福建冷浸田土壤质量评价因子的最小数据集

江南山区中低产冷浸田分布广泛,其改良利用对促进粮食增产意义重大.本研究通过比较福建省17对典型冷浸田与同一微地貌单元内非冷浸田表层土壤的41项物理、化学与生物指标,系统分析了冷浸田与非冷浸田之间各指标差异及其产生的原因,并利用主成分分析等方法构建冷浸田土壤质量评价因子最小数据集.结果表明:与非冷浸田相比,冷浸田土壤总有机质高31.7％,表征活性有机质的微生物生物量C降低37.8％;Fe2+高177.0％,速效磷、钾分别降低52.3％和22.8％;过氧化氢酶和转化酶分别高58.3％和22.1％,磷酸酶、硝酸还原酶分别降低47.8％和66.6％,微生物区系数量降低29.8％～46.0％;物理性砂粒含量高8.0％,浸水容重降低25.8％.冷浸田与非冷浸田之间表土有28项属性指标呈现显著差异.用因子分析方法从28项有显著差异的指标中归纳出累计贡献率达78.5％并能分别反映土壤生化、活性有机N、还原性障碍、物理与化学养分特征的5个主成分,结合相关分析模型和专家经验法建立了包括C/N、细菌、微生物生物量N、还原性物质总量、物理性砂粒、全磷6项因子的冷浸田土壤质量评价因子最小数据集.     

基于最小数据集的青藏高原南北部不同土地利用方式土壤质量评价

为了评估青藏高原南北部林地、草地和农地的土壤质量状况,明确3种土地利用方式下生产力水平的关键影响因子,在青藏高原南部和北部采集了101个(0～30 cm)土壤样品测定土壤理化性质,通过主成分分析选择3个指标作为最小数据集(MDS),综合评估青藏高原南北部土壤质量。结果表明：3种土地利用方式下土壤理化特性在青藏高原南、北部差异显著。北部土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量均高于南部,且南北部的林地SOM、TN含量均显著高于农地和草地。土壤铵态氮(NH₄⁺-N)含量表现为农地>林地>草地,且在南部差异显著,而南北部硝态氮(NO₃^--N)含量均表现为林地最高。农地的土壤容重(BD)和电导率(EC)显著高于草地和林地,且北部农地和草地的BD和EC高于南部。南部草地pH显著高于林地和农地,北部林地pH最高。北部土壤质量选取指标为SOM、AP和pH,林地、草地和农地的土壤质量指数依次为0.56、0.53和0.47;南部选取指标为SOM、全磷(TP)和NH_4...     

青藏高原东北缘不同土地利用类型土壤质量综合评价

土壤质量评价是合理利用土壤资源的重要前提。通过采集青藏高原东北缘甘肃省天祝县境内林地(n=9)、草地(n=18)和耕地(n=38)土壤样品,并测定土壤容重、田间持水量和有机质等13项土壤理化性质指标,采用主成分分析和相关性分析构建最小数据集(MDS),建立土壤质量评价指标体系,对3个不同土地利用类型的土壤质量进行综合评价。结果表明: 林地的总孔隙度、毛管孔隙度、田间持水量、毛管持水量、饱和含水量、有机质、全氮和速效钾含量显著高于草地和耕地。林地土壤质量评价指标体系包括田间持水量、有机质、全氮、速效氮和速效钾,土壤质量指数(SQI)介于0.329～0.678,平均值为0.481;草地土壤质量评价指标体系包括田间持水量和速效氮,SQI介于0.302～0.703,平均值为0.469;耕地土壤质量评价指标体系包括毛管持水量、非毛管孔隙度、速效氮、速效磷和速效钾,SQI介于0.337～0.616,平均值为0.462。影响林地、草地和耕地土壤质量的最大障碍指标分别为速效钾、田间持水量和毛管持水量。基于MDS的土壤质量指数能够实现研究区不同土地利用类型土壤质量的准确评价,土壤质量整体上表现为林地>草地>耕地,评价结果对该区域土壤可持续管理具有重要参考价值。     

