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中国西南喀斯特地区地形条件复杂,土壤贫瘠,生态系统抵抗外界干扰能力低、稳定性差,养分流失严重,制定适宜的管理措施以提高有机碳固定非常重要。但对土壤有机碳稳定机制及其影响因素的研究至今还未达成共识。而团聚体保护作用被认为是土壤碳固定的最重要机制。本文选取喀斯特峰丛洼地的人工林、次生林、原生林共6个森林群落为研究对象,探讨不同森林群落对土壤团聚体组成、土壤团聚体中有机碳、微生物量的影响,并分析各因子的相关关系,探索喀斯特地区森林土壤固碳规律。主要研究结论如下:
(1)6个森林群落下,土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体均以>2mm团聚体为主,高达70%。沿着群落发展阶段的递进,大团聚体含量增加,团聚体稳定性增强。团聚体的MWD、GMD、PAD和ASI等可以作为评价团聚体稳定性和土壤结构好坏的重要指标。喀斯特峰丛洼地森林明显改善了土壤物理结构,增强土壤抗蚀性,原生林尤为突出。
(2)相同群落内,土壤各粒径团聚体有机碳含量差异不显著。不同群落有机碳含量差异显著。各粒径团聚体有机碳含量和贮量人工林<次生林<原生林。侧柏和伊桐群落团聚体有机碳含量和贮量显著高于其他群落。>2mm团聚体中有机碳贮量高达24.78g·500g土-1,高于其他粒径。团聚体有机碳贮量主要受不同粒径团聚体所占比例影响。森林土壤团聚体碳贮量与团聚体稳定性,尤其是水稳性团聚体稳定性及其数量密切相关。改善土壤物理结构,能明显提高土壤有机碳含量和贮量。
(3)3个原生群落土壤均以>2mm大粒径团聚体为主,约占土壤团聚体总量的76%。土壤总有机碳含量介于12.73~68.66g·kg-1之间。<1mm小粒径团聚体中的有机碳含量比>2mm团聚体稍高,但大部分土壤有机碳储存在>2mm大粒径团聚体中,约占70%。2~5mm和5~8mm团聚体含量与土壤有机碳含量呈极显著正相关。伊桐群落2~8mm土壤团聚体的含量及其全土有机碳含量分别达46%和37.62g·kg-1,更适合作为喀斯特地区生态恢复树种。
(4)土壤各粒径团聚体微生物量碳、氮含量均原生林>次生林>人工林,各粒径团聚体微生物量碳含量原生林较次生林、人工林分别高出18.13%和42.60%,次生林较人工林高出29.89%。微生物量氮含量变化较大,介于5.15~128.86mg·kg-1之间。各粒径土壤团聚体微生物熵介于0.26%~1.00%,且随森林发展阶段递进而降低。土壤微生物生物量碳、氮极显著正相关,微生物量碳、氮都与团聚体稳定性显著正相关。土壤物理结构改善能降低土壤碳活性,减少微生物降解,有利于有机碳的积累。