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Qingquan Xie1,2, Yongxian Liu3, Zihong Zhu1,2,4, Kongcao Xiao1,2, Dejun Li1,2*
1 Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China
2 Guangxi Key Laboratory of Karst Ecological Processes and Services, Huanjiang Observation and Research Station for Karst Ecosystems, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Huanjiang 547100, China
3 Guangxi Key Laboratory of Arable Land Conservation, Agricultural Resources and Environmental Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China
4 College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101408, China
摘要: 植树造林对土壤有机碳(SOC)固存非常重要,然而其在不同土壤深度的具体机制,特别是木质素和微生物残体碳(MNC)在SOC积累中的作用,尚未得到很好阐释。理解这些机制对于优化碳管理策略具有重要意义。针对这个问题,我们在中国西南亚热带喀斯特地区开展了一项配对样地研究,比较了14对玉米地与邻近的人工林。后者由玉米地退耕后造林而成,林龄约20年。我们测定了表层土壤(0–15 cm)和底层土壤(30–45 cm)中的木质素、MNC、SOC及其他土壤生物与非生物指标。结果表明,植树造林显著增加了两个土层的SOC、木质素和MNC含量。表土的木质素和MNC含量分别增加了74.5%和64.3% (p < 0.001)。底层土壤的SOC也显著增加,但木质素和MNC对SOC积累的相对重要性低于表土。进一步分析表明,矿物保护作用,特别是可交换性钙和镁的保护,是底层土壤SOC稳定的主导路径,解释了SOC变异的45%。本研究表明,植树造林后SOC累积存在着明显的、依赖于土层深度的路径:对于表土,SOC累积主要由生物输入(尤其是微生物残体)驱动;而在底层土壤中,通过阳离子桥和微团聚体保护等机制实现的矿物保护作用更重要。因此,有必要采取土层深度差异化的管理措施,例如,选择能够增强表土微生物活性的树种有助于该土层SOC累积,而在矿物质含量较高的地域造林更有助于底层SOC稳定,从而最大限度提升喀斯特区造林地的SOC固存能力。