现代地质 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (02): 497-508.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.044
收稿日期:
2022-05-23
修回日期:
2024-03-22
出版日期:
2024-04-10
发布日期:
2024-05-22
作者简介:
苟富刚,男,高级工程师,1985年出生,地质工程专业,主要从事特殊土与环境地质方面的研究工作。Email: goufugang@foxmail.com。
基金资助:
GOU Fugang1,2(), WANG Guangya1,2, CAI Luming1,2
Received:
2022-05-23
Revised:
2024-03-22
Online:
2024-04-10
Published:
2024-05-22
摘要:
滨海盐田存在土壤盐碱化、瘠薄与有机碳含量低等障碍问题,有关滨海盐田土壤碳方面的系统研究目前依然缺乏典型实例剖析。为了揭示滨海盐田以及用地类型发生转变后土壤的有机碳时空分布特征、影响因素及碳收支,选取江苏省连云港市徐圩新区和青口盐场的土壤为研究对象,采取表层(0~20 cm,2004年和2019年两期数据)土壤及深层(150~200 cm,2004年一期数据)土壤样品,进行了土壤有机碳(SOC)、总碳(TC)及总氮(TN)的测试。结果表明,SOC储量呈增加趋势,碳汇区面积占比69.4%,碳源区占比30.6%,不同用地类型SOC含量与平均固碳速率差异较大。2004年表层SOC含量分布在低、中两个等级区间,2019年SOC含量在中等级分布频率最高。近15年盐田1区(用地类型保持不变)SOC含量增加了0.12%,盐田2区(耕地)SOC含量增加了0.42%,盐田3区(建设用地)SOC含量增加了0.13%。平均固碳速率最高值出现在耕地类型,数值达到了5.83×104 kg·km-2·a-1。盐田1区土壤有机碳的分解主要通过微生物的异氧呼吸途径来实现,有机碳的有氧矿化主要通过真菌与细菌的有氧矿化来实现。滨海盐土具有高含量的SO42-与Ca2+,有机碳的厌氧矿化主要通过SO42-还原来实现,因此无机碳的增加速率较大,达到3.64 g·m-2·a-1。盐田1区两期数据SOC/TN平均值均为9.9,说明土壤环境稳定。盐田3区SOC/TN稍有下降,推测原因是土壤微生物量及酶活性提高导致SOC的矿化速率增加。在环境问题日益严重和土壤质量趋向恶化的情况下,本文的研究成果为滨海盐田及其土地利用类型转变后的土壤碳循环研究提供了新的基础依据。
中图分类号:
苟富刚, 王光亚, 蔡露明. 滨海盐田土壤碳时空分布特征及碳收支[J]. 现代地质, 2024, 38(02): 497-508.
GOU Fugang, WANG Guangya, CAI Luming. Spatial and Temporal Distribution of the Soil Carbon and Carbon Balance in Coastal Salt Pans[J]. Geoscience, 2024, 38(02): 497-508.
