城市化梯度带绿地土壤碳氮的空间分布特征

城市化导致自然用地和农业用地向城市用地转变,频繁而持续的人为干扰导致城市绿地土壤有机碳和全氮含量分布发生空间分异。本文以成都-温江这一典型的"中心城-郊区-卫星城"梯度带为研究区,采用滑动窗口分析法,根据建筑密度、道路密度和距城市中心距离等指标,探究城市发展对绿地土壤有机碳、全氮空间分布的影响。结果表明:土壤有机碳、全氮平均含量以及碳氮比均值分别为15.80 g·kg-1、1.24 g·kg-1和13.04;土壤有机碳、全氮含量在"中心城-郊区-卫星城"样带呈先降低后增加趋势;不同绿地类型土壤有机碳、全氮含量无显著性差异(P0.05),但公园绿地土壤的碳氮比显著高于交通绿地(P0.05);土壤有机碳、全氮含量随距城市中心距离增加呈显著指数降低趋势(P 0.05);样带内土壤有机碳含量随建筑密度和道路密度增加呈显著线性增加趋势(P0.05);全氮含量与建筑密度无显著相关关系,但随道路密度增加呈显著线性增加趋势(P0.05);碳氮比与距城市中心距离、建筑密度和道路密度均无显著相关性。该研究结果揭示了城市发展有利于土壤有机碳和全氮的累积,距城市中心距离、建筑密度和道路密度不同程度上影响土壤有机碳和全氮的空间分布。     

岷江上游半干旱河谷区3种林型土壤氮素的比较

比较研究了岷江上游半干旱河谷区辐射松人工林、油松人工林与邻近灌丛0-20cm、20-40cm、40-60cm土层土壤氮素和氮循环过程相关酶的特征,包括土壤有机碳、全氮、碳氮比、硝态氮、铵态氮、无机氮、微生物量氮含量及蛋白酶、脲酶、硝酸盐还原酶活性。结果表明,辐射松林和油松林各土层土壤有机碳含量、碳氮比和硝酸盐还原酶活性无显著差异,油松林土壤无机氮含量和脲酶活性显著高于辐射松林土壤,而辐射松林土壤微生物量氮含量是3种林型土壤中最高的,灌丛0-20cm土层土壤有机碳、全氮含量最高。此外,有机碳、全氮含量、脲酶活性随土层深度增加而降低;而硝酸盐还原酶活性却随土层深度的增加而增强;同时,各土层间蛋白酶活性差异较小。因此,植被类型对土壤氮素转化有一定影响,而从目前的土壤氮素状况来看,油松林土壤中植物可直接吸收利用的氮素高于辐射松林和灌丛;辐射松林土壤微生物固持的氮素含量最高。区域3种植被类型土壤氮素状况还受到半干旱气候因素的强烈影响。     

南昌城乡梯度绿地土壤水溶性有机碳变异及其对温度的响应特征

以南昌城区-郊区-乡村梯度森林、灌丛和草地3种绿地为对象,选取典型样地,采集表层土壤,测定初始状态和5、15、25、35、45 ℃恒温培养30 d后土壤水溶性有机碳（WSOC）含量.结果表明： 3种绿地的WSOC均值表现为城区高于乡村,WSOC占土壤总有机碳（TOC）的百分比（WSOC/TOC）表现为乡村高于城区（P<0.05）,但WSOC及WSOC/TOC在3种绿地间无显著差异.城乡梯度WSOC对培养温度的响应格局总体表现为5 ℃培养条件下乡村高于城区,45 ℃为城区高于乡村,郊区介于中间.WSOC的温度响应变异系数为森林和灌丛低于草地,且3种绿地均表现为沿城乡梯度呈增加趋势.WSOC与TOC、全氮和有效磷呈显著正相关,WSOC的温度响应变异系数与有效磷呈显著负相关.外源物输入可导致城区绿地WSOC含量增加,但城市环境有利于WSOC的稳定,估计与城区有效磷含量较高有关.     

