土地利用變化對(duì)土壤有機(jī)碳和土壤呼吸的影響.pdf

1、全球土壤有機(jī)碳庫(kù)約為1550Pg，約是陸地植被總碳儲(chǔ)量的3倍、大氣碳庫(kù)的2倍。土壤每年以土壤呼吸形式向大氣排放的60～80PgC，是人類(lèi)燃燒化石能源排放到大氣的12～16倍。由于人口的增加、人類(lèi)活動(dòng)的不斷增強(qiáng)，土地利用和土地覆被發(fā)生了巨大變化，從而使更多的碳素釋放到大氣中，土地利用變化影響下相應(yīng)CO2的釋放已不容忽視。據(jù)報(bào)道，每年因土地利用變化所釋放的CO2約占全球CO2釋放量的25％。 我國(guó)亞熱帶山地丘陵紅壤區(qū)山高坡陡、降雨量

2、大且集中。由于人口密集，加上經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)己使本區(qū)域的土地利用方式發(fā)生了巨大的變化。大面積天然林經(jīng)皆伐、煉山和整地后改為人工林、次生林、經(jīng)濟(jì)林和農(nóng)田。紅壤區(qū)由于土壤有機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量不高，土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化是紅壤區(qū)域土壤質(zhì)量與土壤持續(xù)能力的重要表征。本地區(qū)土地利用的變化引起了人們的高度關(guān)注，鑒此本文在福建建甌市選擇了細(xì)柄阿丁楓天然林、木荷和杉木人工林、封山育林地、錐栗林、柑橘園和坡耕地七種閩北典型的土地利用方式，通過(guò)野外定位觀測(cè)和實(shí)

3、驗(yàn)室分析，研究了土地利用變化對(duì)土壤碳庫(kù)、可溶性有機(jī)碳、輕組有機(jī)碳、微生物生物量碳以及土壤呼吸的影響。研究結(jié)果表明： (1)不同土地利用方式土壤有機(jī)碳含量總體上隨著土壤深度的增加而減少。其中天然林、人工林、次生林整體上比經(jīng)濟(jì)林和坡耕地下降的幅度大。土地利用變化對(duì)表層土壤的影響顯著高于底層土壤，0～5cm土層有機(jī)碳含量和儲(chǔ)量受土地利用變化的影響最大，而0～20cm土層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量占0～100cm土層的30.43％～40.86％，成

4、為貯存有機(jī)碳的主要層次，40cm以下土層有機(jī)碳含量與儲(chǔ)量受土地利用變化的影響很小。 (2)0～100cm土層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量大小順序?yàn)椋杭?xì)柄阿丁楓天然林＞杉木人工林＞柑橘園＞錐栗林＞木荷人工林＞封山育林地＞坡耕地，其中細(xì)柄阿丁楓天然林SOC儲(chǔ)量分別比木荷人工林、杉木人工林、封山育林地、錐栗林、柑橘園和坡耕地的高55.17％、36.53％、75.44％、45.91％、44.07％和86.10％。 (3)不同土地利用方式土壤可

5、溶性有機(jī)碳含量總體上隨土層加深而降低，0～5cm土層DOC含最為40～60cm土層的2倍左右。其中細(xì)柄阿丁楓天然林0～5cm土層的DOC含量最高1682.08mg·kg-1。錐栗林的最低(904.19mg·kg-1)。 (4)不同土地利用方式隨土壤剖面深度增加，輕組含量、輕組有機(jī)碳占總有機(jī)碳比例均明顯下降，土地利用變化對(duì)輕組垂直分布的影響與植物根系分布深度相對(duì)應(yīng)。輕組的碳含量在16％～32％之間，碳氮比范圍約為20～36，均高于

6、全土的碳含量及碳氮比。輕組在土壤表層富集，(5)細(xì)柄阿丁楓天然林土壤微生物生物量碳含量最大，各土層間的差異也較大；坡耕地土壤微生物含量最小，不同土層間MBC含量接近，差異較小。細(xì)柄阿丁楓天然林MBC占SOC的比例約在3.35％～4.42％之間，平均比例最大；而柑橘園MBC占SOC的比例在1.48％～1.90％之間，所占比例最小且變化幅度較小，隨土層加深MBC占SOC的比例變化不明顯。(6)土壤總有機(jī)碳與DOC(R2=0.7241，P＜0

7、.01,n=35)、輕組有機(jī)碳(R2=0.6149，P＜0.01,n=35)微生物生物量碳(R2=0.7394，P＜0.01,n=35)含量均有極顯著相關(guān)(圖4)。在不同指標(biāo)中，土壤微生物生物量碳含量與土壤總有機(jī)碳含量的相關(guān)最緊密，與許多學(xué)者研究結(jié)果一致，表明土壤微生物生物量碳含量可以作為表征土壤有機(jī)質(zhì)水平的最好指標(biāo)。易變碳之間也有極顯著的線(xiàn)性相關(guān)，其中微生物生物量碳與輕組有機(jī)碳之間相關(guān)最大。 (7)不同土地利用方式的土壤呼吸日

8、變化均呈單峰曲線(xiàn)，最高值一般出現(xiàn)在下午13：00～17：00時(shí)，最℃低值一般出現(xiàn)在凌晨3：00～7：00時(shí)，與土溫的最高值和最低值出現(xiàn)時(shí)間基本同步。細(xì)柄阿丁楓天然林不同季節(jié)的日變化幅度在8％～47％之間，木荷人工林、杉木人工林、封山育林地、錐栗林和柑橘園的日變化幅度分別在11％～50％、11％～80％、10％～56％、15％～78％和20％～67％。不同土地利用方式土壤呼吸的日變化幅度最大出現(xiàn)在春季，而夏季的變化幅度最小。 (8

9、)不同的土地利用方式土壤呼吸具有明顯的季節(jié)變化，一般為夏季＞春季＞秋季＞冬季。其中柑橘園和坡耕地的季節(jié)變化幅度相對(duì)于其他土地利用方式較小。不同土地利用方式在觀測(cè)年中土壤呼吸速率的波動(dòng)范圍有明顯差異，細(xì)柄阿丁楓天然林年均土壤呼吸速率為5.52μmol·m-2·S-1，變化幅度為110％細(xì)柄阿丁楓天然林年均土壤呼吸速率比人工林、封山育林地、經(jīng)濟(jì)林和坡耕地高41.30％～66.08％。指數(shù)模型能較好的解釋土壤呼吸與土壤溫度的關(guān)系，土壤溫度變化