亞熱帶紅壤區(qū)不同植被恢復(fù)類型土壤有機(jī)碳δ13C特征

李燕燕 劉亮英 吳春生 丘滿園 劉苑秋，*

(1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與藝術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330045；2 南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院，江西 南昌 330099)

森林砍伐轉(zhuǎn)為耕地或草原經(jīng)常伴隨著植被類型的轉(zhuǎn)換(C3-C4)，從而引起土壤有機(jī)碳(soil organic carbon，SOC)的變化過(guò)程中發(fā)生新老有機(jī)碳的更替[1-2]。C3和C4植物屬于不同類型的光合型植物，二者光合途徑的差異，導(dǎo)致其體內(nèi)光合產(chǎn)物13C含量存在差異[3]。地上植被是土壤有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源，土壤有機(jī)質(zhì)的腐殖化和礦化過(guò)程伴隨著碳同位素的分餾，從而使土壤有機(jī)碳的δ13C能夠記錄植被的δ13C信息，成為判斷土壤有機(jī)碳來(lái)源的重要手段[4-5]。目前土地利用變化后有機(jī)碳來(lái)源研究大多集中在森林或自然草地開(kāi)墾后的耕地上[6-9]，也有學(xué)者開(kāi)始關(guān)注反向過(guò)程中土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)的研究[10-11]，以期了解由耕地或退化草地(C4)轉(zhuǎn)換為森林(C3)后，來(lái)源于不同森林類型的土壤有機(jī)碳能否在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入土壤有機(jī)碳庫(kù)，以及哪些因素主導(dǎo)著舊碳的分解和新碳的積累，但在南方紅壤退化草地森林恢復(fù)過(guò)程中對(duì)土壤有機(jī)碳來(lái)源及其影響因素的研究較少。

利用13C自然豐度法，分析退化草地(C4)被不同植被恢復(fù)類型替代后土壤有機(jī)碳的δ13C及其周轉(zhuǎn)特征，能夠更深入地了解南方退化紅壤區(qū)植被恢復(fù)過(guò)程中有機(jī)碳的循環(huán)及其影響機(jī)制。在南方紅壤區(qū)森林砍伐后重新造林的區(qū)域，一些學(xué)者通過(guò)土壤有機(jī)碳δ13C的變化來(lái)解釋造林對(duì)土壤碳循環(huán)和儲(chǔ)存的影響[12-13]，但在退化草地上造林后用土壤有機(jī)碳δ13C的變化研究不同植被恢復(fù)類型對(duì)土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)影響的研究較少。自1991年開(kāi)始，江西泰和開(kāi)展了以消滅荒山、恢復(fù)重建森林生態(tài)系統(tǒng)為目標(biāo)的森林植被恢復(fù)試驗(yàn)，在試驗(yàn)地前期的研究中發(fā)現(xiàn)，自然恢復(fù)草地的土壤總有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳、真菌數(shù)量和酶活性指標(biāo)均高于針葉純林，卻低于闊葉純林，林地土壤有機(jī)碳在粉黏粒中周轉(zhuǎn)時(shí)間最短[14-16]，但對(duì)于馬尾松林和木荷林中減少或增加的有機(jī)碳中新碳比例以及有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)等問(wèn)題的研究尚不明確。因此本研究選取亞熱帶紅壤區(qū)內(nèi)2種主要的造林樹(shù)種(馬尾松和木荷)形成的針葉純林和闊葉純林為研究對(duì)象，根據(jù)草地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾笸寥烙袡C(jī)碳對(duì)δ13C的分餾特征、計(jì)算土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)規(guī)律，探討不同植被恢復(fù)對(duì)土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)的影響，合理評(píng)估造林對(duì)土壤有機(jī)碳匯的影響，旨在為紅壤區(qū)森林恢復(fù)樹(shù)種的選擇和經(jīng)營(yíng)提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地屬于長(zhǎng)期森林恢復(fù)試驗(yàn)基地，位于江西省泰和縣(26°44′N，115°04′E)，海拔80 m，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)性氣候，年均氣溫18.6℃，年均降水量1 726 mm，降雨多集中在4—6月，而7—9月高溫干旱。土壤成土母質(zhì)是第四紀(jì)紅粘土，表層石礫含量較多，屬于典型的紅壤低丘崗地。20世紀(jì)80年代以前，由于長(zhǎng)期的樵采、割茅、挖蔸和過(guò)牧等人為干擾，山坡上原生常綠闊葉林已不存在，植被覆蓋度僅為0.3，且分布不均，形成以C4植物為主的荒山灌木草叢，雜草主要類型為野古草(Arundinellaanomala)、黃茅(Heteropogoncontortus)、狗尾草(Setariaviridis)等。1991年為實(shí)現(xiàn)綠化荒山、重建森林生態(tài)系統(tǒng)的目標(biāo)，泰和縣林業(yè)局與江西農(nóng)業(yè)大學(xué)合作選用馬尾松(PinusmassonianaLamb)、濕地松(PinuselliottiiEnglem)、木荷(SchimasuperbaGardn. et Champ)、楓香(LiquidambarfomosanaHance)等樹(shù)種(C3植物)造林，建立了面積為133 hm2、植被恢復(fù)類型多樣化的試驗(yàn)基地，目前植被覆蓋度達(dá)0.9以上，林相結(jié)構(gòu)完整，森林小氣候已經(jīng)形成。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年8月選取馬尾松和木荷2種林分，每個(gè)林分隨機(jī)設(shè)立3個(gè)樣地，并選擇3塊自然恢復(fù)的草地作為對(duì)照區(qū)(CK)，每個(gè)樣地設(shè)置面積為20 m×20 m的大樣方，在大樣方內(nèi)再設(shè)置5個(gè)1 m×1 m的小樣方。樣地信息詳見(jiàn)表1。

