六盘山林区几种土地利用方式对土壤有机碳矿化影响的比较

 应用土壤培养法,比较分析了六盘山林区天然次生林（杂灌林、山杨（Populus davidanda）和辽东栎（Quercus liaotungensis）林）、农田、草地和人工林（13 a、18 a和25 a华北落叶松（Larix principis-rupprechtii））土壤在30℃和60%田间饱和含水量条件下培养180 d有机碳矿化速率的差异（以180 d累计释放的CO2-C计）。结果显示：农田和草地土壤碳矿化释放的CO2-C含量（180 d释放的gCO2-C·kg-1干土）分别比天然次生林低65%和23%,差异主要在0～40土层;人工林比农田和草地分别高155%和 17%,差异主要在0～70 cm土层。农田土壤碳矿化释放的CO2-C分配比例（即180 d释放CO2-C/土壤 C）比天然次生林平均低12%,草地比天然次生林平均高18%,差异主要在0～40 cm土层;人工林比农田平均高29%,草地比人工林平均高9%,差异主要在0～50 cm土层。不同土地利用方式土壤碳矿化释放的CO2-C含量的差异比其分配比例的差异大。土壤碳矿化释放的CO2-C含量和分配比例总体上都随土层加深而递减。分配比例随土层加深而递减的幅度方面,不同土地利用方式间的差异不大;含量随土层加深而递减的幅度方面,天然次生林和人工林比农田和草地中大;随土层递减的幅度方面,土壤碳矿化释放的CO2-C含量比其分配比例大。这主要由不同土地利用方式土壤碳输入和稳定性等差异所致。结果说明土壤碳矿化速率随天然次生林变成农田或草地而下降,随在农田或草地上造林而增加, 矿化速率变化幅度比分配比例的变化幅度大。另外,土地利用变化也使不同土层土壤碳矿化速率和分配比例差异改变,其中速率改变的幅度比分配比例改变的幅度大。     

土地利用变化对土壤有机碳贮量的影响

通过对比分析六盘山林区典型天然次生林(杂灌林、山杨和辽东栎林)与农田、草地及农田、草地与人工林(13、18和25年生华北落叶松)邻近样地土壤有机碳含量和密度及其在土壤剖面上分布的差异,研究了天然次生林变成农田或草地及农田或草地造林后对土壤有机碳贮量的影响,结果表明,土壤有机碳含量方面,农田和草地比天然次生林分别低54％和27％,差异主要在0～50cm土层;农田和草地比人工林分别低42％和26％,差异主要在0～40cm土层,土壤有机碳密度方面,农田和草地比天然次生林分别低35％和14％,差异主要在0～50cm土层;农田比人工林低23％,草地比人工林高4％,差异主要在0～30cm土层．天然次生林和人工林土壤有机碳含量和密度随土层加深而递减的幅度比农田或草地大．这些差异主要由土地利用变化引起的土壤有机碳输入与输出及根系分布的变化所致．结果说明六盘山林区天然次生林破坏变成草地或农田后土壤有机碳含量和密度(主要是0～50cm土层)将下降,而农田中造林后土壤有机碳含量和密度(主要是0～30cm土层)又将增加,草地上造林后土壤有机碳含量增加而密度变化不大。另外,土壤有机碳含量和密度在土壤剖面上的分布也将随土地利用变化而发生改变。     

六盘山林区几种土地利用方式对土壤中可溶性有机碳浓度影响的初步研究

 测定分析了六盘山林区典型天然次生林（杂灌林、山杨（Populus davidiana）和辽东栎（Quercus liaotungiensis）林）、人工林（13、18和25年华北落叶松（Larix principis_rupprechti））、农田和草地中穿透雨、凋落物淋溶液、土壤溶液和渗漏水溶液及地下水和降雨中可溶性有机碳 (DOC)的浓度。结果显示：5～10月,雨水中DOC浓度为0.80～1.60mg•L－1,地下水中在2.43～7.66 mg•L－1。9～10月,穿透雨中DOC浓度为1.78～15.20 mg•L－1,其中天然次生林和人工林比农田和草地中高,这些DOC与地表凋落物碳年形成量正相关显著。凋落物浸泡24 h后淋溶产生的DOC浓度为12.30～64.79 mg•L－1,占凋落物碳贮量比例不足1%;浓度方面,天然次生林比农田和草地分别高400%和153%,人工林比农田和草地分别高194%和50%;比例方面,农田和草地比天然次生林分别高79%和98%、比人工林分别高180%和210%,这些DOC浓度与落叶、小枝、碎小物和腐解物碳贮量的正相关显著。9～10月,0～20 cm土层溶液中DOC浓度为7.88～88.44 mg•L－1,占土壤有机碳密度的比例不足0.1%,它们随土层加深而下降,其中天然次生林和人工林中下降幅度比农田和草地中大;浓度方面,天然次生林、人工林比农田和草地中高,差异主要在0～10 cm土层;比例方面,天然次生林DOC比例比农田和草地中低,人工林比它们高,差异主要在0～10 cm土层;这些DOC浓度与土壤湿度及凋落物层碳贮量正相关显著。5～10月,0～40 cm土层渗漏水中DOC浓度为5.76～58.84 mg•L－1,天然次生林、人工林比农田和草地高,差异主要在0～10 cm土层;它们随土层加深而下降,其中天然次生林和人工林下降幅度比农田和草地中大。这些差异可能由土地利用引起的植被和土壤性质改变及其对水文过程的影响所致,说明陆地生态系统中DOC浓度受土地利用变化的影响较大。     

