科尔沁沙地不同土地利用类型土壤化学计量特征

土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量是衡量土壤质量及生态系统元素限制的重要指标,探讨土地利用和土层深度对土壤化学计量特征的影响有利于揭示科尔沁沙地土壤元素循环规律。本研究以科尔沁沙地5种土地利用类型(灌溉农田、旱作农田、沙质草地、固定沙丘、流动沙丘)土壤为对象,分析不同土地利用类型和不同土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及其化学计量特征。结果表明: 1)科尔沁沙地0～10 cm SOC(3.23 g·kg^-1)、TN(0.37 g·kg^-1)、TP(0.15 g·kg^-1)含量及化学计量比(C:N、C:P、N:P分别为9.07、25.56、2.97)远低于中国陆地土壤。2)土地利用变化显著改变了SOC、TN、TP含量及其化学计量特征,0～100 cm SOC、TN、TP含量均表现为灌溉农田>沙质草地>旱作农田>固定沙丘>流动沙丘;沙质草地、灌溉农田、旱作农田C:N显著高于固定沙丘和流动沙丘,沙质草地、固定沙丘、灌溉农田、旱作农田C:P显著高于流动沙丘,5种土地利用类型N:P无显著差异。3)随土层深度增加,沙质草地、固定沙丘、灌溉农田、旱作农田SOC和TN含量显著降低,流动沙丘SOC、TN含量和C:P在各土层间无显著差异;总体上,各土地利用类型TP含量和C:N受土层影响较小;沙质草地、固定沙丘、灌溉农田、旱作农田C:P和沙质草地N:P随土层深度增加而降低。4)SOC、TN、TP、C:N与中砂粒、细砂粒、土壤容重呈显著负相关,与黏粉粒和极细砂粒呈显著正相关。沙漠化导致科尔沁沙地SOC和养分流失,加剧土壤N缺乏,水肥投入有助于耕地维持相对较高的土壤养分水平。     

河西走廊中段绿洲退化土地退耕种植苜蓿的固碳效应

土地利用变化和耕作管理是人类影响陆地生态系统碳过程一个重要方面.对河西走廊中段张掖绿洲退化土地退耕种植苜蓿5a后土壤性状的分析表明, 49个退耕苜蓿地土壤与相邻未退耕农田土壤配对样本的比较,退耕苜蓿地0～15cm土层土壤粒级组成和容重并未发生显著变化,但土壤pH平均提高了0.11个单位,电导率降低34.8%,土壤有机碳(SOC)和全氮(全N)含量较对照农田土壤平均提高18.5%和9.3%,活性有机碳(labile C)增加53.3%.SOC含量受海拔高度和土壤粒粉粒含量的影响,退耕后SOC和全N的增加幅度沙壤土高于粉壤土,而labile C的增加幅度沙壤土低于粉壤土.退耕苜蓿地0～15cm土层SOC和全N储量较农田土壤分别增加2.84Mg hm~(-2)和0.21Mg hm~(-2),土壤C、N的固存率平均为0.57Mg hm~(-2)a~(-1)和0.04 Mg hm~(-2)a~(-1),表明退化土地由1年生作物向多年生牧草的转变有显著的固碳效应和潜力.活性有机碳的变化较总有机碳的变化更为显著,表明活性有机碳对土地利用变化的响应更为敏感.     

土地利用变化对区域碳源汇的影响研究进展

土地利用变化对陆地生态系统碳循环有着重要的影响,既可能成为碳源,也可能是碳汇。在国内外相关研究的基础上,综述了土地利用变化对全球及区域尺度上森林、草地和农业生态系统碳循环的影响。全球范围内,森林砍伐后向草地和农田的转化发挥碳源的作用,在毁林碳排放中占主导地位,其中热带地区森林转变为农田和草场的碳排放均高于温带和北方森林。另一方面,土地利用变化可促进森林的碳贮存,如退耕还林、改善森林管理等。各区域森林生态系统通过土地利用变化贮存碳的潜力存在显著差别,热带湿润和半湿润地区具有较大的碳汇潜力,而干旱地区减少碳排放的空间相对较少。开垦活动是影响草地生态系统碳储存最主要的人类活动,草地转变为农田伴随着土壤碳的流失。森林或草场转变为农田的过程伴随着植被和土壤碳储量的减少,生态系统碳储量降低,因此它是一个碳排放的过程。伴随着城市的扩张,农田向建设用地的转化也是一个碳排放的过程。当前评估土地利用变化影响的研究方法主要有遥感观测和遥感模型、统计估算、生态系统模型以及土地利用与生态系统模型的耦合。研究方法得到不断地完善和改进的同时,还存在着一些不确定性,因此需要建立统一的观测统计方法,降低数据中的不确定性;完善土地利用与生态系统模型的耦合研究;建立多尺度土地利用变化及生态系统综合技术方法体系;开展碳减排目标下土地利用最优化布局研究。     

