生态恢复对红壤侵蚀地土壤有机碳组成及稳定性的影响

为了研究红壤侵蚀区生态恢复过程中土壤有机碳的组成与动态变化,选择红壤侵蚀区生态恢复10 a和30 a的马尾松林为对象,以侵蚀裸地和次生林为对照,应用土壤有机碳物理分组方法,研究了侵蚀地植被恢复过程中表层土壤粗颗粒态有机碳(cPOC)、细颗粒态有机碳(f POC)和矿质结合有机碳(MOC)含量及POC/MOC比值的变化。结果表明:生态恢复显著提高了土壤有机碳含量(P0.05),土壤中不同组分有机碳含量也相应增加。生态恢复10 a,土壤有机碳主要以f POC形式积累,cPOC和MOC没有显著变化,其中0—10 cm土层POC占总土壤有机碳(SOC)比例高达64.1%,但稳定性较差。与恢复10 a相比,生态恢复至30 a时,0—10 cm土壤f POC含量相对不变,cPOC和MOC含量均显著增加(P0.05),10—20 cm土壤f POC和MOC增加量达到显著水平,而cPOC含量仍未显著增加,说明生态恢复过程中土壤固碳模式符合SOC饱和理论。生态恢复过程中土壤POC/MOC比值呈先升高后降低的趋势,且表层土壤大于亚表层土壤,说明随着生态恢复时间的增加,土壤有机碳稳定性逐渐提高,且亚表层土壤高于表层。因此,生态恢复对于侵蚀地碳固定的长期有效性具有重要意义。     

围栏禁牧对滇西北高寒湿地土壤活性有机碳的影响

过度放牧导致滇西北高寒湿地碳汇功能逐渐丧失,围栏禁牧作为一种有效的湿地恢复方式,其对滇西北高寒湿地土壤碳库的影响尚缺乏研究。为探明围栏禁牧对滇西北高寒湿地土壤活性有机碳的影响,以纳帕海湿地不同禁牧年限(未禁牧、禁牧3年、禁牧8年、禁牧10年)的草甸和沼泽化草甸作为研究对象,对比分析不同禁牧年限草甸和沼泽化草甸土壤总有机碳(TOC)、颗粒有机碳(POC)、溶解性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(EOC)和微生物生物量碳(MBC)含量特征。研究结果表明,随着禁牧年限的增加(<10 a),草甸和沼泽化草甸土壤TOC、DOC、EOC、MBC含量显著增加(P<0.05);随着土壤深度的增加,草甸和沼泽化草甸土壤TOC、EOC和MBC含量逐渐下降,而POC和DOC含量逐渐增加。土壤理化性质显著影响土壤活性有机碳各组分含量,其中总氮(TN)是影响草甸和沼泽化草甸土壤活性有机碳各组分含量的主导因素。围栏禁牧有利于滇西北高寒湿地土壤质量和固碳能力的恢复,且随着禁牧年限的增加,恢复效果越明显。相同恢复年限,纳帕海沼泽化草甸土壤恢复效果比草甸土壤显著。研究可以为放牧湿地恢复研究提供理论基础。     

滇南地区桃树种植模式对土壤有机碳组分及碳库管理指数的影响

经果林种植可改变土壤质量、改善生态环境,同时具有较高的经济效益。合理的种植模式可通过物种间的互补性提高资源利用效率,改善土壤碳库质量并提高综合效益。为探讨桃树种植模式对土壤有机碳组分及碳库管理指数的影响,以云南省开远市不同桃树种植模式(桃树单种-SP和桃树南瓜套种-PP)为研究对象,以毗邻的天然林地(CK)为对照,分析不同种植模式下活性碳库,即高锰酸钾氧化有机碳(POXC)、颗粒有机碳(POC),惰性有机碳库即矿物结合态有机碳(MAOC)在0—40 cm土层的分布情况,明确土壤有机碳组分与土壤理化性质的关系;计算碳库活度指数(CPAI)、碳库指数(CPI)以及碳库管理指数(CPMI),明确不同桃树种植模式的碳库变化情况。结果表明：桃树种植模式和对照的土壤有机碳组分的含量均随着土层深度的增加而减少,平均土壤有机碳(SOC)含量为：14.68 g/kg(CK)>9.57 g/kg(PP)>8.58 g/kg(SP)。平均活性有机碳组分所占比例与POC/MAOC均表现为：SP>CK>PP,PP的活性有机碳比例较低,具有较高的有机碳稳定性。两种桃树种植模式的CPMI在1...     

