張 濤,李永夫,姜培坤,周國(guó)模,劉 娟
(1.浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,浙江 臨安311300;2.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江臨安311300)
全球變暖引起的極端天氣等正嚴(yán)重地威脅著人類的生存環(huán)境。近百年來(lái),全球地面平均溫度已升高了0.3~0.6℃,大氣二氧化碳體積分?jǐn)?shù)同時(shí)增加了近25%,而且增加的速率仍在持續(xù)上升[1]。許多學(xué)者研究表明,全球氣候變暖的現(xiàn)象與二氧化碳、甲烷和氧化亞氮等溫室氣體的濃度升高有密切關(guān)系[2]。為了遏制這類溫室氣體的繼續(xù)增加,世界各國(guó)已經(jīng)制定了一系列措施,《京都議定書(shū)》等國(guó)際條約的簽訂標(biāo)志著世界各國(guó)對(duì)碳循環(huán)全球性合作研究的開(kāi)始[3]。大氣中的二氧化碳體積分?jǐn)?shù)的升高主要是由于人口劇增、化石燃料的燃燒、森林砍伐、土地利用方式改變等一系列社會(huì)活動(dòng)引起的,其中土地利用方式對(duì)碳釋放的影響尤為重要,因?yàn)橥寥乐械奶嫉牧渴谴髿庵械?倍,土壤中的碳只要發(fā)生一點(diǎn)點(diǎn)變化,就會(huì)對(duì)大氣中的碳量造成巨大影響[4],而土地利用變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)地上和地下的碳儲(chǔ)量的影響是最直接最顯著的,尤其是土地利用方式改變的初期(<10 a),土壤中碳量的變化最為顯著[5]。土地利用方式改變的作用機(jī)制主要是通過(guò)改變地表植被的覆蓋和土壤的透氣性,從而改變土壤中包括我們傳統(tǒng)所知的土壤有機(jī)質(zhì)的量,以及近幾年深入發(fā)現(xiàn)的微生物碳、易氧化碳、水溶性碳等的碳庫(kù)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致了土壤呼吸速率的變化[6-7]。土地利用與土地覆蓋的轉(zhuǎn)變(LUCC)涉及到一系列復(fù)雜的社會(huì)、生態(tài)學(xué)和地質(zhì)學(xué)問(wèn)題,有許多關(guān)于這方面研究提到社會(huì)經(jīng)濟(jì)利益是土地利用轉(zhuǎn)變的原動(dòng)力,但依然沒(méi)有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí),也沒(méi)有有效的指導(dǎo)方針來(lái)緩和土地利用方式轉(zhuǎn)變帶來(lái)的危害[8-9]。如果光從表面對(duì)碳排放進(jìn)行控制,容易對(duì)碳循環(huán)產(chǎn)生不良影響,固碳的效應(yīng)也不會(huì)太穩(wěn)定,必須深入對(duì)土壤碳結(jié)構(gòu)和碳循環(huán)機(jī)制進(jìn)行研究,從而制定出一套完整可靠的固碳措施。筆者主要闡述了自然林地、人工林地、草原、農(nóng)用地這4種類型土地相互轉(zhuǎn)變后對(duì)土壤碳庫(kù)的影響,還對(duì)部分土地類型深入分類解析,從而為合理利用土地資源和減緩全球溫室效應(yīng)提供理論依據(jù)。