為比較馬尾松林和木荷林與亞熱帶自然演替頂極森林群落的差距，另選擇了位于井岡山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)的成熟闊葉林(26′29′N，114°11′E)進(jìn)行比較，喬木層優(yōu)勢(shì)樹(shù)種為木荷、甜櫧[Castanopsiseyrei(Champ.)Tutch]、羅浮栲(Castanopsisfabri)和銀木荷(SchimaargenteaPritz. exDiels)，灌木層為野牡丹(MelastomacandidumD.Don)、朱砂根(Ardisiacrenatasims)，林地內(nèi)無(wú)人為干擾，群落平均高度18 m，林分郁閉度0.8，土壤為山地黃棕壤，表層土有機(jī)質(zhì)含量高達(dá)79.2 g·kg-1。

表1 不同植被恢復(fù)類型林分和土壤基本信息Table 1 Basic characteristic of stand and soil in different vegetation restoration type

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 鮮葉、枯落物和土壤樣品的采集 自然恢復(fù)草地樣地選取優(yōu)勢(shì)草類并采集鮮葉；馬尾松林和木荷林樣地分別選取喬木、灌木和草類鮮葉，隨機(jī)采集混勻后裝入大號(hào)自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，用去離子水洗凈后裝入紙袋，65℃烘干至恒重，使用植物粉碎機(jī)粉碎后裝袋保存。

在5個(gè)小樣方內(nèi)收集所有枯枝落葉，混合均勻后裝入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，挑出雜物，65℃烘干至恒重，粉碎后裝袋保存。

每個(gè)大樣方內(nèi)以“S”型選取5個(gè)剖面，挖掘剖面深度40 cm，每個(gè)剖面按0～10、10～20、20～40 cm土層深度取樣，采樣前先清除土壤表面的植被和枯落物。每個(gè)樣地同一層土壤樣品混勻后帶回實(shí)驗(yàn)室，挑出動(dòng)、植物殘?bào)w和石礫后自然風(fēng)干，先過(guò)10目土壤篩，再按四分法取樣研磨，依次通過(guò)60目、100目土壤篩后裝袋保存。稱取1 g過(guò)篩后土壤樣品，加入20 mL 1 mol·L-1的鹽酸20 mL，浸泡24 h后除去土壤中的無(wú)機(jī)碳，然后用去離子水充分洗凈過(guò)量鹽酸，置于60℃干燥箱中烘干至恒重，冷卻、粉碎，過(guò)60目篩密封保存。

