西南喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳分布特征及其影響因素

王霖嬌, 盛茂銀, 3, *, 杜家穎, 溫培才

1 貴州師范大學(xué)喀斯特研究院,貴陽(yáng) 550001 2 國(guó)家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心,貴陽(yáng) 550001 3 貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,貴陽(yáng) 550001

西南喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳分布特征及其影響因素

王霖嬌1, 2, 盛茂銀1, 2, 3, *, 杜家穎1, 溫培才1

1 貴州師范大學(xué)喀斯特研究院,貴陽(yáng) 550001 2 國(guó)家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心,貴陽(yáng) 550001 3 貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,貴陽(yáng) 550001

喀斯特石漠化已成為制約我國(guó)西南地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展最嚴(yán)重的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題,其恢復(fù)重建已成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一項(xiàng)重要內(nèi)容。土壤有機(jī)碳作為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo),可以綜合反映土地生產(chǎn)力、環(huán)境健康功能,另一方面土壤有機(jī)碳也間接影響了陸地生物碳庫(kù),是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的主要因子,它的轉(zhuǎn)化和積累變化直接影響全球碳循環(huán)動(dòng)態(tài),已成為生態(tài)科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。系統(tǒng)的總結(jié)了西南喀斯特石漠化地區(qū)不同土地覆被/土地利用、不同等級(jí)石漠化環(huán)境土壤有機(jī)碳的空間和季節(jié)分布特征。結(jié)合前人研究成果,進(jìn)一步分析了影響喀斯特石漠化地區(qū)土壤有機(jī)碳分布的自然(氣候、地形與土壤性質(zhì)、植被等)和人為(土地覆被/土地利用變化、農(nóng)業(yè)管理措施等)各因素,并提出增加喀斯特石漠化地區(qū)土壤有機(jī)碳含量的對(duì)策。研究結(jié)果為喀斯特石漠化退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建、石漠化地區(qū)土壤綜合利用、增加碳截存應(yīng)對(duì)全球碳循環(huán)減源增匯等提供了重要的科學(xué)參考。

喀斯特；石漠化；土壤有機(jī)碳；分布特征；影響因素

喀斯特地貌分布在世界各地的可溶性巖石地區(qū),總面積達(dá)5.1億km2,占地球總面積的10%[1]。中國(guó)西南喀斯特區(qū)面積超過(guò)55萬(wàn)km2,是世界面積最大的喀斯特連片核心分布區(qū)[1- 2],也是具有景觀異質(zhì)性強(qiáng)、環(huán)境容量小、植被不連續(xù)、土層淺薄、土地承載力小、抗干擾能力弱的典型生態(tài)脆弱區(qū)[3- 4]。喀斯特石漠化是在喀斯特地區(qū)脆弱生態(tài)環(huán)境下,人類不合理的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成人地矛盾突出、植被破壞、水土流失、巖石逐漸裸露、土地生產(chǎn)力衰退甚至喪失,地表呈現(xiàn)石質(zhì)荒漠景觀的演變過(guò)程或結(jié)果[1, 5]。喀斯特石漠化已成為制約中國(guó)西南地區(qū)可持續(xù)發(fā)展最嚴(yán)重的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題[6]。土壤處于喀斯特生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的紐帶和核心部分,喀斯特地區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境響應(yīng)敏感[6]。該區(qū)CO2-H2O-CaCO3系統(tǒng)活躍的生物過(guò)程和化學(xué)過(guò)程,導(dǎo)致其具有強(qiáng)大的CO2吸收能力,碳貯存潛力很大,對(duì)減緩大氣CO2濃度升高具有重要的作用[7- 8],可能是全球碳循環(huán)背景下一個(gè)重要的碳匯[2, 9]。

