湘中丘陵區(qū)不同土地利用方式土壤養(yǎng)分及碳庫特征研究.pdf

1、亞熱帶地區(qū)土地利用方式豐富多樣且不穩(wěn)定，對土壤養(yǎng)分供應(yīng)、SOC庫各組分含量及空間分布產(chǎn)生深刻的影響。特別是近十幾年來經(jīng)濟社會快速發(fā)展，土地利用變化尤為強烈，導(dǎo)致區(qū)域和國家尺度上SOC庫發(fā)生強烈改變，且土地利用的破碎化和干擾的頻發(fā)性帶來了SOC庫時空上很大的不確定性。本研究開展湘中丘陵區(qū)6種土地利用方式（天然次生林、杉木人工林、毛竹林、苗圃、農(nóng)用旱地、水田）下土壤養(yǎng)分、SOC庫各組分含量時空變異特征的研究，以正確地評估不同土地利用方式SO

2、C庫各組分動態(tài)特征及其生態(tài)學(xué)意義，為完善土壤碳循環(huán)的動態(tài)平衡機制，實現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用，以及進一步了解土壤有機質(zhì)退化機理奠定基礎(chǔ)。主要的研究結(jié)果為:
　　(1)研究區(qū)內(nèi)0-15cm土層容重為1.14～1.58g/cm3之間，0-30cm土層為1.24～1.47g/cm3之間;與石櫟+青岡天然次生林相比，杉木人工林、苗圃、農(nóng)用旱地、水田0-30 cm土層容重依次提高了12.64％、10.49％、17.66％和10.59％，毛竹林下

3、降了0.80％;土壤具有南方紅壤丘陵區(qū)典型質(zhì)地粘重特征，水田為粉壤土，其它5種土地利用方式均為粘壤土;人為活動頻繁干擾造成土壤粉粒、粘粒含量明顯下降，細砂粒和粉粒含量增加，不同土地利用方式之間土壤粒徑分形維數(shù)差異顯著，石櫟+青岡天然次生林土壤結(jié)構(gòu)狀況最好，其次是毛竹林、苗圃，而杉木人工林、農(nóng)用旱地、水田最差;水田平均自然含水率最高，其次是杉木人工林、農(nóng)用旱地、苗圃，而石櫟+青岡天然次生林、毛竹林最低;6種土地利用方式各土層自然含水率的季

4、節(jié)動態(tài)節(jié)律基本一致。表明土地利用方式對土壤物理性狀影響顯著，尤其是天然次生林轉(zhuǎn)變農(nóng)用地后，土壤容重增大，物理性粘粒含量減少，土壤顆粒組成呈現(xiàn)明顯的粗化特征，土壤粒徑分形維數(shù)下降，但對土壤自然含水率的季節(jié)變化影響不明顯。
　　(2)研究區(qū)內(nèi)土壤pH處于4.6～5.5之間，為酸性土，農(nóng)用旱地、苗圃土壤pH最高，其次是水田、毛竹林，石櫟+青岡天然次生林、杉木人工林最低，除農(nóng)用旱地外，其它5種土地利用方式土壤pH的季節(jié)變化基本一致;土壤全

5、N、水解N、全P、有效P、全K、速效K含量表聚效應(yīng)明顯，土地利用方式對土壤全N、水解N、全P、有效P、速效K含量，土壤供N、P、K強度的影響明顯，但對全K含量影響不明顯，表明土地利用方式對土壤養(yǎng)分的積累、供應(yīng)狀況產(chǎn)生明顯的影響;土壤養(yǎng)分(N、P、K)全量含量及其有效態(tài)含量的季節(jié)變化明顯，但土地利用方式僅對土壤全N、水解N含量季節(jié)變化產(chǎn)生明顯的影響，對土壤全P、有效P、全K、速效K含量的季節(jié)動態(tài)影響不明顯;湘中丘陵區(qū)土壤水解N、全P、全K