三江源地区主要草地类型土壤碳氮沿海拔变化特征及其影响因素

以三江源地区主要草地类型为研究对象,分析了不同草地类型土壤有机碳和全氮的变化特征及其与环境因子、土壤特征等的相互关系。结果表明:沿着海拔的逐渐升高,土壤有机碳和全氮含量均呈现出 “V"字形变化规律,即土壤有机碳氮含量在海拔最高处(5 120 m)和最低处(4 176 m)比较高,而在中间海拔梯度较低,土壤有机碳与全氮含量极显著相关( r=0.905)且高寒草甸土壤碳、氮含量高于高山草原土壤碳、氮含量;土壤中有机碳含量和全氮含量均随着土壤含水量的增加而增加,偏相关分析结果表明:对0~30 cm土层中土壤有机碳和土壤全氮影响最大的是土壤含水量,偏相关系数为0.946 5、0.905 9(p<0.01);土壤有机碳含量和全氮含量与植被盖度和草地生产力存在正相关趋势;土壤有机碳含量和全氮含量与土壤pH值和全盐量存在负相关趋势。     

不同林龄云南松林土壤有机碳和全氮积累特征

以贵州省盘县3种林龄(19、28和45年生)云南松林为对象,研究了林地土壤有机碳和全氮含量的垂直分布、积累特征及其与土壤容重的关系.结果表明: 不同林龄云南松林土壤剖面的有机碳和全氮含量变化规律一致,表层呈富集现象,随着土层的加深而逐渐减少.随着林龄的增加,林地土壤的有机碳和全氮储量增加,19、28和45年生林地土壤有机碳储量分别为96.24、121.65和148.13 t·hm^-2,全氮储量分别为10.76、12.96和13.08 t·hm^-2.土壤有机碳与全氮含量呈极显著正相关,二者均与土壤容重呈极显著负相关.不同生长阶段林地土壤有机碳和全氮的积累速率有所差异,其中19～28年生林地的土壤有机碳和全氮含量积累速率高于28～45年生林地.
     

不同施肥措施下亚热带稻田土壤碳、氮演变特征及其耦合关系

在湖南省稻田生态系统长期定位监测点研究了不同施肥措施下稻田土壤碳、氮演变及其耦合特征.结果表明：1986—2003年,无肥处理（对照,CK）稻田土壤有机碳和全氮含量略呈下降趋势;化肥（NPK）处理有机碳和全氮含量基本保持稳定,而有机 无机肥配施处理有机碳和全氮含量均呈增加趋势.与对照相比,化肥处理的土壤有机碳和全氮含量分别提高13%和18%,低量有机肥（LOM）处理分别提高54%和45%,高量有机肥（HOM）处理分别提高89%和67%.统计分析表明,土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关（P<0.01）.稻田土壤C/N为8.5～12.9,多数分布在10左右.研究表明,有机-无机肥配合施用能在一定程度上促进稻田土壤碳、氮的固定与积累;稻田土壤碳、氮具有较好的耦合关系.     

长白山风倒区自然恢复26年后土壤碳、氮含量特征

植物群落的变迁会引起土壤碳/氮分布格局的变化。本文在长白山1986年风倒区和对照区(未受风干扰的原始植被分布区)沿海拔梯度选择阔叶红树林、云冷杉林和岳桦林,采集0～10(表层)和10～20 cm(下层)土壤,分析其碳、氮含量,研究长白山西坡风倒区植被恢复以来土壤理化性质的变化。结果表明:土壤有机碳、全氮含量在对照区和风倒区均表现为表层显著高于下层。对3个林型来说,风倒区与对照区土壤有机碳、全氮含量无显著性差异,但对照区和风倒区2个土层的碳、氮含量及储量随海拔增加有上升的趋势;同时,3个林型表层土壤中有机碳、全氮的含量有显著性差异,而下层土壤中差异不明显。在阔叶红松林和云冷杉林表层土壤中,对照区土壤C/N显著高于风倒区。随着海拔的升高,对照区和风倒区2个土层的碳氮比都有降低的趋势。总的来说,长白山风倒区经过26年的自然恢复,其土壤有机碳、全氮含量及储量与原始植被区已无明显的差异,但碳氮比差异性显著,说明自然恢复26年后风倒区土壤质量已经基本恢复,但由于植被类型的差异导致碳/氮输入等差异依然存在,因而,用碳氮比可以更准确地反映植被变化对土壤的影响。     

