全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 10 期摇 摇 2013 年 5 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
福建长汀水土保持专题
福建省长汀县水土流失区的时空变化研究———“福建长汀水土保持冶专题序言 徐涵秋 (2945)………………
福建省长汀县河田盆地区近 35 年来地表裸土变化的遥感时空分析 徐涵秋 (2946)……………………………
福建省长汀县河田水土流失区植被覆盖度变化及其热环境效应 徐涵秋,何摇 慧,黄绍霖 (2954)……………
红壤侵蚀地马尾松林恢复后土壤有机碳库动态 何圣嘉,谢锦升,曾宏达,等 (2964)……………………………
基于 RUSLE的福建省长汀县河田盆地区土壤侵蚀定量研究 杨冉冉,徐涵秋,林摇 娜,等 (2974)……………
南方红壤水土流失区土地利用动态变化———以长汀河田盆地区为例 林摇 娜,徐涵秋,何摇 慧 (2983)………
亚热带地区马尾松林碳储量的遥感估算———以长汀河田盆地为例 黄绍霖,徐涵秋,林摇 娜,等 (2992)………
南方红壤侵蚀区土壤肥力质量的突变———以福建省长汀县为例 陈志强,陈志彪 (3002)………………………
前沿理论与学科综述
土壤有机质转化及 CO2 释放的温度效应研究进展 沈征涛,施摇 斌,王宝军,等 (3011)………………………
湖泊蓝藻水华发生机理研究进展 马健荣,邓建明,秦伯强,等 (3020)……………………………………………
个体与基础生态
岩溶区不同植被下土壤水溶解无机碳含量及其稳定碳同位素组成特征
梁摇 轩,汪智军,袁道先,等 (3031)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
黄脊雷蓖蝗越冬卵的滞育发育特性 朱道弘,陈艳艳,赵摇 琴 (3039)……………………………………………
香港巨牡蛎与长牡蛎种间配子兼容性 张跃环,王昭萍,闫喜武,等 (3047)………………………………………
种群、群落和生态系统
西藏珠穆朗玛峰国家级自然保护区鸟类群落结构与多样性 王摇 斌,彭波涌,李晶晶,等 (3056)………………
采伐对长白山阔叶红松林生态系统碳密度的影响 齐摇 麟,于大炮,周旺明,等 (3065)…………………………
胶州湾近岸浅水区鱼类群落结构及多样性 徐宾铎,曾慧慧,薛摇 莹,等 (3074)…………………………………
黄河口盐地碱蓬湿地土壤鄄植物系统重金属污染评价 王耀平,白军红,肖摇 蓉,等 (3083)……………………
不同起始状态对草原群落恢复演替的影响 杨摇 晨,王摇 炜,汪诗平,等 (3092)…………………………………
施肥梯度对高寒草甸群落结构、功能和土壤质量的影响 王长庭,王根绪,刘摇 伟,等 (3103)…………………
高寒退化草地狼毒种群株丛间格局控制机理 高福元,赵成章 (3114)……………………………………………
藏东南色季拉山西坡土壤有机碳库研究 马和平,郭其强,刘合满,等 (3122)……………………………………
灵石山不同海拔米槠林优势种叶片 啄13C值与叶属性因子的相关性 王英姿 (3129)……………………………
西门岛人工秋茄林恢复对大型底栖生物的影响 黄摇 丽,陈少波,仇建标,等 (3138)……………………………
喀斯特峰丛洼地土壤剖面微生物特性对植被和坡位的响应 冯书珍,苏以荣,秦新民,等 (3148)………………
青藏高原高寒草甸植被特征与温度、水分因子关系 徐满厚,薛摇 娴 (3158)……………………………………
景观、区域和全球生态
近 60 年挠力河流域生态系统服务价值时空变化 赵摇 亮,刘吉平,田学智 (3169)………………………………
基于系统动力学的雏菊世界模型气候控制敏感性分析 陈海滨,唐海萍 (3177)…………………………………
资源与产业生态
主要气候因子对麦棉两熟棉花产量的影响 韩迎春,王国平,范正义,等 (3185)…………………………………
低覆盖度行带式固沙林对土壤及植被的修复效应 姜丽娜,杨文斌,卢摇 琦,等 (3192)…………………………
不同土地利用方式土下岩溶溶蚀速率及影响因素 蓝家程,傅瓦利,彭景涛,等 (3205)…………………………
农地保护的外部效益测算———选择实验法在武汉市的应用 陈摇 竹,鞠登平,张安录 (3213)…………………
研究简报
温度、投饵频次对白色霞水母无性繁殖与螅状体生长的影响 孙摇 明,董摇 婧,柴摇 雨,等 (3222)……………
内蒙古达赉湖西岸地区大鵟巢穴特征和巢址选择 张洪海,王摇 明,陈摇 磊,等 (3233)…………………………
红外相机技术在鼠类密度估算中的应用 章书声,鲍毅新,王艳妮,等 (3241)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*304*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*33*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄05
封面图说: 色季拉山的长苞冷杉和高山杜鹃林———色季拉山高海拔处的植被主要有长苞冷杉、林芝云杉和高山杜鹃等,再高海
拔地区则分布有高山灌丛、草甸等。 长苞冷杉为我国特有种,属松科常绿乔木,分布于西藏东南部高山地带。 树高
可达 40m,树皮暗褐色,针叶较短;其球果圆柱形,直立。 长苞冷杉的形态独特,与分布区内多种冷杉有密切的亲缘
关系,和云杉、杜鹃的分布也彼此交叠。 随着色季拉山体海拔的升高,区域气候对于山地土壤从黄壤至棕色森林土、
直至高山草甸土的完整发育,以及对森林生态系统类型的形成都产生直接而深刻的影响。
彩图及图说提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 10 期
2013 年 5 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 10
May,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:重庆市移民局课题资助(200909);重庆市自然科学基金(40701179);国家自然科学基金项目(41072192, 41103068);重庆市科委项目
(CSTC, 2010BC7004)
收稿日期:2012鄄02鄄29; 摇 摇 修订日期:2012鄄09鄄06
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: fuwali@ swu. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201202290269
蓝家程,傅瓦利,彭景涛,周小萍,肖时珍,袁波.不同土地利用方式土下岩溶溶蚀速率及影响因素.生态学报,2013,33(10):3205鄄3212.
