人工草地建植对三江源区退化高寒草甸土壤有机碳组分的影响

三江源区高寒草甸的退化正威胁着区域生态安全,如何恢复其土壤有机碳水平是治理该区域退化高寒草甸的关键。本研究以三江源区典型的退化高寒草甸及经其改建而来的人工草地(3年和7年)为对象,运用酸水解法将土壤有机碳库分为活性碳组分I、活性碳组分II和惰性碳组分,定量评估人工草地建植后土壤有机碳组分及其生物化学稳定性的变化特征。结果表明：各类样地土壤有机碳组分含量按照惰性碳组分、活性碳组分I和活性碳组分II的顺序依次递减,表明惰性碳组分是土壤有机碳库的主要构成部分;在建植人工草地3年后,0～30 cm土层的总有机碳、活性碳组分I和惰性碳组分含量均未发生显著变化,而活性碳组分II含量出现显著下降(P<0.05);相比之下,建植人工草地7年后,除土壤活性碳组分II含量未发生显著变化外,总有机碳和其他碳组分含量均呈现出增加的变化趋势;退化高寒草甸、建植3年和建植7年人工草地的土壤有机碳惰性指数分别为43.7%～48.4%、42.3%～48.9%和42.3%～53.4%,尽管建植7年人工草地的土壤有机碳惰性指数要高于其他两类样地,但仅在10～20 cm土层表现为显著差异(P<0.05)。综上表...     

长三角典型水稻土有机碳组分构成及其主控因子

准确把握水稻土有机碳组分构成特征及其主控因子,对定量化评价土壤有机碳质量和未来演变趋势具有重要意义。通过室内土壤呼吸培养实验结合有机碳三库一级动力学方程,模拟得到长三角地区典型水稻土剖面(0—100 cm)各土层有机碳组分含量及其分布特征;并利用主成分分析获取主控因子,建立有机碳组分回归预测模型。结果表明:水稻土活性碳、慢性碳和惰性碳含量随剖面深度增加而降低,上层土壤(0—40 cm)有机碳组分含量下降速度明显快于下层土壤(40—100 cm);水稻土活性碳构成比例不超过5.3%,惰性碳构成比例大于活性碳与慢性碳比例之和,达到60%以上,水稻土有机碳总量变异主要取决于慢性碳和惰性碳组分变异。因此,水稻土固碳重点在于慢性和惰性组分。同时,研究还发现水稻土类型和剖面深度主要在表层对有机碳组分含量和比例构成产生显著影响,土壤有机碳量、全氮和pH是影响水稻土有机碳组分含量分异的主控因子,利用主控因子可较好预测水稻土有机碳组分含量。     

模拟升温和放牧对高寒草甸土壤有机碳氮组分和微生物生物量的影响

土壤活性、惰性有机质库和微生物生物量在数量和分配上的变化是陆地生态系统土壤有机质贮存和动态变化的决定性因素。采用OTCs(Open top chambers)升温以及刈割+粪便归还的方法,对青藏高原东部高寒草甸土壤有机碳氮组分和微生物生物量对气候变暖和放牧的响应进行了研究。结果表明,模拟升温在短期内显著降低土壤活性有机碳Ⅰ、活性有机氮Ⅰ和惰性有机碳的含量,而由于粪便归还作用,放牧明显增加土壤活性有机碳、氮Ⅰ的含量。模拟升温和放牧对有机碳、氮组分的作用效应相互抵消,两者共同作用下有机碳、氮组分仅略有降低。单一的模拟升温或放牧没有显著改变微生物生物量碳,但是两者共同作用却能够大大增加微生物生物量碳。放牧和取样时间存在着明显的交互作用,放牧效应随时间递减。本研究表明,气候变暖对放牧草甸有机碳、氮组分影响不大;放牧过程中的牲畜粪便归还作用不容忽视。     

