中国南方喀斯特石漠化演替过程中土壤有机碳的响应及其影响因素分析

王霖娇, 盛茂银, 李瑞

1. 贵州师范大学喀斯特研究院, 贵阳550001

2. 贵州师范大学职业技术学院, 贵阳550025

3. 贵州省水土保持监测站, 贵阳 550002

中国南方喀斯特石漠化演替过程中土壤有机碳的响应及其影响因素分析

王霖娇1,2, 盛茂银1,*, 李瑞3

1. 贵州师范大学喀斯特研究院, 贵阳550001

2. 贵州师范大学职业技术学院, 贵阳550025

3. 贵州省水土保持监测站, 贵阳 550002

以中国南方典型喀斯特石漠化生态系统土壤为研究对象, 运用野外定点取样和实验室分析检测方法, 研究喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳分布特征及其影响因素; 运用空间代替时间方法, 探讨石漠化演替过程中土壤有机碳的响应及其机制, 旨在为中国南方喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建提供理论支撑。结果表明： 1)喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳含量较低, 三个研究区平均值分别为23.42、25.78和26.03 g·kg-1; 2)不同等级石漠化环境土壤有机碳含量存在显著差异, 但土壤有机碳含量并不是随着石漠化程度增加而一直降低, 而是一个先降低后增加的趋势; 3)土壤有机碳与土壤特性有明显的相关性, 与土壤总氮、水解氮、速效钾、总孔隙度、自然含水量、毛管持水量、田间持水量和上层渗透性存在极显著地正相关, 与总磷、下层渗透性存在显著地正相关, 与容重存在极显著地负相关,而与pH、总钾、有效磷、土壤呼吸、毛管孔隙度、非毛管孔隙度无明显相关性; 4)土地覆被变化明显影响石漠化生态系统土壤有机碳含量, 而地貌的影响不明显。研究结果不仅对中国南方喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建具有重要的意义, 而且对应对全球变化碳循环的减源增汇同样具有重要的科学价值。

喀斯特; 石漠化; 土壤有机碳; 演变规律; 机制

1 引言

石漠化是指在脆弱喀斯特生态环境下人类不合理的社会经济活动, 造成人地矛盾突出、植被破坏、水土流失、岩石逐渐裸露、土地生产力衰退甚至丧失,地表呈现类似于荒漠化景观的演变过程或结果[1-3]。我国西南喀斯特地区位于世界三大连片喀斯特发育区之一的东亚片区中心, 面积约54万km2。目前居住着 1亿多人口、48个少数民族[2], 贫困人口相对集中, 人地矛盾非常突出, 坡地植被一旦破坏, 土壤侵蚀作用加剧, 导致稀薄土层全部流失, 造成严重的石漠化, 水分、养分调蓄能力迅速降低[4-5]。石漠化已经成为制约我国西南喀斯特地区区域经济社会发展的一个重大生态问题[4-6]。

土壤是连接大气圈、水圈、生物圈和岩石圈的纽带。土壤碳是陆地碳库的重要组成部分, 是构成土壤肥力的重要基础。土壤碳包括土壤有机碳和无机碳, 土壤无机碳很少变动, 对碳循环的影响不大,土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)是陆地生态系统碳平衡的主要因子[7]。它的转化和积累变化一方面直接影响着全球碳循环动态[8], 另一方面影响了土壤肥力和植物生长, 也间接影响了陆地生物碳库[9-10], 因而, 土壤有机碳常被选作土壤质量评价的重要指标, 用来综合反映土地生产力、环境健康功能[11]。石漠化的形成, 是强烈的人为干扰和脆弱的自然环境共同作用的结果, 是土地退化的极端表现。土壤有机碳的大量损失可造成土壤退化以及降低生态系统利用的可持续[12]。因此, 了解和掌握石漠化生态系统土壤有机碳的动态变化规律和变化特征, 不仅为石漠化土地系统生态恢复与重建工作的提供理论依据, 也是碳循环减源增汇研究的重要内容。