6、、速效K相對缺乏，尤其是全P、全K，土壤養(yǎng)分庫綜合指數(shù)介于1.87～9.32之間，排序為:農(nóng)用旱地(9.32)＞水田(4.29)＞石櫟+青岡天然次生林(3.35)＞毛竹林(2.89)＞杉木人工林(2.50)＞苗圃(1.87)。無論是整個研究區(qū)還是6種土地利用方式下土壤養(yǎng)分含量之間及其與土壤pH之間的相關(guān)性不完全一致，不同土地利用方式下全N、水解N含量與全P、有效P、速效K含量之間，有效P含量與速效K含量之間多表現(xiàn)協(xié)同耦合作用，而全N、全

7、P含量與全K含量之間多表現(xiàn)為頡抗作用。
　　(3)4種土壤酶活性均隨土壤深度增加而遞減，但不同酶活性遞減幅度不同，差異均不顯著。不同土地利用方式間土壤過氧化氫酶、酸性磷酸酶活性變異較小，脲酶、蔗糖酶活性變異較大。毛竹林4種土壤酶活性（除0-15cm土層脲酶活性外）均為最高，石櫟+青岡天然次生林除過氧化氫酶活性外，其它3種酶活性也較高，表明土地利用方式對過氧化氫酶、酸性磷酸酶活性影響較小，對脲酶、蔗糖酶活性影響較大;天然次生林轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

8、杉木人工林、農(nóng)用地后土壤酶活性均有不同程度下降，而毛竹林適度耕作和施肥在一定程度上增強了土壤酶活性;不同土地利用方式間土壤酸性磷酸酶活性的季節(jié)變化節(jié)律差異最為明顯，過氧化氫酶活性也有所不同，脲酶活性均表現(xiàn)為“單峰曲線型”，但峰值大小和出現(xiàn)時間因土地利用方式不同而異，蔗糖酶活性基本一致。表明土地利用方式對土壤酸性磷酸酶、過氧化氫酶、脲酶活性的季節(jié)動態(tài)影響明顯，對蔗糖酶活性的季節(jié)動態(tài)影響不明顯，僅改變了蔗糖酶活性的波動幅度;土壤過氧化氫酶、

9、脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性與土壤pH、N、P、K含量顯著相關(guān)，說明湘中丘陵區(qū)土壤酶活性與土壤養(yǎng)分循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化關(guān)系密切，可用以指示該區(qū)域不同土地利用方式下土壤質(zhì)量的演變特征。
　　(4)6種土地利用方式下SOCD均隨土壤深度增加而下降，0-30cm土層SOCD由高至低排序為:石櫟+青岡天然次生林（85.08t/hm2）＞杉木人工林（72.98t/hm2）＞毛竹林(65.69t/hm2)＞水田(64.72t/hm2)＞農(nóng)用旱地(54.

10、28t/hm2)＞苗圃地(40.94t/hm2)。土壤TOC、Cmic、DOC、ROC、MOC含量均表現(xiàn)出明顯的表聚性，石櫟+青岡天然次生林、杉木人工林、毛竹林尤為明顯;與石櫟+青岡天然次生林相比，杉木人工林、毛竹林、苗圃、農(nóng)用旱地、水田SOC、Cmic（除毛竹林、水田外）、DOC、ROC、MOC含量均有不同程度的下降，其中苗圃、農(nóng)用旱地下降幅度較大，其次是水田、杉木人工林，毛竹林下降幅度較小，表明天然次生林轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち帧⑥r(nóng)用地后土壤S

11、OC庫各組分明顯下降，其中ROC、MOC含量下降較為明顯。
　　石櫟+青岡天然次生林、杉木人工林、毛竹林各土層TOC、Cmic含量季節(jié)變化明顯，均呈現(xiàn)“夏高冬低型”，苗圃、農(nóng)用旱地各土層TOC、Cmic含量季節(jié)之間差異不明顯，水田各土層TOC、Cmic含量季節(jié)變化明顯，但苗圃、農(nóng)用旱地、水田各土層TOC、Cmic含量季節(jié)變化節(jié)律各不相同，也與石櫟+青岡天然次生林、杉木人工林、毛竹林土壤TOC、Cmic含量季節(jié)變化不同;6種土地利用