华北落叶松人工林土壤有机碳和团聚体稳定性对间伐的响应

土壤团聚体是土壤有机碳的主要载体,其稳定性是土壤质量和肥力的关键指标,对维持土壤有机碳库的稳定性有重要意义。为探究华北落叶松人工林土壤有机碳和团聚体稳定性对间伐的响应,以山西省好地方林场的不同密度调控强度的35年生华北落叶松人工林(1100株·hm^-2(HT)、1415株·hm^-2(MT)、1850株·hm^-2(LT)、2100株·hm^-2(CK))为对象,利用干筛法测定了土壤团聚体稳定性(平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D))及不同粒径团聚体土壤有机碳含量,通过回归模型分析土壤团聚体稳定性与土壤有机碳之间的关系。结果表明：(1)间伐对土壤团聚体稳定性有显著影响,在0～10、20～30 cm土层中,MWD、GMD分别表现为MT>LT>HT>CK和LT>MT>HT>CK;CK林分在各土层D值最高,在10～30 cm深度土壤中表现显著;>2 mm粒径团聚体主要存在于MT林分中。(2)各土层中,MT林分土壤有机碳含量最高。各土层中,MT林...     

施用生物有机肥对黄瓜连作土壤有机碳库和酶活性的持续影响

采用田间定位试验和室内培养试验相结合的方法,研究了一次性施用生物有机肥对黄瓜连作土壤有机碳组分、有机碳矿化和酶活性的持续效应.结果表明: 连续种植4季黄瓜过程中,与对照处理(CK)相比,施用生物有机肥可明显增加黄瓜连作土壤总有机碳、活性碳库、缓效碳库和惰性碳库的有机碳含量,且随着黄瓜连作季数的增加,土壤惰性碳库比例逐渐增加;连续种植4季黄瓜后,施用生物有机肥处理中土壤有机碳累计矿化量和日均矿化量与CK相比分别增加了17.3%～31.0%和7.8%～43.0%,且在同一季黄瓜成熟期,施用生物有机肥还能提高黄瓜连作的土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和磷酸酶(中性)的活性,增幅分别为10.5%～62.1%、4.8%～25.5%、3.9%～21.4%和4.6%～66.4%.相关分析和通径分析结果表明,黄瓜连作过程中4种酶的活性与土壤有机碳各组分动态变化均呈显著相关,且黄瓜连作过程中土壤脲酶和蔗糖酶活性是影响有机碳矿化的主要生物酶.施用生物有机肥可提高黄瓜连作过程中土壤有机碳各组分含量和酶活性,增加土壤惰性碳库比例、有机碳累计矿化量和矿化速率,从而增强土壤固碳能力.     

模拟氮沉降对华西雨屏区慈竹林土壤活性有机碳库和根生物量的影响

从2008年1月起,对华西雨屏区慈竹(Neosinocalamus affinis)人工林进行了模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK,0 g.m-.2a-1)、低氮(5 g.m-.2a-1)、中氮(15 g.m-.2a-1)和高氮(30 g.m-.2a-1)。在模拟氮沉降1.5 a后,按土层深度取土样和根样,测定不同深度土壤活性有机碳含量和根生物量。结果表明,华西雨屏区慈竹林土壤有机碳、微生物量碳、浸提性溶解有机碳和活性碳含量均随土层深度的增加而减少。氮沉降显著减少了土壤微生物量碳和活性碳含量,显著增加了浸提性溶解有机碳含量,并使得土壤碳库管理指数减小。同时,慈竹林根密度在氮沉降条件下减少了12%-14%。说明氮沉降的增加减少了土壤有机碳中的活性部分,增加了土壤有机碳的淋溶流失,降低了慈竹林土壤碳库质量。同时,根系生物量的减少,间接影响了土壤微生物活动和土壤碳周转过程。在未来氮沉降持续增加的背景下,慈竹林土壤对碳的保持能力可能会下降。     

