西南喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳分布特征及其影响因素

喀斯特石漠化已成为制约我国西南地区社会经济可持续发展最严重的生态地质环境问题,其恢复重建已成为我国社会经济建设中一项重要内容。土壤有机碳作为土壤质量评价的重要指标,可以综合反映土地生产力、环境健康功能,另一方面土壤有机碳也间接影响了陆地生物碳库,是陆地生态系统碳平衡的主要因子,它的转化和积累变化直接影响全球碳循环动态,已成为生态科学领域研究的热点之一。系统的总结了西南喀斯特石漠化地区不同土地覆被/土地利用、不同等级石漠化环境土壤有机碳的空间和季节分布特征。结合前人研究成果,进一步分析了影响喀斯特石漠化地区土壤有机碳分布的自然(气候、地形与土壤性质、植被等)和人为(土地覆被/土地利用变化、农业管理措施等)各因素,并提出增加喀斯特石漠化地区土壤有机碳含量的对策。研究结果为喀斯特石漠化退化生态系统恢复重建、石漠化地区土壤综合利用、增加碳截存应对全球碳循环减源增汇等提供了重要的科学参考。     

贵州喀斯特石漠化过程中的土壤有机碳与容重关系

测定了不同石漠化等级的西南喀斯特生态系统的土壤容重和土壤有机碳.结果表明:西南喀斯特生态系统的土壤容重为0.91～1.37 kg cm-3,土壤有机碳含量变化较大,为8.1～58.9 g kg-1.在0～40 cm的土层中,没有发生石漠化的生态系统的有机碳储量达16.91 kg m-2,伴随着石漠化程度的加剧,土壤有机...     

西南喀斯特石漠化环境下土地利用变化对土壤有机碳及其组分的影响

土壤有机碳是喀斯特生态系统中碳转移的动力学媒介和碳流通的主要途径,土壤有机碳及其组分是土壤碳循环的重要组成部分,然而目前缺乏关于喀斯特地区土壤有机碳及其组分的研究。本研究以西南典型喀斯特石漠化区——贵州关岭花江6种典型土地利用方式下(花椒林、火龙果林、花椒火龙果混交林、圆柏林、圆柏女贞混交林和坡耕地)的土壤为研究对象,分析土地利用方式变化对土壤有机碳含量(SOC)和储量(SOCS)、土壤水溶性有机碳(WSOC)、易氧化有机碳(EOC)、颗粒有机碳(POC)、轻组有机碳(LFOC)及重组有机碳(HFOC)含量及其分配比例的影响。结果表明: 6种土地利用方式下SOC和SOCS均表现为圆柏林、圆柏女贞混交林和花椒林显著大于火龙果林、花椒火龙果混交林和坡耕地;在0～20 cm土层,土壤SOCS平均值为花椒林＞圆柏林＞圆柏女贞混交林＞坡耕地＞花椒火龙果混交林＞火龙果林。土壤WSOC、EOC、POC、LFOC和HFOC含量均表现为圆柏林、圆柏女贞混交林和花椒林大于其他3种土地类型。土壤SOC与其各组分(WSOC、EOC、POC、LFOC和HFOC)均呈显著正相关,且各组分两两之间也呈显著正相关。花椒林可作为中国西南喀斯特石漠化生态恢复和山地农业发展优先考虑的经济物种。土壤WSOC、EOC、POC、LFOC和HFOC可作为反映土壤有机碳库的有效指标。     