森林是良好的天然土壤碳庫(kù),在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、固定土壤碳庫(kù)等方面有重要功能,全球森林面積約為4.161×109hm2,森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量約占整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)生物量的90%[1]。森林碳庫(kù)儲(chǔ)量約為348 Gt碳,森里土壤中碳庫(kù)儲(chǔ)量約為478 Gt碳(1 m以上土層)[10],但由于人類對(duì)森林資源的砍伐,以及將自然林地轉(zhuǎn)化成人工林和農(nóng)田后,導(dǎo)致森林土壤碳庫(kù)遭到破壞,二氧化碳等溫室氣體被大量釋放到大氣中,全球約有1/5的人為二氧化碳排放歸咎于森林轉(zhuǎn)變成農(nóng)業(yè)用地[11]。據(jù)統(tǒng)計(jì),在1999-2002年期間,人類砍伐的森林?jǐn)?shù)目相當(dāng)于從森林生態(tài)系統(tǒng)中釋放了1.0×107~1.5×107t的碳[12],而當(dāng)人類將森林改造成其他土地利用類型后,土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量將會(huì)下降25.6%~51.2%[13],其中以農(nóng)業(yè)用地的下降幅度最大,草地次之,人工林地降低最少[14-15],由此可以得出結(jié)論:自然林地改造成農(nóng)業(yè)用地后,土壤的碳儲(chǔ)量的流失最大,而改造成人工林地的流失最少。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看,自然林改造成人工林地的情況也不容樂(lè)觀,兩者雖然同屬于森林生態(tài)系統(tǒng),可人工林受人類活動(dòng)影響強(qiáng)烈,在從自然林地改造而來(lái)的初期,由于大量的施肥會(huì)增加土壤碳庫(kù)儲(chǔ)量,所以有機(jī)質(zhì)下降幅度不大,但人類經(jīng)營(yíng)活動(dòng)改變凋落物、根系的理化性狀以及分布,從而刺激凋落物的分解,加速二氧化碳的釋放,加上對(duì)人工林的采伐,將碳素大量帶離森林土壤,會(huì)造成人工林土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的下降[16]。
農(nóng)業(yè)用地不僅可以是溫室氣體的主要排放源,也可以是溫室氣體的匯聚點(diǎn),農(nóng)業(yè)用地對(duì)大氣中二氧化碳體積分?jǐn)?shù)的影響十分重要,通過(guò)農(nóng)業(yè)用地重新吸收和固定碳的研究已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[17]。從總體上說(shuō),林地碳儲(chǔ)量好,農(nóng)業(yè)用地較差,但農(nóng)業(yè)用地的土壤碳庫(kù)與種植作物和季節(jié)變化有顯著關(guān)系,不同類型的農(nóng)用地轉(zhuǎn)變成人工林地時(shí),有機(jī)質(zhì)的變化情況也不同。以王健波等[18]等的研究為例,冬小麥Triticum aestivum和蔬菜地與柑橘Citrus reticulata地進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)狀況為冬小麥地>柑橘地>蔬菜地,同樣是農(nóng)業(yè)用地,蔬菜地的有機(jī)質(zhì)低于人工林,但小麥地卻高于人工林,作者認(rèn)為其中的主要原因是冬小麥地采用水稻Oryza sativa-小麥輪作和實(shí)施秸稈還田的管理方式增加土壤有機(jī)質(zhì),而柑橘地則是管理過(guò)程中施用有機(jī)肥料較多,常年不進(jìn)行翻耕,有利于有機(jī)物的積累,與此相反的是蔬菜地在管理過(guò)程中頻繁翻耕,破壞了土壤理化性狀和微生物生存環(huán)境,土壤通氣性提高了,必然加速有機(jī)質(zhì)的分解速率。馬群等[19]的研究卻與王健波等[18]相反,他發(fā)現(xiàn)蔬菜地的碳含量高于果園,但他也提到了,該實(shí)驗(yàn)中的蔬菜地是處于一種強(qiáng)度較高的集約經(jīng)營(yíng)方式之下,農(nóng)民大量施用有機(jī)肥和微生物肥,改善了土壤環(huán)境,所以才導(dǎo)致較高的有機(jī)質(zhì)。由此可見(jiàn),經(jīng)營(yíng)管理方式對(duì)農(nóng)業(yè)用地土地利用方式改變的結(jié)果有著重要影響。
