模拟硫沉降对华北落叶松人工林土壤有机碳组分的影响

深入研究硫沉降对森林土壤有机碳库影响,可以为正确评估森林生态系统碳循环过程及其对全球气候变化的响应提供依据。在山西太岳山34年生华北落叶松人工林设置人工模拟硫沉降实验,采用物理分组的方法,研究施硫水平(0、50、100、150 kg S·hm-2·a-1)对土壤粗颗粒有机碳(CPOC,250μm)、细颗粒有机碳(FPOC,53~250μm)和矿质结合态有机碳(MOC,53μm)含量的影响,并运用通径分析探讨了土壤有机碳组分与土壤环境因子的关系。结果表明:华北落叶松人工林土壤表层(0~10 cm)POC、MOC和POC/MOC值均高于亚表层(10~20 cm);土壤POC和MOC随月份变化显著,8月土壤POC和MOC均显著低于6月和10月;对照处理6月表层土壤的POC/MOC值低于8月和10月,亚表层则相反;施硫显著改变了土壤MOC,但并未显著改变土壤POC;低硫和中硫水平表层土壤MOC较对照处理显著减少,高硫水平亚表层土壤MOC较对照处理显著增加(P0.01);土壤CPOC、FPOC和MOC与土壤温度、湿度、p H值有极显著负相关关系。通径分析表明,温度对3种土壤有机碳含量直接作用最大,而湿度对土壤POC并没有直接作用。试验结果表明,短期施硫降低了华北落叶松人工林土壤有机碳稳定性,后期在对硫沉降影响研究中应多加考虑温度这一重要因子的作用。     

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。     

亚热带杉木林土壤有机碳及其活性组分对氮磷添加的响应

通过野外氮、磷添加,分析N₀(0 kg N·hm^-2·a^-1)、N₁(50 kg N·hm^-2·a^-1)、N₂(100 kg N·hm^-2·a^-1)、P(50 kg P·hm^-2·a^-1)、N₁P和N₂P等6种处理3年后对亚热带杉木人工林土壤有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)和水溶性有机碳(WSOC)的影响.结果表明:氮、磷添加对0～20 cm土层SOC含量无显著影响.磷添加显著降低0～5 cm土层POC含量,与无磷处理相比,加磷处理POC含量降低26.1%.WSOC含量对氮、磷添加的响应主要表现在0～5 cm土层,低水平氮添加和磷添加显著提高WSOC含量.在0～5 cm土层,氮添加对POC/SOC值无显著影响,而与无磷添加相比,POC/SOC值在磷添加处理下显著降低15.9%.在5～10和10～20 cm土层,氮、磷添加处理对POC/SOC值无显著影响.在亚热带地区,森林土壤碳稳定性主要受磷含量的调控,短期磷添加易导致表层土壤活性有机碳分解,增加土壤碳稳定性.     

土地利用变化对漳江口红树林土壤有机碳组分的影响

土地利用变化对土壤有机碳(SOC)的影响是全球碳循环研究的重要内容。本研究在福建漳江口红树林保护区采集红树林湿地、旱地(红树林湿地转变而来)和水田(长期种植水稻)3种土壤,测定土壤有机碳及其组分的含量变化。结果表明:红树林土壤总有机碳含量分别高于旱地土壤29.50%和水田土壤19.56%,而水田土壤有机碳含量高于旱地土壤。在湿地转变为旱地后,可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)和矿质结合有机碳(MOC)分别增加了40.39%、248.43%和144.00%,但重组有机碳(HFOC)、轻组有机碳(LFOC)和粗颗粒有机碳(CPOC)则分别下降了20.91%、46.44%和36.58%。水田土壤有机碳各组分含量均高于旱地土壤,但仅有MBC、FPOC和MOC含量高于湿地土壤。3种土地利用类型的土壤有机碳各组分含量的分配比例与其有机碳含量的规律一致。相关分析表明,3种土壤的有机碳组分中HFOC、LFOC、CPOC、MOC与SOC具有显著的相关关系,可以用来指示SOC的动态变化。这些结果说明,红树林湿地经人为垦殖后土壤SOC显著流失,但合理的耕作管理会使农田土壤具有更大的固碳潜力。     