祁连山中段土壤有机碳和氮素的剖面分布

以祁连山中段地区主要土壤类型(棕钙土、灰褐土、栗钙土、高山草甸土)为对象,研究了不同土壤剖面上有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮含量的分布规律.结果表明:在祁连山中段地区,随剖面深度增加,不同土壤类型的有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮含量均逐渐降低,且其有机碳、氮素的累积和分解存在差异.其中,有机碳含量的全剖面平均值在14.01～41.17g·kg-1,大小顺序为灰褐土＞高山草甸土＞栗钙土＞棕钙土;全氮含量在1.28～2.73 g·kg-1,为高山草甸土＞灰褐土＞栗钙土＞棕钙土;铵态氮含量在5.80～8.40 mg·kg-1,为棕钙土＞高山草甸土＞栗钙土＞灰褐土;硝态氮含量在6.57～15.11 mg·kg-1,为栗钙土＞高山草甸土＞棕钙土＞灰褐土;土壤C/N在11.33～19.22,为灰褐土＞栗钙土＞高山草甸土＞棕钙土;硝铵比在1.00～2.69,为灰褐土＞栗钙土＞高山草甸土＞棕钙土.在不同的气候、植被和地形(坡位、坡向等)条件下,同一土壤类型的有机碳和氮素含量有很大差别.土壤有机碳、全氮和铵态氮含量之间存在极显著正相关,而这三者与硝态氮之间相关性不显著.土壤速效钾含量与铵态氮、硝态氮呈极显著正相关,速效磷含量与土壤有机碳、全氮和铵态氮呈极显著、显著正相关,而pH值、全钾、全磷含量与有机碳和氮素之间无明显相关性.     

福州市绿地景观土壤溶解性有机碳、微生物量碳及酶活性

以福州市建成区自然绿地和人工管理绿地为对象,研究不同绿地景观类型土壤溶解性有机碳、微生物量碳及土壤酶活性的差异和垂直结构。结果表明：与自然绿地景观土壤相比,人工管理绿地不同土层溶解性有机碳含量明显增加,且变异性较大,土壤微生物量碳含量平均值下降,各土层脲酶含量均低于自然绿地;土壤溶解性有机碳、微生物量碳和酶活性均随着土壤深度的增加而降低;土壤表层过氧化氢酶活性与溶解性有机碳含量呈显著正相关,10～20 cm土层脲酶活性与微生物量碳呈显著正相关。     

盐城海滨湿地盐沼植被对土壤碳氮分布特征的影响

在盐城海滨湿地不同植被带下采集土壤样品,研究了土壤有机碳和全氮的空间分布特征,分析了盐沼植物对湿地土壤碳、氮分布的影响.结果表明：在盐城海滨湿地,表层土壤中有机碳和全氮含量分别介于1.71～7.92 g·kg^-1和0.17～0.36 g·kg^-1之间,变幅较大,不同植被带之间存在显著差异,且各植被带表层土壤中有机碳、全氮含量均高于光滩.垂直方向上,各植被带土壤中有机碳、全氮的分布均呈自表向下逐渐降低的趋势,15 cm以下其含量基本保持稳定.土壤有机碳与全氮、碳氮比呈显著正相关,但全氮与碳氮比无显著相关性.     

