不同植被覆盖方式对土壤活性有机碳及腐殖质的影响.pdf
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1、第5 1卷 第9期2 0 2 3年9月西北农林科技大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f N o r t h w e s t A&F U n i v e r s i t y(N a t.S c i.E d.)V o l.5 1 N o.9S e p.2 0 2 3网络出版时间:2 0 2 3-0 3-0 8 0 9:4 2 D O I:1 0.1 3 2 0 7/j.c n k i.j n w a f u.2 0 2 3.0 9.0 1 0网络出版地址:h t t p s:/k n s.c n k i.n e t/k c m s/d e t a i l/6 1.1 3 9 0
2、.S.2 0 2 3 0 3 0 6.1 8 0 0.0 1 1.h t m l不同植被覆盖方式对土壤活性有机碳及腐殖质的影响 收稿日期 2 0 2 2-0 6-1 7 基金项目 湖南省科技厅项目(S 2 0 0 6 N 3 3 2);湖南省自然科学基金项目(2 0 1 8 J J 5 0 2 7);衡阳市科技计划项目(2 0 2 1 5 0 0 8 3 6 0 9);湖南环境生物职业技术学院南岳学者基金项目(N 2 0 2 1-0 3)作者简介 杨满元(1 9 7 6-),女,湖南绥宁人,高级实验师,主要从事紫色土荒山坡地生态植被恢复研究。E-m a i l:y a n g m y h y
3、p s i n a.c o m 通信作者 杨 宁(1 9 7 4-),男,湖南绥宁人,教授,博士,主要从事土壤生态学与恢复生态学研究。E-m a i l:y a n g n i n g 8 7 8 7s i n a.c o m杨满元,李 娟,杨 宁,刘慧娟,黄 雯,魏甲彬,梁忠厚(湖南环境生物职业技术学院 园林学院,湖南 衡阳 4 2 1 0 0 5)摘 要【目的】探讨不同植被覆盖方式对土壤有机碳和腐殖质组分的影响,为湖南衡阳不同植被恢复措施的生态效益评价提供依据。【方法】以研究区不同植被覆盖模式(自然恢复草地、人工恢复草地、灌丛草本混交地、灌丛地和乔木灌丛混交地)土壤作为研究对象,分析表层(
4、01 0 c m)与亚表层(1 02 0 c m)土壤理化性质、土壤活性有机碳组分和土壤腐殖质组分的特征。【结果】自然恢复草地土壤p H显著高于其他植被覆盖方式,自然恢复草地和灌丛地土壤体积质量显著高于其他植被覆盖方式,土壤有机碳、碱解氮和速效磷含量则以人工恢复草地和灌丛草本混交地显著高于其他植被覆盖方式,速效钾含量在不同植被覆盖方式间差异不显著。人工恢复草地与灌丛草本混交地的土壤微生物生物量碳、胡敏酸、富里酸、胡敏素含量及胡敏酸/土壤有机碳、胡敏酸/富里酸显著高于其他植被覆盖方式(P0.0 5)。人工恢复草地与灌丛草本混交地的土壤易氧化有机碳、土壤微生物熵与土壤有机碳活度显著低于其他植被覆盖
5、方式(P0.0 5)。除速效钾外,土壤微生物生物量碳、土壤易氧化有机碳、土壤微生物熵和土壤有机碳活度均与土壤腐殖质组分以及土壤理化性质存在密切的相关性。【结论】人工恢复草地与灌丛草本混交地的土壤有机碳稳定性较强,土壤腐殖化度和腐殖质聚合度更高,更有利于土壤碳的积累与土壤肥力的提高。关键词 植被覆盖方式;土壤有机碳;植被恢复;腐殖化度;紫色土 中图分类号 S 1 5 3.6+2 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 1-9 3 8 7(2 0 2 3)0 9-0 0 9 2-0 9E f f e c t o f d i f f e r e n t v e g e t a t i o n c o
6、v e r t y p e s o n s o i l a c t i v e o r g a n i c c a r b o n a n d h u m u sYANG M a n y u a n,L I J u a n,YANG N i n g,L I U H u i j u a n,HUANG W e n,WE I J i a b i n,L I ANG Z h o n g h o u(C o l l e g e o f L a n d s c a p e A r c h i t e c t u r e,H u n a n E n v i r o n m e n t a l-B i o
7、l o g i c a l P o l y t e c h n i c C o l l e g e,H e n g y a n g,H u n a n 4 2 1 0 0 5,C h i n a)A b s t r a c t:【O b j e c t i v e】T h i s s t u d y e x p l o r e d t h e i n f l u e n c e o f d i f f e r e n t v e g e t a t i o n c o v e r t y p e s o n s o i l o r-g a n i c c a r b o n(S O C)a n
8、 d h u m u s c o m p o s i t i o n s t o p r o v i d e b a s i s f o r e v a l u a t i n g e c o l o g i c a l b e n e f i t s o f d i f f e r e n t v e g e t a t i o n r e s t o r a t i o n m e a s u r e s i n H e n g y a n g.【M e t h o d】T h e s t u d y f o c u s e d o n s u r f a c e(0-1 0 c m)a
