土地利用和环境因子对表层土壤有机碳影响的尺度效应——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

土壤表层有机碳对土地利用和环境因子的变化非常敏感,并具有尺度变异特征。研究不同尺度上表层土壤有机碳的空间分布及其与土地利用与环境因子的关系对于评价黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳状况具有重要意义。选择黄土丘陵沟壑区安塞集水区和集水区内典型小流域——沐浴小流域作为研究区,探讨两个尺度上,表层土壤有机碳的分布特征及其与土地利用、环境因子的关系。结果表明:(1)土地利用方式对有机碳的影响在不同尺度上差异明显,对于不同利用方式下的有机碳含量,沐浴小流域从高到低依次是荒草地林地灌木林地耕地,安塞集水区则依次为林地灌木林地耕地荒草地;(2)对于不同利用方式下的土壤有机碳密度,沐浴小流域从高到低依次是荒草地林地耕地灌木林地,安塞集水区则是林地耕地荒草地灌木林地;(3)在沐浴小流域和安塞集水区两个尺度上,坡向、坡度和植被盖度均与有机碳含量和有机碳密度正相关,而相对海拔、土地利用与有机碳密度负相关;(4)在小流域尺度上,海拔高度、坡位、土地利用与有机碳含量负相关,坡位与有机碳密度负相关,但是在集水区尺度上,相关性则与此相反。     

不同土地利用类型下土壤粒径分形分析——以黄土丘陵沟壑区为例

土壤粒径分布影响土壤的水力特性、土壤肥力状况以及土壤侵蚀等,是重要土壤物理特性之一。在水蚀严重的黄土丘陵沟壑区,不同的土地利用类型对水土流失的阻截作用不同,因而进一步导致其土壤粒径分布的差异。对不同土地利用类型下土壤粒径分布的分形和多重分形分析发现：黄绵土土壤粒径分布包含有3个无标度区间,分别为粘粒域、粉粒域和砂粒域;土壤粒径分布的分形维数D、粉粒域维数Dsilt、砂粒域维数Dsand、信息维数D1、信息维数/容量维数D1/D0与土壤细颗粒含量和有机质含量成显著的正相关关系;土地利用对分形维数D、粉粒域维数Dsilt、砂粒域维数Dsand、容量维数D0、信息维数D1、信息维数/容量维数比值D1/D0的影响较显著。这表明这些分形和多重分形参数可以作为反映土壤物理性质和土壤质量的潜在性指标,其实用性有待进一步探讨。     

黄土高原羊圈沟小流域土地利用时空变化的土壤有机碳效应

土地利用变化是影响土壤有机碳储量和分布变化的重要驱动因素,为进一步探讨土地利用变化对土壤有机碳的影响,根据土壤样点数据、土地利用类型图,分析了黄土丘陵沟壑区羊圈沟小流域2006—2011年土地利用变化及其对表层土壤有机碳密度和储量的影响,主要结论如下:(1)小流域土地利用发生较大变化,主要集中在乔木林地和灌木林地面积的增加,分别为39.697、46.404 hm2;以及草地面积的减少,为64.030 hm2;(2)土地利用方式的变化会导致土壤有机碳密度及储量的变化,其中转变用地类型的土壤有机碳储量增加587.25 kg,以荒草地转出类型增加的土壤表层有机碳储量最多,为441.64 kg;灌木林地转出类型减少的土壤表层有机碳储量最多,为-21.01 kg。草地-灌木林地、草地-乔木林地、坡耕地-草地、坡耕地-灌木林地、坡耕地-乔木林地、坡耕地-坝地、梯田-草地、梯田-灌木林地、梯田-乔木林地、梯田-坝地、坝地-草地、坝地-灌木林地、坝地-乔木林地等转换用地类型的表层土壤碳密度增加值高于保持用地类型碳密度的增加值,说明这些地类的转换有利于表层土壤有机碳储量的增加,即有利于表层土壤碳汇的形成;而其他地类转换造成了表层土壤的碳排放,应该引起足够的重视;(3)土壤固碳应着眼于长期效应,频繁的土地利用类型转化可能会降低土壤碳截流效果,黄土丘陵区植被重建的长期利用和保持更有利于土壤有机碳的积累。     

