土地利用變化對土壤有機碳和土壤呼吸的影響.pdf

1、全球土壤有機碳庫約為1550Pg，約是陸地植被總碳儲量的3倍、大氣碳庫的2倍。土壤每年以土壤呼吸形式向大氣排放的60～80PgC，是人類燃燒化石能源排放到大氣的12～16倍。由于人口的增加、人類活動的不斷增強，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)濟快速發(fā)展，人類活動己使本區(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)濟林和農(nóng)田。紅壤區(qū)由于土壤有機碳庫儲量不高，土壤有機質(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，通過野外定位觀測和實

3、驗室分析，研究了土地利用變化對土壤碳庫、可溶性有機碳、輕組有機碳、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)濟林和坡耕地下降的幅度大。土地利用變化對表層土壤的影響顯著高于底層土壤，0～5cm土層有機碳含量和儲量受土地利用變化的影響最大，而0～20cm土層土壤有機碳儲量占0～100cm土層的30.43％～40.86％，成

4、為貯存有機碳的主要層次，40cm以下土層有機碳含量與儲量受土地利用變化的影響很小。 (2)0～100cm土層土壤有機碳儲量大小順序為：細柄阿丁楓天然林＞杉木人工林＞柑橘園＞錐栗林＞木荷人工林＞封山育林地＞坡耕地，其中細柄阿丁楓天然林SOC儲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、輕組有機碳占總有機碳比例均明顯下降，土地利用變化對輕組垂直分布的影響與植物根系分布深度相對應(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)土壤總有機碳與DOC(R2=0.7241，P＜0

7、.01,n=35)、輕組有機碳(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質(zhì)水平的最好指標(biāo)。易變碳之間也有極顯著的線性相關(guān)，其中微生物生物量碳與輕組有機碳之間相關(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，最高值一般出現(xiàn)在下午13：00～17：00時，最℃低值一般出現(xiàn)在凌晨3：00～7：00時，與土溫的最高值和最低值出現(xiàn)時間基本同步。細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)變化幅度相對于其他土地利用方式較小。不同土地利用方式在觀測年中土壤呼吸速率的波動范圍有明顯差異，細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