陳香碧，何尋陽，胡亞軍，蘇以榮

（中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，湖南 長沙 410125）

中國西南地區(qū)的喀斯特地貌以其連續(xù)分布面積大、發(fā)育類型齊全、景觀秀麗和生態(tài)環(huán)境脆弱而著稱于世。其中，峰叢洼地是面積最大的喀斯特地貌類型，也是一類特殊的地表干旱缺水區(qū)，其物質(zhì)能量循環(huán)相對封閉[1]。由石灰?guī)r、白云巖和含有其他雜質(zhì)的碳酸鹽巖類巖石發(fā)育的喀斯特峰叢洼地區(qū)土壤呈中性至微堿性，土層淺薄，土壤的剖面形態(tài)、理化性質(zhì)等都區(qū)別于同緯度地帶性土壤[2-3]?？λ固厣硰?fù)雜，主要體現(xiàn)在地表出露巖石的非均勻性與地下巖石裂隙結(jié)構(gòu)的多樣性形成的多層生態(tài)空間結(jié)構(gòu)，是造成喀斯特土壤空間異質(zhì)性的重要原因[4]?？λ固胤鍏餐莸赝寥揽臻g分布高度異質(zhì)性表現(xiàn)為：由于巖石出露和裂隙極度發(fā)育，使得土壤在水平和垂直方向上分布不連續(xù)，土被極度破碎、土壤厚薄分布不均勻、土壤分布面積與土壤厚度之間沒有關(guān)聯(lián)。土壤空間異質(zhì)性和土被不連續(xù)性不僅改變土壤養(yǎng)分和水分的空間分布[5]，同時造成傳統(tǒng)的關(guān)于連續(xù)性土壤的研究方法在喀斯特區(qū)并不適用。因此，亟待研發(fā)反映喀斯特特殊立地環(huán)境的土壤研究方法和手段。

亞熱帶喀斯特森林系統(tǒng)的正向演替序列為草叢—草灌叢—灌叢—喬灌叢—常綠落葉闊葉林—常綠落葉闊葉混交林[6]。常綠落葉闊葉混交林為喀斯特森林頂級群落，其生態(tài)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性和結(jié)構(gòu)多樣性較高[7]。20世紀40年代至80年代，人口的急劇膨脹導(dǎo)致了尖銳的人地矛盾，人類為了生存，通過砍伐、墾殖、樵采、采礦、放牧、旅游開發(fā)和工程建設(shè)等方式對脆弱的喀斯特生態(tài)環(huán)境進行干擾與破壞，使其小氣候環(huán)境及土壤發(fā)生了劇烈變化，生態(tài)服務(wù)功能失調(diào)，氣溫和地表溫度增高，濕度降低，生境干旱化問題突出，造成絕大部分森林退化成草灌叢或草叢，部分地帶甚至完全石漠化[8]。土壤是巖石、大氣、水、生物等圈層的敏感交匯地帶，土壤環(huán)境與植被演替和地下水運動之間存在明顯的互動響應(yīng)，其性質(zhì)變化可以反映喀斯特生態(tài)環(huán)境變遷與演化。土壤微生物對生態(tài)系統(tǒng)演變響應(yīng)靈敏，因此，探究土壤微生物屬性對生態(tài)系統(tǒng)退化的響應(yīng)規(guī)律，是對退化喀斯特生態(tài)系統(tǒng)進行恢復(fù)和重建的重要前提。