前面已經(jīng)提到林地改造成農(nóng)業(yè)用地,土壤有機(jī)質(zhì)的下降,以及受到管理方式和種植類型的影響會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響,但綜合諸多文獻(xiàn),大部分農(nóng)業(yè)用地改造成林地會(huì)增加土壤中有機(jī)質(zhì)。不過(guò),在改造的初期,有機(jī)質(zhì)反而會(huì)下降。史利江等[20]研究表明,上海水田改造成林地后,在接下來(lái)的4~5 a內(nèi),林地土壤有機(jī)碳、總氮以及有機(jī)碳密度等均低于相鄰的水稻田,從短期看,人工林地土壤有機(jī)碳的匯集效應(yīng)處于一個(gè)較低水平。與此相似,孟靜娟等[21]將水田和橘園作為研究對(duì)象,研究了土壤的有機(jī)碳、碳庫(kù)的分解速率、緩性碳庫(kù)及惰性碳庫(kù)。結(jié)果表明:水田的碳高于橘園;水田有機(jī)碳的分解速率比橘園高;水田的緩性碳庫(kù)與惰性碳庫(kù)均高于桔橘土壤,水稻田具有更好的固碳能力。因此,在農(nóng)田改造成林地的最初幾年,林地的碳匯能力比農(nóng)田低。
草地面積遼闊,全球約為3.42×109hm2,約占陸地總面積的40%[22-23]。陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量有46%存在于森林,23%存在于熱帶以及溫帶的草原,草原生態(tài)系統(tǒng)是僅次于森林的碳儲(chǔ)存系統(tǒng)[24],但目前草原生態(tài)系統(tǒng)面臨著過(guò)度放牧、過(guò)度開(kāi)發(fā)成農(nóng)田等一系列問(wèn)題。
人為開(kāi)墾是影響草原有機(jī)碳的主要原因。當(dāng)草地變成農(nóng)田后,土壤溫度、濕度和通透性均發(fā)生變化,有機(jī)質(zhì)礦化率增加,導(dǎo)致土壤有機(jī)碳被釋放,一般會(huì)損失土壤中碳總量的30%~50%,再加上某些不適當(dāng)?shù)母鞔胧€易導(dǎo)致土壤侵蝕[2]。以農(nóng)牧交錯(cuò)帶為例,20世紀(jì)70年代,農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)大批天然草地被開(kāi)墾為農(nóng)田,開(kāi)墾導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)暴露在空氣中,加速了有機(jī)質(zhì)的分解,因此,被改造的草地0~50 cm層有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)低于未被擾動(dòng)的草地[25]。不過(guò),改造后的農(nóng)田經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期施肥、秸稈還田和免耕措施后,可以顯著提高土壤有機(jī)質(zhì),主要發(fā)生0~10 cm的表層[26]。
土壤活性碳是指在一定的時(shí)空條件下,受植物和微生物影響強(qiáng)烈,具有溶解性,在土壤中移動(dòng)比較快、不穩(wěn)定、易氧化、易分解、易礦化的那一部分土壤碳素,能反映土壤的微小變化,可用微生物量碳、水溶性碳、易氧化碳等指標(biāo)來(lái)表征[27]。