但到目前为止, 尽管对喀斯特生态系统单一生态过程的研究较深入[13], 对于石漠化的特点、成因、生态治理原则以及关于喀斯特土壤质量退化已进行了一些研究[2-6,14-15], 但对喀斯特石漠化形成机理和过程的研究主要在生态地质环境、生物群落演变等方面, 对喀斯特生态系统土壤理化性质缺乏深入研究, 尤其是土壤有机碳研究更是如此, 其时空分异及其对石漠化过程的响应尚无研究[16]; 石漠化生态系统经过人工更新演替后, 土壤有机碳变化趋势如何, 人工植被演替又怎样影响地下土壤有机碳的演变, 以及构建怎样的森林植被才有利于该区域土壤性质的改善等问题, 尚缺乏研究。为此, 以中国南方典型喀斯特石漠化生态系统土壤为研究对象, 研究不同等级石漠化环境土壤有机碳特征, 探讨石漠化过程中土壤有机碳变化的响应及其机制, 以期为中国西南喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建提供理论支撑, 同时也为掌握该区森林土壤有机碳的存储情况, 为区域性森林土壤碳库估算及应对气候变化下的森林经营提供科学依据。

2 研究区概况与方法

2.1 研究区概况

研究选择了中国西南喀斯特地区3个典型石漠化区域作为研究区, 3个研究区的地理位置和基本信息见表1和图1。

研究区Ⅰ位于贵州省毕节市鸭池镇东南 13 km处, 属长江流域乌江水系白浦河支流区。区内以喀斯特高原山地地貌类型为主, 地势起伏大, 海拔为1400—1742 m。区内年均降雨量为863 mm, 年最大降水量995 mm, 年最小降水量618 mm, 降雨量主要分布在7—9月, 占全年总降雨的52%。岩石以碳酸盐类的石灰岩为主, 有部分侏罗纪紫色砂页岩、

页岩分布。土壤以黄壤土及紫砂土为主, 在洼地和平地有水源的地方有零星水稻土分布, 坡耕地以黄色石灰土属的岩泥土, 灌草丛为黑灰色石灰土。植被为亚热带常绿落叶针阔混交林, 原生植被基本上被破坏, 现以次生植被为主。野生植被有以窄叶火棘(Pyracantha angustifolia)、刺梨(Rosa roxbunghii)、救军粮(Pyracantha fortuneana)、铁线莲(Clematis florida)等为主的藤、刺、灌丛, 以及零星分布的青冈(Cyclobalanopsis glauca)、马尾松(Pinus massoniana)、光皮桦(Betula luminifera)为主的乔木林。

表1 研究区基础信息及样方设置Tab. 1 Basic information of study areas and sample plots set in the present study

图1 研究区位置及其概况Fig. 1 Location and basic information of study areas in the present study

研究区Ⅱ位于贵州省清镇市红枫镇簸箩村王家寨组, 距清镇市12 km, 属长江流域乌江水系麦翁河支流区。区内地貌类型为典型的喀斯特高原盆地,地势平缓, 海拔为1271—1451 m。区内年均降雨量为1215 mm, 降雨量主要分布在4—8月, 占全年总降雨的75%。区内岩石多属三叠系的白云岩、泥质白云岩及页岩。土壤以黄壤、黄色石灰土为主。植被以农田植被为主, 自然植被在小区中所占比重较小, 其中柏木(Cupressus funebris)是其常见乔木物种,灌木层多为典型石灰岩有刺灌丛, 以金佛山荚蒾(Viburnum chinshanense)、救军粮、野蔷薇(Rosa multiflora)、悬钩子(Rubus corchorifolius)、亮叶鼠李(Rhamnus hemsleyana)等为主, 草本层常见种类有白茅(Imperata cylindrica)、五节芒(Miscanthus floridulu)、芒(Miscanthus sinensis)、荩草(Arthraxon hispidus)、铁线莲等。