Lan J C, Fu W L, Peng J T, Zhou X P Xiao S Z, Yuan B. Dissolution rate under soil in karst areas and the influencing factors of different land use
patterns. Acta Ecologica Sinica,2013,33(10):3205鄄3212.
不同土地利用方式土下岩溶溶蚀速率及影响因素
蓝家程1,傅瓦利1,*,彭景涛1,周小萍1,肖时珍1,2,袁摇 波1
(1. 西南大学地理科学学院,重庆摇 400715; 2. 贵州师范大学中国南方喀斯特研究院, 贵阳摇 550000)
摘要:以重庆中梁山为例,通过野外埋放标准溶蚀试片、土壤 CO2 收集装置和进行亮蓝染色示踪试验,测试不同土地利用方式
下不同土层碳酸盐岩溶蚀速率、土壤 CO2 浓度、土壤溶解性有机碳(DOC)含量及土壤含水量、土壤 pH值和孔隙度等性质,探讨
不同土地利用方式土下溶蚀速率差异及其影响因素。 结果表明不同土地利用方式对土壤理化性质产生影响,形成特定的岩溶
微环境,进而影响土下不同层次的岩溶作用:土壤 CO2 浓度是影响林地和草地旱季土下溶蚀速率的重要驱动力;土壤含水量和
供水能力是影响旱季不同土地利用方式溶蚀速率的关键因素;菜地产生的酸性物质较多,土壤 pH 值最低,其平均溶蚀速率高
于林地;土壤 DOC随水下渗迁移性强,是林地土下 50 cm处溶蚀速率高于土下 20 cm处的原因之一。 该文为西南岩溶区土下岩
溶机理、岩溶碳汇提供理论依据和数据参考。
关键词:岩溶区;土地利用方式;溶蚀速率;影响因素
Dissolution rate under soil in karst areas and the influencing factors of different
land use patterns
LAN Jiacheng1, FU Wali1,*, PENG Jingtao1, ZHOU Xiaoping1, XIAO Shizhen1,2, YUAN Bo1
1 School of Geographical Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China
2 The Institute of South China Karst, Guizhou Normal University, Guiyang 550000, China
Abstract: The unique karst ecosystem of Southwest China is an example of a typical vulnerable ecosystem and key eco鄄
region in China. Rocky and soil desertification in the karst environment are two of the most serious problems, and
unsuitable land use patterns will intensify the desertification. Increasing attention has been paid to the impact of land鄄use
types on karst processes and consequently to investigate the best way to restore the ecosystem in rock and soil desertification
areas, it is necessary to study the influences of changes in the soil environment on karst processes under different land use
patterns. Soil physical and chemical variations result from land cover, and the resulting special karst micro鄄environments
could intensively affect karst processes under different land use patterns.
A case study was conducted at Mt. Zhongliang, Chongqing, in order to analyze and investigate the dissolution rate in a
karst area and the factors which influence it under different land use patterns. Standard limestone tablets were buried in the
field, soil CO2 collection devices were set up, and tracer experiments using a bright blue dye were carried out. The
dissolution rate of carbonate rocks, soil CO2 concentrations, and dissolved organic carbon (DOC) contents were measured
in different soil layers at depths of 20 cm and 50 cm, as well as land use patterns and soil properties, such as moisture,
porosity and pH.
The average contents of soil DOC from the highest to lowest were in the order: woodland>grassland>vegetable land.
