岩溶区开荒退耕对土壤碳氮耦合关系的影响及作用机制

摘要

岩溶区生态恢复过程中，大部分退耕地具有深翻耕的开荒历史，但较少被关注，对是否引起土壤碳氮耦合关系变化的认识不足。本文在石漠化生态修复示范区内选择典型开荒退耕地，并以传统耕地作为对比，采集从地表到基岩的土壤样品共计39个，分析土壤有机碳（SOC）含量、全氮（TN）含量、土壤稳定同位素¹³C的自然丰度(δ¹³C_SOC)和碳氮比（C/N）。通过相关性分析和主成分分析研究土壤垂直剖面碳氮耦合关系及其作用机制。研究结果表明，传统耕地土壤剖面碳氮呈耦合变化，主要受植被源碳输入和微生物分解碳的程度调控，随着土壤深度增加，植被源碳氮输入逐渐减少，微生物碳分解活动受碳氮供应不足限制（即“碳氮限制”）,符合一般规律。相比之下，开荒退耕地SOC含量和TN含量均值分别为2.23%±0.33%和0.25%±0.03%,分别比耕地高出74.2%和66.7%。SOC与TN含量不具相关性，且δ¹³C_SOC与SOC之间为正相关，呈现明显的碳氮“解耦合”特征。主要原因是开荒导致表层与深层土壤置换，原深层贫氮土壤在表层得到大气氮沉降和岩石氮额外补充，原表层富氮土壤又补充了深层土壤氮，解除了“氮限制”;原表层富碳土壤埋藏在深部（45～65 cm）后分解速率降低，解除了“碳限制”。本文研究成果丰富了岩溶土壤碳氮耦合关系理论，为生态修复下的岩溶石山区碳氮分布格局和存储评价等提供重要参考。

关键词

岩溶 / 开荒退耕 / 土壤有机碳 / 总氮 / 土壤有机碳稳定碳同位素 / 碳氮比

基金资助

广西科技基地和人才专项(桂科AD23026022); 桂林市创新平台和人才计划项目(20220125-6); 中国地质科学院岩溶地质研究所基本科研业务费项目(2023001,2023020); 中国地质调查局地质调查项目(DD20230453)