紅壤侵蝕地馬尾松林恢復(fù)后土壤有機(jī)碳庫動(dòng)態(tài)

何圣嘉，謝錦升，曾宏達(dá)，田 浩，周艷翔，胥 超，呂茂奎，楊玉盛

(濕潤(rùn)亞熱帶山地生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，福建師范大學(xué)，福州 350007)

近年來，退化地造林已成為國(guó)際上普遍用于保護(hù)土壤，阻止荒漠化，并增加土壤碳吸存的一個(gè)方法，而由此新產(chǎn)生的巨大碳匯對(duì)緩解今后大氣CO2濃度升高、減緩全球氣候變化具有重要意義［1］。隨著土地利用/覆被變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量的影響成為全球碳循環(huán)與氣候變化的一大研究熱點(diǎn)，圍繞土地利用變化對(duì)土壤碳庫影響的研究在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的開展［2］，但有關(guān)侵蝕退化地植被恢復(fù)對(duì)土壤有機(jī)碳影響的研究仍相對(duì)匱乏［3］。土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量是土壤中動(dòng)植物殘?bào)w等有機(jī)物質(zhì)的輸入與損失之間的動(dòng)態(tài)平衡［4］，是一個(gè)受氣候、植被、土壤性狀、土地利用變化等因素綜合影響的動(dòng)態(tài)變化過程。因此，基于土壤有機(jī)碳庫靜態(tài)基礎(chǔ)上的研究并不能很好地反映土壤有機(jī)碳庫的動(dòng)態(tài)變化，而土壤有機(jī)碳模型將是唯一可能的方法［5］。以洛桑實(shí)驗(yàn)站100多年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)而建立的RothC模型，所需參數(shù)較少，且易獲取，是目前世界上影響較大的土壤碳循環(huán)機(jī)理模型之一。由于受土壤類型、氣候和土地利用變化等因素的限制，RothC模型在對(duì)熱帶土壤濕度和作物覆蓋對(duì)有機(jī)質(zhì)分解速度影響［6］、水稻土有機(jī)碳變化的預(yù)測(cè)［7］及土地利用變化引起土壤有機(jī)碳驟降情況的模擬［8］可能存在相對(duì)較大的偏差;但就整體而言，RothC模型成功地模擬了世界不同地區(qū)耕地、草地以及林地土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)［8-11］，能夠較為準(zhǔn)確地反映土壤有機(jī)碳的變化趨勢(shì)。

自20世紀(jì)80年代以來，長(zhǎng)期的水土保持生態(tài)恢復(fù)工作使得南方紅壤侵蝕區(qū)恢復(fù)了大面積的馬尾松，在改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、增加林業(yè)碳匯等方面成效顯著。然而，由于當(dāng)前有關(guān)南方紅壤侵蝕區(qū)馬尾松生態(tài)恢復(fù)后土壤有機(jī)碳庫動(dòng)態(tài)的研究甚少，導(dǎo)致在對(duì)馬尾松水土保持林作效益評(píng)價(jià)時(shí)往往缺少對(duì)其碳匯效益的評(píng)估［12］。本研究以RothC模型為主要研究手段，旨在研究紅壤侵蝕地馬尾松恢復(fù)過程中土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)變化，以期為RothC模型在該地區(qū)適用性問題和今后水土保持生態(tài)恢復(fù)工作及其相應(yīng)林地碳增匯評(píng)價(jià)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)與試驗(yàn)地概況

長(zhǎng)汀縣河田鎮(zhèn)地處福建西南部汀江上游，東經(jīng) 116°18'—116°31'，北緯 25°33'—25°48'，海拔 300—500m，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均降雨量、蒸發(fā)量分別為1700mm和1403mm;年平均氣溫17.5—19.2℃。土壤主要為燕山運(yùn)動(dòng)早期形成的中粗?；◢弾r發(fā)育的紅壤，可蝕性較高，原有地帶性植被(常綠闊葉林)基本破壞殆盡，現(xiàn)以馬尾松(Pinus massoniana)次生林和人工林為主。該鎮(zhèn)的水土流失面積為13586.8 hm2，約占全鎮(zhèn)土地面積的 46.7%(2003 年調(diào)查資料)［12］。