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There was a significant difference in soil DOC content in the upper soil horizon (0—20 cm) between woodland and
vegetable land, as well as in the lower horizon (20—50 cm) among woodland, vegetable land and grassland. The diversity
of soil water content and porosity indicates that woodland and grassland are beneficial for maintaining water content. Use of
the dye indicated an obvious distribution of soil preferential flow in woodland and grassland, but not in the vegetable land.
Soil CO2 concentrations and pH values at 50 cm depth were higher than at 20 cm, and were present in the order: grassland>
woodland>vegetable land. Woodland and grassland have greater vegetation coverage, more plant residues, and greater
microbial activity, which may be the reason for the variations in soil physical and chemical properties under the different
land use patterns.
The study showed that soil physical and chemical properties were affected by different land use patterns, forming
special karst micro鄄environments and resulting in different karst processes in different soil layers. Dissolution rates in the
dry season were in the order: grassland>vegetable land>woodland. Soil CO2 concentration is an important driving force
affecting the dissolution rate in woodland and grassland during the dry season; soil moisture and water鄄supplying capacity
are key factors influencing the dissolution rate under the different land use patterns in the dry season; the average
dissolution rate in the vegetable land is higher than that in the woodland as more acid materials are produced in the
vegetable land which has the lowest pH; the DOC of soil has a strong transforming ability with water infiltration, which is
one of the reasons why the dissolution rate of forest land 50 cm beneath the soil is higher than that at 20cm. This research
provides a theoretical basis and data reference for the mechanism of karst dissolution and the karst carbon sink in
southwestern China.
Key Words: Karst area; land use patterns; dissolution rate; influencing factors
西南岩溶区特殊的地质背景形成的相对脆弱的生态环境,敏感度高[1]。 容易引起岩溶区地面塌陷、干旱
洪涝、地下水污染、土壤贫瘠、水土流失、岩溶石漠化等一系列地质灾害问题。
前人研究岩溶作用主要从宏观角度进行对比,如不同地质背景、气候与水文条件下岩溶作用强度及其差
异[2鄄3];或从碳循环角度研究岩溶作用对 CO2 汇的贡献[4鄄5];或探讨岩溶作用对环境变化的敏感性[6鄄8]。 已有
的研究表明,土壤在岩溶作用与岩溶生态系统中扮演着极其重要的角色[9鄄10]。 气温和降雨控制溶蚀速
率[8,11]。 不同季节,气候因子差异,土地利用方式的变化会对土壤理化性质产生影响,进而影响到岩溶作用的
强度和方向[12鄄15],而土壤各个因子又是相互联系,相互作用,共同影响岩溶作用过程[16]。 本文以土地利用为
切入点,从土壤溶解性有机碳(DOC)含量、土壤 CO2 浓度、土壤含水量和优先流分布、土壤 pH 值和孔隙度等
性质入手,分析其对旱季土下溶蚀速率的影响,有助于把握土地利用对岩溶作用的影响程度。
1摇 研究区概况
研究区位于重庆市中梁山,东经 106毅18忆14义—106毅56忆53义,北纬 29毅39忆10义—30毅3忆53义之间,属于中亚热带
季风性湿润气候,海拔 400—700 m,年均气温 18 益,多年平均降水量 1000 mm 左右,全年降雨量集中分布在
3—9月,占全年降雨量的 75. 8% 。 研究区土壤由三叠纪嘉陵江组的岩溶角粒状白云质灰岩发育而成,土层厚
0. 15—1 m。 该区地带性植被为中亚热带常绿阔叶林,受岩性、土壤和人类活动影响,岩溶槽谷已经没有典型
的常绿阔叶林地,现有植被为人工次生林。 目前该研究区的主要土地利用方式是林地、草地、耕地和菜地,其
中耕地以坡耕地为主,草地由耕地撂荒而成。 本文选取了林地、草地和菜地作为研究对象,其样地基本情况见
表 1。
2摇 材料与方法
2. 1摇 采样方法
2010 年 11 月 23 日至 2011 年 2 月 25 日在中梁山岩溶槽谷中每月选取了林地、草地和菜地,3 种土地利
