黄土高原半干旱区苜蓿草地土壤干燥化特征与粮草轮作土壤水分恢复效应

实地测定了黄土高原半干旱区固原不同生长年限苜蓿草地和连作8a苜蓿草地翻耕轮作不同年限粮食作物后深层土壤水分特征,分析了苜蓿草地土壤干燥化特征和粮草轮作对土壤水分的恢复效应.结果表明:(1)苜蓿连作1a、5a、8a和12a等4类苜蓿草地0～1000cm土层平均土壤湿度值为6.6%,平均土壤水分过耗量702.8mm,平均土壤干燥化速率147.1mm/a,达到强烈干燥化程度,苜蓿连作5a土壤干层深度超过1000cm,苜蓿连作8a土壤干层深度超过1360cm,苜蓿草地合理利用年限为7a.(2)连作8a苜蓿草地翻耕并轮作4～7a和25a粮食作物等5类粮田0～1000cm土层土壤湿度介于6.74%～11.95%,土壤贮水量恢复值介于210.6～887.3mm,平均土壤水分恢复速率为80.8mm/a.轮作6a后粮田土壤干层轻度恢复程度以上深度达到1000cm.通过粮草轮作使苜蓿草地土壤湿度恢复到当地土壤稳定湿度需要13a以上.黄土高原半干旱区适宜的粮草轮作模式为:7a苜蓿→13a粮食作物.     

黄土高原不同干旱类型区苜蓿草地深层土壤干燥化效应

田间实地测了黄土高原不同干旱类型区不同生长年限苜蓿草地0～1000cm土层土壤湿度,分析和比较了各类苜蓿草地深层土壤干燥化效应特征。结果表明,在半湿润区、半干旱区和半干旱偏旱区,各类苜蓿草地土壤湿度平均值分别为10．84％、7．07％和5．45％,明显低于当地土壤稳定湿度值和荒草地土壤湿度值,土壤水分过耗量分别为540．2、641．1mm和455．0mm,平均土壤干燥化速度分别为61．2、101．9mm/a和99．0mm／a;3种类型区各类苜蓿草地年降水入渗深度分别为187．8、144cm和173cm,降水入渗深度以下深层土壤湿度保持稳定的干燥化状态;土壤干燥化强度随苜蓿草地生长年限延长而加剧,3年生苜蓿草地为中度干燥化强度,土壤干层厚度达到500～760cm,4年生以上苜蓿草地已达到严重干燥化和强烈干燥化强度,土壤干层厚度超过940～1000cm;通过粮草轮作使苜蓿草地土壤湿度恢复到当地土壤稳定湿度分别需要6、11a和18a以上。     

黄土高原北部人工灌草植被土壤干燥化过程研究

黄土高原北部水蚀风蚀交错区是典型的生态脆弱区,人工灌草植被土壤干燥化发生频繁。土壤干化层的形成影响生物小循环并削弱水文大循环,严重制约植被建设成效和区域生态稳定。为阐明人工灌草植被土壤干燥化过程,并确定适宜的种植年限,选择该区典型人工灌草植被—柠条和苜蓿为研究对象,分析两种植被土壤水分和地上生物量随生长年限的变化特征。结果表明:2—8年生柠条和1—7年生苜蓿对剖面土壤水分消耗强烈,并随生长年限呈快速下降趋势,9—12年生柠条和8—11年生苜蓿1.0—4.0 m剖面含水量分别降低至8.2%—9.0%和8.5%—10.5%之间,并处于相对稳定状态。4—5年生柠条地1—1.4 m开始产生干层,6年生柠条地干层深度达2.4 m,干层厚度为1.4 m;9—12年生柠条地干层深度超过4.0 m。2—4年生苜蓿地无干燥化;5年生苜蓿生长季末土壤干层深度达3.6 m,干层厚度为2.6 m,且7年生以后土壤干层的深度超过4.0 m。因此,为调控土壤干层,减少深层土壤干化的发生,建议柠条和苜蓿的生长年限分别不要超过6年和5年,其对应的地上最大干生物量分别为5050 kg/hm~2和1980 kg/hm~2。研究结果可为黄土高原北部生态脆弱区人工灌草植被管理与土壤干层调控提供科学依据。     