1 土壤有機(jī)碳分布特征

1.1 不同土地覆被/土地利用土壤有機(jī)碳分布

土地覆被變化從質(zhì)和量上使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化,一方面直接影響土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量和分布,另一方面使土壤結(jié)構(gòu)、土壤理化性質(zhì)、土壤微生物等的變化間接影響了土壤有機(jī)碳的形成和轉(zhuǎn)化。大量研究表明(表1)西南喀斯特不同土地覆被土壤有機(jī)碳的含量存在明顯差異,表現(xiàn)出原生林>次生林>灌叢>草叢>農(nóng)業(yè)用地(玉米地、菜地、旱田等)[4, 8, 13,22-23]。朱雙燕等研究結(jié)果顯示處于同一次生演替序列的灌叢、藤刺灌叢、喬灌叢的土壤有機(jī)碳貯量隨演替階段上升呈增高趨勢(shì)。土壤有機(jī)碳含量隨土地利用強(qiáng)度的增加也顯示出明顯的變化[24]。楊豐等研究結(jié)果表明,草地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田土壤有機(jī)碳含量及密度降幅分別為19.64%—57.12%和12.22%—50.73%[25]。張文娟等的研究表明水田可作為喀斯特山區(qū)長(zhǎng)期固碳的優(yōu)勢(shì)土地利用類型[16]。靳振江等的研究同樣也顯示,喀斯特溶洞濕地土壤有機(jī)碳含量比旱田土壤高41.30%,稻田有利于維持濕地生態(tài)系統(tǒng)較高的土壤有機(jī)碳含量[26]。

表1 西南喀斯特不同土地覆被/土地利用土壤有機(jī)碳含量分布

*：不同土地覆被/土地利用類型土壤有機(jī)碳含量數(shù)據(jù)后的不同大、小寫(xiě)字母分別表示差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)和極顯著水平(P<0.01)

1.2 土壤有機(jī)碳空間和季節(jié)分布特征

喀斯特土壤強(qiáng)烈的空間異質(zhì)性導(dǎo)致土壤有機(jī)碳分布在空間上具有顯著差異。當(dāng)前關(guān)于喀斯特土壤有機(jī)碳水平上的分布差異研究較少,主要集中在不同土地利用/土地覆被土壤有機(jī)碳分布特征研究(表1)。關(guān)于喀斯特土壤有機(jī)碳垂直分布特征,許多學(xué)者都開(kāi)展了該方面的研究。張偉等研究顯示喀斯特峰叢洼地土壤有機(jī)碳與地形因子具有顯著的相關(guān)性,與高程、坡度及裸巖率顯著正相關(guān),與地形濕度指數(shù)顯著負(fù)相關(guān),具有中等程度的空間自相關(guān)[9]。何寧等研究顯示峰叢洼地土壤有機(jī)碳具有明顯的垂直分布特征,表層土壤有機(jī)碳含量極顯著高于其他土層,隨著土層深度的增加,土壤有機(jī)碳含量呈下降趨勢(shì),其降低程度與土壤深度有較好的線性關(guān)系[27]。徐杰等對(duì)湘西南石漠化地區(qū)同一林分下的土壤有機(jī)碳分布研究同樣得出土壤有機(jī)碳含量變化為下坡>中坡>上坡[28]。小生境決定了喀斯特峰叢洼地土壤有機(jī)碳的分布格局[22]。吳敏等研究表明土壤有機(jī)碳上、中、下坡位存在一定得空間垂直分布格局,微地貌地形顯著影響土壤有機(jī)碳的空間分布[2]。張偉等研究表明喀斯特地區(qū)地形因子與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系與其他地區(qū)明顯不同,在強(qiáng)烈的巖溶作用下,微地貌形態(tài)的發(fā)育對(duì)土壤養(yǎng)分積累和循環(huán)具有重要的影響,在坡度較陡、坡位較高的地段容易形成石槽、石洞等陰暗生境,有利于有機(jī)質(zhì)的積累,土壤養(yǎng)分含量也相對(duì)較高[23]。喀斯特坡地石槽、石洞等陰暗生境的發(fā)育導(dǎo)致土壤有機(jī)碳和總氮與坡度和裸巖率等地形因子顯著正相關(guān)。