秸秆还田对土壤有机碳不同活性组分储量及分配的影响

通过田间试验,研究了不同秸秆还田模式下土壤溶解性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MOC)储量及其在总有机碳(TOC)中的分配比例.结果表明: 相对于翻压还田(WR),小麦秸秆覆盖还田(WM)0～20 cm耕层TOC和MOC储量显著降低,降幅为4.1%和9.7%,DOC和POC储量显著提高,增幅为207.7%和11.9%;20～40 cm犁底层TOC和POC储量显著提高.玉米秸秆覆盖还田(MM)与MR相比,犁底层TOC和MOC储量显著提高,增幅为13.6%和14.6%.小麦-玉米秸秆均覆盖还田(WM-MM)相对于均翻压还田(WR-MR),耕层TOC和MOC储量显著降低,降幅为8.5%和10.3%.玉米秸秆还田耕层TOC和POC储量显著高于小麦秸秆还田.与对照(秸秆不还田)相比,6种还田模式耕层TOC储量增幅为5.2%～18.0%,差异达显著水平;除WM和MM模式外,犁底层TOC储量显著降低(降幅8.0%～11.5%).6种还田模式下土壤耕层DOC储量及DOC/TOC比值显著降低,在WM和WM-MM还田模式下耕层POC储量显著提高、POC/TOC比值增大,WR模式的耕层MOC储量显著提高、MOC/TOC比值增大,其余3种模式耕层POC和MOC储量均显著提高.秸秆覆盖还田有利于土壤有机碳活性组分积累,翻压还田有利于较稳定性有机碳组分积累.在提高关中地区农田TOC储量方面,玉米秸秆还田好于小麦秸秆还田、小麦-玉米秸秆翻压还田好于覆盖还田.     

若尔盖沙化草地不同生态恢复模式土壤活性有机碳及碳库管理指数变化

研究退化林草地不同生态恢复模式土壤活性有机碳和碳库管理指数变化,可为评价生态恢复措施提升土壤质量的效果,以及优化生态恢复模式的选择提供重要参考。结合野外调查和室内分析法,研究了若尔盖沙化草地不同生态恢复模式土壤有机碳组分及碳库管理指数变化。若尔盖沙化草地的生态恢复模式有:灌草间作模式Ⅰ(条带状红柳间植草本植物,SGⅠ)、灌草间作模式Ⅱ(环状红柳间植草本植物,SGⅡ)、沙障+灌草模式(红柳沙障+红柳间植草本植物,SBSG)。结果表明,与沙化草地(DG)相比,3种恢复模式都能提高土壤有机碳及其活性组分含量。SGⅠ模式的全剖面土壤微生物量碳(MBC)、溶解性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(EOC)、颗粒有机碳(POC)含量分别增加36.6%、139.0%、89.4%、130.9%;SGⅡ模式的分别增加2.7%、-43.9%、15.0%、49.7%;SBSG模式的分别增加82.4%、21.8%、56.2%、170.3%。表明SGⅠ与SBSG提高土壤有机碳的效应相近,而且二者都远大于SGⅡ。3种生态恢复模式土壤活性有机碳分配比例与DG的差异表现不一致,显著体现是SGⅠ模式土壤DOC分配比例的垂直变化出现分馏现象。3种生态恢复模式土壤碳库管理指数(CPMI)均大于100%,能不同程度地提升土壤质量,其效应大小为SGⅠSGⅡSBSG。易氧化有机碳可作为反映沙化草地生态修复模式土壤质量变化的优选指标,CPMI也可用于表征生态恢复措施提升沙化草地土壤质量的效果。     

增氮对青藏高原东缘典型高寒草甸土壤有机碳组成的影响

土壤有机碳动态是陆地生态系统碳平衡研究的关键环节,有关青藏高原高寒草甸土壤有机碳组成对大气氮沉降增加的响应研究至今尚未开展。基于中国科学院海北生态站的大气氮沉降模拟控制实验平台,于2010年5月、7月和9月中旬分别测定不同施氮处理下0—10cm、10—20cm、20—30cm土壤中粗颗粒态有机碳(CPOC)、细颗粒态有机碳(FPOC)和矿质结合有机碳(MOC)含量,研究不同施氮类型(NH4Cl,(NH4)2SO4和KNO3)和施氮水平(0、10、20、40 kgN.hm-.2a-1)对土壤POC和MOC含量以及POC/MOC比值的影响。结果表明:青藏高原高寒草甸土壤POC积聚在土壤表层,占总土壤有机碳(SOC)含量的64%以上,稳定性较差。施氮水平显著改变了土壤CPOC、FPOC和MOC含量,而施氮类型的影响不显著。不同月份土壤POC和MOC含量对增氮的响应不同,反映了SOC组分对增氮响应的时间异质性。在生长季中期,施氮倾向于增加表层土壤POC含量,而在生长季初期和末期恰好相反。土壤MOC对增氮的响应不敏感。另外,施氮显著降低生长季初期表层土壤POC/MOC比例,SOC稳定性增加。表明,青藏高原高寒草甸土壤有机碳活性组分较高,未来大气氮沉降增加短期内即可降低活性有机碳含量,相应地改变了其组成和稳定性。     

