论文摘要
土壤有机碳在岩溶生态系统碳循环中占据重要地位,是碳转移的重要媒介,也是表征土壤质量的重要指标之一。植被恢复是我国近年来岩溶石漠化治理,促进碳固持和封存的重要举措。地质背景在调节土壤有机碳库大小、动态变化和稳定性方面具有重要作用,然而目前缺乏针对不同植被恢复模式和不同植被类型的研究,对于土壤微生物、酶活性、土壤呼吸等与土壤有机碳生物过程相关联的多过程同步研究比较薄弱。据此,本研究以岩溶断陷盆地区不同地质背景下（岩溶区与非岩溶区）,不同植被类型（天然次生林、桉树和云南松人工林）林地土壤作为研究对象,开展岩溶区与非岩溶区内不同植被类型土壤碳库大小、稳定性、动态变化和调控机制研究。主要采用野外定点调查取样与室内分析检测相结合的方法,定量计算岩溶区与非岩溶区内不同林分土壤有机碳（SOC）、活性有机碳组分（易氧化有机碳:EOC;微生物量碳:MBC;可溶性有机碳:DOC;水溶性有机碳:WSOC;热水溶性有机碳:WHEOC）和惰性碳（NLC）含量、储量变化特征和稳定性;分析土壤微生物和酶活性对岩溶区与非岩溶区土壤有机碳组分的影响机制和内在调控作用;同步测定岩溶区与非岩溶区土壤呼吸速率,计算碳排放通量;通过野外标准溶蚀试片计算碳酸盐岩溶蚀速率,进而估算产生的碳汇量。通过本研究阐释断陷盆地岩溶区与非岩溶区土壤有机碳储量的差异及内在作用机制,突出岩溶生态系统植被恢复在区域土壤固碳方面发挥的重要作用,为西南岩溶地区应对全球气候变化和减源增汇提供科学依据。主要研究结果如下:（1）岩溶区与非岩溶区三种植被类型土壤SOC、EOC、MBC、DOC、WSOC、WHEOC和NLC含量和储量均表现出随土层深度增加而降低的趋势,“表聚性”特征明显。相同植被恢复模式下,岩溶区土壤有机碳储量显著高于非岩溶区,天然次生林在碳固持方面明显优于桉树和云南松人工林。岩溶区天然次生林、桉树和云南松0-30cm 土层深度土壤有机碳储量分别为74.08 t/ha、50.52 t/ha和42.79 t/ha;非岩溶区天然次生林、桉树和云南松0-30cm 土层深度土壤有机碳储量分别为32.43 t/ha、27.49 t/ha和25.52 t/ha;岩溶区0-30cm土层深度平均土壤有机碳储量是非岩溶区的1.93倍。相同植被类型条件下,岩溶区土壤碳素效率（EOC/SOC、MBC/SOC、DOC/SOC、WSOC/SOC和WHEOC/SOC）和有机碳活度均低于非岩溶区,表明非岩溶区土壤有机碳活性高,矿化分解能力强,稳定性差。（2）地质背景导致岩溶区与非岩溶区土壤微生物群落适应策略产生显著差异,土壤微生物生物量和酶活性整体表现为岩溶区高于非岩溶区。岩溶区三种植被类型土壤微生物生物量和酶活性整体表现为天然次生林>桉树>云南松,而非岩溶区土壤微生物生物量则表现为天然次生林>云南松>桉树。岩溶区与非岩溶区相同植被类型下土壤微生物生物量和酶活性均具有明显的“表聚效应”。岩溶区三种植被类型土壤GP:GN显著高于（P<0.05）非岩溶区相同植被类型,表明地质背景导致岩溶区土壤更有利于向“寡营养型”细菌的积累。非岩溶区云南松土壤真菌群落生物量具有绝对优势,较高的F:B能够加速云南松土壤有机碳矿化分解。岩溶区除土壤微生物GP:GN与所有碳组分均呈显著负相关外,其他微生物群落指标均与各类碳组分呈显著正相关关系（P<0.05）。非岩溶区土壤微生物群落总脂肪酸、细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、放线菌与丛枝菌根真菌仅与各活性有机碳组分呈显著正相关关系（P<0.05）。岩溶区土壤蔗糖酶、纤维素酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶与各类土壤碳组分呈显著正相关关系（P<0.05）;非岩溶区土壤酶活性仅与微生物量碳、可溶性有机碳、水溶性有机碳和热水溶性有机碳呈显著正相关关系（P<0.05）。（3）岩溶区三种植被类型土壤呼吸速率显著低于非岩溶区相同植被类型,表明岩溶区土壤呼吸速率对调控全球碳平衡作用不容忽视。岩溶区与非岩溶区三种植被类型土壤呼吸速率日、季尺度变化均呈现“单峰型”动态变化趋势。不同植被类型土壤呼吸速率在岩溶区与非岩溶区内均表现出天然次生林>桉树>云南松。岩溶区土壤呼吸速率与易氧化有机碳、可溶性有机碳、水溶性有机碳、热水溶性有机碳和惰性碳之间呈极显著正相关性（P<0.01）;非岩溶区土壤呼吸速率与土壤总有机碳、微生物量碳、可溶性有机碳和热水溶性有机碳呈极显著正相关性（P<0.01）。（4）岩溶区不同植被类型土下岩溶碳汇表现为天然次生林>云南松>桉树,表明天然次生林岩溶碳汇效应明显高于云南松和桉树人工林,岩溶区植被恢复有利于石灰岩溶解消耗土壤下层C02。不同年份三种植被类型土下溶蚀速率均表现为雨季明显高于旱季,雨季溶蚀速率在全年溶蚀速率中占据主导地位,雨热同期有利于岩溶作用的进行。岩溶区土壤呼吸速率与试片溶蚀速率之间呈极显著正相关（R2=0.775,P<0.01）,表明土壤呼吸产生的C02对岩溶作用具有促进作用,土壤C02积极参与岩溶作用的反应过程。土壤碳组分与岩溶作用呈正相关。（5）土壤呼吸作为土壤C库中C输出的主要形式,在岩溶区与非岩溶区对土壤碳组分具有极显著影响作用。岩溶区总脂肪酸、细菌群落和蔗糖酶对土壤碳组分影响最大,溶蚀作用对碳组分的影响作用虽小,但仍不容忽视;非岩溶区微生物数量少活性高,以“富营养型”的细菌和纤维素酶对土壤碳组分影响最大。综上所述,岩溶区特殊的环境条件相比于非岩溶区更加有利于土壤有机碳的积累。非岩溶区土壤有机碳稳定性较差,促进土壤活性有机碳库转化为更加稳定的惰性有机碳是非岩溶区未来土壤可能固碳的主要形式。相同植被恢复模式对土壤有机碳的关键生物学过程受地质背景调节。在全球变化背景下岩溶区土壤碳循环区别于非岩溶区,岩溶区发挥巨大的固碳效应。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 庞丹波
导师: 周金星,但新球
关键词: 土壤有机碳组分,有机碳稳定性,微生物群落结构,酶活性,土壤呼吸,岩溶碳汇
来源: 北京林业大学
年度: 2019
分类: 基础科学,农业科技
专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,林业
单位: 北京林业大学
分类号: S714.2
DOI: 10.26949/d.cnki.gblyu.2019.000141
总页数: 160
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