土壤微生物能分解動(dòng)植物殘?bào)w,促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化,它的含量高低不僅能反映土壤生物化學(xué)的強(qiáng)度和方向,還對(duì)土壤的質(zhì)量環(huán)境非常敏感[28],而且土壤微生物對(duì)土壤團(tuán)聚體的形成、穩(wěn)定和分解有重要作用[29]。一般而言,微生物生存的環(huán)境越適宜,土壤中微生物的種類數(shù)目就多,管理方式對(duì)微生物多樣性的影響十分突出[30]。作為土壤活性碳的一部分,微生物碳量往往可以指示土地固碳能力的強(qiáng)弱。
土壤中微生物總量具體表現(xiàn)為自然林地最高,草地最低,人工林和農(nóng)業(yè)用地相似,并根據(jù)地表栽植樹(shù)種和作物的類型,2種土地類型的微生物碳量呈現(xiàn)出不同高低[31-32]。自然林地的微生物碳處于高水平,是因?yàn)樗苋藶榛顒?dòng)影響小,每年有大量的凋落物回歸土壤,為微生物提供了豐富的碳源,同時(shí)凋落物也有利于為微生物提供較好的生存環(huán)境,而農(nóng)業(yè)受人類經(jīng)營(yíng)活動(dòng)影響強(qiáng)烈,尤其是稻田類型,由于干濕交替等原因使得微生物難以保持高的生物量[33]。自然林地轉(zhuǎn)變成其他類型的土地利用方式后,土壤中微生物碳、氮、磷顯著下降[34],在改造的初期,農(nóng)業(yè)用地中的微生物碳下降幅度最大[35]。以張于光等[36]研究為例,當(dāng)原始冷杉林Abies faxoniana改造成人工林和農(nóng)田后,農(nóng)田的微生物碳量比自然林和改造20 a的人工林低83%和52%,但從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看,農(nóng)業(yè)用地的微生物碳更有上升潛力,這是因?yàn)檗r(nóng)業(yè)用地類型中的秸稈還田的經(jīng)營(yíng)措施增加了微生物量碳、氮,還能提高土壤脲酶活性。稻田和其他作物輪作以及人為施加肥料增加了碳源,有利于微生物大量繁殖,且水旱輪作能提高微生物活性,而人工林則由于集約經(jīng)營(yíng),化肥的過(guò)度使用,不利于微生物生長(zhǎng)。人工林的微生物量碳量隨著栽植年限的增加而下降[37-38],農(nóng)田的微生物熵顯著大于改造成的人工林地,表明改造后土壤微生物碳的轉(zhuǎn)化效率降低,農(nóng)田具有較高的生物量維持能力,顯著地提高了土壤有機(jī)碳和土壤活性碳,更具固碳潛力[39]。
土壤水溶性碳是指能通過(guò)0.45 μm篩孔,可溶于水或者酸堿溶液,由一系列結(jié)構(gòu)不同的有機(jī)物質(zhì)組成的混合碳素,主要來(lái)源于凋落物的分解、土壤微生物和植物根系的分泌物。由于土壤水溶性碳具有一定的溶解性,受到植物和微生物的活動(dòng)強(qiáng)烈,在土壤中移動(dòng)快、不穩(wěn)定、易分解、易氧化[40]。
自然林地的水溶性碳受季節(jié)變化影響顯著,并且溫暖季節(jié)的水溶性碳比寒冷季節(jié)低[41],自然林地土壤的總水溶性碳要高于人工林,而且水溶性碳占總有機(jī)碳比率從表層土到下層土,有明顯升高趨勢(shì)[42],自然林地改造成人工林和農(nóng)田后,水溶性碳表現(xiàn)為自然林地>人工林地>農(nóng)田,人工林的水溶性碳隨著改造年份的增加而上升[35],這種下降主要是由于剩余的有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性較強(qiáng),以及土壤有機(jī)質(zhì)輸入量減少造成的[43],而天然草地改造成林40 a后,水溶性碳有所下降。這主要是因?yàn)槿藶榛顒?dòng)影響了植被的類型和凋落物的分布[40],草地開(kāi)墾成農(nóng)田后,水溶性碳明顯下降,而且隨著耕地年數(shù)增加,減少的趨勢(shì)更加明顯[43],草地水溶性碳應(yīng)該高于林地和農(nóng)田。
