貴州茂蘭巖溶山區(qū)土壤活性有機(jī)碳動(dòng)態(tài)及對(duì)土壤質(zhì)量的響應(yīng).pdf

1、本文對(duì)巖溶山區(qū)土壤活性有機(jī)碳動(dòng)態(tài)及對(duì)土壤質(zhì)量的響應(yīng)進(jìn)行了研究。了解不同土地利用方式下土壤活性有機(jī)碳的大小和動(dòng)態(tài)變化，對(duì)調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分流、維持土壤內(nèi)在的生產(chǎn)力以及深入研究土壤碳循環(huán)的機(jī)理高度相關(guān)?；谒钴S的性質(zhì)和重要作用，研究土壤活性有機(jī)碳組分對(duì)土地利用變化的響應(yīng)規(guī)律成為當(dāng)前土壤碳和養(yǎng)分循環(huán)方面的一個(gè)熱點(diǎn)。巖溶地區(qū)同樣屬于生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，卻沒(méi)有引起足夠的重視，研究程度比較薄弱，由于石灰土的富鈣、偏堿性，而且含有高濃度CO2的土壤環(huán)境是巖溶

2、發(fā)育最為活躍的部位，土壤碳的動(dòng)態(tài)變化與循環(huán)特征受到高鈣環(huán)境脅迫的影響，碳轉(zhuǎn)移有其自身的規(guī)律，因此，通過(guò)分析土壤碳庫(kù)中對(duì)土地利用方式變化最為敏感、變化最為活躍的土壤活性有機(jī)碳主要組分(溶解有機(jī)碳DOC、微生物量碳MBC)的動(dòng)態(tài)變化與環(huán)境因子、土壤呼吸、土壤營(yíng)養(yǎng)元素之間的變化關(guān)系，可以為進(jìn)一步研究和評(píng)價(jià)巖溶地區(qū)土地利用變化對(duì)土壤有機(jī)碳和土壤質(zhì)量的影響提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明： (1) 土壤DOC的動(dòng)態(tài)變化受到植被、土壤溫、濕度，土壤

3、理化性質(zhì)等多種因素的制約，這些因子之間相互作用，對(duì)DOC的產(chǎn)生有著較為復(fù)雜的影響，回歸分析結(jié)果表明，在耕地中，土壤有機(jī)碳、土壤溫度和土壤pH對(duì)土壤DOC的貢獻(xiàn)率極大，而對(duì)于林地和草地的回歸分析結(jié)果則顯示土壤溫度對(duì)土壤DOC的影響最為顯著，不同土地利用方式下土壤活性有機(jī)碳對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)也各不相同，這表明土壤溶解有機(jī)碳受眾多因素的制約而呈現(xiàn)出一種動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，進(jìn)一步的機(jī)理仍需要進(jìn)行深入研究。 (2) 不同的土地利用方式下上覆植被

4、類(lèi)型不同，其凋落物數(shù)量、質(zhì)量及分解行為不同，有機(jī)質(zhì)的輸入量及質(zhì)量也不相同，從而形成不同的土壤溶解有機(jī)碳含量差異，土壤有機(jī)碳的大小也存在較大差別。從全年平均值來(lái)看，林地土壤溶解有機(jī)碳分別比草地和耕地高25％、48％；從3月到8月，三者均隨氣溫的上升呈增加的趨勢(shì)，林地和耕地在8月均達(dá)到最大值，而草地則在10月達(dá)到最大值；林地和草地土壤微生物量碳分別高于耕地81％和45％，林地和草地在10月達(dá)到最大值。不同的土地利用方式導(dǎo)致土壤活性有機(jī)碳的差

5、異較大，這說(shuō)明巖溶生態(tài)系統(tǒng)中土地利用方式對(duì)土壤碳庫(kù)的大小有較大影響。 (3)林地的溶蝕能力在全年的各階段均高于草地和黃豆地，這與林地有較好的保水能力和較低的pH值有關(guān)。土下50 cm處的溶蝕量也高于20 cm處，不同土地利用方式在春季的土下溶蝕量明顯高于夏、秋、冬兩季，這與自然保護(hù)區(qū)內(nèi)全年降雨量幾乎全部集中在4、5、6三月，而在全年的其它月份，降雨量明顯減少而蒸發(fā)量增大有關(guān)。 (4)從DOC占土壤總有機(jī)碳的比例來(lái)看，

6、其大小順序?yàn)椋翰莸?洼地農(nóng)田>坡耕地>林地。土壤溶液中DOC濃度和組成存在明顯的空間變異性。4種不同土地利用方式下DOC占SOC的比例在土壤剖面中大體上呈先下降后上升的趨勢(shì)，這與DOC隨下滲水的遷移有關(guān)。方差分析結(jié)果表明，不同利用方式下土壤溶解有機(jī)碳含量產(chǎn)生明顯的剖面分布差異。土層差異和土地利用方式對(duì)土壤溶解有機(jī)碳的影響均達(dá)到顯著水平，林地各土層溶解有機(jī)碳含量較其它幾種利用方式高，但從溶解有機(jī)碳占總有機(jī)碳的比例來(lái)看，草地在各個(gè)層位上均比

7、其它土地利用方式為高，其中，林地的比例則最小，這表明土地利用方式不僅對(duì)土壤溶解有機(jī)碳含量的剖面分布產(chǎn)生影響，而且對(duì)溶解有機(jī)碳的組成和結(jié)構(gòu)也有較大影響。 (5)在土下20 cm和50 cm處，草地全氮含量均顯著高于林地和黃豆地，而林地與黃豆地的全氮含量則相差不大。草地與林地和黃豆地的含氮量差異顯著，而林地與黃豆地之間差異不顯著。在土下20 cm處，全氮含量高的草地其堿解氮的含量卻低于黃豆地和林地，除了在11月到次年的3月林地的堿

