农业土地利用方式对华北平原土壤有机碳组分和团聚体稳定性的影响

作为土壤质量的重要指标,土壤有机碳及其组分在土壤许多物理、化学和生物特性中发挥着重要作用。以在华北平原具有代表性的禹城市作为研究区域,系统研究和分析了该地区不同农业土地利用对土壤有机碳组分和团聚体稳定性的影响。结果表明：与传统小麦．玉米轮作的粮田相比,果树和苜蓿栽培明显增加了土壤总有机碳（TOC）和总氯（TN）含量,同时也显著提高了土壤易氧化有机碳（EOC）、颗粒有机碳（POC）、轻组有机碳（LFOC）和水溶性有机碳（WSOC）含量和分配比例。果园土壤微生物生物量C（MBC）和可矿化碳（MNC）较传统粮田的土壤分别增加了34．0．5％和66．3％。果树栽培还明显增加了土壤〉250μm水稳性团聚体（WSA）的含量,同时减少了土壤粘粒分散率（CDR）。苜蓿栽培也显著提高了土壤MBC和MNC含量以及团聚体稳定性。温室大棚栽培前期（2-3a）的土壤TOC和TN较传统粮田略有增加,但随着耕作历史的增加,土壤TOC和TN呈现逐年下降的趋势。与传统粮田相比,温室大棚内的土壤LOC,POC,LFOC和WSOC含量与比例均有明显下降,这种下降幅度随栽培历史的延长而明显增加。7-10a温室大棚栽培的土壤EOC,POC,LFOC和WSOC含量较传统粮田分别下降了31．3％,41．7％,35．6％和42．1％。温室大棚栽培的土壤MBC和MNC较传统粮田的土壤平均分别低15．9％和10．1％。温室大棚栽培,特别是长期栽培降低了土壤中〉250μm水稳性团聚体的含量和粘粒的稳定性。相关分析表明,土壤〉250vm水稳性团聚体的含量与所测定的有机碳组分含量皆成明显的正相关,特别是POC,LFOC和MBC与WSA达到极显著相关,相关系数分别为0．912,0．893,0．856。这表明,土壤POC,LFOC和MBC对维持土壤团聚体稳定性具有更为重要意义。     

土地利用方式对土壤活性碳库和碳库管理指数的影响

以江西省安福县15年利用历史的撂荒地和3种林地(毛竹人工林、木荷次生林、杉木人工林)等土地利用方式为研究对象,探讨土地利用方式对活性有机碳库以及碳库管理指数的影响。结果表明:(1)不同样地土壤活性有机碳库的大小顺序为毛竹人工林(14.56 t·hm-2)木荷次生林(14.41 t·hm-2)杉木人工林(13.39 t·hm-2)撂荒地(9.53 t·hm-2),3种林地均显著高于撂荒地。(2)土地利用方式转变成林地后土壤总有机碳含量、活性有机碳含量、稳定态碳含量、碳库指数均有大幅度提高,木荷次生林土壤碳库活度、碳库活度指数值均最大,毛竹人工林氧化稳定系数最大,以撂荒地作为参考计算出不同土地利用方式土壤碳库管理指数值,排列顺序为:木荷次生林(184.61)毛竹人工林(172.58)杉木人工林(150.50)撂荒地(100)。(3)林地对土壤更具有培肥作用,处于良性管理状态,尤其以木荷次生林最佳。     

滇南喀斯特断陷盆地土地利用方式对土壤有机碳及其活性组分的影响

土地利用方式是影响土壤有机碳库的重要因素,为探究喀斯特断陷盆地土壤有机碳库对土地利用方式及环境因素的响应,以滇南喀斯特地区5种典型土地利用方式(耕地、草地、灌丛、人工林、天然林)为研究对象,分析不同土地利用方式土壤有机碳(SOC)及活性有机碳(LOC)组分,即可溶性有机碳(DOC)、易氧化性有机碳(EOC)及微生物量碳(MBC)的含量、储量及分配比例在土壤垂直剖面(0-60 cm)的变化特征。结果表明：5种土地利用方式的SOC含量随土层深度的增加逐渐降低,其储量依次为灌丛(191.77 t/hm²)、草地(166.86 t/hm²)、耕地(142.47 t/hm²)、人工林(134.31 t/hm²)和天然林(102.62 t/hm²);EOC和MBC的平均含量及储量均以草地及灌丛最高、人工林及天然林次之,二者在土壤垂直剖面上与SOC含量的变化特征一致,但EOC和MBC含量在土层间的下降幅度大于SOC;土地利用方式和土层深度对DOC无显著影响(P>0.05);活性有机碳的分配比例受土地利用方式及土层深度的显著影响(P<0.01),其中人工林的EOC/SOC和MBC/SOC显著低于草地、灌丛及天然林。通径分析指出SOC和EOC主要受C/P比、全磷、砂粒和交换性钙的影响,砂粒和C/P比是影响MBC的主要因子。研究阐明在喀斯特断陷盆地地区EOC和MBC对土地利用方式的响应比SOC更敏感。另外,今后在土壤碳库的研究中应更多关注土壤磷和物理结构对其的影响。     

