土壤改良对岩溶碳汇影响的试验研究——以广西平果果化示范区为例

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在全球碳循环研究中,人们日益关注陆地生态系统对大气 CO2的源汇效应。表层岩溶系统中,土壤作为岩溶作用发生的重要媒介,其理化性质的变化及土壤生物活动的产物对岩溶作用强度产生重要影响。我国西南岩溶区生态环境脆弱,土地承载力低,人地矛盾突出,分布着面积较广的中低产田,农业生产受到严重限制。将石漠化综合治理与岩溶区土壤固碳增汇有机结合,成为研究的热点。在长期的石漠化治理过程中,已经探索出一系列较为可行的土壤改良技术,在借鉴优质土壤改良技术的基础上,深入研究土壤改良对岩溶碳汇的影响,为探索岩溶地区固碳增汇途径提供科学依据。  本研究以岩溶动力学理论为基础,结合地球系统科学思维的模式,利用以糖厂滤泥为主的有机肥对石灰土进行改良,依据岩溶作用发生的机理,从土壤理化性质、野外溶蚀试验、土壤渗透水化学指标、土壤生物量、土壤环境因子动态监测等方面,对土壤改良效果进行全面深入的分析,探究了岩溶区土壤改良对碳酸盐岩溶蚀作用的影响,并计算了可能产生的碳汇量。  利用有机肥改良土壤首先对土壤理化性质有较大的改善,经过改良之后,土壤气相、液相、固相三相比得到了调节,使得土壤调节水、肥、气、热的能力得到了提升。其次,经过改良之后,土壤有机质及土壤微量元素有效态含量提高,土壤有机碳储量由改良前的36534.53t增加为37335.44t,增加量为800.90t。土壤养分的增加,促进了作物的光合作用,有利于吸收大气中的CO2,同时土壤生物活性的增强,有利于土壤中形成高浓度的CO2,促进了岩溶作用的发生。此外,有机质分解及植物根系分泌产生的有机酸,在促进碳酸盐岩溶蚀的同时,与土壤中 Ca2+离子结合形成稳定的有机质组分,增加了土壤有机碳的稳定性。  利用主成份分析法,可知,研究区内,影响土壤中岩溶作用的主要因素为土壤深度和土壤 CO2浓度,土壤深度受到碳酸盐岩成土速率的影响,在土壤熟化和形成过程中,土壤生物作用不容忽视。土壤 CO2浓度主要来源于土壤内动植物的呼吸作用和微生物分解有机碳时的释放。此外,植物根系分泌的有机酸及有机质被分解时产生的有机酸能够促进岩溶作用的正向运动。因此,土壤生物作用对碳酸盐岩的溶蚀产生重要影响,经过改良后的土壤,土层10-20cm养分得到提高,土壤根系更加发达,土壤生物活性提高,使得土壤 CO2浓度增加量较大,最大值出现在春季土层20cm处,为28875.24mg/m3。  石灰岩试片溶蚀量在不同土层、不同地块内溶蚀速率差异性较大,溶蚀速率最大出现在土层40cm处,为3.1796 mg/(cm2?a),在土层20cm处出现峰值,为2.9166 mg/(cm2?a),这也表明了土壤生物活动以及土壤厚度对岩溶作用产生影响。  利用所得数据,对土壤改良后可能增加的碳汇量做了估算,如果将果化示范区内66.41hm2耕地土壤进行改良,则较未改良耕地增汇2.75 tCO2/a。  经过改良后,地上生物量大为提高,试验区生物量达973.80g/m2,是对照区生物量的1.85倍,同时作物产量也有较大提高,试验区比对照区火龙果增产27.64%,花生增产37.73%,扣除投资成本和劳务误工费,农户至少每年增收30000元/(年·hm2),因此,本研究所用的土壤改良措施具有可推广性和易接受性,能够成为岩溶区固碳增汇途径进行推广应用。
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