黔中喀斯特坡地浅层裂隙土壤机械组成对降雨的响应

运用野外取样调查结合室内吸管法,分析黔中喀斯特坡地不同土地利用类型浅层裂隙土壤机械组成随降雨的变化特征,以期为该区地下土壤漏失研究提供理论依据和技术支撑.结果表明: 黔中喀斯特坡地浅层裂隙土壤粒径含量总体以粉粒为主,约占57％.在不同降雨量的作用下,坡耕地裂隙土壤颗粒含量变化整体表现为细砂粒含量的减少和粉粒、黏粒含量的增大.草地裂隙土壤颗粒的变化主要是细砂粒含量的减少和黏粒含量的增加.乔木林地和灌木林地裂隙土壤颗粒的变化不规律.降雨量与土壤砂粒含量变化之间存在正相关关系.随着土层深度的增加,各土地利用类型的裂隙对粉粒和极粗砂粒含量的变化有一定影响,其中,粉粒含量随土层深度的增加而减少.     

皇甫川流域不同尺度景观分异下的土壤性状

皇甫川流域地处我国北方农牧交错带中段,是该地区正在进行的国家重点基础规划(“973”)项目设置的范式点之一。按照区域-小流域-中小地形这样的景观分类的等级体系,通过代表小流域的样带设置、实地调查和取样分析等,对该地区区域尺度、流域尺度和中小地形尺度景观分异下的土壤性状进行了分析。在此基础上,对研究区优化生态-生产范式的空间配置问题进行了探讨。结果表明:(1)总体上该研究区土壤养分含量低、发育程度差。(2)不同地质地貌类型区的土壤特性存在差异,黄土丘陵沟壑区的小流域比沙化黄土丘陵区和砒砂岩裸露丘陵沟壑区的小流域的土壤养分和质地好,相对更适于发展耕地。(3)中小地形尺度下,坡向、坡度和坡位及土地利用与土壤性状的关系为:1阴坡和阳坡的土壤有机质含量存在差异显著,且土壤养分还随着坡的向阳程度的减弱而增加。川地的土壤养分也较高,但土壤偏砂性。2坡度与土壤粒径存在显著相关,坡度不同侵蚀强度也不同。15°是侵蚀加剧的临界值,把它作为当地的退耕坡度标准是合理的。3土壤表层养分总体表现为随坡位的下降而减少的趋势。4综合考虑中小地形条件,景观立地类型可以划分为川台地养分富集区,坡中下部养分严重流失区(坡度>15°)和坡梁缓坡地养分涵养区(坡度<15°)。5中小地形尺度下,样带剖面上土地利用变化对土壤性状的影响较大:乔木林土壤养分积累高、团粒结构好,灌木林由于放牧和沙化的影响,土壤养分最低,砂粒含量最高而粘粒含量最低。撂荒地的土壤养分少而农田和果园的土壤养分较高。荒草地的土壤养分条件较差。但就耕地与非耕地而言,土壤养分和质地并无显著差异。说明耕地熟化作用很弱,广种薄收、靠天吃饭现象十分普遍;(4)不同尺度景观分异下的土壤性状研究是优化生态-生产范式的构建的重要理论基础。     

黄土高原小流域土壤容重及水分空间变异特征

在黄土高原小流域尺度上,地形和土地利用是影响土壤变异的重要因素.在横山县朱家沟小流域采集了82个样点,选取土壤容重和水分作为研究对象,分析比较不同土地利用及不同景观位置下二者的变异及分布特征;分析了土壤容重和水分与地形因素的关系并利用地形与土地利用信息进行了回归分析.结果表明,不同土地利用类型之间,土壤容重变异较小,其大小次序为：灌木林地＞荒草地＞梯田＞坝地＞林地＞坡耕地;土壤水分变化相对较大,大小次序为：坝地＞荒草地＞灌木林地＞坡耕地＞林地＞梯田.在不同景观位置,土壤容重大小变化表现为：坡顶＞沟平地＞坡下＞坡上＞坡中;土壤水分大小变化为：沟平地＞坡中＞坡下＞坡上＞坡顶.基于数字地形分析技术,提取相关地形指数,与土壤容重和水分进行相关分析并进行多元回归分析,结果表明：土壤容重与复合地形指数CTI正相关;土壤水分与高程呈现负相关关系,和剖面曲率正相关.建立了多元线性回归模型,结果发现模型对土壤容重预测结果比较理想,但对于土壤水分的预测存在较大的平滑效应,残差较大,须进一步探讨.     

