国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

土壤有機碳組分對土地利用方式響應(yīng)的Meta 分析

2022-06-29 00:48魏早強羅珠珠牛伊寧蔡立群
草業(yè)科學(xué) 2022年6期
關(guān)鍵詞:土壤有機土層林地

魏早強,羅珠珠,,牛伊寧,蔡立群,

(1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070;2. 甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室, 甘肅 蘭州 730070)

土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫,也是陸地系統(tǒng)的碳“源”和“匯”,在全球碳循環(huán)中扮演著重要的角色[1-2]。土地利用方式變化是影響土壤碳庫變化,特別是對外界環(huán)境因素敏感、周轉(zhuǎn)速率快、易被土壤微生物氧化分解的土壤活性碳庫的最主要驅(qū)動力之一[2-3]。但是,有機碳是土壤中組分和形式繁多的復(fù)雜混合物,總有機碳(total organic carbon,TOC)在響應(yīng)土地利用方式和管理措施等變化時具有一定的延遲[4]。因此,常用土壤活性有機碳作為響應(yīng)土地利用方式變化的早期指標[5],其中可溶性有機碳(dissolved organic carbon, DOC)、易氧化有機碳(easily oxidizable carbon, EOC)、微生物量有機碳(microbial biomass carbon, MBC)以及顆粒有機碳(particulate organic carbon, POC)是必要的研究指標[6]。

近年來,國內(nèi)外學(xué)術(shù)界在土地利用方式對土壤有機碳的影響方面已有大量的研究結(jié)果[7-10]。因受植被、氣候、土壤等自然因素以及非自然因素的影響而導(dǎo)致研究結(jié)果之間有著地域性差異[4-5,7]。陳錦盈等[7]以華北壤土為對象,研究了3 種不同的土地利用方式對土壤有機碳的影響,結(jié)果表明旱地土壤比天然林地具有更大的固碳能力;Su 等[8]在我國北方地區(qū)進行的研究也發(fā)現(xiàn)農(nóng)田土壤有機碳含量高于草地。但也有研究表明,果園土壤具有更大的固碳能力,林地和耕地次之,其中尤以荒草地固碳能力最低[9];Guo 和Gifford [10]的研究卻發(fā)現(xiàn)自然林地比農(nóng)田具有更高的有機碳含量。這些研究結(jié)果的差異反映出單個研究具有較大的不確定性和偏差,不能夠很好地反映土地利用方式對土壤有機碳組分影響的普遍規(guī)律。Meta 分析是將許多獨立研究的試驗數(shù)據(jù)提取出來進行定量綜合分析的方法,以此獲得高質(zhì)量的、具有普適性的綜合分析結(jié)果[11-12]。自1998 年,彭少麟和唐小焱[13]首次將Meta 分析引入國內(nèi)生態(tài)學(xué)領(lǐng)域,Meta 分析便被越來越多地用于解決各種生態(tài)學(xué)問題[14],尤其在研究土地利用方式對土壤有機碳的影響方面,被認為是最好的數(shù)量綜合方法[15-16]。因此,本研究基于全國尺度土地利用方式數(shù)據(jù),以農(nóng)田為對照組,林地、果園、天然草地和栽培草地為處理組,應(yīng)用Meta 分析定量探究不同土地利用方式、不同土層土壤有機碳含量的變化趨勢,旨在科學(xué)、準確地揭示不同土地利用方式下土壤有機碳含量變化的普遍規(guī)律,為不同土地利用方式下土壤有機碳組分的研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集與納入標準