缙云山不同土地利用方式土壤有机碳组分特征

探讨了我国西南地区缙云山亚热带常绿阔叶林(以下简称林地)、果园、坡耕地以及撂荒地4种土地利用方式对土壤有机碳(SOC)组分含量及其分配比例的影响。采用物理分组技术,将SOC分为粗颗粒有机碳(cPOC)、细颗粒有机碳(fPOC)、微团聚体内颗粒有机碳(iPOC)、微团聚体内粉+黏颗粒(s+c_m)有机碳及粉+黏颗粒(s+c)有机碳。研究结果表明:在0—60cm的土壤深度范围内,SOC、cPOC、fPOC、iPOC、s+c_m组分以及s+c组分有机碳平均含量均为林地(9.02、3.14、1.61、0.33、0.42、3.53g/kg)显著高于果园(3.27、0.93、0.27、0.10、0.24、1.73g/kg)和坡耕地(2.58、0.51、0.10、0.12、0.08、1.77g/kg),说明林地开垦会导致SOC及各组分的流失;而撂荒地上述SOC及其各组分含量分别为14.90、5.17、2.36、0.42、0.59和6.36g/kg,均显著高于坡耕地,表明耕地撂荒后SOC及其组分能得到有效的恢复和截存。在SOC的各物理组分中,iPOC的有机碳分配比例最低,4种土地利用方式下均为3%左右;cPOC和fPOC作为活性较强的非保护有机碳库,在林地和撂荒地中所占SOC分配比例最高,达到50%以上;而果园和坡耕地中53um的粉+黏颗粒有机碳组成的化学保护有机碳库分配比例最大,分别为65.9%和71.6%,表明林地和撂荒地土壤有机碳的活性远远大于坡耕地及果园,支持更高的土壤肥力。在SOC及其组分中,fPOC可作为评估土地利用变化对土壤有机碳库影响的良好指标。     

关中平原作物秸秆不同还田方式对土壤有机碳和碳库管理指数的影响

以关中平原持续4年的小麦、玉米（麦玉）秸秆还田中长期定位试验为基础,研究了麦玉秸秆9种不同还田方式对土壤总有机碳（TOC）、活性有机碳（LOC）含量和活性有机碳分配比例（LOC/TOC）、总有机碳储量（SCS）及碳库管理指数（CPMI）的影响.结果表明： 麦玉秸秆还田均可显著提高土壤（0～30 cm）TOC、LOC含量和SCS,且土壤有机碳主要集中于耕层（0～20 cm）;麦玉秸秆双季还田的TOC、LOC含量和SCS显著高于单季还田和双季均不还田,其中,与双季均不还田相比,小麦秸秆粉碎还田 玉米秸秆深松还田的TOC、LOC含量和SCS提高幅度最显著.在0～10和10～20 cm土层中,小麦秸秆粉碎还田 玉米秸秆深松还田的CPMI显著高于其他处理,其中,小麦秸秆粉碎还田较其不还田可使CPMI提高19.1%和67.9%,玉米秸秆深松还田较其不还田可提高22.6%和32.4%.相关性分析显示,CPMI较LOC/TOC更能有效表征0～30 cm土层土壤有机碳的固持和转化关系.从提高本地区土壤有机碳固持量角度来看,小麦秸秆粉碎还田 玉米秸秆深松还田为最佳还田方式.     