由于時間和空間分布的異質(zhì)性，生源要素常常成為陸地生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的限制性因素[9]，只有在重要生源要素（如C、N、P等）的循環(huán)過程被充分認知以后，才可能對有關(guān)生態(tài)環(huán)境問題做出及時的、正確的決策[10]。土壤有機碳對于環(huán)境變化響應(yīng)靈敏，其儲量、組成、穩(wěn)定性可作為衡量生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標，同時也是土壤健康與肥力水平的重要判斷依據(jù)之一?？λ固仨敿壷脖蝗郝涞耐寥烙袡C碳含量均值高達66.21 g/kg[11]，遠高于同緯度其他生態(tài)系統(tǒng)，但由于其土層淺薄且分布不連續(xù)，導(dǎo)致有機碳儲量相對較低。此外，喀斯特自然生態(tài)系統(tǒng)一旦受到人為干擾而退化或開墾為農(nóng)田（施肥）后，土壤有機碳快速丟失[12-14]?？λ固厣鷳B(tài)系統(tǒng)具有高鈣（碳酸鈣）、微堿性、養(yǎng)分不均衡和水文過程迅速等特點，其土壤有機碳的組成、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性及其微生物轉(zhuǎn)化過程可能區(qū)別于其它生態(tài)系統(tǒng)。

基于此，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所蘇以榮研究員帶領(lǐng)團隊依托中國科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站，在過去10年（2009—2018年）以典型喀斯特地區(qū)不同退化/恢復(fù)階段生態(tài)系統(tǒng)土壤有機碳循環(huán)為核心研究內(nèi)容，利用野外觀測結(jié)合室內(nèi)培養(yǎng)試驗，采用碳同位素示蹤結(jié)合微生物分子生態(tài)技術(shù)，從研究方法—基礎(chǔ)理論—技術(shù)與應(yīng)用層面圍繞喀斯特非連續(xù)性土壤及其有機碳分布的研究方法、土壤微生物對生態(tài)系統(tǒng)退化的響應(yīng)、土壤叢枝菌根真菌群落分布特征及其影響因子、土壤有機碳轉(zhuǎn)化特征與穩(wěn)定性機制、喀斯特土壤改良的關(guān)鍵技術(shù)等主題開展了深入研究。為慶祝建所40周年，本文對近10年的工作進行梳理，以期探討喀斯特土壤生態(tài)系統(tǒng)對植被恢復(fù)或退化的響應(yīng)規(guī)律，為喀斯特退化生態(tài)系統(tǒng)的重建提供科學(xué)依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上提出了下一步研究重點。

1 喀斯特非連續(xù)性土壤有機碳密度的研究方法

喀斯特峰叢洼地生態(tài)系統(tǒng)異質(zhì)性極高，區(qū)別于同緯度地帶性紅壤，具體表現(xiàn)為地形破碎、巖石裸露、土層淺薄、土壤分布不連續(xù)。估算喀斯特地區(qū)土壤有機碳儲量時，如何獲得土壤的實際分布特征是亟待解決的難題。尋求一種快速有效的方法探測喀斯特土壤的分布特征，是準確估算該地區(qū)土壤有機碳密度及儲量的前提。

傳統(tǒng)連續(xù)性土壤的研究方法不能反映喀斯特土壤分布的實際情況。采用“插扦法”獲得土壤平均分布數(shù)據(jù)，但由于喀斯特土壤生態(tài)系統(tǒng)異質(zhì)性極高，依然不能獲得較為準確的土壤分布數(shù)據(jù)，從而可能高估或低估喀斯特土壤有機碳庫[15-16]。基于此，通過室內(nèi)模擬試驗，首先選擇喀斯特地區(qū)3種典型質(zhì)地土壤（砂質(zhì)黏壤土、黏壤土、粉（砂）質(zhì)黏土），建立探地雷達電磁波波速和土壤含水量的定量關(guān)系[17]。其次，在典型喀斯特峰叢洼地不同坡位選擇典型樣方（16個），根據(jù)模擬試驗建立的電磁波波速和土壤含水量關(guān)系式探測土壤實地分布的三維圖，并通過開挖驗證和采樣分析土壤有機碳，結(jié)果表明探地雷達技術(shù)可準確探測喀斯特土壤深度與分布[18-19]。將建立的探地雷達技術(shù)應(yīng)用于估算面積為393.6 hm2的典型喀斯特峰叢洼地土壤有機碳密度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：該面積內(nèi)0～20 cm和 0～100 cm土層土壤有機碳總儲量分別為5 664.6 t和8 920.0 t，平均土壤有機碳密度分別為1.49 kg/m2和2.26 kg/m2；基于探地雷達技術(shù)獲得的0～100 cm土壤有機碳平均密度是平均深度法和傳統(tǒng)連續(xù)性土壤方法獲得數(shù)值的89.8%和31.7%[20]。這表明平均深度方法和傳統(tǒng)方法均會高估喀斯特地區(qū)土壤有機碳，而采用探地雷達技術(shù)探測土壤垂直分布，可以提高喀斯特地區(qū)土壤有機碳庫的估算精度。以上研究首次將探地雷達技術(shù)應(yīng)用于探測高異質(zhì)性喀斯特土壤的分布。

