红壤侵蚀退化地土壤对不同来源可溶性有机碳的吸附特征

选取南方典型红壤侵蚀退化地恢复后的马尾松林为研究对象,通过在室内模拟芒萁(Dicranopteris dichotoma)和马尾松(Pinus massoniana)的鲜叶与凋落叶的浸提液在侵蚀退化地原状土柱的淋溶过程,分析了植被恢复过程中马尾松林土壤对不同来源可溶性有机碳(DOC)吸附特征及影响因素。结果表明:(1)红壤侵蚀退化地对不同来源DOC的吸附作用具有明显差异,来自马尾松鲜叶的DOC平均截留量最大为2.39mg/kg,来自芒萁鲜叶的DOC平均截留量最小为1.67mg/kg,说明马尾松鲜叶的DOC更易被表层土壤吸附,芒萁鲜叶的DOC更易进入深层土壤,不同来源DOC组成和性质的差异是其主要原因。(2)随着退化地的植被恢复,土壤渗滤液的DOC浓度增加,土壤截留DOC能力下降。土壤DOC截留量与粉粒和土壤pH呈正相关,与土壤DOC含量、土壤有机碳含量和砂粒呈负相关,其中土壤有机碳含量可以解释DOC截留量变化的51.4%,是影响土壤DOC截留能力的关键因素。(3)光谱特征表明芳香类化合物、腐殖类物质易被土壤吸附,吸附能力更强的物质可以解吸土壤中亲水性腐殖类物质。淋溶后DOC光谱特征的变化由不同来源DOC的化学组成和土壤有机碳的性质共同决定。红壤侵蚀退化地对不同植物来源的DOC吸附作用特征主要受DOC和土壤SOC性质的共同调控,对进一步认识退化红壤的固碳机制具有重要参考价值。

植被恢复过程中芒萁覆盖对侵蚀红壤氮组分的影响

氮素是限制陆地生态系统生产力的重要因子。采用时空代换法,以红壤侵蚀区未治理、恢复12年和30年的马尾松林为研究对象,对比分析了林下芒萁覆盖地与裸地表层土壤之间氮同位素、不同形态氮组分含量以及不同组分氮含量所占比例之间的差异。结果表明:在所有马尾松林中,芒萁覆盖增加了表层土壤的全氮含量,δ^(15)N值则比林下裸地显著降低了33. 8%—83.1%(P<0.05)。随着恢复年限增加,林下芒萁覆盖地表层土壤δ^(15)N值显著下降,而林下裸露地δ^(15)N值没有显著变化(P>0.05)。不同恢复年限马尾松林的芒萁覆盖地表层土壤微生物生物量氮、可溶性有机氮和铵态氮含量显著高于林下裸地(P <0.05),而硝态氮含量则显著低于林下裸地(P<0.05)。随恢复年限增加,表层土壤微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮含量均呈增加趋势,而硝态氮含量则呈下降趋势,不同形态氮占全氮比例表现为:微生物生物量氮>铵态氮>可溶性有机氮>硝态氮。相关分析表明土壤δ^(15)N值与硝态氮极显著正相关,与其他氮组分极显著负相关(P<0.01)。由此可见,与林下裸地相比,芒萁覆盖在植被恢复过程中有助于提高表层土壤中全氮、微生物生物量氮、可溶性有机氮和铵态氮含量,降低硝态氮的淋溶损失风险,促进土壤氮保持和积累,从而有利于退化红壤生态系统的恢复。