本研究中涉及的試驗(yàn)樣地包括:(1)植被恢復(fù)前對(duì)照區(qū)，分別于河田鎮(zhèn)的游屋背、馬坑壟以及石官凹、科教園及烏石崠附近未采取生態(tài)恢復(fù)措施侵蝕退化地設(shè)置對(duì)照;對(duì)照區(qū)的土壤侵蝕一般達(dá)強(qiáng)度以上，林地表層土壤流失殆盡，淀積層出露，地表植被以稀疏的馬尾松小老頭樹和少量芒萁(Dicranopteris dichotoma)、野古草(Arundinclla setosa)為主;表層(0—20cm)土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.4—5.3g/kg，馬尾松平均胸徑和樹高分別為4.3—6.6cm 與3.1—4.6cm，平均林分密度為611 株/hm2，林下植被蓋度小于0.6，有的甚至低于0.3。(2)侵蝕地恢復(fù)治理馬尾松樣地概況見表1。

1.2 樣地布設(shè)與采樣分析

于2011年7月在每個(gè)試驗(yàn)地設(shè)立3個(gè)20m×20m的標(biāo)準(zhǔn)地，分別進(jìn)行本底和生物量調(diào)查。在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地的上、中、下坡各布設(shè)一個(gè)樣點(diǎn)，調(diào)查深度為1m土壤剖面的特征，進(jìn)行分層取樣，用環(huán)刀法測(cè)定土壤的容重和含水量。除此之外，為使表層0—20cm土壤樣品更加具有代表性，用內(nèi)徑為5cm的土鉆在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)根據(jù)隨機(jī)、等量、多點(diǎn)混合的原則，選取10個(gè)點(diǎn)按0—10和10—20cm進(jìn)行分層取樣。用濃硫酸-重鉻酸鉀外加熱氧化法測(cè)定土壤有機(jī)碳含量［13］。

表1 研究樣地基本概況Table 1 Basic situation of study area

1.3 RothC 模型

RothC模型是依據(jù)洛桑實(shí)驗(yàn)站100多年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的，是目前世界上影響較大的土壤碳循環(huán)機(jī)理模型之一;該模型根據(jù)土壤有機(jī)碳的分解速率將土壤有機(jī)碳庫劃分為4個(gè)活性碳庫(易分解植物殘?bào)w(DPM)、難分解植物殘?bào)w(RPM)、微生物生物量(BIO)、腐殖質(zhì)(HUM))和1個(gè)惰性碳庫(IOM)，各分庫有機(jī)碳的分解周轉(zhuǎn)見圖1。

圖1 RothC模型結(jié)構(gòu)圖［14］Fig.1 The structure of the Rothamsted Carbon Model

1.4 參數(shù)輸入

1.4.1 氣象數(shù)據(jù)

RothC 26.3模型所需的氣象數(shù)據(jù)包括月平均溫度、月平均降雨量和蒸發(fā)量(由長(zhǎng)汀縣氣象局提供，為1951—1990近40年逐月平均值)(表2)。

1.4.2 土壤及管理數(shù)據(jù)

過去一些研究［15-17］表明本研究區(qū)未治理侵蝕退化地表層(0—20cm)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量大致為3.29—3.83 tC/hm2，與本研究中游坊屋背樣地表層碳儲(chǔ)量(3.61 tC/hm2)較為接近，故以此為整個(gè)研究區(qū)馬尾松恢復(fù)前侵蝕地碳儲(chǔ)量的背景值，作為模型模擬的起始點(diǎn)，運(yùn)用模型逆向運(yùn)行計(jì)算得到各分庫的初始值。造林后的具體措施主要參考之前相關(guān)研究以及長(zhǎng)汀縣2005、2007、2008植被恢復(fù)工程施工設(shè)計(jì)，然鑒于水東坊馬尾松樣地的歷史資料相對(duì)完整，故以此作為治理初期的管理措施:每666.7m2施粗垃圾1000 kg，豬糞375 kg，鈣鎂磷肥25 kg，硼砂1 kg，并于種植前施碳銨25kg，過磷酸鈣11.5 kg;造林成活后追肥兩次，每次每666.7m2施1.5kg尿素，并于第2年追施尿素5kg，第3年追施磷酸鈣10kg，碳銨10kg。