土壤质量与土壤质量指标及其评价

土壤作为一种重要的自然资源可以为人类生产食物和纤维,并维持地球生态系统.土壤也是植物生长的媒介、水、热和化合物的源、水分的过滤器和废物分解的生物介质.土壤与水、气和植物互作并抑制环境的波动.土壤可以调节很多控制水气质量和促进植物生长的生态过程.土壤质量概念的引入使我们更全面地理解土壤,也有助于合理地使用和分配劳力、能源、财政和其它投入.土壤质量也提供了一个通用的概念使得专业人员、生产者和公众明白土壤的重要性.此外,它也是一个评价管理措施和土地利用变化对土壤影响的评价工具.土壤质量由土壤的物理、化学和生物性质组成,MDS已被科学家们提出用于土壤质量评价.国际上比较常用的评价方法主要有多变量指标克立格法、土壤质量动力学方法、土壤质量综合评分法和土壤相对质量法.人类对土地不和谐地利用和管理可以导致全球生物地球化学循环发生改变和加快土壤性质变化的速度,当前世界各地土壤退化相当严重,已日益威胁到人类赖以生存的土地资源.在探讨相关概念的基础上综述了近年来土地利用变化对土壤理化质量和生物质量的影响进展,以引起国内外学者对土地利用变化对土壤质量影响研究的重视,从而为探讨土地利用对土壤质量影响的机理和规律以及退化土地的恢复和区域土地资源管理以及土地的持续利提供理论依据.土壤质量未来的研究应该集中在土壤质量指标与评价方法;土壤质量变化的发生条件、过程、影响因素及其作用机理与时空规律性;尺度问题的研究;土壤质量保持与提高的途径及其关键技术研究.     

辽东山区林参复合经营土壤质量评价

林参复合经营是辽东山区典型的林下经济模式之一,而林下参的生长对于环境条件要求很高,其中,土壤质量是制约人参生长的重要因素之一,并对人参产业的健康发展至关重要。目前,阔叶混交林、针阔混交林和蒙古栎纯林是辽东山区广泛分布的林参复合经营林分类型,选择3种林分下立地特征相似、人参种植年限不同的样地,测定土壤物理、化学和生物学因子共25项指标,采用方差分析、主成分分析、相关分析等统计学方法和专家经验法构建了林参复合经营土壤质量评价最小数据集(MDS),并利用模糊数学法对不同样地土壤质量进行了定量评价。结果表明,研究区林参复合经营土壤质量评价最小数据集包括容重、pH、有机质、速效K、全Zn、微生物量N、酸性磷酸酶和细菌共8项指标。此外,土壤质量值由高到低依次为针阔混交林对照样地(0.764)蒙古栎纯林对照样地(0.745)针阔混交林14a人参样地(0.614)蒙古栎纯林20a人参样地(0.385)阔叶混交林12a人参样地(0.361)阔叶混交林对照样地(0.354)阔叶混交林6a人参样地(0.323)阔叶混交林9a人参样地(0.308)阔叶混交林3a人参样地(0.230),说明林分类型特征和人参种植年限对土壤质量会产生不同程度影响。今后,在辽东山区林参复合经营发展过程中,可以该最小数据集为基础,充分考虑土壤质量状况,并适当进行管理,以保障人参健康生长,促进人参产业可持续发展。     