喀斯特土壤有機(jī)碳還表現(xiàn)出季節(jié)變化。朱雙燕等研究顯示廣西環(huán)江喀斯特灌叢、藤灌叢、喬灌叢群落雨季后有機(jī)碳均有降低,其原因可能是雨季期間凋落物迅速分解,地表凋落物分解量大于當(dāng)季凋落量[24]。李孝良等研究顯示土壤有機(jī)碳含量季節(jié)性變化特征明顯,夏秋季低,冬季高[29]。本文作者對(duì)典型喀斯特高原峽谷區(qū)的喀斯特土壤有機(jī)碳研究同樣得到類似結(jié)果,夏季土壤有機(jī)碳低于冬季[30]。李菲等分析了貴州普定喀斯特地區(qū)同一植被類型樣地土壤有機(jī)碳在不同季節(jié)間的差異,結(jié)果顯示土壤有機(jī)碳含量及儲(chǔ)量在各個(gè)季節(jié)有一定變化,表現(xiàn)出春秋較高,夏冬較低[31]。土壤有機(jī)碳的季節(jié)變化主要受溫度和水分因子的影響,西南喀斯特地處亞熱帶季風(fēng)區(qū),年溫差小,降雨量豐富,季節(jié)變化對(duì)土壤有機(jī)碳有一定的影響,但影響土壤有機(jī)碳含量分布的首要因素是土地利用/土地覆被變化,季節(jié)因素是次要因素[31]。

1.3 不同石漠化等級(jí)土壤有機(jī)碳分布

與其它地帶性生態(tài)系統(tǒng)相比,喀斯特石漠化土壤有機(jī)碳明顯偏低,文獻(xiàn)報(bào)道最小值為9.81 g/kg,最大值為76.49 g/kg(表2),且不同等級(jí)石漠化土壤有機(jī)碳有明顯差異。石漠化是在喀斯特脆弱生態(tài)環(huán)境下,人類不合理的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成植被破壞、水土流失、巖石逐漸裸露、土地生產(chǎn)力衰退甚至喪失,地表呈現(xiàn)石質(zhì)荒漠景觀的演變過(guò)程或結(jié)果[30, 35]。石漠化過(guò)程勢(shì)必對(duì)土壤有機(jī)碳造成明顯的影響。長(zhǎng)期以來(lái),一直認(rèn)為隨著石漠化、土壤退化程度的加劇,土壤有機(jī)碳含量顯著下降,強(qiáng)度石漠化土壤有機(jī)碳含量最低[1, 13, 36]。然而,事實(shí)并非如此。魏興琥等對(duì)峰叢洼地石漠化土壤有機(jī)碳的研究結(jié)果顯示,極強(qiáng)度石漠化土壤有機(jī)碳含量顯著大于中度、輕度和潛在石漠化[34]。吳敏等研究結(jié)果顯示土壤有機(jī)碳空間分布高值區(qū)域?yàn)閹r石出露率明顯大于其他生境類型的石縫和石槽,土壤有機(jī)碳與巖石出露率呈極顯著正相關(guān)[2]。除此之外,大量研究均得到同樣結(jié)果[30,32, 37]。盛茂銀等基于大量系統(tǒng)的定點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,喀斯特石漠化土壤有機(jī)碳含量的演變并不是隨著石漠化等級(jí)的增加而一直退化,而是一個(gè)先降低后增加的趨勢(shì),極強(qiáng)度石漠化土壤有機(jī)碳含量最高[38]。這一反常現(xiàn)象應(yīng)與喀斯特石漠化地表的土-石二元非均質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)嚴(yán)重石漠化時(shí),面上土壤被侵蝕殆盡,僅現(xiàn)于縫隙、溶蝕槽中,該類土壤有低等植物如苔蘚、地衣等形成結(jié)皮,有效地避免土壤侵蝕流失,加上微負(fù)地形有效截留地表徑流攜帶的枯落物和土壤細(xì)粒物等使土壤中養(yǎng)分累積優(yōu)勢(shì)明顯,最終導(dǎo)致強(qiáng)度石漠化土壤有機(jī)碳含量反而上升。

