宁夏贺兰山东麓葡萄产区土壤有机碳库空间变异及影响因素

doi:10.11686/cyxb2024312

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (7): 41-53.DOI: 10.11686/cyxb2024312

宁夏贺兰山东麓葡萄产区土壤有机碳库空间变异及影响因素

王玉霞¹^,²^,³(), 杜灵通²^,³(), 易志远²^,³, 罗霄²^,³, 苏丽⁴, 乔成龙¹^,²^,³, 薛斌²^,³

^1.宁夏大学林业与草业学院，宁夏银川 750021
^2.宁夏大学西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地，宁夏银川 750021
^3.宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，宁夏银川 750021
^4.宁夏贺兰山东麓葡萄酒产业园区管理委员会，宁夏银川 750104

收稿日期:2024-08-08 修回日期:2024-09-30 出版日期:2025-07-20 发布日期:2025-05-12
通讯作者: 杜灵通
作者简介:E-mail： dult80@qq.com
王玉霞（1993-），女，甘肃甘谷人，在读博士。E-mail： 1911340132@qq.com
基金资助:
宁夏重点研发计划项目(2022BEG02051)

Spatial variation and factors influencing the soil organic carbon pool in grape-producing areas at the eastern foothills of Helan Mountain in Ningxia

Yu-xia WANG¹^,²^,³(), Ling-tong DU²^,³(), Zhi-yuan YI²^,³, Xiao LUO²^,³, Li SU⁴, Cheng-long QIAO¹^,²^,³, Bin XUE²^,³

^1.College of Forestry and Prataculture，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^2.Breeding Base for State Key Laboratory of Land Degradation and Ecological Restoration in Northwest China，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^3.Key Laboratory for Restoration and Reconstruction of Degraded Ecosystem in Northwest China of Ministry of Education，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^4.Ningxia Helan Mountain Eastern Foot Wine Industry Park Management Committee，Yinchuan 750104，China

Received:2024-08-08 Revised:2024-09-30 Online:2025-07-20 Published:2025-05-12
Contact: Ling-tong DU

摘要/Abstract

摘要：

干旱荒漠草原区垦殖葡萄园不仅能推动经济发展，而且具有增加生态系统碳汇的潜在价值。本研究以宁夏贺兰山东麓葡萄产区为对象，基于2023年5-7月在0~100 cm土壤剖面每20 cm深度采集的土壤样品，不仅测定土壤有机碳（SOC）含量和总碳含量，还测定耕作干扰较强的表层土壤（0~40 cm）中SOC的活性、中性和惰性组分含量，采用地理空间插值和单因素方差分析，开展不同土壤类型区和典型葡萄园的SOC库特征研究及影响因素分析。结果表明：1）该产区0~100 cm剖面的SOC含量为3.0~11.1 g·kg^-1，土壤养分缺乏，平均SOC密度为52.85 t·hm^-2，具有中等变异程度；其中0~40 cm表层土壤的SOC富集系数大于1，即表层土壤碳固持能力更强；2）受葡萄垦殖活动的碳输入影响，整个葡萄产区表层0~40 cm的土壤总碳、SOC、活性SOC和惰性SOC含量呈西高东低的分布，具有较强的空间异质性特点；3）产区土壤碳库稳定性较强，不仅无机碳占总碳比例高达74.8%，而且SOC中的惰性组分含量达50%，土壤碳库活度较低；4）受制于土壤发育背景差异，不同土壤类型对SOC特征的影响较大，虽然风沙土的SOC密度高于灰钙土，但风沙土的SOC含量低于灰钙土，且风沙土的碳库活度也最大，其SOC的稳定性较差。以上认识可为宁夏贺兰山东麓葡萄园生态系统碳汇核算提供科学依据。

关键词: 贺兰山东麓, 葡萄园, 垦殖活动, 土壤有机碳, 碳密度

Abstract:

