pg （1 Pg = 10¹⁵ g），其中农田土壤约占5.1 Pg。潘根兴等^[5] 对中国土壤有机碳的储存和固定潜力进行了研究，研 究表明中国土壤有机碳的密度总体上低于世界平均 值，远低于欧洲国家，特别是农田生态系统属于较脆 弱的生态系统。但关于农田土壤有机碳的分布特征及 其影响因子的研究报道较少，这制约着农田土壤有机碳储量的准确评估。为此，本文以玛纳斯县中部绿洲 农田为研究对象，利用遥感技术布设采样点和室内分 析技术测定土壤有机碳含量，并分析土壤质地、地形、 土地利用、种植作物等不同因子对农田土壤有机碳的 影响，为进一步掌握绿洲农田土壤有机碳的储量状况 及分布特征，制定出具有针对性的土壤保护措施，更 合理地利用土地资源，实现农业的可持续发展提供科 学依据。 1 材料与方法 1.1 研究区概况

玛纳斯县位于新疆维吾尔自治区中北部，昌吉州 最西部，准噶尔盆地南部，地理坐标为85°34′~86°43′ E，43°28′~45°38′N。全县总面积9 154.48 km²，其中山 区、平原各半，地势南高北低，南部为天山山区，北部 平原区绿洲和荒漠交错分布。属温带大陆性干旱半干 旱气候区，具有冬季严寒、夏季酷热、日照充足、干旱 少雨等特点。年平均气温7.2 ℃，年平均降水量为 173.3 mm。县辖6 镇6 乡、1 个园艺农场，5 个驻县农 垦团场，是天山北坡经济带的核心区域。依据玛纳斯 县土地利用现状图，选取该县中部农田相对集中的区 域作为研究区，研究区西北部的农田土壤质地大多为 粘壤土，东部区域土壤以粉壤土为主，南部以沙壤土 为主，南部地形多为山地，北部为平原，土地利用方式 有果园、旱地、水田、荒地等，种植的作物主要有棉花、 酒葡萄、玉米等。 1.2 试验设计

试验前根据校正后的玛纳斯县遥感影像，区分不 同地物，在研究区按照2 km×2 km 的尺度，结合GPS 野外定位技术在研究区内布置了180 个采样点，其中 包括60 个剖面点。于2013 年8 月—10 月作物生长 后期，利用土钻按0~30、30~60 cm 和60~100 cm 的深 度进行分层取土，混匀并装入铝盒作为供试样品，测 定其土壤有机质含量。另外，实地调查测量各采样点 的土壤质地、地形因子（坡向、坡度、坡位、海拔）、土地 利用方式以及种植作物种类等，并分析各因子对农田 土壤有机碳的影响。研究区及土壤调查点如图 1 所 示。

图 1 研究区采样点分布图 Figure 1 Distribution of sampling points in the study area

图选项

1.3 样品分析方法 土壤有机质含量的测定用重铬酸钾外加热法，然 后除以“Van Bemmelen”换算系数1.724，得到土壤有 机碳含量。土壤质地的测定是根据不同的土壤颗粒在 沉降筒内沉降时间上的差异，利用甲种比重计测定悬液的密度，结合密度计读数和沉降的时间、温度及《小 于某粒径颗粒沉降时间表》进行测定，经过温度计、密 度计、分散剂校正计算后得到土壤粒径的含量，最后 确定出该土壤的质地组成^[6]。 1.4 数据处理方法

利用Microsoft Excel 2003 和SPSS 17.0 统计软件 进行相关统计分析与作图。 2 结果与分析 2.1 不同土壤质地对农田土壤有机碳的影响

土壤质地是土壤最固定、最重要的特性，它影响 着土壤的水、气、热变化，与有机碳的蓄积有关系^{[7, 8]}。 不同土壤质地对玛纳斯县中部农田土壤有机碳含量 的影响表现不一。由图 2 可知，不同土壤质地条件下， 随着土层深度的增加，土壤有机碳的含量在不断减 小，土壤0~30 cm 层有机碳含量最高，分别为6.17、 7.2 g·kg^-1和8.32 g·kg^-1，显著高于30~60 cm层和60~ 100 cm层。不同土壤质地条件下，玛纳斯县中部农田 土壤0~30、30~60 cm 和60~100 cm 层有机碳含量的 状况均表现为：粘壤土>粉壤土>沙壤土；其中粘壤土 的有机碳含量最高，各层有机碳含量分别为8.32、 6.19 g·kg^-1和3.21 g·kg^-1，是有机碳含量最低沙壤土 的1.35、1.28 倍和1.32 倍，这可能与不同质地条件下 土壤的理化性质有关。