江西官山常绿阔叶林土壤有机碳组分沿海拔的变化

对江西官山国家级自然保护区不同海拔(400、600、800、1000、1200 m)常绿阔叶林土壤总有机碳、惰性有机碳和活性有机碳进行分析,研究土壤有机碳的海拔分布特征。结果表明: 土壤总有机碳、惰性有机碳及活性有机碳含量在土壤表层最高,随土层加深而逐渐下降。随海拔升高,土壤总有机碳、惰性有机碳、易氧化有机碳、微生物生物量碳及0～20 cm土层土壤颗粒有机碳含量均出现先增后降的趋势, 且在海拔1000 m达到峰值,而土壤水溶性有机碳及20～40 cm土层土壤颗粒有机碳含量无明显变化。在0～10 cm土层,土壤惰性有机碳占总有机碳的比例在海拔800和1200 m显著高于海拔400和1000 m,而土壤活性有机碳占总有机碳的比例在海拔400 m最高;土壤惰性有机碳和活性有机碳占总有机碳的比例在10～40 cm土层随海拔的增加均呈先增加后降低的趋势,峰值分别在1000和600 m处。各组分有机碳与土壤湿度、微生物生物量氮、可溶性有机氮均呈显著正相关,而且活性有机碳与铵态氮呈显著正相关。海拔显著影响常绿阔叶林土壤有机碳组分的分布,惰性有机碳、易氧化有机碳和微生物生物量碳对海拔变化的响应更敏感。高海拔土壤惰性有机碳和活性有机碳在水分和氮素充足条件下易发生分解与转化,降低土壤碳库的稳定性。在全球气温持续升高背景下,要加强高海拔地区森林土壤有机碳的动态变化研究。     

广州城郊森林公园常绿阔叶林土壤有机碳及组分特征

为探讨森林公园土壤有机碳的分布特征,以广州城郊的石门国家森林公园和云髻山森林公园为研究对象,采用分层采样方法 (0—5、5—10、10—20、20—40和40—60 cm) 对天然常绿阔叶林的土壤总有机碳、惰性有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳、微生物生物量碳含量进行了研究。结果表明：土壤惰性有机碳、活性有机碳及总有机碳含量随土层加深均表现下降趋势。不同组分的活性有机碳含量及其所占总有机碳比例在土壤剖面分布存在差异,均表现为易氧化有机碳>微生物生物量碳>水溶性有机碳。土壤惰性有机碳占总有机碳的比例显著高于活性有机碳,随土层加深呈先下降后增加趋势,深层土壤有利于维护有机碳的稳定性。土壤惰性有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳及微生物生物量碳含量与总有机碳、微生物生物量氮含量均呈显著正相关,土壤各组分碳间转化依赖于总有机碳量的变化,同时受微生物生物量氮的支配。     

不同间伐强度下华北落叶松人工林土壤磷组分特征及其影响因素

间伐是人工林经营的重要措施,磷是森林生态系统的限制性养分元素之一,但间伐对土壤磷素的影响尚不明确.本研究采用Tissen改良的Hedley磷分级体系对土壤样品进行连续浸提,研究不同间伐强度[对照,未间伐;轻度间伐,15%;中度间伐,35%;重度间伐,50%]下山西太岳山好地方林场华北落叶松人工林表层土壤(0～10 cm)磷组分特征及其影响因素.结果表明: 与对照相比,中度间伐显著增强了土壤总无机磷含量;轻度和中度间伐显著增强了Resin-Pi、NaHCO₃-Pi、NaHCO₃-Po、NaOH-Pi、微生物生物量磷和土壤酸性磷酸酶活性,显著降低了NaOH-Po含量;间伐对土壤全磷、总有机磷、稳定态磷(HCl-Pi、浓HCl-Pi和浓HCl-Po)和闭蓄态磷(Residual-P)的影响不显著.土壤有机碳含量、含水率、土壤微生物和酸性磷酸酶活性是影响土壤磷素有效性的重要因子.中度间伐能提高华北落叶松人工林土壤磷素的有效性.     