The cultivation of vineyards in arid desert grassland is not only of economic benefit， but also has a potential role in increasing the carbon sink capacity of the ecosystem. In this study， the grape-producing area on the eastern foothills of Helan Mountain in Ningxia was used as a study site. Soil samples were collected from soil layers at successive 20 cm depth increments in a 0-100 cm soil profile between May and July 2023， and the soil organic carbon （SOC） content and the total carbon content were measured. In addition， the active， neutral， and inert SOC content were also measured in the upper soil layer （0-40 cm）， which is intensely disturbed by cultivation. The characteristics of SOC pools were studied for different soil types in typical vineyards using a geospatial interpolation technique and one-way ANOVA and factors influencing their variability are discussed. It was found that： 1） SOC content in the 0-100 cm soil depth ranged from 3.0 to 11.1 g·kg^-1 in the grape-producing area， indicating a lack of soil fertility， with an average SOC density of 52.85 t·ha^-1 and moderate variability. The SOC enrichment coefficient in the upper soil layer （0-40 cm） was greater than 1， indicating a stronger carbon sequestration capacity in the upper soil layer. 2） The total carbon， SOC， active SOC， and inert SOC contents in the upper soil layer （0-40 cm） were higher in the west than in the east of the grape-producing area， which was impacted by organic carbon inputs from grape cultivation and thus has significant spatial heterogeneity. 3） The soil carbon pool in the grape-producing area was stable since inorganic carbon constituted 74.8% of the total carbon and inert SOC accounted for 50% of SOC， resulting in low activity of the soil carbon pool. 4） Due to the different soil development scenarios， characteristics of SOC varied significantly with soil type. Although sandy soil had a SOC density higher than a sierozem soil， its SOC content was lower； sandy soil had the highest SOC density and carbon pool activity resulting in lower SOC stability. These findings provide scientific data for the carbon sink accounting and inventory of vineyard ecosystems at the eastern foothills of the Helan Mountains in Ningxia.

Key words: east foothills of Helan Mountain, vineyards, reclamation activities, soil organic carbon, carbon density

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图/表 12

图1 研究区概况及采样葡萄园分布图基于自然资源部标准地图服务网站GS（2019）3266号标准地图制作，底图边界无修改。 Based on the standard map service website GS （2019） 3266 of the Ministry of Natural Resources， the boundary of the base map is not modified.

Fig.1 Overview map of the study area and distribution of sampled vineyards

表1 土壤养分等级划分

Table 1 Gradation of soil nutrient level

项目

Items

土壤有机质含量Soil organic matter content

土壤养分等级Soil nutrient level

养分丰富情况Nutrient abundance situation

极度缺乏

Extremely lacking

缺乏

Lack

较缺乏

Relatively lacking

中等

Moderate

较丰富

Relatively rich

丰富

Rich

表2 宁夏贺兰山东麓葡萄产区土壤有机碳含量状况

Table 2 Soil organic carbon content status in grape vineyards at the eastern foothills of the Helan Mountains in Ningxia

葡萄园 Vineyards	SOC含量 SOC content （g·kg^-1）	养分等级 Nutrient level	SOC最大值 Maximum SOC content （g·kg^-1）	最大养分等级 Maximum nutrient level	SOC最小值 Minimum SOC content （g·kg^-1）	最小养分等级 Minimum nutrient level	变异系数 CV （%）
金山Jinshan	10.54±0.68a	Ⅳ	14.69	Ⅲ	6.74	Ⅳ	22.3
美贺Meihe	11.11±0.71a	Ⅳ	16.55	Ⅲ	7.38	Ⅳ	25.4
长城Changcheng	7.28±0.60b	Ⅳ	11.05	Ⅳ	4.93	Ⅴ	24.8
新慧彬Xinhuibin	4.65±0.27c	Ⅴ	6.38	Ⅳ	2.92	Ⅵ	21.6
立兰Lilan	7.33±0.60b	Ⅳ	10.26	Ⅳ	5.49	Ⅴ	24.5
西鸽Xige	3.50±0.28cd	Ⅴ	5.75	Ⅳ	1.98	Ⅵ	32.4
红寺堡Hongsibao	3.00±0.20d	Ⅵ	4.98	Ⅴ	1.83	Ⅵ	27.1
全产区Whole area	6.54	Ⅳ	9.95	Ⅳ	4.47	Ⅴ	55.8

