亚热带人工针叶林土壤溶解性有机碳动态变化特征和控制因素研究

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溶解性有机碳(DOC)是土壤有机碳的易变部分,在陆地生态系统碳循环中起着重要的作用。自2007年11月至2010年10月期间在中国科学院地理科学与资源研究所千烟洲生态站对不同人工针叶林土壤溶液DOC、可溶性有机氮(DON)、DOC储量季节和剖面变化及DOC控制因子进行了研究,阐明了DOC、DON随季节、土壤厚度发生的变化,探讨了不同林种控制对照(CK)和氮、磷施肥情景下的土壤DOC的变化特征,分析了环境因素对土壤DOC季节变化特征的调控作用,主要结论如下:  (1)湿地松林、马尾松林、杉木林土壤溶液DOC浓度(平均值±标准差)分别为10.7±4.5、9.3±3.7、7.7±3.4 mg/L。不同人工林土壤DOC浓度具有不同的年际和季节变化规律。生长期(3-10月)DOC浓度年际变化从高至低顺序为:2009年>2008年>2010年。三个林种DOC浓度年际变化最高值均为2009年。湿地松林土壤DOC季节浓度从高至低顺序:秋季>夏季>春季>冬季;马尾松林:秋季>春季>冬季>夏季;杉木林:秋季>夏季>冬季>春季。三个林种的季节最高值均出现在秋季。湿地松林0-30cm不同土壤层DOC储量季节变化具不同规律。0-10cm土层从高至低顺序:春季>夏季>冬季>秋季;10-20cm:夏季>春季>秋季>冬季:20-30cm:秋季>夏季>春季>冬季。10-20cm和20-30cm土层DOC储量的最低值均在冬季。  (2)不同人工林DOC浓度在土壤剖面变化具有不同特征。湿地松林DOC平均浓度及春季DOC的平均浓度从高至低顺序:10cm>20cm>30cm>50cm;马尾松林:20cm>10cm>30cm;杉木林:20cm>30cm>10cm。湿地松林0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm土层储量平均值为251.3~282.6mg/m2,各层之间相差较小。春季和夏季DOC储量由高至低顺序:0-10cm>10-20cm>20-30cm;秋季和冬季:20-30cm>10-20cm>0-10cm。  (3)三种人工林在施N肥、施P肥、施N、P肥条件下,土壤DOC浓度的变化规律:湿地松林施三种肥后,DOC浓度均降低,其中以施N肥降低的幅度最大;马尾松林施N肥和施P肥后,DOC浓度略有下降,施N、P肥后基本保持不变;杉木林经过施三种肥后,均呈现降低,降低的幅度大致相同。  (4)不同施肥条件下,湿地松林土壤溶液DON浓度从高至低顺序:施N肥>施P肥>CK>施N、P肥;湿地松林DOC/DON比值在CK、施N肥、施P肥和施N、P肥样地平均值分别为:15.1、8.3、15.9、17.0,从高至低顺序施N+P肥>施P肥>CK>施N肥,施N肥后DOC/DON比值降低,施P肥、施N+P肥后基本保持不变。湿地松对照样地DOC/DON比值在10cm、20cm、30cm、50cm深度的值分别为16.5、12.1、11.4和16.4;施N肥后,在10 cm、30 cm、50 cm深度DOC/DON比值均明显降低;施P肥、同时施N肥、P肥后,在多个深度均呈现增加;三个不同施肥处理中,在施N肥样地50cm处DOC仍ON比值最低,与对照样地相比,减小的幅度最大。  (5)湿地松林DOC浓度、SOC含量随土壤深度增加而减少的共同变化趋势,以及DOC浓度与SOC含量正线性相关的模拟结果(R2=0.19,p<0.01),表明SOC是土壤溶液DOC浓度的主要控制因素之一。在湿地松林、马尾松林和杉木林,10 cm深度DOC浓度和5 cm土壤温度间具有指数正相关关系(R2=0.12,p<0.01)。在湿地松林土壤剖面,DOC浓度与土壤温度具线性负相关关系(R2=0.15,p<0.001),同时湿地松林、马尾松林和杉木林,土壤溶液10cm深度DOC浓度和5 cm土壤湿度之间具有指数负相关关系(R2=0.16,p<0.1)。湿地松林取样前10天、30天和60-30天内季节降雨量分别与10cm、30 cm深度DOC季节平均浓度、研究区DOC季节平均浓度分别进行模拟,结果表明:取样前不同时间内的降雨量对不同深度DOC的季节浓度具有不同的影响。  本文开展的不同人工林DOC浓度、DOC储量、DON、DOC/DON的季节和剖面上动态变化特征的研究,对于亚热带人工林生态系统碳收支、氮循环研究具有重要意义。DOC控制因子及不同施肥对DOC浓度影响的研究,为全球气候变化、大气氮沉降对亚热带人工针叶林土壤DOC的可能影响、生态环境改善提供重要的科学依据。
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