黄土高原北部草地的恢复与重建对土壤有机碳的影响

草地的恢复与重建是黄土高原生态建设的重要内容，探讨草地恢复过程中土壤有机碳密度（SOCD）的变化规律对于合理评价北方水蚀风蚀交错带地区生态恢复的环境效应及其对土壤碳固存潜力的影响具有重要的理论价值。以黄土高原北部水蚀风蚀交错带地区不同生长年限的紫花苜蓿（Medicago sativa）人工草地及其退化后形成的次生草地为主要研究对象，探讨了SOCD的动态变化特征。结果表明，研究区0-100cm土体的SOCD普遍较低，变化范围为1.18-2.81kgCm^-2，略高于地球上荒漠带的水平（1.4kgCm^-2），显著低于黄土高原中部（4.46-9.95kgCm^-2）与全国（11.52-12.04kgCm^-2）的平均水平。但是当土地利用方式由农田转变为人工草地以后，以及随着人工草地向长芒草（Stipabungeana）次生天然草地的自然演替，SOCD均有不同程度的增加，增加幅度最大可达72%，土壤表现为明显的碳汇。不同土地利用方式0-100cmSOCD的变化顺序为：灌木林地（2.11kgCm^-2）〉次生天然草地（1.95kgCm^-2）〉人工草地（1.91kgCm^-2）〉弃耕地（1.69kgCm^-2）〉农田（1.68kgCm^-2），但统计差异不显著，意味着植被恢复对土壤碳固存的影响相对较小，该地区土壤固存CO2的潜力并不大，发育较好的次生天然草地0-100cm土体SOCD平均仅为2.20kgCm^-2。对SOCD垂直变化的分析结果表明表层SOC主要固存于表层0-20cm土壤，而且与0-100cm土体的SOCD具有显著的线性相关性，由表层观测值可以有效估计0-100cm土体的SOCD，估计误差为9.9%（0.18kgCm^-2）。     

黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤干层形成及水分恢复

研究了黄土高原地区不同生长年限苜蓿草地0～1000 cm土层土壤水分消耗规律.结果表明,荒地与苜蓿草地土壤干层出现的区域及发生的程度不同:荒地在80～100 cm土层深度,出现轻度干层;生长年限低于8a(含8a)的苜蓿草地,在250～350 cm土层出现轻度干层,生长年限超过8a,出现中度干层,干层范围延至500 cm土层以下.苜蓿生长超过18a,0～200 cm上层土壤水分开始恢复,年均恢复1.49%;但在200～1000 cm土壤深层,18、26年生苜蓿草地土壤含水量仅为10.20%,深层土壤通体干化,水分难以恢复.     

黄土高原刺槐人工林幼林生态系统碳吸存

为了解黄土高原生态林的固碳作用,以刺槐人工林幼林（8年生）和对照荒地为研究对象,比较了两种土地利用方式下,土壤、凋落物和植物各部分的有机碳密度(OCD)和生态系统碳吸存的变化.结果表明:刺槐人工林林地土壤OCD比荒地减少0.26 kg·m^-2,其中0～10 cm层土壤OCD显著提高,10～30 cm土层降低,而在30～80 cm层土壤中则变化不明显.与荒地相比,刺槐人工林林地凋落物、植物根系和植物地上部分的OCD分别增加了121.1%、202.0%和656.7%,每年总有机碳吸存率增加3.3%,说明黄土高原营造刺槐人工林具有明显的碳吸存效应.     

