加速侵蚀对土壤腐殖酸动态变化的影响

土壤腐殖酸的流失是土壤退化的标志之一。林地被开垦破坏后,土壤腐殖酸的流失程度在坡面上的空间分布与侵蚀方式和侵蚀强度相对应,坡面中部和中下部浅沟沟槽处最为严重,细沟侵蚀区次之,梁峁上部片蚀区相对最弱。侵蚀土壤中的腐殖酸总碳、胡敏酸碳和富啡酸碳含量随开垦年限的增加呈指数减少,其减少程度受侵蚀强度和侵蚀方式的影响。腐殖酸的流失程度与加速侵蚀造成的土壤剖面破坏密切相关。恢复植被可使土壤腐殖酸逐渐增加,土壤肥力得到恢复,土壤退化过程得到逆转。     

黑土坡耕地有机碳变化及固碳潜力分析

东北黑土区自开垦以来有机质含量逐渐降低,有机碳库长期处于亏缺状态,理论上也具有较大的固碳潜力。以典型黑土区长期传统作业的坡耕地(30—60 a)为研究对象,通过测定不同坡位(坡上侵蚀区和坡下沉积区)、不同土层(表土和底土)有机碳分布特征,估算不同开垦年限黑土固碳潜力及其恢复至固碳潜力所需的时间。结果表明:(1)总有机碳、有机碳密度以及碳饱和水平均表现为沉积区显著大于侵蚀区,表土显著大于底土,且均在开垦30a坡耕地达到最大值;(2)固碳潜力表现为侵蚀区(1.24—2.89 kg/m~2)显著大于沉积区(0.79—1.04 kg/m~2),底土(0.83—3.59 kg/m~2)显著大于表土(0.6—2.53 kg/m~2),随着开垦年限的增加表现为开垦30 a显著小于开垦40 a、60 a;(3)黑土坡耕地(30—60 a)侵蚀区和沉积区土壤(0—50 cm)达到固碳潜力分别需要20—181 a和13—66 a。黑土坡耕地固碳潜力的时空变异性在农业经营以及修复管理过程中需引起重视,以实现黑土资源的可持续利用。     

林地开垦后坡面土壤元素的时空变化特征

土壤中常量元素Ca,Mg和微量元素Cu,Zn,Mn,Fe是植物生长必需的重要元素,也是评价土壤质量的重要指标,林地被开垦破坏后,坡面土壤元素的空间分布受人为犁耕活动,侵蚀－沉积－搬运过程和元素性质的影响;林地开垦初期（1－2年）,坡面不同部位土壤Cu,Zn,Mn,Fe,K,Ca和Mg皆增加;而开垦两年后,受土壤侵蚀的影响,这些元素又趋于下降;开垦6年后,Cu,Fe,K和Mg比开垦前下降了1.5%-4.56%,SiO2含量在坡面上部随开垦年限的增加而增加,在坡面中部则随开垦年限而减少。Al的变化则与SiO2相反。     

不同开垦年限坡地黑土耕层土壤有机碳库分配特征

因耕作和侵蚀的共同作用,农田坡地景观多为坡上侵蚀、坡下沉积的空间格局,同时伴随侵蚀区和沉积区土壤有机碳(SOC)含量及稳定机制的差异.为探明长期耕作的农田黑土有机碳库积累-损耗特征,采用Stewart物理-化学联合分组方法,以典型黑土区不同开垦年限坡耕地为研究对象,探讨基于侵蚀-沉积作用的不同稳定机制碳库(游离未保护碳、物理保护碳、化学保护碳、生物化学保护碳)的分配特征.结果表明: 长期耕作与侵蚀导致坡下沉积区显著富积SOC,4种碳库含量整体表现为沉积区显著大于侵蚀区;黑土区坡耕地SOC以化学保护碳库和生物化学保护碳库为主(>90%),侵蚀区主要积累化学保护有机碳(84.6%),沉积区主要积累生物化学保护有机碳(51.4%);随着开垦年限的延长,4种碳库积累速率随着碳稳定程度的增加而增加,为生物化学保护碳库(48%)>化学保护碳库(42.2%)>物理保护碳库(6.4%)>游离未保护碳库(3.4%);游离未保护有机碳库占比和积累速率最小,但其对外界干扰最敏感,在黑土管理过程中应引起足够重视.     