2 土壤有機(jī)碳分布的影響因素

2.1 自然因素

2.1.1 氣候

影響生態(tài)系統(tǒng)光合和呼吸過(guò)程的氣候、地形、土壤質(zhì)地等都是控制土壤有機(jī)碳庫(kù)的動(dòng)態(tài)變化因子[39]。溫度、降水、二氧化碳濃度影響輸入土壤中有機(jī)碳含量、分解速率,對(duì)土壤有機(jī)碳蓄積有重要作用[40]。其中,對(duì)土壤有機(jī)碳輸入與分解過(guò)程起關(guān)鍵作用的氣候因子主要是溫度和水分。土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)出與溫度變化正相關(guān),當(dāng)溫度>20℃時(shí)與土壤濕度正相關(guān)[41]。降水變化會(huì)影響土壤含水量、土壤植物凋落物的輸入與土壤呼吸速率的改變,引起土壤有機(jī)碳庫(kù)的變化。土壤含水量與土壤有機(jī)碳含量呈顯著正相關(guān),在旱季和雨季呈極顯著正相關(guān)[40]。

表2 不同等級(jí)石漠化土壤有機(jī)碳含量分布

2.1.2 地形因子

喀斯特地區(qū)土壤有機(jī)碳空間分布主要控制因素有地形、小生境類型、巖石裸露率和土層深度[42]。地形控制水分、溶質(zhì)和沉積物的遷移方向和通量來(lái)決定土壤性質(zhì)空間發(fā)育的梯度和格局[9]。一般認(rèn)為土壤有機(jī)碳密度與貯量隨著坡度的增大而減少,從陽(yáng)坡到陰坡,隨坡向角度的增加土壤碳密度不斷增加[39]。溝坡的光熱條件比塬面好,而雨水資源低于塬面,土壤有機(jī)碳的礦化作用強(qiáng)于塬面[39]。

2.1.3 植被

植被類型主要通過(guò)植被根系分泌物和凋落物影響土壤有機(jī)碳[43]。植被破壞直接導(dǎo)致土壤流失、養(yǎng)分和有機(jī)碳減少[43]。植被蓋度與土壤有機(jī)碳含量顯著相關(guān),張偉等得出典型喀斯特峰叢洼地土壤有機(jī)碳與NDVI指數(shù)呈顯著正相關(guān)[9]。茂蘭喀斯特區(qū)不同植被類型表層土壤有機(jī)碳含量呈顯著差異,原始林>次生林>竹林[29]。退化喀斯特植被恢復(fù)過(guò)程中,土壤微生物生物量碳明顯增加,微生物生物量碳與土壤有機(jī)碳呈顯著正相關(guān)[18]。黃宗勝等也同樣得出喀斯特森林植被的自然恢復(fù)有利于土壤碳的累積和土壤質(zhì)量的提高[39]。

2.1.4 土壤理化性質(zhì)

土壤有機(jī)碳是土壤固相部分的重要組分,它與土壤礦物質(zhì)共同作為林木營(yíng)養(yǎng)的來(lái)源[44],土壤的一系列物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)對(duì)土壤有機(jī)碳具有直接和間接的影響。王霖嬌等研究表明,土壤有機(jī)碳與土壤其它絕大多數(shù)理化因子具有明顯的相關(guān)性,與土壤總氮、水解氮、速效鉀、總孔隙度、自然含水量、毛管持水量、田間持水量和上層滲透性存在極顯著地正相關(guān),與總磷、下層滲透性存在顯著地正相關(guān),與容重存在極顯著地負(fù)相關(guān),而與pH、總鉀、有效磷、土壤呼吸、毛管孔隙度、非毛管孔隙度無(wú)明顯相關(guān)性[30]。李菲等研究也表明,土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤有機(jī)碳含量有明顯的影響,土壤有機(jī)碳含量與土壤全氮、土壤碳氮比呈極顯著正相關(guān),與土壤容重呈極顯著負(fù)相關(guān)。而與土壤含水量的相關(guān)性則在0—15 cm和15—30 cm土層有所不同,0—15 cm土層土壤有機(jī)碳與土壤含水量呈極顯著正相關(guān),15—30 cm土層則相關(guān)性較弱[31]。