黄土高原丘陵区退耕还林地油松人工林碳储量及分配特征研究

以黄土高原丘陵区主要退耕还林树种油松为研究对象,对甘肃省庆阳市合水县采用样地调查与生物量实测方法,分析不同坡向（阳坡、阴坡）及退耕年限（退耕6年、9年和12年）油松人工林的乔木不同器官、灌草层、枯落物层和土壤层的碳含量,以及油松人工林乔木层、灌草层、枯落物层和土壤层碳储量及其分配特征,探讨甘肃黄土高原丘陵区生态林的固碳作用。结果表明:（1）油松不同器官碳含量为48.15%~53.90%,各器官碳含量大小为树干>叶>细枝>粗枝>根桩>粗根>树皮>大根>中根>小根>细根>球果;灌木层碳含量为茎>叶>根;草本层碳含量为地上部分>地下部分。（2）油松人工林的枯落物层碳含量为未分解层大于半分解层。（3）0~100 cm土壤层的碳含量随退耕年限增加而增大,随土壤深度的增加而下降;0~10 cm、10~20 cm土壤层不同坡向间碳含量差异显著。（4）阳坡和阴坡退耕6年、9年和12年油松林总碳储量分别为42.90、50.50、59.22 t·hm^-2和45.08、53.77、65.70 t·hm^-2。研究认为,黄土高原丘陵区阳坡和阴坡均适宜油松林发挥固碳效益,且阴坡要优于阳坡,是甘肃黄土高原丘陵区的理想树种。     

黄土典型坝系流域碳沉积特征及其源解析

沉积物信息能够反映流域侵蚀环境变化,研究沉积物碳赋存规律对流域侵蚀过程和生态恢复具有重要指示意义。本文选取黄土高原典型坝系流域,通过土壤沉积剖面取样和室内测试分析,同时利用稳定同位素技术,分析了坝地及沟道沉积土壤剖面的碳分布特征及其来源解析。结果显示：（1）淤地坝沉积土壤总碳含量和土壤有机碳含量变化范围分别为12.80-14.76 g/kg和1.34-3.53 g/kg;沟道沉积土壤总碳含量和土壤有机碳含量变化范围分别为13.61-17.86 g/kg和1.52-5.04 g/kg。（2）淤地坝土壤总碳含量在土壤深度0-100 cm和350-500 cm区间波动较为平缓,100-350 cm波动较大;沟道0-200 cm土壤层总碳含量沉积变化较大,而200-390 cm土壤层变化平缓。淤地坝和沟道沉积土壤有机碳含量随土壤深度增加呈现降低趋势。（3）淤地坝有机碳同位素变化范围为-23.96‰——22.09‰,整体上呈现表层土偏正,并随土壤深度增加而呈现偏负的趋势;沟道沉积土壤有机碳同位素变化范围为-27.04‰——24.58‰,随土壤随深度增加呈现偏正的趋势。（4）羊圈沟坝地表层土壤有机碳多来源于灌木（占96.80%）,沟道表层土壤有机碳则多来自于灌木和草地（分别占62.05%、32.4%）。     

长江经济带林地和其他生物质碳储量及碳汇量研究

以全国林业应对气候变化碳汇计量监测体系建设结果数据为基础，应用森林碳库专项调查建立的碳计量模型和参数，结合历次森林资源清查成果等数据，估算了2020年长江经济带林地和其他生物质碳储量和碳汇量。研究表明：（1）2020年长江经济带林地碳储量24543.58 Tg C （其中森林植被碳储量为4372.85Tg C），散生木和四旁树等其他生物质碳储量329.59 Tg C。2020年长江经济带林地碳汇量81.81 Tg C/a （300.26Tg CO₂/a）、散生木和四旁树等其他生物质碳汇量6.60 Tg C/a （24.21 Tg CO₂/a）。无论是林地和其他生物质碳储量、碳汇量、还是森林植被碳储量，乔木林地所占比例最大（69%-85%）；长江经济带11个省市中，云南省最大，上海市最小；林地碳储量中土壤有机质碳库贡献最大（81.46%），林地碳汇量中生物量碳库贡献最大（90.99%）；林地碳汇量中"一直为林地的土地"产生碳汇量贡献最大（71.74%），其中一直为乔木林的土地产生的碳汇量占69.89%；（2）阐述了长江防护林工程、天然林资源保护工程、珠江防护林工程和沿海防护林工程4大重点生态工程对长江经济带碳储量和碳汇量的贡献，长江防护林工程贡献率最大（81%-83%），其次是天然林资源保护工程（32%-38%），珠江防护林工程和沿海防护林工程影响较小。分析了人工造林、中幼林抚育、次生林和低效林改造、退化林修复等生态保护修复措施对长江经济带碳储量和碳汇量的贡献，并提出了碳中和愿景下森林固碳增汇的有效途径。     