研究区Ⅲ位于贵州省安顺市北盘江花江河段峡谷两岸, 地貌类型为典型的喀斯特高原峡谷, 地势起伏大, 海拔为450—1450 m, 相对高差达1000 m。区内年均降雨量为1100 mm, 降雨量主要分布在5—10月, 占全年总降雨的83%。区内岩石多属三叠系的白云岩、泥质白云岩及页岩。土壤以黄壤、黄色石灰土为主。植被为亚热带常绿落叶针阔混交林,原生植被基本上被破坏, 现以次生植被为主。野生植被是以窄叶火棘、刺梨、救军粮、铁线莲等为主的藤、刺、灌丛, 以及零星分布的青冈、马尾松、光皮桦为主的乔木林。

2.2 研究方法

2.2.1 土壤样品采集

在对研究区详细踏查的基础上, 选取石漠化演替过程中 5个典型阶段为研究对象, 分别为无石漠化的原生森林、潜在石漠化的疏林地、轻度石漠化的灌草地、中度石漠化的疏草地和强度石漠化的石旮旯地, 石漠化等级划分参照熊康宁等(2002)的方法[17]。在3个研究区分别针对每个研究对象设立面积为20 m × 20 m重复样地6个, 共建立了90个土壤取样样地(表1)。所有的样地除石漠化演替阶段不同外, 其它的因子都大致一致, 土壤是同质的, 均为黄色石灰土。在样地中心按蛇形方式选3个采样点, 各点间距在5 m之内。2012年8月和2013年1月分别在各样点用环刀(0—15 cm)取样3次重复, 均匀混合组成待测土样。石漠化区域土壤很薄, 部分仅有15 cm左右, 因此以0—15 cm土壤层中作为研究对象。

2.2.2 土壤有机碳等土壤化学性质测定

采样结束后, 土壤样品及时带回实验室, 风干,过筛, 利用重铬酸钾容量法—外加热法(油浴) (GB7857—87)测定土壤有机碳含量。

pH 值采用2.5∶1 的水土比, 用电位计法测定;全氮采用硫酸钾为硫酸铜为硒粉消煮, 定氮仪自动分析法测定; 水解氮采用碱解扩散法测定; 全磷采用硫酸为高氯酸消煮为钼锑抗比色法测定; 有效磷采用碳酸氢钠浸提为钼锑抗比色法测定; 全钾采用氢氟酸为高氯酸消煮火焰光度计法测定; 速效钾采用中性乙酸铵提取为火焰光度计法测定; 土壤呼吸采用气室法(静态碱液吸收法)进行测定。以上分析方法见土壤农业化学分析方法[18]。

2.2.3 土壤物理性质测定

容重、田间持水量、自然含水量和毛管持水量测定采用环刀法; 总孔隙度用 pt= 93.947 -32.995×b来计算, b为容重, pt为总孔隙度; 毛管孔隙度测定采用环刀法; 非毛管孔隙度用po= pt- pc来计算, po为非毛管孔隙度, pc为毛管孔隙度; 渗透特性测定采用双环渗透法。以上分析方法见森林土壤分析方法[19]。

2.2.4 数据处理与分析

采用Excel软件进行绘图, 利用SPSS 16.0软件进行方差分析、t检验、多重比较(Duncan检验)和相关性分析等统计分析[20]。

3 结果分析

3.1 土壤有机碳的分布特征

3.1.1 不同研究区土壤有机碳的分布

三个研究区的土壤有机碳进行了统计分析比较,结果见表2。从表2可以看出, 三个研究区90个取样点冬夏两个季节共180个土壤样品土壤有机碳含量的平均值为 25.08 g·kg-1, 最小值为 13.55 g·kg-1,最大值为34.82 g·kg-1。其中, 毕节鸭池研究区的土壤有机碳平均值为23.42 g·kg-1, 最小值为17.02 g·kg-1,最大值为33.21 g·kg-1; 清真红枫湖研究区的土壤有机碳平均值为 25.78 g·kg-1, 最小值为 16.17 g·kg-1,最大值为34.82 g·kg-1; 安顺花江研究区的土壤有机碳平均值为26.03 g·kg-1, 最小值为13.55 g·kg-1, 最大值为33.18 g·kg-1。多重比较Duncan检验结果显示, 不同研究区间的土壤有机碳含量无显著差异。