川西卧龙岷江冷杉林土壤有机碳组分与氮素关系随海拔梯度的变化特征

土壤碳氮沿海拔梯度变化及其耦合关系是山地生态系统碳氮循环研究的重要内容。为分析不同土层土壤有机碳,土壤全氮及有机碳活性组分在海拔梯度上的分布规律及相互之间的耦合关系,选取亚高山物种岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林为研究对象,以卧龙邓生野牛沟岷江冷杉原始林2920—3700 m的样地调查数据为基础,分析不同土层土壤碳氮及活性组分沿海拔的变化规律,总结土壤有机碳稳定性沿海拔主要规律,从土壤有机碳活性组分和碳氮关系的角度揭示其对土壤有机碳沿海拔变化的影响。结果表明:1)腐殖质层土壤有机碳(SOC)随海拔升高逐渐增加,与温度显著负相关,轻组有机碳(LFOC)及颗粒态有机碳(POC)随海拔上升均表现先增加后降低的趋势,土壤全氮(TN)随海拔变化不显著,但林线处LOFC、POC和TN均显著增加;0—10 cm土壤有机碳及全氮则表现为双峰特征,峰值分别在3089 m和3260 m处,与年均温度无显著关系。2)LFOC及POC在腐殖质层和0—10 cm土层中所占比例较大,是表征土壤有机碳含量沿海拔变化规律的主要活性组分,腐殖质层LFOC/SOC和POC/SOC随海拔上升逐渐增高,0—10 cm层则逐渐降低,暗示腐殖质层有机碳稳定性沿海拔逐渐降低,0—10 cm有机碳稳定性逐渐升高。3)SOC与TN显著正相关,SOC是影响TN的主要因子,但腐殖质层TN与有机碳活性组分无显著相关关系。4)土壤C/N和微生物量C/N在3177 m大于25:1,是引起土壤有机碳含量显著降低的主要因素。     

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。     

宁南山区不同恢复年限柠条林土壤养分及有机碳组分变化特征

植被恢复能有效改善土壤质量,促进土壤有机碳(SOC)的固存。本研究以宁南山区0～100 cm土层不同恢复年限(16、28、38年)柠条林为研究对象,以农田和天然草地作为对照,分析了土壤养分及有机碳组分沿剖面分布特征及其对恢复年限的响应。结果表明：1)SOC、土壤全氮(TN)、全磷(TP)、颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)含量以及颗粒态有机碳占总有机碳的比例(POC/SOC)均随土层深度增加而降低,而矿物结合态有机碳占总有机碳的比例(MAOC/SOC)呈相反趋势;2)随着柠条恢复年限的增加,SOC、TN、TP、C∶P、N∶P、POC和MAOC含量逐渐降低,C∶N无显著变化,POC/SOC先增后减,MAOC/SOC先减后增;3)在3种土地类型中,POC、MAOC与SOC之间均呈极显著正线性相关关系,且SOC的增加主要依赖于MAOC的增加。天然草地和柠条林地土壤SOC、TN、TP、POC和MAOC含量均显著高于农田。综上,柠条林地土壤养分及POC、MAOC含量随着恢复年限增加逐渐降低;与农田相比,天然草地和柠条林地维持和提高土壤养分及碳储存的能力较高。     

模拟氮沉降对克氏针茅草原土壤有机碳的短期影响

为更好地了解天然草地土壤有机碳对氮沉降增加的响应,2011年在内蒙古太仆寺旗的克氏针茅(Stipa krylovii)草原上开展了模拟氮沉降的控制实验,设置对照(CK)和5个模拟氮沉降(NO-3)处理,分别为2(N1)、5(N2)、10(N3)、25(N4)和50 g N m-2a-1(N5)。生长季末,采集每个样地中0—2 cm和2—10 cm深度土壤进行有机碳含量及组成的分析,并进行实验室矿化培养。结果表明,土壤颗粒态有机碳(POC)对氮添加响应敏感,N1和N2处理下的POC含量高于CK,N3、N4和N5处理则低于CK。5个模拟氮沉降处理下的矿质结合态有机碳(MOC)含量均高于对照,但差别不显著。不同氮沉降水平下0—2 cm土层的碳矿化潜势为N2N1N4N3CKN5,且N1,N2,N3和N4处理均显著高于CK和N5;2—10 cm土层的碳矿化潜势为N2N1N3CKN4N5,N1、N2和N3显著高于CK、N4及N5。不同施氮处理对群落净第一性生产力有明显影响,N5的净第一性生产力和地上生物量显著低于对照和其它施氮处理,N1的0—10 cm地下生物量显著高于对照和其它处理,N5的凋落物量显著高于对照。模拟氮沉降短期内对土壤总有机碳(SOC)含量无显著影响。     