黄土丘陵区植被恢复的土壤碳水效应

黄土高原大规模植被恢复显著影响了这一区域土壤水分和有机碳(SOC),从而影响其承载的土壤水源涵养和固碳服务。明确深层土壤水分和有机碳对植被恢复的响应特征是当前黄土高原地区生态水文与生态系统服务研究的一个重要科学问题,其中植被类型以及生长年限是这一过程的重要影响因素。然而,目前关于深层土壤有机碳和土壤水分对植被恢复的响应及二者关系的研究较少。通过对陕北典型黄土丘陵区不同植被类型和生长年限下0—5 m土壤水分与有机碳的监测,分析了深层土壤水分和有机碳对植被恢复的响应及其特征。研究发现:(1)植被恢复后0—5 m土层均出现水分亏缺,土壤水分亏缺在表层1 m最低,2—3 m最高;对于不同恢复方式,林地土壤水分亏缺在恢复至21—30a时显著高于前一阶段(11—20a),而在恢复31a后水分开始恢复,而灌木、草地土壤水分亏缺程度则随恢复年限延长不断增加。(2)林地、灌木、草地0—5 m平均土壤有机碳含量为1.97、1.77、1.72 g/kg;林地土壤固碳量随恢复年限的增加而增加,并且在恢复20a时固碳量与对照农田相比出现净增;灌木土壤固碳量随恢复年限先增加后降低;草地土壤固碳量则随退耕年限增加呈下降趋势并且低于对照农田。(3)表层0—1 m土壤水分随恢复年限增加变化不显著,深层土壤水分则随恢复年限增加显著降低;相比而言,随恢复年限增加,土壤有机碳随年限的变化在各层土壤中均不显著。深层土壤水分与土壤有机碳呈现显著的正相关,且土壤有机碳的增加速率低于土壤水分,研究认为,深层土壤固碳与土壤水分关系密切,且深层土壤固碳需要充足水分参与。深层土壤水分亏缺可能限制植被细根的发展,使深层土壤有机碳输入减少。     

黄河源园区高寒草地碳储量估算及其影响因素

高寒草地碳储量及其影响因素研究是认识青藏高原草地生态系统乃至陆地生态系统碳循环和气候变化的关键之一。利用2021年8月上旬地面调查数据与同期高分6号遥感数据建立回归关系,在反演研究区植被地上、地下生物量碳密度和0—40cm土壤层有机碳密度基础上,估算了黄河源园区高寒草地有机碳储量,并通过路径分析探讨了土壤理化性质对碳密度的影响驱动机制。结果表明：(1)2021年黄河源园区地上生物量、地下生物量、0—40cm土壤层碳密度分别为37.65g/m²、1305.28g/m²、4769.11g/m²;总碳储量为100.44Tg(1Tg=10¹²g),植被层和土壤层碳储量分别分为22.06Tg、78.38Tg,占总碳密度的21.96%、78.04%。(2)黄河源园区高寒草甸和高寒草原两种草地类型地上生物量碳密度分别为41.27g/m²、30.76g/m²;地下生物量碳密度分别为1661.41g/m²、618.74g/m²;0...     