本研究借助中國知網(wǎng)(CNKI)、Web of Science、SpringerLink、維普期刊、谷歌學(xué)術(shù)和萬方數(shù)據(jù)庫等中英文數(shù)據(jù)庫對相關(guān)文獻進行了檢索,檢索主題包括“土地利用方式”、“土地利用類型”、“土壤有機碳”或“土壤活性有機碳”等。為進一步剔除不適宜文獻,減少Meta 分析結(jié)果發(fā)生偏倚,在閱讀題目和摘要做出初步篩選后,基于以下標準對文獻進行二次評估:1)試驗地點為中國,包含具體的經(jīng)緯度以及詳細位置數(shù)據(jù)。2)對照組和處理組包括明確的植被情況:農(nóng)田,均具有長期耕作歷史,且主要種植小麥(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)、馬鈴薯(Solanum tuberosum)、棉花(Gossypiumspp.)等旱地作物;林地包括天然林和人工林,主要以油松(Pinus tabuliformis)、 馬尾松 (Pinus massoniana)、 側(cè)柏(Platycladus orientalis)等喬木占優(yōu)勢;果園,具有多年栽培歷史,主要種植蘋果(Malus domestica)、梨(Pyrusspp)、 桃(Amygdalus persica)、 柑橘(Citrus reticulata)、棗(Ziziphus jujuba)等果樹;天然草地,主要以多年生禾本科(Gramineae)植物占優(yōu)勢,伴有莎草科(Cyperaceae)、百合科(Liliaceae)、菊科(Compositae)、薔薇科(Rosaceae)、 藜科(Chenopodiaceae)、 蓼科(Polygonaceae)、唇形科(Labiatae)等植物;栽培草地,主要植物為豆科(Leguminosae)或禾本科牧草。3)試驗數(shù)據(jù)至少包含TOC、EOC、DOC、MBC 以及POC 含量中的一項。4) Meta 分析的每一項研究均是獨立的,對于在不同文獻中出現(xiàn)的相同數(shù)據(jù),以及同一文獻編號下的不同處理,其數(shù)據(jù)提取過程中只使用一次。5)因部分文獻中土壤深度的劃分與本研究具有微小差異,本研究土壤深度的劃分設(shè)置了上下5 cm 的波動范圍,并根據(jù)文獻中具體的試驗環(huán)境將其劃分到本研究對應(yīng)的土層,最終按土壤層次0 - 20、20 - 40、40 - 60、60 - 80、80 - 100 cm 分層納入文獻數(shù)據(jù)。6)此次研究中相關(guān)數(shù)據(jù)按照圖、表或文字形式呈現(xiàn)的可直接提取,若不能直接提取,可通過計算或數(shù)據(jù)提取軟件獲得。經(jīng)過以上標準篩選,確定納入Meta 定量分析的文獻為160 篇。涉及到的試驗位點基本信息如表1 所列,數(shù)據(jù)樣本量如表2 所列。

表1 Meta 分析涉及的試驗位點基本信息Table 1 Basic information of the experimental sites included in the Meta-analysis

表2 土壤總有機碳和活性有機碳組分的樣本數(shù)據(jù)Table 2 Sample data of soil total organic carbon and active organic carbon components

1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與Meta 分析

為更加全面客觀地認識不同土地利用方式下土壤有機碳組分的變化規(guī)律,系統(tǒng)地分析土壤有機碳組分在0 - 100 cm 土層受不同土地利用方式帶來的影響,運用Meta 分析方法處理大量的數(shù)據(jù),主要處理指標數(shù)據(jù)方法如下:

標準差是衡量本次分析中各個項目比重的主要判別標準。當文獻中列出相關(guān)指標的標準差時,可以直接應(yīng)用在本次分析中;當標準差以圖的形式呈現(xiàn)時,則利用Web Plot Digitizer 4.2 軟件來獲取相關(guān)數(shù)據(jù);無標準差,也無可供計算標準差的相關(guān)數(shù)據(jù)時,可通過數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)計算出平均變異系數(shù)(coefficient of variation, CV)或標準誤(standard error,SE)計算缺失的標準差[17]。計算公式為:

式中:SD為標準差(standarddeviation);為缺失標準差的數(shù)據(jù)值的平均值;為對應(yīng)數(shù)據(jù)樣本量的平方根。

進行Meta 分析時,用效應(yīng)值lnR度量不同土地利用方式對土壤有機碳組分的影響。計算公式為[18]:

式中:R為效應(yīng)比;Xc、Xe分別為對照組和處理組對應(yīng)的土壤有機碳組分的平均值。對應(yīng)指標效應(yīng)值(lnR)的方差(variance, V)計算公式為[18]:

式中:Sc、Nc分別為對照組對應(yīng)的土壤有機碳組分的標準差和試驗重復(fù)次數(shù);Se、Ne分別為處理組對應(yīng)的土壤有機碳組分的標準差和試驗重復(fù)次數(shù)。

