三峡库区消落带恢复重建植被下土壤微生物生物量碳氮磷变化特征

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三峡工程全面运行后,每年的水位变化形成垂直落差达30 m,面积约350 km~2的消落带。水位变化频繁导致消落带内植被大量消亡,植被恢复是恢复消落带生态完整性的友好措施,也是维护三峡河岸生态系统功能和服务的关键。为探究三峡库区消落带人工植被恢复重建后土壤质量及肥力的变化,本研究选择库区汝溪河流域重庆市忠县石宝镇的典型乡村消落带海拔段145~155 m、155~165 m和165~175 m不同植被类型的土壤为研究对象,并以裸地作为对照。分别于2016年6月(T1)、2016年9月(T2)、2017年6月(T3)及2017年9月(T4)进行原位采样,测定土壤微生物生物量碳、氮、磷和相关理化性质。结果表明:(1)在三峡消落带相同海拔段土壤含水量人工草本植被最高,人工乔木植被次之,裸地最差,其中乔木植被土壤含水量在四个时期无显著性差异,表现较为稳定。与裸地土壤pH值(6.89—7.56)相比,进行人工乔木植被恢复会使土壤pH值整体从弱碱性变为弱酸性(6.22—6.84)。经历水淹后各植被类型土壤pH值均略有升高,低海拔段土壤pH值更高。6~9月落干期人工植被恢复生长能提高土壤全量养分的含量,但土壤速效养分含量整体呈下降趋势。经历一次水淹后各植被类型土壤理化性质变化不一致,2017年相比于2016年同一时期土壤养分含量整体上逐渐升高。在海拔段145~155 m进行狗牙根人工植被恢复能提高土壤化学养分含量,其中土壤全量养分在不同时期能达到显著差异性,在海拔段155~165 m和165~175 m分别进行狗牙根与牛鞭草植被恢复更能显著增加土壤养分含量,有利于改善土壤理化性质。(2)在三峡消落带内各海拔段进行人工植被恢复均能显著提高土壤微生物生物量,对土壤微生物资源恢复具有重要意义。与不同植被类型相比,人工恢复草本植被狗牙根在消落带三个海拔段内土壤微生物生物量均处于较高水平,人工恢复乔木植被落羽杉在海拔段165~175 m土壤微生物生物量处于较高水平。土壤微生物生物量相比土壤全量养分周转速度快,在植被恢复生长时间较短时就可达到显著差异性。在时间变化上,在T2-T3经历一次淹水后各植被类型土壤微生物生物量整体呈现下降趋势;T1-T2和T3-T4落干期植被恢复生长期能显著提高土壤微生物生物量;2017年相比于2016年同一时期土壤微生物生物量整体表现为略有升高。(3)落羽杉土壤微生物生物量碳氮比(7:1—9:1)在四个时期波动范围小,表明微生物区系中真菌(10:1)含量相对丰富,有稳定且较强的固碳能力。同种植被类型土壤SMBC/SOC和SMBN/TN呈现出明显的随着海拔段升高而升高的规律。在时间变化上各植被类型土壤SMBC/SOC和SMBN/TN在T2-T3经历一次水淹后略有下降,在T1-T2和T3-T4落干期植被恢复生长期小幅升高,2017年相比于2016年同一时期整体表现为略有升高。进行人工植被恢复能显著提高土壤微生物对土壤碳氮磷库的贡献,其中在海拔段145~155 m和155~165 m狗牙根对土壤碳氮磷贡献均最高,在海拔段165~175 m落羽杉对土壤碳氮库贡献最高,狗牙根和牛鞭草草本植被对土壤磷库贡献最高。综上所述,进行人工植被恢复能有效改善土壤理化性质,并且能够显著提高土壤微生物生物量及其对土壤碳氮磷库的贡献。建议在库区水土流失严重的地区加强植被恢复生态建设,提高库岸生态系统的稳定性。同时应该注意不同海拔段间的差异,对植被类型和种植模式进行选取,以达到最佳的土壤质量恢复效果。从土壤理化性质和土壤微生物生物量的角度考虑,在海拔段145~155 m和155~165m进行狗牙根人工植被恢复,及在海拔段165~175 m进行落羽杉人工乔木植被与狗牙根和牛鞭草草本植被混植恢复模式能更有效改善土壤质量。
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