冀北土石山区不同土地利用类型土壤质量评价

为防止北方土石山区的土地和植被在人类活动下进一步退化,为冬奥会赛后制定战略性植被恢复计划,以白桦天然林、落叶松人工林、天然灌草地和弃耕农地为研究对象,基于土壤容重、孔隙度和土壤养分含量等13种土壤理化指标,对冀北土石山区不同土地利用类型土壤质量进行综合评价。结果表明: 冀北土石山区不同土地利用类型土壤质量呈现出白桦天然林>天然灌草地>落叶松人工林>弃耕农地。白桦天然林的土壤质量显著高于其他3种土地利用类型,其土壤全氮(3.24±1.42 g·kg^-1)和全磷(0.59±0.10 g·kg^-1)含量较高,土壤养分的长期积累是阻止白桦天然林土壤退化的最主要原因;天然灌草地受到土壤粗粒含量和地形因素的影响,土壤质量仅次于白桦天然林;经过40年植被恢复的落叶松人工林土壤物理性质得到改良,土壤砾石含量显著降低,而土壤养分指标未发生显著变化;弃耕农田土壤质量最低的主要原因是植被覆盖低及低海拔区域较高的人类活动强度。受土壤全氮含量的影响,4种土地利用类型下的土壤质量随海拔升高而增加,且均在1700 m左右达到峰值。综上,建议加强在低海拔生态脆弱区域的封禁管理和生态恢复措施,同时兼顾高密度林分的可持续发展,增强人工林的生态适应性。     

宁夏农牧交错带土地利用变化对土壤质量的影响

在宁夏盐池县分别选取农田、弃耕地、天然草地、人工柠条林地和杨树林地5种土地利用类型作为研究样地,测定土壤理化性质指标,采用土壤质量综合技术指标,阐明中国北方典型农牧交错带土地利用变化对土壤质量的影响规律。结果表明：(1)土壤粗砂粒表现为弃耕地和天然草地显著高于农田、人工柠条林地和杨树林地(P<0.05),土壤细砂粒表现为杨树林地显著高于农田、弃耕地、天然草地和人工柠条林地(P<0.05),土壤极细砂粒和土壤黏粉粒均表现为农田和人工柠条林地显著高于弃耕地、天然草地和杨树林地(P<0.05)。土壤含水量、土壤pH值和土壤电导率表现为农田显著高于弃耕地、天然草地、人工柠条林地和杨树林地(P<0.05)。土壤有机碳含量表现为弃耕地和柠条林地显著高于农田、天然草地和杨树林地(P<0.05)。土壤全氮含量表现为农田显著高于弃耕地、天然草地、柠条林地和杨树林地(P<0.05)。(2)不同土地利用类型的土壤质量指标之间存在显著相关性(P<0.05)。其中,杨树林地各评价指标之间的相关系数最高,天然草地次之,农田、柠条林地较低,而弃耕地最低。(3)土壤质量综合得分大小顺序为：农田>弃耕地>0>草地>柠条林地>杨树林地。研究表明,对水浇农田实行保护性耕作和精细管理,并且农田弃耕后自然恢复成草地,有利于宁夏农牧交错带沙地土壤质量改善,但天然草地和人工林建设样地土壤质量较差。     

黄土丘陵区小流域土地利用和植被恢复对土壤质量的影响

土壤质量的维护和提高是全球生物圈可持续发展的重要因素之一．对黄土丘陵小流域持续利用25年后的荒草地、山杏林地、农地、油松林地、灌木林地和撂荒地土壤性状的研究结果表明,不同土地利用方式和植被恢复类型对土壤质量有很大影响;植被恢复重建和农地撂荒将增加土壤有机质含量,提高土壤质量;粗放的农业耕作措施将降低土壤质量并引起土壤退化;灌丛有明显的肥力岛屿作用;撂荒在一定程度上可以培肥土壤。随着“西部大开发”、“退耕还林还草”和生态重建工程的开展,在半干旱黄土丘陵沟壑区,建植灌木、种植牧草、农地撂荒和自然恢复是较好的生态重建和植被恢复方式。     