處理組綜合效應(yīng)值 ln的計算公式如下[17-18]:

式中:wi為各個隨機指標的比重;vi為樣本方差;lnRi為各個隨機指標的對數(shù)響應(yīng)比;k為此次統(tǒng)計研究的數(shù)量。

用百分比表示的變化率(Y)可更加直觀地描述結(jié)果,計算公式如下[19]:

如果Y位于零刻線右側(cè),則表明相比于對照組,處理組對相關(guān)研究指標具有正效應(yīng),反之,則具有負效應(yīng);而且當Y的95%置信區(qū)間完全在零刻線右側(cè)時,則可以判定為處理組相比于對照組對相關(guān)指標的正效應(yīng)是顯著的(P< 0.05);反之,則認為處理組相比于對照組對相關(guān)指標的負效應(yīng)是顯著的(P< 0.05)[19]。

進行Meta 分析時,對收集的相關(guān)數(shù)據(jù)采用卡方檢驗(chi-square test)進行異質(zhì)性檢驗。P< 0.05 表明數(shù)據(jù)存在異質(zhì)性,選用隨機效應(yīng)模型(random effect mode);反之,則表明數(shù)據(jù)沒有異質(zhì)性,應(yīng)采用固定效應(yīng)模型(fixed effect mode)[20]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究借助Web Plot Digitizer 4.2 軟件提取圖形數(shù)據(jù),采用Excel 2010 收集數(shù)據(jù)并建立數(shù)據(jù)集;使用MetaWin 2.0 計算TOC、POC、EOC、DOC 和MBC含量在不同土層的變化率,并用SigmaPlot 12.5 進行制圖;最后用IBM SPSS Statistics 25.0 進行不同土地利用方式下土壤活性有機碳之間的相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用方式對土壤有機碳組分的異質(zhì)性和發(fā)表偏倚檢驗

對不同土地利用方式下TOC、POC、EOC、DOC和MBC 含量進行異質(zhì)性檢驗(表3),檢驗結(jié)果均達顯著水平(P< 0.05),說明本研究數(shù)據(jù)間存在顯著的異質(zhì)性,故采用隨機效應(yīng)模型。圖1 為不同土地利用方式下土壤有機碳組分含量效應(yīng)值的分布情況,所有研究數(shù)據(jù)經(jīng)K-S (Kolmogorov-Smirnov)檢驗結(jié)果表明均不服從正態(tài)分布(P< 0.01),故所有數(shù)據(jù)用非參數(shù)估計方法生成綜合效應(yīng)值和95%置信區(qū)間進行數(shù)據(jù)分析[17]。

圖1 不同土地利用方式下總有機碳、顆粒有機碳、易氧化有機碳、可溶性有機碳及微生物量有機碳含量效應(yīng)的頻率分布Figure 1 Frequency distribution of content of effect size for TOC, POC, EOC, DOC, and MBC response to different land uses

表3 土地利用方式對土壤有機碳組分含量的異質(zhì)性檢驗Table 3 Heterogeneity test of land uses on soil organic carbon content

2.2 土地利用方式對土壤總有機碳的影響

土地利用方式對TOC 的效應(yīng)值因土層深度而存在異質(zhì)性。與農(nóng)田相比,林地和栽培草地的TOC 含量在0 - 100 cm 土層顯著升高(P< 0.05),其變化率為3.1%~26.6%和8.7%~24.7%;天然草地和果園的TOC 含量分別在0 - 60、20 - 80 cm 土層顯著升高(P< 0.05),變化率分別為6.0%~17.2%和5.6%~19.8%,在60 - 100、80 - 100 cm 土層與農(nóng)田無明顯差異;另外值得注意的是,果園的TOC 含量在0 - 20 cm 土層表現(xiàn)為顯著低于農(nóng)田(P<0.05),降幅達18.1% (圖2)。

圖2 總有機碳含量對不同土地利用方式的響應(yīng)Figure 2 Response of content of total organic carbon to different land uses

