开垦对海北高寒草甸土壤有机碳的影响

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区,选择高寒草甸开垦后形成的农田(种植春油菜)作为研究对象,开垦年限分别为0、10、20和30年,利用土壤有机碳密度分组法,对0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm土层土壤有机碳(SOC)及不同组分(轻组有机碳LFOC,重组有机碳HFOC)含量及随开垦年限变化关系进行了研究。结果表明,高寒草甸开垦后土壤有机碳及其组分的变化主要发生在0~10 cm土层,LFOC下降最快,其次为HFOC和SOC,至30年时分别下降了48.63%、43.97%、37.64%。而0~40 cm土体内,SOC、LFOC和HFOC亦呈下降趋势,开垦30年,它们的下降速率分别为785.77、16.79和460.29 kg C.hm-2.yr-1。开垦将大大降低高寒草甸作为碳汇的功能,土壤碳库的总贮量由143 516.94 kg C.hm-2.yr-1下降至114 298.34 kg C.hm-2.yr-1,使其逆转为碳源。     

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。     

开垦对绿洲农田碳氮累积及其与作物产量关系的影响

以新疆策勒绿洲近百年来不同开垦年限农田为研究对象,采用空间序列换算时间序列的方法,研究绿洲农田开垦过程中土壤有机碳和全氮密度、碳氮比(C/N)及速效氮含量的垂直变化特征,并探讨了农田土壤碳氮变化与作物产量的关系。结果表明:荒漠土壤开垦后,显著增加了表层土壤(0-20 cm)有机碳和全氮密度,随开垦年限延长对深层土壤(40-200 cm)有机碳密度也有一定的影响,如在开垦30 a左右时下降了36.4%,但在100 a左右时则增加了52.0%。耕层土壤C/N随开垦年限延长而明显增加,深层土壤除100 a农田外其它均有不同程度下降;不同土层C/N与速效氮含量呈负相关关系,仅在开垦初期(0-10 a)达到显著水平。不同年限农田的玉米产量存在显著差异,且和有机碳及全氮密度(0-200 cm)均呈显著正相关;棉花除100和10 a农田产量差异较小外,在其它农田间均达显著水平,但和有机碳及全氮密度无明显相关性。由此可见,在现有投入条件下,提高土壤碳氮累积量对增加玉米产量仍有十分重要作用,但对棉花产量的影响不明显。     

黄土丘陵区草地土壤微生物C、N及呼吸熵对植被恢复的响应

以野外样地调查和室内分析法研究了黄土丘陵区不同植被恢复年限下草地土壤微生物C、N及土壤呼吸熵的变化.结果表明,土壤微生物量碳明显地随着植被恢复年限的增加而增加.在恢复前23a, 土壤微生物量碳在0～20 cm土层年增加率为24.1%;20～40 cm为104.4%.植被恢复23a后,0～20 cm土层增长率为0.83%,20～40 cm为0.19%.土壤微生物量N表现为在植被恢复的初期略有下降,3a后,开始出现明显增加.0～20 cm土层年增长率为20.14%,20～40 cm为15.11%.在植被恢复23a后,0～20 cm土层的年增长率为0.14%,20～40 cm变化不大.土壤微生物呼吸强度随着恢复年限的增加逐渐加强;土壤呼吸熵随植被封育时间的增加而呈对数降低趋势.土壤呼吸熵(qCO2)在反映土壤的生物质量变化时,显得更加稳定,受植物生长状况影响较小.相关分析表明,土壤微生物量和土壤微生物活性与土壤有机质、碱解氮和粘粒含量显著正相关;与土壤粉粒含量明显负相关;表层土壤pH值对其也有明显影响.草地植被自然恢复过程可增加土壤微生物活性,有利于土壤质量的提高.     

