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1、第卷第 期 年月第四纪研究,不同植物凋落物对土壤有机碳淋失 的影响及岩溶效应曹建华潘根兴袁道先南京农业大学农业资源与生态环境研究所,南京中国地质科学院岩溶地质研究所,国土资源部岩溶动力学开放研究实验室,桂林摘要以低含量有机碳 的岩溶土壤,仓为媒介,每】土添加松针、梧桐 叶粉各,个试验土柱 号分别 为,接种岩溶土壤微生物群落后,于恒温室内进行培养淋溶实验。结果表明,土壤淋溶液的电导值受土壤有机质含量多少及性质的影 响。土壤水溶性有机碳淋失总量为,为为,为。同时,土壤环境 中扩十的释放总量为,为为,为。两者呈正相 关,相关系数。下伏碳酸盐岩的溶蚀量排序为,表明两种不 同植物凋落物经微生物分解,产生
2、不同质和量 的,并 导致土壤环境 中释放的差异和不同的岩溶效应。从而初步揭示不同有机碳分解 导致淋失 的差异性,以及对岩溶动力系统的驱动。这与氏和的研究结果一致。主题词植物凋落物土壤有机碳水溶性有机碳岩溶效应随着全球变 暖大气温 室气体浓度 的增加,土壤碳 库成 为全球碳循环研究关注 的焦点之一。土壤碳库对全球变化敏感 的主要因子是 土壤有机碳。土壤有机碳量约为陆地 生物量碳的,倍,并以,多和水溶性有 机碳的形式进人相邻圈层。作为陆地生态系 统中一种重要 的、活跃的化学组分。在土壤环境中,它既是土壤生物化学 过程 的产 物,又是土壤微生 物生 长、分解有机碳 的重要 能源,进而影 响营养物质的
3、供给和有效性、土壤 重金属 污染的毒性和迁移特征。中含有很大一部分酸性组分,对矿物 的风化有促进作用,但对岩石圈的活化,尤其是 对岩溶动力系统的作用,还知之甚少。本文以低含量有机碳 的岩溶 土壤为介质,针叶林凋落物松针、阔叶林凋落物梧桐 叶为代表,探索在恒温培育下,随土壤淋溶液工、扩 的淋失及与下伏碳 酸盐岩溶蚀的关系。第一作者简介 曹建华男岁副研究员生物岩溶学与土壤环境学专业国家 自然科学基金批准号资助重点项目、国家自然科学基金批准号资助项目、国土资源部重点科技项目批准号和国上资源部科技项目批准号一 一收稿,一一收修改稿第四纪研究年材料与方法材料土壤取自广西桂林丫吉村岩溶试验场号洼地坡地土壤
4、层土下一,有机碳含量,去除岩石碎屑,风干,过目筛,待用土壤菌液 取吉村岩溶试验场号洼地娅口土壤层土下一,有机碳含量新 鲜土壤,加无 菌水,振荡小时,自然 沉淀小时,取上悬菌液待用植物 凋 落 物针叶林凋落物松针碳含量,氮含量和 阔叶林凋落物梧桐 叶碳 含量,氮含量取 自南京 农 业大学校 园内,将凋落物在烘箱 内烘干,粉碎过目筛,待用石英砂将石英砂用的盐酸洗 液浸 泡小 时后,水洗至中性,烘干,并筛选一者待用医用玻璃纤 维扇形石灰岩试块石灰岩 取自丫吉村泥盆系融县组,定制成厚、直径的圆形片,一分为四,即得扇形试块,每块重量一,置于烘箱中烘至恒重,万分之一天平称初重,待用反应器 根 据的设计改
5、进 定 制成 直径、高的柱状玻璃漏斗空调 江苏春兰空调集团生产的春兰牌空调。方法先将反应器底部及过水道充填玻璃纤 维,每个底部置放石灰岩试块块,称取过筛风干土、石英砂、凋落物各,和,混合均匀覆盖于石灰岩试块之上,形成一的土柱,其有机碳的含量分别为和针 叶林凋落物 与土壤混合土柱,下文分别以、代 替和阔 叶林凋落 物与 土壤 混合土柱,下 文分 别以、代替,上覆少许玻璃 纤 维,反应器上口蒙层纱布,一干热灭菌小时,冷却后在超净台上将的土壤 菌液均 匀喷酒在 土柱表面。恒温培养过程 中,隔日滴灌无菌水,每日取淋溶液次,测定其电导、】 及扩含量。实验持续天,共滴灌无菌水相 当于的降雨量,淋溶液总量为
