发布时间 : 星期三 文章肖甸湖湿地农田转变为森林对土壤有机碳及土壤微生物量碳的影响更新完毕开始阅读d546f0136c175f0e7cd137c8
弃耕恢复、免耕、合理选择作物轮作、冬季用作物秸秆覆盖、减少夏季耕作、利用生物固氮等。一般认为，农业耕作活动停止后，土壤有机质增加[34]，这种增加与初级演替的积累一样[35]。大面积农业用地弃耕，已经成为一个潜在的重要碳汇[36]。免耕农业和草原植物的恢复等土地管理方式，有助于恢复土壤肥力，补充由于农业耕作而损，为固定大气碳提供了一种可能的途径。最近的研究表明，从1950 年以来施肥量增加，减少耕作和免耕[37]已经使威斯康辛州南部生产玉米作物的农田成为碳汇，这主要是因为收获后的残留物大量返回土壤的原因[38]。许多农业用地在经过从森林向农业用地转变而引起土壤碳明显损耗后，现在可以从大气中固持碳[39]，这可能是产生“未知汇”的一个原因。耕作历史是土壤系统恢复的重要影响因素，对同种类型土壤而言，耕作时间越长，恢复系统主要的生态功能所需的时间越长。农田弃耕后，土壤质量的演化方向主要取决于当地的气候条件。较好的气候条件能使植物的生产力增加，土壤有机质的输入量增大，从而使土壤结构不断改善，持水能力和入渗系数增大，物种多样性指数及丰度逐年增高，最终减少土壤的侵蚀作用[40]。但如果气候条件恶劣，植被分布稀疏，土壤侵蚀作用活跃，弃耕地土壤退化必然会发生，即弃耕地土壤质量向变差的方向发展。当前，对土壤碳库的动态过程和影响因素的认识仍有许多不清楚的地方，主要表现在土地利用变化对土壤有机碳影响的机理方面[41]，需要深入研究。这对实现土地的可持续利用有重要意义。
由于土壤有机碳在养分状态、田间持水量和土壤结构等多方面的有利影响，保持土壤有机碳的含量对于长期土地利用是很有意义的。但是，普遍高的碳含量背景值或土壤自然差异，使在短期内监测土壤有机碳的渐变过程显得很困难。为了有效地监测不同土地利用和管理方式下有机碳的变化，必须选用一些敏感指标。这方面的指标主要有：微生物量碳(microbial biomass carbon)，微生物商（the microbial quotient ），CO2 通量和qCO2 (metabolic quotient)，轻组有机质（light fraction organic matter）和颗粒态有机质（particulate organic matter），溶解态有机碳（dissolved organic carbon）。
土壤有机碳的动态是当前气候变化研究中的热点问题[42]，其中土地利用变化对土壤有机碳动态的影响是一个关键[43]。土地利用的改变是仅次于化石燃烧而使大气中CO2 浓度急剧增加的最主要人为活动，其变化不仅直接影响土壤有
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机碳的含量和分布，还通过影响与土壤有机碳形成和转化有关的因子，而间接影响土壤有机碳[44]。据估计，1850～1998年，已有（136±55）×109t碳通过土地利用变化从陆地生态系统（包括土壤和植被）排放到大气，占目前大气已增加CO2 数量的33%[45]。微生物生物量碳是其重要的组成部分。作为土壤活性碳的一部分，虽然只占土壤总有机碳的较小部分1%～4% ，但它既可以在土壤全碳变化之间反映土壤微小的变化，又直接参与了土壤生物化学转化过程，而且是土壤中植物有效养分的储备库，并能促进土壤养分的有效化。微生物生物量碳特别是森林土壤微生物生物量碳日益引起人们的重视。土壤微生物量碳含量虽然较少，但与土壤有机碳相比，土壤微生物量碳对土壤条件变化非常敏感，周转率更大，周转时间更短，所以微生物量碳比土壤有机碳变化更快，能在检测到土壤总碳量变化之前反映土壤有机质的变化。因此，分析微生物量碳对研究土壤碳素循环、土壤碳库平衡、土壤化学、生物化学特性具有重要意义[46]。
通常情况下，土壤微生物生物量(SMB) 分为微生物生物量碳( SMBC) 、微生物生物量氮(SMBN) 、微生物生物量磷(SMBP) 和微生物生物量硫(SMBS) 等，一般用微生物生物量碳来表示。目前研究发现,土壤微生物生物量碳受到许多因素的影响，如：碳氮限制、不同树种、土地利用方式、管理措施、土壤湿度和温度、土壤质地等。碳氮限制大量研究表明，土壤微生物生物量碳与土壤有机碳和全氮之间密切相关[47]。微生物大多数是异养型的，新鲜而易分解的生物有机质的含量往往是决定它们分布和活性的主要因素。Follett 研究发现，微生物进行周期性的生长，年输入的有机碳大多用于维持微生物的活动。当有机碳输入受限制时，微生物生物量将利用土壤中现存的活性有机碳直至耗尽为止，随后微生物生物量开始下降[48]。有学者认为土壤添加了葡萄糖或蔗糖等易分解碳源，则会使微生物的快速繁殖且活性增强，这表明微生物量的大小受到碳有效性的限制[49]。Kuikman报道，当土壤中的矿化氮增加时，微生物群落就开始分解具有较高碳氮比的基质，这表明较高碳氮比的基质的分解率受到氮有效性的限制[50]。Jonasson证明了北极土壤中无机碳的增加会刺激微生物的活性[51]。有机质的C/ N 比也能影响土壤的微生物生物量碳，有机质的C/ N比低的土壤其单位重量有机质所含的微生物生物量碳高于有机质C/ N 比高的土壤，说明有机质的品质对土壤微生物量的影响[52]。为评价不同生态系统中土壤C 和N 在限制土壤微生物生
