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岩溶区土地利用方式对土壤有机碳及团聚体的影响研究

段正锋  
【摘要】: 随着全球变化研究的日益深入,碳循环研究也受到人们的普遍关注,成为了当前全球变化研究中的三大热点之一,也是当前地球科学主攻的前沿领域。陆地生态系统碳循环对全球碳平衡起着重要的作用,土壤碳库是陆地生态系统碳库中最大的碳库,是全球碳循环的重要环节。土壤碳库对土地利用方式变化的响应比较敏感,是一种在较短时间尺度上可以调节的碳库。 土壤有机碳参与团聚体的形成,一般有利于提高土壤团聚体稳定性。研究岩溶区土地利用方式对土壤有机碳及其组分和团聚体的影响,能进一步揭示土壤有机碳及其组分在团聚体形成及稳定性中的作用;研究土地利用方式对土壤有机碳及其组分的影响,对调节大气CO_2的源或汇,提高农业土壤碳固持能力具有重要的理论和现实意义。 本研究以重庆市中梁山岩溶槽谷区为研究区,选择菜地、草地、耕地、橘林地、灌丛五种土地利用方式,进行野外调查和土壤采样,结合室内实验与分析。测定五种土地利用方式下土壤有机碳及其组分和土壤物理化学性质(团聚体稳定性、土壤容重、含水量和土壤养分),研究的有机碳组分主要有土壤微生物量碳、土壤可矿化碳和土壤硫酸钾浸提碳,讨论土壤有机碳及其组分对土地利用方式的响应特征。引入转移矩阵评价土壤团聚体稳定性和各粒级团聚体保存几率,分析土地利用方式对它们的影响;引入通径分析研究土壤有机碳及其组分与团聚体关系,讨论土壤有机碳及其组分与团聚体稳定性指数、各粒级团聚体保存几率之间的关系。研究结论如下: 土地利用方式强烈地影响土壤团聚体稳定性。团聚体稳定性指数依次为草地>灌丛>橘林地>耕地>菜地,自然的土地利用方式下团聚体稳定性较高,耕地菜地等人为干扰强烈的利用方式团聚体稳定性低。土地利用方式显著影响了不同粒级团聚体的保存几率。草地0.25-1mm团聚体保存几率降低,>1mm团聚体保存几率明显提高;灌丛3-2mm和2-1mm团聚体保存几率也明显提高;在耕地和菜地中,团聚体粒级越小,保存几率越大;橘林地同耕地和菜地相比,3-1mm团聚体保存几率提高。不同土地利用方式下,团聚体稳定性的垂直变化趋势也不一致:在灌丛和草地中,随土壤深度的增加,团聚体稳定性降低;在橘林地和菜地中,随土壤深度的增加,团聚体稳定性变高;而在耕地中,团聚体稳定性的垂直变化分布不明显。 土地利用方式显著地影响了有机碳组分的含量,土壤微生物量碳含量依次为菜地>橘林地>草地>灌丛>耕地,微生物商大小依次为菜地>橘林地>耕地>草地>灌丛,土壤可矿化碳的大小依次为:草地>菜地>橘林地>灌丛>耕地,土壤硫酸钾浸提碳的大小依次为:橘林地>菜地>耕地>灌丛>草地。同时也影响了土壤有机碳及其组分在土壤剖面中的垂直分布趋势,土壤微生物量碳和微生物商在土壤剖面0-30cm范围内反应敏感;土壤有机碳、可矿化碳和硫酸钾浸提碳在土壤剖面中随土壤深度的增加而降低。结果表明:微生物商更能切合实际并敏感地反应土壤有机碳库对土地利用方式的响应。 影响土壤有机碳及其组分的因子比较复杂,土壤有机碳含量与土壤微生物量碳和土壤可矿化碳之间极显著正相关(P<0.01),微生物量碳与土壤可矿化碳、硫酸钾浸提碳和微生物商之间极显著正相关(P<0.01),表明土壤微生物量碳能够敏感地反应土壤生态系统中碳库的变化和循环过程。土壤微生物量碳与与全氮显著正相关,与速效磷显著负相关;微生物商与土壤养分之间的相关性不明显;可矿化碳与速效钾相关极显著;硫酸钾浸提碳与全氮、水解氮和速效钾相关极显著,与全磷相关显著,表明土壤硫酸钾浸提碳与土壤养分的关系密切,有较强的相互影响作用,可以作为指示岩溶区土壤肥力变化的指标。机械组成中的砂粒(1-0.05mm)对土壤有机碳及其组分的含量和分布影响比较明显。 研究不同土地利用方式下土壤有机碳及其组分与团聚体的关系,土壤有机碳及其组分含量与团聚体稳定性指数并不一定成正相关。引入通径分析讨论土壤有机碳及其组分与团聚体稳定性指数、各粒级团聚体保存几率之间的关系,结果表明:>3mm粒级团聚体保存几率对土壤有机碳含量和土壤可矿化碳含量影响比较大;0.5-3mm土壤团聚体促进了土壤中微生物的活性,增加了土壤微生物量碳含量;土壤硫酸钾浸提碳含量与1-5mm土壤团聚体保存几率之间的关系比较密切;土壤微生物商与1-5mm土壤团聚体保存几率之间的关系比较密切。


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