若尔盖退化高寒草甸土壤团聚体结合有机碳的变化

选取若尔盖沼泽化草甸及其不同退化程度为研究对象,利用湿筛法进行团聚体分级,并测定各组分有机碳含量,研究了高寒草甸退化对土壤有机碳(SOC,Soil Organic Carbon)、团聚体以及团聚体结合有机碳(OC,Organic Carbon)的影响,旨在从土壤团聚体及其内部组成的角度去解析SOC的变化特征及机制。结果显示：1)退化使大团聚体比例降低且内部组成改变,团聚体稳定性降低。2)退化使各粒级团聚体及大团聚体内部组分结合OC含量均显著降低。3)大团聚体及其内部粗颗粒有机质中OC储量减少是退化中土壤有机碳流失的主要形式,微团聚体、闭蓄态微团聚体和闭蓄态黏粉粒中OC储量随退化增加。4)退化显著降低了高寒草甸SOC含量和储量,表层(0—10 cm)SOC含量变化主要决定于微团聚体和大团聚体OC含量,亚表层(10—20 cm)SOC含量主要受大团聚体OC含量和团聚体平均重量直径(MWD)影响;对于SOC储量,团聚体MWD是表层SOC储量的最重要影响因素,而亚表层SOC储量取决于团聚体组成、土壤理化性质和大团聚体OC含量的综合作用。研究结果表明,改善土壤团聚体组成和稳定性,增加大团聚体有机...     

模拟增温对长江源区高寒沼泽草甸土壤有机碳组分与植物生物量的影响研究

以高寒沼泽草甸为研究对象, 采用开顶室增温小室进行增温模拟实验, 设置CK(对照点)、T1(增温1.5—2.5 ℃)、T2(增温3—5 ℃)3种处理, 研究了短期增温对高寒沼泽草甸土壤活性有机碳库及生物量生产的影响。结果表明: (1)T1增温显著促进土壤微生物量碳(MBC)的生成, T2增温幅度过大, 抑制了微生物的活性, 导致这种促进效果在T2内不显著。(2)T1, T2增温均使得0—20 cm 土层土壤有机碳(SOC)含量降低, T1增温促进20—30 cm土层土壤有机碳(SOC)的生成, 但这种促进效果在T2内并不显著。(3)T1, T2增温均使得0—20 cm 土层土壤溶解性有机碳(DOC)含量降低, 20—30 cm土层土壤溶解性有机碳(DOC)含量无明显变化。(4)模拟增温促进了长江源高寒沼泽草甸地上生物量的生成, 并且增温幅度越大地上生物量增加越多。T1增温促进了地下生物量的生成, T2增温幅度过大, 对地下生物量随温度上升而增加的这种促进作用有所抑制。(5)土壤有机碳(SOC), 土壤微生物量碳(MBC), 土壤溶解性有机碳(DOC)三者碳组分之间均呈显著正相关, 表明土壤有机碳(SOC)的变化在一定程度上制约的土壤微生物量碳(MBC)与土壤溶解性有机碳(DOC)的变化。     