2.1.5 土層深度

表層土壤是植被凋落物和動(dòng)物殘?bào)w、糞便積累的主要場(chǎng)所,因此土壤微生物將凋落物等分解轉(zhuǎn)化為養(yǎng)分后首先對(duì)土壤表層進(jìn)行補(bǔ)給,再隨土壤水分逐步向深層土壤轉(zhuǎn)移,故表現(xiàn)為土壤有機(jī)碳含量隨土層深度增加而遞減。李菲等研究表明,0—15 cm土層土壤有機(jī)碳含量及其儲(chǔ)量和全氮含量及其儲(chǔ)量均高于15—30 cm土層[31]。賈曉紅等的研究也得到同樣的結(jié)果[45]。

2.2 人為因素

2.2.1 土地利用/土地覆被的變化

土地利用/土地覆被通過(guò)影響土壤碳的動(dòng)態(tài)變化,是土壤碳庫(kù)最直接的影響因素[10]。喀斯特地區(qū)不同土地利用方式下土壤微環(huán)境、植被構(gòu)成等因素導(dǎo)致了土壤有機(jī)碳存在差異。林地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)用地時(shí),土壤開(kāi)墾耕作破壞了土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu),使土壤有機(jī)質(zhì)失去植被保護(hù)暴露空中,造成碳素的分解釋放[43]。退耕還林(草)增加喀斯特峰叢洼地景觀類型土壤有機(jī)碳的儲(chǔ)量[39]。與林地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)用地作用機(jī)制類似,草地開(kāi)墾耕作也造成土壤有機(jī)碳庫(kù)的損失,原來(lái)碳素總量將損失30%—50%[4]。因此,在喀斯特地區(qū)土地利用過(guò)程中合理保護(hù)與恢復(fù)地上植被尤為重要。

2.2.2 農(nóng)業(yè)管理措施

農(nóng)業(yè)管理措施的不同可改變土壤性質(zhì),影響土壤有機(jī)碳庫(kù)。合理的農(nóng)業(yè)管理措施可增加土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量。喀斯特地區(qū)土壤土層淺薄,生態(tài)環(huán)境脆弱,土壤有機(jī)碳易受土地利用變化、耕地、施肥等活動(dòng)的影響[41]。單施有機(jī)肥或有機(jī)肥與化肥配施,能顯著提高土壤有機(jī)碳含量,提高土壤活性有機(jī)碳和碳庫(kù)管理指數(shù)[33]。另外,秸稈還田、撂荒、輪作、灌溉等其他耕種方式與管理也會(huì)對(duì)土壤有機(jī)碳產(chǎn)生一定影響[34]。

3 增加喀斯特石漠化土壤碳匯的對(duì)策

3.1 改良土地利用/土地覆被

(1)開(kāi)展喀斯特區(qū)退耕還林和森林植被恢復(fù)。封山育林與人工造林相結(jié)合,恢復(fù)與重建森林生態(tài)系統(tǒng)。森林可降低雨水對(duì)土壤的直接侵蝕能力,土壤有機(jī)質(zhì)層可涵養(yǎng)水源,林木根系可使土壤內(nèi)聚力增加1—2 kPa[39]。在坡度較緩,基巖露頭少、土層厚立地條件較好的山丘適當(dāng)發(fā)展農(nóng)林混作,恢復(fù)與重建以林為主的復(fù)合農(nóng)林生態(tài)林[1]。