岩溶槽谷区植被恢复对土壤团聚体有机碳及碳库管理指数的影响

为揭示岩溶槽谷区植被恢复对土壤结构、土壤有机碳积累和碳库管理水平的影响,该研究选取了弃耕地、林地和草地三种土地利用方式,测定0～20 cm土层土壤团聚体组成、土壤有机碳(SOC)、团聚体有机碳以及土壤易氧化有机碳(EOC)含量。结果表明:(1)与弃耕地相比,林地和草地土壤团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均重量直径(MGD)和2～5 mm团聚体含量显著增加,林地和草地土壤团聚体组成以2～5 mm为主,弃耕地以0.5～1 mm和0.25 mm为主,表明退耕还林还草能够促进土壤团聚体形成和稳定。(2)土壤团聚体有机碳含量呈现出林地草地弃耕地,随团聚体粒级增加而增加的趋势;林地和草地以2～5 mm团聚体有机碳贡献率最大,弃耕地则以0.25 mm团聚体贡献为主,表明弃耕地转变为林地和草地后,土壤SOC积累主要归功于2～5 mm有机碳含量的增加,以及团聚体由小粒径向大粒径转变。(3)与弃耕地比较,林地和草地土壤SOC、EOC含量和碳库管理指数(CPMI)均显著提高,其中土壤EOC含量和CPMI变化较为明显;土壤EOC可作为土壤碳库早期变化的有效指标,CPMI能够良好地表征植被恢复对土壤SOC和EOC的影响。     

牧草种类与耕作时间对拉萨牧草种植地土壤不同组分有机碳的影响

以中国科学院拉萨高原生态试验站附近天然灌丛草原与站内的牧草种植地为研究对象,分析牧草种类与耕作时间对牧草种植地土壤有机碳的影响。种植地的5种牧草种类为:耕作10a的鸭茅(Dactylis glomerata L.)、耕作4a与10a的垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、耕作3a与10a的苜蓿(Medicago sativa Linn.),同时以该区域原生植被天然灌丛草原生长地作为对照。结果表明:与天然灌丛土壤全土有机碳(Total Organic Carbon,TOC)含量相比,耕作10a的鸭茅增加了土层0—5 cm与10—30 cm TOC含量、耕作10a的苜蓿与垂穗披碱草分别显著增加与降低了土层0—5 cm TOC含量。主要因为耕作不同牧草使种植地土壤不同组分有机碳含量发生变化,耕作10a的鸭茅和苜蓿分别使土层0—5 cm与10—30 cm、土层0—5 cm与10—20 cm的砂粒级(50—2000μm)颗粒有机碳(POC)含量降低,粉粒与黏粒级(50μm)矿物结合态有机碳(MOC)含量升高;耕作10a的垂穗披碱草则使土壤表层0—5 cm砂粒级POC含量显著降低,MOC无显著变化。与耕作4a的垂穗披碱草相比,耕作10a显著降低了土层10—20 cm TOC含量,主要体现在粗砂粒(250—2000μm)POC含量与粉粒(2—50μm)MOC含量的降低;与耕作3a的苜蓿相比,耕作10a的苜蓿显著降低了土层5—30 cm TOC含量,主要因为各土层砂粒级POC含量、粉粒与细黏粒MOC含量均有所降低。说明短期耕作更有利于牧草种植地土壤有机碳库的累积。     

放牧干扰对岷江上游山地森林/干旱河谷交错带土壤活性有机碳的影响

研究放牧干扰对岷江上游山地森林-干旱河谷交错带人工刺槐林、人工杨柳林、锥花小檗灌丛和草地4种植被类型土壤有机碳含量和活性组分的影响.结果表明:各放牧强度下,0~10 cm土层土壤有机碳及其活性组分含量大于10~20 cm土层.随放牧强度的增加,人工刺槐林表层(0~10 cm)土壤总有机碳(TOC)、轻组有机碳(LFOC)、颗粒有机碳(POC)和易氧化碳(LOC)含量呈逐渐降低趋势;人工杨柳林表层土壤LFOC含量呈降低趋势,POC含量呈升高趋势,TOC和LOC含量先降低再升高;锥花小檗灌丛土壤POC含量呈降低趋势,TOC、LFOC和LOC含量先降低再升高;草地土壤TOC和POC含量呈降低趋势,LFOC和LOC含量先降低再升高.4种植被类型土壤LOC、LFOC和POC含量随放牧强度增加而下降的幅度是TOC含量的1.1~8.9倍.土壤TOC含量与LOC、LFOC和POC含量呈显著正相关,表明活性有机碳组分能够反映土壤总碳的变化情况.     