表2 研究區(qū)氣象數(shù)據(jù)Table 2 Climate data of study area

DPM/RPM為輸入植物殘?bào)w中易分解有機(jī)物質(zhì)與難分解有機(jī)物質(zhì)的比例，DPM/RPM的值越小，表示輸入有機(jī)碳的分解越緩慢。然而，由于一些客觀原因本研究沒有對(duì)該指標(biāo)進(jìn)行實(shí)測(cè)，故采用模型的預(yù)設(shè)值0.25(落葉林地)。樣地土壤年植物殘?bào)w的輸入量則通過以植被較差的侵蝕地(游屋背)為背景，在已知土壤有機(jī)碳的情況下，運(yùn)用模型逆向運(yùn)行的功能計(jì)算維持該有機(jī)碳水平所需的有機(jī)碳數(shù)量輸入量，之后則以實(shí)測(cè)樣地的植物殘?bào)w輸入量為基礎(chǔ)，結(jié)合馬尾松林年凋落物量與林齡、胸徑、樹高的關(guān)系方程［18］按比例推算樣地每年通過植物殘?bào)w輸入的有機(jī)碳量。然而，將實(shí)測(cè)的 IOM數(shù)據(jù)與用 Falloon等［18］提出的經(jīng)驗(yàn)公式(IOM=0.049TOC1.139)比較發(fā)現(xiàn)，用以上公式計(jì)算得到的IOM值僅為實(shí)測(cè)值的16%—56%。之前Xu［20］與Leifeld［21］的研究中同樣也存在類似的現(xiàn)象。故本研究用實(shí)測(cè)的IOM代替模型模擬得到的初始IOM值，并根據(jù)以下公式，對(duì)年植物殘?bào)w輸入量進(jìn)行了校正［20］。

式中，M0和M1分別表示原先計(jì)算得到的年植物殘?bào)w輸入量和校正后的年植物殘?bào)w輸入量。本研究中RothC 26.3模型所用到的土壤數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)見表3。

表3 模型所需土壤及其他數(shù)據(jù)Table 3 Soil and other data required by the model

1.5 數(shù)據(jù)分析與模擬結(jié)果評(píng)價(jià)

采用Excel2003與SPSS17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析。利用均方根誤差(RMSE)、平均誤差(M)、模擬效率值(EF)和決定系數(shù)(CD)對(duì)模型模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 模型校正與結(jié)果評(píng)價(jià)

本研究中利用伯湖、石官凹、烏石崠、水東坊馬尾松樣地表層土壤的實(shí)測(cè)有機(jī)碳數(shù)據(jù)(包括歷史數(shù)據(jù)，見表4)對(duì)RothC 26.3模型進(jìn)行了校正，然后用科教園、游坊、八十里河、露湖的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(含部分歷史數(shù)據(jù)，表4)對(duì)模型短期模擬結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，模型模擬結(jié)果評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果詳見表5。

從表4可以看出，馬尾松恢復(fù)過程中0—20cm土層有機(jī)碳儲(chǔ)量短期和長(zhǎng)期模擬的r都在0.9(P＜0.01)以上，模型模擬值與實(shí)測(cè)值之間表現(xiàn)出高度正相關(guān);而根據(jù)模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)值計(jì)算得到的平均誤差(M)較小，意味著模擬結(jié)果的整體偏差(一致性誤差)較小。然而，由于M的計(jì)算公式中不包含平方項(xiàng)，使得高于實(shí)測(cè)值或者低于實(shí)測(cè)值所產(chǎn)生的偏差可以相互抵消，容易忽略數(shù)據(jù)間非一致性偏差。CD值表示模擬值能夠解釋觀測(cè)值總體方差的比例，其值大于1表示模擬值能夠較實(shí)測(cè)均值更好地描述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。均方根誤差(RMSE)通?？芍苯佑糜诓煌Ｐ湍M結(jié)果中誤差大小的比較，其值越小表示模擬精度越高?？傮w來看，兩個(gè)模擬過程中RMSE都要小于20%(表3—表6)，且土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量長(zhǎng)期模擬的RMSE值接近10%，可見模擬預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間達(dá)到了較高的一致性;與此同時(shí)，模擬效率值(EF)都達(dá)到了0.7以上則表明模型的模擬效果較好。

