浅层滑坡区植被恢复对土壤有机碳稳定性及周转的影响

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白龙江流域陇南段是长江上游重要的生态屏障,同时也是我国浅层滑坡多发区之一,该地区已开展多年生态修复工程。植被恢复可以改善土壤结构、影响土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)稳定性,被认为是修复退化生态系统的有效措施,在这一过程中提高土壤“碳汇”能力是浅层滑坡区生态修复的关键目标。目前研究大多集中在植被恢复对SOC储量的影响上,而SOC的稳定与周转是决定土壤碳固存的重要因素。本研究选取该地区典型生态修复类型:橄榄林(Olea europaea L.)、天然灌木(Ziziphus jujuba)、天然草地(Cynodon dactylon L.)、农田(Zea mays L.)为研究对象,结合稳定碳同位素技术分析各植被类型下表层(0-20 cm)和底层(40-50 cm)土壤团聚体的结构、碳氮分布及土壤基本理化性质,以期系统调查研究区不同植被修复类型对SOC稳定性及周转的影响。主要结论如下:(1)各植被类型下,0-20 cm深度SOC含量变化范围为4.6-10.18 g kg-1。天然草地SOC含量最高,为9.55 g kg-1,橄榄林最低,为5.88 g kg-1,草地SOC含量约为橄榄林的1.6倍。40-50 cm深度SOC含量变化范围为1.80-3.90 g kg-1,其中草地与灌木有机碳含量无显著差异,但大于橄榄林与农田底层有机碳含量。(2)橄榄林、灌木与草地土壤中,团聚体比例含量均随土壤团聚体粒径的减小而增加,底层农田土壤各粒径团聚体比例含量分布无显著差异。0-20 cm土壤大团聚体中SOC含量最高,微团聚体内SOC含量最低,40-50 cm土壤各团聚体间SOC含量差异不显著。底层土壤各团聚体中土壤有机碳与总氮含量显著低于表层土壤。(3)各植被土壤中多糖组分含量最高,其次是芳香族,醇酚含量最低(占比仅为6%左右)。橄榄林土壤各团聚体中多糖占比为75%左右,显著高于其他三种植被土壤;芳香族碳含量与多糖呈现出完全相反的趋势,橄榄林土壤中芳香族碳占比为20%左右,为最低,草地土壤占比为26%左右,为最高,结果表明草地土壤有机碳化学结构稳定性高于其他三种类型。(4)各植被类型下,底层土壤团聚体有机碳稳定程度普遍高于表层土壤,橄榄林、天然灌木和草地土壤中密度组分有机碳流动路径表现为:f LF<1.6(free light fractions,ρ<1.6 g cm-3)→MF>2.0(mineral fractions,ρ>2.0 g cm-3)→o DF1.6-2.0(dense occluded fractions,ρfrom 1.6 to 2.0 g cm-3)。农田土壤表现为MF>2.0→f LF<1.6→o DF1.6-2.0。灌木土壤有机碳与凋落物的δ13C差值最大,草地最小,表明草地SOC周转速率最慢,灌木SOC周转速率最快。四种植被修复类型中,草地SOC化学结构稳定性最高,其SOC周转速率最慢,表明草地土壤的固碳能力最大;橄榄林SOC稳定性最低,不利于SOC的固存。农田土壤碳流动路径不同于其他生态修复类型,因此认为人类活动可能改变相关SOC固存途径。本研究结果对于揭示SOC稳定性及周转对植被修复的响应具有重要意义,为优化浅层滑坡地区植被修复模式提供科学支撑。
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