红壤丘陵景观单元土壤有机碳和微生物生物量碳含量特征

为了探讨我国亚热带红壤丘陵区不同利用方式下土壤有机碳(SOC)和土壤微生物生物量碳(SMB-C)含量的特征,在湖南省桃源县选取典型样区,通过密集取样,分析了红壤丘陵景观单元内水田、旱地、林地、果园4种典型利用方式下表层土壤(0～20 cm)SOC和SMB-C含量.结果表明,典型红壤丘陵景观单元中SOC含量高低的顺序为水田(16.0 g·kg^-1)＞旱地(11.2 g·kg^-1) ＞果园(9.5 g·kg^-1)＞林地(8.4 g·kg^-1),SMB-C含量则为水田(830 mg·kg^-1)＞旱地(361 mg·kg^-1)＞林地(200 mg·kg^-1)＞果园(186 mg·kg^-1),且在不同利用方式下SOC与SMB-C均呈极显著正相关(P＜0.01),说明本研究区内各土地利用类型的土壤SMB-C含量变化可以敏感地指示SOC的动态.研究结果还表明,将我国亚热带红壤丘陵林地开垦为果园或耕地后,表层土壤 SOC含量不可能降低.     

三峡库区兰陵溪流域土壤有机碳的垂直分布

土壤是陆地生态系统中最大的有机碳库,土壤有机碳(SOC)储量与深度分布模式受土地利用方式的影响,SOC储量与深度分布模式对全球气候变化有着重要意义。本文利用三峡库区典型流域SOC深度分布数据库,分析SOC的深度分布模式及其影响因素。结果表明:土地利用方式显著影响SOC的深度分布,0~20 cm土层内,林地、草地、灌木地和农地等4类土地利用方式,SOC密度平均为8.47、5.90、4.65和2.64 kg·m-2,差异极显著(P0.001);0~100 cm层为12.14、10.24、9.15和7.29 kg·m-2,差异显著(P0.05);林地、草地,灌木地、农地中,0~20 cm层SOC密度分别占0~100 cm层的69.80%、57.6%、50.8%和36.2%;SOC密度随深度的增加而迅速下降,其中林地下降速度最快,SOC深度分布相对较浅,草地和灌木地下降较慢,SOC分布相对较深;土地利用方式和海拔对表层(0~20 cm)SOC密度影响显著,对深层(40 cm)影响不显著;土壤机械组成对表层(0~20cm)SOC密度影响显著,对深层(40 cm)SOC密度影响更为显著;用0~100 cm层碳密度来描述区域SOC储量时,估计值偏低。若考虑0~150 cm层的SOC储量,研究流域SOC密度值将增加6.2%~16.5%。     

黄土丘陵沟壑区退耕草地土壤质量演变

以黄土丘陵沟壑区土壤的主要功能为依据,选取12个代表性土壤指标,采用因子分析方法析取控制土壤质量的公共因子,分析退耕草地土壤质量的演化机理.结果表明,退耕草地土壤质量的主要影响因子依次为土壤腐殖质因子、水土保持因子和力学因子.永久草地和退耕20a荒坡草地的表层（0～10cm）土壤质量最佳,且均随土层深度的增大而降低.农地40～50cm和0～10cm土层土壤质量最差,但其成因不同,前者主要是腐殖质条件差引起的,而后者主要在于较差的水土保持和力学性能.与农地相比,草地坡面的土壤质量和水土保持性能均显著增强,且荒坡草地的水土保持性能和0～10cm土层土壤质量均随退耕年限的延长而提高.退耕年限（3a）相同的荒坡草地土壤质量显著优于人工草地,但在水土保持性能上前者显著差于后者,这表明人工营造牧草植被不失为控制该区水土流失的一种有效途径.     

