植被恢復(fù)對(duì)巖溶石漠化區(qū)土壤有機(jī)碳及輕組有機(jī)碳的影響

李衍青, 蔣忠誠(chéng), 羅為群, 鄧 艷, 藍(lán)芙寧, 覃星銘

〔1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 巖溶地質(zhì)研究所 國(guó)土資源部巖溶生態(tài)系統(tǒng)與石漠化治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西 桂林 5 41004; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢), 湖北 武漢 430074〕

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植被恢復(fù)對(duì)巖溶石漠化區(qū)土壤有機(jī)碳及輕組有機(jī)碳的影響

李衍青1,2, 蔣忠誠(chéng)1, 羅為群1, 鄧 艷1, 藍(lán)芙寧1, 覃星銘1

〔1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 巖溶地質(zhì)研究所 國(guó)土資源部巖溶生態(tài)系統(tǒng)與石漠化治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西 桂林 5 41004; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢), 湖北 武漢 430074〕

[目的] 通過(guò)分析石漠化治理區(qū)不同植被恢復(fù)年限對(duì)土壤有機(jī)碳(SOC)及其組分影響，為該地區(qū)石漠化的治理提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 [方法] 以重度石漠化土地作為對(duì)照，運(yùn)用空間代替時(shí)間的方法，研究了廣西壯族自治區(qū)平果縣果化巖溶石漠化區(qū)植被恢復(fù)5，10，15，20 a后土壤(0—30 cm)SOC和土壤輕組有機(jī)碳(LFOC)的變化。 [結(jié)果] 石漠化土地在進(jìn)行植被恢復(fù)后，SOC和LFOC含量明顯增加；植被恢復(fù)使表層0—10 cm的SOC和LFOC儲(chǔ)量明顯增加，且隨著恢復(fù)時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸變大，同時(shí)植被恢復(fù)對(duì)表層(0—10 cm)SOC和LFOC儲(chǔ)量的影響要遠(yuǎn)高于下層(20—30 cm)；植被恢復(fù)后LFOC儲(chǔ)量的增幅遠(yuǎn)高于SOC儲(chǔ)量。 [結(jié)論] 在石漠化區(qū)進(jìn)行植被自然恢復(fù)可以有效防止土地石漠化，增加碳的流通。

植被恢復(fù); 土壤有機(jī)碳; 輕組有機(jī)碳; 巖溶石漠化區(qū)

文獻(xiàn)參數(shù)： 李衍青, 蔣忠誠(chéng), 羅為群, 等.植被恢復(fù)對(duì)巖溶石漠化區(qū)土壤有機(jī)碳及輕組有機(jī)碳的影響[J].水土保持通報(bào)，2016,36(4)：158-163.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.04.029

土壤有機(jī)碳(soil organic carbon, SOC)是陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的碳庫(kù)和營(yíng)養(yǎng)元素庫(kù)，不僅影響植物的生產(chǎn)力，同時(shí)有機(jī)碳與大氣CO2的轉(zhuǎn)化影響大氣中CO2的濃度，與氣候變化直接相關(guān)。在全球變暖的趨勢(shì)下，人們希望土壤能夠固定更多的大氣CO2，土壤碳庫(kù)因儲(chǔ)量巨大，其微小的變化就可能影響全球的碳平衡，其已經(jīng)被作為緩解大氣CO2濃度升高的沉積庫(kù)[1]。隨著對(duì)土壤碳循環(huán)過(guò)程的深入研究，如何恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)土壤固碳潛力成為關(guān)注的熱點(diǎn)。目前，通過(guò)利用土壤有機(jī)碳不同組分的變化來(lái)探討土壤碳庫(kù)變化的研究日益增多[2]。根據(jù)SOC密度大小,可將其分為輕組(light fraction, LF)和重組(heavy fraction, HF)兩大組分[3]。其中,輕組常指土壤有機(jī)碳中密度低于1.6～2.0 g/cm3的部分，由未完全分解的動(dòng)植物殘?bào)w和微生物殘骸等組成，具有易分解、周轉(zhuǎn)快等特點(diǎn)[4]。與SOC相比，輕組有機(jī)碳(light fraction organic carbon, LFOC)能更迅速指示土壤質(zhì)量的變化，其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的變化更為敏感[5]，因此可作為土壤潛在生產(chǎn)力和土壤管理措施引起的土壤有機(jī)碳庫(kù)變化的早期指標(biāo)[6]。