1.3.2δ13C的測(cè)定 植被和土壤有機(jī)碳的δ13C采用上海交通大學(xué)分析測(cè)試中心Vario EL Ⅲ-Isoprime型元素分析同位素質(zhì)譜聯(lián)用儀(德國(guó)Elementar)測(cè)定。將粉碎的植物和經(jīng)過(guò)鹽酸處理的土壤樣品放入氧化管中，加入三氧化鎢，于1 150℃真空條件下燃燒，產(chǎn)生的CO2氣體經(jīng)過(guò)吸附-解吸附裝置被有效地分離，再使用熱導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)碳含量和碳同位素值，氦氣作為載氣和吹掃氣。采用國(guó)際通用的δ表示碳同位素比值：

δ13C=[(13C/12C)樣品/(13C/12C)標(biāo)準(zhǔn)-l]×1000‰

(1)

式中，(13C/12C)標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)品USGS40(左旋谷氨酸，L-glutamic acid)(δ13CVPDB=-26.39‰±0.04‰)。

土壤有機(jī)碳δ13C計(jì)算來(lái)源于新碳的比例[17]：

(2)

Fgrassland=100-Fforest

(3)

式中，F(xiàn)forest為土壤有機(jī)碳來(lái)源于林分的比例，δ13Cnew為林地土壤有機(jī)碳的δ13C，δ13Cold為林分恢復(fù)前草地土壤有機(jī)碳的δ13C，δ13Cbiomass為恢復(fù)林植被的δ13C；Fgrassland為來(lái)源于草地的土壤有機(jī)碳。

1.3.3 土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時(shí)間 土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時(shí)間用土地?cái)_動(dòng)后不同來(lái)源土壤有機(jī)碳在土壤中的平均存留時(shí)間(mean residence time，MRT)表示，根據(jù)公式計(jì)算：

MRT=1/k

(4)

式中，k是一級(jí)分解常數(shù)[18]，即有機(jī)碳分解率，計(jì)算公式為：

(5)

式中，t為草地轉(zhuǎn)變?yōu)樯值臅r(shí)間，a，本研究中植被轉(zhuǎn)換時(shí)間t=25 a。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件計(jì)算有機(jī)碳含量和δ13C的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差，用Pearson相關(guān)系數(shù)分析土壤有機(jī)碳δ13C和枯落物碳δ13C的相關(guān)關(guān)系，用Origin 8.5軟件對(duì)有機(jī)碳垂直分布和來(lái)源、分解速率進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮葉-枯落物-土壤δ13C垂直分布特征

由表2可知，從鮮葉δ13C來(lái)看，自然恢復(fù)草地植被類型以C4植物為主，而森林恢復(fù)重建25 a后，地上喬木和林下植被以C3植物為主。自然恢復(fù)草地枯落物δ13C比鮮葉高0.07個(gè)千分點(diǎn)；馬尾松林和木荷林枯落物的δ13C分別比鮮葉高2.24和0.53個(gè)千分點(diǎn)。草地枯落物的δ13C顯著高于馬尾松林和木荷林。此外，3種植被類型從鮮葉到枯落物的δ13C富集作用均不明顯。

自然恢復(fù)草地和成熟闊葉林中土壤有機(jī)碳的δ13C比枯落物δ13C分別增加2.21和2.62個(gè)千分點(diǎn)；自然恢復(fù)草地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R尾松林和木荷林后，土壤有機(jī)碳的δ13C比枯落物δ13C分別增加了7.46和10.53個(gè)千分點(diǎn)，可以看出0～40 cm土層土壤有機(jī)碳為原有草地和當(dāng)前恢復(fù)林分的混合物。

對(duì)土壤各土層土壤有機(jī)碳δ13C與枯落物δ13C進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)(表3)，枯落物δ13C與0～10 cm土層土壤有機(jī)碳δ13C之間呈極顯著正相關(guān)，與20～40cm土層土壤有機(jī)碳δ13C呈正相關(guān)，但相關(guān)性不顯著；0～10和10～20 cm土層土壤有機(jī)碳的δ13C呈顯著正相關(guān)，表明凋落物分解主要影響表層土壤有機(jī)碳，深層土壤有機(jī)碳主要受植物根系的影響[19]。

表2 不同植被類型植被-土壤系統(tǒng)δ13C分布特征Table 2 δ13C distribution in vegetation-soil system under different vegetation types /‰