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。     

棉花长期连作结合秸秆还田对土壤颗粒有机碳及红外光谱特征的影响

以新疆玛纳斯河流域长期连作棉田为研究对象,采用傅里叶红外光谱技术(FTIR)分析不同连作年限[0(对照)、5、10、15和20年]棉田土壤红外光谱特征,分析连作结合秸秆还田对土壤有机碳结构和稳定性的影响.结果表明: 随连作年限增加,土壤有机质中多糖和芳香族基团相对峰强度下降,脂肪族和醇酚相对峰强度上升,脂肪族-CH/芳香族C=C逐年升高.连作5年土壤颗粒有机碳含量最高,比对照土壤高5.11倍,之后随连作年限增加颗粒有机碳含量逐渐降低;连作10年土壤矿物结合态有机碳含量最高,比对照高1.84倍,连作5年土壤颗粒有机碳与矿物结合态有机碳含量之比(ω(POC)/ω(MOC))最高,之后随连作年限增加开始下降.综上,棉田长期连作结合秸秆还田后土壤有机质结构趋于脂肪化,土壤矿物结合对有机质保护性升高,有机质稳定性升高.     

喀斯特山区不同植被类型土壤有机碳的变化

研究了贵州西南部典型喀斯特山区不同植被类型下常规土壤及小生境土壤中有机碳及不同粒径土壤颗粒有机碳的变化.结果表明:不同植被类型下,常规及小生境土壤有机碳含量均表现为:裸地＜草丛＜灌木林＜乔木林,常规土壤变幅在7.18 ～43.42 g·kg-1,土面和石坑土壤有机碳变幅分别为6.62 ～46.47 g· kg-1和9.01 ～52.07 g·kg-1;颗粒有机碳(POC)/矿物结合态有机碳( MOC)值均为:裸地＜草丛＜乔木林＜灌木林,同一植被类型下,与常规及土面相比,石坑中土壤POC/MOC值最高;植被在由裸地-草丛-灌木林-乔木林的变化过程中,不同粒径土壤颗粒有机碳含量增加,而土壤有机碳主要以砂粒及粉砂粒有机碳形式存在,说明喀斯特地区土壤的固碳能力及有机碳稳定性较弱,土壤易受外界干扰而引发有机碳流失,土壤质量存在下降或退化的风险.     

Organic matter in the River Krutynia (Masurian Lakeland,Poland)

The chemical composition of drift in the lake-river system of the Krutynia River was investigated in May and August of 1987–1989. The main chemical component of drift was organic carbon, four fractions of which were distinguished: dissolved (DOC), fine particulate (FPOC), coarse (COPC) and large particulate organic carbon (LPOC). The most important of these was DOC, representing 88–100% of the TOC transported. Among the POC, the finest fraction (FPOC) prevailed, constituting as much as 98.3% of dry weight of the particulate matter. There were no significant differences between the average content of CPOC and LPOC, although significant seasonal changes were observed. Concentrations of both dissolved and particulate forms of carbon decreased with distance downriver, but that of POC diminished faster, possibly because of the effect of the lake.     

Nitrogen increases soil organic carbon accrual and alters its functionality

Nitrogen (N) availability has been considered as a critical factor for the cycling and storage of soil organic carbon (SOC), but effects of N enrichment on the SOC pool appear highly variable. Given the complex nature of the SOC pool, recent frameworks suggest that separating this pool into different functional components, for example, particulate organic carbon (POC) and mineral-associated organic carbon (MAOC), is of great importance for understanding and predicting SOC dynamics. Importantly, little is known about how these N-induced changes in SOC components (e.g., changes in the ratios among these fractions) would affect the functionality of the SOC pool, given the differences in nutrient density, resistance to disturbance, and turnover time between POC and MAOC pool. Here, we conducted a global meta-analysis of 803 paired observations from 98 published studies to assess the effect of N addition on these SOC components, and the ratios among these fractions. We found that N addition, on average, significantly increased POC and MAOC pools by 16.4% and 3.7%, respectively. In contrast, both the ratios of MAOC to SOC and MAOC to POC were remarkably decreased by N enrichment (4.1% and 10.1%, respectively). Increases in the POC pool were positively correlated with changes in aboveground plant biomass and with hydrolytic enzymes. However, the positive responses of MAOC to N enrichment were correlated with increases in microbial biomass. Our results suggest that although reactive N deposition could facilitate soil C sequestration to some extent, it might decrease the nutrient density, turnover time, and resistance to disturbance of the SOC pool. Our study provides mechanistic insights into the effects of N enrichment on the SOC pool and its functionality at global scale, which is pivotal for understanding soil C dynamics especially in future scenarios with more frequent and severe perturbations.