宁夏荒漠草原沙漠化过程中土壤粒径分形特征

研究宁夏荒漠草原沙漠化过程中土壤性状、土壤粒径分形维数的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明: 草地沙漠化对土壤分形维数(D)影响显著,D值为1.69～2.62.除在10～20 cm土层出现较小波动外,随着沙漠化程度加剧,0～30 cm土层D值整体呈减小趋势.在荒漠草原沙漠化过程中,荒漠草地D值最大,黏粒和粉粒体积百分含量最高,极细砂粒和细砂粒体积百分含量最低;流动沙地D值最小,黏粒和粉粒体积百分含量最小,极细砂粒和细砂粒体积百分含量最高.D与<50 μm和>50 μm粒径的土壤颗粒存在显著正相关和负相关,表明50 μm粒径是决定草地沙漠化过程中土壤分形维数与土壤粒径关系的临界粒径.随着荒漠草原沙漠化加剧,土壤有机质和全氮含量逐渐降低,土壤容重逐渐升高,固定沙地至半固定沙地是荒漠草原沙漠化的质变过程,其中土壤粘粒体积百分含量、粉粒体积百分含量、土壤有机质含量、土壤全氮含量骤减,极细砂粒体积百分含量、细砂粒体积百分含量和土壤容重骤增.分形维数与土壤有机质、土壤全氮和土壤容重显著相关,固定沙地与半固定沙地分形维数的临界值为2.58,因此分形维数2.58可作为荒漠草原沙漠化的退化指标.     

黄土丘陵区小流域土地利用和植被恢复对土壤质量的影响

土壤质量的维护和提高是全球生物圈可持续发展的重要因素之一．对黄土丘陵小流域持续利用25年后的荒草地、山杏林地、农地、油松林地、灌木林地和撂荒地土壤性状的研究结果表明,不同土地利用方式和植被恢复类型对土壤质量有很大影响;植被恢复重建和农地撂荒将增加土壤有机质含量,提高土壤质量;粗放的农业耕作措施将降低土壤质量并引起土壤退化;灌丛有明显的肥力岛屿作用;撂荒在一定程度上可以培肥土壤。随着“西部大开发”、“退耕还林还草”和生态重建工程的开展,在半干旱黄土丘陵沟壑区,建植灌木、种植牧草、农地撂荒和自然恢复是较好的生态重建和植被恢复方式。     

桂西北喀斯特峰丛洼地土壤物理性质的时空分异及成因

运用经典统计方法,以桂西北喀斯特峰丛洼地4个植被演替阶段(草地、灌木林、次生林、原生林)土壤表层(0～15 cm)和剖面为研究对象,采用冗余分析(RDA)方法分析土壤物理性质的时空分异成因.结果表明： 灌木林和原生林表土的粘粒(＜0.002 mm)和粉粒(0.002～0.05 mm)含量分别与其他3个演替阶段有显著差异;草地与次生林之间各粒级颗粒含量差异不显著;各演替阶段土壤砂粒(0.05～2.0 mm)含量均无显著差异;草地的容重与其他3个演替阶段差异极显著.草地粘粒含量随坡位升高而增加,其他植被类型为中坡位粘粒含量最高,且同一植被类型下不同坡位之间差异不显著.原生林0～30 cm土壤各层次间的粘粒含量变化幅度(14.55%)大于草地(7.12%)、灌木林(11.24%)和次生林(13.77%),人类干扰对表层土壤颗粒组成有很大影响.土壤物理性质主要受土壤有机碳和各演替阶段植被类型的影响,其中砂粒含量受裸岩率的影响较大.     

黄土丘陵小流域土地利用变化的土壤侵蚀效应: 基于137Cs示踪的定量评价

基于¹³⁷Cs示踪技术,结合土地利用变化数据,对黄土丘陵沟壑区羊圈沟小流域土壤侵蚀强度的演变过程进行了研究.结果表明：从20世纪80年代以来,该流域土地利用强度逐渐减弱;1980—2006年间,研究区坡耕地面积急剧下降,从94.9 hm²下降到0.2 hm²,乔木林地面积由0增加到51.1 hm²,灌木林地面积由0增加到19.2 hm²,果园林地面积由0增加到18.0 hm²,荒草地面积趋于稳定,由76.9 hm²增加到80.1 hm².研究期间,不同土地利用类型的土壤侵蚀强度依次为:坡耕地>灌木林地>果园林地>荒草地>乔木林地;1980、1984、1996和2006年流域土壤侵蚀强度分别为6408.9、5362.4、4903.9和3641.4 t·km^-2·a^-1,侵蚀程度由强度变为中度.土壤侵蚀强度降低的主要原因是该区的水保措施和植被恢复措施.     