12、方式各土層DOC、ROC含量季節(jié)變化明顯且基本一致，各土層MOC含量季節(jié)變化明顯，與土壤TOC、Cmic含量季節(jié)變化基本一致，季節(jié)動態(tài)節(jié)律及峰值出現(xiàn)時間、大小因土地利用方式不同而異，表明土地利用方式對土壤TOC、Cmic、MOC含量季節(jié)動態(tài)影響明顯，但對DOC、ROC含量季節(jié)變化影響不明顯。
　　水田土壤微生物商在5.38％～5.59％之間，其它5種土地利用方式在2.26％～3.38％之間，以水田最高，其次是毛竹林，農(nóng)用旱地或苗圃

13、最低;0-15cm土層DOC分配比例在2.18％～2.86％之間，15-30cm土層在2.50％～2.95％之間，不同土地利用方式間各土層DOC分配比例從高至低的排序與土壤TOC含量的排序恰好相反;土壤ROC的分配比例在21.02％～32.54％之間，各土層ROC的分配比例排序基本為:水田＞石櫟+青岡天然次生林＞毛竹林＞農(nóng)用旱地＞苗圃＞杉木人工林，且前三者與后三者問差異極顯著或顯著;各土層MOC的分配比例在0.27％～0.47％之間，大

14、小依次為:苗圃＞農(nóng)用旱地＞水田＞毛竹林＞青岡+石櫟天然次生林＞杉木人工林。表明土地利用方式對土壤活性有機碳各組分的分配比例影響明顯，但影響程度不同。
　　湘中丘陵區(qū)0-30cm土層Cmic周轉(zhuǎn)率為0.50～1.90(1/年)之間，周轉(zhuǎn)時間在0.55～2.14年之間，水田Cmic周轉(zhuǎn)率最高，周轉(zhuǎn)時間最短，流通量（達292.96 g/m2·a）最大，而苗圃、農(nóng)用旱地周轉(zhuǎn)率最低，周轉(zhuǎn)時間最長，流通量(分別為24.81 g/m2·a和30

15、.17g/m2·a)最低，表明水田在SOC含量較低情況下，加快土壤Cmic周轉(zhuǎn)速度，加大其流通量，以固持更多養(yǎng)分和促進養(yǎng)分礦化，為農(nóng)作物生長提供更充分養(yǎng)分，而石櫟+青岡天然次生林土壤Cmic周轉(zhuǎn)率較低，維持較高的微生物現(xiàn)存量且變化平緩，有利于土壤有機質(zhì)積累和養(yǎng)分固定。與石櫟+青岡天然次生林相比，水田、毛竹林、杉木人工林、農(nóng)用旱地、苗圃0-15cm土層碳庫管理指數(shù)依次下降了18.37％、20.89％、44.05％、51.53％和66.63

16、％，15-30cm土層依次下降了11.61％、9.14％、40.00％、48.58％、59.33％，表明天然次生林轉(zhuǎn)變?yōu)樯寄救斯ち?、毛竹林或農(nóng)用地后均導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，尤其是表土層。
　　(5)無論是整個研究區(qū)還是不同土地利用方式下土壤Cmic、DOC、ROC、MOC含量兩兩之間及其與土壤TOC含量之間均呈極顯著或顯著正相關(guān)，其中ROC、MOC含量與TOC含量的相關(guān)系數(shù)普遍高于Cmic、DOC含量與TOC含量的相關(guān)系數(shù);土壤有機碳

17、各組分含量與全N、水解N、全P含量、脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性間呈極顯著或顯著的正相關(guān)，與全K、有效P、速效K含量間的相關(guān)性較弱，表明不同土地利用方式下土壤Cmic、DOC、ROC、MOC均可作為土壤活性有機碳庫的重要組分，其含量的變化均將會導(dǎo)致土壤TOC含量的變化，其中ROC、MOC含量具有較強指示作用，而土地利用方式不同導(dǎo)致土壤TOC、活性有機碳各組分含量的變化，是引起土壤肥力變化的重要原因。不同土地利用方式下土壤pH、自然含水率