桂西北喀斯特坡地土壤137Cs的剖面分布特征及其指示意义

分析了137Cs及土壤有机碳(SOC)在桂西北典型峰丛坡地及岩溶裂隙中的剖面分布特征,探讨了137Cs方法在喀斯特坡地的适用性及其指示的坡面土壤侵蚀特征.结果表明:所有剖面137Cs与SOC均显著相关,两者可能有相同的流失途径;次生林坡地137Cs主体分布深度在24 cm以内,中上及中坡剖面随深度呈指数递减分布,地表无侵蚀或侵蚀轻微,坡脚剖面呈较严重侵蚀形态;坡耕地剖面137Cs在耕层内均匀分布,中上坡及中坡主体分布深度在15 cm左右,面积活度远低于背景值,土壤侵蚀剧烈,坡脚分布深度至45 cm,呈堆积形态;次生林坡脚剖面、耕地中上坡剖面及所有裂隙剖面,137Cs在主体分布深度以下有断续极微量的分布,指示了喀斯特坡地土壤颗粒有随降雨沿地表负地形向地下流失的趋势,但流失量轻微.     

137Cs和210Pbex示踪黑土区坡耕地

通过在野外28.5 hm²的坡耕地上采集土壤样品,定量评价了利用¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex研究土壤有机碳(SOC)动态的潜力,以探讨东北黑土区土壤侵蚀对土壤有机碳的影响.结果表明:农耕地土壤¹³⁷Cs、²¹⁰Pb_ex和SOC在平面和垂直深度上均具有相似的分布特征.在平面上,尽管受土壤侵蚀沉积的影响,¹³⁷Cs、²¹⁰Pb_ex面积活度及SOC储量变异很大,但它们具有相同的变化趋势.在垂直断面上,侵蚀区¹³⁷Cs、²¹⁰Pb_ex和SOC在0～25 cm耕层内分布均匀,25 cm以下放射性活度减小,SOC含量也相应下降;沉积区0～100 cm深度上¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex呈现先增加后减小的分布规律,SOC也具有类似的变化特征.农耕地SOC与¹³⁷Cs、²¹⁰Pb_ex呈显著线性相关,表明它们在黑土区农耕地上具有相似的物理运移特征,¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex可直接用来定量评价黑土侵蚀下SOC的时空分布特点.     

喀斯特坡地基岩起伏对土壤剖面水分格局的影响

研究了喀斯特地区典型坡地3条人工开挖样沟(投影长21 m、宽1 m)的岩土结构特征、土壤剖面平均含水量和土岩界面含水量沿坡面向下的变化趋势,探讨了喀斯特坡地基岩起伏对土壤水分格局的影响.结果表明: 喀斯特坡地地表地形与基岩地形不一致,基岩深度变异系数最大为82%,基岩起伏较大.基岩起伏程度明显影响到土壤剖面水分分布格局: 基岩起伏较小时,土壤含水量呈上坡位至下坡位逐渐增加的趋势,且土壤剖面平均含水量和土岩界面含水量与基岩深度相关性均不显著;基岩起伏越大,土壤含水量沿坡向下线性增加的趋势越不明显,土壤水分空间连续性越差,基岩凹陷、裂隙处土壤含水量较高,土壤剖面平均含水量和土岩界面含水量与基岩深度呈极显著正相关,但后者对基岩起伏的响应更明显.     

137Cs和210Pbex示踪黑土区坡耕地土壤侵蚀对有机碳的影响

通过在野外28.5 hm2的坡耕地上采集土壤样品,定量评价了利用137Cs和210Pbex研究土壤有机碳(SOC)动态的潜力,以探讨东北黑土区土壤侵蚀对土壤有机碳的影响.结果表明:农耕地土壤137Cs、210Pbex和SOC在平面和垂直深度上均具有相似的分布特征.在平面上,尽管受土壤侵蚀沉积的影响,137Cs、210Pbex面积活度及SOC储量变异很大,但它们具有相同的变化趋势.在垂直断面上,侵蚀区137Cs、210Pbex和SOC在0～25 cm耕层内分布均匀,25 cm以下放射性活度减小,SOC含量也相应下降;沉积区0～100 cm深度上137Cs和210Pbex呈现先增加后减小的分布规律,SOC也具有类似的变化特征.农耕地SOC与137Cs、210Pbex呈显著线性相关,表明它们在黑土区农耕地上具有相似的物理运移特征,137Cs和210Pbex可直接用来定量评价黑土侵蚀下SOC的时空分布特点.     

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.     

