人为干扰对喀斯特土壤团聚体及其有机碳稳定性的影响

人为干扰对喀斯特土壤团聚体及其有机碳稳定性的影响内容摘要：

应 用 生 态 学 报摇 2011 年 4 月摇 第 22 卷摇 第 4 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2011,22(4) : 971-978 人为干扰对喀斯特土壤团聚体及其有机碳 稳定性的影响 * 魏亚伟 1,2,3,4 摇 苏以荣 1,2** 摇 陈香碧 1,2,4 摇 何寻阳 摇 覃文更 摇 韦国富 1,2 5 ( 1 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙 410125; 2 5 中国科学院环江喀斯特生态系统观 测研究站, 广西环江 547100; 中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110016; 中国科学院研究生院, 北京 100039; 5 广西 3 4 木论国家级自然保护区, 广西环江 547100) 摘摇 要摇 以桂西北喀斯特原生林地、自然恢复地、放牧+火烧草地和玉米鄄红薯轮作地为对象, 研究了不同人为干扰方式下 4 种生态系统中土壤团聚体含量及其有机碳的稳定性. 结果表 明: 除玉米鄄红薯轮作地土壤的水稳性团聚体( >0郾 25 mm) 含量为 37郾 7% 外,其余样地土壤水 稳性团聚体 ( > 0郾 25 mm) 含 量 均 大 于 70% ; 土 壤 团 聚 体 结 构 破 坏 率 为 玉 米鄄红 薯 轮 作 地 (54郾 9% ) >放牧+火烧草地(23郾 2% ) >自然恢复地(9郾 8% ) 和原生林地(9郾 6% ) ,差异显著. 随 培养时间的延长,团聚体有机碳的矿化速率先增加后减小,20 d 后趋于平稳,而且随团聚体粒 级的减小逐渐增大;相同粒级团聚体中有机碳的矿化速率为原生林地>放牧+火烧草地和自然 恢复地>玉米鄄红薯轮作地;原生林地有机碳矿化率在 1郾 7% ~ 3郾 8% ,显著高于自然恢复地、放 牧火烧草地和玉米鄄红薯轮作地;有机碳的累积矿化量与矿化速率变化规律一致. 土壤有机碳 和团聚体中有机碳含量分别与矿化速率和累积矿化量呈极显著正相关,与矿化率极显著负 相关. 关键词摇 喀斯特生态系统摇 土壤团聚体摇 有机碳摇 矿化 文章编号摇 1001-9332(2011)04-0971-08摇 中图分类号摇 S151郾 9, S152郾 4摇 文献标识码摇 A Effects of human disturbance on soil aggregates content and their organic C stability in Karst regions. WEI Ya鄄wei1,2,3,4 , SU Yi鄄rong1,2 , CHEN Xiang鄄bi1,2,4 , HE Xun鄄yang1,2 , QIN Wen鄄 geng5 , WEI Guo鄄fu5 ( 1 Key Laboratory for Agro鄄ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China; 2 Huanjiang Ob鄄 servation and Research Station for Karst Ecosystems, Huanjiang 547100, Guangxi, China; 3 Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China; 4 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China; 5 National Natural Reserve of Mulun in Guan鄄 gxi, Huangjiang 547100, Guangxi, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(4) : 971-978. Abstract: Taking the primary forest land ( PF) , natural restoration land ( NR) , grazing grassland burned annually in winter ( GB) , and maize鄄sweet potato cropland ( MS) in Karst regions of North鄄 west Guangxi as test objects, this paper studied the soil aggregates content and their organic C sta鄄 bility in the four ecosystems under different human disturbance patterns. The soil water鄄stable ag鄄 gregates ( >0郾 25 mm) content in PF, NR, and GB accounted for more than 70% , while that in MS was only 37% . The destruction rate of soil aggregates structure in the four ecosystems decreased in the sequence of MS (54郾 9% ) > GB (23郾 2% ) > NR (9郾 8% ) and PF (9郾 6% ) , with significant differences among them ( P<0郾 05) . With increasing incubation time, the mineralization rate of soil aggregate organic C decreased after an initial increase and kept stable after 20 days, and increased with decreasing aggregate size. In the same size aggregates, the mineralization rate of organic C in the four ecosystems increased in the sequence of MS < GB and NR < PF. In PF, the mineralization ratio of soil organic C was 1郾 7% -3郾 8% , being significantly higher than that in NR, GB, and MS. The cumulative mineralization amount of soil organic C had the same change trend with the minerali鄄 *中国科学院知识创新工程重要方向项目( KSCX2鄄YW鄄436,KZCX2鄄YW鄄JC403) 和中国科学院战略性先导科技专项( XDA05070403) 资助. **通讯作者. E鄄mail: yrsu@ isa. ac. cn 2010鄄10鄄31 收稿,2011鄄01鄄18 接受. 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷 972 zation rate. The contents of soil organic C and aggregate organic C were significantly positively cor鄄 related with the mineralization rate and cumulative mineralization amount of organic C, respective鄄 ly, and significantly negatively correlated with the mineralization ratio of organic C. Key words: Karst ecosystem; soil aggregate; organic C; mineralization. 摇 摇 喀斯特地貌是世界上主要的地貌类型之一,由 1摇 研究地区与研究方法 界面与土壤之间缺乏风化母质的过渡层,其生态环 1郾 1摇 研究区概况 于其成土速率低、土层发育浅、土壤渗漏性强,岩石 境极其脆弱. 我国喀斯特地貌主要分布在西南地区, 以广西、贵州、云南为中心,总面积达 5郾 4 伊10 km , 5 是国家进行环境治理与扶贫的重点和难点 [1] 2 . 随着社会的发展,人类活动对生态系统及过程 的作用越来越明显. 人类对土地的利用方式不仅反 映了人类对各种土地资源利用活动的结果,并且形 成了不同时间和空间尺度上的土地覆被状况 [2] ,进 而影响到生态系统的变化. 在最近几十年甚至百年 尺度上,由于人类活动影响产生的环境变化已经超 过了由自然因素引起的环境变化 [3] ,因此,人为干 扰已经成为改变生态系统尤其是喀斯特地区极其脆 弱的生态系统的主要因素. 土壤碳库是陆地碳库的重要组成部分,据估计, 全球有 1400 ~ 1500 Gt 的碳是以有机质的形式存储 于土壤中,是陆地植被碳库的 2 ~ 3 倍,是全球大气 碳库的 2 倍多 [4-5] ,其较小幅度的变化就可能影响 到大气 CO2 浓度的巨大变化. 研究表明,土壤有机 碳含量与土壤团聚体密切相关,良好的土壤结构是 储存和稳定有机碳的重要基础,因此,关于团聚体及 团聚体 中 有 机 碳 含 量 的 变 化 逐 渐 受 到 人 们 的 关 注 [6] . 张旭辉等 [7] 相关;李辉信等 trow 等 季,无霜期长,年均气温 16郾 5 益 ~ 19郾 9 益 ,年均降 雨量 1389 mm,降雨集中在 4—9 月;原生植被为亚 热带常绿阔叶林,土壤多为石灰岩母质发育形成,具 有典型的喀斯特地貌. 根据生态系统所受的人为干 扰强度不同,选择了母质均为石灰岩的 4 种典型生 态系统:1) 玉米鄄红薯轮作地( MS) :主要作物