不同土地利用方式下热带SOC累积特征及相关性分析

来源 :海南师范大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:zqg860808
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土壤是地球表层系统中最大且最活跃的碳库之一,而土壤有机碳(SOC)又是土壤碳库的重要的构成部分,据估计,全球SOC储量大约为1550 Pg(1 Pg=1015 g),是大气碳库的3倍,是陆地植被碳库的2-4倍,因此,土壤碳库较小的变化都能引起大气中CO2浓度发生波动,进而对全球气候产生重大的影响。此外,SOC对土壤质量、肥力及土壤可持续生产能力也有着重要影响。SOC不仅为植被生长提供碳源,而且SOC对土壤的物理、化学、热学特征及土壤生物活性都有重大影响,增加SOC含量能改善土壤微团聚体结构,提高土壤结构稳定性和抗蚀性,增强土壤保水、保肥能力,对维持土壤质量和保持稳定的产量起着关键的作用。正因为如此,SOC研究已成为人们普遍关注的焦点之一。已有研究表明,土地利用方式可直接影响SOC的累积与释放、结构和分解速率,并最终对地球表层系统中碳循环产生深远的影响。因此,研究不同土地利用方式下SOC分布特征及其与土壤理化性质的相关性对提高土壤碳固存、土壤可持续利用和农业生产活动等方面具有重要的意义。需要指出的是,尽管前人对SOC做了许多研究,但主要集中在SOC含量估算、时空变化规律和影响因素等方面,而不同土地利用方式的影响程度及影响因子的差异性如何?不同土地利用方式下土壤固碳作用与土壤理化性质的相关程度如何等诸多问题依然没有得到解决,有些问题甚至得出截然不同的结论。就海南来说,因其地处热带,土地利用率远高于国内其他地区,人类干扰尤其强烈,土地利用方式对SOC的累积影响更大。然而目前对区内不同利用方式下SOC的分布规律、影响机理及其与土壤理化性质的相关关系研究相对较少,土地利用方式的转变对有机碳累积的影响也没有明确的结论。因此,探讨区内SOC分布特征,了解其与土壤性质的相关关系对提高区内土壤质量、实现土壤资源的可持续利用具有重要理论与实际意义。本次研究选择海南定安县田洋村等9个有代表性的行政村作为主要采样区,以农田、菜地、撂荒地和经济林地为研究对象,通过收集资料、野外采样和实验处理,分析不同土地利用方式下SOC、颗粒有机碳、矿物结合态有机碳、团聚体有机碳的分布特征,阐明土壤理化性质与SOC的关系,为区域土壤质量改良及土壤质量可持续利用提供借鉴。研究得出的主要结论如下:(1)研究区0~30 cm土层内,土壤总有机碳的含量为0.37~21.19 g/kg之间,平均值为8.70±1.48 g/kg,变异系数为0.67,土壤总有机碳含量水平分布和垂直分布的空间变异较大。不同的土地利用方式SOC含量存在差异,表现为:农田>撂荒小于3年>菜地>撂荒3~8年>撂荒8~10年>经济林地。在垂直方向上呈现出随着土层深度的增加而减少的趋势,其中SOC含量最高均出现在表层,说明了SOC具有表聚现象。(2)研究区土壤颗粒总有机碳均值为2.06 g/kg,变幅为0.37~2.44 g/kg,在0~30 cm的土层中,不同的土地利用下土壤颗粒有机碳含量表现出与土壤总有机碳相似的规律,即:农田>撂荒小于3年>菜地>撂荒3~8年>撂荒8~10年>经济林地。另外,撂荒3~8年、撂荒8~10年与经济林地土壤颗粒有机碳占相应利用方式总有机碳的比例偏低。在垂直方向上呈现出与土壤总有机碳相似的表聚现象。(3)研究区土壤矿物结合态有机碳平均值大小依次为:农田>撂荒小于3年>菜地>撂荒3~8年>撂荒8~10年>经济林地,这和SOC含量的分布特征上基本相似。另外,农田、菜地和小于3年的撂荒地土壤矿物结合态有机碳在总有机碳中的占比较高。在垂直方向上,除经济林地底层(20~30 cm)呈增加趋势外,其它土地利用方式下的矿物结合态有机碳含量均随着土层的增加而呈减少的趋势。(4)研究区0~30 cm土层内,在不同土地利用方式下土壤团聚体的各粒径组成存在差异,尤其是农田中粒径为>5 mm团聚体含量变化最为明显,说明了在土地利用方式的变化过程中,人为活动对粒径大的团聚体较为敏感。在不同土地利用方式下土壤团聚体有机碳含量也存在差异,土壤团聚体有机碳含量表现为菜地>农田>经济林地>撂荒小于3年>撂荒3~8年>撂荒8~10年,进一步说明了撂荒年限在10年内不利于土壤团聚体有机碳的累积。(5)本研究的土壤粒度组成以粘粒(21.23%~38.83%)、粉粒(16.38%~40.41%)和砂粒(58.81%~20.95%)为主。除经济林地外,土壤粘粒的含量随着土层深度的增加呈递减趋势,而砂粒的含量随着土层的深度的增加呈递增趋势。相关性分析表明,SOC含量与土壤粘粒含量和粉粒含量呈正相关的关系,而SOC与砂粒含量呈负相关的关系。(6)研究区的平均pH值表现为经济林地(5.68)>不同年限撂荒地(5.60)>菜地(5.53)>农田(5.21)。相关性分析结果可知,本研究区的SOC和pH值之间呈负相关关系。
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