用方式分别开挖 2 个土壤剖面,按 0—20 cm和 20—50 cm从下往上采取土壤样品,每个层次取 1 kg左右样品
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装入自封袋中密封保存。 将所取的土样马上带回实验室分成 2 份,一份作为新鲜样品用于测定土壤溶解性有
机碳,如不能立即实验,贮藏于 4 益冰箱内尽快测定;另一份风干后用于测定土壤基本理化性质。
表 1摇 样地基本情况
Table 1摇 Basic information of sample plot
土地利用方式
Land use pattern
海拔
Elevation
/ m
坡度
Gradient
植被
Vegetation
植被覆盖度
Vegetation
coverage
利用情况
Utilize situation
林地 Woodland 671 2—10毅 柏树 85% 人工林 10a以上
草地 Grassland 572 6—13毅 白茅为主,夹蒿等 100% 利用 20a以上,耕地撂荒而成
菜地 Vegetableland 514 2—5毅 白菜、萝卜 80% 5a以上轮种,月初刚施肥
2. 2摇 试验和研究方法
土壤含水量、孔隙度和土壤 pH值采用常规法[17];土壤溶解性有机碳(DOC)的测定[18]采用硫酸钾侵提
法;土壤 CO2 浓度测定参照何师意等[6]人设计,分别在土下 20 cm处和土下 50 cm处埋放土壤 CO2 收集装置
(结构如图 1),每月测量各层 CO2 浓度 1—2次。
图 1摇 CO2 收集装置示意图
Fig. 1摇 Sketch of CO2 collector
图片根据何师意[6]进行修改
标准溶蚀试片法[11]:由袁道先在 20 世纪 80 年代
末引进国内,并在 IGCP299 项目(1990—1994)中得到
广泛应用,主要目的是对比不同地质、气候与水文条件
下岩溶作用的强度及其差异。 取当地地层中的嘉陵江
组白云质灰岩岩块磨制成统一直径为 40 mm,厚为 3
mm的圆形标准溶蚀试片。 于 2010 年 11 月 22 日至
2011 年 3 月 23 日,将试片按土下 5 cm、土下 20 cm、土
下 50 cm埋放于 3 种土地利用方式下,每种土地利用方
式每个土壤剖面埋放 2 块,共 18 块,用于测定旱季土下
溶蚀速率。 试片取出后小心洗净并风干,经过两次烘箱
烘干后称重取平均值,按照公式(1)计算测试时间内各
个试片的单位面积溶蚀量。 计算公式如下:
ER = W1 - W( )2 伊 107 / T / S (1)
式中, ER 为 单 位 面 积 溶 蚀 量, 即 溶 蚀 速 率
(mg·m-2·d-1);W1 为试片初质量( g);W2 为试片取回
后烘干质量(g);(W1-W2)为埋放时间内试片绝对溶蚀量(g);T 为埋放天数(d);S 为试片表面积(约 28. 91
cm2)。
亮蓝染色示踪优先流:分别在 3 种土地利用方式上随机选取试验点,首先除去表层的枯枝落叶层,平整出
0. 5 m伊0. 5 m的小区。 根据当地降雨量,配置浓度为 10 g / L的亮蓝溶液 6 000 mL。 在小区上均匀的喷灌,过
24 h开挖。 开挖深度直到基本上没看到染色部分为止,然后用分辨率统一的数码相机对土壤剖面进行拍照。
根据已有的试验,为了降低或消除试验误差,每次拍照时应调节相机镜头与土体表面一致,同时利用卷尺测量
每一剖面的宽度和深度作为比例尺[19]。
图像处理:将野外所拍的图像直接输入计算机,利用 CorelDraw 软件对照片的染色部分进行矢量化处理,
将染色部分填充为黑色,未染色部分呈白色,制成染色示意图。 最后将处理过的图像以. jpg格式输出。
数据处理在 Spss17. 0 和 Excel2007 软件上实现。 统计分析采用单因素方差分析(ANOVA)和多重比较
LSD法判断不同土地利用方式土壤 DOC含量变化是否有差异。 方差分析前,对各组数据值进行检验,检验其
是否满足正态分布和方差是否是齐性,若不满足,则需要通过数据转换使其满足方差分析的要求。
7023摇 10 期 摇 摇 摇 蓝家程摇 等:不同土地利用方式土下岩溶溶蚀速率及影响因素 摇
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3摇 结果与分析
3. 1摇 不同土地利用方式土壤溶解性有机碳差异
摇 摇 由表 2 可知,不同土地利用方式下 0—50 cm土壤 DOC含量平均值大小顺序为:林地>草地>菜地;就不同
土层来看也是林地最大,菜地最小,草地居中。 经过单因素方差分析和多重比较发现,0—20 cm 层林地和菜
地 DOC含量差异显著(P<0. 05),林地和草地以及草地和菜地有一定的差异,但不显著;20—50 cm 层林地和
草地、菜地差异显著(P<0. 05),草地和菜地差异不显著。 土壤 DOC剖面分布除了林地下层大于上层外,草地
和菜地均表现为上层大于下层,方差分析表明同一种土地利用方式不同土层土壤 DOC含量差异不显著。
表 2摇 不同土地利用方式不同土层深度土壤环境因子
Table 2摇 Soil Environmental factors in different soil depth under different land use patterns
利用方式
Land use pattern
土层深度
Soil layers
/ cm
DOC
Dissolve organic
carbon / (mg / kg)
CO2
/ (mL / m3)
pH
孔隙度
Porosity
/ %
含水量
Water content
/ %
林地 Woodland 0—20 64. 86a 780 5. 30 50. 61 29. 00
20—50 81. 04A 1559 6. 10 41. 42 37. 08
草地 Grassland 0—20 56. 05a 1391 6. 14 50. 69 27. 45
20—50 46. 12B 1800 7. 21 42. 53 28. 54
菜地 egetableland 0—20 39. 16b 500 4. 85 54. 04 24. 38
20—50 32. 58B 997 5. 88 44. 91 24. 33
摇 摇 表中土壤 CO2 浓度是指土下 20 cm处和土下 50 cm处的浓度;相同小写字母表示不同土地利用方式同一土层土壤; DOC 含量差异不显著
(P>0. 05),反之显著(P<0. 05);相同大写字母表示不同土地利用方式同一土层土壤 DOC含量差异; 不显著(P>0. 05),反之显著(P<0. 05)
一般来说,土壤 DOC主要来源于植被凋落物、根系分泌物、微生物活动和土壤有机质以及外来施入的有
机肥料等,其含量很大程度上取决于土壤有机碳含量。 赵劲松等[20]人认为土壤 DOC 来源于腐殖化的有机