2 喀斯特生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物特征與土壤有機碳轉(zhuǎn)化機理

2.1 喀斯特土壤微生物對生態(tài)系統(tǒng)退化的響應(yīng)

喀斯特地區(qū)獨特的地質(zhì)背景和水文條件決定了其生態(tài)環(huán)境的脆弱性。在喀斯特峰叢洼地區(qū)，當?shù)厝罕娤鄬β浜蟮纳盍晳T和重用輕養(yǎng)的粗放耕作管理方式，使得喀斯特生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴重人為干擾，常常造成生態(tài)系統(tǒng)退化、直至石漠化，制約了當?shù)厣鐣?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。土壤微生物是對生態(tài)系統(tǒng)退化響應(yīng)靈敏的重要指標之一。因此，探索土壤微生物對喀斯特生態(tài)系統(tǒng)退化的響應(yīng)規(guī)律是喀斯特生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建的重要前提。

基于桂西北喀斯特峰叢洼地區(qū)不同演替階段生態(tài)系統(tǒng)的研究表明：隨生態(tài)系統(tǒng)退化進程或干擾強度增加，土壤有機碳、微生物生物量碳逐漸降低，土壤水穩(wěn)定性團聚體破壞嚴重[13,21-22]。變形菌是不同演替階段土壤中的優(yōu)勢細菌，這與我國大部分陸地生態(tài)系統(tǒng)的研究結(jié)果一致[23-24]。與原生林土壤相比，退化生態(tài)系統(tǒng)土壤細菌優(yōu)勢類群顯著改變，Proteobacteria明顯減少（自然恢復(fù)地、農(nóng)耕地和放牧+冬季火燒草地減少了30.2%～47.4%），Acidobacteria類群明顯增加[25-26]。自然恢復(fù)地、放牧+冬季火燒草地與原生林地土壤中優(yōu)勢菌群（變形菌）的4個亞群豐度分布關(guān)系一致，均為α-＞δ-＞β-＞γ-變形菌，而農(nóng)耕地則為 δ-＞α-＞β-＞γ-變形菌，說明自然恢復(fù)和放牧+冬季火燒草地對喀斯特土壤變形菌的恢復(fù)作用有限，而對變形菌4個亞群之間的分布關(guān)系有明顯的正效應(yīng)，尤其是自然恢復(fù)地中α-變形菌得到了很好的恢復(fù)，較農(nóng)耕地增加了130%[27]。

在喀斯特生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)（草叢、灌木林、次生林、原生林）過程中，土壤銨態(tài)氮濃度降低、硝態(tài)氮濃度增加、氨氧化細菌多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)增加，且氨氧化細菌群落結(jié)構(gòu)與土壤氮素狀態(tài)密切相關(guān)[28]。土壤微生物量碳和氮、土壤基礎(chǔ)呼吸由草叢到灌叢到原生林依次上升，且土壤微生物恢復(fù)的效果因坡位而不同，尤其表現(xiàn)在表層土壤中[29]。與氨氧化古菌（AOA）相比，氨氧化細菌（AOB）對喀斯特植被恢復(fù)的響應(yīng)更為靈敏，Nitrosospira僅出現(xiàn)在原生林和次生林階段[30]。

