全 文 ：人为干扰对喀斯特土壤团聚体及其有机碳
稳定性的影响*
魏亚伟1,2,3,4 摇 苏以荣1,2**摇 陈香碧1,2,4 摇 何寻阳1,2 摇 覃文更5 摇 韦国富5
( 1 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙 410125; 2 中国科学院环江喀斯特生态系统观
测研究站, 广西环江 547100; 3 中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110016; 4 中国科学院研究生院, 北京 100039; 5 广西
木论国家级自然保护区, 广西环江 547100)
摘摇 要摇 以桂西北喀斯特原生林地、自然恢复地、放牧+火烧草地和玉米鄄红薯轮作地为对象,
研究了不同人为干扰方式下 4 种生态系统中土壤团聚体含量及其有机碳的稳定性. 结果表
明: 除玉米鄄红薯轮作地土壤的水稳性团聚体(>0郾 25 mm)含量为 37郾 7%外,其余样地土壤水
稳性团聚体 ( > 0郾 25 mm)含量均大于 70% ;土壤团聚体结构破坏率为玉米鄄红薯轮作地
(54郾 9% )>放牧+火烧草地(23郾 2% )>自然恢复地(9郾 8% )和原生林地(9郾 6% ),差异显著.随
培养时间的延长,团聚体有机碳的矿化速率先增加后减小,20 d后趋于平稳,而且随团聚体粒
级的减小逐渐增大;相同粒级团聚体中有机碳的矿化速率为原生林地>放牧+火烧草地和自然
恢复地>玉米鄄红薯轮作地;原生林地有机碳矿化率在 1郾 7% ~3郾 8% ,显著高于自然恢复地、放
牧火烧草地和玉米鄄红薯轮作地;有机碳的累积矿化量与矿化速率变化规律一致.土壤有机碳
和团聚体中有机碳含量分别与矿化速率和累积矿化量呈极显著正相关,与矿化率极显著负
相关.
关键词摇 喀斯特生态系统摇 土壤团聚体摇 有机碳摇 矿化
*中国科学院知识创新工程重要方向项目(KSCX2鄄YW鄄436,KZCX2鄄YW鄄JC403)和中国科学院战略性先导科技专项(XDA05070403)资助.
**通讯作者. E鄄mail: yrsu@ isa. ac. cn
2010鄄10鄄31 收稿,2011鄄01鄄18 接受.
文章编号摇 1001-9332(2011)04-0971-08摇 中图分类号摇 S151郾 9, S152郾 4摇 文献标识码摇 A
Effects of human disturbance on soil aggregates content and their organic C stability in Karst
regions. WEI Ya鄄wei1,2,3,4, SU Yi鄄rong1,2, CHEN Xiang鄄bi1,2,4, HE Xun鄄yang1,2, QIN Wen鄄
geng5, WEI Guo鄄fu5 ( 1Key Laboratory for Agro鄄ecological Processes in Subtropical Region, Institute
of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China; 2Huanjiang Ob鄄
servation and Research Station for Karst Ecosystems, Huanjiang 547100, Guangxi, China; 3 Institute
of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China; 4Graduate University of
Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China; 5National Natural Reserve of Mulun in Guan鄄
gxi, Huangjiang 547100, Guangxi, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(4): 971-978.
Abstract: Taking the primary forest land (PF), natural restoration land (NR), grazing grassland
burned annually in winter (GB), and maize鄄sweet potato cropland (MS) in Karst regions of North鄄
west Guangxi as test objects, this paper studied the soil aggregates content and their organic C sta鄄
bility in the four ecosystems under different human disturbance patterns. The soil water鄄stable ag鄄
gregates (>0郾 25 mm) content in PF, NR, and GB accounted for more than 70% , while that in MS
was only 37% . The destruction rate of soil aggregates structure in the four ecosystems decreased in
the sequence of MS (54郾 9% ) > GB (23郾 2% ) > NR (9郾 8% ) and PF (9郾 6% ), with significant
differences among them (P<0郾 05). With increasing incubation time, the mineralization rate of soil
aggregate organic C decreased after an initial increase and kept stable after 20 days, and increased
with decreasing aggregate size. In the same size aggregates, the mineralization rate of organic C in
the four ecosystems increased in the sequence of MS < GB and NR < PF. In PF, the mineralization
ratio of soil organic C was 1郾 7% -3郾 8% , being significantly higher than that in NR, GB, and MS.