2.3 土地利用方式對土壤活性有機碳組分的影響

林地的POC 含量在0 - 100 cm 土層顯著高于農(nóng)田(P< 0.05),其變化率為35.2%~109.6%;果園的POC 含量在0 - 80 cm 土層顯著高于農(nóng)田(P< 0.05),其變化率為14.1%~129.6%,在80 - 100 cm 土層與農(nóng)田無明顯差異;天然草地和栽培草地的POC 含量在0 - 60 cm 土層均顯著高于農(nóng)田(P< 0.05),變化率分別為88.6%~128.5%和30.5%~52.3%,而在80 -100 cm 土層與農(nóng)田均無明顯差異(圖3)。

圖3 顆粒有機碳含量對不同土地利用方式的響應(yīng)Figure 3 Response of content of particulate organic carbon to different land uses

林地和果園的EOC 含量在0 - 80 cm 土層均顯著高于農(nóng)田(P< 0.05),變化率分別為16.2%~87.8%和31.3%~51.9%,其中林地土壤80 - 100 cm 土層的EOC 含量與農(nóng)田無明顯差異,而果園土壤80 -100 cm 土層的EOC 含量表現(xiàn)為顯著低于農(nóng)田(P<0.05),降幅達5.1%;栽培草地的EOC 含量在0 -100 cm 土層均顯著高于農(nóng)田(P< 0.05),變化率為13.4%~29.6%;除40 - 60 cm 土層外,天然草地的EOC 含量在0 - 100 cm 土層均顯著高于農(nóng)田(P<0.05),變化率為24.3%~45.7% (圖4)。

圖4 易氧化有機碳含量對不同土地利用方式的響應(yīng)Figure 4 Response of content of easily oxidizable carbon to different land uses

林地和栽培草地的DOC 含量在0 - 60 cm 土層均顯著高于農(nóng)田(P< 0.05),變化率分別為9.3%~54.7%和19.5%~39.4%,在60 - 100 cm 土層與農(nóng)田均無明顯差異。天然草地和果園的DOC 含量在0 - 80 cm土層均顯著高于農(nóng)田(P< 0.05),其變化率為21.6%~95.1%和19.9%~48.4%;在80 - 100 cm 土層與農(nóng)田均無明顯差異(圖5)。

圖5 可溶性有機碳含量對不同土地利用方式的響應(yīng)Figure 5 Response of content of dissolved organic carbon to different land uses

林地的MBC 含量在0 - 100 cm 土層顯著高于農(nóng)田(P< 0.05),變化率為8.9%~77.5%。果園和天然草地的MBC 含量在0 - 80 cm 土層均顯著高于農(nóng)田(P< 0.05),變化率分別為22.8%~123.1%和30.6%~53.8%,在80 - 100 cm 土層深度與農(nóng)田均無明顯差異。栽培草地的MBC 含量在0 - 60 cm 土層顯著高于農(nóng)田(P< 0.05),變化率為17.9%~61.0%;在60 - 100 cm 土層與農(nóng)田無明顯差異(圖6)。

圖6 微生物量有機碳含量對不同土地利用方式的響應(yīng)Figure 6 Response of content of microbial biomass carbon to different land uses

2.4 土壤總有機碳與活性有機碳的相關(guān)性分析

TOC 與POC、EOC、MBC 之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P< 0.01),而與DOC 之間無顯著相關(guān)關(guān)系(P> 0.05);POC 與EOC、DOC、MBC 之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P< 0.01);EOC 與MBC 之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P< 0.01);DOC 與EOC、MBC 之間均無顯著相關(guān)關(guān)系(P> 0.05) (表4)。

表4 總有機碳與活性有機碳的相關(guān)分析Table 4 Correlation analysis of total organic carbon and soil active organic carbon

3 討論

3.1 土壤總有機碳對不同土地利用方式的響應(yīng)

