水熱變化對(duì)三峽水庫消落帶典型土壤有機(jī)碳礦化的影響.pdf

1、土壤有機(jī)碳（SOC）庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，對(duì)全球CO2平衡發(fā)揮著重要作用。SOC礦化作為重要的土壤生物化學(xué)過程，其不僅關(guān)系到土壤中溫室氣體的產(chǎn)生，也影響土壤養(yǎng)分元素的釋放與供應(yīng)、土壤質(zhì)量的保持等。三峽水庫水位反季節(jié)漲落使得消落帶出現(xiàn)周期性的“夏干冬濕”，導(dǎo)致其土壤的水熱環(huán)境發(fā)生極大改變，這勢必會(huì)對(duì)消落帶土壤的有機(jī)碳礦化產(chǎn)生影響。為此，本文以三峽水庫消落帶分布面積較廣的2種典型土類——紫色土和水稻土為研究對(duì)象，通過野外采樣和室內(nèi)模

2、擬培養(yǎng)試驗(yàn)，研究水熱變化對(duì)三峽水庫消落帶典型土壤有機(jī)碳礦化的影響。根據(jù)培養(yǎng)過程中測得的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析水熱梯度對(duì)三峽水庫消落帶典型土壤有機(jī)碳礦化特征的影響，結(jié)合雙庫一級(jí)礦化動(dòng)力學(xué)模型和溫度敏感系數(shù)，探討不同水熱梯度下消落帶典型土壤有機(jī)碳礦化的動(dòng)力學(xué)特征及溫度敏感性，分析干濕交替對(duì)三峽水庫消落帶典型土壤有機(jī)碳礦化的影響，為全面認(rèn)識(shí)庫區(qū)消落帶土壤碳循環(huán)過程提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)參考。研究結(jié)果如下：
　?。?）各水熱梯度下，0~10 d內(nèi)

3、，2種土壤非淹水處理的SOC礦化速率均隨培養(yǎng)時(shí)間的增加而急劇下降，而淹水處理則呈現(xiàn)降幅相對(duì)較小甚至小幅上升回落的現(xiàn)象，10 d后，礦化速率下降幅度趨緩，至培養(yǎng)40 d時(shí)基本趨于穩(wěn)定。在培養(yǎng)初期，紫色土和水稻土 SOC礦化速率的最大值分別出現(xiàn)在100％田間持水量（WHC）和70%WHC水分處理中，淹水處理的最低，而在培養(yǎng)中期淹水下的礦化速率能維持在較高水平，甚至在部分時(shí)段出現(xiàn)高于其他水分處理的現(xiàn)象。
　?。?）整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)（66 d

4、），10℃和20℃培養(yǎng)時(shí)，紫色土100%WHC和淹水下的SOC累積礦化量要顯著大于40%WHC水分處理（P<0.05），但與70%WHC無明顯差異，而30℃時(shí)100%WHC和淹水處理下的累積礦化量則要顯著高于40%WHC和70%WHC處理（P<0.05），這表明相較于70%WHC的水分處理，高水分（100%WHC和淹水）對(duì)消落帶紫色土SOC礦化無抑制效應(yīng)甚至在高溫（30℃）下有促進(jìn)作用。水稻土各培養(yǎng)溫度下70%WHC、100%WHC和淹

5、水處理之間的累積礦化量均無明顯差異，其中，10℃培養(yǎng)時(shí)40%WHC處理下的累積礦化量要顯著低于70% WHC和100% WHC處理（P<0.05），但與淹水處理無明顯差異，而20℃和30℃培養(yǎng)時(shí)40%WHC處理下的累積礦化量則要顯著低于其他水分處理，這表明相較于70% WHC的水分處理，40% WHC水分處理會(huì)抑制消落帶水稻土SOC礦化，而高水分對(duì)其則無明顯抑制和促進(jìn)作用。此外，在10~30℃區(qū)間內(nèi)，各水分下消落帶紫色土和水稻土的SOC