图 2 玛纳斯县中部农田不同土壤质地条件下土壤有机碳状况 Figure 2 The soil organic carbon content under different soil textures in farmland of central Manasi county

图选项

地形因子作为自然环境的重要因素，决定着物质 迁移的方向和速率，使得土壤有机碳和地形因子之间 有着密切的关系^[9]。由表 1 可知，玛纳斯中部农田0~ 30 cm 层的土壤有机碳含量和坡向、坡位之间存在着 显著正相关关系，农田30~60 cm 层的土壤有机碳含 量和坡向之间存在着显著正相关关系，农田60~100 cm层的土壤有机碳含量和海拔之间存在着显著正相 关关系。不同地形因子中，坡向对玛纳斯县中部农田 0~30、30~60 cm 层的土壤有机碳含量影响最突出，各 层土壤有机碳的含量均与坡向呈显著正相关，而海拔 对玛纳斯县中部农田60~100 cm 层的土壤有机碳含 量影响最突出，土壤有机碳的含量与海拔呈显著正相 关，原因可能与气温、水分、植被状况等有关。

表 1 地形因子与土壤有机碳的相关性分析 Table 1 The correlation analysis of soil organic carbon content and terrain factors

表选项

不同土地利用方式下农田土壤有机碳含量的状 况表现不一。由表 2可知，不同利用方式下，随着土层深度的增加，土壤有机碳的含量在不断减小；土壤0~ 30 cm 层有机碳含量最高，果园、旱地、水田、荒地、其 他园地有机碳含量分别为7.92、6.69、6.20、5.27 g·kg^-1 和5.72 g·kg^-1，显著高于其他层次。不同利用方式下 土壤0~30 cm层有机碳含量的状况表现为：果园>旱 地>水田>其他园地>荒地，其中果园、旱地、荒地之间 的差异达显著水平。不同利用方式下土壤30~60 cm 层有机碳含量的状况表现为：果园>旱地>其他园地> 水田>荒地，其中果园、其他园地、荒地之间的差异达 显著水平。不同利用方式下土壤60~100 cm层有机碳 含量的状况表现为：果园>其他园地>旱地>水田>荒 地，其中果园、水田、荒地之间的差异达显著水平。玛 纳斯县中部农田不同土地利用方式中，果园的土壤有 机碳含量最高，各层平均含量分别为7.92、5.66 g·kg^-1 和3.03 g·kg^-1，是土壤有机碳含量最低荒地的1.50、 1.48倍和1.46倍。

表 2 不同土地利用方式下农田土壤有机碳含量（g·kg^-1） Table 2 The soil organic carbon content under different land use patterns（g·kg^-1）

表选项

土壤有机碳对植物的生长和植物生态系统的生 产力具有很强的控制作用，同时植被具有调节改善土 壤有机碳状况的功能^{[10, 11]}。玛纳斯县中部农田不同作 物种植条件下，土壤有机碳的变化情况见图 3。由图 3 可以看出，3 种作物种植条件下农田0~30 cm 层土壤 有机碳含量最高，明显高于30~60 cm 层和60~100 cm 层。棉花地、酒葡萄地、玉米地0~30 cm 层土壤有 机碳含量分别为5.66、6.29 g·kg^-1 和7.09 g·kg^-1，其中 玉米地的土壤有机碳含量最高，且差异达显著水平。 棉花地、酒葡萄地、玉米地30~60 cm 层土壤有机碳含 量分别为4.45、5.44 g·kg^-1和6.24 g·kg^-1，其中玉米地 的土壤有机碳含量最高，差异也达显著水平。棉花地、 酒葡萄地、玉米地60~100 cm 层土壤有机碳含量分别 为2.84、3.68 g·kg^-1和4.13 g·kg^-1，其中玉米地的土壤有机碳含量最高，差异也达显著水平。玛纳斯县中部 农田不同作物种植条件下各层土壤有机碳状况均表 现为：玉米地>酒葡萄地>棉花地。