西南裸露型巖溶區(qū)是全球3大碳酸鹽巖連續(xù)分布區(qū)之一，土地的石漠化是西南巖溶區(qū)最嚴(yán)重的土地退化問(wèn)題[7-8]。截止2011年，中國(guó)石漠化土地仍占巖溶區(qū)土地面積的26.5%[9]。土地石漠化使地表持水保土能力下降，引起土壤碳的流失以及土壤粗化和貧瘠[10]。為治理土地石漠化，自20世紀(jì)90年代以來(lái)廣西平果果化開(kāi)展了封山育林，進(jìn)行植被恢復(fù)[11]，局部地區(qū)呈現(xiàn)了石漠化逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。植被恢復(fù)一方面增加了石漠化區(qū)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量，提高了土壤生產(chǎn)潛力[12]。另一方面，石漠化的逆轉(zhuǎn)增加了地表覆蓋度，改變了土地微氣候和土壤環(huán)境，進(jìn)而影響SOC的分布，特別是對(duì)表層土壤LFOC的影響，對(duì)該區(qū)土壤碳庫(kù)平衡以及應(yīng)對(duì)氣候的變化均具有重要意義。在巖溶區(qū)，盡管對(duì)不同土地利用方式、不同植被恢復(fù)模式下、不同石漠化程度下土壤有機(jī)碳變化[13-15]的研究較多，但是對(duì)能夠迅速指示土壤質(zhì)量變化的輕組有機(jī)碳的研究比較匱乏，同時(shí)從不同植被恢復(fù)年限下對(duì)土壤有機(jī)碳的研究也較少。鑒于此，本研究以國(guó)土資源部巖溶石漠化基地為依托，選擇不同植被恢復(fù)年限的石漠化土地為研究對(duì)象，采用土壤密度分組的方法，通過(guò)測(cè)定土壤總有機(jī)碳、易變有機(jī)碳(主要為輕組有機(jī)碳)分析不同植被恢復(fù)年限對(duì)SOC及其組分空間分布的影響，以及石漠化地區(qū)SOC和LFOC對(duì)植被的響應(yīng)，以期為該地區(qū)石漠化的治理提供一定的基礎(chǔ)資料。研究結(jié)果不僅可以豐富我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支研究體系的內(nèi)容，還可為評(píng)價(jià)我國(guó)在應(yīng)對(duì)全球氣候變化中所作的貢獻(xiàn)提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。

1　研究地區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西平果縣果化鎮(zhèn)龍何屯，地理坐標(biāo)為北緯23°22′30″—23°24′32″，東經(jīng)107°22′30″—107°24′47″。該區(qū)域?qū)儆诘湫偷膸r溶峰叢洼地地貌。氣候?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，熱量豐富，雨量充沛。年平均氣溫為20.2～22.6 ℃，年無(wú)霜期330 d左右，多年平均降雨量1 322.3 mm，日平均濕度為72.06%。降水年內(nèi)分布極不均，5—9月為豐水期，占全年的65%，最大的日降雨量可達(dá)112 mm，12月至次年3月為枯水期，4,10,11月為平水期。地層主要有石炭系上統(tǒng)(C3)和二疊系下統(tǒng)棲霞階(P1q)，局部出露有二疊系上統(tǒng)(P2)和三疊系下統(tǒng)(T1)，巖石主要為純石灰?guī)r和硅質(zhì)灰?guī)r，東南角有少量泥質(zhì)成分。巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，地表漏水嚴(yán)重，大氣降水快速轉(zhuǎn)換成地下水，除雨后坡面產(chǎn)流外，缺乏常年流水的完整地表水文系統(tǒng)，除雨季澇時(shí)洼地淹水外，無(wú)固定地表水域。巖溶發(fā)育厚度大多為1～3 m，局部4.5～7 m，表層溶溝、溶槽、淺部溶隙、溶孔、溶穴、溶痕及石芽等發(fā)育。洼地發(fā)育較多落水洞、豎井、天窗，飽水帶多發(fā)育巖溶管道、巖溶裂隙。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3取樣及測(cè)定