土壤易氧化碳是土壤活性有機(jī)碳庫(kù)的重要組成部分,能夠?yàn)橥寥乐猩锏纳顒?dòng)提供動(dòng)力,而且土壤中碳儲(chǔ)量的變化主要發(fā)生在土壤中易氧化碳的部分,所以認(rèn)為,易氧化碳可以指示土壤有機(jī)質(zhì)的前期變化,可以衡量土壤有機(jī)質(zhì)的敏感性[44]。
自然林地與人工林的易氧化碳無(wú)顯著差異,但有幾種自然林和經(jīng)濟(jì)林的易氧化碳會(huì)顯著超過(guò)其他林地,例如常綠闊葉林的易氧化碳高于針葉林和人工林,但它們都有一個(gè)共同點(diǎn),易氧化碳占總有機(jī)碳的比率從表層到底層呈現(xiàn)下降明顯趨勢(shì),與水溶性碳變化趨勢(shì)相反[42]。從總體上來(lái)看,農(nóng)田的易氧化碳比大部分林地略低,但在某些較熱的月份,易氧化碳甚至能超過(guò)部分林地。此外,也有研究表明,經(jīng)濟(jì)林土壤的易氧化碳顯著高于其他林地和農(nóng)田土壤[45]。
土壤呼吸指的是土壤釋放二氧化碳的過(guò)程,主要是由生物氧化有機(jī)物和根系呼吸產(chǎn)生,通過(guò)土壤呼吸作用向大氣釋放二氧化碳的過(guò)程,是全球碳循環(huán)中的關(guān)鍵過(guò)程之一。
在自然條件下,影響土壤呼吸速率的主要有植物根系密度、土壤溫度、水分含量和微生物數(shù)量等。目前,許多研究主要從溫度、水分等方面對(duì)土壤呼吸的影響機(jī)制開(kāi)展研究。土壤呼吸與溫度之間有著顯著相關(guān)性,一般表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系。土壤溫度對(duì)土壤呼吸的影響主要是通過(guò)增強(qiáng)土壤微生物的活性,加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解速率來(lái)增加土壤釋放二氧化碳的體積分?jǐn)?shù),另外,溫度升高還可以通過(guò)影響植物生長(zhǎng)和生理活動(dòng)來(lái)加強(qiáng)根系呼吸作用[46]。不過(guò)溫度對(duì)土壤呼吸的作用也不是一直促進(jìn)。在溫度較高時(shí),升高溫度反而會(huì)降低有機(jī)碳的分解作用[47]。不同土壤類型、植被類型和氣候特征使得土壤呼吸對(duì)溫度的敏感性不同。目前,研究者們常用溫度敏感系數(shù)Q10來(lái)表示土壤溫度的敏感性。在全球尺度上,基于氣溫產(chǎn)生的Q10值的均值為1.5[48]。林地土壤溫度敏感性具有較大的空間異質(zhì)性,例如人工楊樹(shù)Populus林土壤呼吸速率與地表溫度的相關(guān)性比土壤5 cm處溫度的相關(guān)性要高[49]。而對(duì)于不同海拔的林地,土壤的溫度敏感性還會(huì)隨著海拔的升高而升高[50]。季節(jié)性干濕交替也會(huì)干擾土壤對(duì)溫度的敏感性,在旱季時(shí),由于植物生理活動(dòng)處于半休眠狀態(tài),對(duì)溫度的變化更為敏感;在雨季時(shí),植物生理活動(dòng)處于高峰期,對(duì)溫度的敏感性相對(duì)較弱,在雨季時(shí),土壤微生物呼吸也是個(gè)一個(gè)高峰期。因此,溫度變化對(duì)微生物土壤呼吸的影響也低[51]。