西南喀斯特长期植被修复对土壤有机碳组分的影响

揭示西南喀斯特土壤有机碳分布积累及其组分构成对长期植被修复的响应规律和内在机理,可为喀斯特石漠化科学治理和阐明喀斯特植被修复的土壤碳汇效应提供科学依据。以西南典型喀斯特石漠化植被恢复区实施了28-31年的4种植被修复工程内的7种典型修复措施(人造乔木林:柏木和柚木种植;人造灌木林:花椒和火龙果种植;人造藤林:金银花种植;人工草地:砂仁和皇竹草种植)为研究对象,系统分析了土壤总有机碳、活性有机碳、缓效性有机碳和惰性有机碳分布积累对长期植被修复的响应。结果表明:(1)西南喀斯特长期植被修复显著改变了土壤有机碳及其组分的分布积累。人造乔木和藤本显著提升土壤有机碳及其各组分的分布积累,但人工种草不仅不能提高土壤有机碳的累积,反而在多数情况下降低了土壤总有机碳含量和储量以及土壤有机碳各组分含量。(2)西南喀斯特长期植被修复明显影响着土壤有机碳库组分结构。除人工种草外,植被修复显著提升了土壤有机碳库中缓效性有机碳的占比。人造花椒明显降低了土壤有机碳库中活性有机碳的占比。柏木种植显著增加了土壤有机碳碳库中的惰性有机碳的比例,而火龙果和砂仁种植明显降低了土壤有机碳碳库中的惰性有机碳的比例。(3)土壤总氮、总磷和容重与土壤有机碳及其各组分的分布积累具有极显著正/负相关,是长期植被修复背景下西南喀斯特土壤有机碳及其组分分布积累的主要影响因子。研究结果为西南喀斯特脆弱生态系统科学植被恢复,以及基于植被修复的土壤碳循环调控助力碳中和提供了科学理论依据。     

Light and heavy fractions of soil organic matter in response to climate warming and increased precipitation in a temperate steppe

Soil is one of the most important carbon (C) and nitrogen (N) pools and plays a crucial role in ecosystem C and N cycling. Climate change profoundly affects soil C and N storage via changing C and N inputs and outputs. However, the influences of climate warming and changing precipitation regime on labile and recalcitrant fractions of soil organic C and N remain unclear. Here, we investigated soil labile and recalcitrant C and N under 6 years' treatments of experimental warming and increased precipitation in a temperate steppe in Northern China. We measured soil light fraction C (LFC) and N (LFN), microbial biomass C (MBC) and N (MBN), dissolved organic C (DOC) and heavy fraction C (HFC) and N (HFN). The results showed that increased precipitation significantly stimulated soil LFC and LFN by 16.1% and 18.5%, respectively, and increased LFC:HFC ratio and LFN:HFN ratio, suggesting that increased precipitation transferred more soil organic carbon into the quick-decayed carbon pool. Experimental warming reduced soil labile C (LFC, MBC, and DOC). In contrast, soil heavy fraction C and N, and total C and N were not significantly impacted by increased precipitation or warming. Soil labile C significantly correlated with gross ecosystem productivity, ecosystem respiration and soil respiration, but not with soil moisture and temperature, suggesting that biotic processes rather than abiotic factors determine variations in soil labile C. Our results indicate that certain soil carbon fraction is sensitive to climate change in the temperate steppe, which may in turn impact ecosystem carbon fluxes in response and feedback to climate change.     

Long term fertilization effects on soil organic carbon pools in a sandy loam soil of the Indian sub-Himalayas

An understanding of the dynamics of soil organic carbon (SOC) as affected by farming practices is imperative for maintaining soil productivity and mitigating global warming. Results of a long-term (32 years) experiment in the Indian Himalayas under rainfed soybean (Glycine max L.)- wheat (Triticum aestivum L.) rotation was analyzed to determine the effects of mineral fertilizer and farmyard manure (FYM) application at 10 Mg?ha^-1 on SOC stocks and depth distribution of the labile and recalcitrant pools of SOC. Results indicate all treatments increased SOC contents over the control. The annual application of NPK significantly (P?<?0.05) enhanced total SOC, oxidizable soil organic C and its fractions over the control plots. The increase in these SOC fractions was greater with the NPK + FYM treatment. Nearly 16% (mean of all treatments) of the estimated added C was stabilized into SOC both in the labile and recalcitrant pools, preferentially in the 0?C30 cm soil layer. However, the labile:recalcitrant SOC ratios of applied C stabilized was largest in the 15?C30 cm soil layer. About 62% of total SOC was present in the labile pool. Plots under the N + FYM and NPK + FYM treatments contained a larger proportion of total SOC in the recalcitrant pool than the plots with mineral or no fertilizer, indicating that FYM application promoted SOC stabilization.     

