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随着大规模石漠化治理与生态建设工程的实施,西南喀斯特地区植被覆盖率持续提高,生态系统退化趋势发生逆转。植被恢复对退化生态系统碳氮固定具有重要的促进作用,目前国内外研究一致认为退化生态系统恢复有利于植被碳氮的积累,但对土壤碳氮的变化方向和变化量还存在争议。一般认为植被恢复初期土壤碳氮固定相对较少。本研究基于定点回顾实验设计,通过分析2005年初(退耕还林还草初期)和2014年底典型喀斯特石漠化治理示范区(古周移民迁出示范区)土地利用类型和土壤碳氮的变化和土地利用类型的变化特征,明确了喀斯特退化生态系统植被恢复对土壤碳氮积累的影响,评价了不同恢复模式的土壤碳氮固定效应。研究结果对石漠化区域土地利用结构的优化调整和可持续恢复具有重要的科学参考和实践指导意义。其主要结论如下: (1)就空间格局而言,退耕还林还草初期土壤碳氮高值聚类区主要分布在坡脚早地和荒地(荒草)类型区,退耕还林还草10年后其高值聚类区主要分布在荒地(灌丛和荒草)类型区。退耕前后,土壤碳氮的低值聚类区皆分布在洼地早地类型区。2005年和2014年土壤有机碳半变异函数的拟合模型相同,皆是球状模型,但退耕还林还草导致其空间异质性增强;而土壤全氮半变异函数的拟合模型不同,由指数模型变为球状模型,退耕还林还草导致其空间异质性减弱。 退耕还林还草对土壤碳氮具有重要影响,治理工程实施10年后,示范区土壤有机碳从16.5g/kg增加至18.6g/kg,显著增加了2.1g/kg,土壤全氮从2.12g/kg增加至2.18g/kg,增加了0.06g/kg。说明退耕还林还草工程有利于喀斯特退化生态系统土壤有机碳的累积,而土壤全氮积累不大;其中育林后与退耕为牧草、人工林牧草间种和荒地,土壤有机碳含量显著增加,说明喀斯特地区退耕还林还草有利于示范区的固碳,尤其还草模式对固碳贡献较大。而退耕为单一树种(任豆)的人工林地固碳不明显且土壤全氮呈现负增长。同一土地利用历史,示范区旱地和牧草转变地各类型中撂荒是土壤碳氮变化速率最高的退耕模式。相同的退耕模式(旱地→荒地),洼地土壤有机碳变化速率高于坡地。 (2)喀斯特地区退耕还林还草的碳汇效应表现为:退耕还林还草工程中表层和剖面土壤固碳量分别为8.7×104kg和17.0×104kg,10年间退耕还林还草工程分别提高了研究区域8.9%的表层土壤碳储量和6.7%的剖面土壤碳储量。就喀斯特洼地和坡地不同的土壤环境来说,洼地表层平均土壤碳密度及增量低于坡地,但剖面平均土壤碳密度及增量却高于坡地。相同的类型转变模式下(旱地→荒地),坡地的表层碳密度高于洼地,而剖面的碳密度低于洼地,但坡地表层和剖面的土壤固碳速率低于洼地。相同的土地利用历史,旱地和牧草撂荒为荒地后,表层和剖面土壤固碳速率最高。