红壤侵蚀区植被恢复对土壤呼吸及其温度敏感性的影响

土壤呼吸作为土壤与大气CO_2交换的重要环节,其排放量的大小在一定程度决定了土壤碳库的源与汇。研究红壤侵蚀区植被恢复对土壤呼吸及其温度敏感性(Q_(10))值的影响,对于理解土壤有机碳积累机制具有重要意义。本研究选取了福建省河田镇未治理地及邻近恢复13 a和31 a的马尾松人工林,对土壤呼吸进行监测。结果表明:未治理地土壤呼吸并无显著季节差异,恢复13 a和恢复31 a后土壤呼吸季节差异显著;恢复13 a和31 a土壤呼吸与Q_(10)显著高于未治理地,恢复13 a和31 a土壤呼吸与Q_(10)未见显著差异。季节尺度上,土壤呼吸速率与土壤水分相关性弱,而与土壤温显著相关,未治理地土壤温度仅能解释土壤呼吸速率的25.3%,而恢复后土壤温度则解释了土壤呼吸速率的48.8%～66.5%;结构方程模型表明,对土壤呼吸和温度敏感性影响最大的分别是凋落量和土壤微生物。研究为进一步认识退化生态系统土壤碳动态机制提供依据。

红壤侵蚀区植被恢复过程中土壤有机碳组分变化

为了解土壤有机碳组分在植被恢复过程中的变化规律,选取了红壤区本底条件基本一致的不同恢复年限马尾松林为研究对象,以未治理的侵蚀裸地(CK1)和恢复后的次生林(CK2)为对照,采用物理化学分组法,将土壤有机碳分为由溶解性有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POM)组成的活性碳库、物理保护态的团聚体与粉粒和黏粒组合成的缓效性碳库以及化学结构稳定的惰性碳库。结果表明:在植被恢复过程中(0~30年)活性碳库储量及其分配比例在植被恢复7~10年显著提高(P<0.05),并在植被恢复27~30年保持较稳定水平,缓效性碳库储量及其分配比例在27~30年呈显著变化(P<0.05),而活性碳库分配比例有所降低,且POM、DOC与缓效性碳库均达显著相关(P<0.01),说明活性碳库在恢复7~10年后逐渐向缓效性碳库转化;惰性碳库储量随恢复年限不断增加,但其分配比例保持较稳定水平。相关性分析显示,恢复年限、不同组分与不同碳库均达显著相关(P<0.01),且缓效性碳库随植被恢复最敏感,说明在马尾松恢复过程中土壤有机碳以活性碳库积累逐渐转化为缓效性碳库积累为主,进而影响惰性碳库的积累,有利于土壤有机碳的长期保持。

武夷山不同海拔黄山松新叶和老叶氮磷化学计量特征

土壤是植物养分的直接来源,植物叶片的养分特征在一定程度上能反映土壤养分状况。叶片氮磷比(N∶P)被广泛用于指示土壤养分有效性和养分限制性,选择对土壤养分最敏感的叶片来指示土壤养分状况具有重要意义。为比较黄山松新叶和老叶指示土壤养分状况的准确性,在福建武夷山选择了3个海拔(1100、1500和1900 m)的黄山松新叶和老叶作为研究对象,通过测定土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,黄山松叶片N、P含量及土壤和叶片15N丰度值,并计算土壤和叶片的化学计量比,从而揭示黄山松新叶和老叶对不同海拔土壤养分状况的敏感性。结果表明:(1)不同海拔土壤氮有效性无显著差异,而土壤和叶片15N丰度值随海拔呈递增趋势,说明土壤氮素对植物的有效性随海拔升高而增加;低海拔(1100 m)土壤总P和有效P含量低于高海拔(1500和1900 m)处,且低海拔叶片P含量也显著低于高海拔;(2)黄山松新叶N、P和N∶P随海拔升高均无显著变化,且新叶N∶P与土壤养分相关性不大;老叶N、P含量与土壤养分相关性较密切,表明黄山松老叶较新叶对不同海拔土壤养分状况响应更敏感,更能指示土壤养分状况。因此,这些研究结果明晰了不同海拔植物新叶和老叶对土壤养分状况的敏感性差异,对于我们进一步了解未来气候变化背景下不同海拔植物生长对土壤养分状况变化的响应具有重要意义。