垦殖对新疆绿洲农田土壤有机碳组分及团聚体稳定性的影响

土壤有机碳是土壤质量变化的重要指标,土壤活性有机碳组分在土壤质量变化方面发挥重要作用。采用有机碳分组技术,研究了干旱荒漠区自然土壤开垦对绿洲农田土壤有机碳活性组分及团聚体稳定性的影响。结果表明:低有机碳含量的自然土壤垦殖后,有利于干旱荒漠区绿洲棉田土壤有机碳的积累,且垦殖(0-5a)增加显著,年均增加在0.65gkg-1以上,上升幅度为76%-286%,5a后维持在相对平衡的水平;土壤活性有机碳、轻组有机碳在垦殖0-5a显著增加,平均增加72%和99%,5a后下降;颗粒有机碳则表现出垦殖0-10a明显增加,增加在275%以上,10a后下降;土壤水稳性团聚体含量随垦殖年限的延长显著增加,0-20a内较自然土壤提高了75%。垦殖可能是干旱区绿洲农田潜在碳汇的重要影响因素;但随垦殖年限延长,土壤有机碳活性组分下降,土壤质量又存在一定的退化风险。     

不同熟化措施对黑土母质发育的新成土壤有机碳库的影响

基于8年田间定位试验,采用土壤团聚体分组和闭蓄态微团聚体分离技术,将土壤有机质分为总粗颗粒有机质(活性碳库)、总细颗粒有机质(慢性碳库)和总粉黏粒(惰性碳库) 3个组分,探讨不同熟化措施对黑土母质发育而成的新成土壤总有机碳库及不同活性有机碳库的影响,为黑土严重侵蚀地区母质表露后土壤肥力的快速恢复提供依据。试验设置自然恢复(NatF)、苜蓿种植(Alfa)、无肥(F0C0)、化肥(F1C0)、低量有机肥与化肥配施(F1C1)、高量有机肥与化肥配施(F1C2)等6个熟化处理。结果表明:黑土母质经过8年不同熟化处理后,土壤总有机碳和各组分有机碳含量均显著提高;与NatF相比,有机肥与化肥配施(F1C2和F1C1)对土壤总有机碳的提升作用最为明显,增幅分别为60.7%和41.2%;Alfa其次,增幅18. 2%;F0C0或F1C0处理土壤总有机碳与NatF间无显著差异;F1C2和F1C1处理土壤3个组分有机碳含量均显著高于其他熟化处理,与F1C1相比,F1C2处理对各组分有机碳提升作用更为明显;与NatF相比,Alfa处理土壤有机碳的增加主要表现为粉黏粒结合有机碳的增加;F1C0和F0C0处理土壤总细颗粒有机质和总粉黏粒中有机碳与NatF间无显著差异,总粗颗粒有机质中有机碳含量低于NatF。研究表明,在米豆轮作和传统耕作体系下,农田生态系统高量有机物料投入配施化肥能够加速黑土母质的熟化进程,快速提高土壤中活性碳库和惰性碳库的容量,是严重退化黑土有机质快速提升的有效措施。     