质、植物凋落物、根系分泌物和微生物生物量。 同时,土壤溶解性有机碳含量还受到温度、降雨量、土壤含水
量、土壤质地、pH值等因素的影响。 林地枯枝落叶多,根系深且分泌物多,有机碳含量高,微生物活性强,粘粒
含量最高,可吸附的土壤溶解性有机碳增加,下层 DOC含量高可能是随水迁移的结果;菜地由于长期人为耕
作和施用氮肥,土壤溶解性有机碳含量明显下降[21];草地相对林地凋落物少,根系分布浅,土壤 DOC 含量
居中。
3. 2摇 不同土地利用方式土壤水分
3. 2. 1摇 不同土地利用方式土壤含水量和孔隙度变化
不同土地利用方式土壤含水量存在较大差异(表 2),其 0—50 cm平均值大小顺序为林地>草地>菜地;土
壤孔隙度表现为菜地>草地>林地,上层大于下层,说明林地、草地保水能力较强,这与林草地植被覆盖度较
高,根系及枯枝落叶层的作用有关。 随着土壤深度的增加,林地、草地土壤含水量有增加的趋势,而菜地有减
小的趋势。 土壤的通透性能是林草地土壤水源涵养的重要指标之一,林地、草地表面凋落物层较厚,有很强的
吸水性能,蓄水能力强,并且表层孔隙度较大有利于水分下渗,下层孔隙度小,保存水分;菜地虽然孔隙状况也
有利于水分下渗,但蓄水能力弱。 李阳兵[21]等人研究表明,不同土地利用方式土壤含水量变化差异明显,林
草地土壤持水供水性能好于人为影响因素较大的农用地;贾红杰[22]等人发现竹林地、草地等自然利用地被开
垦为农用地后土地的蓄水能力和抗溅蚀性大大降低。
3. 2. 2摇 不同土地利用方式土壤优先流分布
染色试验表明,经 24 h渗透后,亮蓝在研究区不同土地利用方式土下土壤层内迁移路径分布明显。 根据
垂直方向的染色剖面图像 (图 2),可以清晰地观测到土壤水分基质流和优先流的发生。 林地和草地土壤垂
直剖面上亮蓝迁移具有明显的不均匀性,在染色区域内有未染色的小斑块,有的区域仅在表层被染色,而有的
区域亮蓝的迁移相对较深,说明水分在快速的下渗中绕过了部分土壤,从而形成了不规则的染色区域。 不同
土地利用方式不同深度土层染色面积有所差异,染色面积比例随深度的增加显著降低。 受基质流的影响,林
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地和草地 0—10 cm土壤大部分被亮蓝染色,亮蓝在该水平剖面中分布较为均匀,优先流现象不明显,土壤中
基质流态的水分能够运移到达的深度在 10 cm 左右;10 cm 以下土壤受土壤优先路径的影响,染色区域呈一
定的集中分布趋势 (图 2),经优先路径运移的优先流部分水分能达到的深度为 30 cm以上,优先流发生区域
的土壤水分运移速度较未发生优先流的区域提高了很多。 菜地没有明显的优先流现象,染色面积呈均匀分
布,土壤中基质流态的水分能够运移到达的深度在 0—25 cm 范围,25 cm 以下染色部分几乎没有,水分能够
到达深度浅且速度慢,不能供给深层的足够的水分。
图 2摇 不同土地利用方式土壤剖面染色图[15]
Fig. 2摇 Dyed vertical Patterns of Profiles in different land use patterns[15]
黑色 black:染色区域 dyed area,白色 white:未染色区域 undyed area
土壤优先流主要受植物根系、微生物活动、土壤结构和质地、土壤含水量、降雨和气温等因素的影响[23]。
Kim等在对不同质地和结构的土壤进行染色示踪发现根系明显产生优势流,孔隙结构良好的土壤,示踪剂运
移最深[24]。 王伟等人认为阔叶森林土壤优先流的发生区域主要位于较大的孔穴和裂隙周围,呈聚集状分布,
土壤大孔隙的联通状况和分布特征影响优先流的发生[25]。 本研究在野外观察土壤剖面发现,林草地土壤质
地和结构较好,根系分布的地方集中蓝色染色剂,产生明显的优先流。
3. 3摇 不同土地利用方式土壤 pH值和土壤 CO2 浓度变化
表 2 可知,研究区不同土地利用方式土下 0—50 cm范围土壤 pH值平均值大小顺序为草地>林地>菜地,
林地产生的枯枝落叶多,有机质输入要多于草地,因而其土壤 pH值小于草地;菜地土壤 pH值最小,可能的原
因是受人为施用有机肥、氮肥等肥料的影响,土壤产生的酸性物质多。 旱季土壤 CO2 浓度变化与土壤 pH 值
变化一致,不同土地利用方式土壤 CO2 浓度依次为:草地>林地>菜地,土壤 CO2 不仅来源于有机碳的分解作
用,还主要来自植物、土壤动物和微生物的呼吸作用。 一般来说,土下 50 cm处土壤 CO2 浓度大于土下 20 cm
处,本研究符合这一规律。 从土壤孔隙度来看,林地、草地小于菜地,下层小于上层,有利于土壤 CO2 的保存。
3. 4摇 不同土地利用方式旱季土下溶蚀速率分析
表 3 的数据表明,不同土地利用方式不同土层土下溶蚀速率都有差异,旱季最大绝对溶蚀量出现在草地
土下 50 cm,其值为 105. 11 mg,最小的发生于林地土下 20 cm,其值为 49. 60 mg。 土下 0—50 cm范围内旱季
溶蚀速率平均值大小顺序为:草地>菜地>林地。 同层土壤不同土地利用方式旱季溶蚀速率比较(表 3),土下
5 cm处:菜地>林地>草地;土下 20 cm处:草地>菜地>林地;土下 50 cm处:草地>林地>菜地。 旱季溶蚀速率
随土壤剖面的变化,林地先减小后增加,草地逐渐增加,菜地差异不大,略微减小后略微增加。 对比之前的研
9023摇 10 期 摇 摇 摇 蓝家程摇 等:不同土地利用方式土下岩溶溶蚀速率及影响因素 摇
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究结果[15,26]发现:研究区不同土地利用方式雨季溶蚀速率和全年溶蚀速率平均值依次为林地>草地>菜地;不
同土壤剖面同一土层深度雨季、旱季及全年溶蚀速率变化规律均各不相同,说明不同季节土下溶蚀速率主要
影响因素不同,由此造成不同土下溶蚀速率变化差异。 但不论怎样,研究区土下溶蚀速率的影响因素最终归
结为气候及土地利用产生的土壤性质及土壤环境因子的变化。
表 3摇 不同土地利用方式不同埋放位置试片溶蚀速率
Table 3摇 Tablet dissolution rates in soil at different land use patterns
利用方式
Land use pattern
深度
Depth
旱季溶蚀速率
Dissolution rate of
dry season
/ (mg·m-2·d-1)
雨季溶蚀速率
Dissolution rate
of rainy season
/ (mg·m-2·d-1)
全年溶蚀速率
Annual dissolution rate
/ (mg·m-2·d-1)
林地 Woodland 土下 5cm 180. 70 353. 42 254. 45
土下 20cm 142. 97 409. 82 234. 55