3.1.2 不同石漠化等级土壤有机碳分布

五个典型石漠化等级(无、潜在、轻度、中度和强度)的土壤有机碳进行了统计分析比较, 结果见表3。从表3可以看出, 不同石漠化等级土壤有机碳含量有显著差异, 无石漠化环境土壤有机碳含量(平均值为 30.59 g·kg-1)显著大于潜在石漠化(平均值为20.44 g·kg-1), 而潜在石漠化环境土壤有机碳与轻度石漠化(平均值为27.54 g·kg-1)、中度石漠化(平均值为26.96 g·kg-1)、强度石漠化(平均值为26.36 g·kg-1)无显著差异, 无石漠化环境土壤有机碳含量与轻度石漠化、中度石漠化、强度石漠化也无显著差异。随着石漠化程度的增加, 土壤有机碳含量有先减小后增加的趋势。

表2 不同研究区土壤有机碳含量Tab. 2 Comparisons of SOC content among the three experiment sites

表3 不同石漠化等级土壤有机碳含量Tab. 3 Comparisons of SOC content among the five degrees of karst rocky desertification

3.1.3 土壤有机碳含量的时间变化特征

三个研究区共90个土壤采样点分别于2012年8月和2013年1月进行了采样测定土壤有机碳, 对两个不同季节获得的土壤有机碳进行统计分析比较(表4)结果显示, 石漠化环境冬季土壤有机碳含量均值为26.81 g·kg-1, 变异范围为18.35—32.34 g·kg-1;夏季土壤有机碳含量均值为24.99 g·kg-1, 变异范围为17.25—30.18 g·kg-1, 但两者之间无显著差异。

3.2 土壤有机碳含量的影响因素

3.2.1 土壤理化性质对土壤有机碳的影响

土壤有机碳是土壤固相部分的重要组分, 它与土壤矿物质共同作为林木营养的来源[21], 土壤的一系列物理、化学和生物学性质对土壤有机碳具有直接和间接的影响。

本研究统计分析了 17个土壤理化因子与土壤有机碳的相关性, 结果见表5。从表5可以看出, 土壤有机碳与土壤其它绝大多数理化因子具有明显的相关性, 与土壤总氮、水解氮、速效钾、总孔隙度、自然含水量、毛管持水量、田间持水量和上层渗透性存在极显著地正相关, 与总磷、下层渗透性存在显著地正相关, 与容重存在极显著地负相关, 而与pH、总钾、有效磷、土壤呼吸、毛管孔隙度、非毛管孔隙度无明显相关性。可见, 石漠化环境有机碳是土壤理化性质的关键因子, 在改善土壤理化性质和促进养分循环方面起着关键作用。

3.2.2 土地覆被变化对土壤有机碳的影响

表4 不同季节土壤有机碳含量变化Tab. 4 Comparisons of SOC content between seasons of winter and summer

土地覆被变化通过影响土壤有机碳的储量和分布, 进而影响温室气体排放和陆地生态系统的碳通量[22]。研究土地覆被变化影响下的土壤有机碳储量及其动态变化规律, 对生态系统恢复重建、应对全球气候变化具有重要意义。本研究对喀斯特石漠化生态系统五个典型土地覆被(原生森林、疏林地、灌草地、疏草地和石旮旯地)的土壤有机碳含量进行了统计分析, 结果见表6。从表6可以看出, 土地覆被变化明显影响了土壤有机碳含量, 原生森林土壤有机碳含量明显大于疏林地土壤有机碳含量, 但与灌草地、疏草地、石旮旯地土壤有机碳无明显差异, 同样, 疏林地土壤有机碳与灌草地、疏草地、石旮旯地土壤有机碳也无明显差异。随着土地覆被由原生森林至石旮旯地退化不断增加的过程, 土壤有机碳有先降低后增加的变化趋势。