有機碳是土壤的一個重要組成部分,其在維持土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)特征中起著關(guān)鍵性作用,故被用來作為土壤質(zhì)量或健康評價的一個不可或缺的指標[21]。維持和提高土壤有機碳的含量已成為可持續(xù)農(nóng)業(yè)管理體系的一個重要目標[22]。土地利用方式的改變將會對土壤質(zhì)量產(chǎn)生重大影響,其中主要表現(xiàn)在土壤有機碳及其組分衰減和增加[21]。通過研究土壤有機碳及其活性碳組分對不同土地利用方式的響應(yīng),可以有效揭示土地利用方式改變對土壤質(zhì)量的影響及機理。許多研究表明,林地、果園和草地均能顯著提高土壤TOC 含量[14,23-24];但也有研究得出相反的觀點,賈艷[25]以紫色土為研究對象,整合分析了42 個不同土地利用方式對TOC 含量的影響,發(fā)現(xiàn)TOC 含量在不同土地利用方式中的分布為林地 > 農(nóng)田 > 果園 > 栽培草地。本研究整合分析結(jié)果也表明,林地、果園、天然草地和栽培草地均能顯著提高土壤TOC 含量。主要原因可能是不同的土地利用方式由于地表植被種類、管理方式等不同,每年向土壤中輸入的有機碳量也會有顯著差異[26]。在天然草地和栽培草地植被條件下,土壤有機碳源主要是地下根系和地上生物量,因此有機碳積累較多[27];在林地和果園植被條件下,土壤有機碳源主要為地表凋落物,每年大量的植物凋落物和殘渣的進入,這也可能有助于提高土壤有機碳含量[28];而農(nóng)田土壤有機碳積累量雖與有機肥施用量有關(guān)[29],但由于土壤耕作強度和頻率較高,破壞了土壤結(jié)構(gòu),使得土壤有機碳含量降低[30]。

土地利用方式對TOC 的效應(yīng)值因土層深度而存在異質(zhì)性,這與不同土地利用方式下植物根系的延展長度密切相關(guān)[31]。張彥軍等[24]整合分析了土地利用方式對土壤有機碳的影響,發(fā)現(xiàn)林地、草地和果園對0 - 40 cm 土層TOC 含量均有顯著影響,而對40 - 100 cm 土層TOC 含量的影響并不顯著;Gong等[23]整合分析了退耕還林對土壤TOC 的影響,發(fā)現(xiàn)林地土壤TOC 含量在0 - 100 cm 土層顯著高于農(nóng)田。天然草地植物根系分布較淺,很難在深層土壤內(nèi)扎根,農(nóng)地耕作深度一般在40 cm,對深層土壤的擾動也較弱,而林地和栽培草地根系分布較深,使得深層土壤仍然保持較高的有機質(zhì)輸送量,因此當土壤深度大于60 cm 后,林地和栽培草地對土壤TOC 含量仍然具有顯著正效應(yīng)。本研究同時發(fā)現(xiàn),林地和栽培草地對TOC 的固碳效應(yīng)優(yōu)于果園和天然草地,這也說明開展退耕還林還草可有效改善土壤質(zhì)量和增加土壤碳儲存。另外,本研究發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象,TOC 表現(xiàn)為果園0 - 20 cm 土層顯著低于農(nóng)田,這可能與果園和農(nóng)田的管理措施有關(guān)。

3.2 土壤活性有機碳對不同土地利用方式的響應(yīng)

土壤活性有機碳指的是在某一個特定的環(huán)境下,不僅可以被土壤中的某些微生物消化,同時還可以為植物的生長帶來所需養(yǎng)料的那部分碳素[32]。相關(guān)研究表明,土地利用方式主要通過有機物輸入[33]、植物根系分布[31]、土壤水分管理[5]等方面影響和改變土壤活性有機碳的含量。李太魁等[5]在川中丘陵區(qū)進行的研究表明果園土壤具有較高的DOC 和MBC 含量,林地次之,農(nóng)田最少。張華瑜等[9]的研究也表明果園土壤具有較高的MBC、EOC 和DOC含量,林地和農(nóng)田次之。但也有研究得出不同的觀點,王瑩等[6]的研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)田土壤MBC 含量顯著高于林地,EOC 和POC 含量與林地?zé)o明顯差異。本研究整合分析結(jié)果表明,林地、果園、天然草地和栽培草地均可不同程度地提高土壤活性有機碳含量,其中以林地和果園對EOC、MBC 含量提升幅度最大,天然草地次之,栽培草地最小,這主要可能是林地和果園土壤表層具有較多植物殘體[28,33],使得有機碳源可以持續(xù)進入土壤,再加上適宜的水熱條件[5],有助于提高土壤微生物活性,同時果園土壤中有機肥的施入也對提高EOC、MBC 含量具有重要的作用[29]。天然草地、林地比果園和栽培草地對POC 含量的提升幅度更大,這主要可能是人為活動破壞了果園和栽培草地土壤團聚體結(jié)構(gòu),大水穩(wěn)性團聚體數(shù)量減少[34],從而使POC 含量減少;天然草地和果園對DOC 含量有較大的影響,栽培草地次之,林地最小,這可能與DOC 的淋失和遷移有關(guān)[35]。