宁夏银川平原沙化土地不同人工林土壤质量评价

沙化土地土壤贫瘠、生产力低,人工植被恢复是重要的土壤改良措施。为研究宁夏银川平原沙地不同人工林栽植对土壤的影响,以银川腹部沙地银川植物园沙化土壤恢复区的2017年3月种植的文冠果(Xanthoceras sorbifolium)和欧李(Cerasus humilis)人工林地为研究对象,以邻近的长期撂荒地为对照,对土壤质量进行了研究。2020年7—8月采集土样并测定了土壤物理、化学、生物学等20个指标作为土壤质量评价的总数据集,方差分析筛选出差异显著性的9个指标作为重要数据集指标,采用主成分分析法和Norm值建立土壤质量评价指标最小数据集(MDS),利用线性和非线性两种评分方法计算土壤质量指数(SQI)。结果表明：与长期撂荒地相比,银川平原沙化土壤恢复区人工文冠果、欧李林地的土壤理化性质较好,土壤砂粒百分比减少、粉粒和黏粒百分比有所增加,pH降低;有机质、全氮、全磷、全钾等主要养分指标提高,蔗糖酶、脲酶、纤维素酶等主要生物酶活性也高于撂荒地,筛选出的研究区土壤质量评价MDS指标为土壤粉粒百分比和全磷。2种评价方法下,文冠果和欧李人工恢复林地的SQI高于撂荒地,但提高不显著(P>0...     

土地利用变化与土壤养分的变化——以河北省遵化县为例

土地利用变化可以引起土壤养分的变化,以河北省遵化县为例,研究该县1980年到1999年土地利用变化及土壤养分的变化,结果表明,近20a来,旱地、草地、水田面积大幅度减少,林地和村镇用地大幅度增加,旱地转换为林地,土壤有机质提高了21％,全氮提高了10％,碱解氮提高了65％,速效磷提高了17％,速效钾提高了17％。旱地转换为草地,土壤有机质提高38％,全氮提高了37％,碱解氮提高了71％,速效磷提高了2％,速效钾提高了28％。退耕还林还草不仅改变了土地棉覆被,而且提高了土壤养分。     

Establishing a minimum dataset for soil quality assessment based on soil properties and land-use changes

To assess soil quality, a minimum dataset (MDS) of soil properties has to be proposed commonly through calculating the total load of each candidate soil parameter on all of the qualified principal components by use of principal component analysis (PCA) and Norm-value computation. Considering intensive land-use changes, the method introduced in this study on MDS establishment integrates the quantified contributions of land-use type and land-use duration on each soil parameter by using multivariate analysis and mean multiple comparison. In this way, a MDS maximally representing all candidates with minimal loss of the soil quality information contained by those non-MDS soil parameters is established. The MDS proposed can not only well integrate the quantified influence of land-use changes and land-use duration on soil parameters, but is also quite flexible and extendable with the potential to be extrapolated to assess soil quality in other regions. Based on two sets of soil database obtained separately in 1985 and 2004, two MDSs established are compared with each other. It is found that only quite a small change in MDS components occurs during a 20-year period. For a better assessment of soil quality, it seems necessary to examine on what kind of temporal scale and how much MDS will change for a site-specific area with intensive land-use changes.     

Establishing a minimum dataset for soil quality assessment based on soil properties and land-use changes

To assess soil quality, a minimum dataset (MDS) of soil properties has to be proposed commonly through calculating the total load of each candidate soil parameter on all of the qualified principal components by use of principal component analysis (PCA) and Norm-value computation. Considering intensive land-use changes, the method introduced in this study on MDS establishment integrates the quantified contributions of land-use type and land-use duration on each soil parameter by using multivariate analysis and mean multiple comparison. In this way, a MDS maximally representing all candidates with minimal loss of the soil quality information contained by those non-MDS soil parameters is established. The MDS proposed can not only well integrate the quantified influence of land-use changes and land-use duration on soil parameters, but is also quite flexible and extendable with the potential to be extrapolated to assess soil quality in other regions. Based on two sets of soil database obtained separately in 1985 and 2004, two MDSs established are compared with each other. It is found that only quite a small change in MDS components occurs during a 20-year period. For a better assessment of soil quality, it seems necessary to examine on what kind of temporal scale and how much MDS will change for a site-specific area with intensive land-use changes.     