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。     

土地利用方式对黑土剖面有机碳分布及碳储量的影响

以典型黑土区29年长期定位试验处理下的土壤为对象,研究了农田、裸地、自然草地和落叶松林地4种土地利用方式下土壤剖面(0~200 cm)有机碳及碳储量的分布特征.结果表明:不同土地利用方式下表层(0~10 cm)土壤有机碳含量差异最大,表现为草地>农田>林地>裸地.农田10~120 cm各土层有机碳含量均低于草地、林地和裸地.与农田相比,自然草地对土壤有机碳提升作用明显,其0~60 cm各层土壤有机碳含量均显著高于农田;裸地表层(0~10 cm)土壤有机碳含量显著低于农田;落叶松林地0~20 cm有机碳含量与农田相比无明显变化,但其20~140 cm土层有机碳含量均高于农田.土壤剖面有机碳含量与p H值、容重、粉粒和粘粒含量呈显著负相关,与全氮和砂粒含量呈显著正相关.农田0~200 cm剖面有机碳储量显著低于其他3种利用方式,分别比草地、裸地和林地低13.6%、11.4%和10.9%.农田黑土在增加碳储量及改善环境方面具有很大潜力.     

基于土地利用/覆被变化的荒漠绿洲碳储量动态评估

以典型的荒漠绿洲区为研究对象,基于不同时期土地利用/覆被类型图,运用Bookkeeping模型,结合土壤、植被碳密度基础资料及调查数据,评估了近30年临泽绿洲土地利用/覆被变化特征及其对碳储量的影响。结果表明:(1)临泽荒漠绿洲区的土地利用/覆被变化特征主要表现为:居民及建设用地、耕地、林地呈增加趋势,增幅分别为90.2%、75%、46.5%;盐碱地、水体、沙地、荒漠草地则呈减少趋势,减幅分别为73.9%、67.8%、46.2%、5.5%。(2) 30 a耕地面积增加了269.38 km~2,其中耕地开垦面积为372.57 km~2,开垦主要来源于盐碱地、荒漠草地和沙地,分别占耕地开垦面积的24.7%、24.4%和21.05%。耕地转变为其他土地覆被类型的面积为103.19 km~2,转变后的主要去向分别是居民及建设用地、盐碱地和荒漠草地,分别占耕地转变为其他土地覆被类型面积的32.78%、17.8%和15.37%。(3)土地利用/覆被变化导致总碳储量增加5.89×10~5t,其中土壤碳储量增加量为4.02×10~5t,植被碳储量增加量为1.86×10~5t;耕地变化使碳储量增加4.91×10~5t,其中使碳储量增加的转变分别是荒漠草地-耕地、沙地-耕地、盐碱地-耕地、耕地-林地,相反的转变则使碳储量减少。总体来看,临泽荒漠绿洲土地利用/覆被面积和结构均发生了变化,耕地开垦为最主要的土地利用/覆被变化,土地利用/覆被变化导致碳储量总体呈增加趋势,耕地变化是影响碳储量变化的主要因素。     