桂北不同林龄桉树人工林土壤碳库管理指数和碳组分的变化特征

采用时空互代法,以广西北部低山丘陵地区不同林龄(1、2、3、4、5和8 a)桉树人工林为研究对象,探讨林龄对桉树人工林地土壤碳库管理指数的影响及其规律。结果表明:(1)随着林龄的增加,土壤有机碳总体表现为增加的趋势,1～8 a桉树土壤有机碳范围在5.79～15.57 g· kg^-1之间,随着土层的加深而降低; 0～40 cm土层土壤有机碳平均含量表现为8 a>5 a>3 a>4 a>2 a>1 a。(2)土壤非活性有机碳、碳储量随林龄和土层的变化规律与土壤有机碳基本一致。土壤活性有机碳含量大小依次表现为8 a>5 a>4 a>3 a>2 a>1 a,占土壤有机碳的比例随林龄变化无明显规律,8 a和其他林龄间均具有显著差异。(3)碳库管理指数随林龄增加整体呈上升趋势,8 a桉树人工林土壤碳组分含量及碳库管理指数均高于10 a对照马尾松林。碳库管理指数与土壤有机碳、非活性有机碳、活性有机碳、碳储量、碳库活度、全氮、容重呈极显著或显著的相关性,不同林龄和土层间碳库管理指数有差异性。适当延长桉树人工林的轮伐周期,减少人为对林地凋落物和林下植被的干扰,将有利于提高土壤的有机碳含量,进而改善土壤质量。     

桂西北喀斯特峰丛洼地不同植被恢复方式下土壤有机碳组分变化特征

植被恢复被认为是提升退化区域土壤有机碳（SOC）固持的有效措施。然而,喀斯特脆弱生态系统植被人工恢复和自然恢复模式下SOC不同组分变化特征、稳定性和固持能力的研究还较缺乏。以典型喀斯特峰丛洼地为研究区,以耕地为对照,以恢复15年的人工恢复（人工林）和自然恢复（耕地撂荒后植被自然演替为灌丛）为研究对象,分析不同植被恢复模式下SOC、颗粒态有机碳（POC）、矿质结合态有机碳（MOC）、易氧化态有机碳（ROC）、惰性碳指数（RI）和SOC相对固持能力（SCS_capacity）变化特征。结果发现：（1）人工林和灌丛SOC、POC和ROC含量显著高于耕地,且灌丛POC和ROC含量显著高于人工林,MOC则在三者之间差异不显著;（2）与耕地相比,人工林和灌丛RI显著下降,但SCS_capacity差异不显著。研究表明,桂西北喀斯特峰丛洼地植被恢复15年后主要提升土壤活性碳组分,且自然恢复比人工恢复更有利于于提升土壤活性碳组分;然而,耕地退耕后短期内土壤碳稳定性并未增加,强调植被恢复后避免再次毁林开荒对于维持土壤碳固持的必要性。     

棉花长期连作结合秸秆还田对土壤颗粒有机碳及红外光谱特征的影响

以新疆玛纳斯河流域长期连作棉田为研究对象,采用傅里叶红外光谱技术(FTIR)分析不同连作年限[0(对照)、5、10、15和20年]棉田土壤红外光谱特征,分析连作结合秸秆还田对土壤有机碳结构和稳定性的影响.结果表明: 随连作年限增加,土壤有机质中多糖和芳香族基团相对峰强度下降,脂肪族和醇酚相对峰强度上升,脂肪族-CH/芳香族C=C逐年升高.连作5年土壤颗粒有机碳含量最高,比对照土壤高5.11倍,之后随连作年限增加颗粒有机碳含量逐渐降低;连作10年土壤矿物结合态有机碳含量最高,比对照高1.84倍,连作5年土壤颗粒有机碳与矿物结合态有机碳含量之比(ω(POC)/ω(MOC))最高,之后随连作年限增加开始下降.综上,棉田长期连作结合秸秆还田后土壤有机质结构趋于脂肪化,土壤矿物结合对有机质保护性升高,有机质稳定性升高.     