6、一。电导观测用 电导仪,扩 测定 用原子 吸收光谱仪,淋溶液用重铬酸钾氧化法。实验结果土壤淋溶液的电导土壤淋溶液的 电导值随时间的动态变化如 图所示。实验过程 中,土壤淋溶液的电导动态表 现 出两个过程快速 降低 阶段 和缓慢降低阶段 见图。前天快速降低 阶段,期曹建华等不同植物凋落物对土壤有机碳淋失的影 响及岩溶效应一 咬一尸、卜、,卜闷丫日,写恻帅钾时间图土壤淋溶液的电导值随时间的动态变化为添加松针处理,为添加梧桐叶处理的电导值从降至,从降至相应地从降至,则从降至。后天为 缓慢 降低或 振荡阶段,从降至,从降至相应地从降至,从降至。整个动态变 化 过程中,的 电导值始终高于的值,而自第次观
7、测 开始,其电导值就低于的值。这表 明土壤淋溶液的电导值不仅受土壤有机质含量多少 的影响,且受到土壤有机质性质的影 响。土壤淋溶液的水溶性有机碳土壤有机碳的淋失 主要 表现为水溶性有机碳的淋失。表、图表明水溶性有机碳的淋失有以下几个过程表土壤淋溶液的水溶性有机碳的淋失最及其与总量之比】一天一天一天 实验柱号总量 淋失量占总量淋失量占总量淋失量占总量只 心盆、曰产护乡刀土壤有机质性质的影响淋失总量水溶性有机碳的淋失总量为,是相应淋失总量 的倍水溶性有机碳的淋失总量为,是相应的倍。动态过程的水溶性有机碳的通量始终高于的淋失通量,而的水溶性有机碳的淋失通量从第次观测 开始 就低于的淋失通量。土壤有机
8、质含量的影响低含量有机质,其土壤淋失 通量 的动态过程明显 为阶段,快速降低 阶段和缓第四纪研究年一勺四遏喇叫父乙一一一斗二卜二不三月共月革声且三牛、二时间图土壤淋溶液的水溶性有机碳随时间的变化动态图例和同图飞慢降低振荡阶段前天为快速降 低阶 段,从降至,从降至后天振荡于一,则 从降至。高含 量有机质,其淋失通量 的动 态有个阶段 前天,通量处于较 高值,前天 的通 量,占总淋失 量 的前天 的工通量,占总淋失量 的。一天,淋失通量 降低一个 数量 级,淋失 动态表 现为较慢 降低,从降至从降至一天,表 现 为缓 慢降低,从降至,振荡于一。土壤淋出液的十通量土壤环境中钙以交换态、结合态和 闭蓄
9、态等多种形式存在,上壤淋溶液 中扩 的释放受多种因素影 响。本实验的结果表明表、图针 叶林凋落物松针处理高浓度有机质 会 导致高浓度释放,扩淋失 总 量,是淋失总量的倍。其扩释放 动 态过 程 中,的犷 的释放通量始终高于的释放通量。阔叶林凋落物梧桐 叶处理与松针不 同的是高含量 的梧桐 叶并不能导致更多扩的释放,犷淋 失总量,而淋 失 总 量 反 而 稍高,为表土壤环境的淋失量及其与总量之比此实验柱号总量一天一天一天淋失量占总量淋失量占总量淋失量占总量工刀乃期曹建华等不同植物凋落物对土壤有机碳淋失的影响及岩溶效应七如月咽明气口、匆石、曰闷到时间图土壤环境释放通量随时间的动态变化图例和同图。所
10、以,土壤生态环境中的释放是一个较复杂的过程,它既受到土壤有机碳存在形式和含量 的影响,又受土壤生态环境 中钙存在形 式和下伏碳 酸盐岩溶蚀的制约。下伏碳酸盐岩的溶蚀土壤对下伏碳酸盐岩 的溶蚀主要是 通 过土壤溶于水生成碳酸对碳酸盐岩 的溶蚀,而水溶性有机碳中很大一部分表现出酸性 和鳌合性,从而加速 土壤 环境 中碳 酸盐岩 的溶蚀。本实验结果表明土下碳 酸盐岩的溶蚀量虽然 与【 、扩淋失总量没有很好的对应关系,但与后天 土壤淋溶液中、扩斗淋失量存在较好的对应关系表。而下伏碳酸盐岩溶蚀对土壤淋溶液 中十释放 的贡献为,占,占占,占。同时应该看到,岩溶土壤中扩存在 的形式及含量是碳酸盐岩长期风化