苏北沿海土地利用变化对土壤易氧化碳含量的影响

土壤易氧化碳(readily oxidizable carbon, ROC)作为指示土壤有机碳(SOC)早期变化的敏感指标,对研究人类干扰及全球变化背景下的土壤有机碳库稳定性及其动态具有重要的指示意义.为深入了解土地利用变化对土壤易氧化碳含量的影响,本文对苏北沿海地区草地、农田、杨-农复合经营及杨树纯林4种不同土地利用方式的土壤ROC含量及其相关因子进行了测定.结果表明： 苏北沿海地区不同土地利用类型的ROC含量表现为草地＜农田＜杨-农复合系统＜杨树林,不同土地利用方式间ROC含量在0~10 cm土层差异最为显著;ROC及ROC/SOC随着土层深度的增加而递减,且不同土层之间差异显著;4种土地利用方式ROC的季节变化趋势一致,其值均为夏季最大,冬季次之,春季最小;ROC与土壤pH值、土壤容重呈极显著负相关,与SOC、土壤水溶性有机碳(WSOC)、全N、土壤C/N、Mg呈显著或极显著正相关,而与土壤湿度、全P的相关性不显著.土地利用方式的变化显著影响了土壤易氧化碳的空间分布特征,土壤容重、pH值、全N和SOC是ROC在不同土地利用方式间产生差异的主要-原因.     

桂北喀斯特山区不同植被类型土壤碳库管理指数的变化特征

以广西北部喀斯特石山地区不同植被类型(青冈栎次生林、灌丛、马尾松林、竹林、草地、农田、裸地)土壤为研究对象,探讨植被类型对活性有机碳库以及土壤碳库管理指数的影响,为喀斯特山区生态环境建设提供依据。结果表明:1)青冈栎次生林土壤碳储量、全氮含量、速效氮含量显著高于其他植被,土壤容重小于除农田以外的其他植被类型; 2)不同植被类型下土壤有机碳(SOC)、活性有机碳(LOC)含量均随土层深度的增加而降低,0～40cm土层SOC含量为1.07～29.76 g·kg~(-1),大小关系表现为青冈栎次生林灌丛马尾松林竹林草地农田裸地; LOC含量为0.58～13.77 g·kg~(-1),表现为青冈栎次生林灌丛马尾松林竹林农田草地裸地; LOC/SOC表现为青冈栎次生林最小,农田最大; 3)土壤碳库管理指数随土层深度的变化为先减小后增加再减小的趋势,0～40 cm土层CPMI平均值表现为青岗栎次生林灌丛马尾松林农田竹林草地裸地; 4)土壤植被类型、土层深度以及二者的交互作用对土壤碳库管理指数及碳库特征具有显著影响。本研究表明,增加植被覆盖以及减少人为活动的干扰,能提高土壤有机碳含量,有利于维持桂北喀斯特山区土壤碳库的稳定性。     

土地利用驱动的土壤性状变化影响微生物群落结构和功能

微生物在调节陆地生态系统地球化学循环过程中具有重要作用。土地利用方式改变显著影响土壤微生物群落结构和功能,但对土地利用驱动的土壤性状变化与微生物群落结构和功能关系的研究相对匮乏。依托长期定位监测试验（始于1984年）,通过16S rRNA基因片段和ITS高通量测序,研究了土地利用方式（裸地、农田、草地）驱动的土壤碳氮变化对微生物群落结构和功能的影响。结果表明：对于细菌群落而言,裸地中α-多样性最高、其次是草地、农田中最低,农田和草地中细菌优势菌群变形菌（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）相对丰度较裸地低4.5%、3.9%和5.5%、3.8%;对于真菌群落而言,裸地子囊菌门（Ascomycota）相对丰度最高、农田次之、草地最低;化能异养型、好氧化能异养型细菌相对丰度裸地显著高于农田和草地（P<0.05）,而硝化型和好氧氨氧化型细菌裸地显著低于农田和草地（P<0.05）;腐生型真菌相对丰度大小排序为：裸地>农田>草地。细菌群落变化主要与土壤容重、全氮、矿质氮、C ： N比和微生物量碳有关,而真菌群落与土壤矿质氮有关。细菌和真菌功能菌群主要受土壤容重、土壤有机碳、土壤全氮、C ： N比和微生物量碳影响。因此,土壤容重、土壤全氮、土壤有机碳、C ： N比、微生物量碳、矿质氮差异可能是影响不同土地利用方式中微生物群落和功能变化的主要因素。     