9、n d s u b s u r f a c e(1 0-2 0 c m)s o i l s a m p l e s u n d e r d i f f e r e n t v e g e t a t i o n c o v e r t y p e s i n c l u d i n g n a t u r a l r e s t o r a t i o n g r a s s l a n d(N R G),r e s t o r a t i o n o f a r t i f i c i a l g r a s s l a n d(R AG),s h r u b-h e r b m i x e
10、 d l a n d(S HML),s h r u b l a n d(S L)a n d m i x e d l a n d o f t r e e s a n d s h r u b s(ML T S)i n H e n g y a n g,C h i n a.S o i l p h y s i c o-c h e m i c a l p r o p e r t i e s,f r a c t i o n s o f s o i l a c t i v e o r g a n i c c a r b o n(S AO C)i n c l u d i n g s o i l m i c r
11、o b i a l b i o m a s s c a r b o n(S MB C),s o i l e a s i l y o x i d i z a b l e o r g a n i c c a r b o n(S E O C)a n d c o m p o s i t i o n o f s o i l h u m i c s u b s t a n c e(S H S)i n c l u d i n g h u m i c a c i d(HA),f u l v i c a c i d(F A)a n d h u m i n(HM)w e r e a n a l y z e d.【
12、R e s u l t】S o i l p H i n N R G w a s s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n o t h e r v e g e t a t i o n c o v e r t y p e s(P0.0 5),s o i l b u l k d e n s i t y(S B D)i n N R G a n d S L w e r e s i g n i f i-c a n t l y h i g h e r t h a n o t h e r t h r e e v e g e t a t i o n c o v
13、e r t y p e s(P0.0 5),c o n t e n t s o f S O C,a l k a l i-h y d r o l y z a b l e n i-t r o g e n(AN)a n d a v a i l a b l e p h o s p h o r u s(A P)i n R AG a n d S HML w e r e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n o t h e r v e g e-t a t i o n c o v e r t y p e s(P0.0 5).C o n t e n t s
14、o f S MB C,HA,F A a n d HM a n d r a t i o s o f HA/S O C a n d HA/F A i n R AG a n d S HML w e r e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n o t h e r t h r e e v e g e t a t i o n c o v e r t y p e s(P0.0 5).S E O C c o n t e n t,qMB(S MB C/S O C)a n d S O C A S E O C/(S O C-S E O C)i n R AG a
15、 n d S HML w e r e s i g n i f i-c a n t l y l o w e r t h a n o t h e r t h r e e v e g e t a t i o n c o v e r t y p e s(P0.0 5).S MB C,S E O C,qMB a n d S O C A w e r e c l o s e l y r e l a t e d t o S H S c o m p o s i t i o n a n d s o i l p h y s i c o-c h e m i c a l p r o p e r t i e s a p
16、a r t f r o m AK.【C o n c l u s i o n】R AG(M e l i l o t u s a l b u s-C r o t a l a r i a p a l l i d)a n d S HML(Am o r p h a f r u t i c o s a+M e l i l o t u s a l b u s)w i t h s t r o n g e r S O C s t a b i l i z a t i o n a n d h i g h e r s o i l h u m i f i c a t i o n d e g r e e a n d h
17、u m u s p o l y m e r i z a t i o n w e r e m o s t b e n e f i c i a l t o s o i l c a r b o n a c c u m u l a t i o n a n d f e r t i l i t y i m p r o v e m e n t.K e y w o r d s:v e g e t a t i o n c o v e r t y p e;s o i l o r g a n i c c a r b o n;v e g e t a t i o n r e s t o r a t i o n;h u