黄土丘陵区小流域尺度土壤有机碳密度及储量

通过对上黄小流域不同土地利用方式下114个样点的采样分析,结合地统计学原理对小流域不同土层土壤有机碳密度的空间变异程度进行研究。研究表明,除表层土壤有机碳密度的空间变异程度较弱外,其余两层均属于中等强度变异。并呈现东部天然草地分布区与中部带状灌丛林地分布区空间变异程度较强的分布特点。不同土层深度和土地利用方式下土壤有机碳密度存在明显差异,土壤有机碳含量随着土层深度的增加而逐渐减小,有机碳密度则表现为10-30cm最高,30-60cm其次,0-10cm最低。不同土地利用方式下,有机碳密度表现为:天然草地 > 果园 > 灌丛林地 > 河滩、河台地 > 撂荒地 > 人工草地 > 耕地。以土地利用方式为基本单元,对上黄小流域土壤有机碳储量进行估算。结果表明,上黄小流域土壤有机碳总储量为46527.12t,其中,灌丛林地(22052.81t)和天然草地(14573.14t)的储量最高,占总储量的78.72%。     

不同土地利用方式土下岩溶溶蚀速率及影响因素

以重庆中梁山为例,通过野外埋放标准溶蚀试片、土壤CO2收集装置和进行亮蓝染色示踪试验,测试不同土地利用方式下不同土层碳酸盐岩溶蚀速率、土壤CO2浓度、土壤溶解性有机碳(DOC)含量及土壤含水量、土壤pH值和孔L隙度等性质,探讨不同土地利用方式土下溶蚀速率差异及其影响因素.结果表明不同土地利用方式对土壤理化性质产生影响,形成特定的岩溶微环境,进而影响土下不同层次的岩溶作用:土壤CO2浓度是影响林地和草地旱季土下溶蚀速率的重要驱动力;土壤含水量和供水能力是影响旱季不同土地利用方式溶蚀速率的关键因素;菜地产生的酸性物质较多,土壤pH值最低,其平均溶蚀速率高于林地;土壤DOC随水下渗迁移性强,是林地土下50 cm处溶蚀速率高于土下20 cm处的原因之一.该文为西南岩溶区土下岩溶机理、岩溶碳汇提供理论依据和数据参考.     

基于小流域尺度的土壤重金属分布与土地利用相关性研究——以厦门市坂头水库流域为例

人类活动改变流域集水区土地利用方式同时提高了土壤重金属水平,并影响地表水重金属负荷。以具有明确地理边界的流域作为研究单元可能实现计量区别不同人类活动或因其引起的土地利用方式对土壤重金属空间分布及其环境风险的贡献。但不同人类活动及其改变的土地利用方式对土壤和地表水重金属负荷的相对贡献研究缺乏可操作性方法论。以我国典型的山塘水库小流域—福建省厦门市坂头水库流域为例,结合遥感影像解译、野外土壤重金属水平调查和GIS地统计方法,针对小流域尺度土壤重金属空间分布及其环境风险与土地利用方式相关性研究进行方法论的探索。坂头水库流域覆盖205km2,土地利用类型有林地、农业用地、城镇用地、绿地和水面等5大类。按照不同土地利用类型覆盖面积为权重,以统计最小样本数为准则,在该流域内共采集150个表层土壤样品,针对6种具有人为源特征重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、Cd)土壤总量及富集水平进行分析,以潜在生态风险指数评价流域土壤重金属风险,并结合土地利用类型分析了其空间特征。结果表明:与林地和绿地相比,城镇用地和农业用地表层土壤重重金属水平显著较高;土壤重金属富集水平及其潜在生态风险依次为:城镇用地农业用地绿地林地;城镇化加重了流域土壤重金属Cu、Zn和Cd的污染风险;土壤Pb富集水平与土地利用方式无关,可能为大气沉降来源;所有土地利用方式土壤Cr和Ni总量低于区域土壤背景值,但城镇用地的富集指数显著高于林地。基于土地利用方式的反距离加权空间插值(LU-IDW)也清晰地揭示了土壤重金属富集及其潜在生态风险与人类活动密切相关,尤其是城镇化。以野外调查结合遥感卫星图像解译和基于土地利用方式的空间插值的研究方法有效地揭示了研究流域土壤重金属的空间分布特征及其潜在风险评价空间模式,为小流域尺度的环境质量演变研究提供了方法论和案例。     