The cumulative mineralization amount of soil organic C had the same change trend with the minerali鄄
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 4 月摇 第 22 卷摇 第 4 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2011,22(4): 971-978
zation rate. The contents of soil organic C and aggregate organic C were significantly positively cor鄄
related with the mineralization rate and cumulative mineralization amount of organic C, respective鄄
ly, and significantly negatively correlated with the mineralization ratio of organic C.
Key words: Karst ecosystem; soil aggregate; organic C; mineralization.
摇 摇 喀斯特地貌是世界上主要的地貌类型之一,由
于其成土速率低、土层发育浅、土壤渗漏性强,岩石
界面与土壤之间缺乏风化母质的过渡层,其生态环
境极其脆弱.我国喀斯特地貌主要分布在西南地区,
以广西、贵州、云南为中心,总面积达 5郾 4伊105 km2,
是国家进行环境治理与扶贫的重点和难点[1] .
随着社会的发展,人类活动对生态系统及过程
的作用越来越明显. 人类对土地的利用方式不仅反
映了人类对各种土地资源利用活动的结果,并且形
成了不同时间和空间尺度上的土地覆被状况[2],进
而影响到生态系统的变化. 在最近几十年甚至百年
尺度上,由于人类活动影响产生的环境变化已经超
过了由自然因素引起的环境变化[3],因此,人为干
扰已经成为改变生态系统尤其是喀斯特地区极其脆
弱的生态系统的主要因素.
土壤碳库是陆地碳库的重要组成部分,据估计,
全球有 1400 ~ 1500 Gt的碳是以有机质的形式存储
于土壤中,是陆地植被碳库的 2 ~ 3 倍,是全球大气
碳库的 2 倍多[4-5],其较小幅度的变化就可能影响
到大气 CO2 浓度的巨大变化. 研究表明,土壤有机
碳含量与土壤团聚体密切相关,良好的土壤结构是
储存和稳定有机碳的重要基础,因此,关于团聚体及
团聚体中有机碳含量的变化逐渐受到人们的关
注[6] .张旭辉等[7]对太湖地区和江淮丘陵土壤研究
发现,有机碳积累与 0郾 25 ~ 2 mm 团聚体含量密切
相关;李辉信等[8]对红壤性水稻土研究表明,有机
碳含量在团聚体中的分布随粒径减小而增多;Jas鄄
trow等[9]利用13C示踪法证实大团聚体比微团聚体
含有更多的有机碳;Maysoon等[10]研究认为,0郾 25 ~
2 mm团聚体有机碳含量最高.土壤有机碳的矿化是
重要的生物地球化学过程之一,目前关于土壤有机
碳的矿化研究已有一些报道[11-12],而关于土壤团聚
体有机碳的矿化,尤其是喀斯特地区土壤团聚体中
有机碳含量的研究较少. 研究不同人为干扰对喀斯
特生态系统土壤团聚体及其有机碳矿化的影响,不
仅对改善喀斯特地区严重的土壤侵蚀和水土流失、
增加喀斯特土壤有机碳含量具有重要作用,也将为
喀斯特地区退化生态系统的管理与恢复重建提供参
考依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于广西壮族自治区环江毛南族自治县
(24毅44忆—25毅33忆 N,107毅51忆—108毅43忆 E,)内,海拔
339 ~ 501 m郾 该地区为中亚热带湿润气候,雨热同
季,无霜期长,年均气温 16郾 5 益 ~ 19郾 9 益,年均降
雨量 1389 mm,降雨集中在 4—9 月;原生植被为亚
热带常绿阔叶林,土壤多为石灰岩母质发育形成,具
有典型的喀斯特地貌. 根据生态系统所受的人为干
扰强度不同,选择了母质均为石灰岩的 4 种典型生
态系统:1)玉米鄄红薯轮作地(MS):主要作物为玉米
和红薯,每年进行翻耕和施肥,连续进行 100 年以
上;2)放牧+火烧草地(GB):主要地上植物有野古
草( Arundinella anomala)、粗毛鸭嘴草 ( Ischaemum
bartatum)和刺子莞 (Rhynchospora rubra)等,植被覆
盖率<50% ,每年冬季进行火烧,春、夏、秋季放牧,
连续 30 年以上;3)自然恢复地(NR):主要地上植
物有牡荆(Vitex negundo var. cannabifolia)、盐肤木
(Rhus chinensis)、八角枫(Choerospondias axillaris)、
类芦(Neyraudia reynaudiana)、芦竹(Arundo donax)
和五节芒 (Miscanthus floridulus) 等,植被覆盖率
>95% ,退耕 20 年以上,退耕后每年仅有少量野草
被收割;4)原生林地(PF):主要为乔木林,有伊桐
( Itoa orientalis)、野桐(Mallotus japonicus)和掌叶木
(Handeliodendron bodinieri)等,林下有灌木和草本,
植被覆盖率>95% ,极少受到人为干扰,有着长期的
保护历史.
