亚热带丘陵区土壤有机碳-磷变异特征及驱动因子分析教学提纲.docx

此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除摘要亚热带丘陵区在我国经济林果和粮食生产中占有重要地位。受该区高温多雨气 候和土地利用不合理等因素的影响，其土壤有机质和养分的贫瘠化现象相当普遍， 土壤缺磷尤其是有效磷缺乏严重土壤有机碳库和磷库水平已成为该区土壤生产力 重要的限制性因子。本论文采用常规统计与地统计相结合的方法，通过在我国中亚 热带南缘和北缘各选取丘陵区生态景观单元的样区进行区域取样调查。并结合田间 定位试验，揭示了亚热带丘陵区土壤有机碳库和磷库不同组分的区域资源特征和空间变异规律，阐明了土壤有机碳库和磷库对利用方式与施肥模式的响应特点，探讨了土壤有机碳库和磷库变化的驱动因子以期为亚热带丘陵区土壤有机碳库和磷库 的优化管理、土壤肥力质量的提高及生产力的可持续发展提供科学依据。取得的主 要结果如下：I，我国亚热带丘陵区土壤有机碳、磷含量存在南北区域上的差异。南部样区的 土壤总有机碳(TOC)和可溶性有机碳(DOC)的含量分别比北部样区的高391 和77。O，而南部样区土壤微生物生物量碳(MBc)的含量则比北部样区的低749：， 南、北样区土壤DOC分别占其TOC的096和083，土壤MBC分别占ToC的 162和358。与jE部样区相比，南部样区的自然条件和人类活动情况总体上有利。 于土壤有机碳库的积累两个样区土壤总体上处于缺磷状态。南，北样区土壤全磷a。 的平均含量分别为O3129kg和04659kg，而两个样区土壤有效磷和微生物生物量 磷(MBP)差异均不显著，其平均含量分别在90mgkg和230mgkg左右南、北 样区土壤有效磷分别占全磷的234和180，其MBP分别占全磷的770和 492，其土壤微生物碳磷比的平均值分别为158和241农业耕作的历史和强度 不同是样区间土壤磷库存在差异的主要原因2、基于GIS的地统计学方法有效地描述了亚热带丘陵区农业生态景观单元土壤 有机碳和磷素的空间变异特征在1000m的距离范围内，土壤有机碳、磷的半方差 结构说明其组分均具有良好的空间相关性土壤有机碳、磷各组分空间自相关的最 大尺度在144-288m的范围内，并以全磷的最小，MBC的最大土壤TOC、DOC 和全磷具有强烈的空问相关性，说明三者的空间交异性主要是由气候、母质、地形、 土壤类型等结构性因素引起的；而土壤MBC、有效磷和MBP的空间相关性中等，说明其由作物施肥、种植制度、耕作措施等随机性因素引起的空间变异性起很大作 用。从土壤有机碳和磷素各组分的rsiging插值图可看出，TOC、MBC和MBP都 表现出明显的条带状或片状分布特点；DOC和有效磷在条带状或片状分白中夹杂较 多的斑块斑点；而全磷的分布斑块琐碎。呈现出镶嵌式的“星空”状分布，其渐变 性分布规律最差。亚热带丘陵区土壤有机碳库和磷库的空间变异受气候、地形、土 壤类型等自然因子，以及土地利用方式与农艺管理措施等人为因素的双重制约此文档仅供学习和交流3、亚热带丘陵区土壤有机碳、磷各组分对土地利用方式响应存在明显差异各 利用方式土壤TOC和MBC含量变化相同，其平均含量从高到低依次为水田、早地、 果园、林地；而土壤DOC含量则与此相反。各利用方式间土壤DOC占TOC比例 的差异极显著(P(O01)，并以林地的(152)最大，果园的(124)的其次，旱 地(087)和水田的(044)较小。而土壤MBC占TOC的比例与以水田的(507) 最大，早地(289)、果园(199)和林地(238)之间的差异不显著。果园和旱地土壤全磷差异不显著，而明显比水田的(04569kg)高，林地的(O2269kg) 最低。林地土壤有效磷全部低于3mgkg，水田，旱地和果园仍分别有897、614 和487土壤有效磷低于100mgkg。土壤MBP平均含量以水田的(3249mgkg) 最大，旱地(1482mgkg)和果园的(1462mgkg)居中，林地的(715mgkg)最 小。各利用方式土壤有效磷占全磷的比例差异极显著(尸是生态学家研究自然界中养分循环时提出的概念。Newbould(1976) 在“矿质养分在农业生态系统中的循环”国际会议上提出农业生态系统的养分库可 分为植物库，动物库和土壤库三种，其中土壤库又分为矿质养分库、有效养分库和 有机养分厍。