2012年10月，在各類不同的樣點(diǎn)分別挖土壤剖面，分0—5 cm，5—10 cm，10—20 cm和20—30 cm取樣，每種類型采用三點(diǎn)混合取樣。用小鐵鏟在對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)和土層取樣，帶回實(shí)驗(yàn)室過(guò)2 mm土篩并風(fēng)干。一部分樣品供粒級(jí)分析和輕組分離，另一部分樣品進(jìn)一步磨細(xì)，用于有機(jī)碳含量測(cè)定。

土壤顆粒分析采用比重計(jì)法，土壤輕組分離采用Janzen等[16]的方法并做了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)：用1.70 g/cm3的NaI溶液浸提，攪拌震蕩數(shù)秒后，用NaI溶液將附著在管壁和玻璃棒上的顆粒洗入懸浮液中，靜置30 min放置離心機(jī)進(jìn)行離心(825 r/min)，利用玻璃濾紙對(duì)懸浮液進(jìn)行真空過(guò)濾，并用去離子水洗去剩余的NaI溶液。將浮在濾紙上的物質(zhì)放65 ℃烘箱中烘干12 h，烘干后稱重，獲得輕組物質(zhì)干質(zhì)量。土壤有機(jī)碳和輕組物質(zhì)中碳含量采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法進(jìn)行測(cè)定。

表1　試驗(yàn)樣地基本情況

根據(jù)各層土壤有機(jī)碳和輕組有機(jī)碳含量及容重計(jì)算其儲(chǔ)量(kg/m2):

SOC儲(chǔ)量=(C1·ρ·h)/100

(1)

LFOC儲(chǔ)量=(LF·C2·ρ·h)/10 000

(2)

式中：ρ——土壤容重(g/cm3)；h——土層厚度(cm)；C1——土壤有機(jī)碳含量(g/kg)；C2——輕組有機(jī)碳含量(g/kg)；LF——土壤樣品中輕組物質(zhì)的質(zhì)量百分比(%)。

如，在課上講解完案例之后，教師可以先將重點(diǎn)部分知識(shí)進(jìn)行重復(fù)講解，并詢問(wèn)學(xué)生是否還有不明白的地方。通過(guò)一個(gè)眼神、一個(gè)動(dòng)作等，加強(qiáng)引導(dǎo)的效果。這時(shí)候，如果教師能夠微笑地回應(yīng)學(xué)生，則可以拉近師生之間的距離。同時(shí)，教師在個(gè)別輔導(dǎo)中，也要面對(duì)微笑，細(xì)心講解，從而為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)良好的學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中探索真知。

采用Excel和Origin 8.5軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及圖件繪制。

2　結(jié)果與分析

2.1植被恢復(fù)后土壤有機(jī)碳和輕組有機(jī)碳的變化

石漠化土地通過(guò)自然恢復(fù)后，其SOC含量明顯增加，且隨著恢復(fù)時(shí)間的增長(zhǎng)SOC含量首先有一個(gè)降低的過(guò)程然后開(kāi)始不斷增加(圖1)。植被恢復(fù)5，10，15，20 a后，SOC的平均含量分別為重度石漠化的0.78，1.42，1.90，2.24倍。土壤有機(jī)碳在0—5 cm，5—10 cm，10—20 cm不同層次上，表現(xiàn)出一致的趨勢(shì)，都是隨著恢復(fù)年限的增加先減小然后逐漸增大，尤其是表層0—5 cm，這種變化的趨勢(shì)最明顯。在表層0—5 cm隨著恢復(fù)時(shí)間的增加，其SOC含量的增加最明顯，自然恢復(fù)20 a的土地其SOC為重度石漠化區(qū)的3.26倍，而在土壤較深層次20—30 cm上，這種變化趨勢(shì)不明顯。在不同植被恢復(fù)時(shí)間的土地上，土壤SOC含量都是隨著深度的增加逐漸變小，表層0—5 cm土壤平均SOC含量為72.38 g/kg，為最低層20—30 cm土壤平均SOC含量的2.06倍。