表4 模型校正及驗(yàn)證數(shù)據(jù)Table 4 Calibration and verification data of the model

表5 模擬值與實(shí)測(cè)值比較分析Table 5 Comparative analysis of simulated and measured values

2.2 生態(tài)恢復(fù)過程中土壤碳庫動(dòng)態(tài)

過去紅壤侵蝕退化地馬尾松恢復(fù)過程中土壤有機(jī)碳庫動(dòng)態(tài)的反演(短期模擬)結(jié)果如圖2所示。在短期模擬的基礎(chǔ)上，以封禁治理26a的水東坊馬尾松樣地為背景，假設(shè)氣候、植物殘?bào)w輸入量等因子不變，對(duì)侵蝕退化地植被(馬尾松)建植后，在不受人為干擾的情況下，向當(dāng)?shù)仨敿?jí)群落(次生林)演替過程中表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化進(jìn)行模擬(圖3)，并對(duì)為期180a的模擬結(jié)果進(jìn)行回歸分析，得出了馬尾松林表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量與其恢復(fù)年限的相對(duì)關(guān)系方程(圖4):

式中，x為恢復(fù)年限(a)，y為有機(jī)碳儲(chǔ)量(tC/hm2)。

在本研究中，由于在造林前對(duì)侵蝕退化地施用了基肥(使侵蝕地0—20cm土層有機(jī)碳儲(chǔ)量已經(jīng)由原先的3.61tC/hm2迅速上升至 7.68tC/hm2)，而后又在造林成活后的前幾年又進(jìn)行了多次追肥，從而使侵蝕退化地在馬尾松林恢復(fù)6—7a后，其林地土壤碳儲(chǔ)量便表現(xiàn)出凈積累(圖2)。由于造林前的頻繁整地將有效促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳損失;加之馬尾松林建植初期林下植被的匱乏，造林整地容易引發(fā)較為嚴(yán)重的水土流失，進(jìn)一步造成土壤有機(jī)碳的大量流失;再者，因?yàn)樵炝殖跗趩棠緦优c根系的生物量都較小，使得土壤凋落物與死亡根系的輸入量不足以維持當(dāng)前土壤有機(jī)碳水平，故最終導(dǎo)致馬尾松林地土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量在造林后的前2a持續(xù)下降(下降速率約0.738 tC·hm-2·a-1)(圖2)，但隨著馬尾松幼林的快速生長(zhǎng)和林下植被的恢復(fù)，林地凋落物輸入量快速增加，造林后第3年表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量開始出現(xiàn)凈增長(zhǎng)(圖2，表6);但與造林前通過堆肥等措施后土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量水平相比，馬尾松林恢復(fù)后前5a，林地表層土壤的平均碳吸存速率為-0.104 tC/hm2(表現(xiàn)為碳源)，下降幅度達(dá)6.78%(表6)，顯著高于Paul等［23］報(bào)道的全球造林后的前5a土壤有機(jī)碳流失水平(3.64%)。

圖2 侵蝕地馬尾松恢復(fù)后土壤有機(jī)碳庫動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic of soil organic carbon in erosive land during the restoration of Pinus massoniana

圖3 長(zhǎng)期演替土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)模擬Fig.3 Simulation for dynamic of soil organic carbon during long succession

圖4 土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果回歸分析Fig.4 Regression analysis of simulation results of soil organic carbon dynamics

根據(jù)圖5可以看出，侵蝕退化地在馬尾松林建植后15—25a內(nèi)，林地表層土壤的碳吸存速率以非線性的形式增加，并達(dá)到最大值(約0.5—0.6 tC·hm-2·a-1);而馬尾松建植后30年內(nèi)表層土壤碳的平均積累速率約為0.385 tC·hm-2·a-1，略高于之前Post和Kwon［1］報(bào)道的重新建植的森林土壤碳的平均累積速率0.338 tC·hm-2·a-1。而在向當(dāng)?shù)仨敿?jí)群落演替過程中，表層土壤碳吸存的速率隨恢復(fù)時(shí)間的變化關(guān)系表現(xiàn)為類似于拋物線的形式，長(zhǎng)期平均碳吸存速率約為0.156 tC·hm-2·a-1。凋落物中的各個(gè)組分對(duì)林地養(yǎng)分歸還的貢獻(xiàn)有著較大的差別，其中凋落的針葉對(duì)馬尾松林地養(yǎng)分歸還的影響最大［24］，頻繁的清除林下凋落物(特別是松針)將直接減少土壤有機(jī)物質(zhì)和養(yǎng)分的輸入量。由于無法統(tǒng)計(jì)歷史上這類人為干擾的頻數(shù)與強(qiáng)度，故本研究中沒有排除這一人為干擾，可能使模擬結(jié)果存在一定的高估，造成估算得到的碳吸存量及壤碳吸存速率偏大。但就整體而言，RothC 26.3模型還是較好地模擬了侵蝕退化紅壤馬尾松恢復(fù)后林地表層土壤有機(jī)碳庫的動(dòng)態(tài)變化。

