桂西北喀斯特峰丛洼地不同植被恢复方式下土壤有机碳组分变化特征

植被恢复被认为是提升退化区域土壤有机碳（SOC）固持的有效措施。然而,喀斯特脆弱生态系统植被人工恢复和自然恢复模式下SOC不同组分变化特征、稳定性和固持能力的研究还较缺乏。以典型喀斯特峰丛洼地为研究区,以耕地为对照,以恢复15年的人工恢复（人工林）和自然恢复（耕地撂荒后植被自然演替为灌丛）为研究对象,分析不同植被恢复模式下SOC、颗粒态有机碳（POC）、矿质结合态有机碳（MOC）、易氧化态有机碳（ROC）、惰性碳指数（RI）和SOC相对固持能力（SCS_capacity）变化特征。结果发现：（1）人工林和灌丛SOC、POC和ROC含量显著高于耕地,且灌丛POC和ROC含量显著高于人工林,MOC则在三者之间差异不显著;（2）与耕地相比,人工林和灌丛RI显著下降,但SCS_capacity差异不显著。研究表明,桂西北喀斯特峰丛洼地植被恢复15年后主要提升土壤活性碳组分,且自然恢复比人工恢复更有利于于提升土壤活性碳组分;然而,耕地退耕后短期内土壤碳稳定性并未增加,强调植被恢复后避免再次毁林开荒对于维持土壤碳固持的必要性。     

植被恢复对西南喀斯特地区土壤气候韧性的提升作用

土壤质量提升是生态系统应对气候变化能力增强的关键。为探究气候变化背景下不同植被恢复方式对喀斯特地区土壤质量的影响,基于黔桂喀斯特地区气候梯度样带84个样方土壤物理、化学和生物性质综合分析,分别以耕地和次生林作为退化和顶级恢复对照,探讨了自然恢复(灌木林)和人工恢复(人工林)的土壤质量提升效应及其对气候变化的响应。结果表明:(1)植被恢复不仅显著提高了土壤细菌、真菌、放线菌等微生物丰度以及有机碳、全氮、速效氮等养分含量,也对土壤质地有一定改善;(2)自然恢复和人工恢复均提高了土壤质量,两种恢复方式之间土壤质量指数无显著差异,但与次生林依然存在差距。灌木林和人工林的土壤质量仅约为次生林土壤质量的62%-66%;(3)耕地土壤质量随年均温和年平均降雨量的增加而下降,次生林的土壤质量随年平均降雨量的增加而上升,植被恢复对土壤质量的提升率与年均温和年平均降雨量呈正相关关系。阐明了在一定范围的气候变化下进行植被恢复可以显著提升喀斯特地区土壤的气候韧性,揭示了喀斯特地区植被恢复对土壤质量的提升主要是由于提高了土壤碳氮养分含量及改善了土壤微生物群落结构,这为全球气候变化背景下喀斯特退化土地生态恢复和管理提供了理论依据。     

典型喀斯特区不同植被恢复方式苔藓功能性状及其对土壤因子的响应

苔藓功能性状反映了苔藓对生长环境的响应与适应,对其所在土壤表层的功能特性具有重要指示意义。但喀斯特地区植被恢复初期苔藓功能性状与土壤因子关系还缺乏深入认识。以典型喀斯特峰丛洼地人工林、牧草和人工林+牧草3种植被恢复方式下苔藓为研究对象,分析了苔藓功能性状及其与土壤因子的关系。结果表明：（1）苔藓单位面积冠层质量（CMA）、冠层密度（CD）、生物量和饱和吸水量在牧草地有最大值。苔藓冠层高度在牧草地显著低于人工林和人工林+牧草,且牧草地苔藓营养元素含量较低。（2）人工林和人工林+牧草表层土壤（0-2 cm）养分含量和土壤含水量（SWC）较高,牧草地表层土壤养分含量和SWC较低。（3）冗余分析表明,苔藓营养性状（营养元素含量及化学计量比）与土壤因子主要呈正相关关系,而CMA、CD及生物量关联指标与土壤因子主要呈负相关关系,土壤交换性镁和SWC是影响苔藓功能性状的主要土壤因子。研究结果表明,苔藓通过不同的性状组合适应不同植被类型生境,其中牧草地更适宜苔藓拓殖和生长,可考虑将苔藓应用于牧草地对喀斯特退化生态系统进行修复。     

喀斯特石漠化地区不同退耕年限下桂牧1号杂交象草植物-土壤-微生物生态化学计量特征

耕地农作物种植与退耕地种草养畜是喀斯特主要的农业生产模式。以喀斯特地区农耕玉米地为对照,研究退耕还草1、5、7a(恢复初期、旺盛期、衰退期)3种年限下桂牧1号杂交象草地植物-土壤-微生物C、N、P生态化学计量特征及内在关联。结果表明:1)牧草地植物地上部分N、P含量均为5a牧草1a牧草7a牧草,C含量则刚好相反;3种退耕年限牧草地植物地上部分C∶N、C∶P、N∶P分别为26.50—33.91、631.70—2254.33、23.89—67.21,且均表现为7a牧草1a牧草5a牧草。2)土壤表层(0—10 cm)C、N、P含量均以玉米地最低,3种退耕年限牧草地中则均为5a牧草地最低;土壤C∶N、C∶P、N∶P在玉米及退耕牧草地之间均无显著差异(P0.05),平均值分别为9.20,27.88,3.38。3)玉米及牧草地土壤MB_C、MB_N、MB_P含量存在显著差异(P0.05);玉米地MB_C/SOC、MB_N/TN、MB_P/TP均高于牧草地,3种退耕年限牧草地中,则均为5a牧草地最高。4)MB_C、MB_P与土壤C、P含量分别呈显著线性正相关(P0.05);植物C、C∶N与土壤C、N含量均呈极显著线性负相关(P0.01)。分析表明,退耕还草地中植物与土壤系统C-N-P化学计量比表现出不一致的时间变化特征,且牧草地植物受P限制严重,尤以恢复旺盛期为甚。