人为干扰对喀斯特土壤团聚体及其有机碳稳定性的影响

以桂西北喀斯特原生林地、自然恢复地、放牧+火烧草地和玉米-红薯轮作地为对象,研究了不同人为干扰方式下4种生态系统中土壤团聚体含量及其有机碳的稳定性.结果表明:除玉米.红薯轮作地土壤的水稳性团聚体(>0.25 mm)含量为37.7%外,其余样地土壤水稳性团聚体(>0.25 mm)含量均大于70%;土壤团聚体结构破坏率为玉米-红薯轮作地(54.9%)>放牧+火烧草地(23.2%)>自然恢复地(9.8%)和原生林地(9.6%),差异显著.随培养时间的延长,团聚体有机碳的矿化速率先增加后减小,20 d后趋于平稳,而且随团聚体粒级的减小逐渐增大;相同粒级团聚体中有机碳的矿化速率为原生林地>放牧+火烧草地和自然恢复地>玉米-红薯轮作地;原生林地有机碳矿化率在1.7%～3.8%,显著高于自然恢复地、放牧火烧草地和玉米-红薯轮作地;有机碳的累积矿化量与矿化速率变化规律一致.土壤有机碳和团聚体中有机碳含量分别与矿化速率和累积矿化量呈极显著正相关,与矿化率极显著负相关.     

西南峡谷型喀斯特不同生态系统的碳格局

采用样方法研究了黔西南峡谷型喀斯特水田生态系统(ST)、旱地生态系统(HD)、草地生态系统(CD)、灌草生态系统(GC)、人工林生态系统(RGL)和次生林生态系统(CSL)的碳贮量、组成及其分布格局。结果表明:1)6种生态系统的植物碳贮量为RGL(121.53)CSL(116.76)GC(54.14)CD(36.05)ST=HD(0.00)103kg C/hm2,占植物碳贮量绝对贡献的层次:RGL和CSL为乔木层、GC为灌木层、CD为草本层;2)地被物碳贮量分别为CSL(18.34)﹥GC(5.82)﹥RGL(3.96)﹥CD(0.47)﹥ST=HD(0.00)103kg C/hm2,仅占生态系统总碳贮量的0%—4.9%;3)土壤碳含量为CSL(44.11)RGL(29.39)GC(21.50)CD(19.81)ST(17.56)HD(16.70)g C/kg,土壤碳贮量为CD(153.12)CSL(126.11)ST(112.26)HD(115.31)RGL(65.04)GC(52.69)103kg C/hm2,均随土壤深度的增加而显著降低,且与土壤深度之间有良好的线性关系;4)生态系统总碳贮量为CSL(261.21)﹥RGL(190.53)﹥CD(189.64)﹥HD(115.31)﹥GC(112.65)﹥ST(112.26)103kg C/hm2;RGL的碳格局为植物大于土壤,CSL反之,但都是地上大于地下;GC为植物约等于土壤,地下大于地上;ST、HD和CD为土壤大于植物,地下大于地上。黔西南峡谷型喀斯特固碳潜力很大,减少人为干扰、适宜的退耕还林还草造林措施和合理的管理对策是促进该区域植被恢复、生态重建、增加碳贮存的关键。     

峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及生物量特征

采用样地调查与室内分析相结合的方法,研究了峡谷型喀斯特水田、旱地、草地、灌丛、人工林、次生林6种生态系统不同深度土壤微生物数量、微生物生物量特征及其分形关系。结果表明:峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及组成不同,微生物数量均以次生林最高,旱地最低,其组成数量均为细菌放线菌真菌,细菌是土壤微生物的主要类群,数量多达26.66×105—71.64×105cfu/g,占全部微生物比例为87.00%—95.50%,其次为放线菌数量,为1.45×105—3.78×105cfu/g,所占比例为4.21%—12.39%,真菌数量最小,为0.07×105—0.23×105cfu/g,所占比例仅为0.24%—0.61%,不足1%。不同生态系统土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)的含量不同,次生林MBC与MBN最高,人工林MBP最高,旱地MBC最低,草地MBN与MBP最低;各生态系统均为MBCMBNMBP。不同生态系统的MBC/SOC、MBN/TN、MBP/TP分别为0.44%—0.97%、2.13%—3.13%、1.46%—2.13%,差异不显著;MBC/MBN在3.06—6.54之间,其中次生林极显著高于其他生态系统,其他生态系统差异不显著。不同生态系统土壤微生物数量及生物量均随土层加深而减少,且具有良好分形关系,均达到了极显著水平(P0.01)。探讨土壤微生物活性为提高石灰土土壤肥力、促进喀斯特植被迅速恢复提供依据。     