表6 植被恢復(fù)后前5年0—20cm土層碳庫動(dòng)態(tài)Table 6 Dynamic of 0—20cm soil organic carbon in first 5 years after restoration

圖5 恢復(fù)過程中表層土壤凈碳吸存量及固碳速率變化Fig.5 Quantity and rate of net carbon sequestration in topsoil during the restoration

2.3 林地土壤碳匯效益及固碳潛力評(píng)價(jià)

土壤碳吸存的速率、碳庫的大小及質(zhì)量通常取決于氣候、土壤、樹種、凋落物的性質(zhì)等因子的綜合作用，而土壤碳吸存速率在時(shí)間尺度上變化表現(xiàn)為非線性［25］，也就意味著土壤中所能固定的碳并非無限增加的，而是存在一個(gè)最大固持量，即碳飽和水平［26］。直接外推法和模型法是目前有關(guān)土地利用∕覆被變化后土壤碳匯效益及固碳潛力評(píng)價(jià)的主要手段。本研究以未經(jīng)治理的侵蝕退化地(CK1)為對(duì)照，根據(jù)直接外推法計(jì)算了侵蝕退化地馬尾松植被恢復(fù)過程中的碳匯效益;根據(jù)之前得到的馬尾松林表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量與其恢復(fù)年限的相對(duì)關(guān)系方程計(jì)算出0—20cm土層碳吸存達(dá)到平衡時(shí)所需的時(shí)間(約184a)和碳儲(chǔ)量(36.85 tC/hm2)，并以此為得到不同恢復(fù)階段土壤的固碳潛力和最大固碳潛力(33.26 tC/hm2)(表7)。整個(gè)演替過程中表層土壤的碳匯量及固碳潛力的計(jì)算公式如下:

式中，SCS為0—20cm土層碳匯量(tC/hm2)，x為馬尾松治理恢復(fù)年限(a)，ck1為侵蝕裸地(游坊屋背)表層(0—20cm)有機(jī)碳儲(chǔ)量(tC/hm2);SOCbalance為平衡時(shí)土壤碳儲(chǔ)量(tC/hm2)，SOC為當(dāng)前土壤碳儲(chǔ)量(tC/hm2)。

表7 侵蝕退化地馬尾松恢復(fù)過程中表層土壤碳匯及固碳潛力Table 7 Carbon sink and sequestration potential of topsoil during the restoration

根據(jù)表7可以發(fā)現(xiàn)，侵蝕退化地在馬尾松恢復(fù)20a內(nèi)，林地0—20cm土層對(duì)碳的固持量比治理前凈增了10 tC/hm2，而在接下來的25a內(nèi)的平均碳吸存速率下降為0.372 C·hm-2·a-1，碳匯量從20 tC/hm2上升至30 tC/hm2所需的時(shí)間約為67a，特別是從當(dāng)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量接近飽和時(shí)，表層土壤碳匯量增加3.26 tC/hm2(從30 tC/hm2上升為33.26 tC/hm2)所需的時(shí)間更是長(zhǎng)達(dá)74a左右。由此可見，當(dāng)土地利用方式或者土地管理措施發(fā)生變化后，土壤碳吸存的速率通?？梢栽诙唐趦?nèi)達(dá)到最大值［27］;具體表現(xiàn)為土壤有機(jī)碳水平越低(與飽和水平的差距越大)，土壤碳更為容易快速積累，且隨著土壤有機(jī)碳的不斷增加(與飽和水平的差距不斷縮小)，土壤對(duì)有機(jī)碳的固持能力不斷下降［25］;特別是當(dāng)土壤有機(jī)碳含量接近甚至達(dá)到飽和容量時(shí)，即便有外源碳的輸入，土壤有機(jī)碳庫亦不再增加［28］。

