中亚热带山区两种母岩土壤团聚体稳定性及有机碳对森林转换的响应

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森林土壤碳库是陆地生态系统土壤碳库的主体,是森林生物量碳库的2-3倍和大气碳库的1.4倍,其微弱的变化都将引起大气CO2浓度的极大变动,在如今全球气候变暖的大背景环境下,对森林土壤碳循环的研究意义深远。土壤团聚体对有机碳的物理保护是土壤有机质稳定性的重要机制之一,固定了森林矿质土壤中70%以上的碳。同时,团聚体是土壤结构的基本单元,影响着土壤的通透性、持水性、抗蚀性等,在调节土壤肥力,维持土地生产力方面有重要作用。在全球气候变化的大背景下,有关团聚体稳定性及有机碳的研究也越来越受到关注。我国亚热带地区大面积的天然林转换成人工林已显著的改变了当地的森林生态系统的结构、功能和景观格局,然而有关不同母岩发育的土壤对森林转换的响应及反馈的研究仍缺少了解,从而成为本地区森林生态系统碳循环急需解决的重点内容。本研究选择福建大武夷山常绿阔叶林野外定位观测站三明观测点陈大采育林场本底条件一致,土壤均为花岗岩发育的米槠天然林、米槠人促林及杉木人工林;莘口镇格氏栲自然保护区本底条件一致,土壤均为砂岩发育的米槠天然林、米槠人工林及杉木人工林作为研究对象。通过研究不同母岩发育的土壤,其土壤团聚体稳定性、有机碳分布、有机碳矿化及有机碳组分(团聚体外游离轻组有机碳、团聚体内轻组有机碳、颗粒有机碳及矿物结合态有机碳)的差异,揭示不同母岩发育的土壤团聚体稳定性的机制,团聚体稳定性及有机碳组分对森林转换的响应机制,为进一步探讨中亚热带森林转换对土壤碳吸存的影响机理提供基础数据和支撑,也为我国亚热带山区森林经营方式的调整和提高土壤碳汇能力提供新的思路。结果表明:森林转换对土壤总有机碳、团聚体分布及稳定性、团聚体有机碳、碳组分都有一定影响,但不同母岩土壤反馈不一。两种母岩土壤天然林转换米槠人工林和杉木人工林造成>0.25 mm大团聚体数量平均下降8%和14%,MWD值平均下降了0.3和0.5 mm,但花岗岩土壤>2 mm大团聚体数量及团聚体稳定性高于砂岩土壤。花岗岩土壤中,团聚体稳定性与土壤总有机碳含量、粘粒含量及不同形态铁铝氧化物含量均呈显著正相关;砂岩土壤中,团聚体稳定性仅与土壤总有机碳含量极显著正相关。森林转换导致土壤团聚体有机碳含量随干扰强度增大而降幅增大,砂岩土壤>2 mm和0.25-2 mm团聚体有机碳含量平均下降了 39.93%和54.34%;花岗岩土壤>2 mm、0.25-2 mm、0.053-0.25 mm和<0.053 mm 团聚体平均下降了 26.53%、24.85%、27.57%和 14.73%。土壤团聚体有机碳含量对土壤有机碳含量的贡献率在66.88%-94.50%,砂岩土壤中0.25-2mm团聚体是有机碳贡献的主体,达39.27%-46.11%,花岗岩土壤中>2和0.25-2 mm团聚体有机碳贡献率相近,森林转换造成团聚体贡献率有所增加。团聚体有机碳累积矿化量大致随粒径的减小而减少,随干扰强度的增大而减少,花岗岩土壤>2 mm、0.25-2 mm及0.053-0.25 mm团聚体累积矿化量分别是砂岩土壤的1.17倍、1.33倍和1.57倍。森林转换引起非保护性碳组分(轻组有机碳、颗粒有机碳)有不同程度的下降,其中颗粒有机碳对森林转换响应敏感,砂岩土壤细颗粒有机碳响应极为敏感,花岗岩粗颗粒有机碳响应极为敏感,而矿物结合态有机碳降幅最小。砂岩土壤天然林转换成米槠人工林和杉木人工林引起的有机碳损失主要发生在细颗粒有机碳组分,分别下降了 35%和53%,占土壤碳组分损失的51%和48%;花岗岩土壤森林转换引起的有机碳损失主要集中在矿物结合态有机碳组分,分别下降了 19%和21%,占土壤碳组分损失的 49%和 51%。
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