侵蚀沟壑区团聚体稳定性及有机碳矿化特征研究

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leeyongfan
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为了揭示土壤侵蚀对土壤结构稳定性以及有机碳矿化特征的影响,探究林下水蚀区碳源汇效应,本文选取典型南方红壤丘陵区——青原山小流域为研究区,依据地形因子将坡面划分为坡顶、坡上、坡中和坡脚,通过核素137Cs示踪技术研究小流域侵蚀沟壑区水土流失现状,分析了不同侵蚀区土壤团聚体稳定性及有机碳特征以及侵蚀背景下全土及团聚体有机碳矿化动态,其研究结果如下:(1)侵蚀沟壑区的坡顶处137Cs含量最高,且高于背景值,属于沉积区,而坡上、坡脚属于中度侵蚀,坡中属于轻度侵蚀。土壤侵蚀对土壤理化性质影响显著,沉积区养分有富集的现象,而在侵蚀区除了有机碳、全氮和碳氮比,其余理化性质受坡位影响显著。侵蚀沟壑区顺坡而下侵蚀过程表现为绝对沉积→绝对侵蚀→相对沉积→绝对侵蚀,其中地形因子是主导因素。(2)沉积区的大团聚体含量显著高于侵蚀区。侵蚀强度递增导致更多的大团聚体向微团聚体转化,导致沉积区土壤团聚体稳定高于侵蚀区,中度侵蚀的坡脚和坡上低于轻度侵蚀的坡中。其次,土壤侵蚀造成了侵蚀区有机碳在各粒径中的均匀分配,沉积区则表现为大团聚体碳高于微团聚体碳。综合团聚体指标和理化性质指标发现土壤侵蚀对团聚体稳定性具有直接效应和间接效应,其中间接效应主要体现在通过影响2-0.25mm团聚体的有机碳以及有机碳贡献率,最终影响团聚体稳定性。(3)全土以及团聚体有机碳矿化速率在培养前期(1-3d)先增加,然后快速下降直至趋于稳定,侵蚀区的累积矿化量低于沉积区。侵蚀区内坡脚和坡上的累积矿化量高于坡中。土壤大团聚体是全土有机碳矿化的主要贡献者,主要是因为大团聚体的有机碳含量和百分含量高于微团聚体,但是大团聚体的物理保护相比于微团聚体的化学保护而言更容易受到土壤侵蚀的影响。侵蚀区与沉积区的矿化动力学参数存在显著差异,沉积区有着更高的潜在矿化量C0值,更低的有机碳周转速率常数k值和矿化潜力C0/SOC值。大团聚体有机碳的矿化动力学参数与全土类似,微团聚体则出现略微波动。土壤理化性质中的机械组成、毛管孔隙度、饱和持水量、碳氮养分对土壤有机碳矿化有着显著的影响。综上所述,土壤侵蚀降低了土壤结构的稳定性,导致了土壤养分的流失,增加了土壤有机碳的矿化风险。从小流域尺度来说,土壤侵蚀更支持碳源的观点。侵蚀区与沉积区有机碳矿化特征的差异主要取决于本底有机碳的水平,即取决于土壤侵蚀导致的有机碳再分配;侵蚀区中,侵蚀强度的增加提高了侵蚀区的有氧呼吸,提高了土壤的累积矿化量,坡脚处更高的矿化量和更高的有机碳水平主要是由于有机碳的激发效应和泥沙的富集作用;沉积区中无氧呼吸的增加也提高了土壤有机碳的矿化量,而无论是侵蚀区还是沉积区,大团聚体都是土壤有机碳矿化的主要贡献者。
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