土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展

土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分,也是当前全球碳循环和全球变化研究的热点。土地利用/覆被变化及土地管理变化通过影响土壤有机碳的储量和分布,进而影响温室气体排放和陆地生态系统的碳通量。研究土地利用变化影响下的土壤有机碳储量及其动态变化规律,有助于加深理解全球气候变化与土地利用变化之间的关系。在阅读国内外有关文献的基础上,分别从土地利用及其管理方式变化的角度,概括了土地利用变化对土壤有机碳的影响过程与机理;针对当前研究的两大类方法,即实验方法和模型方法,分类详细介绍了它们各自的特点以及存在的一些问题。在此基础上,提出今后土地利用变化对土壤有机碳影响研究的发展趋势。     

基于土地利用变化的热带植物群落功能性状与土壤质量的关系

为了明确热带天然林转变为橡胶林和槟榔后土壤质量变化,揭示土地利用变化下植物群落功能性状对土壤质量影响。在海南中部山区,以原始林(PF)、次生林(SF)、槟榔(Areca catechu)林(AP)、纯橡胶(Hevea brasiliensis)林(RP)和橡胶益智(Alpinia oxyphylla)林(RAP)为对象,探索天然林退化后土壤性质和质量变化,分析了植物群落功能性状(凋落物量、郁闭度、根长密度、细根密度和比根长)对土壤质量影响。结果表明:1)与原始林相比,其他土地利用类型凋落物量、根长密度、细根密度、土壤总孔隙度、最大持水量、土壤有机碳和总氮显著降低,土壤容重显著增加。人工林土壤碱解氮明显降低,但总磷、总钾和缓效钾明显升高(P0.05)。2)与原始林相比,次生林、槟榔林、纯橡胶林和橡胶益智林土壤质量指数分别降低63.4%、85.8%、81.2%和84.1%,随原始林、次生林和人工林梯度土地利用强度的增加,土壤质量显著降低(P0.05),但人工林间土壤质量无显著差异。3)凋落物量、郁闭度、根长密度和细根密度均与土壤质量指数显著正相关(P0.05),细根密度对土壤质量的直接影响效应最大,凋落物间接影响效应最大。天然林转变为橡胶和槟榔林显著改变土壤性质和质量,群落性状细根密度和凋落物可较好解释土壤质量变化,强化人工林林下植被和凋落物管理有利于土壤质量改善。     

基于土地利用变化的黄土丘陵区生境质量时空演变特征——以榆中县为例

生境质量是生态系统服务水平的重要表征,是区域生态安全保障和人类福祉提升的关键环节,评估土地利用变化引起的生境质量时空演变可为区域生态保护和土地管理提供科学依据。以典型黄土丘陵区县域——榆中县为例,基于Arc GIS平台和InVEST模型探讨了该县1995、2005和2015年生境质量空间格局及其演变特征。结论如下:(1)研究区土地类型和景观格局变化明显,主要土地利用变化是耕地转向建设用地和林地,以及草地和耕地之间的相互转变,这些变化导致景观异质性增强和破碎度上升。(2)生境质量空间格局一直表现为"南部高、中部居中、北部低"的态势。生境质量上升区域主要在北部,原因是"退耕还林"及"生态北山"工程的实施使得林地面积增加,下降区域主要在中部,主要是由建设用地扩张占用耕地造成的。(3)生境质量热点以及"H-H"型聚集区主要位于南部山区,而冷点和"L-L"聚集区主要位于北部黄土丘陵区,2015年生境质量空间集聚程度较1995年有所增强,"H-H"聚集区增加0.68%,"L-L"聚集区增加0.67%。对该类型区域生境质量优化提出了相应的政策建议。     