18、m i f i c a t i o n d e g r e e;p u r-p l e s o i l s 土壤微生物生物量碳(s o i l m i c r o b i a l b i o m a s s c a r b o n,S MB C)是土壤有机碳(s o i l o r g a n i c c a r b o n,S O C)库中最活跃和易变化的部分1,也是土壤有机质(s o i l o r g a n i c m a t t e r,S OM)分解的动力2,其可快速反映土壤养分特征和土壤生态系统变化3。在S O C组分中,由于土壤 易氧化有机 碳(s o i l e a s i
19、l y o x d i z i b l e o r g a n i c c a r b o n,S E O C)周转速度最快,对S OM变化敏感,常用于反映S OM的早期变化4。土壤腐殖质(s o i l h u m i c s u b s t a n c e,S H S)中有丰富的植物所需的营养物质,对提高植物生态活性、改善土壤结构等有重要作用,是评价土壤肥力的重要指标5。因 此,在植被恢 复过程中,通 常 将S MB C、S E O C、土 壤 腐 殖 质 碳(s o i l h u m i c s u b s t a n c e c a r-b o n,S H S C)作为土壤碳库变化的
20、评价指标。湖南省衡阳市紫色土荒坡地面积有1.6 2 51 05 h m2,由于紫色土成土速度快,母质胶结不实或钙质胶结,因此物理风化强烈、抗蚀力弱、土体较薄、地力差、侵蚀严重,是典型的受地质背景制约的脆弱土壤生态系统,生态环境恶劣,植被恢复困难6-7。为改善区域生态环境,相关学者对区域紫色土荒坡土壤性质等进行了大量富有成效的研究8-1 0,但有关不同植被覆盖方式对土壤活性有机碳(s o i l a c t i v e o r g a n i c c a r b o n,S AO C)和S H S稳定性影响的研究鲜有报道,不利于理解不同植被覆盖方式下S AO C和S H S有助于改善土壤生态环境
21、的作用机制。为此,本研究以该区域5种植被覆盖方式02 0 c m土层土壤为研究对象,探讨02 0 c m土层S MB C、S E O C、S H S含量的分布特征,从S O C活性和稳定性的角度分析不同植被覆盖方式对S AO C及S H S组分和含量的影响,为该研究区域不同植被恢复措施的生态效益评价提供依据。1 材料与方法1.1 研究区概况研究区位于湖南中南部(1 1 0 3 2 1 6 1 1 3 1 6 3 2 E,2 6 0 7 0 5 2 7 2 8 2 4 N),紫色土呈网状分布于研究区海拔6 02 0 0 m的丘岗地带。研究区属亚热带湿润季风气候,年均温、极端最高温以及极端最低温分
22、别为1 8.0,4 0.5和-7.9 左右,年降雨量及蒸发量分别为1 3 2 5.0和1 4 2 6.5 mm左右,空气相对湿度8 0%,年无霜期2 8 6 d左右,自然灾害以秋旱为主。1.2 供试土壤采集点的基本情况在研究区选取植被恢复年限相同(2 0年),经纬度、海拔、坡向与坡度等生态因子基本相似的自然恢复草地、人工恢复草地、灌丛草本混交地、灌丛地和乔木灌丛混交地5种植被覆盖方式的样地,面积均大于1 h m2。2 0年前各样地的主要乔木树种为枫香(L i q u i d a m d a r f o r m o s a n a),灌木为牡荆(V i t e x n e-g u n d o v
23、 a r.c a n n a b i f o l i a)、剌槐(R o b i n i a p s e u d o a-c a c i a)等,草本为狗牙根(C y n o d o n d a c t y l o n)和马鞭草(V e r b e n a o f f i c i n a l i s),研究区森林覆盖率为1 9.3 0%左右;土壤有机碳(S O C)、全氮(T N)、全磷(T P)和全钾(T K)含量分别为2.2 0,0.1 4,0.1 9和39第9期杨满元,等:不同植被覆盖方式对土壤活性有机碳及腐殖质的影响3 5.5 4 g/k g左右,碱解氮(AN)、速效磷(A P)和速效
24、钾(AK)含 量 分 别 为3 5.7 1,1 2.6 0和2 5 2.4 8 m g/k g,土壤p H值约8.5 5,2 0年间均无施肥等人为干扰。不同植被覆盖方式样地基本概况见表1。表1 不同植被覆盖方式样地的基本概况T a b l e 1 P l o t c o n d i t i o n s o f d i f f e r e n t v e g e t a t i o n c o v e r t y p e s植被覆盖方式C o v e r t y p e海拔/mE l e v a t i o n纬度L a t i t u d e经度L o n g i t u d e坡向/()A
25、s p e c t坡度/()S l o p e盖度/%C o v e r a g e覆盖植被V e g e t a t i o n c o v e r自然恢复草地N R G1 2 52 6 5 9 1 6 N1 1 2 1 6 3 3 ES W 1 91 52 05 0常年为稀疏杂草覆盖C o v e r e d b y s p a r s e w e e d s a l l t h e y e a r r o u n d人工恢复草地RA G1 4 02 6 3 0 4 5 N1 1 1 3 3 3 6 ES W 2 43 59 5白花草木樨猪屎豆M e l i l o t u s a l b
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