土壤LFOC隨著植被恢復(fù)年限的增加而逐漸增大，作為對(duì)照的重度石漠化地，其LFOC含量平均值為151.8 g/kg，而經(jīng)過(guò)5，10，15，20 a植被恢復(fù)后，其LFOC含量為167.5，238.3，267.7，318.6 g/kg，分別為重度石漠化土地的1.10，1.57，1.76，2.10倍。而在0—5 cm，5—10 cm，10—20 cm，20—30 cm土壤層次上LFOC含量的平均值分別為250.19，220.95，231.11，216.25 g/kg，表層的LFOC要明顯的高于其他層次，總體而言，隨著土壤層次的加深，其LFOC含量是減小的。

圖1　重度石漠化區(qū)植被恢復(fù)后土壤有機(jī)碳及輕組有機(jī)碳含量變化

2.2植被恢復(fù)后土壤有機(jī)碳和輕組有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化

圖2為作為對(duì)照的重度石漠化區(qū)0—30 cm土層中，SOC儲(chǔ)量為11.92 kg/m2，而經(jīng)過(guò)植被恢復(fù)10，15，20 a后，SOC儲(chǔ)量分別為重度石漠化區(qū)的1.28，1.66，1.96倍。恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng)，SOC儲(chǔ)量越高。不同恢復(fù)年限樣地中表層0—10 cm SOC儲(chǔ)量分別占0—30 cm土層的34.84%，42.53%，43.65%，42.62%和45.98%，說(shuō)明重度石漠化區(qū)植被恢復(fù)對(duì)表層的SOC影響更為明顯。植被恢復(fù)顯著增加了土壤LFOC儲(chǔ)量。作為對(duì)照的重度石漠化區(qū)0—30 cm層LFOC儲(chǔ)量為0.06 kg/m2，植被恢復(fù)5，10，15，20 a后，其0—30 cm層LFOC儲(chǔ)量分別為重度石漠化區(qū)的2.5，5.5，8.33，24倍，表明植被恢復(fù)對(duì)LFOC儲(chǔ)量的影響要遠(yuǎn)大于對(duì)SOC儲(chǔ)量的影響。不同恢復(fù)年限土地，其0—10 cm土層中LFOC占0—30 cm土層的比例分別為28.57%，72.94%，72.0%和81.37%，總體上是隨著恢復(fù)年限的增加，表層LFOC儲(chǔ)量的比例增大。

圖2　植被恢復(fù)后土壤有機(jī)碳和輕組有機(jī)碳儲(chǔ)量變化

2.3植被恢復(fù)后土壤LFOC占SOC儲(chǔ)量的比例

輕組有機(jī)碳占土壤有機(jī)碳的比例可反映土壤有機(jī)碳庫(kù)的質(zhì)量高低。與重度石漠化土壤相比，植被恢復(fù)后，土壤中LFOC占SOC儲(chǔ)量的比例明顯增加。作為對(duì)照的重度石漠化區(qū)0—10 cm層土壤中LFOC占SOC儲(chǔ)量的比例僅為6.68%，而經(jīng)過(guò)植被恢復(fù)5，10，15，20 a后，LFOC占SOC儲(chǔ)量的增加到11.04%，34.35%，41.89%，43.62%(圖3)?？傮w而言，恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng)，LFOC占SOC儲(chǔ)量的比例越高。同時(shí)，隨著土壤層次的加深，LFOC占SOC儲(chǔ)量的比例有減小的趨勢(shì)，說(shuō)明石漠化土地在進(jìn)行植被恢復(fù)后土壤碳庫(kù)質(zhì)量得到一定提高，然而這種提高在較淺的土壤0—10 cm層次表現(xiàn)最明顯。

圖3　植被恢復(fù)后輕組有機(jī)碳占土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的比例變化