秸秆管理和施肥方式对绿洲棉田土壤有机碳库的影响

通过监测绿洲滴灌棉田不同秸秆管理和施肥方式下土壤有机碳库及碳库组分的变化,可揭示农田管理措施对棉田土壤有机碳库的调节机制,为干旱区提高农田土壤生产力以及农业固碳减排措施的制定提供科学依据.试验采用裂区设计,以秸秆还田(S)和秸秆不还田(NS)2种秸秆管理方式为主区,4种施肥处理为副区:包括不施肥(CK)、单施氮磷钾化肥(NPK)、单施有机肥(OM)和氮磷钾化肥与有机肥混施(NPK+OM).结果表明: 施肥和秸秆还田均显著增加了土壤有机碳库,提高了有机碳(C_T)、易氧化有机碳(C_L)、微生物生物量碳(C_MB)、水溶性有机碳(C_WS)、热水溶性有机碳(C_HWS)的含量和有机碳累计矿化量(C_TM)及碳库管理指数(CMI).秸秆还田较秸秆不还田土壤有机碳库提高了20.6%;处理NPK、OM、NPK+OM分别较CK提高了7.8%、29.5%、37.7%.不同施肥处理下C_T、C_L、C_MB、C_WS、C_HWS均表现为NPK+OM>OM>NPK>CK.秸秆还田较秸秆不还田C_TM提高了5.9%;NPK、OM、NPK+OM处理较CK分别提高了32.7%、59.5%、97.3%.对CMI与SOC及其组分间的相关性分析表明,CMI与C_T、C_MB、C_L、C_WS、C_HWS、C_TM、C库、固碳潜力均呈极显著相关关系,因此, CMI是评价绿洲棉田管理措施对土壤质量影响的重要指标.在干旱区建设高标准绿洲农田,发展棉花生产,采用秸秆还田和有机无机肥配施等农业技术措施,不仅能增加土壤有机碳及活性组分的含量,培肥地力,而且能促进土壤固碳,有利于农业资源高效利用和可持续发展.     

华北低丘山地不同土地利用方式下土壤团聚体及其有机碳分布特征

土地利用变化影响土壤团聚性及有机碳分布,进而改变土壤碳循环过程。对太行山南部50年刺槐人工林（R50）、17年刺槐人工林（R17）、自然恢复林（NR）和农田（CL）等不同土地利用方式下的表层土壤（0-20 cm）进行了系统研究,利用湿筛法对土壤团聚体进行分级,并计算土壤结构稳定性参数（平均重量直径MWD,团聚体比例AR）及不同粒径团聚体有机碳贡献率,进而分析弃耕后土壤团聚体分布及团聚体有机碳含量变化。结果表明,土地利用方式对土壤团聚体粒径分布及团聚体有机碳含量有显著影响,自然恢复林与刺槐林的大团聚体（>0.25 mm）含量都高于农田,且自然恢复林的大团聚体增加更显著。MWD的计算结果表明：自然恢复林 > 刺槐人工林 > 农田,说明该区域的自然恢复方式更容易促进大团聚体的形成,并显著改良土壤结构及增强土壤团聚体稳定性。弃耕后,不同土地利用方式0-10 cm土层各粒径团聚体有机碳含量均高于农田,且团聚体有机碳含量与团聚体稳定性呈正相关。这些结果说明,研究区域的自然植被恢复和人工造林都可以显著提高土壤的固碳能力,且储存的有机碳主要存于大团聚体中,而农田的有机碳大都存于粘粒+粉粒团聚体中。自然植被恢复和人工造林均提高了土壤结构稳定性,是改善团粒结构、提高土壤质量的有效方式。     

浙江天童土地利用方式对土壤有机碳矿化的影响

以浙江天童地区的栲树群落为参照,选择了木荷林、灌丛、马尾松林、杉木林、金钱松林、竹林、茶园和裸地等土地利用类型,测定了土壤有机碳含量,以及在25 ℃和60%饱和含水量条件下培养33 d的有机碳矿化速率.结果表明:土壤有机碳含量与矿化速率均以常绿阔叶林最高,针叶林、竹林和茶园次之,裸地最低;相反,土壤有机碳矿化释放的CO2-C比例以栲树林最低.可见,常绿阔叶林土壤的固碳能力高于其它类型,常绿阔叶林被改为其它类型后,土壤有机碳含量和矿化速率显著下降.     

土地利用方式转变对赣中地区土壤活性有机碳的影响

选取江西省安福县15年撂荒地和3种林地(毛竹林人工林、木荷次生林、杉木人工林),研究土地利用方式改变对土壤有机碳库以及活性有机碳的影响.结果表明：不同样地的土壤总有机碳、微生物生物量碳、热水浸提有机碳和易氧化态碳均表现为毛竹人工林>杉木人工林>木荷次生林>撂荒地;与对照(撂荒地)相比,3种林地的土壤有机碳含量、碳储量及活性有机碳含量均随土壤深度增加而递减,表层富集现象明显;不同土壤活性有机碳的分配比例明显不同,其中,土壤易氧化态碳占总有机碳的比例最大,微生物生物量碳所占比例最小,土壤总有机碳、微生物生物量碳、热水浸提有机碳和易氧化态碳间的相关性均达到极显著水平.后三者表征了土壤中活性较高部分碳的含量,对土地利用方式的响应较敏感,可以作为评价赣中地区土壤质量和肥力的指标之一.     