土壤含水量與土壤呼吸的關(guān)系復(fù)雜,有正相關(guān)關(guān)系,也有負(fù)相關(guān)關(guān)系[52]。土壤含水量不僅能影響生物的活性,還會(huì)影響氣體的擴(kuò)散,在高含水量和低含水量的情況下,生物活性會(huì)降低,而含水量高的土壤中,氧氣的擴(kuò)散速率會(huì)降低[53-54]。因此,當(dāng)土壤含水量較低時(shí),水分是土壤呼吸的限制因子,在一定范圍內(nèi),土壤呼吸隨著土壤含水量的升高而升高;當(dāng)含水量較高時(shí),水分也是限制因子,含水量的增加會(huì)減弱土壤呼吸的作用[55]。
土壤微生物活動(dòng)對(duì)土壤呼吸的影響最為關(guān)鍵,在pH值、土壤濕度、溫度等環(huán)境因素的影響下,微生物呼吸活動(dòng)變化強(qiáng)烈。pH值對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖有明顯影響,微生物呼吸會(huì)隨著pH值的上升而減少,而隨著pH值的降低而增加[56],Miloslav等[57]的研究表明,在酸性硫酸鹽土壤中的微生物群落有利于土壤溫室氣體的排放。土壤濕度直接影響微生物的生理過(guò)程,在干旱土地中,由于水分的缺失,土壤微生物活動(dòng)微弱,土壤呼吸不強(qiáng)烈,降水后,土壤干旱情況緩解,土壤微生物量和土壤呼吸驟升,但超過(guò)一定量后,土壤微生物呼吸反而受到抑制,又會(huì)逐步下降[58]。溫度幾乎影響微生物呼吸的全部過(guò)程,研究表明,微生物的土壤呼吸在23℃的時(shí)候最大[59]。
自然林地土壤呼吸占了生態(tài)系統(tǒng)呼吸總量的60%~90%,是全球碳循環(huán)的關(guān)鍵部分。同時(shí),森林還通過(guò)光合作用降低了土壤向大氣中排放二氧化碳的速率,可以將碳儲(chǔ)存起來(lái)[60]。目前,森林生態(tài)系統(tǒng)面臨過(guò)度砍伐以及將森林改造成其他土地利用類型等問(wèn)題。自然林地改造成人工林后,土壤呼吸速率不會(huì)發(fā)生顯著變化。然而,當(dāng)改造后的人工林采取集約經(jīng)營(yíng)措施后,土壤呼吸一般呈顯著增加趨勢(shì)[61]。當(dāng)自然林地改造成農(nóng)業(yè)用地后,土壤呼吸速率顯著高于自然林和人工林,這主要是因?yàn)榉绞接绊懥怂耐寥篮粑黐62]。對(duì)于農(nóng)業(yè)用地而言,免耕能顯著增加呼吸溫度敏感性,在高溫季節(jié)顯著提高土壤呼吸,低溫則顯著降低土壤呼吸,而少耕則能有效降低土壤的溫度敏感性,在高溫季節(jié)降低了土壤呼吸速率,低溫季節(jié)提高了土壤呼吸速率,受季節(jié)影響顯著[63-64],但由于植株種類和植株生長(zhǎng)期的不同,也會(huì)造成免耕對(duì)土壤呼吸的影響不同。如Franzluebbers等[65]的研究結(jié)果表明:在大豆Glycine max和高粱Sorghum vulgare的生育期,免耕使土壤呼吸速率高于傳統(tǒng)耕作方式;但在小麥Triticum aestivum的生育期,免耕則會(huì)降低土壤呼吸的速率。森林資源被改造成畜牧場(chǎng)時(shí),雖然草地也是優(yōu)秀的碳匯,但畜牧場(chǎng)受人為作用強(qiáng),對(duì)碳的儲(chǔ)存能力不及自然草地。在全球范圍的分析表明,森林改造成草地后,將促使土壤呼吸平均增加20%左右[66],根據(jù)Fearnside等[67]的研究結(jié)果,在巴西亞馬遜河流域,土壤深度8 m以內(nèi),土壤含碳量多達(dá)136 Gt,其中表層土壤含碳為47 Gt,但迅速轉(zhuǎn)化為畜牧場(chǎng)后,平均土壤有機(jī)碳凈釋放碳8.5 t°hm-2(其中3%的排放量是來(lái)自1 m以下深度的土層)。