3.2.3 地貌对土壤有机碳的影响

喀斯特山地不同地貌由于坡度、植被及石漠化程度不同, 它们在地表所积累的有机碳数量和质量也不相同, 引起土壤有机碳含量也有差异。本研究考察了中国南方喀斯特地区三个典型地貌(喀斯特高原山地、高原盆地和高原峡谷, 每个地貌每个石漠化等级分别 10个取样)对土壤有机碳含量的影响(表 7), 结果显示, 喀斯特高原山地土壤有机碳均值为21.13 g·kg-1, 变异范围为15.82—34.13 g·kg-1, 喀斯特高原盆地土壤有机碳均值为24.68 g·kg-1, 变异范围为16.34—35.67 g·kg-1, 喀斯特高原峡谷土壤有机碳均值为25.02 g·kg-1, 变异范围为13.89—36.03 g·kg-1,但三种地貌类型土壤有机碳无显著差异。

4 讨论

4.1 喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳分布特征

土壤有机碳的含量及其动态平衡也是反映土壤质量或土壤健康的一个重要指标, 直接影响土壤肥力和作物产量的高低[23]。研究表明, 土壤有机碳在很大程度上影响着土壤结构的形成和稳定性、土壤的持水性能和植物营养的生物有效性以及土壤的缓冲性能和土壤生物多样性等, 缓解和调节与土壤退化及土壤生产力有关的一系列土壤过程[23]。本研究结果显示, 所选取的三个典型研究土壤有机碳平均值为23.42—26.03 g·kg-1, 与前人在中国南方喀斯特其他石漠化地区研究结果一致[24-26], 明显小于其他生态系统土壤有机碳的含量[27-29], 显示了喀斯特石漠化生态系统土壤贫瘠, 也印证了喀斯特生态系统的脆弱性。

表5 土壤有机碳对土壤各理化性质的相关性分析Tab. 5 Correlation of SOC content to other soil physical-chemical properties in rocky desertification environment

表6 不同土地利用对土壤有机碳含量的影响Tab. 6 Effect of land use to soil organic carbon content

表7 不同地貌类型对土壤有机碳含量的影响Tab. 7 Effect of landform to soil organic carbon content

喀斯特脆弱生态系统的退化是以强烈的人类干扰为驱动力、以植被减少为诱因、以土地生产力退化为本质、以出现类似荒漠化景观为标志的复合过程[15]。长期以来, 人们一直认为随着石漠化程度增加, 土壤退化程度亦是随之增加, 强度石漠化环境的土壤退化最严重[30-31]。然而, 事实却并非如此, 研究结果显示, 喀斯特石漠化环境土壤有机碳含量的演变均不是随着石漠化等级的增加而一直退化, 而是一个先退化后改善的过程, 这与盛茂银等(2013)[32]研究结果一致。盛茂银等(2013)基于对中国南方喀斯特石漠化土壤理化性质研究结果提出石漠化环境裸露岩石聚集效应学说[32]。这种聚集效应指的是裸露的岩石将大气沉降的养分及其岩溶产物汇聚到周围的土壤中。随着石漠化程度增加, 裸岩聚集效应逐渐增强。在强度石漠化环境中, 这种聚集效应非常明显, 加之水土流失作用减弱, 致使退化的土壤养分和物理性能得到改善, 本研究支持这一学说。对不同季节的土壤有机碳含量比较研究结果显示, 石漠化环境冬季土壤有机碳含量与夏季土壤有机碳含量无显著差异。研究结果对石漠化退化生态系统恢复重建以及应对全球气候变化具有重要意义。

