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植被恢复对退化红壤易变碳及土壤呼吸的影响

谢锦升  
【摘要】:由于大气CO_2浓度不断升高,碳循环研究成为全球关注的热点,而土壤碳库在全球碳循环中起着至关重要的作用。土壤侵蚀导致土壤质量的严重下降和土壤碳库的大量损失,因而侵蚀退化土地的恢复具有较大碳吸存潜力。我国亚热带山地丘陵红壤土壤侵蚀严重,虽然进行了大量的水土保持生态恢复与重建工作,但“碳汇”功能长期以来没有得到相应重视,同时,土壤有机碳在侵蚀退化红壤质量恢复的中心地位亦未明确。本文以侵蚀裸地(作为植被恢复前的对照)、在侵蚀裸地上恢复的马尾松林、板栗园、百喜草地以及当地保存最好的次生林(作为植被恢复后的对照)为研究对象,通过野外定位观测和实验室分析,研究了不同植被恢复类型对土壤碳库、轻组有机碳、微生物生物量碳、可溶性有机碳、有机碳在团聚体中分布以及土壤呼吸的影响。目的是:(1)确定侵蚀退化红壤碳吸存特征与潜力;(2)探讨植被恢复过程中土壤易变碳组分的变化特征及其与土壤有机碳的相互关系;(3)探讨植被恢复、有机碳及其易变碳组分与团聚体稳定性的关系;(4)阐明植被恢复对土壤呼吸的影响机制。本文主要得出了以下结论:(1)植被恢复显著增加了侵蚀退化地的土壤有机碳含量和储量。0-5cm土层有机碳受植被恢复影响最大,而40cm以下土层深度有机碳含量与储量受植被恢复的影响很小。裸地土壤碳吸存潜力约为56 t·hm~(-2)。(2)裸地土壤轻组平均含量低于0.10 g·kg~(-1),轻组有机碳占土壤总有机碳的比例约为1.2~1.3%,无明显季节变化。植被恢复显著提高了侵蚀退化红壤的轻组含量和轻组有机碳占总有机碳的比例,并具有明显的季节波动。轻组在土壤表层富集,随土壤剖面深度增加,轻组含量、轻组有机碳占总有机碳比例均明显下降,植被对轻组垂直分布的影响与植物根系分布深度相对应。轻组有机碳与土壤有机碳有极显著的线性关系,植被恢复后土壤轻组有机碳积累速率比总有机碳积累速率快,轻组有机碳的快速恢复对土壤可持续能力和碳管理具有重要意义。(3)裸地土壤微生物生物量碳平均含量低于83mg·kg~(-1)。植被恢复后土壤微生物生物量碳平均含量分别是裸地的2.3~7.8倍。植被恢复后土壤微生物生物量碳含量夏季最高,冬季最低。土壤微生物生物量碳含量与土壤有机碳含量、轻组有机碳、可溶性有机碳、全氮、全磷、水解性氮、有效磷、全钾和速效钾均有显著的正相关关系,而与土壤容重和土层深度呈负相关关系。植被恢复显著增加了土壤微生物微生物量碳流通量,但不一定能改变微生物生物量碳周转速率和周转时间。微生物生物量碳是指示侵蚀退化红壤有机碳恢复的最好指标。(4)植被恢复显著增加了侵蚀退化红壤的可溶性有机碳含量,主要原因是土壤可溶性有机碳的来源途径得到恢复。植被恢复后土壤可溶性有机碳含量一般


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