由于不同土層深度根系分布及相關(guān)土壤性質(zhì)的差異,土壤活性有機碳含量在土壤剖面表現(xiàn)出明顯層次性。劉晶等[36]研究了豫西黃土丘陵區(qū)林地、果園、草地等不同退耕形式下POC 含量的差異,結(jié)果表明,不同退耕方式下POC 含量的差異主要體現(xiàn)在40 cm 以上土層;陳高起等[37]研究了重慶巖溶區(qū)草地、果園和林地土壤POC、EOC、DOC 和MBC 含量,發(fā)現(xiàn)當土層的厚度小于40 cm 時,活性有機碳組分含量在3 種土地利用方式下的分布均為林地 >草地 > 果園。張帥等[38]對黃土丘陵區(qū)0 - 200 cm土層農(nóng)田、林地和撂荒地等土壤的EOC 和MBC 含量進行了研究,發(fā)現(xiàn)在0 - 60 cm 土層EOC 和MBC含量對土地利用變化的響應(yīng)更加敏感。而本研究整合分析結(jié)果表明,土地利用方式對POC 和MBC 的效應(yīng)值因土層深度而存在異質(zhì)性,林地和果園土壤POC 和MBC 含量分別在0 - 100 和0 - 80 cm 土層顯著高于農(nóng)田,天然草地和栽培草地的POC 和MBC 含量均在0 - 60 cm 土層顯著高于農(nóng)田,這說明林地、果園比天然草地、栽培草地對POC 和MBC的影響層次更深。造成這一現(xiàn)象的原因可能是林地的根系分布較深,使得深層土壤仍然保持較高的有機質(zhì)輸送量,因此當土層深度超過60 cm 后,林地的POC 和MBC 含量變化幅度高于農(nóng)田和天然草地,這也說明了深層土壤有機碳含量可能主要來自于根際[39]。相比于林地和果園,天然草地和栽培草地等草地植物根系之間更加密集,阻礙了土壤中氣體和水分的交換,因此在一定程度上導(dǎo)致了該類植物對土質(zhì)的改良效果稍顯不足,不利于POC 和MBC向土壤深層輸入[40]。果園土壤EOC 和DOC 含量均在0 - 80 cm 土層深度顯著高于農(nóng)田,林地土壤EOC 和DOC 含量分別在0 - 80 和0 - 60 cm 土層顯著高于農(nóng)田,栽培草地的EOC 和DOC 含量分別在0 - 100 和0 - 60 cm 土層顯著高于農(nóng)田,而天然草地對EOC 和DOC 含量的影響略有不同,其EOC含量在0 - 40 和60 - 100 cm 土層顯著增加,DOC含量則在0 - 80 cm 土層顯著增加,這與POC 和MBC 在土層中的分布有微小差異,究其原因,可能是由于DOC 大多數(shù)均是由最近一段時間內(nèi)土壤中腐爛的生物產(chǎn)生的,因此能夠直接加入到整個轉(zhuǎn)換的進程當中[41],但由于受降水、植被類型[42]、植被覆蓋狀況等因素的影響DOC 易發(fā)生淋失和遷移[35],使得DOC 在不同土地利用方式中差異較大。而EOC 因易受植物種類、微生物、凋落物的數(shù)量和質(zhì)量[43]以及不同土層間土壤水分、pH、溫度等多種因素的影響,使得EOC 在不同土層深度的分解和轉(zhuǎn)化具有很大的復(fù)雜性[32]。