红壤侵蚀区植被恢复过程中土壤种子库变化特征

土壤侵蚀作为一种自然营力和自然干扰形式对土壤种子库的次分布与物种组成具有一定的影响。本研究对典型红壤侵蚀区裸地(Ⅰ号)、马尾松林地(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号)和次生林(Ⅴ号)等5处不同植被恢复区的土壤种子库物种组成、储量及分布格局进行研究,探究在植被恢复过程中土壤侵蚀对土壤种子库的影响。结果表明: 研究区土壤种子库共统计到21种物种,物种丰富度低,以草本种类为主。各样地土壤种子库密度为56.7～793.3粒·m^-2,样地间差异显著,土壤种子库密度随着土壤侵蚀强度加重而明显下降。各样地浅层0～2 cm土壤种子库密度随着上坡-中坡-下坡的变化均呈增加趋势;剧烈侵蚀地和强烈侵蚀地土壤种子库主要分布在5～10 cm深层土壤内,且中上坡0～2 cm土层几乎没有种子。土壤侵蚀使得土壤种子库在土层中的分布呈现深层化,植被恢复后深层种子库积累仍需要较长的时间。     

利用137Cs技术研究黑土坡耕地土壤再分布特征

利用¹³⁷Cs示踪技术和不同的理论模型研究典型的东北漫岗地形的黑土土壤再分布状况.通过野外采样和模型分析,得出研究区¹³⁷Cs背景值为2 232.75 Bq·m^-2,介于长江三角洲和黄土高原背景值之间,表明¹³⁷Cs沉降与纬度和降水相关.研究区各地貌部位¹³⁷Cs含量在水平方向和深度分布上有很大的分异.坡肩部位¹³⁷Cs含量最低,土壤侵蚀最为强烈;坡顶和坡背侵蚀较为微弱;坡脚和坡足基本上表现土壤沉积.¹³⁷Cs分布深度从坡肩20 cm到坡足80 cm土层,表现出该区经历了强烈的侵蚀和沉积过程.文中采用4种常用的¹³⁷Cs土壤侵蚀模型估计研究区的土壤侵蚀速率,结果表明,PM模型明显低估了土壤侵蚀速率,MBM-1明显高估了土壤侵蚀速率,MBM-2和MBM-3估计的结果较为相近的合理结果.     

准噶尔盆地南缘荒漠区土壤碳分布及其稳定同位素变化

以亚洲中部干旱区准噶尔盆地南缘荒漠区为研究区,根据荒漠距离绿洲的距离,分别在荒漠边缘、中部和腹地设置3条样带,并采集2 m深的土壤剖面样品,研究土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)含量及其稳定碳同位素的分布,探讨土壤碳变化与距绿洲距离的关系.结果表明: SOC含量随剖面土层深度增加而减少.受距绿洲距离的影响,SOC含量表现为荒漠边缘>荒漠中部>荒漠腹地.荒漠边缘SOC的δ¹³C值范围为-21.92‰～-17.41‰,且随深度增加而递减;荒漠中部和荒漠腹地的δ¹³C值范围为-25.20‰～-19.30‰,且随深度增加先增后减,由此推断准噶尔盆地南缘荒漠中部和腹地地表植被以C3植物为主,而绿洲边缘经历了从C3植物为主到C4植物为主的演替过程.荒漠边缘SIC平均含量为38.98 g·kg^-1,是荒漠腹地的6.01倍,表明0～2 m深度内大量SIC在荒漠边缘呈聚集趋势.SIC的δ¹³C值随深度增加先减后增,底层富集,主要受原生碳酸盐含量和剖面土壤CO₂的影响.     

基于模拟降雨试验的喀斯特坡耕地土壤侵蚀特征

探索喀斯特坡耕地土壤侵蚀过程及机理对该区水土流失及石漠化治理具有重要的现实和指导意义.本文采用人工模拟降雨的试验方法,探索喀斯特坡耕地土壤侵蚀过程及特征.结果表明: 降雨强度较小时(30、50 mm·h^-1),水土流失以地下孔(裂)隙流失为主,当降雨强度较大时(80 mm·h^-1),土壤侵蚀以地表流失为主;地表径流模数和输沙率均随坡度的增加而增大,随孔(裂)隙度的增加而减小.地下径流模数在0.37～0.52 L·m^-2·min^-1,地下输沙率在0.81～1.93 g·min^-1,二者均随坡度的增加而减小,随降雨强度的增加呈先增大后减小的变化趋势.     