渭北旱塬苹果园地产量和深层土壤水分效应模拟

为了研究实时气象条件下渭北旱塬不同生长年限苹果园地产量变化趋势和深层土壤水分变化规律,在模型适用性与模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了1962—2001年期间洛川旱塬苹果园地产量演变动态和深层土壤水分效应。结果表明：(1) 在模拟研究期间,洛川旱塬4—40年生苹果园产量整体上呈波动性下降趋势,初期产量逐渐增加,11—23年生达到最大值(平均为28.8 t/hm2),之后随降水量年际波动呈现出明显的波动性降低趋势。(2) 40年间苹果园地遭受的干旱胁迫日数呈波动性上升趋势,与年降水量波动趋势相反。(3) 1—15年生期间苹果园地平均年耗水量高于同期年降水量,导致苹果园地0—10 m土层土壤强烈干燥化,逐月土壤有效含水量波动性降低,1—10年生、11—20年生和21—40年生期间发生土壤干燥化并且程度逐渐加剧,但干燥化速率逐渐减缓,土壤干燥化速率分别为95.4 mm/a、12 mm/a和1.5 mm/a。(4) 随生长年限的延长,苹果园地0—10 m土层土壤湿度逐渐降低、土壤干层分布深度逐渐加大,在14年生时超过了10 m,20年生以后2—10 m 土层形成稳定的土壤干层。因此,基于土壤水分利用的苹果生长与果园利用的合理年限为20 a,最长不宜超过23 a。     

亚热带森林转换对土壤微生物呼吸及其熵值的影响

土壤微生物呼吸及其熵值是表征土壤质量变化的敏感性指标,不仅能衡量土壤微生物碳利用效率,还能揭示土壤有机碳的变化。通过比较亚热带米槠天然林转换为马尾松人工林和杉木人工林后土壤微生物呼吸速率、土壤微生物生物量碳以及微生物熵、代谢熵的差异,研究亚热带森林转换对土壤微生物碳利用效率的影响。研究结果显示:(1)与天然林相比,马尾松人工林0—10 cm土壤微生物呼吸速率上升32%(P0.05),马尾松人工林和杉木人工林10—20 cm土壤微生物呼吸速率分别下降26%和24%(P0.05);但在20—40 cm土层和40—60 cm土层,天然林土壤微生物呼吸速率比马尾松人工林分别高50%和43%;(2)马尾松人工林和杉木人工林0—10 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)比天然林分别下降19%和40%(P0.05),但马尾松人工林10—20 cm土壤MBC上升29%(P0.05);(3)人工林表层土壤微生物熵与天然林没有显著差异,但与天然林相比,杉木人工林和马尾松人工林20—40 cm土层土壤微生物熵分别下降51%和71%(P0.05),40—60 cm分别下降52%、66%(P0.05)。土壤微生物代谢熵的变化主要发生在0—10 cm土层,马尾松人工林和杉木人工林分别比天然林增加38%和29%(P0.05),在深层土壤,3种林分微生物代谢熵没有显著差异。亚热带森林转换导致表层土壤微生物碳利用效率下降,深层土壤易分解碳在总有机碳库中占比下降,有机碳可利用程度降低。     