城市不同地表覆盖类型下土壤有机碳矿化的差异

土壤有机碳(SOC)矿化是陆地生态系统碳循环的重要过程。因受到强烈的人为干扰,城市土壤生态服务功能严重退化,进而对城市土壤地球化学循环尤其是碳循环产生深刻的影响。以北京市奥林匹克森林公园的5种典型地表覆盖类型(草坪、灌木、行道树、植草砖、硬化地表)下土壤为研究对象,研究了城市不同地表覆盖类型下土壤有机碳矿化过程及固碳能力的差异。结果表明,城市5种地表覆盖类型下的土壤有机碳矿化趋势与自然生态系统中的土壤基本一致,都表现为前期矿化较为快速,后期明显减慢并且趋于平稳;不同地表覆盖类型下土壤的有机碳矿化作用有显著差异,灌木、行道树、植草砖覆盖下土壤有机碳矿化能力较强,硬化地表和草坪较弱,与土壤有机碳含量特征类似;一级动力学方程对各土样有机碳矿化过程的模拟结果较好,结果显示草坪覆盖下土壤固碳能力较强,灌木覆盖下次之,行道树、植草砖和硬化地表覆盖下较弱;土壤固碳能力的高低并不对应着土壤有机碳含量的高低,城市人为干扰和外源有机碳的输入对土壤有机碳储量影响较大;硬化地表下不同土层有机碳矿化作用无明显差异,而其他地表覆盖类型下的土壤有机碳矿化作用随土层加深显著减弱,特别是植草砖和行道树特征最为明显;各地表覆盖类型下土壤固碳能力随土层深度变化的规律不显著。城市土壤有机碳矿化的最主要限制因子是土壤有机碳的含量,土壤p H值、养分含量、粘粒含量等性质也通过影响土壤有机碳含量及微生物活动等对土壤有机碳矿化过程产生影响。     

快速城市化地区住宅用地表层土壤有机碳的变异性及其影响因素——以福州南台岛为例

在高分辨率影像提取福州市南台岛(仓山区)住宅用地的基础上,从覆盖研究区的30m×30m网格中随机选择50个样方进行表层土壤取样,进而分析这一快速城市化地区住宅用地表层土壤有机碳密度(Soil organic carbon density,SOCD)的变异特征及其影响因素。结果表明:城市地区住宅用地在剧烈的人类活动干扰下,土壤呈现明显的空间变异特征,其SOCD平均值为33.814t/hm~2,变异系数达72.8%,其中郊区村镇住宅用地0—20cm土层的SOCD高于城市居住用地72%,预示着村镇就地城市化后将造成土壤碳储量的下降;然而,表层土壤有机碳含量与密度在建成时间为0—5年和5—10年的城市住宅小区间无显著差异,只有住宅建成时间达到10—15年才有显著提高。基于湿度、热度、绿化率与物业管理费等因子构建的城市住宅区绿化环境管理质量指标,与城市居住区表层土壤有机碳含量及密度存在显著正相关,与土壤容重呈显著负相关,成为快速城市化地区影响SOCD变异的另一主要因素。     

城市土壤碳循环与碳固持研究综述

城市化过程带来的土地利用变化和环境污染是全球变化的重要方面,城市为人们了解人类与自然复合生态系统对全球变化的影响及其对全球变化的响应过程提供一个独特的"天然实验室"。陆地生态系统碳循环是全球变化研究的热点领域之一,然而,人们对城市在全球碳循环中的作用和影响知之甚少,城市土壤碳循环研究处于起步阶段。介绍了城市土壤的主要特性和碳循环特征,指出强烈的人为作用是其最突出的特点;综述了城市土壤碳库、碳通量和碳固持研究方面取得的进展;探讨了城市化过程中土地利用变化、土壤中生物及土壤管护措施、城市小气候、大气污染沉降和土壤污染等对土壤碳循环的影响;提出未来城市碳循环研究需要开展长期系统监测、深化城市土壤碳循环机制研究、创新研究范式和研究方法、并将研究成果与城市景观规划与设计相结合,提升城市土壤碳管理能力。     