土壤是有机碳与养分元素的主要贮存库和交换库，它在农业生态系统 养分循环过程扮演着贮存、释放和调节养分元素在系统中转化、运移的重要角色土壤有机碳库是物质生物循环的一个重要环节，与土壤物理、化学、生物性状 及肥力水平的关系密切磷是作物生长所必需的第二大元素，作物对磷的吸收只能 来源于土壤，土壤磷库的特征及其变化一直为人们所关注。土壤磷的循环转化与土 壤有机质周转关系密切，土壤有机质不仅是植物磷素养分的重要给源，又是磷等养 分元素循环的载体和能量来源。土壤有机碳和磷素含量状况对生态系统变化、土壤 物理、化学、生物过程及土壤管理方式等具有明显的响应特征研究一定时空尺度 上土壤有机碳库和磷库的变化状况及其驱动机制，有助于从宏观上发现土壤退化和 重建过程中可能存在的问题(Stoorvogcl ct a1。1993；鲁如坤和时政元，2000)。121农田土壤有机碳库1211土壤有机碳库的组成土壤碳库由有机碳库和无机碳库两大部分组成，而土壤无机碳库所占的比例较 小(潘根兴。1999)。根据土壤有机碳库中具有不同物理，化学及生物学性质，可将 土壤有机碳分为可溶性有机碳、微生物生物量碳、轻组有机碳、重组有机碳、颗粒 态有机碳。土壤中不同有机碳组分占土壤总有机碳的比例有着明显的差别，如可溶 性有机碳(热水和冷水提取法)占02以5，微生物生物量碳(氯仿熏蒸浸提法) 占2-5。轻组有机碳(重液分离法)占5一35。微粒态有机碳(分散过53 p m)为15-45(Balesdcnt，1996)可溶性有机碳、微生物生物量碳和轻组有机碳这 3个组分分解转化速率快，对环境条件、土地利用和耕作管理措施等反应较敏感， Whitbrcad等(1998)将这些组分作为“活性有机碳组分”由于自然土壤有机碳库 背景值高，短时期内其微小变化一般难以观测出，而土壤有机碳库的变化最初还是其活性部分为此，不少研究者提出用土壤活性有机碳含量来指示土壤有机碳库的变化(Blair和Lefroy，1995；He et a1。1997：Gricrson et a1，1999)。812111土壤可溶性有机碳土壤可溶性有机碳(dissolved organic carbon，DOC)是土壤有机碳库中活跃的 有机碳组分之一，一般认为由碳水化合物、有机酸、氨基酸、蛋白质和腐殖酸组成， 其中碳水化合和蛋白质占优势(Herbert ct al，1995)土壤DOC在操作上往往被定 义为能够溶解于土壤溶液中的有机碳由于测定土壤可溶性有机碳的提取剂pH、离子类型及离子强度等不同都会影响到土壤中有机质的溶解度，用不同提取剂来淋洗或浸提土壤时所得到的DOC的含量会明显不同正因为土壤DOC尚无统一的测定 方法，还难以直接比较不同研究者或不同文献中有关DOC的含量(李淑芬等，2002)。 采用蒸馏水或天然雨水来提取土壤中的可溶性有机碳化合物能较好地反映陆地生态 系统中活性有机碳的实际情况(J6zefaciuk et a1，1996)。以往国际上对土壤DOC的 研究多集中在其作为土壤有机质流失的主要途径和引起水体污染等方面(Harrison ct aI，1999；Jason etal，2001)，而目前DOC在土壤肥力中的作用研究开始成为研究热点据Haynes(2000)报道。土壤DOC与土壤耕作指数的关系极为密切，可以 将可溶性有机质作为衡量土壤有机质交化方向的重要预测指标。土壤DOC含量变化 是消耗与补充综合平衡的结果土壤DOC补充来源为，土壤胶体中解吸的有机物， 植物残体中释放的可溶性有机物质、植物根系分泌的有机物，土壤中不溶性多聚有 机物的水解产物(Kalbitz ct a1，2000)不同生态系中土壤DOC的数量和质量有明 显的差别。DOC是易于被微生物利用的有机碳源，DOC占总有机碳的比值高表明 DOC的质量高，对微生物具有较高的有效性(McGill ct a1，1986)。土壤DOC参与 土壤许多生物化学过程，对土壤化学风化(Oliva ct a1，1999)、微生物活性(Louise et a1，2000)、酶活性(Stefan ct a1，1999)都有着深刻的影响，在土壤养分循环中 也起着重要作用(Shand et a1，2000)。