用地类型 | SOC (%) | SIC (%) | SOCD (kg/m2) | 含盐量 (%) | TN (10-3) | pH | C/N | 个数 | SOC变异系数 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2004年 | 研究区整体 | 0.69 | 0.93 | 1.55 | — | 0.73 | 8.2 | 10.1 | 84 | 0.247 |
盐田1区 | 0.67 | 0.73 | 1.50 | — | 0.71 | 8.2 | 9.9 | 37 | 0.212 | |
盐田2区 | 0.79 | 1.08 | 1.76 | — | 0.76 | 8.2 | 11.6 | 10 | 0.253 | |
盐田3区 | 0.69 | 0.83 | 1.54 | — | 0.75 | 8.3 | 9.8 | 37 | 0.266 | |
2019年 | 研究区整体 | 0.89 | — | 2.00 | 1.69 | 0.90 | 8.4 | 9.9 | 288 | 0.429 |
盐田1区→盐田1区 | 0.79 | — | 1.77 | 2.94 | 0.80 | 8.5 | 9.9 | 73 | 0.432 | |
盐田2区→耕地 | 1.21 | — | 2.84 | 0.46 | 1.28 | 8.5 | 9.4 | 60 | 0.285 | |
盐田3区→建设用地 | 0.82 | — | 1.79 | 2.62 | 0.81 | 8.4 | 10.2 | 155 | 0.419 | |
背景值 (1.5~2.0 m) | 研究区整体 | 0.53 | 0.70 | 1.54 | — | 0.63 | 8.2 | 10.1 | 84 | 0.150 |
盐田1区 | 0.56 | 0.67 | 1.50 | — | 0.55 | 8.2 | 16.4 | 37 | 0.212 | |
盐田2区 | 0.52 | 0.78 | 1.76 | — | 0.73 | 8.3 | 8.0 | 10 | 0.253 | |
盐田3区 | 0.51 | 0.63 | 1.54 | — | 0.69 | 8.2 | 9.1 | 37 | 0.267 |
表1 江苏省连云港市不同用地类型土壤地球化学参数统计
Table 1 Statistics of the soil geochemical parameters for the different land types of Lianyungang, Jiangsu
用地类型 | SOC (%) | SIC (%) | SOCD (kg/m2) | 含盐量 (%) | TN (10-3) | pH | C/N | 个数 | SOC变异系数 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2004年 | 研究区整体 | 0.69 | 0.93 | 1.55 | — | 0.73 | 8.2 | 10.1 | 84 | 0.247 |
盐田1区 | 0.67 | 0.73 | 1.50 | — | 0.71 | 8.2 | 9.9 | 37 | 0.212 | |
盐田2区 | 0.79 | 1.08 | 1.76 | — | 0.76 | 8.2 | 11.6 | 10 | 0.253 | |
盐田3区 | 0.69 | 0.83 | 1.54 | — | 0.75 | 8.3 | 9.8 | 37 | 0.266 | |
2019年 | 研究区整体 | 0.89 | — | 2.00 | 1.69 | 0.90 | 8.4 | 9.9 | 288 | 0.429 |
盐田1区→盐田1区 | 0.79 | — | 1.77 | 2.94 | 0.80 | 8.5 | 9.9 | 73 | 0.432 | |
盐田2区→耕地 | 1.21 | — | 2.84 | 0.46 | 1.28 | 8.5 | 9.4 | 60 | 0.285 | |
盐田3区→建设用地 | 0.82 | — | 1.79 | 2.62 | 0.81 | 8.4 | 10.2 | 155 | 0.419 | |
背景值 (1.5~2.0 m) | 研究区整体 | 0.53 | 0.70 | 1.54 | — | 0.63 | 8.2 | 10.1 | 84 | 0.150 |
盐田1区 | 0.56 | 0.67 | 1.50 | — | 0.55 | 8.2 | 16.4 | 37 | 0.212 | |
盐田2区 | 0.52 | 0.78 | 1.76 | — | 0.73 | 8.3 | 8.0 | 10 | 0.253 | |
盐田3区 | 0.51 | 0.63 | 1.54 | — | 0.69 | 8.2 | 9.1 | 37 | 0.267 |
图2 江苏省连云港市2004年(a)和2019年(b)SOC含量分布频率统计
Fig.2 Frequency statistics of the SOC content distribution of Lianyungang, Jiangsu in the years of2004 (a) and 2019 (b)
级别 | 极高 | 高 | 中上 | 中 | 低 | 极低 |
---|---|---|---|---|---|---|
有机质 (10-3) | >40 | 30~ 40 | 20~ 30 | 10~ 20 | 6~ 10 | <6.0 |
有机碳 (%) | >2.3 | 1.7~ 2.3 | 1.2~ 1.7 | 0.6~ 1.2 | 0.3~ 0.6 | <0.3 |
有机碳密度 (kg/m2) | >6.0 | 4.5~ 6.0 | 3.0~ 4.5 | 1.5~ 3.0 | 1.0~ 1.5 | <1.0 |
表2 研究区土壤有机碳相关参数分级