不同土地利用类型下土壤活性有机碳库的变化

分析了中国科学院沈阳生态试验站不同土地利用类型长期定位试验土壤0～40cm活性有机碳含量,结果表明:0～20cm土层内荒地土壤有机碳、易氧化碳、微生物生物量碳、溶解性有机碳和轻组有机碳含量高于割草地和裸地,而割草地颗粒有机碳含量略高于荒地;在20～40cm土层,割草地土壤有机碳、易氧化碳和颗粒有机碳含量较高,而荒地微生物量碳、溶解性有机碳和轻组有机碳含量较高。不同土地利用类型土壤活性有机碳含量均随着土层加深而递减。土壤微生物量碳、溶解性有机碳和轻组有机碳的分配比例为荒地>割草地>裸地,易氧化碳和颗粒有机碳的分配比例为割草地>荒地>裸地。土壤活性有机碳的分配比例随土层加深而下降,但溶解性有机碳的分配比例变化趋势相反。     

湘中丘陵区不同演替阶段森林土壤活性有机碳库特征

为了解天然次生林保护对土壤活性有机碳库的影响,采用空间替代时间研究方法,对湘中丘陵区不同演替阶段4种林分类型（杉木人工林、马尾松+石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、青冈+石栎常绿阔叶林）土壤活性有机碳及其与土壤养分相关性进行研究。结果表明：1）各土层总有机碳（TOC）、微生物生物量碳（MBC）、水溶性有机碳（DOC）、易氧化有机碳（EOC）含量均表现为：青冈+石栎常绿阔叶林 > 南酸枣落叶阔叶林 > 马尾松+石栎针阔混交林 > 杉木人工林,在0-30cm土层,马尾松+石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、青冈+石栎常绿阔叶林TOC含量比杉木人工林分别高出13.40%、19.40%和29.91%,MBC含量分别高出15.62%、32.89%和53.33%,DOC含量分别高出8.52%、8.75%和13.76%,EOC含量分别高出32.79%、38.48%和78.30%;2）天然次生林各土层MBC占TOC的比率以南酸枣落叶阔叶林最高,青冈+石栎常绿阔叶林为其次,马尾松+石栎混交林最低,均高于同一土层杉木人工林（除马尾松+石栎混交林15-30cm土层外）,天然次生林各土层DOC占TOC的比率随着演替进展而下降,均低于同一土层杉木人工林（除马尾松+石栎混交林0-15cm土层外）,天然次生林各土层EOC占TOC的比率随着演替进展而增加,且均高于同一土层杉木人工林;3）土壤MBC、DOC、EOC含量与TOC含量的相关性均达到极显著水平,且天然次生林土壤MBC、DOC、EOC含量与TOC含量的相关系数随着演替进展而增高,均高于杉木人工林;4）4种林分土壤TOC、MBC、DOC、EOC含量与土壤全N、碱解N、全P、有效P、全K、速效K含量之间的相关性均达到显著或极显著水平。     