湘南红壤丘陵区不同生态种植模式下土壤磷素流失特征

以湖南省祁阳县红壤坡地大型标准径流场为例,研究了湘南红壤丘陵区8种不同生态种植模式下土壤磷素的地表流失特征.结果表明: 总磷流失量以撂荒处理(T₁)最严重,顺坡种植模式处理(T₂、T₃)其次,5种梯田模式处理(T₄～T₈)均能有效减少土壤磷的流失,磷流失量分别是T₁处理的9.9%、37%、0.7%、2.3%和1.9%.生态种植模式直接影响红壤坡地土壤磷素的地表流失形态,研究区流失的磷素以颗粒磷为主.暴雨(日降雨量＞50 mm)情况下,降雨量对不同生态种植模式下磷流失量影响差异不大,但磷流失量随降雨强度增大而增加.红壤坡地土壤磷素地表流失主要集中在6-9月,降雨量和降雨强度是影响湘南红壤丘陵区土壤磷素地表流失时间分布的直接因素.
     

Stocks and dynamics of SOC in relation to soil redistribution by water and tillage erosion

Soil organic carbon (SOC) displaced by soil erosion is the subject of much current research and the fundamental question, whether accelerated soil erosion is a source or sink of atmospheric CO₂, remains unresolved. A toposequence of terraced fields as well as a long slope was selected from hilly areas of the Sichuan Basin, China to determine effects of soil redistribution rates and processes on SOC stocks and dynamics. Soil samples for the determination of caesium‐137 (¹³⁷Cs), SOC, total N and soil particle size fractions were collected at 5 m intervals along a transect down the two toposequences. ¹³⁷Cs data showed that along the long slope transect soil erosion occurred in upper and middle slope positions and soil deposition appeared in the lower part of the slope. Along the terraced transect, soil was lost over the upper parts of the slopes and deposition occurred towards the downslope boundary on each terrace, resulting in very abrupt changes in soil redistribution over short distances either side of terrace boundaries that run parallel with the contour on the steep slopes. These data reflect a difference in erosion process; along the long slope transect, water erosion is the dominant process, while in the terraced landscape soil distribution is mainly the result of tillage erosion. SOC inventories (mass per unit area) show a similar pattern to the ¹³⁷Cs inventory, with relatively low SOC content in the erosional sites and high SOC content in depositional areas. However, in the terraced field landscape C/N ratios were highest in the depositional areas, while along the long slope transect, C/N ratios were highest in the erosional areas. When the samples are subdivided based on ¹³⁷Cs‐derived erosion and deposition data, it is found that the erosional areas have similar C/N ratios for both toposequences, while the C/N ratios in depositional areas are significantly different from each other. These differences are attributed to the difference in soil erosion processes; tillage erosion is mainly responsible for high‐SOC inventories at depositional positions on terraced fields, whereas water erosion plays a primary role in SOC storage at depositional positions on the long slope. These data support the theory that water erosion may cause a loss of SOC due to selective removal of the most labile fraction of SOC, while on the other hand tillage erosion only transports the soil over short distances with less effect on the total SOC stock.     

青海湖流域季节性冻土区坡面土壤有机碳分布特征及其影响因素

以高寒半干旱区青海湖流域季节性冻土为研究对象,通过调查采样和室内分析,研究了坡向和坡位对不同深度土壤有机碳含量分布的影响。结果表明：阴、阳坡有机碳含量均随土壤深度增加而下降,但阳坡下降的幅度（64%）明显高于阴坡（44%）。阴坡土壤有机碳平均含量为81.99 g/kg,大于阳坡（61.84 g/kg）;不同坡位,土壤有机碳分布特征因坡向而异,其中阴坡土壤有机碳平均含量表现为坡下（89.60 g/kg）＞坡中（86.52 g/kg）＞坡上（69.87 g/kg）,而阳坡土壤有机碳平均含量表现为坡上（65.71 g/kg）＞坡下（61.42 g/kg）＞坡中（58.39 g/kg）。此外,坡位对不同深度土壤有机碳的影响程度在不同坡向也存在差异。阴坡坡位因子对深层土壤有机碳影响显著,而阳坡坡位因子对浅层土壤有机碳影响显著。一般线性模型结果表明,坡面土壤有机碳含量主要受土层和坡向的影响,可解释74.52%的变异性。     