Dynamics of soil organic carbon storage following restoration of grassland on Yunwu Mountain

Grassland recovery and reconstruction are critical to ecological restoration in the Chinese Loess Plateau (CLP). Investigating changes in soil organic carbon density (SOCD), soil organic carbon (SOC) storage, and the rate of SOC sequestration is very important to assess the effect of ecological recovery and estimate the capacity of soil carbon sequestration. Here, we present the data of SOCD, SOC storage, and SOC sequestration rate from grasslands conversion from farmlands in the CLP. Our results indicate that: (1) The average SOCD (0–100 cm) in sites continued cultivation (CC), cultivation abandonment at 1999 (AC-99) and cultivation abandonment at 1989 (AC-89) is 6.00, 21.64 and 22.23 kg m^?2, respectively. SOCD in sites AC-99 and AC-89 is significantly higher than that in site CC and the average SOCD of China (10.53 kg m^?2), which indicates that vegetation restoration is benefit to increase soil carbon storage as well as preserve soil and water in this area. (2) The SOC storage (0–100 cm) in sites CC, AC-99 and AC-89 is 60.02, 216.35 and 222.32 kg m^?2, respectively. Results of ANOVA indicate that SOC storage of AC-99 is significantly higher than that of CC, while SOC storage of AC-89 is significantly higher than that of AC-99 at the depth of 0–50 cm (P < 0.001). It suggests that the capability of soil carbon sequestration increases after vegetation restoration, which is mainly due to the increase of plant roots. (3) The rate of SOC sequestration varies at different depths, which is high at the depth of 0–50 cm while low at the depth of 50–100 cm. This is probably due to the accumulation of plant root in the surface layer, which is the main controlling factor of SOC in this area. Our results indicate that the SOCD and SOC storage increase with vegetation restoration in our study site significantly.     

黄土丘陵区两种主要退耕还林树种生态系统碳储量和固碳潜力

黄土丘陵区是中华文明的起源地,而原有植被却遭受严重破坏。因此,自20世纪70年代末开始的三北防护林工程、退耕还林工程和天然林保护工程等大型生态恢复工程,在本区均有大面积分布。这些工程已经对生态恢复起到重要作用,并将对全球碳素循环起到积极作用。以黄土丘陵区的主要造林树种--油松(Pinus tabulaeformis Carr.)和刺槐(Robinia pseudoacacia L.)为研究对象,共设置样方28个,测定森林乔木、灌木、草本生物量及凋落物碳储量;钻取并分析土样516份,获得土壤有机碳储量。结合文献数据和农田碳储量数据,建立0-86年生油松林和0-56年生刺槐纯林生态系统碳储量-林龄序列;在此基础上分析造林对生态系统碳储量和固碳潜力的影响。结果表明,造林后的油松林和刺槐林生态系统的植被、凋落物及土壤碳储量逐渐增加;在没有人为干扰的情况下,19、27、36、86年生油松林生态系统碳储量分别为70.76、143.43、167.30、271.23-332.26 Mg/hm²;8、17、39年生刺槐林生态系统碳储量分别为80.37、94.08、140.77 Mg/hm²。受间伐干扰、45\,52年生油松林生态系统碳储量分别为136.42\,168.56 Mg/hm²,相对于没有人为干扰的油松林,其植被碳储量明显下降,而土壤碳储量保持稳定甚至升高。受乱砍滥伐干扰的71年生油松林和56年生刺槐林的生态系统碳储量分别为118.87\,76.99 Mg/hm²,相对于没有人为干扰的森林,其植被碳储量和土壤碳储量均呈明显下降趋势。种植油松林之后的86a时间内,其生态系统固碳潜力为211.61-272.64 Mg/hm²;而种植刺槐林、在39a时间内的生态系统固碳潜力为81.15 Mg/hm²。     