氮硅添加对青藏高原高寒草甸土壤氮矿化的影响

为了解全球气候变化背景下氮沉降对土壤氮矿化的影响及硅添加对土壤氮矿化的促进作用, 该试验设置不同浓度的氮肥单独添加(0、20、40、60 g·m ^-2, 分别为对照CK、N20、N40、N60)以及与硅肥配施(硅酸4 g·m ^-2, Si4), 测定不同处理下0-20、20-40、40-60 cm土层土壤硝态氮含量、铵态氮含量、净硝化速率、净氨化速率以及净矿化速率。结果显示: (1)单独添加氮肥, 各土层土壤硝态氮和铵态氮含量均随处理浓度的增加而增加, 0-20 cm土层N20、N40、N60处理下土壤硝态氮和铵态氮分别较CK增加63.48%、126.04%、247.03%和80.66%、152.52%、244.56%; 随着土层深度增加, 土壤硝态氮、铵态氮含量均有下降, 20-40、40-60 cm土层较0-20 cm土层硝态氮含量分别平均减少53.90%、76.05%, 铵态氮含量分别平均减少48.62%、68.23%。(2)土壤净硝化速率、净氨化速率及净矿化速率随着氮肥浓度增加均呈上升趋势。相同氮肥添加浓度下, 土壤净硝化速率、净氨化速率和净矿化速率随着土层深度增加逐渐下降(除CK外)。(3)与单独添加氮肥比较, 氮硅肥配施, 土壤氮含量有显著提高, 在0-20 cm土层硝态氮和铵态氮较CK分别增加98.78%、192.62%、330.16%和99.96%、195.82%、306.32%, 20-40、40-60 cm土层也有类似趋势。同时, 氮硅配施促进了土壤氮矿化行为, 在0-20 cm土层, N60Si4处理下的土壤净硝化速率、净氨化速率较单独施氮时分别增加35.88%、27.41%。以上结果表明, 与单独氮肥添加相比, 氮硅配施不但能提高土壤氮含量, 而且能促进土壤氮的矿化作用, 对大气氮沉降有一定的缓解作用。     

氮硅添加对青藏高原高寒草甸土壤氮矿化的影响

为了解全球气候变化背景下氮沉降对土壤氮矿化的影响及硅添加对土壤氮矿化的促进作用,该试验设置不同浓度的氮肥单独添加(0、20、40、60 g·m~(–2),分别为对照CK、N20、N40、N60)以及与硅肥配施(硅酸4 g·m~(–2), Si4),测定不同处理下0–20、20–40、40–60cm土层土壤硝态氮含量、铵态氮含量、净硝化速率、净氨化速率以及净矿化速率。结果显示:(1)单独添加氮肥,各土层土壤硝态氮和铵态氮含量均随处理浓度的增加而增加, 0–20 cm土层N20、N40、N60处理下土壤硝态氮和铵态氮分别较CK增加63.48%、126.04%、247.03%和80.66%、152.52%、244.56%;随着土层深度增加,土壤硝态氮、铵态氮含量均有下降,20–40、40–60cm土层较0–20cm土层硝态氮含量分别平均减少53.90%、76.05%,铵态氮含量分别平均减少48.62%、68.23%。(2)土壤净硝化速率、净氨化速率及净矿化速率随着氮肥浓度增加均呈上升趋势。相同氮肥添加浓度下,土壤净硝化速率、净氨化速率和净矿化速率随着土层深度增加逐渐下降(除CK外)。(3)与单独添加氮肥比较,氮硅肥配施,土壤氮含量有显著提高,在0–20 cm土层硝态氮和铵态氮较CK分别增加98.78%、192.62%、330.16%和99.96%、195.82%、306.32%,20–40、40–60 cm土层也有类似趋势。同时,氮硅配施促进了土壤氮矿化行为,在0–20 cm土层, N60Si4处理下的土壤净硝化速率、净氨化速率较单独施氮时分别增加35.88%、27.41%。以上结果表明,与单独氮肥添加相比,氮硅配施不但能提高土壤氮含量,而且能促进土壤氮的矿化作用,对大气氮沉降有一定的缓解作用。     