4.2 喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳分布的影响因素

土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分, 是退化生态系统恢复重建研究的重要内容, 也是当前全球碳循环和全球变化研究的热点。目前在全球变化的背景下, 对土壤有机碳储量、分布、转化、衰减机理进行研究, 并揭示其影响因素和生态效应, 将有助于探求如何科学地利用和保护有限的土壤资源,减缓土壤中温室气体排放、增加土壤碳截存, 提高土壤质量, 对退化土地的生态恢复及环境治理和保存都具有重要的意义。土壤中的有机碳是进入土壤的植物残体量以及在土壤微生物作用下分解损失的平衡结果。其储量的大小受气候、植被、土壤属性以及农业经营实践等多种物理因素、生物因素和人为因素的控制, 并存在各种因子之间的相互作用。近年来, 对于影响土壤有机碳储量的自然因素和人为因素, 以及土壤有机碳向大气的排放, 土地利用/覆盖变化对土壤有机碳转化的影响等, 已成为人们非常关心和研究的热点[23]。

本研究考察了土壤理化性质、土地覆被变化和地貌对土壤有机碳含量的影响。研究结果显示, 土壤有机碳与土壤其它绝大多数理化因子具有明显的相关性, 与土壤总氮、水解氮、速效钾、总孔隙度、自然含水量、毛管持水量、田间持水量和上层渗透性存在极显著地正相关, 与总磷、下层渗透性存在显著地正相关, 与容重存在极显著地负相关, 而与pH、总钾、有效磷、土壤呼吸、毛管孔隙度、非毛管孔隙度无明显相关性, 研究结果与前人研究[33]结果一致, 显示了土壤性质是影响土壤有机碳含量及稳定性的重要因素[23]。

土壤环境如地形地貌特征也是影响土壤有机碳含量及稳定性的重要因素[23]。本研究考察了中国南方喀斯特三个典型地貌的土壤有机碳, 结果显示不同地貌土壤有机碳无显著差异。这一结果可能是研究区选择、研究尺度上的差异以及样地的选择导致研究结果和前人不一致。由人类活动引起的土地利用/覆盖变化是土壤碳库和碳循环最直接的影响因子[23], 本研究也考察了喀斯特石漠化生态系统典型土地覆被变化对土壤有机碳的影响, 结果显示不同土地覆被对土壤有机碳含量有显著地影响。研究结果不仅对石漠化退化生态系统恢复重建具有重要意义, 同时对应对全球变化、碳循环减源增汇也具有重要参加价值。

5 结论

喀斯特石漠化生态系统土壤贫瘠, 土壤有机碳含量明显小于其他生态系统土壤有机碳的含量, 且土地覆被对土壤有机碳含量有显著地影响。

喀斯特石漠化环境土壤有机碳含量的演变并不是随着石漠化等级的增加而一直退化, 而是一个先退化后改善的过程。

喀斯特石漠化环境土壤性质是影响土壤有机碳含量及稳定性的重要因素, 土壤有机碳与土壤其它绝大多数理化因子具有明显的相关性, 与土壤总氮、水解氮、速效钾、总孔隙度、自然含水量、毛管持水量、田间持水量和上层渗透性存在极显著地正相关, 与总磷、下层渗透性存在显著地正相关, 与容重存在极显著地负相关, 而与 pH、总钾、有效磷、土壤呼吸、毛管孔隙度、非毛管孔隙度无明显相关性。

[1] LEGRAND H E. Hydrological and ecological problems of karst regions： hydrological actions on limestone regions cause distinctive ecological problems[J]. Science, 1973, 179(4076)： 859-864.

[2] 熊康宁, 陈永毕, 陈浒. 点石成金——贵州石漠化治理技术与模式[M]. 贵阳： 贵州科技出版社, 2011： 45-97.

[3] 张信宝, 王世杰, 曹建华. 西南喀斯特山地水土流失特点及有关石漠化的几个科学问题[J]. 中国岩溶, 2010, 29(3)： 274-279.

[4] LI Yangbing, SHAO Jingan, YANG Hua, et al. The relations between land use and karst rocky desertification in a typical karst area, China[J]. Environmental Geology, 2009, 57(3)： 621-627.

[5] 王世杰, 季宏兵, 欧阳自远. 碳酸盐岩风化成土作用的初步研究[J]. 中国科学(D辑), 1999, 29(5)： 441-449.

[6] SWEETING M M. Karst in China, its geomorphology and environment[M]. Berlin： Springer-Verlag., 1995：112-118.