基于喀斯特區(qū)原生林和人工林（馬尾松）的研究表明，兩種生態(tài)系統(tǒng)土壤中降解凋落物主要成分木質(zhì)素的擔子菌漆酶基因多樣性和豐富度在cDNA和DNA水平上具有極高的一致性，但其群落結(jié)構(gòu)差異極大，且兩種生態(tài)系統(tǒng)中有機質(zhì)的質(zhì)量（木質(zhì)素的單體組成）而非數(shù)量是決定活性擔子菌漆酶基因多樣性和群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因子[31-32]。顆粒態(tài)有機質(zhì)（POM）的相對活性組分（脂肪酸和烯烴類化合物）顯著影響喀斯特土壤微生物群落，革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、放線菌和真菌等也顯著影響POM組分（如脂肪酸），微生物群落（革蘭氏陰性菌和放線菌）顯著影響土壤有機碳的礦化，且微生物對SOC礦化的影響依賴于POM化學(xué)組成的變化[33]。以上研究結(jié)果說明，喀斯特生態(tài)系統(tǒng)退化伴隨著土壤團聚體破壞、有機碳丟失、有機碳組分變化、微生物群落結(jié)構(gòu)演替等，而微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)的恢復(fù)是一個漫長的過程。

2.2 喀斯特土壤叢枝菌根真菌群落分布特征及其影響因子

80%以上的陸地植物通過與真菌形成菌根，促進生態(tài)系統(tǒng)地上和地下部的碳與養(yǎng)分交流。據(jù)估計，植物固定的含碳化合物近20%為叢枝菌根真菌（AMF）所利用，后者對土壤有機碳庫有重要貢獻。同時，土壤AMF向植物提供氮、磷養(yǎng)分，提高宿主植物在貧瘠環(huán)境中的競爭力，從而提高宿主幼苗的定殖率，進而影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與恢復(fù)進程；AMF分泌的球囊霉素是土壤有機碳、氮的重要來源。因此，AMF在植物群落的結(jié)構(gòu)組成、演替和穩(wěn)定性等方面具有重要生態(tài)學(xué)意義，在喀斯特退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建中具有巨大潛力。

采用分子生物學(xué)技術(shù)研究了喀斯特峰叢洼地典型生態(tài)系統(tǒng)及其代表性樹種的根際與非根際土壤AMF多樣性、分布格局與關(guān)鍵影響因素。結(jié)果表明：喀斯特生態(tài)系統(tǒng)灌叢、次生林和原生林AMF多樣性無顯著差異，且灌叢階段AMF群落結(jié)構(gòu)組成與原生林相似[34]，這與以往研究從細菌真菌多樣性角度強調(diào)的灌叢階段在喀斯特生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過程中具有重要意義的結(jié)果相一致[35]。灌叢階段典型植物的根均受AMF侵染，且豆科與非豆科植物的根內(nèi)與根際AMF群落差異明顯，土壤中Olsen-P、pH 和全氮是影響AMF群落結(jié)構(gòu)組成的主要因子[36]，這與其他陸地生態(tài)系統(tǒng)基本一致[37-38]。

此外，AMF的多樣性和群落結(jié)構(gòu)因喀斯特土壤母質(zhì)巖性（白云巖與石灰?guī)r）而不同，其豐度表現(xiàn)為石灰?guī)r＞石灰?guī)r—白云巖夾層＞白云巖，且?guī)r性主要是通過影響植物與土壤養(yǎng)分進而影響AMF群落組成結(jié)構(gòu)[39]。AMF群落結(jié)構(gòu)和豐度還受坡位影響，其豐度變化趨勢為上坡位≈中坡位＜下坡位，這與喀斯特生態(tài)系統(tǒng)特有的“養(yǎng)分倒置”現(xiàn)象（上坡位≈中坡位＞下坡位）密切相關(guān)[40-41]。研究分離鑒定了2 屬14 種AMF，其中幼套球囊霉是石灰土和黃壤共有的優(yōu)勢種，石灰土特有的AMF包括地球囊霉、白色球囊霉、雙型球囊霉、象牙白球囊霉和細凹無梗囊霉，且土壤類型對AMF孢子密度，Shannon多樣性指數(shù)以及侵染率具有顯著影響[42]。以上結(jié)果說明，利用AMF等土壤有益共生微生物促進灌叢植被重建可能是喀斯特石漠化土地生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵，且在此過程中需考慮巖性、坡位等植被立地條件，選擇優(yōu)勢植物接種優(yōu)勢AMF種群是促進喀斯特退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的重要措施。

