专利名称：一种喀斯特地区土壤养分储量取样与计算方法
技术领域：
本发明涉及土壤培育技术领域，更具体涉及一种喀斯特地区土壤养分储量取样与计算的方法，适用于喀斯特地区土壤养分储量估算、典型生态系统固碳现状等方面。
背景技术：
陆地生态系统养分循环研究是国际科学界广泛关心的前沿问题，已经成为国际地圈生物圈计划(IGBP)、世界气候研究计划(WCRP)和全球环境变化国际人文因素计划(IHDP)等重大科学计划的主题。发达国家作为全球变化科学研究的领先者，不断增强对养分循环研究的力度，纷纷提出各自国家或地区的大型养分循环科学研究计划。2000年后伴随着中国科学院知识创新重大项目“中国陆地与近海生态系统碳收支研究”、国家自然基金委重大专项计划“全球变化及区域响应科学研究”、国家973计划“中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究”项目的全面启动和实施，注重对《气候公约》谈判和履约过程中所涉及的科学问题的研究，提高中国全球变化科学的研究水平，建立完整的陆地碳及养分过程资料和数据，为参与编写IPCC报告提供重要的科学依据，直接为中国的环境外交和国家生态环境与经济建设提供服务。土壤作为陆地生态系统的主体，对维持陆地生态平衡、保护生态安全、防止生态危机起着决定性的作用，随着全球变化的日益明显、《京都议定书》的生效和CDM造林再造林的实施，准确评估陆地生态系统土壤养分储量具有重要的理论和现实意义。近20年来，世界大多数国家和地区都进行了区域或国家尺度的生态系统土壤养分储量评估，但在对不同类型生态系统的养分储量尤其是对同一区域不同类型生态系统的养分储量计算和评估的研究需要进一步深入。
土壤养分是陆地生态系统养分库的重要组成部分，主要来自于地表枯枝落叶层的分解补充与累积，既是极为重要的养分储存库，又是一个相当重要的养分源。如:森林土壤碳库约为927PgC,约占全球土壤碳库的73%,中国主要森林生态系统土壤碳为210X10lclt。全球土壤养分储量的地理格局与植被养分储量有显著的不同，土壤养分储量在全球养分总储量中所占的比重随着纬度的降低而降低，这是气候、植被、土壤相互作用平衡后的一种结果。土壤养分储量有很大的不确定性，故土壤养分储量的估算、分布及其转化正成为全球养分循环研究的热点。
中国西南喀斯特地区位于世界三大连片喀斯特发育区之一的东亚片区中心，面积约54万km2，受地球内动力、强烈的地质运动、高温多雨且分布不均、碳酸盐岩溶蚀性强、水文二维结构明显以及其适生植物具有嗜钙性、耐旱性和石生性等限制特点的综合影响，生境和植被具有高度异质 性和特殊性，生态系统的稳定性和抗干扰性差，除少数险要地势和森林自然保护区外，大面积森林受人为干扰发生了不同程度的退化，出现了次生林、人工林、灌木林和草丛等偏途、不同演替阶段群落共存格局，部分地带完全石漠化，土壤养分的汇功能逐渐丧失。前期研究及数据积累远不如国内其他地区，在进行国家层面的主要养分储量现状估算时，往往按照同纬度的红黄壤类推，没有考虑该区域的特殊性，导致前期的估算可能存在较大的不确定性。
基于长期的野外调查与林业作业，根据不同生态系统样地土壤平均厚度挖取剖面，结合样点不同层次取样，测定不同土层土壤容重、石砾含量、养分含量，计算各层土壤养分密度，从而获得单位面积土壤养分储量。有效解决了喀斯特地区土壤养分储量的取样和计算方法，使喀斯特地区土壤养分储量数据更加准确，达到事倍功半的效果。发明内容
本发明目的是针对喀斯特地区土壤瘠薄、不连续及岩石裸露率高的特点及主要养分储量现状估算按同纬度的红黄壤类推存在较大的不确定性，是在于提供了一种适合喀斯特地区土壤养分储量取样与计算的方法，方法简单易行，操作性强简便，省时、省力、数据准确性高，能准确获取喀斯特地区土壤养分储量的数据。
本发明目的通过以下技术方案来实现。
使用剖面和样点不同层次取样测定喀斯特地区土壤养分含量及密度，结合平均厚度获取单位面积土壤养分储量的方法。
一种喀斯特地区土壤养分储量取样与计算方法，其步骤是:
(I)在喀斯特地区选择旱地、水田、草地、灌草丛、灌丛、人工林、次生林和人工林等典型生态系统,在坡向、土壤母质等立地条件基本一致的情况下,建立20mX 20m样地。