黄土丘陵区植被恢复对深层土壤有机碳的影响

以恢复9、15、24a和34a的刺槐林为研究对象,探究黄土丘陵区深层土壤有机碳(SOC)积累以及对植被恢复的响应。区域深层土壤(50-200cm)SOC含量高达1.35-2.39g·kg-1,约为浅层土壤(0-50cm)SOC含量的25%;深层土壤SOC储量高达26.28-46.50t.hm-2,占2m土层SOC储量的50%以上,显著高于浅层SOC储量;植被恢复20多年后与恢复9a相比,深层SOC含量和储量都有极显著提高。2m土层SOC含量随植被恢复20多年后较9a提高1倍左右;2m土层SOC储量增幅为43.02.thm-2(9-34a),明显高于1m土层SOC储量增幅34.65t.hm-2(9-34a)。浅层土壤中的0-30cm相邻土层间SOC含量差异显著,而深层SOC含量较稳定。深层SOC含量与刺槐盖度、基径、高度呈极显著正相关。在评价黄土丘陵区植被恢复的土壤固碳效应时应充分考虑深层土壤有机碳储量和变化。     

土地利用方式和培养温度对土壤氮转化及温室气体排放的影响

在好氧条件下研究土地利用方式(林地、草地)及培养温度(10、15 ℃)对加拿大和中国土壤的硝化作用、氮矿化作用以及N2O和CO2排放的影响.结果表明:草地土壤中的硝化作用和N2O排放量大于林地土壤,中国草地土硝化作用最强.10和15℃下中国草地土硝化速率分别为2.10和2.86 mg N·kg-1·d-1,15 d的N2O累积排放量分别为10.2和15.4μg N2O-N·kg-1.pH是影响土壤硝化作用强度和N2O排放的主要因素,与两者均呈显著正相关.林地土壤的矿化作用和CO2排放量高于草地,中国林地土壤的矿化作用最强,其平均矿化速率在10和15℃时分别为3.08和2.87mgN·kg-1 ·d-1.加拿大林地土壤CO2排放量最高,其15 d的累积排放量在10和15℃时分别为314和370 mg CO2-C·kg-1,土壤有机碳和水溶性有机碳含量分别与有机氮矿化作用和CO2排放量呈显著正相关.温度增加促进草地土壤硝化作用及林地和草地土壤中N2O的排放,也显著促进林地土壤中CO2的排放.     

黄土丘陵沟壑区农林草地土壤热量状况及植被生长响应——以燕沟流域为例

利用CoupModel模型模拟了黄土丘陵沟壑区燕沟流域刺槐(Robinia pseudoacacia)林地、辽东栎(Quercus liaotungensis)林地、荒草地、农地等7种土地类型的土壤热量状况,分析了不同植被类型的潜热通量、感热通量、土壤热通量以及植被生长对土壤热量的响应.结果表明,农地潜热通量较小,林地和荒草地潜热通量较大,各地类潜热通量季节变化规律基本一致.潜热通量是黄土丘陵区土壤-植被-大气系统能量的主要支出项,占总净辐射的72.1%～81.4%以上;感热通量变化振幅相对较小,占总净辐射的16.4%～26.4%;土壤热通量仅占总净辐射的1.4%～2.4%,但直接影响土壤温度的变化速度和变化时间.试验地各地类地表温度随季节的变化趋势均呈单峰曲线型.2～7月份0～20cm平均土壤温度随累积土壤热通量的增大而升高,9月到翌年1月份0～20cm平均土壤温度随累积土壤热通量的减小而降低,但累积土壤热通量的变化滞后于土壤温度变化.同一植被类型条件下,阳坡土壤温度年变幅显著高于阴坡.在阴坡,0cm、10cm、20cm深土壤温度年变幅农地＞阴坡荒草地＞阴坡辽东栎林地＞阴坡刺槐林地;在阳坡,阳坡荒草地＞阳坡刺槐林地＞阳坡辽东栎林地.阴坡刺槐林地、阴坡荒草地和农地0～20cm土壤温度达到5℃以上的时间比阳坡刺槐林和阳坡荒草地推迟1周左右,根系开始生长活动的时间也推迟1周左右;而阴坡辽东栎林地则晚于阳坡辽东栎林地5d左右,根系开始生长活动的时间也较阳坡辽东栎林晚5d左右.出叶时间阳坡刺槐林和阳坡荒草地植物比阴坡刺槐林、阴坡荒草地和阳坡辽东栎林的早1周左右,比阴坡辽东栎林早12d左右.     