小兴安岭原始阔叶红松林和枫桦次生林土壤有机碳库比较研究

土壤有机碳含量是全球生态系统碳储量变化的重要指标之一,本研究以空间替代时间序列的方法,分别选取了小兴安岭地区原始阔叶红松林和枫桦次生林并测定土壤有机碳库、土壤全氮含量、土壤微生物量碳及土壤相关理化性质,结果表明,土壤有机碳含量(SOC)、土壤全氮含量(TN)、土壤微生物量碳(MBC)、土壤含水率等指标随着土壤层的深度增加而逐渐减少最后趋于稳定,而土壤容重随着土壤层的加深而增大。在原始林中0~10和10~20cm层的SOC、TN含量差异不显著,而次生林则差异显著。原始阔叶红松林和枫桦次生林的土壤有机碳密度(SOCD)分别为21.46和21.3 kg·m^-2,差异不显著。原始林和次生林的平均有机碳含量分别为35.79,28.6 g·kg^-1,土壤全氮含量分别为2.86,1.83 g·kg^-1,枫桦次生林MBC与SOC的线性相关性高于原始林。结果表明原始林土壤肥力高于次生林,在今后次生林的管理中应适当混栽针叶树种,原始林中应适当间伐使地下碳储量增加。     

上海市不同土地利用方式下的土壤碳氮特征

在野外采样和试验分析的基础上,研究了上海市土地利用方式及其变化对土壤有机碳、总氮含量及土壤有机碳密度的影响.结果表明： 上海不同土地利用方式下的土壤有机碳、总氮含量及有机碳密度均存在显著差异.不同土地利用方式下的土壤有机碳密度大小依次为：水稻田（3.86 kg·m^-2）＞旱地（3.17 kg·m^-2）＞林地（3.15 kg·m^-2）＞撂荒地（2.73 kg·m^-2）＞城市草坪（2.65 kg·m^-2）＞园地（2.13 kg·m^-2）＞滩涂（1.38 kg·m^-2）.通过相邻样地法,分析了水田转变为旱地、农田撂荒及水田转变为人工林地等3种土地利用变化对土壤有机碳、总氮的影响.由水田转化为旱地将导致土壤有机碳、总氮含量及有机碳密度显著降低;在水热充足、土壤肥沃、农田管理水平较高的长三角平原地区,农田撂荒并不是一种提高土壤有机碳储量的有效方式;水田转变为人工林地4～5年后,林地土壤有机碳、总氮含量及有机碳密度均低于相邻的水稻田,表明水田转变为林地并未引起土壤碳、氮的增加,从短期来看,人工林土壤有机碳的汇集效应因植被生产力水平的限制还处于较低水平.     

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%。     

长期不同植被覆盖对黑土团聚体内有机碳组分的影响

为探究黑土团聚体内土壤有机碳(SOC)的“分馏”特征, 揭示不同植被覆盖下土壤团聚体的固碳机制, 该文以中国科学院海伦农业生态系统国家野外综合研究站内不同植被覆盖(草地、农田和裸地)长期定位实验的土样为研究对象, 利用团聚体湿筛分组、有机碳物理和化学分组相结合的方法, 研究了黑土团聚体及其内部的碳密度和腐殖质组分的碳分配特征。研究发现, 黑土经过不同植被覆盖31年后, 长期草地覆盖使土壤表层SOC、全氮(TN)含量显著增加, 农田和无植被覆盖的裸地SOC含量减少, 且在裸地显著降低。3种处理中, 2-0.25 mm (含2 mm, 下同)粒级团聚体均为优粒级。土壤团聚体的稳定性顺序为草地>农田>裸地。草地覆盖使土壤大团聚体的比例和有机碳库增加, 微团聚体和粉黏粒所占比例和碳库均减少, 说明草地覆盖促进了土壤大团聚体形成, 土壤固碳能力显著增强。而农田和裸地因外源碳投入少, 有机碳含量均是微团聚体>大团聚体>粉黏粒, SOC主要分布在微团聚体中。不同植被覆盖处理对土壤团聚体内密度组分和腐殖质各组分碳的富集“分馏”作用很明显, 与农田和裸地相比, 长期草地植被覆盖处理>2 mm和2-0.25 mm粒级团聚体中轻组碳含量富集的较多, 2-0.25 mm粒级团聚体中富里酸、胡敏酸和胡敏素的碳富集均最高, 而农田和裸地促进了微团聚体内腐殖质碳的富集。草地覆盖显著增加了大团聚体内活性有机碳组分, 来源于植物的碳首先进入到大粒径的团聚体中, 使土壤团聚结构显著改善, 农田和无植被覆盖的裸地土壤中轻组碳含量显著降低, 团聚体内有机碳以重组碳和胡敏素为主, 稳定化程度更高。     

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.     