喀斯特山区不同植被类型土壤有机碳的变化

研究了贵州西南部典型喀斯特山区不同植被类型下常规土壤及小生境土壤中有机碳及不同粒径土壤颗粒有机碳的变化.结果表明:不同植被类型下,常规及小生境土壤有机碳含量均表现为:裸地＜草丛＜灌木林＜乔木林,常规土壤变幅在7.18 ～43.42 g·kg-1,土面和石坑土壤有机碳变幅分别为6.62 ～46.47 g· kg-1和9.01 ～52.07 g·kg-1;颗粒有机碳(POC)/矿物结合态有机碳( MOC)值均为:裸地＜草丛＜乔木林＜灌木林,同一植被类型下,与常规及土面相比,石坑中土壤POC/MOC值最高;植被在由裸地-草丛-灌木林-乔木林的变化过程中,不同粒径土壤颗粒有机碳含量增加,而土壤有机碳主要以砂粒及粉砂粒有机碳形式存在,说明喀斯特地区土壤的固碳能力及有机碳稳定性较弱,土壤易受外界干扰而引发有机碳流失,土壤质量存在下降或退化的风险.     

城市湿地转变为不同土地利用类型后土壤碳氮分布特征

以安徽省蚌埠市龙子湖湿地为研究区,选择由湿地退化形成的林地、公园绿地、耕地、水产养殖地、防护林带5种土地利用类型为研究对象,分析土壤中总有机碳(TOC)、全氮(TN)含量,颗粒有机碳(POC)、颗粒有机氮(PON)含量与分配比例,以及土壤碳氮比(C/N)和颗粒组分碳氮比(POC/TOC),研究不同人为干扰强度和干扰形式下土壤碳氮的分布特征.结果表明: 林地、水产养殖地、耕地土壤中TOC呈现出表聚性,公园绿地和防护林带各土层间TOC含量无显著差异;5种土地利用类型土壤POC、TN、PON呈现出表聚性;受人为干扰程度较强的公园绿地和防护林带POC分配比例较高,耕地和水产养殖地受到的人为干扰也较强烈,但其POC分配比例与受人为干扰较弱的林地相当,说明除干扰强度外,干扰的形式也可能是影响POC分配比例的重要因素;林地C/N随土层深度增加而逐渐降低,公园绿地、耕地和防护林带C/N随土层深度增加变化不显著,除林地和耕地外,其他土地利用类型土层深度对POC/TOC的影响不显著.     

Distinct controls over the temporal dynamics of soil carbon fractions after land use change

Soil organic carbon (SOC), the largest terrestrial carbon pool, plays a significant role in soil‐related ecosystem services such as climate regulation, soil fertility and agricultural production. However, its fate under land use change is difficult to predict. A major issue is that SOC comprised of numerous organic compounds with potentially distinct and poorly understood turnover properties. Here we use spatiotemporal measurements of the particulate (POC), mineral‐associated (MOC) and charred SOC (COC) fractions from 176 trials involving changes in land use to assess their underlying controls. We find that the initial pool sizes of each of the three fractions consistently and dominantly control their temporal dynamics after changes in land use (i.e. the baseline effects). The effects of climate, soil physicochemical properties and plant residues, however, are fraction‐ and time‐dependent. Climate and soil properties show similar importance for controlling the dynamics of MOC and COC, while plant residue inputs (in term of their quantity and quality) are much less important. For POC, plant residues and management practices (e.g. the frequency of pasture in crop‐pasture rotation systems) are substantially more important, overriding the influence of climate. These results demonstrate the pivotal role of measuring SOC composition and considering fraction‐specific stabilization and destabilization processes for effective SOC management and reliable SOC predictions.     

降水变率对森林土壤有机碳组分与分布格局的影响

2006年12月—2008年6月,通过加倍降水、自然降水和去除降水3种处理的人工控制试验,研究了降水变率改变对南亚热带不同演替阶段的季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林土壤有机碳组分与空间分布格局的影响.结果表明：在3种降水强度条件下,相同森林类型的同一层次土壤总有机碳（TOC）含量差异不显著（P>0.05）;去除降水处理下土壤表层（0～10 cm）颗粒有机碳（POC）和轻组有机碳(LFOC)含量有明显的积累趋势,加倍降水和自然降水处理下增加了POC、LFOC向下层土壤（10～20 cm、20～30 cm、30～50 cm）的运输;去除降水处理下,马尾松林土壤易氧化有机碳（ROC）含量显著高于降水处理（P<0.05）;演替早期森林土壤的POC、ROC、LFOC占总有机碳的比例大于演替后期土壤,不利于土壤有机碳的存埋.森林土壤总有机碳含量变化缓慢,而其活性有机碳组分（POC、LFOC、ROC）对降水变率改变的响应更敏感.