东北黑土区坡耕地表层土壤颗粒有机碳和团聚体结合碳的空间分布

北黑土区典型漫岗坡耕地为研究对象,测定不同侵蚀程度地形部位表层土壤不同粒级有机碳、水稳性团聚体及其结合碳含量,探讨土壤侵蚀和沉积作用对表层土壤有机碳（SOC）损失、迁移和累积的影响.研究结果表明：与侵蚀微弱的坡顶相比,严重侵蚀的坡肩部位表层土壤水稳性大团聚体、矿质结合碳（IOC）和团聚体结合碳含量分别减少23﹪、17.5﹪和8.7﹪,而土壤颗粒有机碳（POC）含量无明显差异.长期处于沉积状态的坡脚部位,表层土壤大团聚体、POC和大团聚体结合碳含量分别较坡顶低56.1﹪、47.9﹪和67﹪;而IOC和微团聚体结合碳分别较坡顶高10﹪和18.7﹪.研究结果反映了土壤侵蚀以及耕作倾向于破坏水稳性大团聚体,其内部包裹的轻质、细颗粒物质易被地表水流迁移流失,加上下层土壤的稀释作用,导致侵蚀部位SOC减少.轻质活性碳组分在迁移和累积过程中易被微生物利用分解,沉积区土壤以IOC和微团聚体碳为主,形成一个惰性碳汇.     

黑土坡耕地有机碳及其组分累积-损耗格局对耕作侵蚀与水蚀的响应

耕作与水蚀是黑土区坡耕地碳库退化的主导因素,为进一步探究土壤有机碳(SOC)及其组分对不同侵蚀驱动力(耕作、水力)的响应格局,基于该区耕作侵蚀与水蚀模型,在定量表达耕作侵蚀-沉积量与水蚀量的基础上,利用地统计学的方法,分析了东北黑土区典型漫岗地形坡面尺度SOC及其3种组分的空间分布特征.结果表明: 耕作侵蚀与沉积速率分别表现为坡上>坡下>坡中>坡脚和坡脚>坡下>坡中>坡上;水蚀速率表现为坡下>坡脚>坡中>坡上;坡下陡坡位置耕作侵蚀与水蚀协同引起严重的土壤流失.虽然耕作侵蚀速率(0.02～7.02 t·hm^-2·a^-1)远小于水蚀速率(5.96～101.17 t·hm^-2·a^-1),但耕作侵蚀在全坡面范围均可对SOC产生不同程度的影响,而水蚀则主要在坡下径流汇集区显著影响SOC的累积-损耗.受水蚀与耕作侵蚀-沉积作用影响,SOC、颗粒有机碳、水溶性有机碳在侵蚀点含量低于沉积点,而微生物生物量碳变化趋势相反;耕作侵蚀通过影响颗粒有机碳参与SOC的积累-损耗过程.     

壤中流和土壤解冻深度对黑土坡面融雪侵蚀的影响

融雪侵蚀是东北黑土区土壤流失的一种重要形式,而目前有关壤中流和土壤解冻深度对融雪径流侵蚀的影响研究较少。本研究采用室内模拟试验,设计两个融雪径流量(1和4 L·min^-1)和两个土壤解冻深度(5和10 cm),以及有、无壤中流处理,分析壤中流和土壤解冻深度对黑土区坡面融雪侵蚀的影响。结果表明: 1)壤中流处理下坡面融雪径流深度和侵蚀量分别是无壤中流处理的1.1～1.2倍和1.3～1.9倍。两个融雪径流量下,当土壤解冻深度由5 cm增加到10 cm时,无壤中流处理下坡面融雪径流深度和侵蚀量分别增加10.0%～13.5%和15.4%～37.1%;而有壤中流处理下坡面融雪径流深度增加6.5%～8.5%,融雪侵蚀量则无显著变化。2)坡面细沟发育受壤中流、土壤解冻深度和融雪径流量的综合影响,各处理下细沟侵蚀量占坡面融雪侵蚀量的72%以上。3)壤中流发生使坡面径流流速和径流剪切力分别增加20.3%～23.2%和37.0%～51.3%,Darcy-Weisbach阻力系数减少9.0%～21.4%,从而增加了坡面融雪侵蚀量;且壤中流发生促进了坡面细沟发育,其细沟侵蚀量较无壤中流处理增加43.6%～69.9%,也导致坡面融雪侵蚀量增加。无壤中流条件下,土壤解冻深度加剧坡面融雪侵蚀的主要原因是随着土壤解冻深度的增加,坡面径流侵蚀能力和可蚀性物质来源增加,导致融雪径流侵蚀量增加。此外,土壤解冻深度对壤中流条件下细沟形态发育也有明显的影响,土壤解冻深度为5 cm时,细沟横向加宽作用显著;而土壤解冻深度为10 cm时,细沟下切侵蚀作用更显著。本研究加深了对黑土区融雪侵蚀机理的认识,可为水蚀模型的研发提供理论指导。     

