不同種植年限人工苜蓿草地土壤碳儲(chǔ)量及CO2排放通量研究.pdf

1、本文以不同種植年限人工苜蓿草地為研究對(duì)象，于2012年4-10月，在寧夏賀蘭山東麓選擇了具有代表性的5個(gè)種植年限(1a，3a，4a，5a和8a)人工苜蓿草地進(jìn)行研究，通過采集各樣地苜蓿生育期0-100cm土層土壤，分析了各樣地種植苜蓿后0-100cm土層土壤碳儲(chǔ)量及其垂直分布特征。同時(shí)，采用靜態(tài)箱-氣象色譜法對(duì)各樣地土壤系統(tǒng)及土壤-植被系統(tǒng)的CO2通量進(jìn)行了測(cè)定，闡述了各樣地CO2通量的季節(jié)變化規(guī)律及CO2通量與主要影響因子間的關(guān)系。所

2、得研究結(jié)果如下：
　　 ⑴隨苜蓿種植年限的增加，土壤碳儲(chǔ)量顯著提高，但老化衰退苜蓿地土壤碳儲(chǔ)量最低，且不同年限間差異性顯著(P＜0.05)，總體表現(xiàn)為:8a＜1a＜3a＜4a＜5a。土壤有機(jī)碳(Soil OrganicCarbon，SOC)、土壤活性有機(jī)碳(Soil Active Organic Carbon，SAOC)均表現(xiàn)出明顯的碳固存效應(yīng)，有很強(qiáng)的碳固存潛力。不同年限苜蓿地土壤碳含量及其碳密度均表現(xiàn)出相同的垂直分布規(guī)律，呈

3、現(xiàn)出“表聚性”特點(diǎn)，種植年限是影響土壤碳含量及其碳密度垂直分布格局的主要因素。
　　 ⑵苜蓿種植1a，3a，4a，5a和8a后，其SOC含量在0-40 cm土層內(nèi)占總剖面(0-100cm) SOC的比例分別為69.7％，65.8％，73.8％，70％和67.2％，其土壤有機(jī)碳密度(Soil Organic CarbonDensity, SOCD)在0-40 cm土層內(nèi)占總剖面(0-100cm)的比例在54.8％-61.8％之間，

4、其SAOC含量在0-40 cm土層內(nèi)分別占總剖面的比例分別為90.4％，93.4％，93.9％，78.3％和89.9％，其土壤活性有機(jī)碳密度(Soil Active Organic Carbon Density, SAOCD)在0-40cm土層內(nèi)占總剖面的比例分別為89.9％，94.2％，90.5％，84.9％和89.8％，可見不同年齡的苜蓿地其SOC及SAOC在0-40 cm土層內(nèi)，具有明顯的表聚性，相應(yīng)地其SOCD和SAOCD也在0

5、-40 cm土層內(nèi)比較高。
　　 ⑶苜蓿生長季內(nèi)各樣地土壤-植被系統(tǒng)及土壤系統(tǒng)的CO2排放趨勢(shì)基本一致，表現(xiàn)出“夏季高秋季低”的季節(jié)變化規(guī)律。在季節(jié)尺度上，CO2的釋放隨土壤溫度的增加而增加，土壤溫度及氣溫與土壤-植被系統(tǒng)CO2的排放呈極顯著二次正相關(guān)(P＜0.01)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.794和0.768，說明土壤溫度和氣溫是土壤-植被系統(tǒng)CO2通量變異的重要非生物因子。
　　 ⑷各種植年限苜蓿地土壤-植被系統(tǒng)和土壤系

6、統(tǒng)的CO2通量總體表現(xiàn)為4a＞5a＞8a＞3a＞1a。各觀測(cè)日期內(nèi)土壤-植被系統(tǒng)和土壤系統(tǒng)的CO2排放通量平均值分別為490.86mg·m-2·h-1和291.91mg·m-2·h-1。苜蓿種植3a，4a，5a，8a后土壤-植被系統(tǒng)CO2釋放通量在各觀測(cè)日期的平均值分別比1a對(duì)照增加19.29％，47.56％，43.97％和39.69％，土壤系統(tǒng)CO2釋放通量均較1a對(duì)照分別增加19.32％，49.39％,48.38％和44.74％。土

7、壤-植被系統(tǒng)CO2釋放通量顯著高于土壤系統(tǒng)CO2釋放通量，說明植物生長階段本身呼吸作用對(duì)CO2排放貢獻(xiàn)明顯。
　　 ⑸本研究發(fā)現(xiàn)CO2通量在0.05的顯著性水平上與0-20cm土層的SOC含量、C/N及SAOC含量顯著正相關(guān)，與土壤全氮(TN)含量極顯著正相關(guān)(R2=0.949，n=10，P＜0.01)。因此，人工種植苜蓿措施實(shí)施后，表層土壤碳氮含量的增加是加劇CO2排放的重要因素。0-10cm土壤水分含量與CO2排放通量呈拋物

8、線形關(guān)系:Y=-0.373X2+28.013X-357.35，R2=0.443，在水分含量為35％左右時(shí)CO2排放通量達(dá)到最大值。說明在水分條件適宜的情況下，土壤微生物活動(dòng)增強(qiáng)，CO2排放通量也會(huì)隨之增大。地上生物量的大小與CO2的排放通量有相同的變化趨勢(shì)，這與地上綠色植物通過呼吸作用釋放CO2有關(guān)。
　　 ⑹苜蓿種植3-5年后積累了更多的SAOC，說明SAOC較SOC對(duì)苜蓿種植年限更敏感，是表征土壤有機(jī)質(zhì)變化的重要指標(biāo)。種植8

9、年的苜蓿地土壤碳儲(chǔ)量較低的原因是由于生長年限長、苜蓿平均蓋度較低、生長季氣溫偏高及灌水后好氧微生物活動(dòng)頻繁，在一定程度上促進(jìn)了土壤呼吸作用，加速了土壤有機(jī)碳的分解，使得8年生苜蓿地土壤碳儲(chǔ)量水平低于其他各年份苜蓿地。
　　 ⑺綜上所述，可以得出以下結(jié)論：在苜蓿種植8年以內(nèi)，隨苜蓿種植年限的增加，土壤碳儲(chǔ)量顯著提高，SOC、SAOC均表現(xiàn)出明顯的碳固存效應(yīng)，有很強(qiáng)碳固存潛力，不同年限苜蓿地土壤碳含量及其碳密度均表現(xiàn)出“表聚性”特征