人工林和农田对东北地区土壤碳、氮含量及相关指标垂直分布的影响

以兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林及其附近农田为研究对象,选取8组配对样地不同土层进行相关指标测定。结果发现:多数样地(8组中的7组)0～20 cm土层有机碳含量林地高于农田37%,但深层(20～80 cm)农田高于林地8%～58%;土壤无机碳中所有样地平均显示林地高于农田(林地:1.33 mg·kg-1;农田:1.17 mg·kg-1);表层(0～20 cm)林地土壤全氮和碱解氮多高于农田,平均高出20%和34%,而深层土壤中(20～80 cm)多表现为相反趋势,这使得0～80 cm土层平均林地(6%)<农田(4%)。0～20 cm土层多为林地pH值>农田,林地电导率、容重<农田,而深层多(4～5组样地)多表现为相反趋势,0～80 cm土壤平均显示pH值差异不大,农田电导率>林地约2.22μs·cm-1,而容重差异仅0.02 g·cm-3(1%)。上述结果说明,土地利用对表层和深层影响差异明显,甚至趋势相反,农田和林地土壤碳及相关理化指标发生了明显垂直分布特征变化。过分强调土壤表层而得出的农田使SOC大量减少、土壤肥力下降的结论,在考虑深层土壤后能够明显降低上述数据的大小。这一发现说明需要同时考虑表层和深层土壤碳和氮等指标变化,以得出更科学的结论。     

黄土高原植被演替对土壤碳库及δ~(13)C的影响

采集宁夏云雾山草原植被演替阶段的土壤和植物样品,测定土壤容重(BD)、土壤含水量(WC)、土壤有机碳(SOC)含量、以及土壤和植物优势种稳定碳同位素组成(δ13C),并比较了它们之间的差异,分析其反映的环境信息。结果表明:在表层0~10 cm深度,灌木地SOC含量为71.7 g·kg-1,显著高于草地的54.6 g·kg-1;灌木地0~20 cm深度SOC含量占1 m深SOC含量的58.1%,而草地在0~40 cm深度的SOC含量占1 m深的34.1%;短期植被演替(约10 a)对土壤剖面0~20 cm层的δ13C值有显著影响,其中对0~10 cm层δ13C影响最大;草地演替为灌木地后δ13C偏负1.4‰,30 cm以下土壤δ13C值对短期植被变化不敏感;通过δ13C在C3植被的短期演替过程中的响应关系发现,δ13C值作为土壤碳库更替和碳循环的研究工具有很好的辨识力;灌木的δ13C值从叶子到根系存在明显差异,逐渐偏正,变化为2.2‰,草地为1.9‰;通过对0~40 cm深度植物根系δ13C值的测定发现,灌木地由表层的-28.15‰变为-26.11‰,偏正了2.04‰,草地根系δ13C值从表层的-27.08‰变为-27.57‰,偏负了0.49‰。     

黄土丘陵沟壑区植被恢复对土壤微生物生物量碳和氮的影响

对典型黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域5年生刺槐、沙棘和杏树人工林及5、15和25年生刺槐人工林土壤进行比较研究,以揭示不同植被及恢复年限对土壤微生物生物量碳和氮的影响.结果表明： 在5年生的3种人工林中,以沙棘林土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)含量最高;刺槐林土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量显著高于其他两种林地,分别为99.56和28.81 mg·kg^-1,其中MBC含量依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,MBN含量依次为：刺槐林>杏树林>沙棘林;土壤MBC/SOC依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,而MBN/TN为：刺槐林>杏树林>沙棘林,且差异均达到显著水平(P<0.05).随植被恢复年限增长,3种林龄刺槐林的土壤pH值下降,SOC、TN含量、电导率(EC)、MBC和MBN均呈增加趋势.在黄土丘陵沟壑区,种植刺槐比沙棘和杏树更有利于MBC和MBN含量的提高;随着刺槐种植年限的增长,MBC、MBN以及SOC和TN含量均呈增加趋势.     