11、的结果。因此,土壤淋溶液中扩 的释放最终都主要来源于碳酸盐岩的溶蚀。表土下碳酸盐岩溶蚀盗与实验后天,淋失量的对照曲掩瓦比山,十实验柱号淋失量淋失量碳酸盐岩溶蚀量一刀,讨论对碳酸盐岩溶蚀的促进。如土壤,同样是土壤生物活性 的指标之一。已有资料显示 土壤浓度 与岩溶表层泉的丁存在正相关,亦即土壤驱动岩溶发育。上文 的实验结果表明,土壤淋溶液中通量 与扩十通量 之间存在正相 关关系。相 关 系数二,排 除 土壤 交换性 钙和 土壤易氧化性碳 的快速排泄的影响,则下伏碳 酸盐岩 的溶蚀量 与和扩 的释放量存在着较好的正相 关关系,碳酸盐岩溶蚀第四纪研究年量与后天 的淋失量 的相 关系数“二,与后天扩释
12、放量的相 关系数二。这与和用桦树、枫树树叶浸洗 液 所做的溶蚀试 验结果一致,即丰富的含量导致强烈的溶蚀能力。表的结果则 显示【淋失是土壤有机碳消耗的重要 组成部分。洲的淋失 总量 占土壤有机碳消耗量 的一。在实验过程 中,土壤 有机碳 分解 的绝对量 为,分 别为,的倍和倍水溶 性有 机 碳,的绝对量 为,分别 为,的倍和倍。表土壤有机碳分解消耗结果众翻实验柱号土壤有机碳淋失量淋失量 消耗量初始,终结消耗量巧土壤生态环境对岩溶发育的影 响。土壤生态环境的特征很大程度上取决于输入土壤枯枝落叶的质和量。因为土壤微生物对枯枝落叶的分解需要吸收份氮和一份碳细菌或一份碳 真菌 作为合成自身体细胞的需要
13、,同时需要份碳作为微生物自身活动所需 的能量。若被分解 的有机枯枝落 叶的一,则微生物就缺少形成体细胞的素,微生 物 活性减 弱,有机残体就分 解 缓 慢。本文 添加 的有机 残体松针 的,每含为,梧桐叶的,每含为。而且松针含有较多的单宁、树脂,有 机残体的分解 者 主要是真菌,而真菌对单宁、树脂 的分解将产生更多 的酸性组分。这也许就是为什么在相 同条件下,松针被土壤微生物分解 的速率更快,产生更大量的淋失,同时也导致更强烈的岩溶发育的原因。不 同植物类型的岩溶效应。不 同植物类型构成不 同的生态系统特征和功能。如阔叶树木荷与针叶树杉木相比具有更高的灰分元素,且对酸雨有更高的缓冲能力。张万儒
14、等在卧龙 自然保护区的研究表 明,不 同林型下发育的土壤及枯枝落叶层具有不 同的水分、养分涵养和供给能力。在岩溶地区,人们已经认识到植被、土壤 对岩溶发育具有强大的驱动力,”,但不 同植物类型对岩溶发育影 响的内在机理还了解肤浅。本文的结果表明,不同的植物产生不 同的岩溶效应,而岩溶发育的强弱意 味着成土速率的快慢和营养元素供给的多少。因此,深人研究不同植物类型影 响岩溶发育的内在机理 对岩溶石山植被恢复和生态重建将具有一定 的指 导意义。参考文献玉,一凡翻勘反口阪,一期曹建华等不同植物凋落物对土壤有机碳淋失的影响及岩溶效应陈同斌,陈志军上壤中溶解性有机碳及其对污染物 吸附和解吸行 为的影 响
15、,植物营养与肥料学报,一,飞翻肋,一云扩从,一别沐,一潘根兴,曹建华表层带岩溶作用以土壤为媒介的地球表层生态系统过程以桂林峰丛洼地岩溶系统为例中国岩溶,一王世杰,季宏兵,欧阳自远等碳酸盐岩风化成土作用的初步研究中国科学辑,一刘再华,桂林岩溶水文地质试验场岩溶水文地球化学的研究中国岩溶,一徐胜友,何师意碳酸盐岩土壤的动态及其对溶蚀作用 的驱动见 袁道先,谢云鹤主编岩溶与人类生存、环境、资源和灾害桂林 广西师范大学出版社,一易淑桨土壤学北京 农业出版社,一汪恩龙,陈楚莹森林凋落物对土壤酸化缓冲作用的初步研究环境科学,一张万儒,许本彤,杨承栋等山地森林土壤枯枝落叶层结构和功能的研究土壤学报,一,犷一可,一一,】代几劲,一 欣似佗凡此。砂励、户,七和,舒,哪叮及劲尽,山及,嗯,犷,笔,一 第四纪研究年哟,城一减,犷山减,七,电山止,山仆扩小仆扩,嗯,以一丸,