[7] LAL R, KIMBLE J M, STEWART B A. Global Climate Change and Pedogenic Carbonate[M]. New York： Lewis Publishes, 1999： 15-26.

[8] 陈庆强, 沈承德, 易惟熙. 土壤碳循环研究进展[J]. 地球科学进展, 1998, 13(6)： 555-563.

[9] 沈宏, 曹志洪, 陈志明. 不同农田生态系统土壤碳库管理指数的研究[J]. 自然资源学报, 1999, 14(3)：206-211.

[10] 刘允芬. 农业生态系统碳循环研究[J]. 自然资源学报, 1995, 10(1)： 1-8.

[11] 张华, 张甘霖, 漆智平. 热带地区农村尺度土壤质量现状的系统评价[J]. 土壤学报, 2003, 40(2)： 186-193.

[12] DALAL R C, CHAN K Y. Soil organic matter in rain fed cropping system of the Australian cereal belt[J]. Australian Journal of Soil Research, 2001, 39(3)：435-464.

[13] ZHANG Xinbao, BAI Xiaoyong, HE Xiubin. Soil creeping in the weathering crust of carbonate rocksand underground soil losses in the karst mountain areas of southwest china[J]. Carbonates Evaporites, 2011, 26(2)：149-153.

[14] 蔡运龙. 中国西南岩溶石山贫困地区的生态重建[J]. 地球科学进展, 1996, 11(6)： 602-606.

[15] 魏强, 凌雷, 柴春山. 甘肃兴隆山森林演替过程中的土壤理化性质[J]. 生态学报, 2012, 32(15)： 4700-4713.

[16] 刘丛强, 郎赟超, 李思亮. 喀斯特生态系统生物地球化学过程与物质循环研究： 重要性、现状与趋势[J]. 地学前沿, 2009, 16(6)： 1-12.

[17] 熊康宁, 黎平, 周忠发. 喀斯特石漠化的遥感-GIS典型研究－以贵州省为例[M]. 北京： 地质出版社, 2002：37-58.

[18] 鲍士旦. 土壤农化分析(第三版)[M]. 北京： 中国农业出版社, 2002： 38-86.

[19] 马雪华. 森林生态系统定位研究方法[M]. 北京： 中国科学技术出版社, 1994： 23-85.

[20] 杜荣骞. 生物统计学(第三版)[M]. 北京： 高等教育出版社, 2009： 66-105.

[21] 刘鸿雁, 黄建国. 缙云山森林群落次生演替中土壤理化性质的动态变化[J]. 应用生态学报, 2005, 16(11)： 2041-2046.

[22] 陈朝, 吕昌河, 范兰. 土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展[J]. 生态学报, 2011, 31(18)： 5358-5371.

[23] 苏永中, 赵哈林. 土壤有机碳储量、影响因素及其环境效应的研究进展[J]. 中国沙漠, 2002, 22(3)：220-228.

[24] 魏兴琥, 徐喜珍, 雷俐. 石漠化对峰丛洼地土壤有机碳储量的影响[J]. 中国岩溶, 2013, 32(4)： 371-376.

[25] 严宁珍, 程永毅, 杨剑虹. 岩溶山地土壤有机碳的分布特征及表层土壤有机碳的影响因素分析[J]. 中国岩溶, 2013, 32(3)： 292-298.

[26] 宋希娟, 王克林, 刘淑娟. 桂西北喀斯特地区不同土地利用方式土壤的有机碳含量及养分特征[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2013, 39(6)： 655-659.

[27] 秦嘉海, 张勇, 赵芸晨. 黑河上游冰沟流域4种土壤有机碳分布特征与土壤特性的关系[J]. 干旱地区农业研究, 2013, 31(5)： 200-206.

[28] 王建林, 欧阳华, 王忠红. 贡嘎南山-拉轨岗日山南坡高寒草原生态系统表层土壤有机碳分布特征及其影响因素[J]. 土壤通报, 2010, 41(2)： 346-349.