土下 50cm 265. 70 148. 51 208. 49
草地 Grassland 土下 5cm 147. 44 270. 71 168. 69
土下 20cm 247. 23 253. 79 228. 39
土下 50cm 302. 98 244. 39 243. 55
菜地 Vegetableland 土下 5cm 233. 08 199. 27 186. 69
土下 20cm 219. 20 270. 71 215. 60
土下 50cm 224. 69 161. 67 170. 11
摇 摇 表中雨季溶蚀速率为 2008 年 3 月 22 日—2008 年 9 月 25 日的溶蚀速率,全年溶蚀速率为 2007—2008 年的数据[26]
已有的研究揭示了土壤 CO2 对岩溶作用的驱动作用[7],通气良好的土壤中,有利于有机碳分解产生 CO2;
土壤 CO2 溶于水生成碳酸,可使水的溶蚀能力提高几十倍[27],具有侵蚀性的土壤 CO2 才构成对碳酸盐岩的
溶蚀[16]。 由土壤含水量变化数据及土壤优先流分布可知,林地和草地土壤含水量大,土壤优先流明显,且分
布深,保水、供水能力强,但土壤 CO2 浓度草地大于林地,因此草地能形成较多的侵蚀性土壤 CO2,土下溶蚀速
率高于林地。 说明,林地和草地旱季土下溶蚀速率受土壤 CO2 浓度的驱动,但是无论是林地还是草地,土壤
含水量表现为下层高于上层,孔隙度下层低于上层,有利于下层保水保气,优先流能通过土壤孔隙向下层提供
充足的水分,相应的下层的溶蚀速率要高于上层;相反菜地土壤含水量有减小的趋势,没有明显的优先流现
象,水分运移的深度浅,难以供给土壤深层足够的水分,下层溶蚀速率低于上层;另外土下 50 cm 处的溶蚀速
率林草地高于菜地,因此土壤水分及其供给能力是制约土下溶蚀速率的关键因素。 菜地土壤 CO2 浓度最低,
但土下平均溶蚀速率相对林地较高,这可能与菜地土壤 pH 值最低有关,土壤 pH 值越低,形成的氢离子浓度
越高,促进碳酸盐岩的溶蚀。 土壤有机碳越多,可以产生越多的 CO2 和有机酸,降低 pH 值,会对溶蚀速率有
明显地促进作用[14,28];李恩香等[10]研究表明植物输入的土壤有机质越多,产生的 CO2 和酸性物质越多,土壤
的 pH值也会越低;长期施用氮肥等无机肥会降低土壤 pH值[29],由于菜地受人为施加氮肥等无机肥影响,可
能会产生更多的酸性物质,降低土壤 pH值,溶蚀速率高于林地和草地。
土壤 DOC是土壤有机碳中活性部分,对土地利用和气候变化最为敏感,又是岩溶过程碳转移主要形式,
其动态变化与溶蚀速率有很大的关系[30]。 在土壤溶解有机碳组分中,小分子酸性物质(臆5 个碳原子的脂肪
酸、多官能团酸)占有 30%—50%的比例[31]。 土壤溶解有机碳是岩溶作用的驱动力,这在岩溶生态系统中具
有重要的理论意义,初步的研究结果显示,5 mmol / L 的柠檬酸与 50000伊10-6CO2 对碳酸盐岩有几乎相同的侵
蚀能力[31]。 土壤 DOC迁移性强,雨水淋溶作用使土壤 DOC 容易迁移到土壤下层,这可能是林地土下 50 cm
土壤 DOC含量大于土下 20 cm 的原因之一,进而出现土下 50 cm 溶蚀速率高于土下 20 cm,另外下层土壤
CO2 浓度高于上层可能是更主要的原因。 从不同土地利用方式来看,林地土壤 DOC 含量最高,菜地最低,草
地居中,但岩溶溶蚀速率却是草地最高,菜地次之,林地最低,进一步说明影响岩溶溶蚀速率的因素不能由某
个因素来决定的,而是由各个因素相互联系,相互作用共同决定的。
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4摇 结论
不同土地利用方式对土壤 DOC含量、土壤含水量、土壤孔隙度、土壤 pH值和土壤 CO2 浓度产生影响,进
而影响到岩溶作用。 不同的影响因素相互联系,相互作用,共同决定土下岩溶溶蚀速率。 土壤 CO2 浓度是影
响林地和草地旱季土下溶蚀速率的重要驱动因素;土壤含水量和供水能力是影响旱季不同土地利用方式溶蚀
速率的关键因素;菜地由于受到人为活动影响,产生的酸性物质较多,土壤 pH 值最低,其平均溶蚀速率高于
林地;土壤 DOC随水下渗迁移性强,同土壤 CO2 浓度成为林地土下 50 cm处溶蚀速率高于土下 20 cm处的主
要原因。
致谢:西南大学地理科学学院文志林老师,张治伟老师对实验给予指导,谢芳对写作给予帮助,特此致谢。
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2123 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 10 May,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Special Topics in Soil and Water Conservation of County Changting, Fujian Province
Spatiotemporal dynamics of the bare soil cover in the Hetian basinal area of County Changting, China, during the past 35 years
XU Hanqiu (2946)
……
……………………………………………………………………………………………………………………
Analysis of fractional vegetation cover change and its impact on thermal environment in the Hetian basinal area of County Chang鄄
ting,Fujian Province, China XU Hanqiu, HE Hui, HUANG Shaolin (2954)……………………………………………………
Dynamic of soil organic carbon pool after restoration of Pinus massoniana in eroded red soil area
HE Shengjia, XIE Jinsheng, ZENG Hongda, et al (2964)
……………………………………
…………………………………………………………………………
RUSLE鄄based quantitative study on the soil erosion of the Hetian basin area in County Changting, Fujian Province, China
YANG Ranran, XU Hanqiu, LIN Na, et al (2974)
…………
…………………………………………………………………………………
