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土地利用方式对棕壤及其微团聚体中有机碳、氮、磷库的影响

查春梅  
【摘要】: 土地利用方式的不同在很大程度上反映了人为对土地(土壤)利用和干预度的不同。在不同的人为干预条件下,土壤及其各组成部分的存在形态、基本特征必然产生变化,本文以同一地区不同利用方式的棕壤为试材,通过对土壤及其土壤中各级微团聚体内部有机碳、氮、磷数量、组分和基本特性的分析,目的在于探讨土地利用方式以及不同人为干预度条件下,土壤有机碳、氮、磷库的变化,为进一步合理利用和保护棕壤资源提供理论依据。研究结果表明: 1.随着人为对土壤干预度的增强,即随着从林地到园地(柞树林地)和耕地的转变,土壤有机碳各组分含量(总有机碳、轻组、颗粒、易氧化、KMnO_4活性有机碳)在表层均明显随之减少。但是有机碳各组分在土壤剖面中的分布特性却有所不同,耕地表层土壤有机碳各组分含量虽然下降最快,可是下层有机碳各组分含量耕地中下降的幅度却明显减少,说明随着人为干预度的增强,下层土壤中有机碳数量相对增加,土壤有效活化层加厚,土壤熟化度加大。 2.土地开垦后,表层土壤中有机碳随之明显下降,有机碳活性却有所增加,但增加的趋势柞树林地高于耕地,主要是表层土壤活性有机碳库和慢性有机碳库占总有机碳的比例在林地开垦后都略有升高,而这两个碳库的平均周转期柞树林地与林地无差异,在耕地中显著增大,说明人为扰动土壤后会使表层有机碳稳定性减小,但人为干预度越大这种趋势越不明显。 3.惰性有机碳含量无论在土壤剖面中还是表层各级微团聚体中在土地开垦后都有很大幅度的降低,尤其是耕地表层50~250μm粒级比林地低了75.4%,与传统的观念认为这部分碳库极稳定不同,说明非酸解碳也是易于受土壤管理措施变化的碳库,这可能与植物残体的性质及土壤扰动后改变了土体中微生物区系、温度、湿度、通气状况等因素有关。 4.人为对土壤的扰动主要发生在表层,因而使土壤表层各级微团聚体中有机碳各组分含量与分布也发生了很大的变化。与有机碳输入优先向小粒级积累的层级理论(Hassink,1997)相反,本研究是土地开垦损失有机碳的过程,因此随着人为扰动的加强,土壤表层各级微团聚体中有机碳组分含量都显著降低,但是伴随大团聚体的破坏,有机碳组分优先在大粒级中损失,使其向小粒级中富集,而10~50μm粒级由于含量较高则是主要的有机碳组分的储库。 5.从生态学的角度来看,随着人为干预度的增加,土壤有机碳库管理指数(CPMI)在土壤剖面及各级微团聚体中均随之显著降低,这是由于土地开垦减少了有机物的归还降低了对活性碳、非活性碳及总碳的形成。 6.土壤有机氮各组分的含量在土壤剖面及各级微团聚体中在土地开垦利用后都有降低,但是表层土壤中氮素的活性却有所不同,主要表现为酸解总氮的比例在人为干预度轻的柞树林地中略有升高,而在耕地中降低,说明开垦利用的强度对土壤有机氮素的有效性有不同的影响。 7.从环境学角度看,人为扰动土壤后增施化学氮肥会增大氮素环境污染风险,这是因为耕地土壤剖面中氮素矿化势占全氮、有机质的比例升高,说明土地开垦后在外来氮肥的作用下促进了有机氮的矿化,需要做好水土保持工作防止土壤侵蚀、径流的发生从而对环境造成危害。 8.与土壤有机碳、氮组分含量受人为干预程度降低幅度较大不同,土壤有机磷总量在表层中降低的幅度很小,而表下层有机磷总量不受影响,主要促进了有机磷各组分之间的相互转化,说明参与养分循环的有机磷含量受土地利用程度的影响小,主要是改变有机磷的有效性。 9.人为干预土壤也会增加磷素的环境污染风险,这是由于剖面中活性有机磷与中活性有机磷的分配比例升高,提高了有机磷素的有效性,说明土地开垦使土壤有机磷更多的参与到养分循环中,伴随着人为干预度的增大,土壤侵蚀与径流的可能性增大,从而对环境造成危害,也浪费了磷素资源,将不利于土壤的可持续发展。


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