植被恢復對喀斯特生態系統土壤氮固持研究獲進展

近日，中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站研究員王克林團隊在西南喀斯特植被恢復對土壤氮固持研究方面取得新進展。

氮素是生態系統的主要限制性元素之一，劇烈的人類活動會引起土地退化並導致土壤氮素的分解和流失。我國西南喀斯特區是受耕作活動干擾的生態脆弱帶，圍繞喀斯特地區石漠化治理與生態恢復，國家實施了退耕還林還草等一系列生態恢復工程。但前期研究表明喀斯特生態系統恢復初期主要受氮素限制，對植被恢復過程中的土壤氮固持潛力尚缺乏有效評價；同時，喀斯特區具有基岩廣泛出露、土層淺薄且不連續的特點，獨特的地質環境因子對植被恢復下的土壤氮固持效應的影響也缺乏明確認識。

針對這一科學問題，王克林與副研究員張偉共同指導博士生劉欣等在典型西南喀斯特流域採取10年的定點研究，在2005年和2014年分別收集了358個土壤定點數據。以耕地和人工牧草地為對照，通過分析不同植被恢復方式（耕地撂荒、耕地轉為人工牧草地、耕地轉為人工林、耕地轉為人工林和牧草混種、人工牧草地撂荒、人工牧草地轉為人工林和牧草混種）下的土壤全氮、有機碳變化特徵並記錄相應的環境因子信息，揭示了喀斯特生態系統植被恢復過程中土壤氮固持的趨勢與機制。

研究結果發現，植被恢復過程中喀斯特生態系統土壤氮素含量顯著提高，其中人工牧草撂荒和人工牧草轉為人工林與牧草混種的恢復模式也顯著提高了土壤氮素含量，但土壤氮儲量均無顯著變化。這是由於喀斯特區基岩出露影響了養分元素（土壤有機碳含量、土壤鈣離子含量等）的再分布，從而間接影響喀斯特生態系統土壤氮儲量，導致土壤氮固持能力並沒有隨氮含量的變化而顯著變化。植被恢復過程中土壤碳儲量以及碳氮比值顯著增加，說明喀斯特生態系統在植被恢復初期土壤碳、氮的積累存在脫耦現象。研究還表明土壤碳氮比值的變化與土壤氮儲量顯著相關，說明植被恢復過程中土壤碳和氮之間的耦合可能會受制於土壤氮固持能力。因此，為了退化喀斯特生態系統的快速恢復，需要在植被恢復早期採取能夠提高土壤氮固持能力的生態恢復措施。

該研究近期以Changes in soil nitrogen stocks following vegetation restoration in a typical karst catchment為題，發表在Land degradation & Development上。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中科院青年創新促進會等的支持。

圖1 不同恢復模式下土壤氮含量（a）和土壤氮儲量（b）的變化

圖2 結構方程模型分析環境因子對土壤氮儲量的直接和間接作用

來源：中國科學院亞熱帶農業生態研究所

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