黄土丘陵沟壑区植被恢复对土壤微生物生物量碳和氮的影响

对典型黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域5年生刺槐、沙棘和杏树人工林及5、15和25年生刺槐人工林土壤进行比较研究,以揭示不同植被及恢复年限对土壤微生物生物量碳和氮的影响.结果表明： 在5年生的3种人工林中,以沙棘林土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)含量最高;刺槐林土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量显著高于其他两种林地,分别为99.56和28.81 mg·kg^-1,其中MBC含量依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,MBN含量依次为：刺槐林>杏树林>沙棘林;土壤MBC/SOC依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,而MBN/TN为：刺槐林>杏树林>沙棘林,且差异均达到显著水平(P<0.05).随植被恢复年限增长,3种林龄刺槐林的土壤pH值下降,SOC、TN含量、电导率(EC)、MBC和MBN均呈增加趋势.在黄土丘陵沟壑区,种植刺槐比沙棘和杏树更有利于MBC和MBN含量的提高;随着刺槐种植年限的增长,MBC、MBN以及SOC和TN含量均呈增加趋势.     

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。     

黄土丘陵沟壑区小流域土壤有机碳空间分布及其影响因素

研究局域尺度土壤有机碳空间分布特征,对准确估算大尺度土壤碳库储量和变化具有重要意义。以黄土丘陵沟壑区典型小流域为对象,采集0-10、10-20、20-40、40-60、60-80、80-100cm土层中(898个土壤样品),采用多元线性逐步回归和地理信息系统(GIS)相结合方法,分析了地形(峁顶、峁坡、沟底)、土地利用(农田、果园、川坝地、草地、灌木林、乔木林)等作用下,小流域不同深度土壤有机碳含量的空间分布特征。结果表明:地形因素不仅对表层(0-10cm)土壤有机碳含量空间分布差异影响显著,而且对深层(40-100cm)影响也显著,且空间格局图上40-100cm可以清晰地看地沟底与峁顶和峁坡显著差异。在0-10cm土层,峁顶以中值斑块(50%)和低值斑块(48%)为主;峁坡以中值斑块(62%)为主,其次是低值斑块(22%);沟底中值斑块占70%,其次为低值斑块(23%)。40-100cm均为低值斑块,沟底低值绿色斑块占34%,远高于峁坡(8%)和峁顶(13%)。土地利用对表层(0-40cm)有机碳含量影响显著,对40-100cm土层无影响。在0-10cm土层,乔木林、灌木林、草地上高值斑块分别占18%、47%、10%,川坝地、农田和果园没有高值斑块,中值斑块分别占80%、53%、85%、73%、39%、23%。10-40cm土层,乔木林、灌木林、草地、川坝地、农田和果园中值斑块分别占21%、46%、22%、19%、5%、4%。但在40-100cm土层,各土地利用下有机碳均处于低值斑块区。坡向上0-100cm各层土壤有机碳含量半阴坡(北部、东北、东部)最高,半阳坡(西部、西南、南部)含量较低。     