Land use changes in a reddish soil erosion region of Southern China: Hetian Basin, County Changting
LIN Na, XU Hanqiu, HE Hui (2983)
………………………………
………………………………………………………………………………………………
Remote鄄sensing estimate of the carbon storage of subtropical Pinus massoniana forest in the Hetian Basin of County Changting,
China HUANG Shaolin, XU Hanqiu, LIN Na, et al (2992)………………………………………………………………………
Mutation of soil fertility quality in the red eroded area of southern China:A case study in Changting County, Fujian Province
CHEN Zhiqiang, CHEN Zhibiao (3002)
………
……………………………………………………………………………………………
Frontiers and Comprehensive Review
The temperature dependence of soil organic matter decomposition and CO2 efflux: a review
SHEN Zhengtao,SHI Bin,WANG Baojun,et al (3011)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Progress and prospects on cyanobacteria bloom鄄forming mechanism in lakes
MA Jianrong, DENG Jianming, QIN Boqiang,et al (3020)
……………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Characteristics of concentrations and carbon isotope compositions of dissolved inorganic carbon in soil water under varying vegeta鄄
tionsin karst watershed LIANG Xuan, WANG Zhijun, YUAN Daoxian, et al (3031)……………………………………………
The traits of diapause development of overwinter eggs in Rammeacris kiangsu Tsai (Orthoptera: Arcypteridae)
ZHU Daohong, CHEN Yanyan, ZHAO Qin (3039)
………………………
…………………………………………………………………………………
Analysis of gamete compatibility between Crassostrea hongkongensis and C. gigas
ZHANG Yuehuan, WANG Zhaoping, YAN Xiwu, et al (3047)
………………………………………………………
……………………………………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Avifaunal community structure and species diversity in the Mt. Qomolangma National Nature Reserve, Tibet, China
WANG Bin,PENG Boyong,LI Jingjing,et al (3056)
…………………
………………………………………………………………………………
Impact of logging on carbon density of broadleaved鄄Korean pine mixed forests on Changbai Mountains
QI Lin, YU Dapao, ZHOU Wangming,et al (3065)
………………………………
………………………………………………………………………………
Community structure and species diversity of fish assemblage in the coastal waters of Jiaozhou Bay
XU Binduo, ZENG Huihui, XUE Ying, et al (3074)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Assessment of heavy metal contamination in the soil鄄plant system of the Suaeda salsa wetland in the Yellow River Estuary
WANG Yaoping, BAI Junhong, XIAO Rong, et al (3083)
…………
…………………………………………………………………………
The effects of different original state on grassland community restoration succession
YANG Chen, WANG Wei, WANG Shiping, et al (3092)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effects of fertilization gradients on plant community structure and soil characteristics in alpine meadow
WANG Changting, WANG Genxu, LIU Wei, et al (3103)
………………………………
…………………………………………………………………………
Pattern鄄controlling mechanics of different age classes of Stellera chamaejasme population in degraded alpine grassland
GAO Fuyuan,ZHAO Chengzhang (3114)
………………
……………………………………………………………………………………………