黑河中游典型土地利用方式下土壤粒径分布及与有机碳的关系

土地利用方式是影响土壤粒径分布、土壤有机碳及其组成含量的重要因素。研究显示:黑河中游典型土地利用类型下,不同土壤粒径分布和土壤总有机碳(TOC)、活性有机碳(AOC)、非活性有机碳(NOC)的含量存在差异。剖面上TOC、AOC、NOC含量较高的旱地、水田、中覆盖度草地与含量较低的戈壁、裸土地、沙地、盐碱地相比,<1μm、1—5μm、5—10μm、10—50μm的粒径含量较高,而50—250μm、250—1000μm的含量较低,这种变化以50μm为分界,分析表明<50μm的粉粒和粘粒可起到固碳作用,而50—250μm、250—1000μm的砂粒起碳损失作用。统计结果表明,以50μm为分界,水田、戈壁、中覆盖度草地剖面上TOC、AOC、NOC与1—5μm、5—10μm、10—50μm呈正相关,与50—250μm、250—1000μm呈负相关。分析发现,粉粒和粘粒与土壤TOC、AOC、NOC的关系较显著,是影响和控制团聚体形成和稳定的重要因素。增加地表植被覆盖度、退化生态系统的植被恢复、农田耕种、防风固沙措施是提高土壤有机碳、粘粒和粉粒含量的方式,也为土壤团聚体的形成和稳定提供基础。     

Changes in organic carbon distribution with depth in agricultural soils in northern Belgium, 1960–2006

In most studies concerning the carbon (C) exchange between soil and atmosphere only the topsoil (0–0.3 m) is taken into account. However, it has been shown that important amounts of stable soil organic carbon (SOC) are also stored at greater depth. Here, we developed a quantitative model to estimate the evolution of the distribution of SOC with depth between 1960 (database 'Aardewerk') and 2006 in northern Belgium. This temporal analysis was conducted under different land use, texture and drainage conditions. The results indicate that intensified land management practices seriously affect the SOC status of the soil. The increase in plough depth and a change in crop rotation result in a significant decrease of C near the surface for dry silt loam cropland soils, (i.e. 1.02 ± 0.23 kg C m⁻² in the top 0.3 m between 1960 and 2006). In wet to extremely wet grasslands, topsoil SOC decreased significantly, indicating a negative influence of intensive soil drainage on SOC stock. This resulted in a decline of SOC between 1960 and 2006 in the top 1 m, ranging from 3.99 ± 2.57 kg C m⁻² in extremely wet silt loam soils to 2.04 ± 2.08 kg C m⁻² in wet sandy soils. A slight increase of SOC stock is observed under dry to moderately wet grasslands at greater depths corresponding to increased livestock densities in the region. The increase of SOC in the top 1 m under grassland ranges from 0.65 ± 1.39 kg C m⁻² in well drained silt loam soils to 2.59 ± 6.49 kg C m⁻² in moderately drained silt loam soils over entire period.     

广东省不同地区土壤微生物数量状况初步研究*

在广东省不同地区,按不同土地利用类型(如自然林地、果园、水田、旱地、荒地等)以及不同土壤类型取样进行土壤微生物数量和土壤养分状况分析。结果发现,从三大类微生物总数的平均状况来看,广东省大部分土壤微生物总数可达1.0×10⁶个·g^-1干土以上;不同地区土壤微生物总数存在一定差异,从平均状况来看,潮汕地区(7.77×10⁶个·g^-1干土)>湛江地区(1.6×10⁶个·g^-1干土)>广州地区(1.35×10⁶个·g^-1干土);不同土地利用方式下微生物数量也存在着一定差异,具体表现为:林地>菜地>稻田>果园>作物旱地>荒地,土壤微生物总量与土壤肥力状况密切相关。从土壤类型来看,砖红壤、赤红壤微生物数量较低。从总体上看,广东省大部分土壤微生物数量处于较低水平。