海南岛热带原始森林主要分布区土壤有机碳密度及影响因素

以海南尖峰岭、霸王岭、五指山、吊罗山、鹦哥岭5个热带原始森林土壤为研究对象, 分层采集0-100 cm的土壤样品并分析有机碳含量, 用纵向拟合法和分层估算法分别估算其土壤有机碳密度。结果显示: (1)纵向拟合法计算的5个热带原始森林土壤有机碳密度分别为14.98、18.46、16.48、18.81、16.66 kg·m^-2, 分层估算法分别为14.73、16.24、15.50、16.91、15.03 kg·m^-2, 前者显著高于后者(p < 0.05); 未经扰动的原始森林土壤, 宜采用纵向拟合法计算土壤有机碳密度。(2) 5个热带原始森林0-30 cm表层土壤有机碳含量分别占0-100 cm的50.50%、48.56%、43.49%、47.37、42.88%。(3)土壤有机碳密度与森林群落Shannon-Wiener指数(p < 0.01)、Simpson指数(p < 0.05)、物种丰富度(p < 0.01)、土壤容重(p < 0.001)存在极显著或显著的负相关关系; 与海拔(p < 0.05)、土壤孔隙度(p < 0.001)、土壤全氮含量(p < 0.001)存在极显著或显著的正相关关系; 与坡向、林分生物量、平均胸径、平均树高无显著相关关系(p > 0.05)。(4)由于海南地处低纬度地区, 其丰富的降水和持续高温条件加速了有机质的分解和物质的再循环, 导致海南森林土壤碳密度远低于全国平均水平。     

典型黑土区侵蚀-沉积对土壤微生物数量空间分布的影响

研究土壤微生物群落对土壤侵蚀-沉积的响应可为农业生态系统功能提升提供重要指导.选择黑龙江省典型薄层黑土区宾县宾州河流域为研究区,分析土壤微生物数量的空间分布特征,并结合137Cs示踪方法估算土壤侵蚀模数,进一步分析坡面和流域尺度土壤侵蚀-沉积对土壤微生物数量的影响.结果表明:季节变化对土壤微生物数量的影响非常明显,夏季...     

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。     

干热河谷区不同坡位土壤水分对降雨的响应特征

研究干热河谷地区土壤水分在降雨过程中的短时动态变化,有助于揭示该地区的土壤水文功能。本研究选取贵州花江干热河谷作为研究区,运用原位监测法,获取不同坡位的高频土壤水分监测数据,分析土壤水分对降雨的短时动态响应特征。结果表明: 在整个监测期间,无论是坡上还是坡中,研究区各层土壤水分均为中等变异水平(15.2%≤变异系数CV≤29.7%),坡上土壤水分的波动幅度(CV=21.1%)大于坡中(CV=19.1%),0～5 cm土层(CV=26.2%)大于20～40 cm土层(CV=16.5%)。与坡中相比,坡上土壤水分对降雨的响应速度更快,降雨对土壤水分的补给量大、补给速率快;坡上的土壤水分补给速率与消退速率之差(2.3%·h^-1)大于坡中(1.8%·h^-1)。随土层深度增加,下层土壤水分对降雨的响应早于或同步于上层,降雨对土壤水分的补给量减少、补给速率减慢,土壤水分的消退速率也减慢。与坡中相比,坡上土壤水分入渗能力更强,保水能力更优。干热河谷的微观环境和小气候影响土壤水分对降雨的响应特征,而岩-土界面优先流的快速补给则会加快下层土壤水分对降雨的响应速度,使得该地区的坡面更容易形成混合产流机制。     

不同林地恢复模式下露天煤矿排土场土壤有机碳分布特征

研究露天煤矿排土场6种不同林地植被恢复模式和撂荒地0～100 cm土层土壤有机碳(SOC)含量和储量的分布特征,分析其差异性及其影响因素.结果表明：不同林地0～10 cm土层SOC含量比撂荒地(1.92 g·kg^-1)显著提高23.8%～53.2%,10～20 cm土层比撂荒地(1.39 g·kg^-1)显著提高5.8%～70.4%,20 cm土层以下与撂荒地相比差异不大;各土层SOC含量随土层深度增加而逐渐减小,表层(0～20 cm)减小幅度大于深层(20～100 cm).不同林地SOC储量在表层明显高于深层,随土层深度增加而逐渐减小.0～100 cm土层林地SOC储量比撂荒地(17.52 t·hm^-2)提高18.1%～42.4%,其中,紫穗槐林地SOC储量最高,达24.95 t·hm^-2,明显高于其他林地类型,灌木林地SOC储量比乔木高12.4%.林地凋落物、细根生物量和土壤水分都与排土场SOC呈显著正相关.综上所述,不同人工林地恢复模式显著提高了排土场0～100 cm土层SOC,尤其对表层SOC提高效果明显,但排土场SOC与原地貌相比差距仍较大.从提高排土场SOC角度优先推荐紫穗槐为主要林地植被.