然而，土壤有機(jī)碳水平只是該地區(qū)天然條件(生產(chǎn)力、水分狀況、溫度等)下碳輸入與損耗的平衡狀態(tài)的反映，但并不是該地區(qū)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量上限的體現(xiàn)［26］。因此，當(dāng)外界條件發(fā)生改變(如:氣候變化等)，將影響土壤有機(jī)碳的平衡水平。目前國(guó)際上用于土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)模擬的模型基本是以一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ)來模擬土壤中各個(gè)分庫(模型概念庫)有機(jī)質(zhì)的分解，這也就意味著土壤達(dá)到平衡時(shí)的有機(jī)碳儲(chǔ)量與外源碳的輸入量具有線性關(guān)系;盡管這些模型對(duì)有機(jī)碳水平在中等以下的土壤的碳動(dòng)態(tài)的模擬效果較好，但隨著外源碳輸入的提高，可能會(huì)使有機(jī)碳周轉(zhuǎn)模型過高地估計(jì)土壤真正的固碳能力。正是基于土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)模型可能存在的不足，West［28］和Stewart［29］認(rèn)為當(dāng)土壤有機(jī)碳水平與其飽和值之間的差距較大時(shí)，采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程可以較好地實(shí)現(xiàn)土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)變化的模擬預(yù)測(cè)，但當(dāng)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量逼近碳平衡點(diǎn)時(shí)，用漸近線方程代替一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程可以更好地模擬碳庫動(dòng)態(tài)。本研究中對(duì)侵蝕退化地馬尾松恢復(fù)過程中林地土壤碳平衡點(diǎn)的估算是建立在有機(jī)碳輸入量、分解速率、氣候條件等不變、以及沒有人為干擾破壞的前提下進(jìn)行的。特別是氣候條件的改變，將直接或者間接地影響外源碳的輸入及土壤有機(jī)碳的分解，對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量飽和容量的模擬預(yù)測(cè)造成一些不確定的影響，需今后進(jìn)一步研究;由于研究過程中忽略了一些實(shí)際存在的人為干擾和破壞，將低估侵蝕地馬尾松演替過程中土壤碳儲(chǔ)量達(dá)到飽和點(diǎn)所需的時(shí)間。

3 結(jié)論

(1)RothC 26.3模型可以較好的模擬紅壤侵蝕退化地馬尾松恢復(fù)過程中0—20cm土層有機(jī)碳庫的動(dòng)態(tài)變化，短期模擬和長(zhǎng)期模擬都較好地反映了植被恢復(fù)過程中土壤有機(jī)碳的變化趨勢(shì)(R2達(dá)0.8以上)。侵蝕退化地在馬尾松林建植后，林地表層土壤碳吸存速率以非線性的形式上升，并在15—25a內(nèi)到達(dá)最大值約0.5—0.6 tC·hm-2·a-1，植被建植后30a內(nèi)表層土壤碳的平均積累速率為0.385 tC·hm-2·a-1，紅壤侵蝕退化地自馬尾松建植之后演替至當(dāng)?shù)仨敿?jí)群落整個(gè)過程中林地平均碳吸存速率為0.156 tC·hm-2·a-1。

(2)根據(jù)模擬結(jié)果的擬合方程，計(jì)算得到研究區(qū)紅壤侵蝕退化地0—20cm土層的碳飽和容量約為36.85 tC/hm2，固碳潛力約為33.26 tC/hm2(扣除對(duì)照后)。

(3)紅壤侵蝕退化地在馬尾松恢復(fù)20年內(nèi)，林地0—20cm土層凈碳匯量約為10 tC/hm2;而在接下來的25年內(nèi)，平均碳吸存則速率下降為0.372 tC·hm-2·a-1;碳匯量從20 tC/hm2上升至30 tC/hm2所需的時(shí)間約為67a，特別是從當(dāng)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量接近飽和時(shí)，表層土壤碳匯量增加3.26 tC/hm2(從30 tC/hm2上升為33.26 tC/hm2)所需的時(shí)間更是長(zhǎng)達(dá)74a左右。

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