(2)優(yōu)化土地利用/土地覆被結(jié)構(gòu),提高土壤有機(jī)碳含量。西南喀斯特不同土地利用/土地覆被土壤有機(jī)碳的含量存在明顯差異：原生林>次生林>灌叢>草叢>農(nóng)業(yè)用地(玉米地、菜地、旱田等)[4, 8, 13,22-23]。盡量減少玉米地、菜地、旱田等土地利用,增加坡耕地水保林、經(jīng)濟(jì)林種植、提高水土保持效益的同時(shí)提高土壤碳匯能力。

(3)加強(qiáng)喀斯特石漠化綜合治理。石漠化綜合治理工程的林草植被保護(hù)和建設(shè)、基本農(nóng)田建設(shè)與水資源開(kāi)發(fā)利用、工程能源建設(shè)等項(xiàng)目都會(huì)產(chǎn)生額外的固碳效益[1]。

3.2 建立科學(xué)的農(nóng)業(yè)管理措施

(1)促進(jìn)喀斯特地區(qū)農(nóng)-草-畜牧業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與農(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。積極推進(jìn)傳統(tǒng)畜牧業(yè)向可持續(xù)生態(tài)畜牧業(yè)轉(zhuǎn)變,建立“草業(yè)-養(yǎng)畜-致富-生態(tài)環(huán)境改善”的良性循環(huán)模式[1],降低草地開(kāi)墾,有利于土壤有機(jī)碳的積累[32]。

(2)注重喀斯特地區(qū)耕地生產(chǎn)方式的合理性。建立良好的耕作制度,合理施肥,實(shí)施秸稈還田,增加土壤有機(jī)碳,提高土壤肥力。在人為干擾不可避免的情況下,選擇以林地為主的土地利用方式。

3.3 提高喀斯特地區(qū)農(nóng)牧民的素質(zhì)教育

注重農(nóng)村科技人員的吸收和引進(jìn),廣泛深入開(kāi)展環(huán)境保護(hù)、資源合理利用宣傳教育,樹(shù)立自覺(jué)珍惜資源,增強(qiáng)全民可持續(xù)發(fā)展意識(shí)。同時(shí),發(fā)揮農(nóng)村科技人員知識(shí)才能,完善各類農(nóng)村科技培訓(xùn),形成學(xué)科學(xué)、惜資源、愛(ài)環(huán)境的良好氛圍。

4 亟待解決的科學(xué)問(wèn)題

石漠化已成為制約中國(guó)西南喀斯特山區(qū)可持續(xù)發(fā)展最嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。僅1999—2005年間,西南石漠化(約55×104km2)導(dǎo)致的有機(jī)碳流失通量年增加量就超過(guò)28 Tg[42]。喀斯特石漠化土壤有機(jī)碳已經(jīng)成為科學(xué)治理石漠化和應(yīng)對(duì)全球碳循環(huán)減源增匯的研究熱點(diǎn)和前沿。盡管已開(kāi)展了大量的科學(xué)研究,但該領(lǐng)域仍存在幾個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題亟待解決。

(1)喀斯特石漠化土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性主導(dǎo)機(jī)制不清。喀斯特土壤有機(jī)碳本身的高度異質(zhì)、動(dòng)態(tài)變化和影響因素的復(fù)雜性,導(dǎo)致其穩(wěn)定性主導(dǎo)機(jī)制不清楚,開(kāi)展多種穩(wěn)定機(jī)制的綜合研究顯得尤為重要。

(2)喀斯特石漠化土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量和空間分布測(cè)算機(jī)理方法缺乏。喀斯特石漠化土壤具有分布不連續(xù)、土層薄、土壤存量少等基本特征,加之基巖裸露、小生境多樣等嚴(yán)重制約了土壤有機(jī)碳精確測(cè)算,增加了區(qū)域碳平衡研究中的不確定性。

