本文關(guān)鍵詞：湘中丘陵區(qū)不同土地利用方式土壤養(yǎng)分及碳庫(kù)特征研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中南林業(yè)科技大學(xué)》 2015年

湘中丘陵區(qū)不同土地利用方式土壤養(yǎng)分及碳庫(kù)特征研究

張仕吉  

【摘要】：亞熱帶地區(qū)土地利用方式豐富多樣且不穩(wěn)定,對(duì)土壤養(yǎng)分供應(yīng)、SOC庫(kù)各組分含量及空間分布產(chǎn)生深刻的影響。特別是近十幾年來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展,土地利用變化尤為強(qiáng)烈,導(dǎo)致區(qū)域和國(guó)家尺度上SOC庫(kù)發(fā)生強(qiáng)烈改變,且土地利用的破碎化和干擾的頻發(fā)性帶來(lái)了SOC庫(kù)時(shí)空上很大的不確定性。本研究開(kāi)展湘中丘陵區(qū)6種土地利用方式(天然次生林、杉木人工林、毛竹林、苗圃、農(nóng)用旱地、水田)下土壤養(yǎng)分、SOC庫(kù)各組分含量時(shí)空變異特征的研究,以正確地評(píng)估不同土地利用方式SOC庫(kù)各組分動(dòng)態(tài)特征及其生態(tài)學(xué)意義,為完善土壤碳循環(huán)的動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制,實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用,以及進(jìn)一步了解土壤有機(jī)質(zhì)退化機(jī)理奠定基礎(chǔ)。主要的研究結(jié)果為：(1)研究區(qū)內(nèi)0-15cm土層容重為1.14-1.58g/cm3之間,0-30cm土層為1.24-1.47g/cm3之間；與石櫟+青岡天然次生林相比,杉木人工林、苗圃、農(nóng)用旱地、水田0-30 cm土層容重依次提高了12.64%、10.49%、17.66%和10.59%,毛竹林下降了0.80%；土壤具有南方紅壤丘陵區(qū)典型質(zhì)地粘重特征,水田為粉壤土,其它5種土地利用方式均為粘壤土；人為活動(dòng)頻繁干擾造成土壤粉粒、粘粒含量明顯下降,細(xì)砂粒和粉粒含量增加,不同土地利用方式之間土壤粒徑分形維數(shù)差異顯著,石櫟+青岡天然次生林土壤結(jié)構(gòu)狀況最好,其次是毛竹林、苗圃,而杉木人工林、農(nóng)用旱地、水田最差；水田平均自然含水率最高,其次是杉木人工林、農(nóng)用旱地、苗圃,而石櫟+青岡天然次生林、毛竹林最低；6種土地利用方式各土層自然含水率的季節(jié)動(dòng)態(tài)節(jié)律基本一致。表明土地利用方式對(duì)土壤物理性狀影響顯著,尤其是天然次生林轉(zhuǎn)變農(nóng)用地后,土壤容重增大,物理性粘粒含量減少,土壤顆粒組成呈現(xiàn)明顯的粗化特征,土壤粒徑分形維數(shù)下降,但對(duì)土壤自然含水率的季節(jié)變化影響不明顯。(2)研究區(qū)內(nèi)土壤pH處于4.6-5.5之間,為酸性土,農(nóng)用旱地、苗圃土壤pH最高,其次是水田、毛竹林,石櫟+青岡天然次生林、杉木人工林最低,除農(nóng)用旱地外,其它5種土地利用方式土壤pH的季節(jié)變化基本一致；土壤全N、水解N、全P、有效P、全K、速效K含量表聚效應(yīng)明顯,土地利用方式對(duì)土壤全N、水解N、全P、有效P、速效K含量,土壤供N、P、K強(qiáng)度的影響明顯,但對(duì)全K含量影響不明顯,表明土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分的積累、供應(yīng)狀況產(chǎn)生明顯的影響；土壤養(yǎng)分(N、P、K)全量含量及其有效態(tài)含量的季節(jié)變化明顯,但土地利用方式僅對(duì)土壤全N、水解N含量季節(jié)變化產(chǎn)生明顯的影響,對(duì)土壤全P、有效P、全K、速效K含量的季節(jié)動(dòng)態(tài)影響不明顯；湘中丘陵區(qū)土壤水解N、全P、全K、速效K相對(duì)缺乏,尤其是全P、全K,土壤養(yǎng)分庫(kù)綜合指數(shù)介于1.87-9.32之間,排序?yàn)椋恨r(nóng)用旱地(9.32)水田(4.29)石櫟+青岡天然次生林(3.35)毛竹林(2.89)杉木人工林(2.50)苗圃(1.87)。