缙云山土地利用方式对土壤团聚体及其碳氮的影响

【摘要】西南地区地形复杂,山地分布范围较广,人为活动的影响也较为强烈。而位于我国西南地区的缙云山,地属重庆市,是国家级自然保护区,也是许多国家级珍稀濒危保护植物的生长地。保护区内土地利用方式的变化不仅会对土壤肥力产生较大影响,同时也会对这些动植物的生长环境带来较大的改变。因此,本研究采集缙云山亚热带阔叶林地、撂荒地、果园和坡耕地这几种典型的土地利用方式的土样,分析不同土地利用方式对土壤团聚体稳定性,团聚体内有机碳和全氮含量及储量,活性有机碳、氮组分(活性有机碳、可溶性有机碳(DOC)、可溶性全氮(DTN)、微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN))以及有机碳物理组分(粗颗粒态有机质(cPOM)、细颗粒态有机质(fPOM)、微团聚体内颗粒有机质(iPOX)、微团聚体内的粉+黏颗粒(s+c_m)和粉+黏颗粒(s+c))含量和分配比例的影响。为研究不同土地利用方式对土壤团聚体的固碳供氮能力及养分循环的影响提供理论依据,同时也为有效的土地管理政策提供借鉴。结果表明：1不同土地利用方式对土壤团聚体稳定性的影响土地利用方式不同,团聚体粒径组分在土壤中所占比例也不同。林地以>0.25mm的大团聚体为主,占粒径总组成的61.83%；撂荒地和果园以中间团聚体和粉+黏团聚体为主,分别占粒径总组成的70.07%和69.25%；而坡耕地则以粉+黏团聚体为主,约占粒径总组成的50%。四种土地利用方式MWD大小为林地(0.95mm)>果园(0.67mm)>撂荒地(0.53mm)>坡耕地(0.47mm),GMD为林地(0.54mm)>果园(0.28mm)>撂荒地(0.23mm)>坡耕地(0.18mm)。表明林地开垦为果园和坡耕地导致土壤团聚体的稳定性降低,而坡耕地弃耕撂荒会增强团聚体的稳定性。2不同土地利用方式对土壤团聚体有机碳和全氮的影响(1)四种土地利用方式各个粒径团聚体内有机碳和全氮含量都随着土壤深度的增加而减少。各个粒径团聚体中的有机碳含量都为撂荒地和林地较高,其次为果园,坡耕地最低。且随着团聚体粒径的增大,林地团聚体内有机碳含量逐渐增加,而撂荒地正好相反,呈逐渐减少的趋势。而除粉+黏团聚体外全氮含量都为撂荒地最高,其次为林地和果园,坡耕地最低。四种处理粉+黏团聚体全氮含量则为林地(1.08g/kg)>果园(0.85g/kg)>撂荒地(0.76g/kg)>坡耕地(0.51g/kg)。将林地转变为果园和坡耕地后,各个团聚体组分内的有机碳和全氮含量都有显著地降低,而撂荒后各个组分的有机碳和全氮含量有显著地增加。(2)林地开垦为果园和坡耕地后各个团聚体粒径有机碳储量有显著地降低,其中果园>0.25mm大团聚体的有机碳储量较林地下降了44.42%,<0.25mm的微团聚体则下降了13.63%。与林地相比,坡耕地两种大团聚体有机碳储量分别下降了74.86%和43.26%。而微团聚体中的全氮没有显著地变化,粉+黏团聚体全氮含量则有显著地增加。说明林地转变为果园和坡耕地后,粒径较大的大团聚体内损失的有机碳和全氮更多,储存有机碳和全氮的主要团聚体组分的粒径也随之减小,不利于土壤对有机碳和全氮的固定。坡耕地撂荒后,>0.25mm大团聚体内有机碳储量增加了398.54%,而<0.25mm的微团聚体则增加了186.01%。四种团聚体全氮储量同样也有显著地增加,其增加的比例大小为中间团聚体(139.32%)>大团聚体(116.67%)>微团聚体(55.79%)>粉+黏团聚体(26.85%)。说明全氮的增加主要发生在粒径较大的团聚体中,且有机碳和全氮的主要分布组分又逐渐向粒径较大的团聚体转移,有利于营养物质在土壤中的积累。3不同土地利用方式对土壤团聚体活性有机碳氮组分的影响(1)四种土地利用方式大团聚体、中间团聚体、微团聚体和粉+黏团聚体活性有机碳含量都为撂荒地(3.78,2.80,2.33,1.23g/kg)和林地(1.43,1.82,2.04,2.83g/kg)较高,其次为果园(1.00,1.58,1.39,1.07g/kg),坡耕地(1.01,0.71,0.75,0.59g/kg)最低。林地活性有机碳主要分布在大团聚体和中间团聚体中,而转变为果园和坡耕地后,大团聚体内的分配比例显著降低,粉+黏团聚体的分配比例显著增加。而将坡耕地撂荒后,粉+黏团聚体的活性有机碳比例显著降低,中间团聚体中的分配比例显著增加。说明活性有机碳的增加主要表现在粒径较大的团聚体中,而粒径较小的团聚体对活性有机碳的保护程度比粒径较大的团聚体更大。(2)林地转变为果园后,中间团聚体、微团聚体和粉+黏团聚体DOC含量分别增加了25.04%,13.52%和9.86%。