1郾 2摇 采样与测定方法
每种生态系统类型分别选取 4 个典型样地,每
个样地分别随机采集 4 个原状土(0 ~ 20 cm),每个
原状土约 2郾 5 kg,装入 20 cm伊10 cm伊10 cm 盒子带
回实验室,风干至含水量约为田间持水量的 20%
时,沿土壤缝隙将土剥开至 10 ~ 12 mm 土块,继续
风干、保存,用于土壤机械稳定性和水稳定性团聚体
的测定.
土壤有机质的测定采用重铬酸钾鄄硫酸加热法,
全氮测定采用半微量开氏法[13];土壤团聚体的分离
分别采用干筛和湿筛法[14]:分别分离出>5、2 ~ 5、
279 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
1 ~ 2、0郾 5 ~ 1 和 0郾 25 ~ 0郾 5 mm 5 个粒级.
团聚体结构破坏率=(>0郾 25 mm机械稳定性团
聚体含量 - > 0郾 25 mm 水稳定性团聚体含量 /
>0郾 25 mm机械稳定性团聚体含量伊100% .
团聚体中有机碳稳定性的测定采用室内培养碱
液吸收法.取不同粒级的团聚体 50 g,调节至其饱和
含水量的 60% ,置于小烧杯中,再将小烧杯放在培
养瓶内,瓶底铺满水,以保持空气湿度,同时放入一
盛有 10 ml 1 mol·L-1的 NaOH 溶液吸收瓶,室温
25 益,黑暗条件下培养 80 d,定期更换碱液,并用
Phoenix 8000 碳鄄自动分析仪测定其中的碳含量.
1郾 3摇 数据处理
所有数据均采用 Excel 2003 和 SPSS 13郾 0 软件
进行统计分析,测定结果取平均值,差异显著性检验
均采用 LSD法,显著性水平设定为 琢=0郾 05.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 人为干扰对喀斯特土壤团聚体含量的影响
土壤结构主要包括土壤结构的形态、稳定性和
复退性[15],是维持土壤肥力和土壤生态服务功能的
基础. 由表 1 可以看出,除玉米鄄红薯轮作地中
>0郾 25 mm土壤机械稳定性团聚体总量为 83郾 4%
外,其他样地均>90% .其中原生林地、自然恢复地、
放牧+火烧草地和玉米鄄红薯轮作地中>5 mm 土壤
团聚体分别占 > 0郾 25 mm 土壤团聚体总量的
63郾 7% 、83郾 2% 、77郾 6%和 45郾 4% ; 而 0郾 25 ~ 2 mm
各粒级均以玉米鄄红薯轮作地最高,与其他 3 种土壤
差异显著.
原生林地和自然恢复地>0郾 25 mm 水稳定性团
聚体含量最高,玉米鄄红薯轮作地最低,差异显著;
>5 mm和 2 ~ 5 mm 水稳性团聚体含量为原生林地
和自然恢复地>放牧+火烧草地>玉米鄄红薯轮作地
(P<0郾 05),而且>5 mm粒级玉米鄄红薯轮作地为零,
可能与频繁的农业耕作和人为干扰有关. 0郾 25 ~
2 mm水稳性团聚体总量则以玉米鄄红薯轮作地最
多,放牧+火烧草地次之,且显著高于原生林地和自
然恢复地;其中玉米鄄红薯轮作地 0郾 25 ~ 0郾 5 mm 水
稳性团聚体含量占>0郾 25 mm含量的 48郾 9% .