中国北亚热带天然次生林与杉木人工林土壤活性有机碳库的比较

为了了解北亚热带东部地区天然次生林转变成杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林对土壤活性有机碳库的影响, 以浙江省富阳市庙山坞森林生态系统定位研究站杉木人工林和天然次生林为研究对象, 对达到成熟林状态的两种林分类型0-60 cm内各土层土壤活性有机碳含量进行了比较研究。结果表明: 1)天然次生林土壤总有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳和轻组有机质含量均高于杉木人工林, 与人工杉木林相比, 增幅分别为19.0%-32.6%、0.8%-30.3%、3.8%-54.1%和6.3%-38.6%, 且在0-10和10-20 cm土层差异显著(p < 0.05) (水溶性有机碳仅在0-10 cm土层差异显著); 2)杉木人工林土壤水溶性有机碳与易氧化碳占总有机碳的比率均高于天然次生林; 3)两个林分土壤水溶性有机碳、易氧化碳和轻组有机质与总有机碳含量均呈现极显著相关, 且天然次生林土壤易氧化碳、轻组有机质与总有机碳的相关系数均大于杉木人工林; 4)土壤有机碳、水溶性有机碳、易氧化碳和轻组有机质与土壤养分(全氮、水解氮、速效磷、速效钾、速效钙和速效镁)的相关性均达到显著(p < 0.05)或极显著(p < 0.01)水平。     

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。     

土地利用方式转变对赣中地区土壤活性有机碳的影响

选取江西省安福县15年撂荒地和3种林地(毛竹林人工林、木荷次生林、杉木人工林),研究土地利用方式改变对土壤有机碳库以及活性有机碳的影响.结果表明：不同样地的土壤总有机碳、微生物生物量碳、热水浸提有机碳和易氧化态碳均表现为毛竹人工林>杉木人工林>木荷次生林>撂荒地;与对照(撂荒地)相比,3种林地的土壤有机碳含量、碳储量及活性有机碳含量均随土壤深度增加而递减,表层富集现象明显;不同土壤活性有机碳的分配比例明显不同,其中,土壤易氧化态碳占总有机碳的比例最大,微生物生物量碳所占比例最小,土壤总有机碳、微生物生物量碳、热水浸提有机碳和易氧化态碳间的相关性均达到极显著水平.后三者表征了土壤中活性较高部分碳的含量,对土地利用方式的响应较敏感,可以作为评价赣中地区土壤质量和肥力的指标之一.     

围湖造田不同土地利用方式土壤活性有机碳的变化

围湖造田是中国20世纪50年代后期开始大量出现的与水争地的人类干扰活动。以太湖流域肖甸湖区为代表,测定分析了肖甸湖围湖造田区,香樟林、水杉林、毛竹林、农田4种不同典型土地利用方式35年后,0～40cm土层土壤微生物生物量碳、水溶性有机碳、易氧化碳、颗粒有机碳的含量及分配比例的差异。结果表明:农田土壤微生物生物量碳明显高于林地,其0～10、10～20、20～40cm土层的微生物生物量碳的含量分别为573.38±18.28、335.52±53.35、109.33±4.86mg.kg-1,为香樟林对应土层的2.07、2.02、1.39倍,水杉林对应土层的2.26、2.79、2.01倍,毛竹林对应土层的1.89、2.10、1.21倍,说明农田的耕作与施肥措施对土壤微生物活性产生了较大影响。水溶性有机碳、易氧化碳与颗粒有机碳农田与林地相比无显著差异。围湖地区土壤水溶性有机碳和易氧化碳分配比例(1.22%～3.03%、10.56%～30.64%)高于相同气候区的山地森林土壤,颗粒有机碳分配比例(3.43%～17.28%)较低,说明土壤易分解组分占总有机碳比例较高,而保护性组分所占比例较低,围湖地区土壤有机碳稳定性较差。围...     

短期围栏封育对荒漠草原沙化灰钙土有机碳组分及物理稳定性的影响

以宁夏盐池县荒漠草原5年围栏封育草地(围栏内)和自由放牧草地(围栏外)为对象,分析0～ 40 cm土层土壤有机碳、易氧化有机碳和颗粒有机碳含量以及土壤粒径组成,研究围栏封育早期沙化灰钙土有机碳组分及物理稳定性的变化规律.结果表明:围栏内外土壤有机碳含量和颗粒组成差异不显著;围栏内外0～40 cm土层土壤有机碳含量平均为3.25g·kg-1,沙粒、粉粒、黏粒的相对比重平均为72％、16％、12％,土壤物理稳定性指数为1.30％～1.31％.土壤活性有机碳的显著变化集中在10～20 cm土层,围栏内易氧化有机碳含量达0.80 g·kg-1,显著高于围栏外的0.62 g·kg-1,围栏内颗粒有机碳的分配比例为50.9％,显著高于围栏外的31.7％.随土层深度的增加,围栏内0～ 40 cm土壤质地由沙性土向沙壤土转变,各层间土质差异显著,易氧化有机碳含量逐渐升高;而围栏外土壤质地的垂直变化相对平缓,基本为沙性土质.退化荒漠草原短期围栏封育条件下,沙化灰钙土土壤有机碳尚处于一个消耗与积累的平衡阶段,土壤质地状况相对稳定,土壤物理稳定性变化较小.10～20 cm土层土壤活性有机碳含量及其相对分配比例可作为围栏封育早期土壤质量变化的指示指标.     