(3)喀斯特石漠化土壤有機(jī)碳分布的影響因素研究不足。繼續(xù)深入開(kāi)展土壤有機(jī)碳與土壤理化性質(zhì)、土壤微生物、土壤管理措施、地表覆被的相關(guān)性及其積累機(jī)制研究,對(duì)提高有機(jī)碳固定,發(fā)揮土壤有機(jī)碳的生態(tài)功能、制定適宜的土壤管理措施有重要意義。

(4)環(huán)境小氣候?qū)ν寥烙袡C(jī)碳影響研究仍未空白。喀斯特石漠化地區(qū)小生境多種多樣,小氣候特征有較大差異,小氣候如何影響土壤有機(jī)碳影響研究尚無(wú)報(bào)道,嚴(yán)重制約了科學(xué)治理石漠化和土壤碳匯的提高。

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Distribution characteristics of soil organic carbon and its influence factors in the karst rocky desertification ecosystem of Southwest China

WANG Linjiao1, 2, SHENG Maoyin1, 2, 3,*, DU Jiaying1, WEN Peicai1

1KarstResearchInstitute,GuizhouNormalUniversity,Guiyang550001,China2NationalEngineeringResearchCenterforKarstRockyDesertificationControl,Guiyang550001,China3StateKeyLaboratoryIncubationBaseforKarstMountainEcologyEnvironmentofGuizhouProvince,Guiyang550001,China

Karst rocky desertification has become a very significant issue in ecological and geological environments, and it seriously restricts the sustainable development of society and economy in Southwest China. Rehabilitation and restoration of karst rocky desertification have become very important for the society and economy of China. Soil organic carbon is an important parameter used for evaluating soil quality. It can indicate the status of land productivity and environmental health. Soil organic carbon is the main factor for the carbon balance of a terrestrial ecosystem and can indirectly affect the terrestrial biological carbon pool. Changes in the transformation and accumulation of soil organic carbon can directly affect the dynamics of the global carbon cycle. Thus, soil organic carbon has become a research hotspot in the field of ecology. In the present study, first, we systematically summarized the spatial and seasonal distribution characteristics of soil organic carbon among different land cover/land use and different rocky desertification degrees of the karst rocky desertification ecosystem in Southwest China. Second, on the basis of previous studies and field surveys, we deduced the influence factors, including natural and human factors such as climate, landform, soil properties, vegetation cover, land cover/land use change, and agricultural management practices, related to the distribution of soil organic carbon. Finally, we proposed measures to improve the soil organic carbon content of the karst rocky desertification ecosystem. Our results can offer an important scientific basis for the rehabilitation and restoration of karst rocky desertification and rational soil utilization in the karst rocky desertification ecosystem and improve soil carbon sequestration to increase the carbon sink in the global carbon cycle.

karst; rocky desertification; soil organic carbon; distribution characteristic; influence factor

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31660136);國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0502603);貴州省科學(xué)技術(shù)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(黔科合基礎(chǔ)[2016]1414);貴州省社會(huì)發(fā)展攻關(guān)計(jì)劃課題(黔科合SZ字[2014]3036號(hào));貴州省普通高等學(xué)校科技拔尖人才支持計(jì)劃(黔教合KY字[2016]064);貴州省教育廳青年科技人才成長(zhǎng)項(xiàng)目(黔教合KY字[2016]134)

2016- 07- 05;

2016- 11- 10

10.5846/stxb201607051377

*通訊作者Corresponding author.E-mail: shmoy@163.com

王霖嬌, 盛茂銀, 杜家穎, 溫培才.西南喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳分布特征及其影響因素.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(4):1358- 1365.

Wang L J, Sheng M Y, Du J Y, Wen P C.Distribution characteristics of soil organic carbon and its influence factors in the karst rocky desertification ecosystem of Southwest China.Acta Ecologica Sinica,2017,37(4):1358- 1365.