新疆农田和荒漠生态系统土壤有机碳储量及其影响因素

基于中国生态系统研究网络 (CERN) 长期监测数据,选取新疆维吾尔自治区代表暖温带干旱区的绿洲农田生态系统 (阿克苏站)、代表暖温带荒漠区 (策勒站) 以及温带荒漠区 (阜康站) 的绿洲农田和荒漠生态系统综合观测场、辅助观测场和农户调查点2005-2020年0-100 cm土层的土壤有机碳 (SOC) 储量数据,分析新疆农田和荒漠生态系统SOC储量的影响因素。研究结果表明,2005-2020年0-100 cm土层SOC总储量平均值为阿克苏站 (5.17 kg/m²)>阜康站 (4.20 kg/m²)>策勒站 (2.96 kg/m²)。0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm土层的SOC分别约占0-100 cm土层储量的27.3%-35.3%、23.1%-24.6%和15.8%-17.5%。在阿克苏站,施肥量最高、灌溉量最低的农户调查点SOC储量最高;而在策勒站和阜康站,农户调查点和辅助观测场的施肥和灌溉措施分别最有利于提高SOC储量。总体来看,土壤含水量、地上生物量与SOC储量呈正相关关系;年平均气温与0-40 cm土层的SOC储量呈负相关关系。在单一生态站的生态系统尺度,年平均气温与SOC储量相关性不显著;地上生物量与策勒站和阜康站的SOC储量呈正相关关系,但是与阿克苏站0-40 cm土层的SOC储量呈负相关关系;施纯钾量与策勒站0-60 cm土层的SOC储量呈正相关关系,但与阜康站40-100 cm土层的SOC储量呈负相关关系。总之,与自然状态下的荒漠和农田不施肥相比,灌溉和施肥的农田管理措施有利于增加干旱区SOC储量。不同生态站要根据自身区域特点制定合理的农田管理模式,以维持较高的SOC储量。     

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%。     

基于1∶100万土壤数据库的中国土壤有机碳密度及储量研究

基于中国1∶100万土壤数据库,利用土壤有机碳储量和碳密度的空间化表达和计算方法研究中国土壤有机碳密度及储量.土壤空间数据库包含926个土壤类型单元,690个土属类型,94 000多个图斑;土壤属性数据库收录了7 292个全国各类型土壤的剖面数据,包括81个土壤属性字段.研究采用“土壤类型GIS连接法”实现土壤剖面有机碳密度与图形图斑连接,通过制图单元碳储量求和得出全国或者区域碳储量,并利用面积平均法计算全国及各类型土壤的有机碳平均密度.结果表明,中国的土壤面积共有928.10×10⁴ km²,有机碳储量为89.14 Pg (1 Pg=10¹⁵ g),土壤平均碳密度9.60 kg·m^-2,是目前与真值最为接近的研究结果.     

荒漠绿洲农田垦殖过程中耕层土壤碳储量演变特征

以河西走廊中段临泽荒漠绿洲区为研究对象,通过实地调查结合遥感影像辨析确定农田的开垦年限,对比不同开垦背景的农田耕层(0～20 cm)土壤有机碳储量(SOCD)的变化特征,研究荒漠绿洲农田垦殖过程中SOCD的演变趋势.结果表明: 研究区农田耕层SOCD在2.41～32.97 t·hm^-2范围变动,平均值为17.22 t·hm^-2;盐碱地、戈壁和沙地背景农田SOCD平均值分别为19.36、16.10、15.93 t·hm^-2.随着开垦年限的增加,农田耕层SOCD呈增加趋势,但沙地和戈壁背景农田开垦20年后增加趋势放缓,盐碱地背景的农田在25年后才表现出放缓趋势;沙地、戈壁和盐碱地背景农田土壤有机碳(SOC)的固存速率分别为0.424、0.485、0.811 t·hm^-2·a^-1.SOCD与全氮、全磷、碱解氮、速效磷含量呈显著正相关,而与速效钾、pH相关性不显著.综上所述,荒漠绿洲盐碱地背景农田SOC的固存速率显著高于戈壁、沙地背景农田,但开垦30年后不同背景农田SOCD仍处于较低水平,需要针对不同开垦背景对绿洲农田进行管理以提高荒漠绿洲土地利用效率和生产力.     