3　討論與結(jié)論

3.1石漠化土地植被自然恢復(fù)對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

石漠化土地通過(guò)植被自然恢復(fù)后其SOC含量和儲(chǔ)量明顯增加，且其恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng)，SOC含量和儲(chǔ)量越高，表層0—5 cm的有機(jī)碳含量均高于其他土壤層次，說(shuō)明石漠化土地進(jìn)行植被恢復(fù)能明顯提高土壤有機(jī)碳，且這種作用在表層更為明顯。這與張文娟等的研究結(jié)果一致，張文娟[17]在貴州的巖溶石漠化區(qū)的研究表明，石漠化地區(qū)在退耕3 a和退耕15 a后，表層0—10 cm SOC含量顯著增加，土壤肥力提高，退耕15 a內(nèi)0—10 cm SOC含量提高了26.1%。然而，Richter等[18]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，隨著植被的生長(zhǎng)，其林下SOC儲(chǔ)量變化并不明顯，原因是荒漠化地區(qū)缺乏對(duì)凋落物來(lái)源有機(jī)碳的物理保護(hù)作用，溫暖的氣候加快了凋落物的分解速率，限制了土壤固碳潛力。本研究中，植被恢復(fù)始于巖溶生態(tài)系統(tǒng)退化的終極階段—重度石漠化，該階段多為人為耕種、亂砍濫伐、過(guò)度放牧所致，植被自然恢復(fù)后，一方面是直接減少了SOC的流失；另一方面隨著植被恢復(fù)小氣候得到改善，繁茂的草本層和郁閉的林冠保護(hù)和沉降了大量的土壤細(xì)顆粒，土壤的黏粉粒含量增加，而土壤黏粉粒的多少與土壤吸濕水有密切關(guān)系，吸濕水對(duì)保持與促進(jìn)生物活動(dòng)極為有利[19]，強(qiáng)烈的微生物作用，地表凋落物及植物根系的殘留物逐漸分解，其中一部分最終形成土壤腐殖質(zhì)，使土壤有機(jī)質(zhì)含量增加。本研究結(jié)果中SOC含量隨著植被恢復(fù)時(shí)間的增加提高的幅度較北方荒漠區(qū)小，主要是與對(duì)照樣地的選擇有關(guān)。本研究中作為對(duì)照的重度石漠化土地，其SOC比植被恢復(fù)5 a后土地的SOC高，而恢復(fù)10 a后的土地，其SOC基本可以超過(guò)植被恢復(fù)前的水平。通常情況下認(rèn)為森林破壞導(dǎo)致SOC流失，植被重建增加土壤碳匯。但是，有研究表明森林轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸睾罂蓪?dǎo)致地上部分生物量碳減少，其土壤有機(jī)碳不一定流失，植被變化過(guò)程中SOC的變化不僅僅取決于變化前后植被類型，還主要與土地利用的歷史，現(xiàn)狀及管理強(qiáng)度有關(guān)。Paul等[20]分析了全球多個(gè)站點(diǎn)草地造林后SOC儲(chǔ)量的影響，結(jié)果表明，植被恢復(fù)后最初5 a，表層土壤碳逐年降低，隨著植被恢復(fù)年限的增長(zhǎng)，下降速率逐漸變緩，在林齡大于30 a的樣地中，土壤碳接近先期耕種土壤碳，本研究結(jié)果與Paul的研究結(jié)果基本一致，土壤碳先減小，后到恢復(fù)10 a已經(jīng)超過(guò)先期的耕種土地。這主要是因?yàn)樽鳛閷?duì)照的重度石漠化土地未進(jìn)行植被恢復(fù)前為種植有任豆樹等喬木的農(nóng)耕地，且砍伐時(shí)間較短，前期積累的有機(jī)質(zhì)含量較多，同時(shí)每年會(huì)有種植作物的枯枝落葉進(jìn)入土壤，而棄耕進(jìn)行自然植被恢復(fù)初期，通過(guò)凋落物和根系等途徑輸入到土壤的有機(jī)物質(zhì)較少，SOC含量下降。隨著植被恢復(fù)時(shí)間的增加，有機(jī)物質(zhì)輸入量不斷提高，SOC含量逐漸恢復(fù)。本研究表明隨著植被的恢復(fù)，其SOC含量呈現(xiàn)先減小而后一直增加的趨勢(shì)，而在北方巖溶區(qū)研究表明，隨著植被的恢復(fù)，其SOC含量會(huì)有出現(xiàn)一個(gè)最大值，約在植被恢復(fù)15 a左右，然后SOC含量值呈現(xiàn)減小[21]，但是本研究中未出現(xiàn)，這與西南巖溶區(qū)較炎熱的以及多降雨的條件有關(guān)，隨著植被的恢復(fù)達(dá)到SOC含量平衡最大值所需的年限較多。

