西双版纳热带森林生态系统土壤养分动态研究

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西双版纳是我国热带雨林的主要分布区之一,其热带雨林位于印-马雨林群系北缘,处于热带雨林和亚热带森林的过渡区,由于其分布地的海拔偏高、纬度偏北,同时受到西南季风的强烈影响,该区的热带雨林在外貌上表现出一定程度的季相变化,被称之为热带季节雨林。然而,我们对于这种气候节律如何影响当地的森林生态系统过程(包括土壤养分动态)仍然知之较少。因此,研究季风条件下的热带森林土壤养分动态过程具有重要的科学意义,同时对于有效管理和持续利用当地的森林资源也具有重要的应用价值。  本顼研究探讨了西双版纳3种主要热带森林类型以及撂荒地土壤的养分动态特征,包括热带季节雨林、热带季节雨林砍伐后通过刀耕火种后形成的撂荒地、以及在撂荒地基础上自然演替形成的热带次生林和人工辅助构建的橡胶林。通过对土壤养分库、土壤微生物特征、土壤养分生物有效性变化以及土壤养分与大气降水、林内温度和凋落物特征等环境因子的关系的分析,系统地阐述了西双版纳热带季节雨林被转换为撂荒地、热带次生林和橡胶林后土壤养分特性的变化格局,并初步探讨了其变化的原因。研究结果表明:  1)西双版纳热带季节雨林土壤总有机碳、总氮、总磷和总钾等养分全量的季节性变化不明显。土壤养分全量并未随着所在地的季节性降水节律和热带雨林凋落物的季节性节律产生显著的响应特征。  2)西双版纳热带季节雨林土壤微生物生物量对降水增加(旱季向雨季的转换)的响应较为迅速,大约在1个月左右,响应持续期为2个月左右;对凋落物峰值的响应时间为2~3个月,同时受到雨季来临时间等因素的影响。  3)西双版纳热带季节雨林转换为撂荒地后,除土壤总有机碳含量轻微降低外,土壤氮、磷、钾等养分都出现不同程度的增高,且幅度较大,其中钾元素增幅最大。  4)热带季节雨林转换为撂荒地后,土壤养分有效性也发生较大程度的改变。土壤的生物有效氮含量在土壤总氮升高的基础上并未相应增加,反而减少,导致氮元素的生物活度相应降低1/3;土壤生物有效磷和有效钾含量都随养分总量的增加而增加,但增幅都小于磷、钾总量的增幅,生物活度也降低1/2以上。  5)热带季节雨林转换为撂荒地后,土壤微生物生物量和微生物总活性都有不同程度的降低,其中微生物活性降幅最小,却也已经接近40%,而微生物生物量碳、氮的降幅分别接近和超过1/2,土壤微生物生物量磷含量受影响最大,降幅达到80%以上。说明刀耕火种过程对土壤微生物的结构和功能造成了较大的抑制和破坏作用。  6)撂荒地通过自然演替形成的次生林和人工辅助构建的橡胶林,经过32年的恢复过程,土壤养分都趋于向“参照恢复目标”的热带季节雨林土壤养分状态发展,其中与土壤有机质含量密切相关的总有机碳含量都已经达到并超过恢复目标;次生林和橡胶林的土壤总氮含量都高于热带季节雨林和撂荒地;土壤总磷和总钾的回落效果明显。两种类型比较,次生林的恢复速度在土壤总有机碳、总磷和总钾等方面都比橡胶林快,次生林有利于氮的增加,而橡胶林与撂荒地水平接近。  7)次生林和橡胶林模式都有利于土壤生物有效氮的恢复,其中次生林的恢复效果最好,经过32年的时间已经超过热带雨林的水平,而橡胶林还处在恢复过程中,尚未达到参照恢复的目标值。这两种类型都有利于土壤生物有效磷和生物有效钾从撂荒地的高水平状态向处于低水平状态的热带雨林目标回落,但次生林对有效钾的回落效果较好,而橡胶林则更有利于生物有效磷的回落。  8)次生林和橡胶林都有利于土壤微生物生物量和微生物活性的恢复,其中次生林的恢复速度比橡胶林的速度快。  9)通过生态重建工程利用橡胶林建设野生动植物保护廊道,可能有提升土壤恢复效果,恢复时间也大大缩短的潜在贡献。生态重植也许是解决生物多样性保护和经济发展的矛盾的有效途径之一。
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