农田生态系统土壤有机碳库及其影响因子

土壤有机碳(SOC)的数量和质量在很大程度上与维持和提高土壤肥力密切相关。农田生态系统土壤碳库研究一直是农业、生态和环境领域的一个主要方向。土地利用、耕作、作物类型、种植密度、灌溉、施肥以及其他人为活动等,对农田生态系统土壤有机碳库的变化均能产生影响。本文综合评述了农田生态系统土壤有机碳库及其影响因子,土壤碳截获潜力,维持和提高土壤有机碳库的措施,以及农田土壤碳截获在温室气体减排及气候变化中的潜在作用等,最后提出了农田生态系统土壤有机碳库研究的主要方向。     

基于1∶100万土壤数据库的中国土壤有机碳密度及储量研究

基于中国1∶100万土壤数据库,利用土壤有机碳储量和碳密度的空间化表达和计算方法研究中国土壤有机碳密度及储量.土壤空间数据库包含926个土壤类型单元,690个土属类型,94000多个图斑;土壤属性数据库收录了7292个全国各类型土壤的剖面数据,包括81个土壤属性字段.研究采用“土壤类型GIS连接法”实现土壤剖面有机碳密度与图形图斑连接,通过制图单元碳储量求和得出全国或者区域碳储量,并利用面积平均法计算全国及各类型土壤的有机碳平均密度.结果表明,中国的土壤面积共有928.10×104km2,有机碳储量为89.14Pg(1Pg=1015g),土壤平均碳密度9.60kg.m-2,是目前与真值最为接近的研究结果.     

甘南高寒草甸土壤有机碳储量时空分布特征的模拟分析

以甘南州高寒草甸为研究对象,利用CENTURY模型,根据甘南州及周边气象站点1971—2020年的月值气象数据和土壤类型数据,将CENTURY模型参数本地化,使其适用于甘南高寒草甸土壤有机碳储量模拟。对模拟结果进行时空统计,得到甘南州土壤有机碳储量(0～20 cm)的空间分布和时序变动情况。结果表明：甘南州土壤有机碳储量呈由西南向东北递减,由西向东递减的分布特征,且土壤总有机碳储量与慢性土壤有机碳储量的变动趋势较为一致;1971—2020年甘南州平均土壤有机碳储量为8444.40 g·m^-2,其中各组分库的土壤有机碳储量分别为270.12 g·m^-2(活性)、4516.70 g·m^-2(慢性)、3478.77 g·m^-2(惰性)。土壤有机碳储量高值地区主要是碌曲县和玛曲县,而合作市的有机碳较低。海拔、气温、降水均对土壤有机碳储量有影响,且土壤有机碳储量的变化在空间上与海拔和降水的变动具有一致性,随温度的升高土壤有机碳储量呈下降趋势。     

松嫩平原农田土壤有机碳变化及固碳潜力估算

基于1979—1985年全国第二次土壤普查和2015年实地采样数据,利用土壤类型法计算了近35年来松嫩平原及其各县农田表层土壤有机碳密度和土壤碳库储量;并分析了松嫩平原农田土壤有机碳密度的空间分布及变化特征;利用饱和值法对松嫩平原及其各县市农田土壤有机碳量的变化趋势进行拟合,估算其农田土壤的固碳潜力。结果表明:(1)2015年松嫩平原农田表层土壤有机碳密度平均值为1.61 kg/m~2,近35年来约有81.59%的农田土壤有机碳密度呈下降趋势,集中分布在松嫩平原北部、东部和东南部地区,以富裕县东部、依安县中部、肇东县西部、扶余县西部等地区土壤有机碳密度下降幅度最大;(2)2015年松嫩平原农田表层土壤有机碳库总储量为233.63 Tg,比全国第二次土壤普查减少了32.62 Tg;(3)2015年松嫩平原农田表层土壤总固碳潜力为-32.7 TgC,呈现出"碳源"趋势,农田土壤单位面积固碳潜力平均值为-1.793×10~(-3)Tg/km~2。     

尕海湿地生态系统土壤有机碳储量和碳密度分布

2011年7月,研究了甘南尕海典型湿地(草本泥炭地、沼泽湿地、高山湿地和亚高山草甸)土壤剖面有机碳分布及其储量.结果表明: 4种典型湿地土壤容重平均在0.22～1.29 g·cm^-3;草本泥炭地土壤有机碳含量明显高于其他类型,其平均值(286.80 g·kg^-1)约为沼泽湿地、高山湿地和亚高山草甸的2.91、4.99和7.13倍.各类湿地土壤平均有机碳密度为草本泥炭地＞亚高山草甸＞沼泽湿地＞高山湿地,以0～10 cm剖面的密度最大;各类湿地土壤剖面的有机碳密度与有机碳含量的变化趋势基本一致,均随土壤深度的增加呈现波动性变化;草本泥炭地、沼泽湿地、高山湿地和亚高山草甸的土壤有机碳均存在0～10和20～40 cm两个明显储碳层;其0～60 cm深度的土壤有机碳储量分别为369.46、278.83、276.16和292.23 t·hm^-2.尕海湿地4种类型湿地0～60 cm土壤的总有机碳储量约为9.50×10⁶ t.     