不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳分布特征

作为土壤结构的基本单元和土壤肥力的重要组成部分,土壤团聚体对土壤的物理、化学和生物特性均有重要影响。试验选取了雅安市名山区中峰乡生态茶园区12—15a、20—22a、30—33a和50a的茶园,研究其土壤团聚体及其有机碳总量、储量和活性组分的分布特征,探究植茶年限对土壤团聚体及其有机碳分布的影响。结果表明:(1)研究区土壤以2 mm粒级团聚体为主,约为70%—80%,且在0—20 cm土层植茶20—22a土壤团聚体含量最高;(2)茶园土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒级的减小而增加,最大值出现在0.25 mm粒级团聚体,且在植茶50a时达最高值,0—20 cm土层团聚体有机碳含量均高于20—40 cm,土壤团聚体水溶性有机碳和微生物生物量碳随植茶年限的延长呈先增加后降低的变化趋势,植茶30—33a时含量最高,且小粒级团聚体水溶性有机碳含量较高而微生物量碳较低;(3)土壤团聚体对有机碳的贡献率约有70%来自2 mm粒级团聚体,团聚体有机碳储量随植茶年限延长呈增加的趋势,不同植茶年限0—20 cm土层各粒级团聚体有机碳储量均高于20—40 cm土层,且以0.25 mm粒级团聚体有机碳储量最高。研究结果在一定程度上揭示了不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳的分布特征,可为改善区域土壤质量及实施退耕还茶工程提供理论指导。     

黄土高原半干旱草地封育后土壤碳氮矿化特征

土壤有机碳和全氮的分布与矿化是退化草地封育后土壤生态效应研究的重要内容和指标。结合野外调查和室内培养实验,研究了半干旱黄土区不同封育年限草地土壤有机碳和全氮的含量变化及其矿化特征。结果表明,封育对半干旱黄土区退化草地土壤有机碳和全氮的影响主要体现在0-40 cm土层封育超过17a后,封育年限的影响逐渐减弱。封育显著增加了土壤有机碳矿化速率和C_(min)/C_0封育对有机碳矿化速率的影响与封育年限和土层深度无关,而对C_(min)/C_0的影响则与封育年限和土层深度有关。封育显著提高了0-40 cm土层土壤氮素矿化速率,但是降低了40-80 cm土层土壤氮矿化速率,并且降低了080 cm土层N_(min)/N_0。碳氮矿化速率与有机碳和全氮之间显著相关,而与碳氮比之间的相关性较小。这些结果表明,退化草地封育后土壤碳氮元素的转化主要受土层深度、封育年限以及土壤碳氮含量的影响。     

加速侵蚀对土壤腐殖酸动态变化的影响

土壤腐殖酸的流失是土壤退化的标志之一。林地被开垦破坏后,土壤腐殖酸的流失程度在坡面上的空间分布与侵蚀方式和侵蚀强度相对应,坡面中部和中下部浅沟沟槽处最为严重,细沟侵蚀区次之,梁峁上部片蚀区相对最弱。侵蚀土壤中的腐殖酸总碳、胡敏酸碳和富啡酸碳含量随开垦年限的增加呈指数减少,其减少程度受侵蚀强度和侵蚀方式的影响。腐殖酸的流失程度与加速侵蚀造成的土壤剖面破坏密切相关。恢复植被可使土壤腐殖酸逐渐增加,土壤肥力得到恢复,土壤退化过程得到逆转。     

新疆库尔勒市土地利用变化对土壤性状的影响研究

土地利用与土地覆被变化是全球变化研究的热点问题。在新疆库尔勒市选择土地利用变化后已持续利用15－20a的9种典型利用方式,11个剖面,与荒漠、原始胡杨林2各参照利用方式3个标准剖面进行对比分析。结果显示土地利用变化对土壤养分、土壤盐分、土壤侵蚀、土壤水分和土地生产力有明显的影响,荒漠开垦后土壤养分呈下降趋势,土壤侵蚀强度也呈下降趋势,土地生产力与土壤有水分含量呈上升趋势。同时发现土壤侵蚀强度与生产力呈负相关关系,土地生产力与土壤水分呈正相关关系。林、草有利于保护干旱区生态环境,调整土地利用结构,合理开垦,加之预防和治理措施在一定程度上可防止或减弱土地退化（荒漠化）进程。     