北京地区栓皮栎和油松人工林土壤团聚体稳定性及有机碳特征

通过野外调查与室内分析,研究了北京地区栓皮栎和油松人工林土壤水稳性团聚体稳定性及有机碳分布特征.结果表明:在两种人工林内,大团聚体含量均随土层加深呈减少的趋势.其中,油松人工林中大团聚体(>0.25mm)含量占总团聚体的71%～77%;栓皮栎人工林中大团聚体含量(51%～58%)与微团聚体(≤0.25mm)含量(42%～49%)差异不明显.油松人工林土壤平均质量直径和几何平均直径均显著高于栓皮栎人工林,分形维数D值小于栓皮栎人工林.在两种林分中,土壤各粒级团聚体有机碳含量均随土壤层次的加深呈现逐渐降低的趋势.油松人工林中水稳性大团聚体的有机碳对土壤有机碳的贡献率为58%～83%,高于栓皮栎人工林水稳性大团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率(49%～66%).油松人工林比栓皮栎人工林更利于土壤水稳性团聚体的稳定和土壤有机碳的保护.     

喀斯特峰丛洼地原生林土壤团聚体有机碳的剖面分布

以喀斯特峰丛洼地的伊桐、侧柏和菜豆树3个原生林植物群落为对象,分析了土壤团聚体的组成、有机碳及其剖面分布.结果表明:3个植物群落的土壤分布均以＞2 mm大粒径团聚体为主,约占土壤团聚体总量的76％.土壤总有机碳含量介于12.73 ～ 68.66 g·kg-1之间,群落类型显著影响土壤有机碳含量及其分布.＜1 mm小粒径团聚体中的有机碳含量比＞2 mm团聚体稍高,但大部分土壤有机碳储存在大粒径团聚体中,＞2 mm团聚体对土壤有机碳的贡献率约70％.2 ～5和5～8 mm团聚体含量与土壤有机碳含量呈显著正相关.提高土壤中2～8 mm团聚体的含量能有效增强喀斯特地区土壤固碳能力.伊桐群落2～8 mm土壤团聚体的含量及其全土有机碳含量分别达46％和37.62 g· kg-1,伊桐更适合作为喀斯特地区生态恢复树种.     

喀斯特山区土地利用对土壤团聚体有机碳和活性有机碳特征的影响

通过选取喀斯特山区火龙果园、草丛、花椒林、乔木林和灌草丛为研究对象,对其土壤团聚有机碳和团聚体活性有机碳分布与积累特征进行研究,结果表明:各土地利用方式下的团聚体组成均以＞0.5 mm团聚体为主,其含量可占团聚体总量的82.57％-94.79％;各粒级团聚体中有机碳和活性有机碳的含量均以乔木林最高,花椒林和火龙果园相对居中,而以草丛和灌草丛较低,随土壤团聚体粒径降低,有机碳和活性有机碳的峰值基本出现在＜0.25 mm粒级团聚体,但该粒径对土壤有机碳和活性有机碳的贡献率却不足6％和4％;土壤有机碳和活性有机碳的累积均受5-1 mm团聚体中有机碳和活性有机碳含量增加的影响,该粒级团聚体对有机碳和活性有机碳的贡献率也分别达28.70％-49.47％和34.13％-47.47％,可将5-1 mm粒径团聚体作为喀斯特山区的土壤有机碳固定的特征团聚体;土壤团聚体活性有机碳含量与土壤团聚体总有机碳含量呈极显著正相关关系(r=O.8768),表明团聚体活性有机碳可以作为衡量喀斯特山区土壤团聚体有机碳动态的一个敏感性指标.     