放牧对鄂尔多斯高原油蒿草场生物量及植被-土壤碳密度的影响

以围封保护和自由放牧油蒿草场为研究对象,通过野外调查与室内分析,研究了围封和放牧条件下沙地草场生物量和植被-土壤碳密度。结果表明:(1)自由放牧使油蒿群落中植物种类增加,但降低了植物群落盖度。自由放牧不仅导致油蒿草场地上、地下总生物量降低,也使得油蒿地上、地下生物量占群落地上、地下总生物量的比例减小。生长季自由放牧样地凋落物生物量显著大于围封保护样地(P0.05);(2)围封保护样地植被碳密度大于自由放牧样地,土壤碳密度却小于自由放牧样地,但两个样地间差异不显著(P0.05);(3)油蒿草场90%以上的碳储存于土壤中,围封保护样地和自由放牧样地油蒿草场土壤碳密度占植被-土壤系统碳密度的91%、93%;(4)围封保护油蒿草场碳密度为2.29 kg/m2,自由放牧油蒿草场碳密度为2.68 kg/m2,两个样地间差异不显著,自由放牧对油蒿草场碳密度影响不大。     

土地利用转变与海拔高度协同作用黄土高原植被固碳变化特征

全球固碳释碳问题一直是近年来关乎民生的热点话题,区域碳源/碳汇对生态环境的重要性不言而喻。基于CASA模型估算黄土高原1990—2015年植被净初级生产力的年际变化,并分析土地利用变化、海拔高度及两者协同作用对其综合影响,结果表明：(1)黄土高原1990—2015年植被NPP与植被固碳总体呈增加趋势,年均NPP增速2.74 gC m^-2 a^-1,年均固碳增速1.13 TgC/a,研究区林地年均NPP(619.5 gC m^-2 a^-1)远超其他用地类型,固碳效果理想;(2)黄土高原年均NPP随高程的增加先降低后升高,年总NPP和固碳量随高程增加变化趋势相反;(3)研究区土地利用转变类型中退耕还林的植被固碳效果最好;而林地变为耕地或草地均不能达到固碳目的,此外,更推荐在研究区海拔低于1500 m变草为耕,海拔高于1500 m退耕还草,海拔高于3000 m变耕、草为林。以期为区域尺度的生态环境建设提供一定的参考和科学依据。     

Effect of fencing and grazing on a Kobresia-dominated meadow in the Qinghai-Tibetan Plateau

Grazing is one of the most important factors influencing community structure and productivity in natural grasslands. Fencing to exclude grazers is one of the main management practices used to protect grasslands. Can fencing improve grassland community status by restraining grazing? We conducted a field community study and indoor soil analyses to determine the long-term effects of fencing and grazing on the above-ground community and soil in a Kobresia-dominated meadow in the Qinghai-Tibetan Plateau, NW China. Our results showed that fencing significantly improved above-ground vegetation productivity but reduced plant density and species diversity. Long-term fencing favored the improvement of forage grass functional groups and restrained the development noxious weed functional groups. There were significant positive effects of fencing on below-ground organic matter, total nitrogen, available nitrogen, total phosphorus and available phosphorus. The productivity of grazed meadow showed a weak decrease over time. There were long-term decreasing trends for plant density both in fenced and grazed meadows. Our study suggests that grazing can be considered as a useful management practice to improve species diversity and plant density in long-term fenced grasslands and that periodic grazing and fencing is beneficial in grassland management.     

青藏高原高寒草甸生态系统碳增汇潜力

为了揭示青藏高原高寒草甸生态系统植被变化对碳储量的影响,以原生矮嵩草草甸、退化草甸、人工草地以及农田为研究对象,对比分析了该4种不同土地格局下生态系统的有机碳现状.以原生矮嵩草草甸土壤碳储量为基准对不同类型高寒生态系统的碳增汇潜力进行了估算.结果表明:不同类型生态系统的碳储量和碳增汇潜力有很大差异,在0-40cm土层中,(1)原生草甸碳储量最高,达到17098 g C/m2,退化草甸、人工草地和农田的有机碳汇增加潜力分别为:5637、3823、1567 g C/m2.(2)对于退化草甸和人工草地,土壤有机碳含量和密度明显低于原生草甸和农田.(3)地下生物量碳储量主要集中在0-20cm,且原生草甸地下生物量的碳储量比其他3个植被类型高3.6-5倍.总体上,青藏高原草地生态系统存在巨大的碳增汇潜力.