2.2 土壤有機(jī)碳δ13C剖面分布

3種植被恢復(fù)類型土壤有機(jī)碳δ13C分布特征如圖1所示。馬尾松林和木荷林土壤有機(jī)碳δ13C均隨土壤深度增加而不斷增大，2種林分20～40 cm土層土壤有機(jī)碳δ13CSOC分別比0～10 cm土層土壤增加4.0和4.2個(gè)千分點(diǎn)。自然恢復(fù)草地土壤有機(jī)碳δ13C隨土壤深度增加略微減小，20～40土層土壤有機(jī)碳δ13C較表層土壤有機(jī)碳δ13C的增幅只有1.3個(gè)千分點(diǎn)。比較各土層3種植被恢復(fù)類型土壤有機(jī)碳δ13C的差異發(fā)現(xiàn)，0～10 cm土層，自然恢復(fù)草地土壤有機(jī)碳δ13C顯著高于馬尾松林和木荷林；10～20 cm土層，自然恢復(fù)草地和木荷林有機(jī)碳δ13C顯著高于馬尾松林；20～40 cm土層，自然恢復(fù)草地和2種林分間的土壤有機(jī)碳δ13C無(wú)顯著差異。

表3 各土層土壤有機(jī)碳δ13C與凋落物δ13C的相關(guān)關(guān)系Table 3 Pearson correlation between δ13C of SOC and δ13C of floor litter

注：不同小寫(xiě)字母表示不同植被類型間存在顯著 差異(P<0.05)。下同。Note: Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level among different vegetation types. The same as following.圖1 不同植被恢復(fù)類型土壤有 機(jī)碳δ13C垂直分布Fig.1 SOC δ13C versus depth curves in different vegetation restoration

2.3 不同森林恢復(fù)類型土壤有機(jī)碳來(lái)源

地上植被發(fā)生變化后，土壤有機(jī)碳的來(lái)源也發(fā)生了改變。明確土壤有機(jī)碳的來(lái)源，對(duì)更加合理、準(zhǔn)確評(píng)估森林恢復(fù)過(guò)程新碳(森林碳)的輸入和舊碳(原有草地有機(jī)碳)的分解有重要意義。2種林分土壤有機(jī)碳來(lái)源于新碳的比例如圖2所示。在馬尾松林中，0～10和10～20 cm土層來(lái)源于新碳的比例分別為45%和32%，而在木荷林中，0～10和10～20 cm土層來(lái)源于新碳的比例僅為33%和6%。在0～20 cm土層，馬尾松林土壤有機(jī)碳來(lái)源于新碳的比例均顯著高于木荷林。

退化草地轉(zhuǎn)換為森林后，隨著不同類型森林凋落物轉(zhuǎn)變?yōu)樾绿歼M(jìn)入土壤，草地(C4植物)土壤有機(jī)碳的分解隨之發(fā)生了改變。由圖3可知，木荷林0～10土層土壤有機(jī)碳分解速率為0.016，低于馬尾松林中0～10 cm土層土壤有機(jī)碳分解速率(0.024)，新碳對(duì)表層土有機(jī)碳的分解影響最大，馬尾松林和木荷林0～10 cm土層土壤有機(jī)碳分解速率分別是20～40 cm土層的2.64和7.67倍。綜合土壤有機(jī)碳含量可知，木荷林枯枝落葉進(jìn)入土壤后不僅促進(jìn)了自身凋落物的有機(jī)碳進(jìn)入土壤，而且對(duì)原有草地形成的有機(jī)碳具有一定的保護(hù)作用。

圖2 馬尾松林和木荷林土壤有機(jī)碳來(lái)源于新碳的比例Fig.2 Fraction of SOC derived from Pinus massoniana and Schima superba forests

圖3 馬尾松林和木荷林土壤有機(jī)碳分解速率Fig.3 Decomposition rate of SOC in Pinus massoniana and Schima superba forests

3 討論

3.1 植被恢復(fù)類型對(duì)鮮葉-枯落物-土壤δ13C垂直分布特征的影響

新鮮植物殘?bào)w不斷分解形成的腐殖質(zhì)化物質(zhì)構(gòu)成了土壤有機(jī)質(zhì)的主要物質(zhì)，而土壤有機(jī)碳的分解過(guò)程會(huì)發(fā)生同位素分餾現(xiàn)象，使土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定碳同位素組成與地上植被相比存在明顯的13C富集過(guò)程。在自然恢復(fù)草地和本區(qū)域的成熟闊葉林(表2)中，從枯落物到土壤呈現(xiàn)13C的富集現(xiàn)象，這與加拿大北部溫帶地區(qū)和我國(guó)南亞熱帶地區(qū)植物-土壤系統(tǒng)有機(jī)碳13C的垂直分布一致[20-21]，表明長(zhǎng)期單一植被覆蓋下，碳從枯落物到轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)的過(guò)程中可促使土壤有機(jī)碳富集13C。