2.3 喀斯特自然與農(nóng)田土壤有機碳轉(zhuǎn)化特征與穩(wěn)定性機制

喀斯特土壤有機碳含量普遍高于同緯度的紅壤丘陵區(qū)和紅壤低山區(qū)[43]，這除了與喀斯特地區(qū)土層淺薄、裸巖率高、土壤量少有關(guān)外[44-45]，可能與喀斯特土壤特有的高鈣特征和相對偏高的pH性質(zhì)等密切相關(guān)。基于此，研究喀斯特自然與農(nóng)田土壤有機碳積累特征、轉(zhuǎn)化過程及其與鈣的關(guān)系有助于揭示喀斯特土壤有機碳的穩(wěn)定機制。

基于自然生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，喀斯特峰叢洼地土壤團聚體的機械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性以黑色石灰土＞棕色石灰土＞紅壤，其中紅壤有機碳主要分布在0.5～2.0 mm團聚體中，棕色石灰土和黑色石灰土有機碳主要分布在小團聚體中（≤2.0 mm），且有機結(jié)合態(tài)鈣是棕色石灰土和黑色石灰土中有機碳的主要結(jié)合形式之一[46-47]。進一步基于14C同位素示蹤技術(shù)結(jié)合室內(nèi)模擬培養(yǎng)試驗的結(jié)果表明：添加外源14C-秸稈對棕色石灰土和黑色石灰土中原有有機碳的礦化有負激發(fā)效應(yīng)，而對紅壤有正激發(fā)效應(yīng)[48]；添加碳酸鈣對土壤原有有機碳礦化的激發(fā)效應(yīng)以紅壤＞棕色石灰土＞黑色石灰土，且碳酸鈣增加有機結(jié)合態(tài)鈣，其增量在紅壤、棕色石灰土和黑色石灰土中分別為2.14%、4.66%和10.23%[49]；黑色石灰土、棕色石灰土和紅壤中微生物生物量在實驗室條件和田間條件下的表觀周轉(zhuǎn)時間分別為254、243、71 d和380、365、106 d[48-50]，與我國其他旱地生態(tài)系統(tǒng)的研究結(jié)果處于同一數(shù)量級[51]；黑色石灰土總微生物生物量碳（MBC）含量顯著大于棕色石灰土和紅壤，而紅壤總可溶性有機碳（DOC）含量顯著大于石灰土[52]。同時，典型棕色石灰土和紅壤在同樣條件下培養(yǎng)100 d，棕色石灰土的CO2釋放速率、累積釋放量、累積釋放率、土壤呼吸熵和DOC/SOC均顯著低于紅壤，說明棕色石灰土有機碳較紅壤穩(wěn)定[53-55]。以上研究結(jié)果均說明，土壤有機碳的穩(wěn)定性以黑色石灰土＞棕色石灰土＞紅壤，即黑色石灰土最有利于土壤有機碳的積累，且碳酸鈣對喀斯特土壤有機碳的分解具有保護作用。因此，研究富含碳酸鹽土壤的有機碳礦化，尤其是喀斯特地質(zhì)背景發(fā)育的石灰土，應(yīng)考慮無機碳酸鹽分解對有機碳礦化的作用，并將這種作用納入碳循環(huán)模型中，才能準確評估土壤無機碳對有機碳庫的影響。