喀斯特生态脆弱区典型小生境土壤团聚体稳定性比较研究

为探究喀斯特小生境类型对土壤团聚体稳定性影响,揭示小生境土壤团聚体主要失稳机制,选取研究区内石缝、石沟、石槽、石土面和土面5种典型小生境为研究对象,采用干筛法、Elliott湿筛法和Le Bissonnais法测定土壤团聚体稳定性。结果表明：湿筛后,团聚体分布以水稳性团聚体（WR_>0.25）为主,含量在81.26%以上,团聚体破坏率（PAD）介于8.93%-17.39%之间,平均重量直径（MWD）在1.94-2.85 mm间,均小于干筛,团聚体稳定性表现为石槽最好,土面最差,石土面次之。LB法处理后,MWD值变化趋势为慢速湿润（SW） > 预湿润后扰动（WS） > 快速湿润（FW）,即小生境土壤团聚体最大破坏机制为大雨或暴雨时快速湿润FW产生的消散作用,团聚体稳定性同样以石槽最好,土面最差,石土面次之。相关性分析显示,LB法测定的MWD均与湿筛法的WR_>0.25呈显著正相关,与PAD呈显著负相关,即LB法和湿筛法具有良好的相关性,LB法用于测定喀斯特地区土壤团聚体稳定性是可行的（P<0.05）。LB法FW处理的MWD值与有机质呈显著正相关,即有机质对团聚体稳定性有重要影响;全氮、全磷、全钾与WR_>0.25、SW处理的MWD值呈显著正相关,与PAD呈显著负相关,即稳定的团粒结构对养分蓄积有正向效应（P<0.05）。综合不同测定方法的结果表明,土面、石土面易造成土壤流失,应加强雨季对喀斯特生态脆弱区土面、石土面小生境的防护。     

土壤团聚体固碳的研究方法

增加土壤有机碳含量对维持土壤肥力和农业可持续发展,缓解温室气体增加和全球气候变化的影响具有重要意义.土壤团聚体是土壤的重要组成部分,影响着土壤的各种物理化学性质.土壤团聚体对土壤有机碳的物理保护是土壤碳固定的重要机制.本文综述了土壤团聚体对有机碳的固定作用,土壤团聚体固碳机制研究的经典方法和现代常规方法,并且针对研究中存在的问题探讨了今后的发展趋势.     

干旱区典型盐生植物群落土壤团聚体组成及有机碳分布

以干旱区玛纳斯河流域扇缘带为研究区,分析了花花柴(Karelinia caspia)、雾冰藜(Bassia dasyphylla)、梭梭(Haloxylon ammodendron)和柽柳(Tamarix ramosissima)4个典型盐生植物群落土壤团聚体的组成及有机碳分布。研究表明:不同植物群落土壤团聚体均以0.25—0.053 mm粒径为主,占了46.7%—74.6%,且与其他粒径差异显著(P0.05),0.25 mm和0.053mm粒径土壤团聚体含量较少,仅占7.8%—43%。梭梭群落0.25 mm团聚体平均含量较高,达32%。不同植被群落土壤总有机碳介于2.01—8.73 g/kg之间,不同粒径团聚体有机碳介于1.70—13.68 g/kg之间。不同群落之间,梭梭和柽柳群落总有机碳和团聚体有机碳含量均相对较高,且随着土层深度下降而下降。不同粒径之间,有机碳含量在0.25—0.053 mm粒径最低,在0.25 mm和0.053 mm粒径中最高,呈现"V"型分布且差异显著(P0.05)。0.25—0.053 mm团聚体中有机碳含量的贡献率最高,达43.43%,而0.053 mm粒级贡献率较低,但有机碳含量较高,说明了小粒径团聚体对有机碳保护能力较强。土壤有机碳含量与0.25—0.053 mm团聚体含量呈显著负相关(P0.05)。而从整体来看,梭梭群落0.25 mm团聚体比例较高,且土壤有机碳和团聚体有机碳含量也较高,说明了在该研究区,梭梭群落聚集土壤养分能力较强,相对其他群落更有利于土壤有机碳的积累。     

