光伏电站植被恢复对土壤团聚体及化学计量特征的影响

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光伏电站大规模的开发和建设会对局部土壤理化性质产生重大影响,使土壤稳定性变差,土壤肥力降低,因此后期需要进行植被恢复以改善土壤肥力。本研究以内蒙古呼和浩特市土默特左旗大有光能源30MWp光伏农林牧示范基地为研究区,选取人工建植植被样地樟子松、黄芪和苜蓿3种植被恢复模式,分析不同植被类型在0~20 cm和20~40 cm土层土壤团聚体组成及稳定性、土壤团聚体碳氮磷含量及其化学计量特征以及碳氮磷储量,以此探究光伏电站不同植被类型在提高土壤团聚体稳定性、碳氮磷养分以及碳“汇”和氮“汇”方面的作用机制,为本研究区或其它类似干旱区光伏电站植被恢复提供理论依据。主要结论如下:(1)在0~40 cm土层中各样地土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)均随土层深度的加深而显著降低,且均属于弱变异;黄芪和苜蓿地对土壤SOC和TN的增加效应显著高于樟子松地。(2)黄芪地的C:P和N:P以及苜蓿地C:N、C:P和N:P均随土层深度的加深而显著降低;黄芪地的C:N最低,但C:P和N:P均显著高于其它样地。不同植被类型土壤C:N、C:P和N:P分别在6.89~9.18、5.63~10.51和0.66~1.28之间,低于我国平均值,氮素为本研究区最主要的限制性因子。(3)三种植被类型样地在0~20 cm土层中均以0.25~0.053 mm粒级团聚体含量为主体,20~40 cm土层中则是以>2 mm粒级团聚体含量最高;0~20 cm土层苜蓿样地土壤机械稳定性最高,20~40 cm土层黄芪样地土壤机械稳定性最高;上下层土壤水稳定性最强样地分别为黄芪样地和樟子松样地。(4)各植被类型各土层<0.053 mm粒级团聚体中SOC、TN和TP含量显著高于其它粒级团聚体;>2 mm和2~0.25 mm粒级团聚体对土壤SOC、TN和TP的贡献最大。(5)黄芪样地土壤团聚体C:N最低,但其C:P和N:P值高于樟子松和苜蓿地;樟子松样地主要加剧了<0.053 mm粒级团聚体与大团聚体(>2 mm,2~0.25 mm)之间的C:N差异,黄芪和苜蓿样地主要加剧了2~0.25 mm与>2 mm和0.25~0.053mm粒级团聚体之间的C:N差异;三种样地C:P和N:P最大值分布在2~0.25 mm粒级团聚体中,说明研究区土壤大团聚体磷的含量高。各植被类型土壤团聚体C:N、C:P和N:P的变化范围分别在6.35~11.51、3.81~15.31、0.43~2.19之间,接近我国C:N平均值,但远低于我国C:P和N:P平均水平。(6)不同植被类型土壤SOC、TN和TP储量分别在8.32~18.12 t·hm-2、1.02~2.15t·hm-2以及1.15~2.14 t·hm-2之间;各样地SOC和TN储量表现为随土壤深度的加深而显著降低的趋势;黄芪地土壤SOC储量在表土层中较樟子松和苜蓿样地显著增加了3.38 t·hm-2和1.29 t·hm-2,TN储量则显著增加了0.58 t·hm-2和0.34 t·hm-2,而TP储量最低,仅为1.71 t·hm-2;此外,黄芪样地团聚体碳氮储量均高于其它两个样地;三种植被类型各土层<0.053 mm粒级团聚体SOC、TN和TP储量最高,显著高于其它粒级。土壤以及各粒级团聚体碳氮磷储量变化与自身含量及含水量相关性密切。综合来看,黄芪对增强土壤碳“汇”和氮“汇”效果更佳,对改善光伏电站场区内土壤肥力有重大意义。
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