基于土地利用格局变化的北京市生境质量时空演变研究

城市生境质量对生物多样性保护有至关重要的作用,以北京市为例分析2000—2015年北京市不同土地利用类型的空间分布特征和不同区域之间的差异,并借助In VEST-Habitat Quality模型评估了北京市4个时期(2000年、2005年、2010年和2015年)、4个区域(首都功能核心区、城市发展新区、城市功能拓展区、生态涵养发展区)的生境退化程度和生境质量变化情况。结果表明:(1)从2000年到2015年,建设用地增加了近40%,耕地、湿地是其快速扩张的主要来源,城市发展新区的建设用地增加了60%;(2)主要的生态用地(林地、草地、湿地)所占比例总体增加了5.71%,但是总体景观结构异质性减弱,斑块破碎化程度加大;(3)生境质量总体下降了2%,表现出明显的区域差异,首都功能核心区和生态涵养发展区的生境质量总值逐渐升高;生境退化度逐渐增加,最严重的区域在城市功能拓展区以及平原-山区交界地带。对区域生态服务价值评估的有益探索,为今后进一步城市景观格局的构建和优化提供依据和参考。     

基于最小累积阻力模型的北京市生态用地规划研究

生态用地规划强调对区域生态系统结构与功能的保护,增强社会经济发展的生态环境支撑能力。从保障首都基本生态安全、改善大气环境质量、建设宜居城市的角度出发,通过对北京市生态重要性进行综合评价,明确北京市重要生态用地空间分布特征。在此基础上,采用最小累积阻力模型(MCR),以重要生态用地为"源",以土地覆被类型、距道路距离和距居民点距离作为阻力因子生成阻力面,模拟重要生态用地空间扩张过程,进而设置生态用地规划情景,并从景观连通性、生态功能保障度及与现状建设用地冲突情况等3个方面对不同情景下的生态用地规划方案进行保护效能评价,最终提出北京市生态用地的适宜规模和优化布局方案。研究结果表明:北京市重要生态用地总面积为9879 km~2,占市域总面积的60.20%;生态用地的适宜规模为12417 km~2,占市域总面积的75.67%,其中,平原区生态用地的适宜规模为2944 km~2,占平原区总面积的46.45%,主要分布于建成区的外围过渡地带;山区生态用地的适宜规模为9473 km~2,占山区总面积的94.05%。     

Towards an integrated global framework to assess the impacts of land use and management change on soil carbon: current capability and future vision

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Tier 1 methodologies commonly underpin project‐scale carbon accounting for changes in land use and management and are used in frameworks for Life Cycle Assessment and carbon footprinting of food and energy crops. These methodologies were intended for use at large spatial scales. This can introduce error in predictions at finer spatial scales. There is an urgent need for development and implementation of higher tier methodologies that can be applied at fine spatial scales (e.g. farm/project/plantation) for food and bioenergy crop greenhouse gas (GHG) accounting to facilitate decision making in the land‐based sectors. Higher tier methods have been defined by IPCC and must be well evaluated and operate across a range of domains (e.g. climate region, soil type, crop type, topography), and must account for land use transitions and management changes being implemented. Furthermore, the data required to calibrate and drive the models used at higher tiers need to be available and applicable at fine spatial resolution, covering the meteorological, soil, cropping system and management domains, with quantified uncertainties. Testing the reliability of the models will require data either from sites with repeated measurements or from chronosequences. We review current global capability for estimating changes in soil carbon at fine spatial scales and present a vision for a framework capable of quantifying land use change and management impacts on soil carbon, which could be used for addressing issues such as bioenergy and biofuel sustainability, food security, forest protection, and direct/indirect impacts of land use change. The aim of this framework is to provide a globally accepted standard of carbon measurement and modelling appropriate for GHG accounting that could be applied at project to national scales (allowing outputs to be scaled up to a country level), to address the impacts of land use and land management change on soil carbon.