水熱變化對三峽水庫消落帶典型土壤有機碳礦化的影響.pdf

1、土壤有機碳（SOC）庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，對全球CO2平衡發(fā)揮著重要作用。SOC礦化作為重要的土壤生物化學過程，其不僅關系到土壤中溫室氣體的產(chǎn)生，也影響土壤養(yǎng)分元素的釋放與供應、土壤質(zhì)量的保持等。三峽水庫水位反季節(jié)漲落使得消落帶出現(xiàn)周期性的“夏干冬濕”，導致其土壤的水熱環(huán)境發(fā)生極大改變，這勢必會對消落帶土壤的有機碳礦化產(chǎn)生影響。為此，本文以三峽水庫消落帶分布面積較廣的2種典型土類——紫色土和水稻土為研究對象，通過野外采樣和室內(nèi)模

2、擬培養(yǎng)試驗，研究水熱變化對三峽水庫消落帶典型土壤有機碳礦化的影響。根據(jù)培養(yǎng)過程中測得的相關試驗數(shù)據(jù)，分析水熱梯度對三峽水庫消落帶典型土壤有機碳礦化特征的影響，結合雙庫一級礦化動力學模型和溫度敏感系數(shù)，探討不同水熱梯度下消落帶典型土壤有機碳礦化的動力學特征及溫度敏感性，分析干濕交替對三峽水庫消落帶典型土壤有機碳礦化的影響，為全面認識庫區(qū)消落帶土壤碳循環(huán)過程提供基礎資料和科學參考。研究結果如下：
　?。?）各水熱梯度下，0~10 d內(nèi)

3、，2種土壤非淹水處理的SOC礦化速率均隨培養(yǎng)時間的增加而急劇下降，而淹水處理則呈現(xiàn)降幅相對較小甚至小幅上升回落的現(xiàn)象，10 d后，礦化速率下降幅度趨緩，至培養(yǎng)40 d時基本趨于穩(wěn)定。在培養(yǎng)初期，紫色土和水稻土 SOC礦化速率的最大值分別出現(xiàn)在100％田間持水量（WHC）和70%WHC水分處理中，淹水處理的最低，而在培養(yǎng)中期淹水下的礦化速率能維持在較高水平，甚至在部分時段出現(xiàn)高于其他水分處理的現(xiàn)象。
　?。?）整個培養(yǎng)期內(nèi)（66 d

4、），10℃和20℃培養(yǎng)時，紫色土100%WHC和淹水下的SOC累積礦化量要顯著大于40%WHC水分處理（P<0.05），但與70%WHC無明顯差異，而30℃時100%WHC和淹水處理下的累積礦化量則要顯著高于40%WHC和70%WHC處理（P<0.05），這表明相較于70%WHC的水分處理，高水分（100%WHC和淹水）對消落帶紫色土SOC礦化無抑制效應甚至在高溫（30℃）下有促進作用。水稻土各培養(yǎng)溫度下70%WHC、100%WHC和淹

5、水處理之間的累積礦化量均無明顯差異，其中，10℃培養(yǎng)時40%WHC處理下的累積礦化量要顯著低于70% WHC和100% WHC處理（P<0.05），但與淹水處理無明顯差異，而20℃和30℃培養(yǎng)時40%WHC處理下的累積礦化量則要顯著低于其他水分處理，這表明相較于70% WHC的水分處理，40% WHC水分處理會抑制消落帶水稻土SOC礦化，而高水分對其則無明顯抑制和促進作用。此外，在10~30℃區(qū)間內(nèi)，各水分下消落帶紫色土和水稻土的SOC

6、累積礦化量均隨培養(yǎng)溫度升高而增加。溫度和水分均能顯著影響三峽水庫消落帶紫色土和水稻土SOC累積礦化量，且在紫色土中水熱對SOC礦化存在顯著的交互作用，而在水稻土中二者則無明顯的交互效應。
　?。?）在66 d培養(yǎng)期內(nèi)，三峽水庫消落帶紫色土和水稻土各水熱條件下的可溶性有機碳（DOC）和微生物量碳（MBC）含量變化無明顯規(guī)律，除水稻土T3M2、T3M4處理的DOC含量與SOC礦化速率顯著相關外，其他處理的DOC含量與SOC礦化速率均無

7、明顯相關性，各水熱處理下的MBC含量與SOC礦化速率也無顯著相關性（紫色土T1M1和水稻土T2M3處理除外），這表明土壤DOC含量和MBC含量并不能有效反映不同水熱處理之間SOC礦化的差異，溫度和水分不能通過改變消落帶典型土壤的DOC含量和MBC含量來有效影響SOC礦化過程。
　?。?）消落帶紫色土各水分處理的易分解有機碳含量與SOC累積礦化量的變化規(guī)律基本一致，均表現(xiàn)出100%WHC水分處理下的最大，40%WHC處理下的最低，而

8、水稻土各水分處理的易分解有機碳含量最小值均出現(xiàn)在40%WHC水分處理中，且各水分處理之間的易分解有機碳含量的變化趨勢與SOC累積礦化量的變化趨勢相似；相同水分條件下，2種土壤的易分解有機碳含量均隨培養(yǎng)溫度的升高而增加，表明水分和溫度可通過影響土壤易分解有機碳含量的變化致使各處理之間SOC累積礦化量存在差異。整個培養(yǎng)期內(nèi)，2種土壤的難分解有機碳含量與SOC累積礦化量的比值較大，尤其是高溫下表現(xiàn)得十分明顯，其比值達近50%，這顯示在SOC礦

9、化過程中難分解有機碳同樣起著重要作用。隨著培養(yǎng)溫度的升高，紫色土各水分處理的難分解有機碳礦化速率逐漸增大，水稻土在土壤含水量≥70%WHC條件下，難分解有機碳礦化速率也隨溫度升高而增大；同時，高溫下水分對難分解有機碳礦化速率的影響也特別突出，這表明溫度和水分會改變土壤微生物利用難分解有機碳的能力，高溫下土壤難分解有機碳礦化速率會顯著增強。通過比較分析不同水熱梯度下消落帶紫色土和水稻土有機碳礦化動力學模型中各參數(shù)的變化規(guī)律可知，溫度和水分

10、通過改變消落帶典型土壤的易分解有機碳含量和難分解有機碳礦化速率來影響SOC礦化。
　?。?）隨著溫度的升高，低水分（40%WHC）下消落帶紫色土SOC礦化的溫度敏感性顯著下降，而在土壤含水量≥70% WHC下則無明顯變化；消落帶水稻土淹水條件下SOC礦化的溫度敏感性隨溫度升高而顯著降低，而在土壤含水量≤100%WHC下則未出現(xiàn)明顯差異。
　?。?）干濕交替能顯著激發(fā)三峽水庫消落帶紫色土和水稻土有機碳礦化，由淹水到干燥階段，2

11、種土壤的有機碳礦化速率會出現(xiàn)由較低點快速上升的現(xiàn)象，并在干燥培養(yǎng)的最初幾天達到峰值，而由干燥到淹水階段，每次干燥培養(yǎng)最后1 d，2種土壤的礦化速率均降到該階段的最低值，此后淹水使得礦化速率急劇上升，并在淹水后最初幾天達到高峰。三次干濕循環(huán)過程中，干濕交替對消落帶紫色土和水稻土有機碳礦化速率的激發(fā)效應會隨著循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減弱。整個干濕循環(huán)培養(yǎng)期內(nèi)，干濕交替下消落帶紫色土和水稻土的有機碳累積礦化量要顯著高于恒定水分處理（70%WHC和