3.3 土壤總有機碳與活性有機碳的關(guān)系

POC、EOC、DOC、MBC 等活性有機碳是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最為活躍的部分,主要參與地球生物化學(xué)循環(huán),雖然其僅占土壤有機碳的一小部分,但由于具有較高的生物利用率和損失率,在調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分流向、評估土壤潛在生產(chǎn)力等方面具有重要的意義[44]。不同的生態(tài)環(huán)境下,土壤活性有機碳與TOC 的相互關(guān)系并不一致,在高寒草地生態(tài)系統(tǒng)進行的研究表明,活性有機碳組分與TOC 以及活性有機碳各組分間均呈高度正相關(guān)關(guān)系[45-46];在南方濕潤區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn),TOC、POC、DOC 和EOC 僅在表層(0 - 5 cm)土層表現(xiàn)出顯著的正相關(guān),在5 cm以下土層沒有明顯的規(guī)律[47];在東北草地生態(tài)系統(tǒng)研究表明,POC 與其他活性有機碳組分之間均未表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性[48]。本研究采用整合分析法綜合分析了各個生態(tài)環(huán)境下的大量數(shù)據(jù),通過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)TOC 與DOC 以外的活性有機碳各組分之間具有極為顯著的正相關(guān)關(guān)系,這表明TOC 與活性有機碳組分含量密切相關(guān)且對土地利用方式的響應(yīng)具有一致性。而活性有機碳組分間的高度正相關(guān)則不僅體現(xiàn)了各組分相互聯(lián)系、互為包含、彼此促進的關(guān)系,同時也反映了土壤環(huán)境對各組分相對一致的影響趨勢,可為進一步探尋土壤總有機碳和活性有機碳形成、積累與轉(zhuǎn)化的機制及調(diào)控途徑提供重要信息。

土壤活性有機碳雖只占土壤總有機碳的較小部分,但對不同植被類型的微環(huán)境變化的響應(yīng)比總有機碳更為敏感[49],在土壤總有機碳變化可檢測之前就可以被檢測到,因而可以更好地反映土壤質(zhì)量[50]。隨土壤環(huán)境的變化,土壤總有機碳和活性有機碳也隨之發(fā)生變化,但變化幅度大小存在差異,變化幅度越大的指標則表明其對環(huán)境變化的敏感性越高[46]。本研究發(fā)現(xiàn),與農(nóng)田相比,林地、果園、天然草地、栽培草地均可增加土壤POC、EOC、DOC 和MBC含量,并呈現(xiàn)出與土壤TOC 相似的變化特征,但其變化幅度大小確實存在差異。土地利用方式的改變導(dǎo)致0 - 60 cm 土層土壤POC、EOC、DOC 和MBC含量分別增加了84.5%、41.1%、37.0%和59.7%,而TOC 含量增幅僅為12.7%。這表明不同土地利用方式下土壤POC、EOC、DOC 和MBC 等活性有機碳組分含量增加程度較TOC 明顯,這也進一步證明了活性有機碳對土地利用方式的變化較總有機碳更為敏感。而活性有機碳組分中,又以POC 變化幅度最大,說明土壤POC 可作為不同土地利用方式下土壤碳庫變化的敏感指標。

4 結(jié)論

本研究采用Meta 分析研究了林地、果園、天然草地、栽培草地、農(nóng)田5 種不同土地利用方式下0 - 100 cm 土壤剖面總有機碳及其活性組分的變化特征。結(jié)果表明,與農(nóng)田相比,以上4 種土地利用方式均能有效促進淺層(0 - 60 cm)土壤POC、EOC、DOC 和MBC 的形成。土壤活性有機碳組分,尤其是土壤POC 對土地利用方式變化的響應(yīng)更加敏感,可以作為不同土地利用方式下土壤碳庫變化的敏感指標。因土壤中活性有機碳組分易受氣候、土壤等自然因素的影響,未來關(guān)于土地利用方式變化對有機碳組分影響的研究中更應(yīng)注重氣候類型和土壤條件的亞組分析。

猜你喜歡
土壤有機土層林地
祁連山大野口流域典型灌叢土壤有機碳含量分布特征
黑土根際土壤有機碳及結(jié)構(gòu)對長期施肥的響應(yīng)
土釘噴錨在不同土層的支護應(yīng)用及效果分析
氮添加對亞熱帶常綠闊葉林土壤有機碳及土壤呼吸的影響
喀斯特槽谷區(qū)植被演替對土壤有機碳儲量及固碳潛力的影響研究
Summer Is Coming
土層 村與人 下
土層——伊當灣志
土層 沙與土 上
明水縣林地資源現(xiàn)狀及動態(tài)變化淺析