烏江-沅江流域土壤有機(jī)碳的丟失：對(duì)喀斯特生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的指示意義.pdf

1、喀斯特是全球重要的一類生態(tài)系統(tǒng)，它支撐人類四分之一人口的生存。由于自然作用和人類活動(dòng)的雙重沖擊，喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的石漠化已成為一個(gè)區(qū)域性的生態(tài)環(huán)境問題。中國(guó)擁有全球最大的喀斯特生態(tài)系統(tǒng)，它位于我國(guó)西南地區(qū)，包括四川和重慶的一部分、云南、廣西的部分地區(qū)、貴州的大部分地區(qū)，其中，貴州是該喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的中心。雖然各級(jí)政府采取諸多措施遏止石漠化趨勢(shì)，但收效甚微，表明必須從生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與生態(tài)系統(tǒng)健康耦合關(guān)系的微觀角度探討喀斯特生態(tài)系統(tǒng)石漠化機(jī)理

2、。 河流是流域碳循環(huán)信息的集成器，對(duì)河水的取樣要比對(duì)流域土壤的取樣簡(jiǎn)單得多，通過河流顆粒有機(jī)碳和溶解有機(jī)碳濃度及其碳同位素組成的測(cè)定結(jié)合其時(shí)間上和空間上的變化特征，推斷流域土壤碳循環(huán)的狀況，成為研究喀斯特生態(tài)系統(tǒng)石漠化機(jī)理的新工具。貴州省的烏江、沅江流域是兩個(gè)石漠化程度不同、植被覆蓋度不一樣、土壤厚度和土壤有機(jī)質(zhì)含量不一致、人類活動(dòng)強(qiáng)度不同的生態(tài)系統(tǒng)，是研究喀斯特生態(tài)系統(tǒng)石漠化進(jìn)程中碳循環(huán)狀況的理想對(duì)象。 在枯水期(20

3、02年1月18日-2月8日)和豐水期(2002年7月15日-8月4日)分別收集貴州省境內(nèi)的烏江和沅江(舞陽河和清水江)水系的河流水樣品(每個(gè)取樣期的樣品數(shù)均為49個(gè))，用孔徑為0.65μm的WhatmanGF/F玻璃纖維濾膜過濾后分別測(cè)定溶解有機(jī)碳(DOC)和顆粒有機(jī)碳(POC)的濃度及其碳同位素比值(δ13CPDB)。也隨機(jī)收集陸生植物樣品，測(cè)定其碳同位素組成。研究目的是了解石漠化程度不同的烏江和沅江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)中土壤有機(jī)碳的丟失特

4、征，為治理喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)提供理論依據(jù)。 DOC濃度是在ShimadzuTOC-5000分析儀上用高溫催化氧化差分法測(cè)得，DOC的碳同位素組成(δ13CPDB)是用改進(jìn)的真空冷凍脫水加石英管高溫燃燒法獲得。POC濃度和碳同位素組成是去無機(jī)碳后用石英管高溫燃燒法獲得，測(cè)定碳同位素比值的是MAT252同位素比值質(zhì)譜儀。 DOC和POC濃度及其碳同位素比值在空間上和時(shí)間上呈現(xiàn)明顯的變化。在枯水期，烏江、舞陽河和清水江DOC

5、的濃度均值分別為93.3±126.7、69.2±13.3和110.0±86.7μM/I；在豐水期則分別為85.0±24.2、67.5±8.3、62.5±14.2μM/I。DOC濃度的變化范圍在枯水期分別為34.2-760.8、50.8-82.5、62.5-321.7μM/I；在豐水期則為53.3-146.7、55.8-75.0、43.3-81.7μM/I。 在枯水期，烏江、舞陽河和清水江DOC碳同位素比值的均值分別為-26.7±

6、0.8、-25.9±1.1和-26.1±1.1‰；在豐水期則分別為-26.1±1.2、-26.1±0.6、-25.3±0.6‰。DOC碳同位素比值變化范圍在枯水期分別為-28.6-25.2、-27.1-24.4、-28.0-25.0‰；在豐水期則為-29.5-24.9、-26.7-25.6、-25.9-24.2‰。 在枯水期，烏江、舞陽河和清水江POC濃度的均值分別為29.7±21.4、6.0±1.2和13.5±12.3μM/I

7、；在豐水期則分別為68.6±58.8、59.2±47.4、29.5±11.5μM/I。POC濃度的變化范圍在枯水期分別為4.2-103.6、4.7-7.0、6.2-31.9μM/I；在豐水期則為8.1-284.8、27.1-132.1、7.0-44.6μM/I。 在枯水期，烏江、舞陽河和清水江POC碳同位素比值的均值分別為-27.2±1.3、-26.5±1.6和-24.9±1.5‰；在豐水期則分別為-25.8±1.1、-26.6

8、±1.4、-26.0±1.5‰。POC碳同位素比值變化范圍在枯水期分別為-30.6-24.9、-27.6-24.7和-26.2-23.3‰；在豐水期則分別為-28.6-24.4、-27.7-24.5、-27.6-24.2‰。 烏江流域、舞陽河流域和清水江流域DOC、POC的丟失速率是不一樣的。烏江、舞陽河和清水江流域土壤DOC丟失速率分別是410mgm-2yr-1、517mgm-2yr-1、633mgm-2yr-1；POC丟失速

9、率分別是475mgm-2yr-1、140mgm-2yr-1、164mgm-2yr-1。對(duì)于DOC，是按照烏江流域、舞陽河流域和清水江流域這樣一種石漠化程度降低的順序而升高，對(duì)于POC是按照這種順序而降低。說明石漠化的生態(tài)系統(tǒng)供給DOC的能力底下，石漠化的生態(tài)系統(tǒng)主要是以土壤顆粒有機(jī)碳的丟失為主。烏江、舞陽河和清水江DOC通量分別是2.748×1010gyr-1、0.336×1010gyr-1、1.082×1010gyr-1；POC通量則

10、分別為3.183×1010gyr-1、0.091×1010gyr-1、0.281×1010gyr-1。 雖然枯水期和豐水期DOC、POC碳同位素組成呈現(xiàn)顯著變化，但其δ13C值要比水生浮游植物和沉水植物通常具有的碳同位素比值—-30‰大很多，說明其主要來自于流域土壤。POC碳同位素示蹤和濃度變化模式表明，石漠化的烏江流域土壤有機(jī)碳丟失強(qiáng)烈的區(qū)域是干流兩岸的農(nóng)業(yè)用地，夏季豐水期POC的平均δ13C值比枯水期的要偏正1.4‰，這是由