汉中盆地秸秆还田撂荒和林地对土壤碳的影响

农业活动是温室气体重要的排放源,土壤碳库[土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)]稍微变化会对大气CO_2产生很大影响。汉中盆地是南水北调的重要水源涵养地,在该区域秸秆还田、农田撂荒和林地是目前常见土地利用方式,但缺乏不同利用方式对SIC和SOC影响的研究。该研究采集该区域典型样地土壤,用滴定法和有机碳分析仪分别测定其SIC和SOC含量,研究3种土地利用方式对土壤碳库的影响。结果表明:SOC随土层深度最为敏感的是农田,其次是撂荒地,林地最不敏感。0~140 cm土层SOC碳密度,林地最大,是撂荒田的2.26倍,农田是撂荒田的1.37倍。深土层SOC碳密度,林地是撂荒田的2.44倍,农田是撂荒田的1.07倍。撂荒田的SIC密度最大,其次是农田,林地的SIC碳密度最低。在0~140 cm土层中,SIC密度依次为12.37、11.68和9.77 kg·m~2,撂荒田的SIC碳密度是林地的1.27倍。随着我国农村发展,土地利用管理出现新的方式,今后在估算土地利用管理方式对土壤碳影响时还需要综合考虑SOC和SIC。     

城市沿江土地覆被变化对土壤有机碳和轻组有机碳的影响

采用Vario EL III型元素分析仪,2007年7月分析了福州城市沿江3种土地覆被类型（芦苇湿地以及草坪和片林）土壤有机碳（SOC）与轻组有机碳（LFOC）的垂直分布特征.结果表明：3种土地覆被类型SOC和LFOC含量均表现为在土壤表层富集并向下层递减的趋势,且人工绿地在土壤剖面（0～60 cm）不同层次的SOC和LFOC含量均显著高于沿江芦苇湿地,其中,草坪0～20 cm土层的SOC含量显著高于片林;沿江芦苇湿地转为草坪和片林后,其SOC储量分别增加了94.8%和72.0%,LFOC储量分别增加了225%和93%;城市沿江湿地转变为城市人工绿地后,因植物物种、密度以及周期性人工管理等变化,使土壤质量得以改善、SOC和LFOC储量增加,其中LFOC对土地覆被变化的响应较SOC敏感,以表层(0～20 cm)土壤LFOC受到土地利用/覆地变化的影响最大.     

城市土壤封闭对有机碳库影响的时空变化模拟

随着全球城市化的迅速发展,城市生态系统的研究日益受到关注。城市化过程引发的大面积土壤封闭,导致土壤功能退化,进而影响城市生态系统。通过构建城市封闭土壤碳循环模型,考虑土壤温度,水分,有效氮含量以及各项理化性质等影响土壤有机碳在封闭条件下分解的影响因素,模拟南京市1980年至2010年城市封闭土壤有机碳含量与土壤有机碳库的时空变化过程,揭示人工封闭对于城市土壤功能的影响。结果表明:南京市1980年至2010年封闭土壤的有机碳含量显著减少,2010年土壤有机碳含量的均值为6.7 g/kg,比开放土壤低54.7%。土壤有机碳含量较低的区域主要分布在快速城市化的地区。由于封闭土壤阻碍了土壤有机碳的来源,造成封闭土壤有机碳含量持续减少,1980年至2010年间城市土壤有机碳库的总量减少约0.32 Tg。城市封闭对土壤有机碳影响的时空变化模拟可为研究城市化过程中的生态环境效应与城市生态建设提供参考。     