图 3 玛纳斯县中部农田不同作物种植条件下土壤有机碳状况 Figure 3 The soil organic carbon content under different crops planting systems in farmland of central Manasi county

图选项

土壤有机碳是一种复杂的化合物，它包括土壤动 植物残体、分泌物和腐殖质等，受到土壤自身理化特 性、环境因子和人类活动等多方面的影响^{[12, 13]}。玛纳斯 县中部农田不同土壤质地条件下土壤有机碳含量的 状况表现为：粘壤土>粉壤土>沙壤土，其中粘壤土的 有机碳含量最高，且显著高于沙壤土和粉壤土，这与 姜勇等^[14]的研究结果一致。原因是粘壤土壤含粘粒较 多，颗粒细小，质地粘重，通气透水性差，作物根系不 易伸展，土温上升缓慢，土壤中有机碳矿化作用缓慢， 有利于有机碳的积累。不同地形因子中坡向和海拔对 玛纳斯县中部农田土壤有机碳的影响最为突出，农田 土壤0~30、30~60 cm 层中，土壤有机碳的含量与坡向 呈显著正相关，而在农田土壤60~100 cm 层中，土壤 有机碳的含量与海拔呈显著正相关关系，这与程先富 等^[15]在江西省农田、胡宏祥等^[16]在安徽省农田的研究 结果一致，但具有地域特色。原因是坡向对日照时数 和太阳辐射强度有影响，海拔对温度和水分起着决定 性作用；坡向为阴坡或者海拔较高的农田区域，由于 气温较低，蒸发量较小，土壤湿度较大，致使土壤有机 碳的分解速率缓慢、含量较高。

土地是地球陆地表面人类生产活动的主要空间 场所，土地利用方式的变化可通过改变土壤有机碳的 分解速率来影响有机碳的含量^{[17, 18]}。玛纳斯县中部农 田不同土地利用方式下土壤有机碳含量有较大差异， 果园的土壤有机碳含量最高，荒地的土壤有机碳含量 最低。这可能是因为果园中的树体凋落物归还量较 大，进入土壤的腐殖质较多，有机碳含量随之升高，而 荒地土壤没有植被保护，进入土壤的腐殖质较少，有 机碳含量随之降低。对于农田生态系统，作物的种植 种类和种植密度，影响着其残体的输入量和土壤有机 碳的分解率，进而影响农田土壤有机碳的含量^{[19, 20]}。不 同作物种植条件下土壤有机碳状况表现为：玉米地> 酒葡萄地>棉花地，且差异显著。这是因为不同的作物 有不同的蛋白质、纤维素和半纤维素、木质素构成比 例，造成其归还到土壤中的植物残体的分解速率、分 解产物及其转化途径都会有差异，此外，玉米产出的 植株残体归还量较大，而棉花产出的植株残体归还量 较小，进而导致不同植被条件下土体具有不同的有机 碳状况。

因此，玛纳斯县中部农田土壤有机碳是自然环境 综合因素的结果，尤其是在局部区域内土壤质地、地 形、土地利用、作物类型等因子之间的交互作用越显 突出，都影响着土壤有机碳的分解速率，进而影响土 壤有机碳的含量状况。 4 结论

玛纳斯县中部农田土壤有机碳的储蓄状况是自 然环境因素综合作用的结果，农田土壤有机碳的垂直 分布特征为，随着土壤深度的增加，土壤有机碳的含 量在不断减小。不同土壤质地条件下土壤有机碳含量 的状况表现为：粘壤土>粉壤土>沙壤土，不同地形因 子中坡向对农田0~30、30~60 cm 层的土壤有机碳含 量影响最突出，呈显著正相关，海拔对农田60~100 cm层的土壤有机碳含量影响最突出，呈显著正相关。 不同土地利用方式下土壤有机碳含量有较大差异，果 园的土壤有机碳含量最高，荒地的土壤有机碳含量最 低。不同作物种植条件下农田土壤有机碳状况表现 为：玉米地跃酒葡萄地跃棉花地，且差异显著。