土地利用与地化景观位置对受保护区域公园土壤有机碳垂直分布的影响

《Applied Sciences》：Influence of Land Use and Geochemical Landscape Position on the Vertical Distribution of Soil Organic Carbon in a Protected Regional Park

　　

土壤有机碳（SOC）是土壤质量、生态系统功能及气候调节的关键指标。然而，土地利用与地化景观位置对SOC垂直分布的综合影响仍认识不足，尤其是在受保护景观中。本研究评估了立陶宛内里斯区域公园（Neris Regional Park）自型（autonomous）与超水型（superaqual）地化景观中农业用地、草地和森林的SOC浓度。按照欧洲土壤采样规程，从三个深度间隔（0–10、10–20和20–30 cm）采集混合土壤样品，并使用岛津SSM-5000A分析仪测定SOC浓度。SOC浓度总体上随土壤深度增加而降低，与土地利用类型无关。农业土壤的SOC浓度（0.84–4.41%）普遍低于森林和草地土壤，尽管在一个农业样地记录到相对较高的4.41%值。在森林生态系统中，自型景观的SOC浓度为1.12–1.47%，超水型景观为4.17–4.98%，表明两地化位置之间相差约三倍。草地土壤在自型景观中的SOC浓度为1.33–2.54%，超水型景观中为2.16–3.28%。这些发现表征了在所调查的受保护景观中，与土地利用、地化景观位置和土壤深度相关的SOC浓度变异模式。报告的结果有助于理解受保护景观中SOC浓度的垂直和空间分布，并为未来开展补充性土壤理化测量和更广泛空间采样设计的研究提供基础。

**论文解读：土地利用与地化景观位置对受保护区域公园土壤有机碳垂直分布的影响**

**1. 研究背景与问题**

土壤有机碳（SOC）是土壤质量、养分循环、生态系统生产力及气候调节的重要指标，其含量与垂直分布受植被类型、土地利用、土壤性质、地形和水文条件等多因素交互影响。土地利用变化通过改变有机质输入、分解速率和碳稳定过程，直接影响SOC的数量和空间分布。以往研究多聚焦于土地利用对SOC的影响，但地化景观位置（如自型（eluvial）与超水型（accumulative））作为地形和水文过程的综合体现，其与土地利用的交互作用对SOC垂直分布的影响尚不明确。受保护景观（如区域公园）因人类干扰较低，为区分土地利用与景观驱动因素提供了理想条件。本研究旨在评估立陶宛内里斯区域公园（Neris Regional Park）中不同土地利用（农业、草地、森林）和地化景观位置（自型与超水型）对SOC垂直分布的影响，填补这一知识空白。

**2. 研究设计与方法**

研究人员在内里斯区域公园选取了9个代表性样地（森林3个、草地3个、农业3个），分别位于自型（eluvial）和超水型（superaqual）地化景观位置，农业样地位于相对均质的台地。按照欧洲土壤采样规程，在每个样地内以网格模式采集9个子样本，混合成一个复合样本，分别从0–10、10–20和20–30 cm三个深度采集，共获得27个复合样本（243个子样本）。样品在100°C烘干至恒重，过2-mm筛，研磨后使用Shimadzu SSM-5000A固体样品模块测定总碳（TC）和无机碳（IC），SOC浓度按TC与IC之差计算。统计分析采用描述性统计（均值、标准差、变异系数、95%置信区间、均值精度），并计算横向分化系数（K_ld = C_superaqual/C_autonomous）。此外，还对比了复合样本与未扰动土芯样本的SOC浓度差异。

**3. 主要研究结果**

**3.1 森林土壤SOC浓度**：在自型森林中，SOC浓度从0–10 cm的1.47%降至20–30 cm的1.12%；超水型森林中相应值分别为4.44%、4.98%和4.17%，超水型森林的SOC浓度约为自型的三倍。自型森林的变异系数（CV）随深度从31%降至13%，而超水型森林的CV从12%增至22–27%，表明深层土壤空间异质性更高。

**3.2 草地土壤SOC浓度**：超水型草地的SOC浓度（0–10 cm为3.28%，10–20 cm为2.66%，20–30 cm为2.16%）始终高于自型草地（分别为2.54%、1.67%和1.33%），但两位置间的差异小于森林。自型草地CV从49–55%降至39%，超水型草地CV在19–32%之间。

**3.3 农业土壤SOC浓度**：农业土壤SOC浓度普遍较低（0.84–4.41%），但一个样地（M）记录到最高值4.41%。平均浓度在M样地为4.41%–1.52%，MB样地为2.00%–1.41%，MA样地最低（1.24–0.84%）。垂直梯度较森林和草地弱，CV较高（23–55%），表明空间异质性显著。

**3.4 地化景观位置对SOC浓度的影响**：在自型景观中，草地SOC浓度高于森林（各深度差异为83%、33%、37%）；在超水型景观中，森林SOC浓度高于草地（差异为35%、87%、93%）。这表明地化景观位置显著改变土地利用对SOC的影响。

**3.5 SOC的横向分化**：森林的K_ld值从0–10 cm的约3.0增至20–30 cm的3.7，而草地的K_ld稳定在1.2–1.4，表明森林SOC横向分化更强且随深度增强。

**3.6 复合采样与未扰动土芯对比**：复合样本的SOC浓度置信区间较窄，未扰动样本变异更大，尤其在10–20和20–30 cm层。复合采样能有效降低微尺度异质性，提供更稳定的均值估计。

**4. 讨论与结论**

研究发现SOC浓度随深度递减，但不同土地利用和景观位置表现出独特模式。农业土壤SOC较低与耕作扰动加速矿化一致；草地和森林因持续有机质输入和较少干扰而维持较高SOC。关键发现是地化景观位置对森林和草地SOC的反向影响：自型景观中草地高于森林，超水型景观中森林高于草地，这与横向运输和溶解性有机碳的积累有关。超水型景观作为物质汇，通过水文连接积累有机质。森林针叶凋落物含有难降解组分，其溶解性有机碳可随水向下迁移，而草地则通过细根输入贡献SOC。空间变异性方面，自型森林CV随深度降低，超水型森林则增加，反映了沉积过程的微尺度差异。复合采样比单点未扰动芯更稳定，支持在区域监测中采用复合采样策略。

研究局限性包括未测定容重（无法计算SOC储量）、单次采样（无法评估季节变化）、仅限砂壤土。尽管如此，研究明确表明地化景观位置是影响SOC分布的重要因子，未来应结合容重、pH、质地、水分等理化性质及溶解性有机碳通量开展多季节采样。

**5. 结论翻译**

本研究表征了内里斯区域公园土壤中与土地利用和地化景观位置相关的SOC浓度垂直分布及空间变异模式。SOC浓度总体随深度递减，但不同生态系统存在差异：农业土壤SOC通常低于森林和草地，后两者在整个剖面维持较高浓度。地化景观位置与不同土地利用类型的SOC分布模式相关：自型景观中草地高于森林，超水型景观中森林（尤其深层）最高。SOC空间变异性也因景观位置而异：自型森林变异随深度降低，超水型森林则增加。复合采样比单个未扰动样本提供更窄的置信区间，可减少微尺度异质性，因此在异质条件下更稳定。总体结果表明，评估受保护景观的SOC分布需同时考虑土地利用与地化景观位置。未来研究应纳入容重和更多土壤理化性质测量，以全面评估碳储量动态。