沙化草地恢复过程中土壤有机碳物理组分和全氮含量的变化

以宁夏中北部盐池县不同恢复阶段的沙化草地(流动沙地、半固定沙地、固定沙地和荒漠草地)土壤为研究对象,分析土壤粗砂粒有机碳、细砂粒有机碳、粘粉粒有机碳、重组有机碳、轻组有机碳和土壤全氮的变异特征,探讨沙化草地恢复过程中土壤有机碳变化机制。结果显示:(1)荒漠草地、固定沙地、半固定沙地0~30cm土层土壤,粗砂粒有机碳、细砂粒有机碳和粘粉粒有机碳含量分别比流动沙地增加了67.7%、69.8%、212.1%和48.8%、35.3%、99.9%以及33.6%、23.0%、48.9%。(2)随着沙化草地不同程度的恢复,轻组有机碳含量、分配比例和重组有机碳含量均表现为流动沙地半固定沙地固定沙地荒漠草地;重组有机碳分配比例随沙化草地恢复程度的升高呈降低趋势。(3)土壤细砂粒、粘粉粒、重组有机碳、轻组有机碳、粗砂粒有机碳、细砂粒有机碳、粘粉粒有机碳含量与土壤有机碳、土壤全氮含量均呈显著正相关关系,与粗砂粒含量均呈显著负相关关系。研究表明,轻组有机碳和粘粉粒有机碳含量对土壤有机碳的影响最大,轻组有机碳、重组有机碳、粗砂粒有机碳和粘粉粒有机碳对土壤全氮的影响最大,表明沙化草地的恢复有利于减小土壤侵蚀,改善土壤结构与质量。     

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。     

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...     

若尔盖高寒沙化草地恢复过程中土壤全碳和植物根系特征的变化

草地对全球碳循环和土壤碳固存的重要性越来越受到重视。我国草地约95%的碳都储存在土壤中。本研究以若尔盖高寒草地为对象,选取了未恢复、恢复1年、恢复4年、恢复8年的4块沙化草地,探究高寒草地恢复过程中土壤全碳和植物根系特征的变化。结果表明：若尔盖高寒草地土壤碳含量受恢复时间和土壤深度的影响,恢复草地的土壤全碳、有机碳和无机碳含量皆高于未恢复草地;有机碳含量在恢复8年达到最高,而无机碳则在恢复1年最高,分别是未恢复草地的7.55、11.78倍;恢复1年、恢复4年草地的土壤有机碳含量表层(0～20 cm)低于深层(20～50 cm),而恢复8年草地则是深层低于表层;而土壤无机碳无论是恢复1年、恢复4年、恢复8年的草地皆是0～5 cm土层的最高;有机碳/无机碳比为恢复4年>恢复8年>恢复1年,且深层(20～70 cm)土壤有机碳占比要高于表层(0～20 cm);根系特征(根长、根体积、组织密度和根生物量)随着恢复时间增加而增加并与土壤有机碳显著正相关(P<0.05),而与土壤无机碳含量无显著相关(P>0.05),土壤无机碳含量与pH显著正相关(P<0.05);在沙...     

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...     

不同退耕年限对菜子湖湿地表土有机碳组分与质量的影响

退耕还湿后土壤有机碳不同组分变化和有机碳质量的评价是退耕湿地生态恢复研究的重要内容。对安徽菜子湖湿地不同退耕年限(2、5、8、10和20a)的湿地土壤总有机碳(TOC)、颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MOC)的含量与有机碳质量进行了研究。结果表明,随着退耕年限增加,土壤TOC、POC、MOC含量均有显著增加,且退耕后土壤有机碳增加过程中,以POC为代表的活性有机碳优先恢复,而以MOC为代表的稳定有机碳恢复相对滞后。随着退耕年限增加,POC/MOC、TOC和POC的层化比(SR)增加,反映有机碳的活性明显提高。退耕期间所增加的有机碳在组成上以易降解的POC为主,在分布上以易降解的表层有机碳居多,因此有机碳库的稳定性并未明显提高。通过计算碳库管理指数(CPMI),发现土壤质量随着退耕年数增加而提高,根据CPMI变化趋势线,土壤质量大约需要13a才能恢复到对照水平;退耕湿地生态恢复过程中,有机碳数量(碳库指数CPI)恢复较快,而有机碳质量(碳库活度指数AI)恢复需要较长的时间,二者分别需7.6和22.7a恢复到对照水平。     

土壤活性有机碳及碳库管理指数对高寒湿地退化的响应

探明高寒湿地土壤活性有机碳及碳库管理指数变化与湿地退化的关系,对退化湿地生态恢复具有重要意义。以若尔盖湿地自然保护区的相对原生沼泽(RPM)、轻度退化沼泽(LDM)、中度退化沼泽(MDM)、重度退化沼泽(HDM)和极重度退化沼泽(SDM)湿地土壤为对象,研究土壤总有机碳、活性有机碳组分含量及碳库管理指数对高寒湿地退化的响应。结果表明:0～100 cm范围内土层总有机碳(TOC)含量表现为RPMLDMMDMHDMSDM;与RPM相比,各退化湿地土壤的水溶性有机碳(WSOC)、溶解性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(PXOC)含量均降低,尤以MDM、HDM和SDM降低显著,其WSOC、DOC和PXOC含量的降幅分别为25.79%～76.76%、35.90%～92.81%、32.07%～80.06%。随着湿地退化程度的加剧,3种活性有机碳的分配比例逐渐增加,碳库管理指数却逐渐减小。由此可见,高寒湿地退化可能会通过增加湿地土壤有机碳活性,降低土壤碳"汇"能力和湿地土壤质量。     