气候和林分类型对土壤团聚体有机碳的影响

该研究选择我国分布于亚热带、暖温带和寒温带的三个样点8种林分(包括阔叶林、混交林和针叶林)下表层0~20 cm的土壤为研究对象,利用干筛法进行大团聚体和微团聚体分级,测定了各团聚体组分的有机碳量和有机碳百分比,并分析他们与气候、植被和土壤环境变量之间的关系。结果表明:土壤大团聚体和微团聚体有机碳量都受到气候的显著影响,表现为土壤大团聚体和微团聚体有机碳量随年均温的增高而降低,经分析这与低温抑制土壤微生物分解活动有关。土壤团聚体有机碳百分比受到林分类型的影响显著,表现为阔叶林土壤团聚体有机碳百分比高于针叶林,这与林分凋落物的质量有关。此外,土壤pH值和土壤质地也影响土壤团聚体有机碳百分比。这表明气温上升和人为干扰导致的林分类型改变都可能引起土壤团聚体有机碳的下降,加剧气候变化。该研究结果有助于了解土壤团聚体有机碳的变异规律,为预测全球变化下土壤有机碳响应提供数据支持。     

喀斯特峰丛洼地不同土地利用类型土壤有机碳和氮素分布特征

为探讨喀斯特峰丛洼地景观类型表层土壤和土壤剖面有机碳和氮素的分布特征,在广西壮族自治区环江毛南族自治县采集典型景观类型耕地、退耕还草地、退耕还林地和林地表层样品及耕地、退耕还草地、退耕还林地剖面样品,进行了系统的分析。结果表明:林地土壤土层浅薄,但其表层土壤有机碳和全氮含量平均高达46.14和4.87g·kg-1,耕地土壤有机碳和全氮含量为13.96和1.88g·kg-1,退耕还林地表层土壤有机碳和全氮含量比耕地明显提高,退耕还草地比耕地略高;耕地0～40cm和退耕还草地0～30cm土壤有机碳和全氮含量随剖面深度增加急剧下降,耕地40～100cm和退耕还草地30～100cm则缓慢下降,退耕还林地土壤厚度一般小于1m,土壤有机碳和全氮含量在整个剖面均随深度增加急剧下降;说明地形、人类活动和土层厚度等影响表层土壤有机碳和全氮含量,其中地形和人类活动是关键影响因子;植被类型影响土壤有机碳和全氮的剖面分布,退耕还林(草)使土壤有机碳和氮储量增加。     

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。     

不同年限旱砂田土壤团聚体及其有机碳分布特征

以长期定位试验5、10、15、20、30年旱砂田为研究对象,研究了不同年限旱砂田土壤团聚体及其有机碳的分布特征.结果表明:旱砂田土壤团聚体含量随粒级减小表现出“降-升-降”的变化趋势,10年以内旱砂田以>5 mm粒级团聚体为主,15年以上旱砂田以0.05～0.25 mm粒级团聚体为主,>0.25 mm团聚体含量(R_0.25)和团聚体平均质量直径(MWD)均随着覆砂年限的延长而减小.不同年限旱砂田土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒级减小而增加,各粒级土壤团聚体有机碳含量、团聚体对有机碳的贡献率及团聚体有机碳储量均随着覆砂年限的延长和土层的加深而降低,>1 mm粒级团聚体有机碳对长期旱砂田有机碳变化响应敏感.10、15、20、30年较5 年旱砂田团聚体有机碳储量在0～10 cm土层分别降低了8.0%、24.4%、27.5%和31.4%,10～20 cm土层分别降低了1.4%、15.8%、19.4%和21.8%.综上所述,旱砂田土壤固碳能力随种植年限延长而降低,需加强15年以上旱砂田的土壤培肥工作.     

黄土高原不同植被带土壤团聚体有机碳和酶活性的粒径分布特征

为探究土壤中各粒级团聚体不同形态有机碳和酶活性的分布特征,以黄土高原延河流域森林带、森林草原带、草原带土壤为对象,研究了不同粒级团聚体总有机碳、易氧化碳和腐殖质碳含量,以及纤维素酶、β-D葡糖苷酶、过氧化物酶、蔗糖酶和脲酶活性,分析了土壤团聚体有机碳及其组分与酶活性之间的相关关系.结果表明： 3种植被带土壤团聚体有机碳及其组分含量表现为森林带＞草原带＞森林草原带,3种形态有机碳含量在0.25～2 mm粒径均最高;不同植被带土壤团聚体有机碳及其组分含量和酶活性在0～10 cm土层大于10～20 cm土层;3种植被带纤维素酶、β-D葡糖苷酶、蔗糖酶和脲酶活性表现为森林带＞草原带＞森林草原带,过氧化物酶活性表现为森林带＞森林草原带＞草原带;3种植被带土壤中各种酶活性随着粒径的减小呈递增趋势.土壤纤维素酶、过氧化物酶、蔗糖酶和脲酶活性与团聚体各种形态碳含量均呈显著正相关.
     

