红壤侵蚀区芒萁对土壤有机碳稳定性的影响

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严重退化土壤固碳潜力巨大。生态修复措施的实施,我国南方红壤侵蚀退化地植被逐渐恢复,林下发育了大面积的芒萁群落,并快速增加了土壤碳吸存,研究芒萁覆盖下新形成的有机碳稳定性对理解退化土壤固碳机制具有重要意义。本文以福建省长汀县河田镇侵蚀退化山地为研究区,选择未治理地(Y0)、退化地上恢复13和31年的马尾松林(Y13,Y31)为实验地进行3种处理:保留林下芒萁覆盖(NRd)、去除芒萁覆盖(Rd)和林下裸地(CK),开展芒萁覆盖对土壤有机碳稳定性的影响研究,结果表明:CK土壤可溶性有机质(DOM)数量和分配比例均显著低于NRd(P<0.05),且Rd 土壤DOM数量和分配比例明显下降(P<0.05),表明芒萁覆盖对土壤DOM数量有维持作用;Y13和Y31马尾松林NRd 土壤DOM的芳香化指数(SUVA)以及腐殖化指数(HIXem和HIXsyn)均显著高于CK,E2:E3值却与之相反(P<0.05),表明NRd 土壤DOM结构中含有更多的芳香核,芳香化程度和腐殖化程度更高,且分子量更大,而Rd处理土壤中DOM的SUVA值(Y0降低不明显)以及HIXem和HIXsyn显著降低(P<0.05),表明芒萁覆盖对土壤DOM分子量大小和结构复杂程度也有维持作用;荧光发射和同步光谱以及红外光谱也表现出相同的趋势,由此可见,芒萁覆盖地可供给微生物足够碳源,维持碳平衡,并且DOM自身结构稳定,易被土壤胶体吸附,对土壤有机碳稳定性有积极影响。相比于CK,NRd 土壤团聚体中>0.25 mm粒级的水稳定团聚体明显更多,意味着芒萁覆盖下土壤结构更稳定,但去除芒萁一年后土壤>0.25 mm粒级的团聚体没有明显变化;土壤团聚体的平均重量直径(NWD)和平均几何直径(GMD)与SOC有良好的正相关性(P<0.05),表明团聚体的大小与土壤有机碳含量关系密切,而NRd 土壤团聚体的MWD和GMD均明显大于CK(P<0.05),但Rd和NRd 土壤并未见明显差异,表明芒萁覆盖地团聚体平均粒径团聚性更高,稳定性更强,故而其有机碳的稳定性也就更强。NRd和Rd 土壤团聚体粗颗粒性有机碳(cPOM)和细颗粒性有机碳(fPOM)的C/N值均比微团聚体保护的闭蓄态有机碳(mM)和与粘粒粉粒结合的闭蓄态有机碳(s+cM)高,而δ15N低(P<0.05),表明mM和s+cM稳定性更强,但CK按此规律变化并不明显;Y13和Y31马尾松林NRd 土壤不同粒级团聚体δ15N均显著低于CK(P<0.05),C/N值显著高于CK(P<0.05),且CK 土壤有机碳的相对稳定系数均显著低于NRd(P<0.05),意味着芒萁覆盖下的土壤有机碳的稳定性更强;本文还发现NRd 土壤有机碳的相对稳定系数随着植被的恢复在不断增加,但Rd和CK并无此规律,因此侵蚀地植被恢复过程中,芒萁可能是有机碳稳定性的关键影响因素,其也可能是土壤有机碳积累的主要贡献者。CK土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和土壤微生物磷脂脂肪酸总量(PLFAs)均显著低于NRd,且Rd 土壤MBC和PLFAs降低明显(P<0.05),表明芒萁覆盖下的土壤微生物数量明显多于林下裸地;相比与CK,NRd土壤革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(GP/GN)、环丙基脂肪酸/环丙基前体脂肪酸(cy/pre)和饱和直链脂肪酸/单不饱和脂肪酸(sat/mono)均明显降低,而真菌/细菌(F/B)和丛植菌根真菌(VAM)却明显增加(P<0.05),表明林下芒萁覆盖地土壤养分胁迫性不如林下裸地强,而土壤生态系统和有机碳稳定性更高。另外本研究还发现,NRd 土壤养分环境明显优于CK,且Rd 土壤养分环境明显恶化;NRd(Y0除外)土壤温度和pH显著低于CK(P<0.05),而各处理间土壤水分并未见显著差异。
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