土壤非保护性有机碳对荒漠草原沙漠化的响应

沙化草地的恢复与重建是干旱半干旱区生态建设的重要内容,分析荒漠草原沙漠化过程中土壤非保护性有机碳分配比例的变异规律对于探讨沙化草地恢复机制具有重要的理论价值。以干旱、半干旱地区荒漠草原不同沙化阶段的土壤为研究对象,分析土壤粗颗粒有机碳、细颗粒有机碳、轻组有机碳含量和分配比例的分布特征、土壤非保护性有机碳转化为保护性有机碳的速率。结果表明:荒漠草原发生逆向演替后,土壤细颗粒有碳含量和分配比例表现为固定沙地荒漠草地半固定沙地流动沙地;粗颗粒有机碳含量表现为荒漠草地半固定沙地流动沙地固定沙地,粗颗粒有机碳分配比例表现为流动沙地半固定沙地荒漠草地固定沙地;轻组有机碳含量和分配比例递减。颗粒有机碳、轻组有机碳、土壤有机碳对草地沙漠化的敏感性不同,颗粒有机碳较轻组有机碳和土壤有机碳敏感性强,其中细颗粒有机碳较粗颗粒有机碳敏感性强。随着草地沙漠化程度的增强土壤非保护性有机碳分配比例呈下降趋势,表明草地沙漠化降低土壤质量。荒漠草地退化至流动沙地土壤非保护性有机碳转化为保护性有机碳的速率整体呈上升趋势。     

灌丛防治荒漠化后土壤有机碳及其密度组分的变化

面对土地的沙化和草地退化问题,可以在土地表面种植灌木丛。灌木丛的出现一方面会有效抑制沙漠化,同时,也会影响土壤中有机碳的含量以及组分。本研究主要是研究沙漠化后种植柠条锦鸡儿(20年)的退化牧场以及沙地的土壤有机碳、轻组分有机碳、重组分有机碳含量变化。结果表明,种植灌木可导致沙地土壤有机碳含量增加,而使退化草地土壤有机碳含量下降。沙地土壤有机碳含量的增加主要是基于轻组分有机碳的累积。退化草地土壤有机碳的流失是由于重组分有机碳浓度的降低造成的,这可能与深层土壤中草本细根生物量和土壤含水量的减少有关。因此,控制荒漠化的灌木种植并不总能提高西北地区土壤有机碳的数量和稳定性。     

关中平原作物秸秆不同还田方式对土壤有机碳和碳库管理指数的影响

以关中平原持续4年的小麦、玉米（麦玉）秸秆还田中长期定位试验为基础,研究了麦玉秸秆9种不同还田方式对土壤总有机碳（TOC）、活性有机碳（LOC）含量和活性有机碳分配比例（LOC/TOC）、总有机碳储量（SCS）及碳库管理指数（CPMI）的影响.结果表明： 麦玉秸秆还田均可显著提高土壤（0～30 cm）TOC、LOC含量和SCS,且土壤有机碳主要集中于耕层（0～20 cm）;麦玉秸秆双季还田的TOC、LOC含量和SCS显著高于单季还田和双季均不还田,其中,与双季均不还田相比,小麦秸秆粉碎还田 玉米秸秆深松还田的TOC、LOC含量和SCS提高幅度最显著.在0～10和10～20 cm土层中,小麦秸秆粉碎还田 玉米秸秆深松还田的CPMI显著高于其他处理,其中,小麦秸秆粉碎还田较其不还田可使CPMI提高19.1%和67.9%,玉米秸秆深松还田较其不还田可提高22.6%和32.4%.相关性分析显示,CPMI较LOC/TOC更能有效表征0～30 cm土层土壤有机碳的固持和转化关系.从提高本地区土壤有机碳固持量角度来看,小麦秸秆粉碎还田 玉米秸秆深松还田为最佳还田方式.     