摇 摇 研究表明,土壤团聚体结构破坏率越大,土壤结
构越易崩解破碎,土壤越容易被侵蚀[16-17] . 由表 1
可以看出,玉米鄄红薯轮作地土壤团聚体结构破坏率
最大(54郾 9% ),显著高于放牧+火烧草地,这与人为
干扰有关;实行自然恢复以后,土壤团聚体结构破坏
率显著降低,自然恢复地仅为 9郾 8% ,与原生林地的
差异较小.
2郾 2摇 土壤各粒级团聚体中有机碳和全氮含量
由图 1 可以看出,相同粒级不同生态系统土壤
水稳性团聚体中,有机碳和全氮含量均为原生林地
>自然恢复地>放牧+火烧草地>玉米鄄红薯轮作地,
与表层土壤有机碳和全氮含量变化规律一致[18] .原
生林地>5 mm粒级的土壤有机碳含量(58郾 7 g·kg-1)
分别是自然恢复地和放牧 +火烧草地的 2郾 74 和
3郾 09 倍;2 ~ 5 mm团聚体中有机碳含量大小为原生
林地(52郾 3 g·kg-1)>自然恢复地(22郾 0 g·kg-1)>放
牧+火烧草地(18郾 5 g·kg-1)>玉米鄄红薯轮作地(10郾 7
g·kg-1);4种生态系统 1 ~ 2 mm粒级团聚体有机碳
含量与 2 ~ 5 mm 相差较少;0郾 5 ~ 1 mm 和 0郾 25 ~
0郾 5 mm粒级中,玉米鄄红薯轮作地有机碳含量较 2 ~
5 mm和 1 ~2 mm略有增加,原生林地仍然最高.
同一生态系统土壤中,不同粒级团聚体中有机
表 1摇 不同生态系统中土壤团聚体的百分含量
Table 1摇 Percentage of soil aggregates in different ecosystems (%, mean依SE)
土壤类型
Land type
方法
Method
土壤团聚体粒级 Soil aggregates size fraction (mm)
>5 2 ~ 5 1 ~ 2 0郾 5 ~ 1 0郾 25 ~ 0郾 5 >0郾 25
破坏率
Damage ratio
(% )
PF 玉 60郾 9依5郾 4B 22郾 8依3郾 7A 4郾 0依0郾 69B 5郾 8依0郾 9B 2郾 3依0郾 2B 95郾 6依0郾 2A 9郾 6依0郾 5C
域 35郾 2依3郾 2b 34郾 5依2郾 7a 8郾 4依0郾 81a 5郾 1依0郾 5b 3郾 2依0郾 4c 86郾 4依0郾 6a
NR 玉 79郾 6依1郾 1A 9郾 5依0郾 8C 1郾 9依0郾 12C 3郾 2依0郾 2C 1郾 4依0郾 1B 95郾 7依0郾 7A 9郾 8依0郾 9C
域 66郾 5依2郾 4a 11郾 3依0郾 8b 3郾 3依0郾 20c 2郾 8依0郾 1c 2郾 5依0郾 2c 86郾 3依1郾 5a
GB 玉 71郾 0依1郾 6AB 12郾 6依0郾 5BC 2郾 4依0郾 07C 3郾 9依0郾 3C 1郾 6依0郾 2B 91郾 5依0郾 9A 23郾 2依2郾 8B
域 34郾 6依6郾 7b 8郾 4依1郾 9bc 6郾 8依1郾 50ab 8郾 6依1郾 7a 12郾 0依1郾 2b 70郾 4依3郾 0b
MS 玉 37郾 9依4郾 4C 18郾 0依1郾 3AB 6郾 8依0郾 43A 14郾 6依0郾 5A 6郾 1依0郾 6A 83郾 4依4郾 8B 54郾 9依1郾 9A
域 0郾 0c 4郾 9依1郾 1c 5郾 3依0郾 46bc 9郾 1依1郾 0a 18郾 5依3郾 5a 37郾 7依3郾 1c
MS:玉米鄄红薯轮作地 Maize鄄sweet potato cultivated land; GB:放牧+火烧草地 Long鄄term grazing grassland burned annually in winter; NR:自然恢复
地 Natural restoration land; PF:原生林地 Primary forest land. 玉:干筛 Dry sieving;域:湿筛Wet sieving. 同列不同大、小写字母分别表示各土壤类
型间机械稳定性或水稳定性团聚体含量差异达显著水平(P<0郾 05) The different uppercase or lowercase letters showed significant difference at 0郾 05
level among land types or soil aggregates, respectively.