中国南方红壤生态系统面临的问题及对策

南方红壤对于我国农业乃至整个国民经济的持续发展和人民生活水平的迅速提高发挥了重要作用,但由于红壤性质上的酸、瘦、粘等弱点,分布区域降水时空不均匀,以及不合理开发利用造成的水土流失、土壤退化、土壤污染等,导致红壤地区的生态环境恶化,红壤资源潜在的生产能力得不到应有的发挥,使整个地区农业及经济持续发展受到严重影响。目前,中国南方红壤生态系统面临水土流失、土壤酸化、肥力退化、季节性干旱、土壤污染、生物退化、石漠化及土地沙化、耕地面积缩减和系统功能衰减等问题。针对上述问题,在综合治理措施上必须提高认识,调整农业结构,优化耕作制度,大力发展立体农业,防治水土流失和土壤污染,改良土壤,培肥地力,重建红壤区植被生态系统,建立和完善红壤预警,从而保证南方红壤生态系统的持续稳定健康发展。     

青藏高原生态系统土壤保持功能及其价值

在 GIS手段支持下 ,运用通用土壤流失方程 ( USLE)研究了青藏高原生态系统土壤保持功能 ,并评价了其经济价值。研究表明 ,在总面积为 1 .49× 1 0 8hm2的青藏高原林地、草地、沼泽和农田生态系统上 ,土壤保持总量为 3.77× 1 0 8t/a,其经济价值总计为 5 .5 9× 1 0 8RMB/a,占西藏和青海两省 (区 ) 2 0 0 0年种植业、林业和牧业收入的 6.1 7%。其中保持土壤养分的经济价值为 3.68× 1 0 8RMB/a,减少废弃土地的经济价值为0 .2 6× 1 0 8RMB/a,减少泥沙淤积的经济价值为 2 .0 0× 1 0 8RMB/a。由此可见 ,青藏高原生态系统服务功能对当地社会和经济发展有着重要的作用     

Pu同位素示踪技术在土壤侵蚀研究中的应用

土壤侵蚀是地球表面物质迁移的重要形式,也是造成土壤肥力下降和生态环境退化的重要诱因之一,对土壤侵蚀速率的定量研究是进行区域土壤侵蚀治理的前提和基础。大气核试验产生的Pu同位素具有较长的半衰期,其沉降到土壤中易被土壤中的黏土矿物和有机质吸附,近年来被认为是定量研究土壤侵蚀速率的重要示踪元素,尤其是质谱技术的发展,缩短了Pu同位素的测量时间并提高了其测量灵敏度,大力推动了土壤侵蚀核素示踪技术的发展。本文在梳理已有相关研究的基础上,总结土壤中Pu同位素的分布特征及吸附与迁移行为,阐述了应用Pu同位素示踪土壤侵蚀的基本原理和应用研究进展,并对Pu同位素和¹³⁷Cs示踪技术在土壤侵蚀研究中的适用性进行比较分析,对未来研究方向提出展望,以期为科学应用Pu同位素示踪技术研究土壤侵蚀提供参考。     

吉林省水蚀模数与下垫面各因素的关系

利用遥感技术对吉林省水蚀情况进行调查,并运用线性模型理论,研究了水蚀灾害的影响因素,分析了下垫面诸因素对水蚀模数的影响程度,找出影响水蚀模数的主导因素。结果表明:影响吉林省水蚀模数的下垫面各因素中,成土母质、土地利用类型、植被覆盖度3个因子与水蚀模数的关系在0.05水平上达到显著程度。不同成土母质水蚀模数的大小次序为:石质<土石质<土质<黄土。吉林省土地利用类型中裸地的平均水蚀模数为6500t/(km2·a),针叶林、阔叶林、针阔混交林、灌木林、草地、农田的平均水蚀模数依次是250、1440、2366、3446、1188、2917t/(km2·a),分别比裸地减少96.2%、77.8%、63.6%、47.0%、81.7%、55.1%。随着植被覆盖度的增大,水蚀模数显著减少。农田覆盖度与植被覆盖度30%~50%的水土保持功效相当。各因素正规方程解可预测不同立地条件下的水蚀模数,相关系数达到0.975(自由度为53)。该研究为吉林省预防及治理水蚀灾害提供了理论依据。     