(2)将样地划分小样方获得24-26个网格点，用土钻用力打入每个网点的土壤，直至土钻打不进去，那么土钻的深度就是土壤的厚度(<100cm)，24-26个网点土壤的平均厚度即为样地的土壤平均厚度(<100cm)。
(3)在每个样地中根据土壤平均厚度挖取一个典型土壤剖面分层取样，用环刀测定土壤容重；同时取500g土样；在每个标准样地的4角和中间分层用土钻取样，4-5个点同层次的土样组成一个混合样。
(4) 土样置于阴凉处自然风干后，取土样过筛、编号待测有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量；去除环刀内土样的植物根系和石砾，烘干、称重并计算土壤容重。采用孔径Imm的筛子滤去可见植物根系，用清水洗净、烘干(70°C)至恒重，称重得根系生物量。
(5) 土壤容 重根据课题组11个生态系统33个土壤剖面的数据建立的土壤有机碳含量和土壤容重关系散点图，发现二者存在良好直线关系y=_0.0lx+1.4983 (P〈0.05，R2=0.6482，n=165, y代表有机碳含量，x代表土壤容重，P值是检验统计量拒绝方向的概率，R2是相关系数，η代表样本个数)，从而依据测定的有机碳含量可以求得土壤容重。
(6) 土壤养分密度以土体体积为基础作计算，排除了面积和土壤深度的影响，因此它已成为评价和衡量土壤中养分储量的一个极其重要的指标。以有机碳为例，某一土层i的有机碳密度(SOCi, kg/m2)的计算公式为:
SOCi = CiXDiXEiX (1-Gi)/100(I)
式中，Ci为土壤有机碳含量(g/kg), Di为容重(g/m3), Ei为土层厚度(cm), Gi为直径大于2_的石砾所占的体积百分比(％)。如果某一土壤剖面由k层组成，那么该剖面的有机碳密度(SOCt，kg/m2)为:k
SOCr = Jci XDi XE,.x(l-G..)/ IOO(2) i
K代表土壤剖面层数；i代表某一土层。
(7)根据各生态系统样方各层的土壤养分密度以及土层厚度，获得了不同生态系统单位面积土壤养分储量。
本发明的有益效果是:
一、本发明设计合理、可靠。根据不同生态系统样地土壤平均厚度挖取剖面，结合样点不同层次取样，测定不同土层土壤容重、石砾含量、养分含量，计算各层土壤养分密度，从而获得单位面积土壤养分储量，解决了喀斯特地区土壤养分储量估算不准确等问题，为准确评估喀斯特地区生态系统土壤养分储量现状奠定了坚实基础。
二、本发明目的明确。针对喀斯特地区土壤瘠薄、不连续及岩石裸露率高的特点及主要养分储量现状估算按同纬度的红黄壤类推存在较大的不确定性，及时地提供了一种适合喀斯特地区土壤养分储量取样与计算的方法。
三、综上所述本发明简单实用，可操作性强，省时、省力，且获取数据准确，是一套适合喀斯特地区土壤养分储量取样与计算的实用方法，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
本发明根据不同生态系统样地土壤平均厚度挖取剖面，结合样点不同层次取样，测定不同土层土壤容重、石砾含量、养分含量，计算各层土壤养分密度，从而获得单位面积土壤养分储量，是喀 斯特地区土壤养分储量有效的取样和计算方法，使喀斯特地区土壤养分储量数据更加准确。
实施例1:
—种喀斯特地区土壤养分储量取样与计算方法，其步骤是:
(I)建立样地:在喀斯特地区选择典型生态系统，在立地条件基本一致的情况下，各设置3个20mX 20m标准样地，样地间隔25m。
(2)计算土壤平均厚度:首先将样地划分为16个5mX5m的小样方，各获得25个网格点，用土钻测定每个网点的土壤厚度，计算出标准样地的土壤平均厚度。
(3)挖剖面、取样:在每个标准样地中根据土壤平均厚度挖取一个典型土壤剖面分层取样，由于土层较薄，每IOcm土层取三个环刀用于测定土壤容重，同时取500g土样；在每个标准样地的4角和中间分0-10、10-20、20-30、30-40、40-50、50-60cm六层分层用土钻取样，5个点同层次的土样组成一个混合样。
(4) 土壤样品处理与测定:土样置于阴凉处自然风干后，用四分法取土样过0.149mm筛，编号后供指标的测定。去除环刀内土样的植物根系和石砾，在105°C烘干24h后，称重并计算土壤容重。采用孔径Imm的筛子滤去可见植物根系，用清水洗净、烘干(700C )至恒重，称重得根系生物量。土壤有机碳测定采用重铬酸钾一外加热法；全氮采用半微量凯氏定氮法；全磷采用硫酸高氯酸消煮钥锑抗比色法；全钾采用NaOH溶解火焰光度计法测定；水解氮用碱解扩散法；速效磷用碳酸氢钠浸提钥锑抗比色法；速效钾用lmol/L醋酸铵火焰光度计法测定(来源:鲍仕旦，2000)。
