不同植物過程土壤剖面有機碳含量和含水量研究

1、第26卷第1期2005年3月大連鐵道學院學報JOURNALOFDAL I A NRA I L WAYI N STI T UTEVol.26No.1Mar.2005文章編號:100021670(20050120092204不同植物過程土壤剖面有機碳含量和含水量研究李鴻博,史錕(大連交通大學環(huán)境科學與工程學院,遼寧大連116028摘要:通過對寧夏固原不同植物過程土壤剖面有機碳含量和含水量的測定和分析.發(fā)現(xiàn)人工林和灌木林土壤含碳量和含水量明顯高于草地和農田土壤;有機碳含量和含水量分布隨土壤深度加深而呈總體下降趨勢,人工林和灌木林土壤含碳量和含水量層次間下降比較明顯.關鍵詞:植物過程;土壤剖面;有機碳

2、含量;含水量中圖分類號:X131.3文獻標識碼:AStudy of O rgan i c Carbon and W a ter Con ten ts i n So il Prof ileof D i fferen t Pl an t ProcessesL I Hong2bo,SH I Kun(School Envir onmental Science and Engineering,Dalian J iaot ong University,Dalian116028,ChinaAbstract:The contents of organic carbon and water of differe

3、nt p lant p r ocesses in s oil p r ofile of N ingXia GuYuanare measured and analyzed.The result shows that the contents of organic carbon and water in s oil p r ofile ofp lantati on and shrubbery are higher than that of grassland and up land obvi ously.M ean while the distributi on ofthe organic car

4、bon and water contents p resente a decreasing trend with the increase in s oil dep th of differentp lant p r ocesses,Comparatively there is a evident decrease of the organic carbon and water contents in differentlayers of p lantati on and shrubbery s oil.Key words:p lant p r ocess;s oil p r ofile;th

5、e content of organic carbon;water content陸地生態(tài)系統(tǒng)是重要的碳庫之一,在全球碳循環(huán)中起著舉足輕重的作用1,2.通過對寧夏固原森林轉化為農田和草地,農田和草地上造林條件下土壤剖面有機碳含量和土壤含水量的研究.從土壤有機碳含量和土壤含水量方面研究植物過程的影響還比較少見.分析不同植物過程對土壤有機碳源、匯的作用,深入闡明不同植物過程對土壤有機碳的影響,為進一步研究植物過程對全球碳循環(huán)的作用打下基礎.1材料和方法(1研究區(qū)概況研究地點位于寧夏固原的趙千戶林場,屬于六盤山自然保護區(qū)與周邊農業(yè)、牧業(yè)活動的交錯帶.地理位置位于東經106°09106

6、76;30,北緯35°1535°41.氣候類型為暖溫帶半濕潤半干旱區(qū)的過渡地帶.地形以石質山為主,海拔18002100m,土壤以灰鈣土為主.按照植被分布特征該地處于溫帶草原區(qū)的南部森林草原地帶,地帶性植被為草甸草原植被和落葉闊葉林,植被區(qū)具有明顯的過渡特征.年平收稿日期:2004210210基金項目:中國林科院GEF基金項目(CPR/00/G33作者簡介:李鴻博(1981-,男,碩士在讀.第1期李鴻博等:不同植物過程土壤剖面有機碳含量和含水量研究93均氣溫為5.8、降水量為400676mm3.(2材料土壤種類:松樹、楊樹、灌木、草地和農田土壤.實驗儀器:溫度計,鐵架臺,滴定

7、管,移液管,三角瓶,燒杯,鐵絲籠,玻璃棒,烘箱,電子天平,電爐實驗藥品:KCr2O7(化學純、三級、G B/T64221999、七水合硫酸亞鐵(分析純、二級、G B664293、硫2酸、液體石蠟、鄰啡羅林指示劑.(3方法采用相鄰樣地比較的方法,即以鄰近相同海拔、坡向和土壤類型的典型人工林、灌木林、農田和草地為對象,通過比較不同植物過程土壤剖面有機碳含量和土壤含水量的差異,對人工林或灌木林變成農田或草地及在農田或草地中造林這些植物過程改變后影響土壤有機碳含量和含水量進行研究.土壤樣采集:采用剖面法采集土樣.土壤剖面自上而下共分5層,依次為010、1020、2030、30 40、4050c m.含