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。     

Soil organic carbon changes as influenced by agricultural land use and management: a case study in Yanhuai Basin, Beijing, China

The effects of agricultural land use and management practices on soil organic carbon (SOC) are of great concern. In this study, SOC changes were investigated in sandy loam soils (Ustochrepts, USDA Soil Taxonomy) under orchard, vegetable, corn (Zea maize L.), and soybean (Glycine max L.) cultivation in northern China. The corn fields were further classified into three categories based on their inputs, i.e. high-input, mid-input, and low-input corn fields. In April 2005, a total of 197 soil samples were collected from 42 soil sites within 100 cm soil depth in Yanhuai Basin, Beijing, China. SOC contents were determined using rapid dichromate oxidation, and ANOVA statistical analysis was used to test the significances between land use and management practices at p<0.05. The results showed that: (1) the effects of land use and management practices on SOC primarily occurred within the topsoil (0–25 cm), and the SOC contents sharply decreased with the increase in soil depth. (2) SOC content and density values of orchard, vegetable, and high-input corn fields were higher than those of soybean, mid- and low-input corn fields.     

Soil organic carbon changes as influenced by agricultural land use and management: a case study in Yanhuai Basin, Beijing, China

The effects of agricultural land use and management practices on soil organic carbon (SOC) are of great concern. In this study, SOC changes were investigated in sandy loam soils (Ustochrepts, USDA Soil Taxonomy) under orchard, vegetable, corn (Zea maize L.), and soybean (Glycine max L.) cultivation in northern China. The corn fields were further classified into three categories based on their inputs, i.e. high-input, mid-input, and low-input corn fields. In April 2005, a total of 197 soil samples were collected from 42 soil sites within 100 cm soil depth in Yanhuai Basin, Beijing, China. SOC contents were determined using rapid dichromate oxidation, and ANOVA statistical analysis was used to test the significances between land use and management practices at p<0.05. The results showed that: (1) the effects of land use and management practices on SOC primarily occurred within the topsoil (0–25 cm), and the SOC contents sharply decreased with the increase in soil depth. (2) SOC content and density values of orchard, vegetable, and high-input corn fields were higher than those of soybean, mid- and low-input corn fields.     

不同土地利用类型下土壤活性有机碳库的变化

分析了中国科学院沈阳生态试验站不同土地利用类型长期定位试验土壤0～40cm活性有机碳含量,结果表明:0～20cm土层内荒地土壤有机碳、易氧化碳、微生物生物量碳、溶解性有机碳和轻组有机碳含量高于割草地和裸地,而割草地颗粒有机碳含量略高于荒地;在20～40cm土层,割草地土壤有机碳、易氧化碳和颗粒有机碳含量较高,而荒地微生物量碳、溶解性有机碳和轻组有机碳含量较高。不同土地利用类型土壤活性有机碳含量均随着土层加深而递减。土壤微生物量碳、溶解性有机碳和轻组有机碳的分配比例为荒地>割草地>裸地,易氧化碳和颗粒有机碳的分配比例为割草地>荒地>裸地。土壤活性有机碳的分配比例随土层加深而下降,但溶解性有机碳的分配比例变化趋势相反。     

深圳市不同土地利用类型土壤有机碳与密度特征

土壤碳库变化对于全球温室效应、全球碳循环有重大的影响.城市土壤是全球碳循环的重要环节,城市化对城市土壤有机碳库的影响不容忽视.在野外调查和样品分析的基础上,对深圳市0～10、11～20、21～30cm深度不同土地利用类型土壤有机碳碳含量、密度及分布特征进行实测统计分析.结果表明:(1)深圳市不同土地利用类型0～30cm土壤有机碳含量均值介于0.72～40.52g·kg^-1.土壤有机碳密度均值介于0.27～13.36kg·m^-2.(2)土壤有机碳含量与密度随土层深度的增加而降低.0～10cm土壤有机碳含量均值介于1.56～71.88g·kg^-1,有机碳密度均值介于0.18～7.05kg·m^-2之间;11～20cm土壤有机碳含量均值介于0.59～36.79g·kg^-1,土壤有机碳密度均值介于0.09～4.5kg·m^-2,21～30cm土壤有机碳含量均值介于0～12.90g·kg^-1,土壤有机碳密度均值介于0～1.78kg·m^-2.(3)林地土壤有机碳含量和密度随着海拔高度的升高而降低,城市建设用地与闲置土地土壤有机碳含量与密度很低.(4)土地利用方式的变化可以改变有机碳在土壤中的贮存与分布.     