對(duì)多個(gè)氣候帶上植被δ13C和土壤有機(jī)碳δ13C的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，一般土壤有機(jī)質(zhì)的δ13C值與來(lái)源植物物料的δ13C值有小幅增加，增幅在0.9～1.4個(gè)千分點(diǎn)之間[2]。而本研究中自然恢復(fù)草地和成熟闊葉林的增幅分別為2.21和2.62個(gè)千分點(diǎn)，超出上述范圍，但低于貴州喀斯特地區(qū)黃壤剖面和石灰土剖面δ13C的增幅[22]。對(duì)自然恢復(fù)草地而言可能是草地根系淺，土壤pH值較高，微生物的活性較強(qiáng)，表層土壤有機(jī)質(zhì)分解速率和周轉(zhuǎn)速度較快，產(chǎn)生的碳同位素分餾較大，從而使表層土壤有機(jī)質(zhì)較相應(yīng)的枯枝落葉δ13C的上升幅度較高；對(duì)于成熟闊葉林則由于土壤pH值較低，表層土壤有機(jī)質(zhì)分解速率和周轉(zhuǎn)速度較慢，產(chǎn)生的碳同位素分餾較小，從而使表層土壤有機(jī)碳相應(yīng)的枯枝落葉δ13C有較低的上升幅度[11，21]。

一個(gè)地區(qū)的土壤長(zhǎng)期在單一光合作用植被類型覆蓋且未受到侵蝕時(shí)，其土壤有機(jī)碳δ13C一般隨著土層深度的增加而增大[19, 23]。在本研究中自然恢復(fù)草地0～40 cm土層有機(jī)碳δ13C并未隨著深度的增加而增大，其原因可能是試驗(yàn)地位于亞熱帶丘陵土地退化區(qū)，自然恢復(fù)草地表層土壤仍然發(fā)生著侵蝕和有機(jī)碳的流失。Menichetti等[24]對(duì)5個(gè)歐洲長(zhǎng)年裸地的研究發(fā)現(xiàn)，土壤初期的有機(jī)碳含量損失了33%～65%，δ13C平均值增長(zhǎng)了0.008～0.024個(gè)百分點(diǎn)，顯示土壤有機(jī)碳δ13C增大與土壤有機(jī)碳的流失存在關(guān)聯(lián)。經(jīng)過(guò)森林的重建與恢復(fù)后，隨著表層土壤有機(jī)碳δ13C的減小，退化土壤受到侵蝕的程度可能減緩。

3.2 土壤有機(jī)碳含量與δ13C的關(guān)系

明確土壤有機(jī)碳含量與δ13C的關(guān)系，有助于了解土壤有機(jī)碳的積累和分解。學(xué)者們用不同的方法分析了土壤有機(jī)碳含量和土壤有機(jī)碳δ13C的關(guān)系，試圖闡明土壤有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程對(duì)13C組分分餾的響應(yīng)[25-27]。Wynn等[25]提出土壤有機(jī)碳濃度的自然對(duì)數(shù)與其同位素組成有強(qiáng)烈的相關(guān)性；Harden等[26]在熱帶雨林(植被在相同光合途徑之間轉(zhuǎn)換)土壤的研究發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳δ13C和有機(jī)碳含量自然對(duì)數(shù)成負(fù)線性關(guān)系，這一趨勢(shì)在我國(guó)其他地區(qū)的森林土壤中也有發(fā)現(xiàn)，如亞熱帶紅壤區(qū)濕地松林土壤和溫帶長(zhǎng)白山的垂直地帶森林土壤[27-28]。而樸河春等[29]在喀斯特植被演替的研究中提出土壤有機(jī)碳含量的倒數(shù)和土壤有機(jī)碳δ13C之間有一定的線性關(guān)系。在本研究中由C4植被轉(zhuǎn)換來(lái)的木荷林、成熟闊葉林的土壤有機(jī)碳濃度自然對(duì)數(shù)與土壤有機(jī)碳δ13C之間均存在顯著的線性回歸關(guān)系(圖4，R2=0.881和R2=0.670)，而自然恢復(fù)草地與馬尾松林中二者之間線性關(guān)系(未展示)較弱，這可能是由于木荷林比馬尾松林具有更強(qiáng)的水土保持功能，減少了水土流失，同時(shí)也減少了土壤草地原來(lái)有機(jī)碳和其他養(yǎng)分的損失，使其朝著植被正向演替的方向進(jìn)行。