[29] 高俊琴, 雷光春, 李丽. 若尔盖高原三种湿地土壤有机碳分布特征[J]. 湿地科学, 2010, 8(4)： 327-330.

[30] 罗光杰, 李阳兵, 王世杰. 岩溶山区景观多样性变化的生态学意义对比——以贵州四个典型地区为例[J]. 生态学报, 2011, 31(14)： 3883-3889.

[31] 刘方, 王世杰, 刘元生. 喀斯特石漠化过程土壤质量变化及生态环境影响评价[J]. 生态学报, 2005, 25(3)：639-644.

[32] 盛茂银, 刘洋, 熊康宁. 中国南方喀斯特石漠化演替过程中土壤理化性质的响应[J]. 生态学报, 2013, 33(19)：6303-6313.

[33] 孙飞达, 龙瑞军, 蒋文兰. 三江源区不同鼠洞密度下高寒草甸植物群落生物量和土壤容重特性研究[J]. 草业学报, 2008, 17(5)： 111-116.

Response of soil organic carbon to rocky desertification succession in south China karst and the analysis of its influence factors

WANG Linjiao1,2, SHENG Maoyin1,*, LI Rui3

1. Karst Research Institute, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China
2. School of Vocational and Technical, Guizhou Normal University, Guiyang 550025, China
3. Guizhou Provincial Monitoring Station of Soil and Water Conservation, Guiyang 550002, China

In this study, three typical karst rocky desertification regions, Yachi, Hongfenghu, and Huajiang of Guizhou Province, representing three typical karst landforms of plateau mountain, plateau basin, and plateau gorge respectively, were selected as experiment areas. Then, the soil organic carbon (SOC) was surveyed and analyzed by the methods of chemical determination and mathematical statistics. Results are as follows. 1)The SOC content of karst rocky desertification ecosystem is low, and the averageSOC content of the three experiment sites studied is 23.42, 25.78 and 26.03 g·kg-1, respectively. 2) There are obvious differences of SOC content in different degrees of rocky desertification. But, not as expected, the SOC content does not always decrease with the increased degree of rocky desertification. In fact, with the increased degree of rocky desertification, the SOC content firstly decreases and then increases. 3) There are significant correlations between SOC content and other soil properties studied. The SOC content is extremely significant and positive correlation with soil total nitrogen content, hydrolysis nitrogen content, available potassium content, total porosity, natural moisture capacity, capillary moisture capacity, field moisture capacity, and upper strata saturated permeability, significant and positive correlation with soil total phosphorus content and lower strata saturated permeability, and extremely significant and negative correlation with soil bulk density. 4) The effect of land use and land cover change (LUCC) on SOC content in karst rocky desertification ecosystem is significant, and the effect of landform on SOC content is not obvious. Results have important values in the protection of karst forest ecosystem, the control of rocky desertification, and the scientific management for carbon cycle.

karst; rocky desertification; soil organic carbon; response; mechanism

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.01.007

P94

A

1008-8873(2016)01-047-09

2015-01-08;

2015-02-13

贵州省社会发展攻关计划课题(黔科合SZ[2014]3036号); 国家水利部公益性行业科研专项经费项目(201401050); 贵州省水利厅科技项目(KT201409); 贵州师范大学博士科研启动基金(2012)

王霖娇(1982—), 女, 贵州遵义人, 硕士, 讲师, 主要从事喀斯特石漠化生态学研究, E-mail： wlj111717@163.com

*通信作者：盛茂银, 男, 博士, 教授, 主要从事喀斯特植物生态学研究, E-mail： shmoy@163.com

王霖娇, 盛茂银, 李瑞. 中国南方喀斯特石漠化演替过程中土壤有机碳的响应及其影响因素分析[J]. 生态科学, 2016, 35(1)：47-55.

WANG Linjiao, SHENG Maoyin, LI Rui. Response of soil organic carbon to rocky desertification succession in south China karst and the analysis of its influence factors[J]. Ecological Science, 2016, 35(1)： 47-55.