岩溶地区土壤溶解有机碳的季节动态及环境效应VIP专享VIP免费

岩溶地区土壤溶解有机碳的季节动态及环境效应曹建华1,2，潘根兴2，袁道先1，姜光辉11.中国地质科学院岩溶地质研究所，国土资源部岩溶动力学重点实验室，广西桂林541004；2.南京农业大学资源环境学院，江苏南京210095摘要：对桂林岩溶试验场土壤溶解有机碳（DOC）进行了逐月的观测，结果显示DOC是岩溶生态系统中活跃的有机碳组分，在岩溶地区碳循环中发挥着重要的作用。一年中土壤DOC的变化特征表现为3个阶段：（1）3～7月，随气温升高、降雨量增加，土壤生物活性和新陈代谢能力极大提高，土壤溶解有机碳呈升高趋势；（2）8～11月，气温保持较高的水平，但降雨量偏低，土壤干燥，土壤微生物活性极大地减弱，土壤DOC质量分数全年最低；（3）12月至次年2月，随温度的降低，土壤生物活性逐渐降低，土壤DOC呈缓慢升高趋势，且与土壤微生物量碳之间存在互为消长的关系。土壤碳酸盐岩的溶蚀速率季节变化与土壤DOC之间存在负相关。文章还提出了岩溶地区土壤碳循环模式及DOC在其中的作用。关键词：土壤溶解有机碳；岩溶作用；碳循环；桂林中图分类号：X14文献标识码：A文章编号：1672-2175（2005）02-0224-06土壤溶解有机碳（DOC）是陆地生态系统中碳迁移研究中的热点[1~3]，与CO2研究一样，溶解有机碳已经渗透于全球碳循环研究的各个领域：如JoanDW等[4]研究了雨水中的溶解有机碳的浓度和动态，其浓度在海洋、大陆上空的雨水分别为23μmol/L和161μmol/L，比雨水中硝酸和硫酸之和还要高；AitkenheadJA等[5]通过对164条由陆地流向海洋的河流研究，揭示由大陆向海洋排泄的有机碳中，无机碳（HCO3-）占60%，有机碳占40%，以溶解有机碳形式存在的碳约占22%（3.6×1014g/a），这相当于“missingcarbon”的1/3。由于溶解有机碳的活泼性及在陆地生态过程中的作用，其研究具有重要的理论意义。全球碳酸盐岩分布面积2200万km2，约占陆地面积的15%[6,7]，由碳酸盐岩作为物质基础的岩溶生态系统是陆地生态系统的重要组成部分[8,9]。全球因岩溶作用每年回收大气CO2的碳量为6.08×1014g[10]。碳酸盐岩的可溶性，使土壤环境中活跃的CO2和溶解有机碳与岩溶作用密切相关[11]。本文以桂林岩溶试验场为例，探索土壤溶解有机碳的季节动态特征，分析土壤溶解有机碳在岩溶环境中的作用。1材料与方法1.1野外研究点概况桂林岩溶试验场位于桂林东南8km处的丫吉村附近，处于桂林典型的峰丛洼地与峰林平原交界地带，为一个2km2的峰丛洼地系统，构成场区峰丛洼地的岩溶地层为上泥盆统融县组（D3r），主要岩石成分为浅灰色至白色致密质纯中厚层泥亮晶颗粒石灰岩，区内最高峰海拔652m，而附近的峰林平原的平原地面标高150m。该区属亚热带季风区，多年平均气温18.8℃、降雨量为1915.2mm，降雨分配不均匀，4~8月的总降雨量占全年降雨量的70.32%。场区的土壤为棕色石灰土，山体的上部土壤稀薄，哑口土壤厚30~50cm，A层有机碳质量分数45.59g/kg；坡地土壤较厚，可达70~150cm，A层有机碳质量分数34.17g/kg；洼地中的土壤层厚可达300~500cm，A层有机碳质量分数45.80g/kg。区内土壤覆盖率约为30％。植被覆盖以次生灌丛林为主，覆盖度为60%~80%，树高2~2.5m，多刺、叶革质及小叶型，表现出喜钙和耐旱性。主要树种有石山樟、广西芒林、黄荆、火棘、竹叶椒、穿破石、云石、石岩枫、崖棕、石山巴豆、南天竹、水竹、杨奶、九龙藤、桂林紫微、苞茅、零余薯等。1.2监测指标及方法土壤呼吸排放CO2速率：碱吸收法监测土壤呼吸排放CO2速率[12]，监测点设在哑口。土壤溶解有机碳、土壤微生物量：按0~20cm、20~50cm取土样，在冰箱中保鲜。土壤微生物量用氯仿-熏蒸-培养提取法[13]；土壤溶解有机碳用TOC-V总有机碳分析仪[14]。碳酸盐岩溶蚀率：用标准圆形石灰岩溶蚀试片，置放于土下20cm、50cm处，监测碳酸盐岩溶蚀速率。每季度获得一组数据。气温、降雨量：利用实验场的小型气象设备，监测每日的气温、降雨量。观测周期为每月1次(碳酸盐岩溶蚀速率为每3个月1次)，持续时间为1年(2000年3月至2001年4月)；监测点分为哑口、坡地和洼地。2结果2.1土壤溶解有机碳的季节动态土壤环境中的溶解有机碳既是微生物分解有机质的代谢产物，又是微生物生长...