無(wú)論是整個(gè)研究區(qū)還是6種土地利用方式下土壤養(yǎng)分含量之間及其與土壤pH之間的相關(guān)性不完全一致,不同土地利用方式下全N、水解N含量與全P、有效P、速效K含量之間,有效P含量與速效K含量之間多表現(xiàn)協(xié)同耦合作用,而全N、全P含量與全K含量之間多表現(xiàn)為頡抗作用。(3)4種土壤酶活性均隨土壤深度增加而遞減,但不同酶活性遞減幅度不同,差異均不顯著。不同土地利用方式間土壤過(guò)氧化氫酶、酸性磷酸酶活性變異較小,脲酶、蔗糖酶活性變異較大。毛竹林4種土壤酶活性(除0-15cm土層脲酶活性外)均為最高,石櫟+青岡天然次生林除過(guò)氧化氫酶活性外,其它3種酶活性也較高,表明土地利用方式對(duì)過(guò)氧化氫酶、酸性磷酸酶活性影響較小,對(duì)脲酶、蔗糖酶活性影響較大；天然次生林轉(zhuǎn)變?yōu)樯寄救斯ち帧⑥r(nóng)用地后土壤酶活性均有不同程度下降,而毛竹林適度耕作和施肥在一定程度上增強(qiáng)了土壤酶活性；不同土地利用方式間土壤酸性磷酸酶活性的季節(jié)變化節(jié)律差異最為明顯,過(guò)氧化氫酶活性也有所不同,脲酶活性均表現(xiàn)為“單峰曲線型”,但峰值大小和出現(xiàn)時(shí)間因土地利用方式不同而異,蔗糖酶活性基本一致。表明土地利用方式對(duì)土壤酸性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶、脲酶活性的季節(jié)動(dòng)態(tài)影響明顯,對(duì)蔗糖酶活性的季節(jié)動(dòng)態(tài)影響不明顯,僅改變了蔗糖酶活性的波動(dòng)幅度；土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性與土壤pH、N、P、K含量顯著相關(guān),說(shuō)明湘中丘陵區(qū)土壤酶活性與土壤養(yǎng)分循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化關(guān)系密切,可用以指示該區(qū)域不同土地利用方式下土壤質(zhì)量的演變特征。(4)6種土地利用方式下SOCD均隨土壤深度增加而下降,0-30cm土層SOCD由高至低排序?yàn)椋菏瘷?青岡天然次生林(85.08t/hrn2)杉木人工林(72.98t/hm2)毛竹林(65,69t/hm2)水田(64.72t/hm2)農(nóng)用旱地(54.28t/hm2)苗圃地(40.94-hm2)。土壤TOC、Cmic、DOC、ROC、MOC含量均表現(xiàn)出明顯的表聚性,石櫟+青岡天然次生林、杉木人工林、毛竹林尤為明顯；與石櫟+青岡天然次生林相比,杉木人工林、毛竹林、苗圃、農(nóng)用旱地、水田SOC、Cmic(除毛竹林、水田外)、DOC、 ROC、MOC含量均有不同程度的下降,其中苗圃、農(nóng)用早地下降幅度較大,其次是水田、杉木人工林,毛竹林下降幅度較小,表明天然次生林轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち�、農(nóng)用地后土壤SOC庫(kù)各組分明顯下降,其中ROC、MOC含量下降較為明顯。石櫟+青岡天然次生林、杉木人工林、毛竹林各土層TOC、Cmic含量季節(jié)變化明顯,均呈現(xiàn)“夏高冬低型”,苗圃、農(nóng)用早地各土層TOC、Cmic含量季節(jié)之間差異不明顯,水田各土層TOC、Cmic含量季節(jié)變化明顯,但苗圃、農(nóng)用旱地、水田各土層TOC、Cmic含量季節(jié)變化節(jié)律各不相同,也與石櫟+青岡天然次生林、杉木人工林、毛竹林土壤TOC、Cmic含量季節(jié)變化不同；6種土地利用方式各土層DOC、ROC含量季節(jié)變化明顯且基本一致,各土層MOC含量季節(jié)變化明顯,與土壤Cmic含量季節(jié)變化基本一致,季節(jié)動(dòng)態(tài)節(jié)律及峰值出現(xiàn)時(shí)間、大小因土地利用方式不同而異,表明土地利用方式對(duì)土壤TOC、Cmic、MOC含量季節(jié)動(dòng)態(tài)影響明顯,但對(duì)DOC、ROC含量季節(jié)變化影響不明顯。水田土壤微生物商在5.38%～5.59%之間,其它5種土地利用方式在2.26%-3.38%之間,以水田最高,其次是毛竹林,農(nóng)用旱地或苗圃最低；0-15cm土層DOC分配比例在2.18%-2.86%之間,15-30cm土層在2.50%-2.95%之間,不同土地利用方式間各土層DOC分配比例從高至低的排序與土壤TOC含量的排序恰好相反；土壤ROC的分配比例在21.02%-32.54%之間,各土層ROC的分配比例排序基本為：水田石櫟+青岡天然次生林毛竹林農(nóng)用旱地苗圃杉木人工林,且前三者與后三者間差異極顯著或顯著；各土層MOC的分配比例在0.27%～0.47%之間,大小依次為：苗圃農(nóng)用旱地水田毛竹林青岡+石櫟天然次生林杉木人工林。