论文部分内容阅读
森林土壤碳储量是陆地生态系统碳储量的重要组成。森林土壤碳汇/源功能是当今气候变化下的焦点,由于土壤自然异质性大,土壤实践活动如土地利用方式转变引起的土壤有机碳动态变化短时间内难以检测,而活性碳组分对短期环境变化的响应敏感,有助于理解短期内土壤碳动态变化。干热河谷是我国西南地区典型的生态脆弱带,其造林后不同林龄阶段土壤碳动态特征及其影响因素对评估区域和全球尺度的碳循环具有借鉴意义。本研究以金沙江干热河谷新银合欢人工林（约5年、10年、25年）为研究对象,以典型天然灌草丛为对照系统,研究新银合欢人工林不同林龄阶段和土层深度上土壤碳储量、活性碳组分、碳稳定性变化特征及其影响因子。主要研究结果如下:（1）干热河谷新银合欢人工林土壤有机碳（Soil organic carbon,SOC）储量随土壤剖面显著下降,随林龄呈现增加趋势。幼龄林、中龄林和成龄林的土壤（0-50 cm）SOC 储量分别为 0.56、0.77 和 0.89 t·hm-2,比天然灌草丛(0.43 t·hm-2)分别增加了 30.8%、79.4%和109.3%。林地土壤养分状况和地上植被生物量显著调控SOC储量变化。新银合欢凋落物碳输入贡献了 24.61-47.84%的土壤碳汇功能,且fnew随土壤剖面急剧下降,其中对表层（0-10 cm）SOC储量贡献达50%以上。新银合欢人工林的固碳速率(0.11-0.18 t·hm-2·year-1)、β值和Δδ13C均随林分生长呈现增加趋势,表明新银合欢林地土壤有机碳的积累和周转速率均随林龄增加。（2）土层深度和林龄阶段显著影响轻组分有机碳（Light fracti on organic carbon,LFOC）、热提取态有机碳（Hot water extractable organic carbon,HWEOC）、DOC/SOC、易氧化有机碳（Readily oxidizable carbon,ROC）、颗粒态有机碳（Particulate organic carbon,POC）和微生物生物量碳（Microbial biomass carbon,MBC）含量及其分配比例,林龄阶段显著影响可溶性有机碳（Dissolved organic carbon,DOC）含量、LFOC 和 HWEOC 的分配比例。ROC(1.17-22.32 g·kg-1)及其分配比例（17.08-71.66%）、POC(0.49-4.07 g·kg-1)、LFOC(30.27-337.96 mg·kg-1)、MBC(65.15-702.06 mg·kg-1)和 HWEOC(578.35-2191.00 mg·kg-1)含量沿着土壤剖面显著下降,DOC/SOC和RIC呈增加趋势,而DOC(243.06-1377.00 mg·kg-1)含量变化不明显。在林分发育过程中,POC、LFOC、DOC和ROC含量及其分配比例显著增加,灌草丛阶段具有最高的HWEOC、MBC含量及其分配比例以及最低的DOC/SOC,而POC/SOC在幼龄林阶段最低。与灌草丛相比,新银合欢林地ROC、POC和DOC储量分别增加了 1.80-4.10%、3.00-4.67%和4.00-6.00%。活性碳组分的含量及其分配比例与土壤养分状况存在显著正相关。（3）土壤碳矿化速率（Cmin）受到土层深度、林龄阶段以及两者交互作用的显著影响。土壤剖面上碳矿化速率的变化范围在灌草丛、幼龄林、中龄林和成龄林阶段分别为 6.33-21.21、6.83-22.09、4.17-19.69 和 5.75-38.44 μg CO2-C·g-1 soil·d-1。碳矿化速率随着土壤剖面呈显著下降趋势,表层土壤的碳矿化速率显著最高,其有机碳的稳定性最低。当归一化到土壤有机碳时,平均呼吸速率作为深度的函数没有变化。中龄林阶段新银合欢林地的土壤碳矿化速率显著最低,其有机碳的稳定性最高。沿着土壤剖面,土壤碳的水解酶活性下降而氧化酶和碳质量指数（The carbon quality index,CQI）增加。新银合欢林地土壤碳矿化速率受到SOC、活性碳组分含量以及碳水解酶的显著正效应,受到碳氧化酶的显著负效应。综上所述,在干热河谷地区造林新银合欢人工林会显著提高土壤有机碳储量及活性组分的碳储量。地上植被和土壤养分状况影响着土壤有机碳动态及其组成特征。林分生长过程中增大的活性碳组分含量将会改变土壤碳稳定性,最终导致中龄林阶段的新银合欢林地具有较高的土壤碳稳定性。因此,林地的植被特征、土壤的养分状况、活性碳组分特征及碳循环酶活性共同调控了干热河谷新银合欢林地土壤的碳汇功能及其稳定性的动态变化。本研究对于干热河谷地区人工林营造土壤碳稳定性具有一定的参考依据,对阐明新银合欢在干热河谷植被恢复中的碳汇作用提供科学依据。