3.2石漠化土地植被恢復(fù)對(duì)土壤LFOC的影響

輕組有機(jī)碳對(duì)土地利用變化及農(nóng)田管理措施的響應(yīng)比土壤總有機(jī)碳更為敏感。土壤LFOC數(shù)量和組成會(huì)隨著土地利用方式、植被類型和枯枝落葉層類型及其分解的影響而發(fā)生劇烈變化[22]，同時(shí)，由于LFOC主要來(lái)源于植物早期分解階段中部分未分解的植物殘?bào)w，因此，其變化可以表征植物殘?bào)w的腐殖化過(guò)程[23]。本研究表明，植被恢復(fù)可以顯著增加土壤LFOC含量和儲(chǔ)量，且表層的增幅高于下層，同時(shí)隨著恢復(fù)時(shí)間的增加LFOC儲(chǔ)量變大。隨著植被恢復(fù)年限的增加土壤活性有機(jī)碳(LFOC)含量明顯增加，且隨著土壤層次的加深逐漸減小，說(shuō)明在人為干擾較少的自然恢復(fù)模式下有助于土壤活性有機(jī)碳的積累。地上凋落物數(shù)量與輕組數(shù)量關(guān)系密切，Boone[24]在美國(guó)威斯康辛州兩個(gè)櫟樹林通過(guò)改變凋落物輸入數(shù)量評(píng)價(jià)凋落物和根對(duì)輕組的相對(duì)貢獻(xiàn)時(shí)認(rèn)為地上凋落物是土壤輕組的主要來(lái)源。氣候因子中的水熱條件直接影響凋落物分解過(guò)程中的淋溶作用和土壤微生物活性，且土壤養(yǎng)分含量越低，凋落物分解越慢。重度石漠化區(qū)地表裸露，植被較少，而LFOC易分解，因而導(dǎo)致重度石漠化區(qū)LFOC較低。植被恢復(fù)后，地表蓋度增加，植被的定居和生長(zhǎng)為土壤微生物和動(dòng)物提供了食物來(lái)源和棲息地，植物殘?bào)w的積累使地表凋落物數(shù)量逐漸增加，根系周轉(zhuǎn)向土壤的營(yíng)養(yǎng)輸入也增加了土壤養(yǎng)分。同時(shí)西南巖溶區(qū)雖然降雨量充沛，但是巖溶地表地下的雙層結(jié)構(gòu)使得降雨很快通過(guò)地下管道流入地下，造成當(dāng)?shù)馗珊等彼?，這種氣候條件限制了微生物的活性和凋落物的分解速度，使得土壤微生物的分解速率小于凋落物的輸入速率，凋落物不能完全分解，部分堆積在地表，且隨著植被恢復(fù)的年限的增加而不斷輸入，因此表層0—10 cm的LFOC儲(chǔ)量高于下層，且恢復(fù)時(shí)間最長(zhǎng)的20 a樣地中其LFOC儲(chǔ)量最高。