黄土高原沟壑区王东沟小流域土壤有机碳空间分布

地貌和土地利用是影响土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)空间变异的重要因素。以黄土高原沟壑区王东沟小流域(8.3 km2)为对象,在考虑地貌单元和土地利用影响的基础上,采集0—20cm样品448个,0—200cm样品33个。研究了地貌单元(塬面、塬坡和沟道)和土地利用方式对SOC含量的影响。结果表明,地貌单元和土地利用对小流域表层和深层SOC的含量分布影响都有显著差异。0—20cm土层的SOC含量,沟道塬面塬坡;塬面表层SOC含量的变化平缓;塬坡和沟道SOC变异大于塬面。0—200cm土层SOC三地貌单元差异达极显著水平(P99.9%),塬面SOC含量最高(5.37g kg-1),塬坡(3.06 gkg-1)最低。不同地貌单元条件下土地利用方式对表层和剖面SOC含量分布的影响也存在明显差异。塬面区,人工草地SOC含量亦明显高于农田和果园,但仅40cm以上土层SOC达到显著差异。在塬坡上,不同土地利用类型间,发生显著差异深度达到140cm。沟道内,林草两种土地利用类型间的SOC含量无显著差异。在估算该地区SOC密度和储量时,需要充分考虑地貌单元和土地利用方式的影响。     

拉萨河流域洪积扇不同植被类型土壤化学计量特征

洪积扇是拉萨河流域珍贵的土地资源,而明悉其土壤养分状况是对其进行科学合理开发利用的基础。为此,在拉萨河流域选取了10个洪积扇,于2020年7-8月调查了其上的植物群落组成并采集对应土壤,测定了土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）、碱解氮（AN）、速效磷（AP）和速效钾（AK）的含量并计算其化学计量比。结果表明：10个洪积扇的60个样方中共发现植物种87种,分属于29科79属,其中禾本科和菊科的物种居多;洪积扇SOC、TN、TP、AN和AK的平均含量分别为34.38 g/kg、2.77 g/kg、0.39 g/kg、130.78 mg/kg和189.79 mg/kg,均表现为草地>灌丛>农田,其中SOC、TN、AN和AP含量在草地和农田下差异显著（P<0.05）;土壤TK的平均含量为19.68 g/kg,表现为农田>草地>灌丛;土壤AP的平均含量为3.36 mg/kg,表现为农田>灌丛>草地;土壤C：N的均值为12.75,表现为农田>灌丛>草地;土壤C：P、N：P和N：K的均值分别为102.50、8.10和0.16,均表现为草地>灌丛>农田,总体来说洪积扇土壤P元素较为稀缺;土壤N：K与SOC、TN、TP、TK、AN、AP、AK均极显著相关（P<0.01）,SOC和TN与植物群落盖度极显著正相关（P<0.01）;典范对应分析（CCA）进一步表明土壤养分及其计量比对洪积扇植物群落组成影响显著（P=0.002）,且TP、K：P和AP是影响洪积扇植物群落组成的主要土壤生态化学计量因子。综上所述,拉萨河流域洪积扇植物种相对丰富,但分布不均匀,组成不稳定。SOC、TN、TK含量相对较高但C：N值低,表现为有机质矿化速率高而土壤肥力低下;土壤TP和AP的含量均较低,洪积扇植物群落在生长发育过程中受到土壤P元素的限制。此外,研究还发现土壤N：K同C：N：P一样可作为评价土壤养分状况的生态化学计量指标。     

Changes in Soil Carbon and Nitrogen following Land Abandonment of Farmland on the Loess Plateau,China

The revegetation of abandoned farmland significantly influences soil organic C (SOC) and total N (TN). However, the dynamics of both soil OC and N storage following the abandonment of farmland are not well understood. To learn more about soil C and N storages dynamics 30 years after the conversion of farmland to grassland, we measured SOC and TN content in paired grassland and farmland sites in the Zhifanggou watershed on the Loess Plateau, China. The grassland sites were established on farmland abandoned for 1, 7, 13, 20, and 30 years. Top soil OC and TN were higher in older grassland, especially in the 0–5 cm soil depths; deeper soil OC and TN was lower in younger grasslands (<20 yr), and higher in older grasslands (30 yr). Soil OC and N storage (0–100 cm) was significantly lower in the younger grasslands (<20 yr), had increased in the older grasslands (30 yr), and at 30 years SOC had increased to pre-abandonment levels. For a thirty year period following abandonment the soil C/N value remained at 10. Our results indicate that soil C and TN were significantly and positively correlated, indicating that studies on the storage of soil OC and TN needs to focus on deeper soil and not be restricted to the uppermost (0–30 cm) soil levels.     