消失掉的碳量相當(dāng)于整個(gè)巴西化石燃料每年排放量的20%,這一情況使得草地這個(gè)重要的碳庫(kù)受到干擾。草地開(kāi)墾為農(nóng)田后土壤呼吸增加,主要是由于開(kāi)墾引起土壤有機(jī)碳釋放,以及農(nóng)墾使得土壤溫濕環(huán)境得到改善,加快有機(jī)質(zhì)的分解[68],草地開(kāi)墾為農(nóng)田后,原有30%~50%的土壤有機(jī)碳總量損失,大部分是由土壤呼吸造成的[69]。自然林、人工林、農(nóng)用地、草原等4種土地類型中,農(nóng)田的土壤呼吸速率最高。
自然林地具有高碳儲(chǔ)量,土壤呼吸適中,凋落物為土層微生物提供了良好的生存環(huán)境,微生物種類繁多,微生物碳量高,具有明顯的碳匯功能,在全球碳循環(huán)中的固碳過(guò)程具有重要作用。目前,面臨著大批森林資源被改造成其他土地類型、土壤碳儲(chǔ)量劇減的危險(xiǎn)局面。當(dāng)自然林地改造成人工林地后,除去部分強(qiáng)度集約經(jīng)營(yíng)經(jīng)濟(jì)林外,兩者土壤中有機(jī)質(zhì)量、易氧化碳量和土壤呼吸速率變化較小。在短期的水平上看,人工林似乎是與自然林地一樣的碳匯,但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看不利于固碳。自然林地改造成農(nóng)業(yè)用地是土地利用方式改變中最常見(jiàn)的現(xiàn)象,隨著改造的完成,農(nóng)田土壤中的有機(jī)質(zhì)均顯著降低,這對(duì)于土壤的碳匯功能來(lái)講是不利的。農(nóng)業(yè)用地土壤碳庫(kù)受作物、季節(jié)、耕作措施等因素影響嚴(yán)重,因此,要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際氣候和作物種類采取相應(yīng)措施,才能將農(nóng)業(yè)用地的碳匯功能得到有效體現(xiàn)。近幾年來(lái),鑒于人工林的經(jīng)濟(jì)效益,大批農(nóng)業(yè)用地被改造成人工林地,土地類型的變化大體上有利于土壤固碳,但在農(nóng)田改造成人工林的初期,土壤的碳匯功能呈一定的下降趨勢(shì),隨著人工林栽植年限的增加,土壤的碳匯功能才顯著增加。草地是僅次于自然林地的良好天然碳庫(kù),但當(dāng)自然林地改造成像畜牧場(chǎng)這樣受人為活動(dòng)影響強(qiáng)烈的土地類型時(shí),草地表層土壤呼吸強(qiáng)烈,以及草地開(kāi)墾為農(nóng)田時(shí),土壤呼吸也會(huì)大幅增加。
科研人員已經(jīng)對(duì)土地利用變化對(duì)碳庫(kù)特征的影響做了不少研究,這些研究明確了土壤碳庫(kù)在全球變暖中的影響,增加了對(duì)土壤碳庫(kù)的認(rèn)識(shí),但仍然存在許多不足之處。如,有許多學(xué)者研究林地、草地轉(zhuǎn)變成農(nóng)田的狀況,卻鮮有研究退耕還林后,土壤碳庫(kù)的具體變化。在退耕還林的碳匯功能方面基本呈空白狀態(tài),希望日后要加強(qiáng)此方面的研究。此外,人工林和草原雖然對(duì)碳循環(huán)的作用不明顯,此方面文獻(xiàn)較少,但有部分人工林地的碳儲(chǔ)量顯著高于一些天然林地和農(nóng)田土壤,然而其機(jī)制還需要進(jìn)行深入系統(tǒng)研究。當(dāng)然由于人工林系統(tǒng)與農(nóng)田系統(tǒng)一樣,人為干擾非常頻繁,在碳庫(kù)與土壤呼吸特征的研究過(guò)程中,需要注意方法學(xué)研發(fā)的問(wèn)題。
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