不同耕作和覆盖方式对紫色丘陵区坡耕地水土及养分流失的影响

采用随机区组试验,研究了四川紫色丘陵区坡耕地不同耕作和覆盖方式对玉米生育期中水土及养分流失的影响。结果表明:秸秆覆盖对减少水土流失和增加玉米产量的效果均优于地膜覆盖。秸秆覆盖能显著减少地表径流(73.9%—86.2%),但增加了壤中流(15.4%—156.4%);使径流总量降低32.5%—66.6%,并极显著降低土壤侵蚀总量达96.4%—98.1%。地膜覆盖虽能在一定程度上减少壤中流和径流总深,但差异未达到显著水平。土壤N平均损失量达37.4kg/hm2,其中70.1%经由壤中流流失。秸秆覆盖虽然增加了一定的壤中流N损失,但能减少N流失总量达12.8%—65.1%。土壤P素损失量相对较小,仅为9.32kg/hm2,并主要随侵蚀泥沙迁移,占流失总量的92.1%。土壤K损失量达183.3kg/hm2,其流失载体也主要是侵蚀泥沙,占96.5%。因此,两种覆盖方式均能显著控制土壤P和K的损失。无论是秸秆还是地膜覆盖,与顺坡垄作相比,横坡垄作均能减少地表径流、地下径流、土壤侵蚀量及氮、磷、钾素总流失量,同时还能提高玉米产量。从简便、增产和防治面源污染的角度考虑,紫色土区坡耕地最适宜的种植方式为平作+秸秆覆盖。     

黄土高原典型区域土壤腐殖酸组分剖面分布特征

黄土高原作为典型的气候敏感带和生态环境脆弱区,诸多因素影响着这个区域的土壤有机碳及其组分的分布特征。本文以黄土高原典型区域土壤剖面 0—200 cm土样为对象,分析了土壤腐殖酸、胡敏酸（HA）和富里酸（FA）含量随地理位置及土层深度的分布特征,并进一步探讨了土壤腐殖酸、HA和FA与全氮含量及土壤颗粒组成的关系。结果表明,黄土高原主要类型土壤腐殖酸、HA和FA含量均较低,且存在明显地理位置和土层分异性：从南到北同层次土壤腐殖酸、HA和FA含量均显著降低,同一区域随土层深度增加各组分含量均表现为在 0—40 cm土层明显下降, 40—120 cm土层稍有下降,120 cm土层以下基本稳定;土壤腐殖酸占有机碳比例变化范围为26.6%—54.7%,相对较小,且在整个剖面变化幅度不大,从南向北土壤腐殖酸占有机碳比例有增加趋势;土垫旱耕人为土在 0—40 cm、 40—120 cm和 120—200 cm土层中HA占腐殖酸比例分别为39.8%、49.0%和53.5%,HA/FA分别为0.66、0.96和1.15,黄土正常新成土在以上土层中HA占腐殖酸比例分别为26.3%、33.9%和42.3%,HA/FA分别为0.36、0.51和0.73,干润砂质新成土在以上土层中HA占腐殖酸比例分别为13.4%、37.1%和45.2%,HA/FA分别为0.16、0.59和0.82,说明黄土高原南北主要类型土壤腐殖酸品质总体较差,均属富里酸型土壤,且从南到北腐殖酸品质逐渐下降;土壤腐殖酸、HA和FA均与全氮含量呈极显著线性相关（P<0.01）,土壤有机碳、腐殖酸及HA含量与粘粒及砂粒百分含量亦呈高度线性相关（P<0.01）。     

耕作对干旱区表层土壤无机碳的影响

为阐明干旱区耕作对0~50 cm表层土壤无机碳的影响,以新疆三工河流域不同开垦年限(未开垦荒地、5年、20年、50年和100年)土地为研究对象,对比分析了0~20和20~50 cm土层土壤无机碳在不同生长季和耕作年限下的聚积与分布特征。结果表明:生长季节内,不同耕作年限土壤无机碳含量具有相似的规律,趋于先增加后减小,6月值最大;各土层内,老绿洲原生荒地的土壤无机碳含量聚积加强,而灌溉土地则减少,同时,新绿洲原生荒地和灌溉土地土壤无机碳聚积作用趋势相反,即表层0~20 cm原生荒地土壤无机碳聚积,下层20~50 cm减少,而灌溉土地则表层减少、下层聚积;开垦5年后,土壤p H值显著降低(P0.05);随着开垦年限的增加,土壤无机碳含量和储量均先增加后减少,开垦20年土壤无机碳含量最高,是开垦100年的1.8倍,并且其储量达66.80 kg·m~(-2)。总体来看,耕作20年后,表层0~50 cm土层土壤无机碳含量和储量均开始减少。