Land use induced changes of organic carbon storage in soils of China

Using the data compiled from China's second national soil survey and an improved method of soil carbon bulk density, we have estimated the changes of soil organic carbon due to land use, and compared the spatial distribution and storage of soil organic carbon (SOC) in cultivated soils and noncultivated soils in China. The results reveal that ～ 57% of the cultivated soil subgroups ( ～ 31% of the total soil surface) have experienced a significant carbon loss, ranging from 40% to 10% relative to their noncultivated counterparts. The most significant carbon loss is observed for the non‐irrigated soils (dry farmland) within a semiarid/semihumid belt from northeastern to southwestern China, with the maximum loss occurring in northeast China. On the contrary, SOC has increased in the paddy and irrigated soils in northwest China. No significant change is observed for forest soils in southern China, grassland and desert soils in northwest China, as well as irrigated soils in eastern China. The SOC storage and density under noncultivated conditions in China are estimated to ～ 77.4 Pg (10¹⁵ g) and ～ 8.8 kg C m^?2, respectively, compared to a SOC storage of ～ 70.3 Pg and an average SOC density of ～ 8.0 kg C m^?2 under the present‐day conditions. This suggests a loss of ～ 7.1 Pg SOC and a decrease of ～ 0.8 kg C m^?2 SOC density due to increasing human activities, in which the loss in organic horizons has contributed to ～ 77%. This total loss of SOC in China induced by land use represents ～ 9.5% of the world's SOC decrease. This amount is equivalent to ～ 3.5 ppmv of the atmospheric CO₂ increase. Since ～ 78% of the currently cultivated soils in China have been degraded to a low/medium productivities and are responsible for most of the SOC loss, an improved land management, such as the development of irrigated and paddy land uses, would have a considerable potential in restoring the SOC storage. Assuming a restoration of ～ 50% of the lost SOC during the next 20–50 years, the soils in China would absorb ～ 3.5 Pg of carbon from the atmosphere.     

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.     

晋西北黄土高原丘陵区不同土地利用方式下土壤碳氮储量

对晋西北黄土高原丘陵区杨树-小叶锦鸡儿人工林、小叶锦鸡儿人工灌丛、杨树人工林、撂荒地和农田5种土地利用方式下土壤碳氮储量进行研究.结果表明: 不同土地利用方式下土壤碳氮含量、碳氮密度和碳氮储量存在显著差异.5种土地利用方式0～20 cm表层土壤碳氮含量和碳氮密度均显著大于20～40 cm和40～60 cm土层.5种土地利用方式同一土层碳氮含量和碳氮密度大小为: 杨树-小叶锦鸡儿人工林>小叶锦鸡儿人工灌丛>杨树人工林>撂荒地>农田;0～60 cm土层土壤有机碳储量大小为:杨树-小-叶锦鸡儿人工林(30.09 t·hm^-2)>小叶锦鸡儿人工灌丛(24.78 t·hm^-2)>杨树人工林(24.14 t·hm^-2)>撂荒地(22.06 t·hm^-2)>农田(17.59 t·hm^-2);土壤氮储量与有机碳储量变化规律相似,杨树-小叶锦鸡儿人工林0～60 cm土层土壤氮储量(4.94 t·hm^-2)最高,其次是小叶锦鸡儿人工灌丛(3.53 t·hm^-2)、杨树人工林(3.51 t·hm^-2)和撂荒地(3.40 t·hm^-2),农田土壤氮储量(2.71 t·hm^-2)最低.杨树-小叶锦鸡儿人工林和小叶锦鸡儿人工灌丛是晋西北黄土高原丘陵区植被建设和生态恢复过程中较好的两种土地利用方式.