川西北高寒沙地不同生态治理模式下土壤碳氮磷储量及生态化学计量特征

选取单植牧草、单植灌木、灌草间作、灌药间作4种生态模式治理5年后的川西北高寒沙地为研究对象,以未治理裸沙地为对照,分析了土壤碳氮磷含量及生态化学计量比特征。结果表明: 生态治理能显著提升土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量和储量以及C/N、C/P、N/P,其中灌草间作提升效果最显著,其0～10和10～20 cm土层的SOC、TN含量均显著高于其他模式,且0～40 cm土层SOC储量分别比单植牧草、单植灌木、灌草间作、对照高13.4%、15.6%、17.1%、43.2%。0～10和10～20 cm土层土壤碱解氮、速效磷、速效钾、含水量与SOC、TN和TP含量呈显著正相关,土壤容重则与SOC、TN和TP含量呈显著负相关;土壤碱解氮、速效磷、速效钾和含水量与C/N、C/P在10～20 cm土层呈显著正相关。川西北高寒沙地土壤碳氮磷及其化学计量比受生态治理措施和土层深度的影响,本研究条件下灌草间作模式最有利于改善沙地土壤环境质量。     

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。     

干旱区典型盐生植物群落土壤团聚体组成及有机碳分布

以干旱区玛纳斯河流域扇缘带为研究区,分析了花花柴(Karelinia caspia)、雾冰藜(Bassia dasyphylla)、梭梭(Haloxylon ammodendron)和柽柳(Tamarix ramosissima)4个典型盐生植物群落土壤团聚体的组成及有机碳分布。研究表明:不同植物群落土壤团聚体均以0.25—0.053 mm粒径为主,占了46.7%—74.6%,且与其他粒径差异显著(P0.05),0.25 mm和0.053mm粒径土壤团聚体含量较少,仅占7.8%—43%。梭梭群落0.25 mm团聚体平均含量较高,达32%。不同植被群落土壤总有机碳介于2.01—8.73 g/kg之间,不同粒径团聚体有机碳介于1.70—13.68 g/kg之间。不同群落之间,梭梭和柽柳群落总有机碳和团聚体有机碳含量均相对较高,且随着土层深度下降而下降。不同粒径之间,有机碳含量在0.25—0.053 mm粒径最低,在0.25 mm和0.053 mm粒径中最高,呈现"V"型分布且差异显著(P0.05)。0.25—0.053 mm团聚体中有机碳含量的贡献率最高,达43.43%,而0.053 mm粒级贡献率较低,但有机碳含量较高,说明了小粒径团聚体对有机碳保护能力较强。土壤有机碳含量与0.25—0.053 mm团聚体含量呈显著负相关(P0.05)。而从整体来看,梭梭群落0.25 mm团聚体比例较高,且土壤有机碳和团聚体有机碳含量也较高,说明了在该研究区,梭梭群落聚集土壤养分能力较强,相对其他群落更有利于土壤有机碳的积累。     

“双碳”目标下山水林田湖草沙一体化保护和修复工程优先区与技术策略研究

巩固与提升生态系统碳汇能力是实现碳达峰、碳中和目标的重要途径之一。生态保护修复对生态系统固碳增汇有着重要影响。2016—2021年,财政部、自然资源部、生态环境部在我国27个省(自治区、直辖市)共支持了三批山水林田湖草生态保护修复工程试点和第一批山水林田湖草沙一体化保护和修复工程,共35个山水工程。通过分析已部署的35个山水工程布局的空间特征和碳汇效益,结合国家重点关注的生态保护修复区域、全国重要生态系统保护和修复重大工程分布、生态系统碳汇重要区域和敏感区域,探索“双碳”目标下山水工程布局优先区及生态保护修复技术策略。研究发现山水工程的碳汇效益具有空间差异性,且山水工程优先区主要依次分布在青藏高原生态屏障区、东北森林带、长江重点生态区(含川滇生态屏障)、南方丘陵山地带、黄河重点生态区(含黄土高原生态屏障)、北方防沙带等的森林、高原草地、荒漠、岩溶地区等区域。基于此,提出未来山水工程在不同区域的技术策略。在森林生态系统为主地区,不仅要提高森林覆盖度、森林质量,还应当加强生物多样性的保护和土壤碳汇能力的提升;在高原草原及冻土地区应加强草地退化和冻土监测,提高草地质量;在西北荒漠化地区加强碳...     

极端干旱区多枝柽柳叶片功能性状及其与土壤理化因子的关系

叶片是植物获取资源的重要器官，研究其功能性状与环境因子的关系，有助于更好地了解植物对环境要素变化的生态适应性。以塔里木盆地北缘不同生境下(绿洲、过渡带、荒漠)典型荒漠植物多枝柽柳(Tamarix ramosissima)为研究对象，分析其叶片结构和生理性状在不同生境间的差异，建立叶片性状与土壤理化因子的相关关系，解析荒漠植物的生态适应性并揭示影响荒漠植物叶片功能性状的关键环境因子。结果表明：(1)多枝柽柳叶片功能性状具有不同程度的变异，其中叶片面积变异幅度最大(40%),比叶面积、可溶性蛋白含量等变异幅度最小(均为15%)。(2)多枝柽柳叶片厚度和叶片面积等结构性状以及叶片可溶性蛋白、脯氨酸、淀粉含量等生理性状在不同生境中均具有显著差异(P<0.05),其中可溶性蛋白、脯氨酸含量均在荒漠生境中达到最高。(3)多枝柽柳叶片部分功能性状之间存在显著的相关关系，其中叶片厚度、淀粉含量等与叶组织密度呈显著负相关关系(P<0.05),而叶片厚度与淀粉含量之间、可溶性糖含量与非结构性碳水化合物含量之间均呈极显著正相关关系(P<0.01)。(4)通过RDA排序分析发现，土壤速效磷含...     

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。