基于典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)（牧草、玉米、大豆）的長期定位施肥試驗結(jié)果表明：平衡施肥可提高牧草地土壤酶活性和活性有機碳組分[56]；增施鉀肥可提高牧草的產(chǎn)量和品質(zhì)（粗纖維含量）[57]；與秸稈替代部分化肥相比，牛糞或甘蔗灰替代30%～60%化肥對玉米—大豆系統(tǒng)作物產(chǎn)量、土壤活性有機碳組分和碳庫管理指數(shù)的提升效果較好[58-59]。長期施肥（化肥或秸稈還田配施化肥）顯著增加紅壤中木質(zhì)素組分C類單體的比例，其中水旱輪作地中C類單體含量及其占木質(zhì)素總量的比例均顯著低于旱地，石灰土則表現(xiàn)為V類單體比例的增加，表明農(nóng)田土壤中木質(zhì)素的積累具有單體特異性，且由于木質(zhì)素三類單體的穩(wěn)定性為V＞S＞C，因此石灰土木質(zhì)素穩(wěn)定性最高[60-62]。亞熱帶喀斯特區(qū)紅壤和石灰土農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的木質(zhì)素含量遠高于東北黑土[63]，這可能是因為東北黑土區(qū)土壤腐殖化系數(shù)較高，以木質(zhì)素單體形式存在的有機質(zhì)較少。另外，喀斯特區(qū)玉米—大豆輪作系統(tǒng)中有機物料（秸稈和有機肥）的施用可提高微生物生物量和土壤堿性磷酸酶，從而促進土壤有機磷礦化（有效磷大幅增加），且有機物料的施用改變了土壤中含堿性磷酸酶基因（phoD）的微生物群落結(jié)構(gòu)，尤其促進了假單胞菌的相對豐度，達到“以碳促磷”的效果[64]。

3 喀斯特土壤改良技術(shù)與應(yīng)用

3.1 土壤垂直漏失阻控技術(shù)

西南喀斯特峰叢洼地區(qū)雨季集中且降雨量大，水土流失極其嚴重。通過落水洞、漏斗等使土壤流失于地下系統(tǒng)是該區(qū)特有的水土流失方式，并且是導(dǎo)致喀斯特區(qū)農(nóng)田土層淺薄、制約農(nóng)田土壤肥力提升的一個重要原因。由于喀斯特地區(qū)落水洞大小不一、形狀各異、分布零散，目前國內(nèi)外尚無針對喀斯特地區(qū)土壤落水洞漏失阻控的有效方法。

基于此，研發(fā)了一種喀斯特峰叢洼地土壤垂直漏失的阻控方法[65-66]。其基本步驟為：將落水洞周圍寬102 cm、深59～62 cm內(nèi)土壤和巖石鏟除；通過工程措施，以石灰?guī)r或磚和混凝土為原料，在洞口周圍砌兩層間距48～52 cm的圍墻，在內(nèi)墻上預(yù)留圓形孔，每個孔內(nèi)側(cè)加不銹鋼過濾網(wǎng)片；在孔中過濾網(wǎng)片外側(cè)填充濾料后固定一層不銹鋼過濾網(wǎng)片；在內(nèi)墻頂部安置不銹鋼骨架，骨架上鋪放不銹鋼過濾網(wǎng)片，沿墻體外沿安置不銹鋼圍欄，在圍欄上方填充濾料（秸稈、生物質(zhì)炭等），在濾料上方再加一層不銹鋼過濾網(wǎng)片，并固定。該方法操作簡便，適用于各種大小的落水洞，對土壤漏失的阻控效率達60%～80%，可在喀斯特地區(qū)廣泛使用。

3.2 桑枝原位快速腐熟技術(shù)

蠶桑業(yè)是喀斯特貧困區(qū)農(nóng)業(yè)新興優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，為促進該區(qū)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展做出了重要貢獻。桑葉生產(chǎn)過程中，為增加桑葉產(chǎn)量，促進桑枝萌發(fā)，每年需修剪桑枝2次。因此，桑葉生產(chǎn)區(qū)每年產(chǎn)生大量的桑枝。由于桑樹具有高度木質(zhì)化的特點，造成桑枝在自然條件下腐熟緩慢，嚴重妨礙了后續(xù)桑葉采集工作，降低了蠶桑業(yè)生產(chǎn)效率。當前，農(nóng)村青壯年勞動力缺乏，采用科學(xué)技術(shù)降低勞動強度，提高勞動效率，改善勞動環(huán)境，對提高農(nóng)民生產(chǎn)積極性，減少農(nóng)村勞動力流失有重要意義。因此，探尋快速、高效、原位腐熟桑枝的方法，是提高喀斯特區(qū)蠶桑業(yè)生產(chǎn)效率的重要途徑。