华北低丘山地不同土地利用方式下土壤团聚体及其有机碳分布特征

土地利用变化影响土壤团聚性及有机碳分布,进而改变土壤碳循环过程。对太行山南部50年刺槐人工林（R50）、17年刺槐人工林（R17）、自然恢复林（NR）和农田（CL）等不同土地利用方式下的表层土壤（0-20 cm）进行了系统研究,利用湿筛法对土壤团聚体进行分级,并计算土壤结构稳定性参数（平均重量直径MWD,团聚体比例AR）及不同粒径团聚体有机碳贡献率,进而分析弃耕后土壤团聚体分布及团聚体有机碳含量变化。结果表明,土地利用方式对土壤团聚体粒径分布及团聚体有机碳含量有显著影响,自然恢复林与刺槐林的大团聚体（>0.25 mm）含量都高于农田,且自然恢复林的大团聚体增加更显著。MWD的计算结果表明：自然恢复林 > 刺槐人工林 > 农田,说明该区域的自然恢复方式更容易促进大团聚体的形成,并显著改良土壤结构及增强土壤团聚体稳定性。弃耕后,不同土地利用方式0-10 cm土层各粒径团聚体有机碳含量均高于农田,且团聚体有机碳含量与团聚体稳定性呈正相关。这些结果说明,研究区域的自然植被恢复和人工造林都可以显著提高土壤的固碳能力,且储存的有机碳主要存于大团聚体中,而农田的有机碳大都存于粘粒+粉粒团聚体中。自然植被恢复和人工造林均提高了土壤结构稳定性,是改善团粒结构、提高土壤质量的有效方式。     

A minimum data set and soil quality index to quantify the effect of land use conversion on soil quality and degradation in native rangelands of upland arid and semiarid regions

Conversion of native rangelands to croplands potentially influences soil functions and quality. The aim of the current study was to assess soil quality (SQ) after rangeland conversion and degradation for more than 40 years using an indexing framework and integrated approach. Fifteen soil attributes were measured at two sampling depths (0–20 and 20–40 cm) of paired native undisturbed and adjacent cultivated rangelands at three rangeland sites. The soil organic carbon (OC), electrical conductivity (EC) and arylsulphatase (ARY) activity were found to be the key indicators of the minimum data set and these indicators greatly affected the computed soil quality index (SQI), particularly in the soil surface. The contribution of OC, EC and ARY to the overall SQI was 77, 13 and 10%, respectively. Although rangeland conversion reduced other soil attributes (including aggregate stability, available water capacity, cation exchange capacity, microbial biomass, microbial activity and the activities of urease and invertase enzymes), in particular at the 0–20 cm depth, these variables did not contribute to the estimated SQI values because of their high correlation with OC contents (i.e., strong interdependency). Cultivated rangelands were characterized by a low soil OC content, EC and ARY activity, and consequently a low SQI. A significant decline in SQI value (29–47%) was observed as a result of rangeland conversion to croplands, depending on soil depth considered and scoring function used to compute the SQI. Overall, converting native rangelands to croplands decreased SQ to 52–64% of their potential capacity using a non-linear scoring method. In summary, soil OC, EC and ARY are the most important indicators, which can be used to monitor and asses the degradation of rangeland SQ after conversion to croplands in these arid and semiarid upland environments. This finding is of especial importance because the assessment of SQ allows the successful and straightforward discrimination between rangeland and cropland ecosystems or to quantify land use conversion effects on SQ. It is concluded that the rate of soil changes can be assessed and compared more accurately in the studies of land use conversions in native rangeland ecosystems using the current indexing framework due to its simplicity and quantitative flexibility.     