Table 2 Classification of the soil carbon related parameters for the study area
级别 | 极高 | 高 | 中上 | 中 | 低 | 极低 |
---|---|---|---|---|---|---|
有机质 (10-3) | >40 | 30~ 40 | 20~ 30 | 10~ 20 | 6~ 10 | <6.0 |
有机碳 (%) | >2.3 | 1.7~ 2.3 | 1.2~ 1.7 | 0.6~ 1.2 | 0.3~ 0.6 | <0.3 |
有机碳密度 (kg/m2) | >6.0 | 4.5~ 6.0 | 3.0~ 4.5 | 1.5~ 3.0 | 1.0~ 1.5 | <1.0 |
图3 连云港滨海盐田区2004年和2019年SOC含量空间分布及变化特征
Fig.3 Spatial distribution and change characteristics of the SOC content of the Lianyungang coastal salt pans in 2004 and 2019
图4 连云港滨海盐田区2004年与2019年SOCD含量空间分布及变化特征
Fig.4 Spatial distribution and change characteristics of the SOCD content of the Lianyungang coastal salt pans in the years of 2004 and 2019
区域 | 面积 (km2) | 2004年SOC储量 (107 kg) | 2019年SOC储量 (107 kg) | 碳增量 (107 kg) | 平均固碳速率 (104 kg·km-2·a-1) | |
---|---|---|---|---|---|---|
全区 | 348.7 | 53.25 | 65.54 | 12.29 | 2.35 | |
用地 类型 | 盐田1区(用地类型不变) | 42.2 | 5.86 | 7.08 | 1.22 | 1.92 |
盐田2区(盐田→耕地) | 25.5 | 4.33 | 6.56 | 2.23 | 5.83 | |
盐田3区(盐田→建设用地) | 281.0 | 43.05 | 51.90 | 8.84 | 2.10 |
表3 连云港滨海盐田区不同用地类型碳储量及变化分区统计(2019年数据)
Table 3 Carbon stock and change zoning statistics of different land types of the Lianyungang coastal salt pans (data in 2019)
区域 | 面积 (km2) | 2004年SOC储量 (107 kg) | 2019年SOC储量 (107 kg) | 碳增量 (107 kg) | 平均固碳速率 (104 kg·km-2·a-1) | |
---|---|---|---|---|---|---|
全区 | 348.7 | 53.25 | 65.54 | 12.29 | 2.35 | |
用地 类型 | 盐田1区(用地类型不变) | 42.2 | 5.86 | 7.08 | 1.22 | 1.92 |
盐田2区(盐田→耕地) | 25.5 | 4.33 | 6.56 | 2.23 | 5.83 | |
盐田3区(盐田→建设用地) | 281.0 | 43.05 | 51.90 | 8.84 | 2.10 |
用地类型 | 含盐量 (%) | SOC (%) | Na+ (mg/kg) | Cl- (mg/kg) | Ca2+ (mg/kg) | SO42- (mg/kg) | Na+与Cl-合计 (%) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
不分类(全部样本) | 1.69 | 0.89 | 7918 | 13688 | 520 | 2367 | 83 |
盐田1区→盐田1区 | 2.94 | 0.79 | 9291 | 15859 | 660 | 2372 | 86 |
盐田2区→耕地 | 0.46 | 1.21 | 2844 | 4375 | 99 | 780 | 74 |
盐田3区→建设用地 | 2.62 | 0.82 | 9052 | 15817 | 628 | 3087 | 83 |
表4 不同用地类型含盐量(平均值)特征
Table 4 Salinity (mean) characteristics of different land types
用地类型 | 含盐量 (%) | SOC (%) | Na+ (mg/kg) | Cl- (mg/kg) | Ca2+ (mg/kg) | SO42- (mg/kg) | Na+与Cl-合计 (%) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
不分类(全部样本) | 1.69 | 0.89 | 7918 | 13688 | 520 | 2367 | 83 |
盐田1区→盐田1区 | 2.94 | 0.79 | 9291 | 15859 | 660 | 2372 | 86 |
盐田2区→耕地 | 0.46 | 1.21 | 2844 | 4375 | 99 | 780 | 74 |
盐田3区→建设用地 | 2.62 | 0.82 | 9052 | 15817 | 628 | 3087 | 83 |
图7 连云港滨海地区不同用地类型含盐量与SOC含量对比(a)和拟合(b)
Fig.7 Comparison of the salinity and SOC content of different land types in the Lianyungang coastal area and fitting curves
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