(5) 土壤容重的测定:喀斯特地区土壤土层浅薄、石砾含量和岩石较多，导致一些剖面深层的土壤容重无法测定。根据课题组11个生态系统33个土壤剖面的数据建立的土壤有机碳含量和土壤容重关系散点图，发现二者存在良好直线关系y=_0.0lx+1.4983(P〈0.05，R2=0.6482，n=165)，从而依据测定的有机碳含量可以求得土壤容重。
(6) 土壤养分密度的计算:土壤养分密度是指单位面积一定深度土层中的土壤某一养分储量，一般用t/hm2或kg/m2表示。由于它以土体体积为基础作计算，排除了面积和土壤深度的影响，因此土壤养分密度已成为评价和衡量土壤中养分储量的一个极其重要的指标。以有机碳为例，某一土层i的有机碳密度(SOCi, kg/m2)的计算公式为:
SOCi = CiXDiXEiX (1-Gi)/100(I)
式中，Ci为土壤有机碳含量(g/kg), Di为容重(g/m3), Ei为土层厚度(cm), Gi为直径大于2_的石砾所占的体积百分比(％)。如果某一土壤剖面由k层组成，那么该剖面的有机碳密度(SOCt，kg/m2)为:
权利要求
1.一种喀斯特地区土壤养分储量取样与计算方法，其步骤是: (1)在喀斯特地区选择旱地、水田、草地、灌草丛、灌丛、人工林、次生林和人工林生态系统,在坡向、土壤母质立地条件一致,建立20mX 20m样地； (2)将样地划分小样方获得24-26个网格点，用土钻用力打入每个网点的土壤，直至土钻打不进去，土钻的深度就是土壤的厚度<100cm，24-26个网点土壤的平均厚度为样地的土壤平均厚度〈100cm ； (3)在每个样地中根据土壤平均厚度挖取一个土壤剖面分层取样，用环刀测定土壤容重；同时取土样；在每个标准样地的4角和中间分层用土钻取样，4-5个点同层次的土样组成一个混合样； (4)土样置于阴凉处自然风干后，取土样过筛、编号待测有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量；去除环刀内土样的植物根系和石砾，烘干、称重并计算土壤容重，采用孔径Imm的筛子滤去植物根系，用清水洗净、烘干70°C至恒重，称重得根系生物量； (5)土壤容重根据生态系统33个土壤剖面的数据建立的土壤有机碳含量和土壤容重关系散点图，发现二者存在直线关系y=_0.0lx+1.4983:P<0.05，R2=0.6482，n=165，测定的有机碳含量求得土壤容重； y代表有机碳含量，X代表土壤容重，P值是检验统计量拒绝方向的概率，R2是相关系数，η代表样本个数； (6)土壤养分密度以土体体积作计算，排除了面积和土壤深度的影响，成为评价和衡量土壤中养分储量的一个指标，有机碳，某一土层i的有机碳密度的计算公式为: SOCi = CiXDiXEiX (1-Gi)/100(I) 式中，Ci为土壤有机碳含量g/kg, Di为容重g/m3, Ei为土层厚度cm, Gi为直径大于2_的石砾所占的体积百分比％;土壤剖面由k层组成，该剖面的有机碳密度为:
全文摘要
本发明公开了一种喀斯特地区土壤养分储量取样与计算方法，其步骤(1)在喀斯特地区选择旱地；(2)将样地划分小样，用土钻用力打入每个网点的土壤；(3)在每个样地中根据土壤平均厚度挖取一个土壤剖面分层取样，用环刀测定土壤容重；(4)土样置于阴凉处自然风干后，取土样过筛、去除环刀内土样的植物根系，用清水洗净、烘干至恒重，称重得根系生物量；(5)土壤容重根据生态系统土壤剖面的数据建立的土壤有机碳含量和土壤容重关系散点图，测定有机碳含量求得土壤容重；(6)土壤养分密度以土体体积作计算；(7)根据各生态系统样方的土壤养分密度，获得了单位面积土壤养分储量。方法简单易行，操作性强简便，省时、省力、能准确获取喀斯特地区土壤养分储量的数据。
文档编号G01N5/04GK103235103SQ20131012174
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者宋同清, 彭晚霞, 杜虎, 曾馥平, 宋敏 申请人:中国科学院亚热带农业生态研究所