宁夏典型天然草地土壤团聚体稳定性及其有机碳分布特征

土壤团聚体作为土壤结构的基本单元和土壤有机碳存在的重要场所,对维系土壤质量和生态环境可持续发展具有重要作用。为探究宁夏天然草地土壤团聚体稳定性及其有机碳分布特征,以宁夏4种典型的天然草地（草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原）为研究对象,系统开展研究。结果表明：草甸草原、温性草原和草原化荒漠各粒级机械团聚体和水稳性团聚体含量均呈现随粒径减小而先减小后增大趋势,荒漠草原机械团聚体含量呈现随粒径减小而先减小后增大的趋势,水稳性团聚体含量呈现随粒径减小逐渐增大的趋势;且草甸草原和温性草原机械稳定性和水稳性团聚体在0-10 cm、10-20 cm和20-40 cm 3个土层均以>0.25 mm大团聚体为主,草原化荒漠和荒漠草原水稳性团聚体均以<0.25 mm的微团聚体为主。4种草地类型机械团聚体和水稳性团聚体MWD和GMD,以及各粒级土壤团聚体有机碳含量均表现为草甸草原和温性草原显著高于草原化荒漠和荒漠草原。草甸草原和温性草原在3个土层深度均以>0.25 mm的大团聚体对有机碳的贡献率最高,分别达到43.86%、59.26%、58.89%和58.02%、54.03%、57.15%;草原化荒漠和荒漠草原在3个土层深度,均以<0.25 mm的微团聚体贡献率高,分别达到了60.37%、55.86%、54.33%和75.61%、78.34%、78.74%。结果表明：草甸草原和温性草原较草原化荒漠和荒漠草原土壤团聚体稳定性更高,更有利于土壤有机碳累积。     

桂西北喀斯特峰丛洼地不同植被恢复方式下土壤有机碳组分变化特征

植被恢复被认为是提升退化区域土壤有机碳（SOC）固持的有效措施。然而,喀斯特脆弱生态系统植被人工恢复和自然恢复模式下SOC不同组分变化特征、稳定性和固持能力的研究还较缺乏。以典型喀斯特峰丛洼地为研究区,以耕地为对照,以恢复15年的人工恢复（人工林）和自然恢复（耕地撂荒后植被自然演替为灌丛）为研究对象,分析不同植被恢复模式下SOC、颗粒态有机碳（POC）、矿质结合态有机碳（MOC）、易氧化态有机碳（ROC）、惰性碳指数（RI）和SOC相对固持能力（SCS_capacity）变化特征。结果发现：（1）人工林和灌丛SOC、POC和ROC含量显著高于耕地,且灌丛POC和ROC含量显著高于人工林,MOC则在三者之间差异不显著;（2）与耕地相比,人工林和灌丛RI显著下降,但SCS_capacity差异不显著。研究表明,桂西北喀斯特峰丛洼地植被恢复15年后主要提升土壤活性碳组分,且自然恢复比人工恢复更有利于于提升土壤活性碳组分;然而,耕地退耕后短期内土壤碳稳定性并未增加,强调植被恢复后避免再次毁林开荒对于维持土壤碳固持的必要性。     

火烧迹地不同恢复方式土壤有机碳分布特征

以大兴安岭1987年重度火烧后恢复的兴安落叶松人工林、樟子松人工林、人促杨桦林和天然次生杨桦林为对象,研究不同恢复方式林分土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳的分布特征.结果表明: 4种恢复方式林分的土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳分别为9.63～79.72 g·kg^-1、33.21～186.30 mg·kg^-1和200.85～1755.63 mg·kg^-1,且随土层深度增加而降低.不同恢复方式间土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳差异显著,以人促杨桦林最高,兴安落叶松人工林和天然次生杨桦林次之,樟子松人工林最低.各恢复方式林分的土壤微生物熵为1.1%～2.3%,以人促杨桦林最高,樟子松人工林最低,不同林分土壤微生物熵的垂直分布特征不同.土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、土壤可溶性有机碳含量均呈显著正相关.人促杨桦林土壤有机碳活性高于其他林分,火烧迹地采用人工促进天然恢复的方式较人工恢复和天然恢复的土壤碳循环能力更强.