喀斯特地區(qū)耕作擾動觸發(fā)土壤碳氮養(yǎng)分損失過程機制取得系列進展

　　近日,中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站王克林研究員團隊在喀斯特石灰土耕作擾動下土壤養(yǎng)分損失過程機制方面的研究取得系列進展。 　　  

　　西南喀斯特地區(qū)土層淺薄、二元結(jié)構(gòu)發(fā)育、水土資源不匹配,生態(tài)環(huán)境極為脆弱。近現(xiàn)代以來,由于不合理的土地利用和高強度人為干擾,導(dǎo)致植被破壞后較難恢復(fù),水土流失加劇,土壤養(yǎng)分大量損失,以石漠化為特征的土地退化嚴重。以往的研究表明,喀斯特自然生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮養(yǎng)分含量顯著高于同地區(qū)紅壤,然而在開墾利用后呈現(xiàn)急劇損失的特征(原生土壤開墾兩年后SOM損失率達20%-40%),但目前對其損失過程和機制仍缺乏充分認知,難以支撐喀斯特土壤退化過程阻控和生態(tài)功能高效提升。 　　  

　　針對以上問題,基于不同翻耕頻率處理及玉米種植的原位控制試驗,以土壤團聚體和微生物為切入點,通過連續(xù)監(jiān)測土壤碳氮養(yǎng)分變化及關(guān)鍵過程,初步探明耕作擾動下喀斯特土壤碳氮損失過程及機制,以期為喀斯特地區(qū)生態(tài)保護和有限土地資源的可持續(xù)利用提供科學依據(jù)。結(jié)果表明:(1)翻耕擾動主要破碎5-8mm粒級大團聚體,土壤總氮損失主要源于5-8 mm粒級團聚體閉蓄態(tài)有機質(zhì)釋放后被微生物迅速礦化利用,土壤硝化過程增強,大量硝態(tài)氮淋溶丟失,并伴隨較高的地下水體污染風險。(2)翻耕擾動導(dǎo)致土壤活性碳庫迅速降低(DOC、MBC等),促進CO₂的排放。夏季高翻耕擾動顯著提高CO₂排放通量,但是冬季各處理排放無顯著差異。在夏季減少翻耕頻率或者免耕是緩解CO₂排放的有效途徑。(3)玉米種植通過提高微生物代謝活性加速有機物的分解,進而促進CO₂排放,但是作物生長過程和作物殘渣的存留會增加碳的輸入,有利于土壤SOC的儲存。喀斯特地區(qū)微生物量主要受翻耕擾動影響,而微生物代謝功能更多的是受玉米種植的影響。 　　  

　　以上研究成果在王克林研究員、張偉研究員指導(dǎo)下,博士研究生肖霜霜、肖丹分別作為第一作者發(fā)表在Soil & Tillage Research、Geoderma和Journal of Soils and Sediments上。研究得到國家重點研發(fā)計劃、973計劃和國家自然科學基金等項目支持。

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圖1 耕作擾動下可溶性氮組成變化

圖2 SEM分析翻耕次數(shù)、大團聚體及微生物量對氮素損失的影響

圖3 CO₂排放速率（A）及年累計排放量（B）的季節(jié)變化