基于此，研發(fā)了桑枝原位快速腐熟的方法[67]。其基本步驟為：收集桑枝并粉碎，將桑枝碎屑與鋸木屑、桑園表層土壤和尿素按一定比例混合，并調(diào)節(jié)含水量后置于室內(nèi)富集培養(yǎng)7～8 d，獲得含有大量桑園土著腐解桑枝微生物的制劑；于桑枝修剪后，在桑園土壤和桑枝表面撒施尿素用于調(diào)節(jié)腐熟環(huán)境的碳氮比，并撒施微生物制劑，可促進桑枝的原位快速分解，使桑枝基本腐解時間比自然條件下提前1個月以上。該方法也適用于大部分農(nóng)作物秸稈的原位快速腐熟，在對腐熟條件針對性優(yōu)化后，研發(fā)了南方農(nóng)作物秸稈原位快速腐熟的通用方法[68]。該技術(shù)在喀斯特地區(qū)的應(yīng)用，一方面有利于增加土壤有機質(zhì)、提高土壤肥力，另一方面降低了農(nóng)作物秸稈在原位土壤表面的腐熟時間，尤其是加快了桑枝腐熟，大大降低了勞動強度、提高了蠶桑產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，可大力推廣。

4 研究展望

喀斯特峰叢洼地生態(tài)系統(tǒng)因其土被不連續(xù)，阻礙了喀斯特土壤研究的開展，也造成研究結(jié)果的代表性存在不確定性?；谔降乩走_的方法雖能較為精確地估算喀斯特土壤實際分布情況，但使用探地雷達儀器成本高昂、操作復(fù)雜，不適宜開展大面積樣地探測。因此，未來可在考慮坡位、土地利用、植被等立地環(huán)境因素的前提下，采用探地雷達技術(shù)探究喀斯特土壤分布的規(guī)律性特征，構(gòu)建喀斯特土壤分布模型，從而提高喀斯特生態(tài)系統(tǒng)研究成果的代表性、并降低其研究過程的難度。

近年來，通過實施石漠化綜合治理、生態(tài)移民、退耕還林還草、水土流失治理等一系列生態(tài)工程，喀斯特區(qū)域生態(tài)治理已初見成效，植被恢復(fù)進程較快，石漠化擴展的趨勢得到有效遏制。然而，土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)及其生態(tài)功能的恢復(fù)進程遠遠慢于植被恢復(fù)。土壤是植被生長與演替的重要基礎(chǔ)，為鞏固植被恢復(fù)效果，亟需加強喀斯特土壤生態(tài)過程的研究，并采取合理措施促進土壤性質(zhì)的正向演替進程。

土壤有機碳作為生態(tài)系統(tǒng)演變和土壤質(zhì)量的重要評價指標，其含量、組成、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性直接驅(qū)動生態(tài)系統(tǒng)的演替方向。過去研究已明確喀斯特土壤中碳酸鈣對有機碳的保護作用，但其內(nèi)在的物理、化學(xué)和生物學(xué)機理尚不清楚。微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中極其重要和最為活躍的組分，在土壤養(yǎng)分循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性中占據(jù)主導(dǎo)地位，并控制著土壤有機碳轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵過程。在特殊地質(zhì)背景下形成的喀斯特土壤，其有機碳轉(zhuǎn)化以及與養(yǎng)分循環(huán)的耦合過程區(qū)別于同緯度地帶性土壤，但目前喀斯特土壤關(guān)于微生物機理的研究非常薄弱，有待進一步加強。