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物量方面的重要性，Wardle 对22 种文献中的相关数据进行了分析，结果发现微生物生物量碳与底物的碳、氮成显著正相关，而且微生物生物量碳与底物氮的相关性比与底物碳的相关性来得强，表明大部分生态系统中，土壤氮主要影响微生物生物量碳的大小[53]。
20世纪70年代以来，随着土壤微生物生物量碳测定方法的不断改进和简化该领域的研究取得了重大进展。然而，随着近20年来，微生物生物量碳测定方法的不断改进，尤其是氯仿熏蒸培养法和PLFA法，使得土壤微生物生物量碳测定更加接近实际值。鉴于微生物生物量碳在全球碳循环中的重要作用，目前，国内外有关土壤微生物生物量碳的研究较多。
植被类型对土壤微生物生物量碳的影响。不同的植被类型因其地上部分生物量的差异使输入到土壤中的有机碳量明显不同,植被的种类不同其枯落物的质量也不同，以上两个方面均会影响土壤微生物的活动。从不同植被对土壤微生物生物量碳影响结果来看,呈现出的一般规律为:植被覆盖地>裸地，阔叶树种>针叶树种，天然林>人工林[54]。Wang调查了裸地、竹林、杉木林、柑桔林和水稻田5 种不同植被覆盖地土壤微生物生物量碳，结果表明裸地含量最低。朱志建[55]等比较了亚热带4 种最主要的森林植被下土壤微生物量碳含量，从平均值来看，常绿阔叶林最高，为0. 338 g/ kg，杉木林最低，为0. 260 g/ kg。再则，Wang在中国科学院森林生态实验地研究发现，与次生阔叶天然林相比，一代、二代杉木人工林的微生物生物量碳分别减少了47 %和54 %。这主要是由于天然林的根系统较庞大，且具有保护性的树冠,使得其与人工林相比，土壤比重更低，养分水平(尤其是N) 更高，而这种土壤环境更有利于微生物活动，固定更多的碳[56]。
土地利用方式不仅会使得土壤有机质发生变化，在一定程度上也会引起微生物量的波动[57]。多数研究表明，在相似的环境或土壤条件下,土地利用方式的不同对土壤微生物量碳有相当大的影响[58]。例如:J enkinson 和Powl son 对林地、草地、耕地表层土壤微生物生物量C 的测定结果表明,草地和林地土壤微生物生物量C 为耕地土壤的2～4 倍[59]。在印度4 种土地利用方式(森林、稀树草原、农田和煤矿土壤) 中，森林土壤微生物生物量C 最高(609μg C/ g) ，农田土壤最低(250μgC/ g) [60]。王小利等对亚热带红壤低山肯福样区的4 种不同土地利用方式表层0～20 cm 的微生物生物量穗状花序碳含量进行了研究，结果显示，水田>
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林地>旱地>果园[61]。
土壤是地球表面最大的有机碳库，全球土壤有机质碳库为1.5万亿吨，是陆地生物碳库的大约3倍，大气碳库的2～3倍。但土壤碳库既是二氧化碳的“汇”，也可能是“源”，将高有机碳含量的森林与草原土壤开垦为农田，以及农田的耕作管理措施不当，都会造成土壤有机碳含量下降，成为重大的二氧化碳排放源；但如果农业利用措施得当，就可以提升土壤有机碳含量，并维持在较高的含量水平。所以，考虑固碳减排问题决不可忽视土壤碳库的作用。
近几年来，为了明确土壤固碳与温室气体减排的自然潜力和主要途径，土壤固碳研究已经成为国内外应对气候变化研究中一个极其活跃的新兴研究领域。在全球陆地生态系统碳库中，只有农业土壤碳库是受到强烈的人为干扰,且在较短的时间尺度上可以调节的碳库。因而全球农业土壤碳库储量及其固碳能力是评估近期温室气体减排潜力的重要依据。
我国是世界上平均土壤碳密度较低的国家。据统计，我国表土平均有机碳密度略小于全球平均值，是欧盟国家平均值的70%～75%，可见土壤碳储存的差距是相当大的。这种低土壤碳密度的国情，一方面反映了我国生态系统总体质量较低，应对与抵御气候变化的自然能力较弱，另一方面也提供了我国固碳减排的巨大空间。这是我国可以通过生态系统恢复和农业生产可持续发展而增强应对气候变化能力的潜力所在，也受到了国际科学界的重视和肯定。
本文通过对肖甸湖森林公园不同土地利用方式分析，研究不同土地利用方式对土壤微生物量碳的影响，了解了土壤碳库对大气碳库的作用，进而为研究全球气候变化提供基础性依据。
本研究将为我国某些地区土地利用变化对土壤有机碳的影响及降低温室气体计算中不确定性有重要的理论和实际意义，同时也将促进国内土地利用变化对土壤有机碳的研究，并为在我国继续广泛深入研究土地利用变化对土壤有机碳提供参考。
2. 研究地概况与研究方法
2.1 研究地概况
肖甸湖森林公园位于江苏省苏州市同里镇屯村社区的东北部，东邻闻名全国
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