3.3植被恢復(fù)后土壤LFOC占SOC儲(chǔ)量的比例變化

LFOC作為土壤中活性較大的碳庫(kù)，其占SOC儲(chǔ)量的比例反映了土壤有機(jī)碳庫(kù)的質(zhì)量高低，但是在不同的地區(qū)及不同的植被變化后，其比例變化較大。從重度石漠化區(qū)到植被恢復(fù)20 a的土地，土壤碳儲(chǔ)量明顯增加。在暖溫帶地區(qū)農(nóng)田上營(yíng)造落葉松后，0—110 cm土層LFOC占SOC儲(chǔ)量的比例為28.9%～32.8%[25]；而在亞熱帶紅壤侵蝕地人工種植馬尾松后，土壤中LFOC占SOC儲(chǔ)量的比例為29.1%～41.9%[26]，且隨植被恢復(fù)時(shí)間的增加比例逐漸增大；在川西較高海拔下典型植被的研究表明，LFOC占SOC儲(chǔ)量的比例僅為4.0%～13.4%[27]。而本研究中在平果果化巖溶石漠化區(qū)進(jìn)行植被自然恢復(fù)后，其LFOC占SOC儲(chǔ)量的比例為10.03%～43.6%，尤其是表層0—10 cm恢復(fù)20 a后其LFOC占SOC儲(chǔ)量的比例可達(dá)43.6%，且隨著植被恢復(fù)時(shí)間的增加，該比例逐漸增大。但作為對(duì)照的重度石漠化區(qū)LFOC占SOC的比例較小，這主要與植被恢復(fù)前的土地利用方式有關(guān)，本研究選擇的重度石漠化區(qū)，為種植了火龍果的耕地，一方面火龍果為仙人掌科三角柱屬植物，它本身的凋落物就很少，另一方面早有研究表明耕作能夠減少土壤輕組有機(jī)碳含量[28]，因而LFOC占SOC的比例較農(nóng)田和濕地低。進(jìn)行植被恢復(fù)后，因?yàn)橹脖坏纳L(zhǎng)建立了凋落物和細(xì)根的物質(zhì)循環(huán)途徑，為輕組有機(jī)碳提供了物質(zhì)來(lái)源，其LFOC占SOC的比例持續(xù)增長(zhǎng)。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳最易受土地利用變化的影響，并且隨著土層加深土壤輕組有機(jī)碳庫(kù)所占比例減小，本文的結(jié)果與其研究結(jié)論一致。

在巖溶石漠化區(qū)，通過(guò)自然的植被恢復(fù)可以增加地表覆蓋度，改善土壤機(jī)械組成及容重，且凋落物的積累和草本植物根系的周轉(zhuǎn)提高了土壤有機(jī)碳及輕組有機(jī)碳組分的碳儲(chǔ)量，其中植被恢復(fù)20 a以上的林地土壤有機(jī)碳和輕組有機(jī)碳儲(chǔ)量均為最高，這充分說(shuō)明自然恢復(fù)可以有效防止土地石漠化，增加碳的流通，今后應(yīng)加強(qiáng)在石漠化地區(qū)封山育林工作，在減少石漠化的同時(shí)進(jìn)行固碳增匯。

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Effects of Revegetation on Soil Organic Carbon and Light-fraction Organic Carbon in Karst Rocky Desertification Region

LI Yanqing1,2, JIANG Zhongcheng1, LUO Weiqun1, DENG Yan1, LAN Funing1, QIN Xingming1

〔1.KarstInstituteofGeology,CAGS,KeyLaboratoryofKarstEcosystemandTreatmentofRockyDesertification,Guilin,Guangxi541004,China; 2.ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan,Hubei430074,China〕

[Objective] The effects of revegetation on soil carbon(SOC), light-fraction organic carbon(LFOC) was analyzed to provide background data for rocky desertification restoration. [Methods] Sites with severe rocky desertification land was taken as contrast and using space as a substitute for time, SOC and LFOC in sites with 5, 10, 15, 20-year restoration in Guohua karst rocky desertification area of Pingguo County, Guangxi Zhuang Autonomous Region were measured and their changes along revegetation were illustrated. [Results] SOC and LFOC contents increased obviously after revegetation, especially in 0—10 cm soil layer. The increment of surface soil LFOC storage was much higher than that of SOC storage, suggesting that vegetation restoration on rocky desertification land had a large effect on LFOC. [Conclusion] Vegetation restoration can prevent land rocky desertification and increase carbon circulation.

vegetation restoration; SOC; LFOC; karst rocky desertification region

2015-07-06

2015-10-24

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“喀斯特峰叢洼地水土調(diào)蓄技術(shù)研究”(2011BAC09B02); 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所所控項(xiàng)目(2011005); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41502342； 41471447); 廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015jjBA50049); 中央級(jí)公益性科研專項(xiàng)(YWF201401)

李衍青(1982—),男(漢族),山東省高密市人, 博士研究生,助理研究員,主要從事巖溶石漠化治理及水土流失研究。E-mail:lyq@karst.ac.cn。

藍(lán)芙寧(1977—)，男(瑤族)，廣西壯族自治區(qū)都安縣人，碩士，副研究員，主要從事巖溶石漠化方面的研究。E-mail:lanfuning@karst.ac.cn。

A

1000-288X(2016)04-0158-06

S152.7