而林地转变为坡耕地后,微团聚体和粉+黏团聚体DOC含量分别增加了29.23%和15.03%。同时大团聚体和中间团聚体的DOC比例显著降低,微团聚体和粉+黏团聚体的比例显著增加。而将坡耕地撂荒后,大团聚体、中间团聚体和微团聚体DOC含量分别增加了195.98%、83.62%和62.25%,粉+黏团聚体中DOC比例则显著降低。说明坡耕地的撂荒将使粒径较大的团聚体中积累更多的DOC,并且团聚体粒径越大,对DOC的富集作用越大。(3)将林地转变为果园后,四种团聚体的DTN含量降低的幅度为大团聚体(46.60%)>中间团聚体(32.04%)≈微团聚体(32.58%)>粉+黏团聚体(18.27%)。转变为坡耕地后中间团聚体、微团聚体和粉+黏团聚体DTN含量分别降低了18.74%,41.86%,23.95%。而将坡耕地撂荒后,大团聚体、中间团聚体、微团聚体和粉+黏团聚体分别增加了75.36%,17.19%,28.49%,76.08%。林地四种粒径团聚体组分DTN的比例为微团聚体(37.88%)>中间团聚体(30.08%)>大团聚体(18.11%)>粉+黏团聚体(13.93%)。撂荒地、果园和坡耕地则都为粉+黏团聚体>微团聚体>中间团聚体>大团聚体。说明林地的开垦将导致粒径较大的团聚体中的DTN向粒径较小的团聚体转移。而将坡耕地撂荒后,几种团聚体组分DTN的分配比例并没有显著地变化,说明这一转变不会导致DTN在各个团聚体组分中的重新分配。(4)将林地转变为果园和坡耕地后,大团聚体MBC含量显著增加,但其他三个团聚体组分的MBC含量显著降低。与林地相比,果园和坡耕地中间团聚体MBC含量分别下降了50.63%和25.86%,微团聚体分别下降了24.11%和48.24%，粉+黏团聚体分别下降了47.94%和47.69。除林地外,其他三种处理MBC都主要分布在粉+黏团聚体中,其比例达到50%左右。而林地则主要以微团聚体为主。而将坡耕地撂荒后,大团聚体MBC含量增加了108.73%,中间团聚体增加了10.41%,微团聚体增加了28.06%,粉+黏团聚体增加了10.01%。粉+黏团聚体和微团聚体中MBC的比例显著降低,而大团聚体中的比例有所增加,但MBC在四个团聚体组分中的分布没有较大的变化。(5)将林地转变为果园和坡耕地后,中间团聚体MBN含量分别下降了40.39%和48.99%,微团聚体MBN含量分别下降了36.03%和50.29%，粉+黏团聚体分别下降了26.24%和39.58%。而将坡耕地撂荒后,大团聚体、中间团聚体和微团聚体MBN含量分别增加了549.63%,159.34%,41.91%。但粉+黏团聚体中MBN含量则有所降低。林地和撂荒地MBN主要分布在中间团聚体和微团聚体中,果园和坡耕地MBN主要分布在粉+黏团聚体中。将林地转变为果园和坡耕地后,粒径较大的团聚体中MBN的比例显著降低,粒径较小的团聚体中的比例显著增加。说明林地的开垦会导致MBN在团聚体中的分布向粒径较小的团聚体中分配。而将坡耕地撂荒后,MBN向粒径较大的团聚体中分配。4不同土地利用方式对土壤有机碳物理组分的影响(1)在0-60cm的土壤深度范围内,SOC、cPOC、fPOC、iPOC、s+c_m组分有机碳以及s+c组分有机碳平均含量均为林地(9.02、3.14、1.61、0.33、0.42、3.53g/kg)显著高于果园(3.27、0.93、0.27、0.10、0.24、1.73g/kg)和坡耕地(2.58、0.51、0.10、0.12、0.08、1.77g/kg),说明林地的开垦行为会导致SOC及其组分的流失；而撂荒地上述SOC及其各组分含量分别为14.90、5.17、2.36、0.42、0.59和6.36g/kg,均显著高于坡耕地,表明耕地撂荒后SOC及其组分能得到有效的恢复和截存。(2)在SOC的各物理组分中,iPOC的有机碳分配比例最低,4种土地利用方式下均为3%左右；cPOC和fPOC作为活性较强的非保护有机碳库,在林地和撂荒地中所占SOC分配比例最高,50%以上；在果园和坡耕地中非保护有机碳库的分配比例较低,而<53um的粉+黏颗粒有机碳组成的化学保护有机碳库分配比例最大,分别为65.9%和71.6%,表明林地和撂荒地土壤有机碳的活性远远大于坡耕地及果园,具有更高的土壤肥力。(3)在SOC及其组分中,fPOC对土地利用变化的敏感性指标最高,可作为评估土地利用变化对土壤有机碳库影响的良好指标。
【作者】李鉴霖；
【导师】郝庆菊；
【作者基本信息】西南大学，环境科学，2014，硕士
【关键词】土地利用方式；土壤团聚体；有机碳；氮；缙云山；

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