8、解氮含量高于黃豆地外，全年的其余時(shí)間內(nèi)黃豆的堿解氮含量均為最高。林地也在8月達(dá)到最高值，而草地最高值則出現(xiàn)在6月。土下50 cm處，不同土地利用方式下土壤堿解氮的含量變化趨勢(shì)與土下20 cm處變化不大，峰值出現(xiàn)的月份相同。林地、耕地與草地土壤堿解氮的含量差異達(dá)顯著水平，林地與耕地之間差異不顯著。相關(guān)分析表明，黃豆地溶解有機(jī)碳含量與土壤堿解氮顯著正相關(guān)，草地則呈正相關(guān)，而林地則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，土壤溶解有機(jī)碳對(duì)堿解氮的釋放與活化作用較

9、為復(fù)雜，可能與DOC的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。 (6)在土下20 cm處，林地土壤全磷的含量較草地和黃豆地高。從全年來(lái)看，林地的全磷含量在全年的各月份均保持比較穩(wěn)定，波動(dòng)不大。黃豆地從3月到8月全磷含量一直呈上升趨勢(shì)，8月到11月則下降，到了冬季則有緩慢上升，這可能與黃豆的生長(zhǎng)季節(jié)有關(guān)。方差分析表明，林地與草地、黃豆地差異顯著，草地與黃豆之間差異不顯著。在土下50 cm處，三種土地利用方式的變化均不大。土下20 cm處土壤有效磷的含量

10、明顯高于土下50 cm處，但其月際動(dòng)態(tài)變化均很相似，在春季呈上升趨勢(shì)而在夏秋兩季則略有下降，在冬季又有所上升。相關(guān)分析表明：土壤溶解有機(jī)碳與有效磷含量均為顯著正相關(guān)，這說(shuō)明溶解有機(jī)碳對(duì)有效磷有較好的活化作用。 (7)黃豆地的全鉀含量較高，而林地與草地全鉀含量相差不大。這與每年黃豆地在每年春季施用草木灰有關(guān)。土下20 cm處土壤全鉀含量明顯高于土下50 cm處，林地與草地全鉀含量相差不大。黃豆地在3月到8月其全鉀含量呈上升趨勢(shì)，

11、從8月到次年三月則一直在降低。而林地則與此相反。土下20 cm處黃豆地、林地和草地的土壤速效鉀的含量相差不大，且20 cm與50 cm處的變化趨勢(shì)相同。相關(guān)分析表明：黃豆地、草地和林地中土壤鉀的含量與土壤有效鉀含量呈正相關(guān)。 (8)全鈣、全鎂含量在各種土地利用方式下的全年的變化波動(dòng)均不大，且在土下50 cm處的全鈣含量均略高于土下20 cm處，這與當(dāng)?shù)厝甑慕涤炅看?，土壤中的Ca受到強(qiáng)烈的淋溶、淋洗，土壤中的Ca易向下層遷移有

12、關(guān)。全鎂含量在土下20 cm 和50 cm處相差不大。林地和草地的全鈣含量明顯高于黃豆地，這說(shuō)明隨著土地利用方式由農(nóng)地向草地和林地的轉(zhuǎn)變，地表覆被不斷增加，土壤酸性增強(qiáng)，促進(jìn)了Ca的溶解。 （9）石漠化地土壤與原始林地相比，土壤全N、P、K分別下降了78％、75％和47％，土壤速效N、P、K也分別下降了83％、78％和46％。值得注意的是，坡耕地土壤的化學(xué)性質(zhì)與原始林地相比，各指標(biāo)也有非常明顯的下降，土壤質(zhì)量接近于石漠化土壤，

13、土質(zhì)劣化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，有機(jī)質(zhì)、全N、P、K和速效N、P、K分別下降了348％、52％、53％、37％、60％、57％和30％。由此可見(jiàn)，在由林地、草地向坡耕地的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，隨著植物種群的數(shù)量與種類(lèi)不斷下降，生物富集養(yǎng)分作用也在不斷減弱，土壤質(zhì)量不斷退化。土壤主要營(yíng)養(yǎng)元素的含量變化與土壤有機(jī)質(zhì)的變化方向趨于一致，表明土壤有機(jī)質(zhì)的大量淋失直接導(dǎo)致了土壤養(yǎng)分含量的降低。在我國(guó)西南巖溶地區(qū)，碳酸鹽巖化學(xué)溶蝕強(qiáng)烈，殘留物極少，成土十分緩慢，土層淺

14、薄，母巖風(fēng)化對(duì)土壤養(yǎng)分物質(zhì)的補(bǔ)充極其微弱，因此，生物的富集作用對(duì)于土壤的形成、肥力的積累、補(bǔ)充和土壤結(jié)構(gòu)的改善就有著重要的意義，一旦生物小循環(huán)被破壞，整個(gè)系統(tǒng)即處于無(wú)補(bǔ)充的完全輸出狀態(tài)，造成土壤肥力的喪失。 (10)在石漠化的演替進(jìn)程中，土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀、微生物量和腐殖質(zhì)品質(zhì)均有不同程度的下降，土壤質(zhì)量的變化與石漠化的發(fā)展階段具有方向一致性和階段同步性的特點(diǎn)。運(yùn)用聚類(lèi)分析方法對(duì)巖溶石漠化進(jìn)程中各演替階段的土壤質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行