烏江-沅江流域土壤有機碳的丟失：對喀斯特生態(tài)系統(tǒng)修復的指示意義.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的雙重沖擊，喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的石漠化已成為一個區(qū)域性的生態(tài)環(huán)境問題。中國擁有全球最大的喀斯特生態(tài)系統(tǒng)，它位于我國西南地區(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。雖然各級政府采取諸多措施遏止石漠化趨勢，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)健康耦合關系的微觀角度探討喀斯特生態(tài)系統(tǒng)石漠化機理

2、。 河流是流域碳循環(huán)信息的集成器，對河水的取樣要比對流域土壤的取樣簡單得多，通過河流顆粒有機碳和溶解有機碳濃度及其碳同位素組成的測定結合其時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)石漠化機理的新工具。貴州省的烏江、沅江流域是兩個石漠化程度不同、植被覆蓋度不一樣、土壤厚度和土壤有機質含量不一致、人類活動強度不同的生態(tài)系統(tǒng)，是研究喀斯特生態(tài)系統(tǒng)石漠化進程中碳循環(huán)狀況的理想對象。 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的烏江和沅江(舞陽河和清水江)水系的河流水樣品(每個取樣期的樣品數均為49個)，用孔徑為0.65μm的WhatmanGF/F玻璃纖維濾膜過濾后分別測定溶解有機碳(DOC)和顆粒有機碳(POC)的濃度及其碳同位素比值(δ13CPDB)。也隨機收集陸生植物樣品，測定其碳同位素組成。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。 DOC濃度是在ShimadzuTOC-5000分析儀上用高溫催化氧化差分法測得，DOC的碳同位素組成(δ13CPDB)是用改進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碳后用石英管高溫燃燒法獲得，測定碳同位素比值的是MAT252同位素比值質譜儀。 DOC和POC濃度及其碳同位素比值在空間上和時間上呈現明顯的變化。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碳丟失強烈的區(qū)域是干流兩岸的農業(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