不同土地利用方式对潮棕壤有机碳含量的影响

对潮棕壤不同土地利用方式下0~100 cm土体中土壤有机碳含量的剖面分布、有机碳储量及C/N进行了研究.结果表明:不同土地利用方式下土壤有机碳含量的剖面分布差异明显,林地、割草地、荒地及裸地各土层有机碳含量高于农田生态系统;不同土地利用方式下的土壤有机碳与全氮呈极显著的正相关;土壤C/N随剖面土层深度的增加呈下降趋势,林地土壤的C/N相对较高,割草地、荒地和裸地次之,农田生态系统的土壤C/N较低.在0~100cm深度土壤,荒地每年截获的土壤有机碳分别比农田不施肥、农田循环猪圈肥处理、农田化肥NPK处理、农田化肥NPK 循环猪圈肥处理高4.52、4.25、4.46和3.58 t.hm-2.说明荒地在增加土壤有机碳储量方面有很大潜力.     

滇南喀斯特断陷盆地土地利用方式对土壤有机碳及其活性组分的影响

土地利用方式是影响土壤有机碳库的重要因素,为探究喀斯特断陷盆地土壤有机碳库对土地利用方式及环境因素的响应,以滇南喀斯特地区5种典型土地利用方式(耕地、草地、灌丛、人工林、天然林)为研究对象,分析不同土地利用方式土壤有机碳(SOC)及活性有机碳(LOC)组分,即可溶性有机碳(DOC)、易氧化性有机碳(EOC)及微生物量碳(MBC)的含量、储量及分配比例在土壤垂直剖面(0-60 cm)的变化特征。结果表明：5种土地利用方式的SOC含量随土层深度的增加逐渐降低,其储量依次为灌丛(191.77 t/hm²)、草地(166.86 t/hm²)、耕地(142.47 t/hm²)、人工林(134.31 t/hm²)和天然林(102.62 t/hm²);EOC和MBC的平均含量及储量均以草地及灌丛最高、人工林及天然林次之,二者在土壤垂直剖面上与SOC含量的变化特征一致,但EOC和MBC含量在土层间的下降幅度大于SOC;土地利用方式和土层深度对DOC无显著影响(P>0.05);活性有机碳的分配比例受土地利用方式及土层深度的显著影响(P<0.01),其中人工林的EOC/SOC和MBC/SOC显著低于草地、灌丛及天然林。通径分析指出SOC和EOC主要受C/P比、全磷、砂粒和交换性钙的影响,砂粒和C/P比是影响MBC的主要因子。研究阐明在喀斯特断陷盆地地区EOC和MBC对土地利用方式的响应比SOC更敏感。另外,今后在土壤碳库的研究中应更多关注土壤磷和物理结构对其的影响。     

草原土壤有机碳含量的控制因素

基于374个高寒草原和温带草原土壤样品的测试结果,运用多元逐步回归分析模型定量评估了土壤环境因子对土壤有机碳(SOC)含量的影响.结果表明:高寒草原土壤有机碳含量(20.18 kg C/m2)高于温带草原(9.23 kg C/m2).土壤理化生物学因子对高寒草原和温带草原SOC含量(10 cm)变化的贡献分别是87.84％和75.00％.其中,土壤总氮含量和根系对高寒草原SOC含量变化的贡献均大于对温带草原SOC含量变化的相应贡献.土壤水分是温带草原SOC含量变化的主要限制性因素,其对SOC含量变化的贡献达33.27％.高寒草原土壤C/N比显著高于温带草原土壤的相应值,揭示了青藏高原高寒草原较高的SOC含量是由于较低的土壤微生物活性所导致.