圖4 土壤有機(jī)碳δ13C與有機(jī)碳含量自然對(duì)數(shù)之間的關(guān)系Fig.4 Relationship between δ13CSOC and the logarithmic value of SOC

3.3 不同植被恢復(fù)類型土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)

根據(jù)公式(4)可以計(jì)算出馬尾松林和木荷林中有機(jī)碳的存留時(shí)間分別為42和66 a，高于室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)用13C方法計(jì)算的紅壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時(shí)間，但低于用14C示蹤方法估算出的塞罕壩人工造林土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)時(shí)間[30]，可能是研究方法不同使土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時(shí)間的估算產(chǎn)生差異。室內(nèi)試驗(yàn)周期短，在短時(shí)間尺度的土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)研究中具有十分廣泛的應(yīng)用，卻很難跟蹤土壤中占主導(dǎo)地位的更長(zhǎng)時(shí)間尺度的碳動(dòng)力學(xué)過(guò)程，從而導(dǎo)致對(duì)土壤有機(jī)碳分解速率存在一定程度的高估；14C示蹤方法主要用于估算十年至百年土壤有機(jī)碳的分解過(guò)程，所推算的土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時(shí)間普遍較長(zhǎng)，且14C標(biāo)記需要特定場(chǎng)所，難以實(shí)現(xiàn)田間原位研究，此外，14C需要放射性測(cè)量?jī)x器分析，試驗(yàn)參數(shù)不確定，而13C自然豐度法則具有安全、無(wú)污染、易控制等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)植被發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)進(jìn)行有機(jī)碳周轉(zhuǎn)研究適用性較好[31-32]。

Novara等[18]用13C方法在對(duì)草地(C3→C4)和葡萄園(C4→C3)的研究發(fā)現(xiàn)，葡萄園中有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)時(shí)間比草地的慢將近10倍，達(dá)到了183 a，也慢于本區(qū)域土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)時(shí)間，可能是由兩區(qū)域氣候條件差異導(dǎo)致的，紅壤地區(qū)溫度高、濕度大，加快了土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)。在大氣CO2濃度升高的大背景下，土壤碳庫(kù)的轉(zhuǎn)化與更新過(guò)程在時(shí)間和空間上發(fā)生了改變[33]，今后可通過(guò)13C標(biāo)記技術(shù)，定量研究CO2濃度升高對(duì)土壤有機(jī)碳不同碳庫(kù)的轉(zhuǎn)化過(guò)程及其影響因素，為評(píng)估紅壤地區(qū)植被恢復(fù)林的“碳匯(源)”功能提供依據(jù)。

4 結(jié)論

退化草地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R尾松林和木荷林后，植被類型以C3植物為主，改變了土壤有機(jī)碳δ13C的垂直分布特征，對(duì)土壤有機(jī)碳的影響主要發(fā)生在表層。木荷林進(jìn)入土壤有機(jī)碳存留時(shí)間更長(zhǎng)，降低了分解速率，表明木荷造林不僅能更好地保護(hù)原有草地舊碳，而且有助于森林形成的新碳進(jìn)入土壤，是退化紅壤區(qū)植被恢復(fù)可選用的優(yōu)良樹(shù)種。由于馬尾松對(duì)貧瘠土壤較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在我國(guó)退化紅壤區(qū)多采用馬尾松飛播造林，從土壤有機(jī)碳的積累和周轉(zhuǎn)角度考慮，應(yīng)當(dāng)通過(guò)人工促進(jìn)的方式使其轉(zhuǎn)變?yōu)槌＞G木荷林，使土壤結(jié)構(gòu)和功能得到進(jìn)一步提升，從而更好地發(fā)揮紅壤地區(qū)森林土壤的碳匯功能。