西双版纳不同热带生态系统土壤有机质的光谱学特性

 为了探讨西双版纳地区土地利用变化对土壤有机质含量及其化学组成的影响,选取了相邻的次生林、耕种6年的农田和定植3年的橡胶园样地,对其0～5 cm和5～20 cm表层土壤中有机质含量、胡敏酸的光谱学特性进行了分析。研究结果表明,次生林转变为农田之后,0～5 cm和5～20 cm 表层土壤有机质含量分别降低33.6%和23.7%;而次生林转变为橡胶园,分别降低28.6%和27.6%。胡敏酸可见-红外光谱结果显示,次生林转变为农田和橡胶园后,0～20 cm表层土壤E4/E6显著降低,这表明胡敏酸化学组成当中芳香族结构增加。傅立叶变换红外光谱结果同样表明,土地利用变化影响土壤有机质的化学组成。次生林转变为农田和橡胶园后,胡敏酸中羧基和酚基结构比例降低,而脂肪族、芳香族和多聚糖比例增加。     

长白山红松针阔混交林与开垦农田土壤呼吸作用比较

利用静态箱式法测定长白山红松(Pinus koraiensis)针阔混交林及其开垦农田的土壤呼吸作用。结果表明,两者土壤呼吸作用的日动态和季节动态均主要受温度影响,农田土壤呼吸作用的日变化极值出现时间较林地提前,最大值出现在12∶00左右,比林地提前6 h左右,最小值在凌晨5∶00左右,早于林地2~3 h;在生长季,土壤呼吸速率与10 cm土壤含水量关系不显著,而与土壤5 cm温度呈显著的指数关系;农田土壤温度高于林地,但在整个生长季(5~9月)林地土壤释放CO₂量(2 674.4 g·m^-2)约为农田(1 285.3 g·m^-2)的2倍;观测期间,农田土壤呼吸速率占林地的比例范围在23.4%~76.3%之间,说明土壤呼吸作用还受不同土地利用方式下植被类型等的影响。农田和红松针阔混交林土壤呼吸作用的Q₁₀值分别为3.07和2.92,农田土壤呼吸作用的Q₁₀ 值估计可能偏大。森林转变为农田后,环境、生物因子以及土壤养分含量和物理性质发生改变,共同影响土壤呼吸作用的强度和动态特征。     

黄土丘陵区退耕小流域土壤有机碳分布特征及地形植被对其的影响

针对黄土丘陵区退耕还林(草)工程实施20年固碳效果研究薄弱的问题，以典型退耕小流域为对象，在不同地形(峁坡、沟肩、沟谷)和植被类型(次生草地、撂荒山杏林、撂荒坡耕地)共布设147个样点采集0—100 cm土层样品并测定，以研究土壤有机碳(SOC)分布特征及地形、植被对其的影响。结果表明：小流域峁坡剖面(0—100 cm)土层SOC含量平均为2.43 g/kg。地形和植被类型对小流域SOC分布特征产生了重要影响：沟肩表层和剖面SOC含量均最高且显著(P<0.05)高于沟谷，但与峁坡无显著差异；次生草地表层(0—20 cm)和亚表层(20—40 cm)SOC含量均显著(P<0.05)高于撂荒山杏林和撂荒坡耕地。地统计学分析显示小流域0—20 cm土层SOC含量有最大块金值且块金系数为49.6%,即表层SOC具有最大块金效应且受到结构因素与随机因素共同影响；剖面SOC分布格局表现出与表层土壤相似的特征。总之，退耕还林(草)碳汇效应显著，且在地形和植被类型作用下呈现显著的空间异质性特征。     

黄土丘陵区三种典型退耕还林地土壤固碳效应差异

探讨了黄土丘陵区退耕种植10—40a的柠条、沙棘及刺槐林地土壤总有机碳库及其活性组分密度随退耕时间、土层分布及相对比例的变化差异。结果表明:100 cm深土壤碳库在退耕10a时仅柠条林地碳库未比坡耕地显著增加,但退耕20—40a3种林地比退耕10a时都已有显著增加,且增幅均为刺槐>沙棘>柠条,其中总有机碳的最大增幅分别达到90.92、27.87、14.89Mg/hm2,活性有机碳的分别达到30.28、10.51、9.67 Mg/hm2。各还林地碳库增加在退耕10a时主要来自0—40 cm浅层土,而40—100 cm深层土碳库到退耕20a起才开始显著增加。对比退耕10a时,到退耕40a时柠条、沙棘及刺槐林地0—20 cm表层土分别平均累积了35.4%、27.9%、27.1%的总有机碳,20.2%、45.1%、23.1%的活性有机碳,而20—100 cm各土层间对碳库累积比例大小变化无一致规律,平均每20 cm厚土层累积了17.4%的总有机碳和17.6%活性有机碳。并且相比坡耕地,各林地均使100 cm深土壤活性有机碳占总有机碳的比例提高,改良了碳库质量。综上分析,长期退耕下3种林地固碳效应有明显差异,以刺槐林地碳累积效应较强。