8、水量:土樣自然風干后,采用烘干法測定含水量.有機碳含量:采用KCr2O7法(外加熱法測定4.22結果和討論2.1植物過程對剖面土壤有機碳含量和含水量的影響從圖1可以看出,不同植物過程土壤含碳量有較大差異.所有植物過程土壤有機碳量主要集中在表農田土壤,底層較少,只有草地土壤例外,底層較高.農田010c m土壤含碳量為16.49kkg-1分別比草地、楊樹、灌木和松樹土壤低26.87%、35.71%、42.64%和60.58%;農田1020c m土壤含碳量為14.97kkg-1,分別比草地、楊樹、灌木和松樹土壤低22111%、40.95%、47.29%和58.49%;農田20 30c m土壤含碳量為

9、13.10kkg-1,分別比草地、灌木、楊樹和松樹土壤低32.72%、34.43%、44196%和55.50%;農田3040c m土壤含碳量為12160kkg-1,分別比草地、楊樹和松樹土壤低38.02%、48.61%和48.93%,比灌木林的土壤含碳量高30.2%;農田4050c m土壤含碳量為11.05kkg-1,分別比灌木、松樹、楊樹和草地土壤低10.96%、40.69%、48.44%和48.80%.可見,人工林和灌木土壤具有很好的固碳作用.灌木、草 地和農田土壤的含碳量隨土壤深度的增加變化不大,而松樹和楊樹土壤含碳量隨土壤深度增加呈明顯遞減趨勢.楊樹3040c m土壤含碳量降低,原因是

10、土壤長時間不翻動,由地表林褥腐爛分解形成的有機質集中分布在淺層土壤中.這也說明土壤含碳量主要來源于腐殖質的分解.圖1土壤含碳量圖圖2土壤含水量圖從圖2可以看出,不同植物過程土壤含水量也有較大差異.農田和草地土壤含水量隨土壤深度增加變化不大;灌木土壤含水量集中在表層和中間層,底層較少;楊樹和松樹土壤含碳量集中在表層,底層較少.農田010c m土壤含水量為3.54%,分別比草地、松樹、楊樹和灌木土壤低33.83%、76.92%、78132%和85.13%;農田1020c m土壤含水量為3.54%,分別比草地、松樹、楊樹和灌木土壤低43136%、67.40%、74.75%和78.18%;農田2030

11、c m土壤含水量為3.68%,分別比草地、楊樹、灌木和松樹土壤低32.35%、36.66%、68.36%和75.88%;農田3040c m土壤含水量為3.24%,分別比草地、灌木、楊樹和松樹土壤低41.94%、73.77%、74.61%和74.65%;農田4050c m土壤含水量為3.58%,分別比草地、灌木、松樹和楊樹土壤低36.30%、57.63%、60.53%和62.47%.由此說明松樹、大連鐵道學院學報第26卷94楊樹和灌木林土壤具有很好的持水性.其中,草地和農田土壤含水量隨土壤深度增加變化不大,而松樹、楊樹和灌木土壤含水量則隨土壤深度增加呈明顯遞減趨勢.這是因為人工林和灌木林處于山林

12、之中,周圍的樹木高大且密集,比較陰涼,水分不易蒸發(fā),而草地和農田土壤處于裸露狀態(tài),直接曝曬在太陽下,而且西北山區(qū)風力大,表層土壤水分更易蒸發(fā).另外,還與不同植物的根系具有不同吸水性有很大關系.2.2剖面土壤有機碳含量和含水量比較從圖3可以看出,松樹土壤含碳量與含水量總體上成正比關系,有機碳含量越高,其含水量越高,并且有機碳含量和含水量隨土壤深度加深而呈遞減趨勢.說明含碳量分布和含水量分布有密切關系,但其相互影響機理還有待研究.其中010c m土壤含碳量與1020c m差異不顯著,與2030c m、3040 c m和4050c m差異極顯著;1020c m土壤含碳量與2030c m差異顯著,與3

13、040c m和4050c m 差異極顯著;2030c m土壤含碳量與3040c m差異顯著,與4050c m差異極顯著;3040c m土壤含碳量與4050c m差異顯著.010c m土壤含水量與1020c m差異顯著,與4050c m差異極顯著. 2030c m土壤含水量與1020c m差異顯著,與4050c m差異極顯著.其它層次間含水量差異不顯著.此外2030c m和3040c m土壤含水量有所增加可能是與松樹根系的吸水特性有關.說明松樹根系具有很好的固碳和持水作用.從圖4可以看出,楊樹土壤含碳量與含水量總體上成正比關系,有機碳含量越高,其含水量越高,并且有機碳含量和含水量隨土壤深度加深而