水土流失治理措施对小流域土壤有机碳和全氮的影响

明确综合治理条件下小流域土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)和全氮(Total nitrogen,TN)的空间分布特征及其影响因素,对科学评价水土流失区土壤固碳潜力具有重要意义。以黄土高原丘陵沟壑区典型小流域(砖窑沟流域)为对象,基于流域内3种典型地貌类型(梁峁坡、沟坡、沟谷)和3种典型水土流失治理措施(水平梯田、林地和草地措施,坡耕地为对照),采集土壤样品737个,研究地貌类型和水土流失治理措施对小流域SOC和TN变化的影响。结果表明,同一地貌类型上,水平梯田、林地和草地措施的SOC和TN(0—10 cm土层)含量均显著高于坡耕地(P<0.1)。梁峁坡上,水平梯田、林地和草地措施条件下的SOC和TN含量较坡耕地依次提高了18%和24%、70%和59%、25%和21%;沟坡上,林地和草地措施的SOC和TN较坡耕地依次提高了76%和54%、25%和27%。同一治理措施在不同地貌类型间对0—10 cm土层SOC和TN的影响存在显著差异(P<0.1)。水平梯田条件下,沟谷的SOC和TN含量比峁坡提高了46%和43%;林地措施条件下,沟坡的SOC和TN含量比峁坡提高了18%和6%;草地措施条件下,沟坡的SOC和TN含量比峁坡提高了14%和18%。0—100 cm土层的SOC或TN在不同地貌类型或不同治理措施间的差异与土壤水分含量(Soil moisture,SM)的变化趋势基本一致,并且SOC或TN与SM呈指数关系y=aebx(y为SOC或TN,x为SM)。     

The effects of different urban land use patterns on soil microbial biomass nitrogen and enzyme activities in urban area of Beijing, China

Soil microbes are affected by various abiotic and biotic factors in urban ecosystem due to land use change. The effects of different land use patterns on soil microbial properties and soil quality are, however, largely unknown. This study compared soil nutrient status, microbial biomass nitrogen and enzyme activities under five different land use patterns—nature forest, park, farmland, street green, and roadside tree sites at various soil depths in Beijing, China. The results showed that soil properties were significantly affected by urban land use patterns and soil depths in the urban environment. Compared to forest sites, soil nutrients were markedly decreased in other land use patterns, except the highest soil organic matter content in roadside tree sites in 0–10 cm soil layer. Soil microbial biomass nitrogen showed the order as follows: nature forest > park > farmland > street green > roadside tree in 0–10 cm soil layer, and it decreased along with the soil depth gradient. Furthermore, urease activity was highest in nature forest and lowest in street green and roadside tree soils in each depth, while the activity of protease ranged between 0.84 and 3.94 mg g^?1 with the peak appeared in roadside tree at 30–40 cm soil layers. Nitrate reductase activity was also extremely higher in street green than other land use patterns. Correlation analyses suggested that change of soil microbial biomass and enzyme activity in different land use patterns were mainly controlled by nutrient availability and soil fertility in urban soils.     

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.     

Soil inorganic carbon storage pattern in China

Soils with pedogenic carbonate cover about 30% (3.44 × 10⁶ km²) of China, mainly across its arid and semiarid regions in the Northwest. Based on the second national soil survey (1979–1992), total soil inorganic carbon (SIC) storage in China was estimated to be 53.3±6.3 PgC (1 Pg=10¹⁵ g) to the depth investigated to 2 m. Soil inorganic carbon storages were 4.6, 10.6, 11.1, and 20.8 Pg for the depth ranges of 0–0.1, 0.1–0.3, 0.3–0.5, and 0.5–1 m, respectively. Stocks for 0.1, 0.3, 0.5, and 1 m of depth accounted for 8.7%, 28.7%, 49.6%, and 88.9% of total SIC, respectively. In contrast with soil organic carbon (SOC) storage, which is highest under 500–800 mm yr⁻¹ of mean precipitation, SIC storage peaks where mean precipitation is <400 mm yr⁻¹. The amount and vertical distribution of SIC was related to climate and land cover type. Content of SIC in each incremental horizon was positively related with mean annual temperature and negatively related with mean annual precipitation, with the magnitude of SIC content across land cover types showing the following order: desert, grassland >shrubland, cropland >marsh, forest, meadow. Densities of SIC increased generally with depth in all ecosystem types with the exception of deserts and marshes where it peaked in intermediate layers (0.1–0.3 m for first and 0.3–0.5 m for latter). Being an abundant component of soil carbon stocks in China, SIC dynamics and the process involved in its accumulation or loss from soils require a better understanding.