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增加土壤碳固存是缓解全球气候变化的重要手段,植树造林是提高无林坡地土壤碳固存能力的最重要措施。广东省是我国人工林面积最大的省份之一,植被恢复固定了全省CO2排放量的很大部分,其植被生物量和土壤有机碳含量的增加是人工林固存大气二氧化碳的主要方式。本文以中国科学院鹤山丘陵综合开放试验站的几种人工林型为研究对象,研究土壤表层和剖面有机碳的现状和历史变化,通过凋落物测定、土壤团聚体分析和土壤有机碳化学结构的核磁共振研究等手段,探讨了华南地区马占相思、柠檬桉、湿地松和荷木四种主要的人工林型在土壤碳固存方面的能力和相关机理,主要的结论有以下几个方面:
(1).不同人工林植被下土壤碳固存能力存在明显的差异,马占相思人工林表层土壤有机碳固存能力较强,其0-20cm土层有机碳储量为45.12tC.ha-1,显著高于其他林型。柠檬桉人工林有较好的土壤剖面碳固存能力,其0-100cm土壤剖面中有机碳的储量为138.20t.ha-1。荷木人工林和湿地松人工的土壤有机碳固存能力较前两种差,其表层有机碳储量分别为35.76tC.ha-1和38.58tC.ha-1,剖面有机碳储量是102.24tC.ha-1和128.53tC.ha-1。
(2).凋落物的数量和质量是决定几种人工林土壤表层有机碳含量多少的主要因素,马占相思林的有机碳主要来源于其较大的凋落物量和凋落物现存量,分别达到9.26tha-2和13.53t.ha-2,为各林型中最大;湿地松由于表层凋落物分解较慢,也有较多的有机碳含量;荷木林的土壤有机碳含量不高,与其凋落物数量不足、凋落物中Mn元素含量高、凋落物分解速度快等因素有关系。
(3).不同人工林下土壤有机碳的组成和稳定性机制不一样,CP/MAS13CNMR结果表明,马占相思林中有机碳的主要来源是植物凋落物,氧烷基碳占其有机碳组成的绝大部分。而柠檬桉林中的有机碳来源主要是凋落物和自身的分泌物。柠檬桉的叶片和根系分泌物可能在其有机碳的稳定、有机碳的在土壤中的迁移转化中起了重要的作用。
(4).土壤团聚体分析结果表明,人工林生长对土壤团聚体的形成和稳定有明显的影响,不同人工林下土壤团聚体和有机碳在团聚体中的分布有明显的不同,其中,柠檬桉林土壤中较多的<53μm的细粉粒和粘粒团聚体是其剖面有机碳含量较多的重要原因。
(5).通过土柱淋溶试验证明,溶解性有机碳在土壤剖面中的运移可能不是几种人工林土壤剖面有机碳含量差异的原因,各林型土壤有机碳在土壤剖面中的运移方式可能不一致。
(6).植被恢复能显著提高土壤有机碳的固存能力,鹤山四种人工林的土壤有机碳含量在植被恢复过程中都有一定程度的增加,其中,马占相思林的表层有机碳储量已接近本地区代表性自然植被的水平。与原生林土壤表层有机碳含量的比较发现,几种人工林土壤仍有较大的土壤碳固存潜力。