围栏对山地草原土壤碳的影响
2008/5/1 来源:新疆农业科技 作者:董自红 王山虎 高桂丽


  0 引言
  
  草地生态系统是陆地生态系统主要的类型之一,也是目前人类活动影响最为严重的区域,其功能的正常发挥对维持全球及区域性生态平衡有极其重要的作用。碳的生物地球化学循环则是全球变化研究的核心内容之一。因此,对草原土壤——植物系统中碳的生物地学特征进行研究十分必要。本文旨在通过新疆天然山地草地退化演替过程中草地覆被变化对植物主要功能群和土壤碳的分布及储量特征影响的研究,探讨天然草地对全球气候变化的响应和反馈作用,揭示草地覆被变化对碳的排放和吸收的机理。
  
  1 材料与方法
  
  1.1 研究区域自然地理概况
  选取新疆实施了天然草地恢复措施(围栏)的具有代表性的天然山地草地类型:山地草原、亚高山草甸和高山草甸3种草地类型作为主要研究对象。山地草原位于新疆天山西段的伊犁特克斯县境内;亚高山草甸位于新疆阿尔泰地区富蕴县境内;高山草甸位于新疆天山中段的巴州和静县境内的巴音布鲁克草原。
  
  1.2 样品采集与预处理
  
  植物样品:在各样地分别设置一个10 m×10 m的大样方。在大样方内选择4个1 m×1 m的小样方,测定植物地上和地下生物量。自地表剪掉地上部分的植物,称鲜重,然后放进塑料袋内,回实验室烘干称重。同时在4个测定样方内垂直分层取根样,每5 cm取一个根样(10 cm×10 cm),用60目筛在水中冲洗,测量地下部分生物量鲜重,风干后烘干称重。并分别测定植物各部分的有机碳含量。根据植物地上和地下根系的生物量及碳含量计算得到植物碳贮量。
  土壤样品:在典型大样方的4个角及中心部位各设置一个1m×1 m的小样方挖取土壤剖面,土壤剖面深度为60 cm(高山草甸围栏外至55 cm,因剖面至55 cm时已到母质层)。分屡采集土壤样品,每5 cm取一个土样,共取样品71个,每个样品由5个剖面同层土样等量混合而成。样品挑去草根石块,分取一部分鲜样测定土壤水分,其余风干。同时在同一层次取土壤可溶性有机碳样,土壤可溶性有机碳样品不能立即分析时,暂时放置于冰箱中保存。风干土样研磨过1 mm、0.25 mm筛,用于土壤机碳、无机碳、全氮、有效氮、pH、可溶性盐分析。
  
  1.3 分析方法
  样品的测定:土壤有机碳测定用外加热重铬酸钾氧化法:土壤可溶性有机碳用0.1mol K2Cr2O7,1:5 H2SO4,25℃。静置24 h用硫酸亚铁滴定;土壤无机碳用气容量法测定。
  
  1.4 数据处理与分析
  用统计分析软件Excel,DPS等进行数据处理和分析。
  土壤碳通量也叫土壤碳密度,是指单位面积一定厚度的土层中碳数量,因此,土壤碳通量的单位常用kg/m22或kg/hm2。由于排除了面积因素的影响以土体体积为基础来计量,土壤碳通量已成为评价土壤中碳量的一个重要指标。对于具有一定剖面深度的土壤而言,其有机碳通量的计算可用下式计算
  Ct=∑(pbxHxSOC)
  
  式中:Ct为土壤碳通量,pb为土壤容重,H为土层厚度,SOC为土壤含碳量。
  通过样品分析得到土壤容重、土壤含碳量。根据公式计算出不同山地草原土壤碳通量。
  
  2 结果与分析
  
  2.1 土壤有机炭通量剖面特征
  由图2-1可以从剖面上看出,土壤有机碳通量从0~60 cm迅速降低。有机碳通量在根层0~20 cm较高,这与地下生物量表聚现象有关。围栏时间较长的高山草甸在整个剖面中围栏内土壤有机碳通量都明显高于围栏外。
  围栏时间较短的亚高山草甸围栏内的0~5 cm表层土壤有机碳通量高于围栏外,围栏内5 cm以下土壤有机碳通量低于围栏外。
  围栏割草的山地草原0~40 cm土壤有机碳通量围栏内低于围栏外。其原因可能是围栏割草使栏内地上部分对土壤有机质的贡献减少,养分大部分被带走影响到地下生物量,减弱了栏内土壤有机碳的积累。这还有待于进一步研究。
  
  2.2 土壤无机碳通量剖面特征
  由图2-2可见,不同样地土壤无机碳通量从0~60 cm不断增加,而且在整个剖面围栏内外无机碳通量相差不大,说明短时围栏对土壤无机碳通量几乎没有影响。表2-1的数据更进一步说明了这一点。
  
  2.3 不同草地类型碳通量特征
  从表2看出高山草甸的土壤无机碳通量>山地草原土壤无机碳通量>亚高山草甸土壤无机碳通量。这由于亚高山草甸土壤的pH值为6.8,较低。因此碳酸盐的含量很低;高山草甸和山地草原土壤的pH值较高,分别为8.2和8.3,因此其碳酸盐的含量较高。
  
  3 结论
  
  通过不同草地类型碳通量比较。高山草甸的土壤无机碳通量>山地草原土壤无机碳通量>亚高山草甸土壤无机碳通量;山地草原的土壤有机碳通量最大,而亚高山草甸的土壤有机碳通量与高山草甸的土壤有机碳通量差异较小。土壤有机碳通量在高山草甸、亚高山草甸和山地草甸3种土壤——植物系统中围栏内外土壤有机碳通量表现出明显的规律性,而在整个剖面围栏内外无机碳通量相差不大,可见短时围栏对土壤无机碳通量几乎没有影响。