图2 贺兰山东麓葡萄产区土壤有机碳及组分含量的空间分布

Fig.2 Spatial distribution of soil organic carbon and its components in grape producing areas at the eastern foot of Helan Mountain

图3 不同葡萄园的土壤总碳及碳组分总SOC指活性、中性与惰性SOC的总和；无机碳指总碳含量减去总SOC含量；不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05），下同。Total organic carbon refers to the sum of active organic carbon， neutral organic carbon and inert organic carbon. Inorganic carbon is the total carbon content minus the total organic carbon content. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments at the 0.05 level. The same below.

Fig.3 Soil total carbon and carbon components in different vineyards

图4 不同葡萄园在各土层的土壤有机碳含量

Fig.4 Soil organic carbon content of different vineyards in all soil layers

图5 各葡萄园在不同土层的土壤有机碳含量对比

Fig.5 Comparison of soil organic carbon content in different soil layers of different vineyards

图6 不同葡萄园各土层的土壤有机碳富集系数

Fig.6 Soil organic carbon enrichment coefficient of different vineyards in all soil layers

图7 不同土壤类型的碳组分及总碳含量

Fig.7 Soil carbon components and total carbon content of different soil types

图8 土壤有机碳密度1：金山 Jinshan；2：美贺 Meihe；3：长城 Changcheng；4：新慧彬 Xinhuibin；5：立兰 Lilan；6：西鸽 Xige；7：红寺堡 Hongsibao；8：砾石土 Gravelly soil；9：灰钙土 Sierozem；10：风沙土 Sandy soil；11：全产区均值 Average across whole area.

Fig.8 Soil organic carbon density

图9 土壤碳库活度

Fig.9 Lability of soil carbon pool

表3 贺兰山东麓葡萄产区有机碳敏感性及分配比例

Table 3 Soil organic carbon sensitivity and distribution ratio in grape producing areas at the eastern foothills of Helan Mountain

项目 Items	敏感性指标 Sensitivity index	SOC及其组分敏感值 SOC and its component sensitive values				SOC组分分配比例 Distribution ratio of SOC components （%）
项目 Items	敏感性指标 Sensitivity index	SOC	活性SOC Active SOC	中性SOC Neutral SOC	惰性SOC Inert SOC	活性SOC Active SOC	中性SOC Neutral SOC	惰性SOC Inert SOC
葡萄园 Vineyards	金山Jinshan	1.14	5.12	10.60	1.81	38.4	10.8	50.8
	美贺Meihe	0.92	2.56	47.09	0.45	25.0	8.1	66.9
	长城Changcheng	1.55	1.52	16.89	0.56	28.3	3.7	68.0
	新慧彬Xinhuibin	0.57	16.81	49.84	0.87	21.5	19.6	58.9
	立兰Lilan	1.10	1.20	2.36	0.28	12.1	25.9	62.0
	西鸽Xige	0.76	12.59	25.14	9.11	21.4	29.6	49.1
	红寺堡Hongsibao	0.66	6.80	5.21	5.05	29.6	16.4	53.9
	均值Average value	0.96	6.66	22.45	2.59	25.2	14.0	60.8
土壤类型 Soil types	砾石土Gravelly soil	1.21	3.06	24.86	0.94	29.0	6.5	64.5
	灰钙土Sierozem	0.93	6.89	13.75	4.69	21.4	22.1	56.5
	风沙土Aeolian sandy soil	0.61	11.81	27.52	2.96	21.3	20.9	57.8
	均值Average value	0.92	7.25	22.04	2.86	24.4	15.5	60.1

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宁夏贺兰山东麓葡萄产区土壤有机碳库空间变异及影响因素

Spatial variation and factors influencing the soil organic carbon pool in grape-producing areas at the eastern foothills of Helan Mountain in Ningxia

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图/表 12

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