广东土壤有机碳储量及空间分布特征

根据广东省第2次土壤普查资料,采用GIS技术估算广东省土壤有机碳储量及空问分布规律,结果表明,广东省陆地土壤有机碳储量约为17．52×10^8t．砖红壤、红壤和赤红壤的土壤有机碳密度分别为8．83、10．31和9．15kg·m^-2,略低于全国的平均水平,三者占广东省土壤面积的67．91％;广东省黄壤和水稻土的有机碳密度分别为12．08和12．17kg·m^-2,高于全国平均水平;广东省平均土壤碳密度为10．44kg·m^-2．土壤有机碳密度总的分布规律是东南沿海地区高于粤北山区,其中粤北和粤中土壤有机碳密度为5～10kg·m^-2,粤东的沿海地区土壤有机碳密度为10～15kg·m^-2,二者合计占全省土壤面积的89．24％;土壤有机碳密度主要在5～15kg·m^-2范围内变动．     

重庆岩溶区土壤有机碳库的估算及其空间分布特征

基于重庆市第二次土壤普查和2007年测土配方施肥的1 412个土壤剖面数据,结合重庆岩溶区土壤图、土地利用现状图和行政区划图,在地理信息系统技术的支持下,对重庆岩溶区土壤有机碳密度及储量进行了估算,同时引入有机碳丰度指数这一指标,对有机碳在不同土壤和不同景观中的分布特征进行了分析.结果表明:重庆岩溶区20 cm和100 cm深度的土壤有机碳储量分别为1.43×1011 kg和3.29×1011 kg.不同土地利用方式下重庆岩溶区土壤有机碳密度分布不均匀,20 cm深度的土壤有机碳密度介于1.26～7.20 kg m-2之间,100 cm深度的土壤有机碳密度介于1.43～25.72 kg m-2之间.重庆岩溶区土壤有机碳库在不同土壤和不同景观中的分布具有高度的空间变异性,20 cm深度的土壤和景观有机碳丰度指数分别在0.73～1.74和0.39～1.20之间,100 cm深度的土壤和景观有机碳丰度指数分别在0.32～3.00和0.46～1.70之间.与全国的平均水平相比,单位面积上20 cm深度土壤有机碳储量重庆岩溶区高于全国的平均水平,但单位面积上100 cm深度土壤有机碳储量重庆岩溶区低于全国的平均水平,总体而言,重庆岩溶区是土壤有机碳储量相对贫乏的区域.     

青海省森林土壤有机碳氮储量及其垂直分布特征

森林土壤在调节森林生态系统碳、氮循环和减缓全球气候变化中起着关键的作用。但是,由于林型、林龄以及环境因子(海拔)的差异,至今对于森林土壤碳、氮储量的估算依然存在极大的不确定性。因此,利用森林土壤实测数据估算了青海森林土壤有机碳、氮密度和碳、氮储量,分析了土壤有机碳、氮密度的垂直分布格局。结果表明:1)土壤有机碳密度随海拔的增加呈单峰曲线变化,在海拔3100—3400 m达到最大34.33 kg/m~2;氮密度随海拔的增加而增加,范围为1.39—2.93 kg/m~2。2)在0—30 cm土层,土壤有机碳、氮密度均随土层的增加而降低,范围分别为3.84—4.63 kg/m~2、0.22—0.27 kg/m~2。3)青海省森林土壤碳储量为1098.70 Tg,氮储量为61.78 Tg。4)海拔与氮含量和密度之间存在极显著正相关关系(P0.01,P0.01)。土层深度与有机碳含量存在极显著负相关关系(P0.01);与有机碳密度、氮密度存在极显著正相关关系(P0.01,P0.01)。说明海拔和土层是影响青海省森林土壤有机碳、氮分布的关键因子。     

基于数字土壤制图技术的土壤有机碳储量估算

精准的土壤属性空间分布信息有助于提升土壤有机碳储量估算的精度.本研究以河南省济源市南山林场为研究区,以地形因子为预测因子,利用模糊C均值(FCM)聚类方法对土壤有机碳含量、土壤容重、土壤厚度和土壤砾石含量进行数字土壤预测制图,基于数字制图结果实现土壤有机碳密度预测制图和土壤有机碳储量估算.结果表明:基于数字土壤制图方法...     