Atlantic Forest topsoil nutrients can be resistant to disturbance and forest clearing

Human impacts can affect the soil properties through erosion and leaching, the ecosystem functions and, consequently, the capacity of a forest to regenerate. Here, we determine the effects of forest disturbance and succession on selected soil chemical properties using two different approaches, before‐after‐control‐impact (BACI) and space‐for‐time (SFT) substitution, and the threatened Atlantic Forest biome as model. We assessed with BACI the long‐term (37‐year) effects of clear cutting on soil properties by comparing data from two topsoil surveys (1978–2017) divided into two treatments: a preserved old growth forest (control) and an adjacent forest that was experimentally cleared with full tree removal (clear‐cut). We examined with SFT the relationship between stand age and soil properties using soil data from three old growth and 13 s growth forests ranging from 7 to 33 years. We found no significant differences between treatments for any soil property or significant changes in phosphorus, potassium, and calcium + magnesium over time. In contrast, pH increased and aluminum decreased in both areas. No relation was found between forest age and most of soil properties, with the exception of potassium which returned to old growth forest levels after 20 years of natural succession, and pH. BACI indicated that deforestation of old growth forest caused no significant effects on soil chemical properties after 37 years of regeneration. SFT demonstrated that soil properties did not change significantly during forest regeneration on formerly disturbed lands. Our findings indicate that natural nutrient‐depleted lowland forests were overall resistant to deforestation followed by passive regeneration at landscape scale. Abstract in Portuguese is available with online material.     

北美保护性耕作及对中国的意义

由土壤侵蚀、荒漠化及盐碱化导致的耕地地力退化,严重威胁着中国的农业生产和生态环境．为了阻止耕地地力的持续下降和生态环境进一步恶化,土壤管理方式必须由传统的耕作方式转向保护性耕作．纵观20世纪有关治理耕地水土流失的技术方法,没有哪一项技术可与由美国提出并加以完善的保护性耕作相比．美洲的农业实践证明,保护性耕作可以控制土壤侵蚀,减少劳动量,节省时间和能源,改善土壤耕性,增加土壤有机质,改善水和大气质量,增加土壤生物多样性．通过回顾保护性耕作的发展历史和应用现状。强调了该耕作技术在保持水土和改善土壤性状上的价值和采用保护性措施时应该注意的关键问题。如保护性耕作农机具、化学除草和转变观念等,同时总结了农民在采用保护性耕作时应该采取的具体步骤．总之,面对中国耕地土壤水土流失严重和地力持续下降以及生态环境恶化的严酷现实,保护性耕作应该在中国加以推广采用．     

红壤小流域不同利用方式氮磷流失特征研究

从红壤小流域坡地资源合理利用和保护的角度研究了不同利用方式土壤氮、磷流失的特征,结果表明：恢复保护性植被的试验区3,由于其水土流失量最低,氮、磷流失量最小。侵蚀严重的试验区5,由于水土失量最大,磷的流失量最大,但其有效磷、水溶性磷及氮素流失量低于不注重水土资源保持经营利用的试验区1、注重水土保持措施的试验区2和试验区4。由于采用了水土保持综合农林措施,有效地减轻了水土流失,试验区2和试验区4的土壤氮、磷流失量明显小于试验区1土壤氮、磷流失量,红壤小流域不同利用方式中水土保持综合措施能有效地控制土壤养分流失。2000年不同试验区土壤氮、磷的流失主要集中于5、6及8月份,其流失量占全年氮、磷流失量的90％以上,这与当地的降雨季节性分配特征有关。土壤氮、磷的坡面流失方式为推移质流失和径流流失,磷的流失形态主要为泥砂结合态,约占总磷流失量的70％以上。除试验区3以外,其它试验区泥沙结合态氮素的流失量大于水溶态氮素流失量。