3794 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 魏亚伟等: 人为干扰对喀斯特土壤团聚体及其有机碳稳定性的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 1摇 不同粒级团聚体中有机碳和全氮的含量
Fig. 1 摇 Contents of soil organic C and total N in different soil
aggregates (n=19).
MS:玉米鄄红薯轮作地 Maize鄄sweet potato cultivated land; GB:放牧+火
烧草地 Long鄄term grazing grassland burned annually in winter; NR:自然
恢复地 Natural restoration land; PF:原生林地 Primary forest land. 下同
The same below.
碳和全氮的含量各不相同,但各个粒级间均无显著
差异.各粒级团聚体中有机碳含量并没有随粒级的
变化表现出相似的变化规律,而团聚体全氮含量与
有机碳含量变化相似 郾 经相关分析,土壤团聚体中
有机碳和全氮呈极显著的正相关关系(R = 0郾 99,P<
0郾 01).
2郾 3摇 土壤团聚体中有机碳的稳定性
2郾 3郾 1 土壤团聚体中有机碳的矿化速率摇 由图 2 可
以看出,随培养时间的增加,不同生态系统各粒级土
壤团聚体中有机碳矿化速率逐渐增加,在第 5 天达
最大值,随后开始下降,第 20 天左右趋于平稳.培养
前期(1 ~ 10 d),各粒级团聚体间有机碳矿化速率相
差较大;培养后期,随矿化速率的下降,这种差别逐
渐减小;而且同一生态系统土壤中,随团聚体粒级的
增大,矿化速率逐渐减小.各生态系统中团聚体有机
碳的矿化速率为>5 mm<2 ~ 5 mm<1 ~ 2 mm<0郾 5 ~
1 mm<0郾 25 ~ 0郾 05 mm.
相同粒级不同生态系统中土壤团聚体有机碳的
矿化速率均为原生林地最大,玉米鄄红薯轮作地最
小.其中 0郾 25 ~ 0郾 5 mm粒级培养第 1 天,团聚体有
机碳矿化速率为:原生林地>自然恢复地>放牧+火
烧草地和玉米鄄红薯轮作地,差异显著;第 5 天,其矿
化速率均达到最大值 ,为原生林地 ( 1 0 8 郾 4
图 2摇 不同生态系统土壤团聚体中有机碳的矿化速率
Fig. 2摇 Mineralization rate of organic C in aggregates under dif鄄
ferent ecosystems.
mg·kg-1·d-1)>自然恢复地(63郾 8 mg·kg-1·d-1)
和放牧+火烧草地(63郾 6 mg·kg-1·d-1) >玉米鄄红
薯轮作地(40郾 8 mg·kg-1·d-1);培养第 20 天至第
80 天,其矿化速率为原生林地和自然恢复地>放牧+
火烧草地>玉米鄄红薯轮作地,差异均显著.
2郾 3郾 2 土壤团聚体中有机碳的累积矿化量摇 由图 3
可以看出,随培养时间的增加,有机碳的累积矿化量
479 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
逐渐增多,培养前期增幅较快,后期逐渐趋于平缓,
这与其矿化速率密切相关. 相同粒级不同生态系统
土壤团聚体中,有机碳的累积矿化量均为原生林地
最大,玉米鄄红薯轮作地最小,其中 0郾 25 ~ 0郾 5、0郾 5 ~
1 和 1 ~ 2 mm粒级中,自然恢复地大于放牧+火烧草
地,而 2 ~ 5 和>5 mm 粒级则相反,放牧+火烧草地
大于自然恢复地.
图 3摇 不同生态系统各粒级团聚体中有机碳的累积矿化量
Fig. 3摇 Cumulative mineralization of organic C in aggregates un鄄
der different ecosystems.
摇 摇 培养末期 0郾 25 ~ 0郾 5 mm 有机碳的累积矿化量
为原生林地>自然恢复地>放牧+火烧草地>玉米鄄红
薯轮作地.随粒级的增大,有机碳的累积矿化量逐渐
减少,这与有机碳的矿化速率变化规律一致. 其中,
2 ~ 5 和 >5 mm粒级土壤团聚体有机碳的累积矿化
量小于放牧+火烧草地;玉米鄄红薯轮作地土壤团
聚体有机碳的累积矿化量的最大值与最小值相差
图 4摇 不同生态系统各粒级团聚体中有机碳的矿化率
Fig. 4摇 Mineralization ratio of organic C in aggregates under dif鄄
ferent ecosystems.