表明土地利用方式對(duì)土壤活性有機(jī)碳各組分的分配比例影響明顯,但影響程度不同。湘中丘陵區(qū)0-30cm土層Cmic周轉(zhuǎn)率為0.50-1.90(1／年)之間,周轉(zhuǎn)時(shí)間在0.55-2.14年之間,水田Cmic周轉(zhuǎn)率最高,周轉(zhuǎn)時(shí)間最短,流通量(達(dá)292.96 g/m2·a)最大,而苗圃、農(nóng)用旱地周轉(zhuǎn)率最低,周轉(zhuǎn)時(shí)間最長(zhǎng),流通量(分別為24.81 g/m2-a和30.17g/m2·a)最低,表明水田在SOC含量較低情況下,加快土壤Cmic周轉(zhuǎn)速度,加大其流通量,以固持更多養(yǎng)分和促進(jìn)養(yǎng)分礦化,為農(nóng)作物生長(zhǎng)提供更充分養(yǎng)分,而石櫟+青岡天然次生林土壤Cmic周轉(zhuǎn)率較低,維持較高的微生物現(xiàn)存量且變化平緩,有利于土壤有機(jī)質(zhì)積累和養(yǎng)分固定。與石櫟+青岡天然次生林相比,水田、毛竹林、杉木人工林、農(nóng)用旱地、苗圃0-15cm土層碳庫(kù)管理指數(shù)依次下降了18.37%、20.89%、44.05%、51.53%和66.63%,15-30cm土層依次下降了11.61%、9.14%、40.00%、48.58%、59.33%,表明天然次生林轉(zhuǎn)變?yōu)樯寄救斯ち帧⒚窳只蜣r(nóng)用地后均導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降,尤其是表土層。(5)無(wú)論是整個(gè)研究區(qū)還是不同土地利用方式下土壤Cmic、DOC、ROC、MOC含量?jī)蓛芍g及其與土壤TOC含量之間均呈極顯著或顯著正相關(guān),其中ROC、MOC含量與TOC含量的相關(guān)系數(shù)普遍高于Cmic、DOC含量與TOC含量的相關(guān)系數(shù)；土壤有機(jī)碳各組分含量與全N、水解N、全P含量、脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性間呈極顯著或顯著的正相關(guān),與全K、有效P、速效K含量間的相關(guān)性較弱,表明不同土地利用方式下土壤Cmic、DOC、ROC、MOC均可作為土壤活性有機(jī)碳庫(kù)的重要組分,其含量的變化均將會(huì)導(dǎo)致土壤TOC含量的變化,其中ROC、MOC含量具有較強(qiáng)指示作用,而土地利用方式不同導(dǎo)致土壤TOC、活性有機(jī)碳各組分含量的變化,是引起土壤肥力變化的重要原因。不同土地利用方式下土壤pH、自然含水率對(duì)土壤碳庫(kù)各組分含量的影響不同；土壤碳庫(kù)管理指數(shù)與TOC、Cmic、DOC、ROC、MOC、全N、水解N、有效P含量、脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性間均呈極顯著或顯著正相關(guān)。表明農(nóng)業(yè)或林業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方式下土壤碳庫(kù)及碳庫(kù)管理指數(shù)差異顯著,土壤碳庫(kù)管理指數(shù)能全面反映不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)土壤碳庫(kù)和土壤肥力的影響。天然次生林轉(zhuǎn)變?yōu)樯寄救斯ち帧⒚窳�、苗圃和農(nóng)用地后,SOC量和質(zhì)降低,土壤碳庫(kù)管理指數(shù)、土壤肥力也隨之下降。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中南林業(yè)科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S714
【目錄】：

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  本文關(guān)鍵詞：湘中丘陵區(qū)不同土地利用方式土壤養(yǎng)分及碳庫(kù)特征研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：159528