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不同经营措施下果园土壤有机碳库特性及固碳潜力研究

王义祥  
【摘要】:我国南方红壤丘陵区是世界上一个重要的生态类型区,该区域C储量大,且土地利用和植被覆盖变化强烈,对全球C循环以及大气CO_2的季节波动具有重要影响。同时该区域也是我国热带、亚热带经济林果、茶叶的重要生产基地,但由于长期以来对土地资源不合理的开发与利用,水土流失和土地退化较为严重,且目前国内外有关果园土壤有机碳库的演变规律和稳定机制的研究还十分薄弱。为此,本研究采用定位试验与数学模拟相结合的方法探讨了果园土壤有机碳组分库的演变规律,分析其对种植年限、垦殖方式、生草栽培、施肥管理等不同经营措施的响应,评价不同垦殖方式下果园土壤的固碳潜力,得出以下主要结果: (1)不同垦殖方式下果园土壤有机碳在小生境分布和坡面再分布两个尺度上呈现出不同的分布特征,水平方向上,清耕果园土壤有机碳含量呈沿树干向外减少的分布规律,而生草果园土壤有机碳含量水平变化不明显;垂直方向上,果园土壤有机碳含量随土层加深而逐渐减少;坡面再分布上,清耕果园表现为下坡位中坡位上坡位,生草果园为中坡位下坡位上坡位。生草垦殖模式降低果园土壤有机碳的水平分异,但促进果园土壤有机碳的垂直分异。 (2)种植年限对柑橘园土壤有机碳库特性具有较显著影响,50年代柑橘园0-100cm土层有机碳储量比80年代柑橘园提高30.30%,微团聚体(0.25mm)有机碳储量提高20~80%;重组有机碳含量提高29.27%,惰性有机碳含量提高31.94%,黑碳含量提高4.09%,由于与微团聚体结合的有机碳受到物理保护,惰性有机碳和黑碳属于土壤难降解有机碳,说明50年柑橘园土壤的固碳能力比80年代柑橘园强。 (3)50年代柑橘园的土壤颗粒有机碳、轻组有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳占总有机碳的比率均低于80年代柑橘园,说明当种植年限超过30年后,随着种植年限增加,果园土壤有机碳质量存在退化的风险。 (4)生草栽培处理桃园土壤团聚体的R_(0.25)、MWD和GWD分别比清耕处理提高2.1~2.4%、1.6~8.9%和2.3~12.2%,土壤有机碳含量分别比清耕处理提高12.0~15.3%,颗粒有机碳、轻组有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳含量分别比清耕处理提高34.1~52.7%、40.7~52.6%、52.3~99.0%和22.5~42.2%,说明生草栽培有利于改良果园土壤结构,提高土壤肥力。 (5)生草栽培处理桃园表层土壤0.25mm团聚体内有机碳储量比清耕处理提高3.9~7.9%,土壤惰性有机碳含量也比清耕处理提高15.3~20.1%,说明生草栽培可促进果园土壤稳定性碳库的增加。 (6)田间定位测定和室内培养试验结果均表明,生草栽培处理桃园土壤呼吸速率显著高于清耕处理,生草栽培处理桃园土壤潜在可矿化有机C量(C0)、易矿化有机C量(C1)和初始潜在矿化速率(C0k)均显著高于清耕处理,但套种平托花生和圆叶决明处理间的差异不显著,说明生草栽培可增加微生物活性,有利于土壤碳氮转化和提高土壤肥力。 (7)与不施肥和单施化肥相比,施用有机肥2年后柑橘园土壤有机碳含量没有显著性差异;单施菌渣有机肥和有机无机配施处理柑橘园土壤可溶性有机碳、微生物生物量碳、颗粒有机碳和轻组有机碳分别提高26.39~75.97%和13.95~58.66%、76.46~264.25%和5.97~118.74%、23.02~73.71%和17.97~66.58%、31.07~70.61%和17.34~52.74%,表明短期合理施用有机肥不能显著提高果园表层土壤的总有机碳含量,但可显著提高果园土壤活性有机碳含量。 (8)在有机无机配施情况下,随着有机肥施用量的增加,柑橘园土壤潜在可矿化C量占有机碳的比例并没有显著变化;施有机肥处理的柑橘园土壤惰性有机碳含量和微团聚体有机碳库量分别比不施肥和单施化肥处理的提高23.77~44.27%和22.78~43.12%、3.67~9.24%和1.80~7.28%,说明通过有机无机肥配施可以增加果园土壤有机碳的积累。 (9)利用Jenny模型对不同经营模式下果园土壤固碳潜力研究结果表明,梯台清耕模式果园土壤有机碳的平衡值比顺坡清耕模式提高29.69%,土壤固碳潜力提高174.56%;梯台生草模式土壤有机碳的平衡值又比梯台清耕模式提高20.09~22.89%,土壤固碳潜力提高48.23%~52.86%;平托花生生草模式土壤有机碳的平衡值比圆叶决明生草模式提高2.33%,土壤固碳潜力提高3.13%,表明生草栽培有利于增强土壤碳汇功能。


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