137Cs和210Pbex示踪黑土区坡耕地土壤侵蚀对有机碳的影响

通过在野外28.5 hm2的坡耕地上采集土壤样品,定量评价了利用137Cs和210Pbex研究土壤有机碳(SOC)动态的潜力,以探讨东北黑土区土壤侵蚀对土壤有机碳的影响.结果表明:农耕地土壤137Cs、210Pbex和SOC在平面和垂直深度上均具有相似的分布特征.在平面上,尽管受土壤侵蚀沉积的影响,137Cs、210Pbex面积活度及SOC储量变异很大,但它们具有相同的变化趋势.在垂直断面上,侵蚀区137Cs、210Pbex和SOC在0～25 cm耕层内分布均匀,25 cm以下放射性活度减小,SOC含量也相应下降;沉积区0～100 cm深度上137Cs和210Pbex呈现先增加后减小的分布规律,SOC也具有类似的变化特征.农耕地SOC与137Cs、210Pbex呈显著线性相关,表明它们在黑土区农耕地上具有相似的物理运移特征,137Cs和210Pbex可直接用来定量评价黑土侵蚀下SOC的时空分布特点.     

Distribution and storage of soil organic carbon across the desert grasslands in the southeastern fringe of the Tengger Desert,China

荒漠生态系统环境的复杂性及其高度的空间异质性是土壤碳储量估算结果不确定性的重要因素。通过调查取样和室内分析, 研究了腾格里沙漠东南缘10种主要荒漠草地群落各土壤层(0-5、5-10、10-20、20-30、30-50、50-70和70-100 cm土层)的土壤有机碳(SOC)含量、垂直分布特征和影响因素, 以及0-5、0-20、0-50和0-100 cm土层剖面的土壤有机碳密度(SOCD)。结果显示, 灌木群落是SOC含量的重要影响因素, 各土层SOC含量在10种群落间均存在显著差异。从土壤表层到深层, SOC含量主要表现为由高至低和先升高后降低两种特征。SOC含量与黏粉粒含量、全氮(N)、全磷(P)和电导率呈显著的正相关关系, 与砂粒含量呈显著的负相关关系。各群落之间, 0-5、0-20、0-50和0-100 cm土层剖面的SOCD均存在显著差异, 其平均值分别为0.118、0.478、1.159和1.936 kg·m ^-2。这一结果低于全球和全国草地SOCD的平均值, 利用全国数据或该研究的平均值可能会高估或低估区域土壤有机碳储量, 因此利用不同群落的SOCD能增加荒漠地区土壤有机碳储量估算的确定性。     

腾格里沙漠东南缘荒漠草地不同群落类型土壤有机碳分布及储量特征

荒漠生态系统环境的复杂性及其高度的空间异质性是土壤碳储量估算结果不确定性的重要因素。通过调查取样和室内分析, 研究了腾格里沙漠东南缘10种主要荒漠草地群落各土壤层(0-5、5-10、10-20、20-30、30-50、50-70和70-100 cm土层)的土壤有机碳(SOC)含量、垂直分布特征和影响因素, 以及0-5、0-20、0-50和0-100 cm土层剖面的土壤有机碳密度(SOCD)。结果显示, 灌木群落是SOC含量的重要影响因素, 各土层SOC含量在10种群落间均存在显著差异。从土壤表层到深层, SOC含量主要表现为由高至低和先升高后降低两种特征。SOC含量与黏粉粒含量、全氮(N)、全磷(P)和电导率呈显著的正相关关系, 与砂粒含量呈显著的负相关关系。各群落之间, 0-5、0-20、0-50和0-100 cm土层剖面的SOCD均存在显著差异, 其平均值分别为0.118、0.478、1.159和1.936 kg·m ^-2。这一结果低于全球和全国草地SOCD的平均值, 利用全国数据或该研究的平均值可能会高估或低估区域土壤有机碳储量, 因此利用不同群落的SOCD能增加荒漠地区土壤有机碳储量估算的确定性。     

气候变化对陆地生态系统土壤有机碳储量变化的影响

通过研究气候变化对土壤有机碳储藏的影响,对预测未来气候变化下土壤有机碳动态变化与深入理解陆地生态系统变化和气候变化之间的相互作用有着极其重要的意义。本文归纳了土壤类型法、模型模拟法等途径对土壤有机碳储量估算的结果并分析它们各自的不确定性,综述了气候变化对土壤碳贮藏影响机理的研究与相应过程模拟的模型研究进展,并综合分析了当前研究中还存在的问题与不足。