Soil organic carbon pool at the western side of the sygera mountains, southeast Tibet, China
MA Heping,GUO Qiqiang,LIU Heman,et al (3122)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Correlation between foliar 啄13C and foliar trait factors of dominant species in Castanopsis carlessii forests in Lingshishan National
Forest Park WANG Yingzi (3129)…………………………………………………………………………………………………
Influences of artificial Kandelia obovata mangrove forest rehabilitation on the macrobenthos in Ximen Island
HUANG Li, CHEN Shaobo, CHOU Jianbiao, et al (3138)
…………………………
…………………………………………………………………………
Responses of soil microbial properties in soil profile to typical vegetation pattern and slope in karst鄄cluster depression area
FENG Shuzhen, SU Yirong, QIN Xinmin, et al (3148)
…………
……………………………………………………………………………
Correlation among vegetation characteristics, temperature and moisture of alpine meadow in the Qinghai鄄Tibetan Plateau
XU Manhou, XUE Xian (3158)
……………
……………………………………………………………………………………………………
Landscape, Regional and Global Ecology
The temporal and spatial variation of the value of ecosystem services of the Naoli River Basin ecosystem during the last 60 years
ZHAO Liang, LIU Jiping, TIAN Xuezhi (3169)
……
……………………………………………………………………………………
Sensitivity analysis of climate control in the Daisyworld model based on system dynamics CHEN Haibin,TANG Haiping (3177)……
Resource and Industrial Ecology
Analysis of key climatic factors influencing on seed cotton yield in cotton鄄wheat double cropping
HAN Yingchun,WAN Guoping,FAN Zhengyi,et al (3185)
………………………………………
…………………………………………………………………………
The effect of low鄄covered sand鄄fixing forest belts on restoration of the soil and vegetation
JIANG Lina, YANG Wenbin, LU Qi,et al (3192)
………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Dissolution rate under soil in karst areas and the influencing factors of different land use patterns
LAN Jiacheng, FU Wali, PENG Jingtao, et al (3205)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Measuring external benefits of agricultural land preservation: an application of choice experiment in Wuhan, China
CHEN Zhu, JU Dengping, ZHANG Anlu (3213)
…………………
……………………………………………………………………………………
Research Notes
Effect of temperature and feeding frequency on asexual reproduction and polyp growth of the scyphozoan Cyanea nozakii Kishinouye
SUN Ming, DONG Jing, CHAI Yu, LI Yulong (3222)……………………………………………………………………………
The research on Buteo hemilasius nest鄄site selection on the west bank of Dalai Lake in Dalai Lake Natural Reserve
ZHANG Honghai, WANG Ming, CHEN Lei,et al (3233)
…………………
…………………………………………………………………………
Estimating rodent density using infrared鄄triggered camera technology ZHANG Shusheng, BAO Yixin, WANG Yanni, et al (3241)…
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《生态学报》2013 年征订启事
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迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
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