浅层滑坡区典型植被恢复下土壤有机碳来源及其组分特征

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wzgl2005
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白龙江流域位于青藏高原与川西北高原交错的西秦岭山地,该区域频发的浅层滑坡导致土壤生态功能退化,进一步加剧了地质灾害的形成。植被恢复可以重塑土壤结构、增加土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)储量,被认为是修复退化生态系统的有效措施,其中提高土壤“碳汇”能力是浅层滑坡区生态修复的关键。微生物及植物来源碳作为SOC的重要组成部分,影响着SOC库的大小和周转。由于对植被恢复区中SOC的微生物及植物来源组分的系统观测难以开展,不同植被类型对土壤固碳能力的影响仍然存在争议,这阻碍了可持续生态修复管理策略的实施。为此,本文选取白龙江流域浅层滑坡生态修复示范区中恢复11年的四种典型植被(分别为林地、灌木、草地及农田)作为研究对象,探讨植被类型及土壤深度对土壤剖面中的SOC、微生物及植物来源碳组分(分别以氨基糖和木质素酚作为分子特征生物标志物进行表征)的影响。具体分析了SOC、土壤氨基糖及木质素酚在整个土壤剖面中的分布特征和差异、微生物和植物来源碳在SOC固存过程中的作用、以及研究区土壤基本理化性质介导下的土壤碳固存机制。本研究主要结果如下:(1)SOC含量在植被类型之间及土壤深度上的差异显著。林地土壤的SOC含量为3.77±0.33 mg g-1,灌木为3.61±0.23 mg g-1,草地为4.14±0.29 mg g-1,农田为4.82±0.33 mg g-1,农田的SOC含量显著高于其他三种植被类型。SOC含量在四种植被类型的土壤中随着深度增加而递减,林地土壤剖面中,SOC含量的范围为2.48-6.55 mg g-1,灌木为2.66-5.91 mg g-1,草地为2.71-5.28 mg g-1,农田为3.49-7.05 mg g-1。(2)在四种植被类型的各土壤深度上,氨基糖与木质素酚的总含量存在显著差异。此外,土壤氨基糖和木质素酚总含量及其组成单体的含量与SOC的分布特征一致,均随着土壤深度的增加而减少,且在土壤深度上存在差异,但在植被类型之间的差异不显著。林地和灌木土壤剖面中的氨基糖及木质素酚总含量最低。农田土壤氨基糖含量(0.22±0.03 mg g-1)虽然最高,但其真菌来源的氨基葡萄糖与细菌来源的胞壁酸(F-Gluc:Mura)比值最低,微生物来源碳的组成结构不稳定,因此在长期的植被恢复过程中不利于持久性土壤碳库的积累。草地土壤剖面中储存了较高含量的氨基糖及木质素酚(分别为0.19±0.03、0.89±0.09 mg g-1),且F-Gluc:Mura的比值为9.33±0.69,微生物来源碳组分的结构相对较为稳定,这表明草地在四种植被类型中具有较大的固碳潜力。(3)在四种植被类型中,影响SOC含量的主导因素不同。具体来说,土壤营养元素(总氮、总磷、铵态氮、硝态氮)在所有植被类型中均可以直接促进SOC的固存,也可以通过影响氨基糖间接调控SOC积累,其中,林地和灌木还可以通过木质素酚来影响SOC的含量。土壤含水率在农田中负向调控着SOC的积累,在林地及草地中则相反。与林地不同的是,土壤含水率在草地中可以通过影响土壤p H间接作用于土壤营养元素进而影响SOC含量。这些研究结果表明,草地在植被恢复过程中可以更加有效地促进浅层滑坡区SOC的积累,这为我们制定合理的生态修复措施以提高土壤固碳潜力有重要意义。
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