不同土地利用对土壤有机碳储量及土壤呼吸的影响

为了探讨土地利用方式对土壤碳储及土壤呼吸的影响,对安徽沿淮洼地杞柳纯林、杞柳-杨树混交林及杨树纯林3种不同土地利用方式下土壤有机碳储量及土壤呼吸特点进行了比较。结果表明:杞柳纯林、杞柳-杨树混交林、杨树纯林0～30cm土壤有机碳含量分别为6.80、8.50和7.71g·kg-1,土壤有机碳密度分别为2.88、3.26和2.95kg·m-2,土壤有机碳含量和土壤碳密度随土层深度的增加而降低。不同土地利用类型土壤呼吸年平均值分别为1.68μmol·m-2·s-1(杞柳纯林)、2.33μmol·m-2·s-1(杞柳-杨树混交林)、1.61μmol·m-2·s-1(杨树纯林),土壤呼吸日均值最高出现在夏季(6.64μmol·m-2·s-1),最低为冬季(0.13μmol·m-2·s-1)。相关分析表明,土壤呼吸速率与地表气温之间呈显著的指数关系,杞柳纯林、杞柳-杨树混交林、杨树纯林的相关系数R2分别为0.71、0.62、0.54。杞柳-杨树混交林较杞柳纯林有利于土壤有机碳的固定,杞柳纯林土壤有机碳储量偏低,与其粗放经营有关。在今后的栽植管理中,应采取合理的耕作施肥措施,在提高土壤肥力的同时增强土壤的碳固定。     

1980-2010年北京市农用地碳储量对土地利用变化的响应

分析北京市农用地碳储量对土地利用变化的响应,对快速城市化和工业化区域及全国农用地低碳利用调控具有重要意义。利用1980年第二次土壤普查数据与2010年测土配方施肥项目成果土壤数据核算北京市农用地表层土壤碳储量,利用生物量遥感信息（NDVI）模型反演林地、草地植被碳储量,对北京市土地利用变化造成的农用地碳储量变化进行研究,结果表明：1）1980-2010年,北京市农用地碳储量由75.29 Tg-C增至81.13Tg-C,增加5.83 Tg-C,其中,土壤碳储量减少7.51 Tg-C,植被碳储量增加13.34 Tg-C;2）30年间,北京市农用地面积减少14.11×10⁴ hm²,其中,耕地流失最为显著,主要去向为建设用地和林地,林地面积略有增加;3）北京市用地类型保持不变的农用地土壤碳储量减少297.63×10⁴ t,植被碳储量增加1095.21×10⁴ t,共计增加797.58×10⁴ t,其中,用地类型保持不变的耕地、林地碳储量增加,草地碳储量减少;4）30年间,土地利用类型转化使北京市农用地土壤碳储量减少75.71×10⁴ t,植被碳储量增加212.49×10⁴ t,共计增加136.78×10⁴ t,其他用地类型转为林地使碳储量增加,有利于碳汇的形成,林地转出为其他用地类型均会造成一定碳排放;5）平原造林、退耕还林等工程有利于增加北京市农用地固碳量。未来北京市可通过控制农用地面积减少量,优化农用地内部结构,降低用地类型间的转换频率以提高农用地碳储量。研究可为其他区域及全国在快速城市化工业化过程中提升农用地碳储量提供一定参考。     

城市湿地转变为不同土地利用类型后土壤碳氮分布特征

以安徽省蚌埠市龙子湖湿地为研究区,选择由湿地退化形成的林地、公园绿地、耕地、水产养殖地、防护林带5种土地利用类型为研究对象,分析土壤中总有机碳(TOC)、全氮(TN)含量,颗粒有机碳(POC)、颗粒有机氮(PON)含量与分配比例,以及土壤碳氮比(C/N)和颗粒组分碳氮比(POC/TOC),研究不同人为干扰强度和干扰形式下土壤碳氮的分布特征.结果表明: 林地、水产养殖地、耕地土壤中TOC呈现出表聚性,公园绿地和防护林带各土层间TOC含量无显著差异;5种土地利用类型土壤POC、TN、PON呈现出表聚性;受人为干扰程度较强的公园绿地和防护林带POC分配比例较高,耕地和水产养殖地受到的人为干扰也较强烈,但其POC分配比例与受人为干扰较弱的林地相当,说明除干扰强度外,干扰的形式也可能是影响POC分配比例的重要因素;林地C/N随土层深度增加而逐渐降低,公园绿地、耕地和防护林带C/N随土层深度增加变化不显著,除林地和耕地外,其他土地利用类型土层深度对POC/TOC的影响不显著.