间伐对华北落叶松人工林土壤活性有机碳含量及酶活性的影响

本研究以太岳山华北落叶松人工林为对象,研究间伐对土壤活性有机碳及相关土壤酶活性的影响.结果表明: 随着土壤深度的增加,土壤活性有机碳含量、土壤氮含量和酶活性降低;同一土层中,中度间伐下土壤碳、氮养分含量显著增加.在0～10 cm土层,轻度间伐处理下蔗糖酶和过氧化物酶活性显著增加,中度间伐处理下多酚氧化酶和脲酶活性显著增加;在10～50 cm土层,轻度间伐处理下蔗糖酶和脲酶活性降低,中度间伐处理下纤维素酶活性显著降低;冗余分析显示,溶解性有机碳在0～10和20～30 cm土层是影响土壤酶活性的主要因素;在10～20 cm土层中,土壤有机碳是影响多酚氧化酶和蔗糖酶的主要因素;在30～40 cm土层,微生物生物量氮主要影响多酚氧化酶、过氧化物酶和脲酶活性,土壤全磷和易氧化有机碳对40～50 cm土层土壤酶活性起着重要的作用.间伐对华北落叶松人工林土壤活性有机碳含量和土壤酶活性有显著影响,中度间伐处理下土壤养分含量总体最高,土壤pH、含水率、有机质含量等化学性质优于其他几种处理,能较好地改善林下植被、枯落物及养分循环过程.因此,建议对落叶松人工林进行适度密度调整(1404～1422 trees·hm^-2),以促进碳、氮养分在土壤中的固存.     

采伐剩余物不同处理方式对杉木幼林土壤有机氮组分的影响

采伐剩余物不同处理方式会改变输入土壤的有机质数量和质量,直接或间接影响土壤的养分组成与含量。氮作为重要的土壤养分之一,其有机氮组分对采伐剩余物不同处理方式的响应仍不明确。本研究在福建省三明市格氏栲自然保护区内,对50多年生的杉木成熟林皆伐后的采伐剩余物分别进行清除、保留、火烧处理,并种植杉木5年时,采用H₂SO₄水解法对不同土层(0～10、10～20 cm)土壤有机氮组分及其影响因素进行研究。结果表明: 保留处理显著提高了土壤有机氮及活性组分的含量。0～10 cm土层中,保留处理土壤有机氮含量(3.36 g·kg^-1)分别是清除处理、火烧处理的1.5和1.3倍,活性氮Ⅰ、Ⅱ含量也以保留处理最高;10～20 cm土层中,保留处理土壤有机氮和活性氮Ⅱ含量(2.20、0.73 g·kg^-1)也显著高于清除和火烧处理,而且保留处理的活性氮指数Ⅱ(33.9%)显著高于火烧处理(26.1%)。两个土层均以保留处理的总碳、可溶性有机碳、可溶性有机氮含量,以及微生物生物量碳、氮最高。与清除处理相比,保留处理显著提高0～10 cm土层细菌(革兰氏阳性菌、阴性菌)含量;10～20 cm土层中,保留处理的真菌含量最高,放线菌含量最低。相关分析表明,土壤有机氮及活性组分与土壤总碳、可溶性有机碳、可溶性有机氮、微生物生物量及土壤细菌(革兰氏阳性菌、阴性菌)、真菌呈显著正相关,与放线菌呈显著负相关。保留处理有利于提高土壤有机氮及活性氮组分含量,改善土壤生化性质,对土壤微生物群落组成具有积极的影响,是维持土壤肥力和提高森林生产力的有效经营管理措施。     

Opposite changes of whole-soil vs. pools C : N ratios: a case of Simpson's paradox with implications on nitrogen cycling

Ecosystem and soil scientists frequently use whole soil carbon:nitrogen (C : N) ratios to estimate the rate of N mineralization from decomposition of soil organic matter (SOM). However, SOM is actually composed of several pools and ignoring this heterogeneity leads to incorrect estimations since the smaller pools, which are usually the most active, can be masked by the larger pools. In this paper, we add new evidence against the use of C : N ratios of the whole soil: we show that a disturbance can decrease the whole‐soil C : N ratio and yet increase C : N ratios of all SOM pools. This curious numerical response, known as Simpson's paradox, casts doubt on the meaning of frequently reported whole‐soil C : N changes following a disturbance, and challenges the N mineralization estimates derived from whole‐soil C : N ratio or single‐pool modeling approaches. Whole‐soil C : N ratio may not only hide features of the labile SOM pool, but also obscure changes of the large recalcitrant SOM pools which determine long‐term N availability.