6、累積礦化量均隨培養(yǎng)溫度升高而增加。溫度和水分均能顯著影響三峽水庫消落帶紫色土和水稻土SOC累積礦化量，且在紫色土中水熱對(duì)SOC礦化存在顯著的交互作用，而在水稻土中二者則無明顯的交互效應(yīng)。
　?。?）在66 d培養(yǎng)期內(nèi)，三峽水庫消落帶紫色土和水稻土各水熱條件下的可溶性有機(jī)碳（DOC）和微生物量碳（MBC）含量變化無明顯規(guī)律，除水稻土T3M2、T3M4處理的DOC含量與SOC礦化速率顯著相關(guān)外，其他處理的DOC含量與SOC礦化速率均無

7、明顯相關(guān)性，各水熱處理下的MBC含量與SOC礦化速率也無顯著相關(guān)性（紫色土T1M1和水稻土T2M3處理除外），這表明土壤DOC含量和MBC含量并不能有效反映不同水熱處理之間SOC礦化的差異，溫度和水分不能通過改變消落帶典型土壤的DOC含量和MBC含量來有效影響SOC礦化過程。
　?。?）消落帶紫色土各水分處理的易分解有機(jī)碳含量與SOC累積礦化量的變化規(guī)律基本一致，均表現(xiàn)出100%WHC水分處理下的最大，40%WHC處理下的最低，而

8、水稻土各水分處理的易分解有機(jī)碳含量最小值均出現(xiàn)在40%WHC水分處理中，且各水分處理之間的易分解有機(jī)碳含量的變化趨勢與SOC累積礦化量的變化趨勢相似；相同水分條件下，2種土壤的易分解有機(jī)碳含量均隨培養(yǎng)溫度的升高而增加，表明水分和溫度可通過影響土壤易分解有機(jī)碳含量的變化致使各處理之間SOC累積礦化量存在差異。整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)，2種土壤的難分解有機(jī)碳含量與SOC累積礦化量的比值較大，尤其是高溫下表現(xiàn)得十分明顯，其比值達(dá)近50%，這顯示在SOC礦

9、化過程中難分解有機(jī)碳同樣起著重要作用。隨著培養(yǎng)溫度的升高，紫色土各水分處理的難分解有機(jī)碳礦化速率逐漸增大，水稻土在土壤含水量≥70%WHC條件下，難分解有機(jī)碳礦化速率也隨溫度升高而增大；同時(shí)，高溫下水分對(duì)難分解有機(jī)碳礦化速率的影響也特別突出，這表明溫度和水分會(huì)改變土壤微生物利用難分解有機(jī)碳的能力，高溫下土壤難分解有機(jī)碳礦化速率會(huì)顯著增強(qiáng)。通過比較分析不同水熱梯度下消落帶紫色土和水稻土有機(jī)碳礦化動(dòng)力學(xué)模型中各參數(shù)的變化規(guī)律可知，溫度和水分

10、通過改變消落帶典型土壤的易分解有機(jī)碳含量和難分解有機(jī)碳礦化速率來影響SOC礦化。
　　（5）隨著溫度的升高，低水分（40%WHC）下消落帶紫色土SOC礦化的溫度敏感性顯著下降，而在土壤含水量≥70% WHC下則無明顯變化；消落帶水稻土淹水條件下SOC礦化的溫度敏感性隨溫度升高而顯著降低，而在土壤含水量≤100%WHC下則未出現(xiàn)明顯差異。
　?。?）干濕交替能顯著激發(fā)三峽水庫消落帶紫色土和水稻土有機(jī)碳礦化，由淹水到干燥階段，2

11、種土壤的有機(jī)碳礦化速率會(huì)出現(xiàn)由較低點(diǎn)快速上升的現(xiàn)象，并在干燥培養(yǎng)的最初幾天達(dá)到峰值，而由干燥到淹水階段，每次干燥培養(yǎng)最后1 d，2種土壤的礦化速率均降到該階段的最低值，此后淹水使得礦化速率急劇上升，并在淹水后最初幾天達(dá)到高峰。三次干濕循環(huán)過程中，干濕交替對(duì)消落帶紫色土和水稻土有機(jī)碳礦化速率的激發(fā)效應(yīng)會(huì)隨著循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減弱。整個(gè)干濕循環(huán)培養(yǎng)期內(nèi)，干濕交替下消落帶紫色土和水稻土的有機(jī)碳累積礦化量要顯著高于恒定水分處理（70%WHC和