14、有遞減趨勢.也說明含碳量分布和含水量分布有密切關系.其中4050c m土壤含碳量與010c m、1020c m和3040c m差異顯著,其它層次間差異不顯著.0 10c m土壤含水量與2030c m差異顯著,其它層次間差異不顯著.此外第3層土壤含水量驟減可能是因為土壤處于淋溶層下層(水分流失增大和根系特殊吸水性的原因.說明楊樹根系具有很好的固碳和持水作用. 從圖5可以看出,灌木土壤含碳量與含水量總體上成正比關系,有機碳含量越高,其含水量越高,并且有機碳含量和含水量隨土壤深度加深而有遞減趨勢.同樣說明含碳量分布和含水量分布有密切關系.其中010c m土壤含碳量與3040c m和4050c m差異

15、顯著;1020c m土壤含碳量與3040c m和4050c m差異顯著;2030c m土壤含碳量與3040c m差異顯著.其它層次間差異不顯著.010c m 土壤含水量與1020c m、2030c m、3040c m和4050c m差異極顯著;1020c m土壤含水量與20 30c m和4050c m差異極顯著,與3040c m差異顯著;3040c m土壤含水量與4050c m差異顯著.其它層次間差異不顯著.此外第4層土壤含水量有所增加可能是因為土壤接近淀積層(水分囤積和土壤已近地下水層以及根系的特殊吸水性的原因.同時可以看出灌木林土壤碳和水分主要集中在0 30c m土層,這可能由于林褥腐爛分

16、解形成有機質主要留在了土壤表層.說明土壤碳主要來源于腐殖質的分解,也說明灌木根系具有很好的固碳和持水作用.從圖6可以看出,草地土壤含碳量與含水量隨土層加深而變化不大,總體上呈穩(wěn)定狀態(tài).其中0 10c m土壤含碳量與1020c m差異顯著,其它層次間差異不顯著.010c m土壤含水量與1020c m 差異顯著,其它層次間差異不顯著.此外3040c m和4050c m土壤含碳量和含水量均略有增加,原因可能是因為土層已為隔離層且接近地下水層,與有機碳囤積有關.說明草地植被根系雖有一定固碳作用,但效果不如人工林和灌木林,而且對水分的保持沒有明顯效果.第1期李鴻博等:不同植物過程土壤剖面有機碳含量和含水

17、量研究95從圖7可以看出,農田土壤含碳量與含水量隨土層加深而變化不大,含碳量總體上呈略下降趨勢,含水量基本穩(wěn)定.層次間土壤含碳量差異極顯著,土壤含水量差異不顯著.這是因為農田作物根系對碳 的固定和水分吸收均無顯著作用.說明農田作物對土壤碳的固定和水分的保持無明顯作用.同時,這個結果也驗證了A.E.Ene2ji等人的研究結論:在森林轉化為農田后,在040c m土壤中大約17%27%的土壤有機碳流失8.圖6草地土壤含碳量和含水量圖7農田土壤含碳量有和含水量圖3結論(1不同植物過程土壤含碳量和含水量分布規(guī)律總體上一致,含水量越高,有機碳含量越高.說明土壤含水量和含碳量有密切關系5,6.(2人工林(松

18、樹、楊樹和灌木林退化為草地或農田后,其土壤含碳量和含水量明顯下降.而草地造林和退耕還林后,其土壤含碳量和含水量明顯增加.這與H.Tiessen等人5,7,8,9的研究結果一致.(3人工林(松樹、楊樹和灌木林土壤具有明顯的固碳和持水作用,而草地和農田土壤的固碳和持水作用不明顯.參考文獻:1楊景成,韓興國,黃建輝,等.土地利用變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)貯量的影響J.應用生態(tài)學報,2003,14(8:138521390.2金峰,楊浩,菜祖聰,趙其國.土壤有機碳密度及儲量的統(tǒng)計研究J.土壤學報,2001,38(4:5222528.3吳建國,徐得應.土地利用變化對土壤有機碳的影響理論、方法和實踐M.北京:中國林業(yè)出版社,2004,7214.4南京農業(yè)大學.土壤農業(yè)化分析M.北京:農業(yè)出版社,1998,33236.5彭新華,張斌,趙其國.土壤有機碳庫與土壤結構穩(wěn)定性關系的研究進展J.土壤學報,2004,41(4:6182623.6楊玉盛,董彬,謝錦生,等.森林土壤呼吸及其對全球變化的響應J.生態(tài)學報,2004,