中亚热带不同退化程度林地土壤有机碳分解特征

摘要

本研究在湘东山地丘陵区选取4种处于不同退化程度林地（檵木-南烛-满山红灌草丛、檵木-杉木-白栎灌木林、马尾松-石栎-檵木针阔混交林和石栎-红淡比-青冈常绿阔叶林）为对象，于2016年4月（春季）、6月（夏季）、10月（秋季）按0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm、30 cm以下分层采集土壤样品，采用室内37℃恒温培养49天，碱液吸收—酸滴定法，结合SAS9.3统计软件，运用三库一级动力学模型，研究中亚热带不同退化林地土壤有机C库的分解特征、土壤有机C中的活性C库、缓效性碳库和惰性C库的大小及其周转时间，结合土壤养分特征，揭示不同退化林地土壤有机C库的形成机制及其稳定性，为中亚热带森林的恢复和重建，土壤有机C库管理提供科学依据。主要研究结果如下:
　　(1)植被退化对土壤有机C含量及其碳密度影响显著，各土层有机C含量及其密度均随着植被退化呈下降趋势。不同林地各土层有机C含量的3个季节算术平均值在2.35-41.23 g·kg-1，随土壤深度增加而下降，且0-10 cm土层显著高于其他3个土层(P＜0.05)。不同退化林地土壤有机C密度的变化规律与土壤有机碳含量的变化规律一致。地表凋落物层现存量、土壤理化性质对土壤有机C含量影响显著。
　　(2)49天培养期内，各土层有机C日均矿化量（矿化速率）均存在明显的阶段特征，培养初期(0-13d)，矿化量较大但不稳定，呈大幅度的下降;17d后，日均矿化量较低且相对稳定。不同退化林地对有机C矿化速率影响显著，在同一采样季节、同一培养时段同一土层有机C日均矿化量随着植被退化而下降;在季节变化上，同一林地同一培养时间同一土层有机C矿化速率表现为:秋季＞春季＞夏季。在垂直变化上，表土层有机C矿化速率显著高于其他3个土层(P＞0.05)，随土壤深度的增加而下降，且4种林地相邻土层之间的差异显著性而逐渐减弱。
　　(3)4种不同退化林地土壤有机C矿化累积释放量随时间变化趋势基本一致，随着培养期的延长，前期积累量增幅较大，后期增长缓慢，最后达到稳定增长。植被退化对土壤有机C累积矿化量影响显著。4种林地3个季节同一土层有机C累积矿化量随着植被退化而下降。同一培养时间同一林地土壤有机C累积矿化量表现为:夏季显著低于春、秋季，且春、秋季累积矿化量相差不大。在垂直方向上，4种林地土壤有机C累积矿化量均随着土壤深度增加而下降，3个季节0-10 cm土层有机C累积矿化量与其他3个土层差异显著(P＜0.05)。
　　(4)不同退化林地土壤有机C形态组成不一致。其中，活性C含量为0.02-0.24g·kg-1，占其土壤总有机C的0.33％-0.88％，平均驻留时间为3.75-11.94 d。从常绿阔叶林退化到灌草丛，土壤活性C含量逐渐下降，但活性碳占其土壤总有机C的百分比差异不显著（P＞0.05）。缓效性C含量为1.20-22.14 g·kg-1，占其土壤总有机碳的38.16％-72.81％，平均驻留时间为1.90-6.37a，除马尾松-石栎-檵木针阔混交林外，缓效性C含量占其土壤总有机C的百分比最高。惰性C含量为0.61-18.63 g·kg-1，占其土壤总有机C的26.58％-61.35％，平均驻留时间为574a。4种林地各土壤有机C组分均随土壤深度的增加而下降。土壤有机C各组分含量与土壤理化性质显著相关。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 研究背景

1．2 土壤有机碳库的研究进展

1．3 土壤有机碳矿化的研究进展

1．3．1 温度对土壤有机碳矿化的影响

1．3．2 水分对土壤有机碳矿化的影响

1．3．3 底物对土壤有机碳矿化的影响

1．3．4 土壤理化性质对土壤有机碳矿化的影响

1．3．5 人为干扰对土壤有机碳矿化的影响

1．3．6 森林类型对土壤有机碳矿化的影响

1．4 土壤有机碳矿化的研究方法

1．4．1 野外原位测定法

1．4．2 室内恒温培养法

1．5 研究目的及意义

2 研究地概况

3 研究方法

3．1 样地确定、固定样地设置和样地调查

3．1．1 样地确定

3．1．2 固定样地设置

3．1．3 样地调查

3．2 地表凋落物层现存量的测定

3．3 土壤样品采集、样品处理

3．4 土壤有机碳矿化速率的测定

3．5 数据处理

4 结果与分析

4．1 不同退化林地土壤有机碳库特征

4．1．1 不同退化林地土壤有机碳含量的变化特征

4．1．2 土壤有机碳含量与地表凋落物层现存量的关系

4．1．3 土壤有机碳含量与土壤理化性质的关系

4．1．4 不同退化林地土壤有机碳密度

4．1．5 小结与讨论

4．2 不同退化林地土壤有机碳的分解特征

4．2．1 不同退化林地土壤有机碳的分解速率

4．2．2 不同退化林地土壤有机碳矿化过程中碳的累积释放量

4．2．3 不同退化林地土壤有机碳矿化释放的CO2-C分配比例

4．2．4 小结与讨论

4．3 不同退化林地土壤活性碳库、缓效性碳库和惰性碳库大小及其周转期

4．3．1 土壤活性碳库、缓效性碳库和惰性碳库的一级动力学方程及参数拟合

4．3．2 不同退化程度林地土壤活性碳库、缓效性碳库和惰性碳库的库容

4．3．3 不同退化林地土壤活性碳库、缓效性碳库和惰性碳库的垂直分布

4．3．4 不同退化林地土壤活性碳库、缓效性碳库和惰性碳库的周转期

4．3．5 土壤有机碳各组分含量与土壤理化性质的关系

4．3．6 小结与讨论

5 结论

5．1 不同退化林地土壤有机碳库特征

5．2 不同退化林地土壤有机碳的分解特征

5．3 不同退化林地土壤活性碳库、缓效性碳库和惰性碳库大小及其周转期

6 研究展望

7 创新点

参考文献

附录

致谢