5794 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 魏亚伟等: 人为干扰对喀斯特土壤团聚体及其有机碳稳定性的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
13郾 6% ,原生林地相差 51郾 2% 郾 这与各生态系统土
壤中有机碳含量和土壤微生物的活性有关.
2郾 3郾 3 土壤团聚体中有机碳的矿化率摇 由图 4 可以
看出,随培养时间的增加,各生态系统土壤团聚体有
机碳的矿化率均逐渐增大;0郾 25 ~ 0郾 5 mm粒级团聚
体中,自然恢复地的有机碳矿化率最大;0郾 5 ~ 5 mm
和>5 mm 中,放牧+火烧草地的有机碳矿化率大于
自然恢复地和玉米鄄红薯轮作地;而同粒级团聚体中
有机碳的矿化率均以原生林地最小 郾 这与团聚体有
机碳的矿化速率和累积矿化量相反.
摇 摇 在培养末期,原生林地、自然恢复地、放牧+火
烧草地和玉米鄄红薯轮作地土壤团聚体有机碳的矿
化率变化范围分别在 1郾 7% ~ 3郾 8% 、 2郾 7% ~
7郾 6% 、3郾 7% ~6郾 8%和 4郾 0% ~4郾 3% .
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 人为干扰对土壤团聚体含量的影响
本研究结果表明,原生林地和自然恢复地水稳
性团聚体总量( >0郾 25 mm)显著高于放牧+火烧草
地和玉米鄄红薯轮作地,而土壤团聚体结构破坏率显
著低于后二者,其中玉米鄄红薯轮作地中 0郾 25 ~ 2
mm各粒级水稳性团聚体均显著高于其他 3 种生态
系统.这说明原生林地和自然恢复地有良好的土壤
结构,土壤抗侵蚀性和保持养分能力较强;而放牧+
火烧草地和玉米鄄红薯轮作地发生土壤侵蚀和养分
流失的可能性较大,这与频繁的人为干扰有关. 玉
米鄄红薯轮作地每年进行翻耕,收获作物,不仅破坏
了土壤结构,加速了水稳性大团聚体向小粒级
(0郾 25 ~ 2 mm)转变,而且减少了有机物的来源 郾 虽
然每年对其进行施肥,但并不能弥补耕作和收获对
土壤造成的破坏. 这与章明奎等[6]研究结果一致.
史奕等[19]研究表明,有机肥和人为活动是土壤团聚
体形成的主要影响因素,因此,增加喀斯特农耕旱地
有机肥的施用量,减少人为干扰是改善土壤结构的
一个有效措施. 自然恢复地较放牧+火烧草地土壤
结构稳定性和抗侵蚀性更好,这是由于自然恢复地
在抛荒以后,人为干扰减少,地上植被生长完整,归
还土壤的生物量较大、地表覆盖率较高,而放牧+火
烧草地每年冬季进行火烧、春夏秋季放牧,造成地上
草本稀疏且植被矮小,既动物的压实和有机物来源
的减少严重破坏了土壤结构. 原生林地由于极少受
到人为干扰,土壤结构完整性保持较好,但是当原生
生态系统受到人为干扰破坏以后,土壤团聚体结构
破坏率显著升高,其抗侵蚀性和保持养分能力显著
降低.
3郾 2摇 人为干扰对土壤团聚体有机碳和全氮含量及
其矿化速率和累积矿化量的影响
Puget等[20]研究发现,大团聚体比小团聚体含
有更多的碳、氮、颗粒有机质和不稳定有机质,是高
富集有机碳的源;Christensen 等[21]研究显示,有机
碳和全氮主要分布在小粒径微团聚体中,有机质含
量与粘粒和粉砂含量呈正相关关系;李恋卿等[22]发
现,有机碳在团聚体中呈 V 型分布,<0郾 002 mm 和
>2 mm团聚体中有机碳含量均较高. 本研究结果表
明,土壤各粒级团聚体中有机碳和全氮含量的变化
趋势基本一致,各粒级团聚体间的含量没有显著差
异,这可能与喀斯特地区特殊的地貌类型有关,较高
的土壤碳酸钙和粘粒含量是影响土壤水稳性团聚体
形成的主要因素[23] .
土壤团聚体有机碳的累积矿化量前期增加较
快,后期增加缓慢,与韩成卫等[24]和郝瑞军等[25]研
究结果相似 郾 这可能与团聚体中土壤有机碳的组成
有关.有机碳由易矿化和难矿化两部分组成[26] . 培
养前期,易矿化部分被微生物迅速分解利用,有机碳
矿化速率较快,则有机碳累积矿化量增加也较快;培
养后期,易矿化部分逐渐被分解完,微生物开始利用
难矿化部分,矿化速率趋于稳定,累积矿化量增加减
慢.矿化速率和累积矿化量均随团聚体粒级的减小
逐渐增大.这说明喀斯特土壤大团聚体的有机碳较
稳定,不易分解,而小团聚体中的有机碳易矿化,不
利于有机碳的储存. 这与前人研究结果不同,Elliott
等[27]研究表明,大团聚体中的有机碳比较年轻,因
而比微团聚体中的有机碳更易矿化;Puget 等[28]发
现,小团聚体中的有机碳比大团聚体中的有机碳老
化 郾 这可能与土壤母质、地上植被和生态环境的差
异,造成土壤团聚体中有机碳的组成不同有关.这方
面的机理还有待进一步的研究.
土壤团聚体有机碳的矿化速率和累积矿化量均
以原生林地最大,玉米鄄红薯轮作地最小,自然恢复
地和放牧+火烧草地相差较少,与各生态系统土壤
团聚体中和表层土壤中有机碳含量密切相关. 统计
分析表明,土壤有机碳含量和团聚体有机碳含量与
其矿化速率和累积矿化量分别呈极显著的正相关关
系,相关系数分别为 0郾 57、0郾 59、0郾 66 和 0郾 68( n =
19,P<0郾 01).这与 Sato等[29]研究结果相似,土壤可
矿化的碳与微生物生物量碳和土壤有机碳有着很好
的相关性,但不同粒级团聚体中有机碳矿化量的差
异,除与土壤微生物和有机碳含量有关外,还可能受
679 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
其他多种因素的影响[25] .
3郾 3摇 人为干扰对土壤团聚体有机碳矿化率的影响
各生态系统中小粒级团聚体(0郾 25 ~ 2 mm)有
机碳矿化率大于大粒级(>2 mm)(玉米鄄红薯轮作地
除外),与有机碳的矿化速率和累积矿化量一致 郾
这说明喀斯特生态系统小粒级团聚体有机碳矿化的
绝对数量和矿化的比例均较高,相对稳定性较差;而
大粒级团聚体对有机碳的保护作用更强. 原生林地
土壤团聚体有机碳的矿化率最小,与其较高的矿化
速率和累积矿化量相反. 这与原生林地土壤较高的
有机碳含量有关 郾 喀斯特土壤团聚体有机碳的含量
与矿化率呈极显著的负相关(R = 0郾 59,P<0郾 01,n =
19),说明喀斯特原生林地不仅有机碳含量较高,而
且相对稳定性好,有利于土壤有机碳的储存. 这与
Smithwick 等[30]研究结果一致,未受人为干扰的原
始林地有机碳储量最大,对有机碳的保护作用最强.
玉米鄄红薯轮作地、放牧+火烧草地和自然恢复地土
壤团聚体有机碳的矿化率均显著增大,其中自然恢
复地有机碳矿化率随粒级增大逐渐降低,说明人为
干扰不仅降低了土壤有机碳含量,而且加速了有机
碳的分解;而自然恢复提高了有机碳含量[18],增强
了团聚体有机碳的稳定性.
4摇 结摇 摇 论
喀斯特原生林地土壤结构较好,抗侵蚀性较强,
对维持土壤养分和有机碳含量有较好的促进作用,
因此应该加强保护,避免人为干扰;对于喀斯特耕
地,应注重用养结合,在增加有机肥料的同时,实行
少耕或免耕等保护性耕作措施,培肥地力;而减少人
为干扰,实行自然恢复则可作为喀斯特地区退化生
态系统恢复重建的一种有效方式.
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作者简介摇 魏亚伟,男,1983 年生,博士研究生. 主要从事森
林生态等研究. E鄄mail: 2000wyw@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
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