贵州喀斯特地区典型土壤有机碳垂直分布特征及其同位素组成

以贵州喀斯特地区两种主要土壤类型(石灰土和黄壤)为研究对象,通过测定土壤pH值、土壤有机碳(SOC)含量和植物优势种、枯枝落叶、土壤有机质的稳定同位素(δ13Csoc值)组成,探讨了该地区石灰土和黄壤剖面SOC垂直分布特征和δ13Csoc值组成差异。结果表明,与黄壤相比,石灰土剖面的SOC含量较高,石灰土剖面和黄壤剖面SOC含量变化范围分别在3.6～69.8和2.4～51.2g·kg-1。黄壤和黄色石灰土剖面SOC主要集中在0～20cm深度内,而黑色石灰土剖面从0～60cm逐步减少。黑色石灰土和黄壤剖面δ13Csoc值变化范围分别在-22.9‰～-21.5‰和-25.6‰～-22.4‰,前者较后者变化小。从剖面表土向下,黄壤剖面δ13Csoc值均出现逐步增加的趋势,而石灰土剖面δ13Csoc值从剖面表土向下出现上升-降低-不变的变化趋势。黄色石灰土剖面δ13Csoc值变幅较大,变化范围为-23.7‰～-18.2‰。在枯枝落叶转化为表层土壤有机质的过程中,石灰土剖面δ13Csoc值变幅高于黄壤。其中,黄壤剖面δ13Csoc值升高了2.6‰～3.0‰,石灰土剖面δ13Csoc值升高了5.5‰～6.3‰。上述结果揭示了SOC含量及其δ13C值随深度变化的差异,反映植物残体的输入及其在土壤中分解累积特征,有助于揭示SOC循环过程及规律和了解剖面土壤成土过程。     

中国南方喀斯特石漠化演替过程中土壤有机碳的响应及其影响因素分析

以中国南方典型喀斯特石漠化生态系统土壤为研究对象, 运用野外定点取样和实验室分析检测方法, 研究喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳分布特征及其影响因素; 运用空间代替时间方法, 探讨石漠化演替过程中土壤有机碳的响应及其机制, 旨在为中国南方喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建提供理论支撑。结果表明: 1)喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳含量较低, 三个研究区平均值分别为23.42、25.78 和26.03 g·kg–1; 2)不同等级石漠化环境土壤有机碳含量存在显著差异, 但土壤有机碳含量并不是随着石漠化程度增加而一直降低, 而是一个先降低后增加的趋势; 3)土壤有机碳与土壤特性有明显的相关性, 与土壤总氮、水解氮、速效钾、总孔隙度、自然含水量、毛管持水量、田间持水量和上层渗透性存在极显著地正相关, 与总磷、下层渗透性存在显著地正相关, 与容重存在极显著地负相关,而与pH、总钾、有效磷、土壤呼吸、毛管孔隙度、非毛管孔隙度无明显相关性; 4)土地覆被变化明显影响石漠化生态系统土壤有机碳含量, 而地貌的影响不明显。研究结果不仅对中国南方喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建具有重要的意义, 而且对应对全球变化碳循环的减源增汇同样具有重要的科学价值。     

环渤海地区土壤有机碳库及其空间分布格局的研究

土壤碳库的研究和管理以及土地利用变化对土壤碳库的影响已成为全球变化研究中的核心内容．本文利用第2次土壤普查时环渤海地区1374个土壤剖面资料,对该地区土壤有机碳库进行了估算,结果表明,整个环渤海地区1m深的土壤有机碳库为2．1PgC．进一步分析该区域各土壤类型的有机碳库发现,棕壤的有机碳库最大,占该区域总有机碳库的55．6％,其次为潮土,占26．9％,风沙土和暗棕壤的土壤有机碳库则很小,仅占0．1％以下．对不同土壤类型的碳密度比较发现,沼泽土的碳密度最高,为22．9kgC·m^-2,其次是暗棕壤,为16．04kgC·m^-2;而风沙土的碳密度最低,为2．88kgC·m^-2,再次是盐土,为6．0kgC·m^-2．可见土地风沙化和盐碱化将极大地降低土壤的有机碳．此外,该地区表层土壤中的碳储量为673．30TgC,即约占总碳储量三分之一的土壤碳易受人类活动的影响．该地区土壤有机碳的水平分布主要为沿海地区、平原地区、西北部地区和山地丘陵区4个区域,其碳密度由大到小依次为山地丘陵区(森林)>西北部地区(农牧区)>平原地区(农业)>沿海地区(裸地)．其分布规律不仅在一定程度上体现了气候和地形等因素的作用,而且充分反映了不同人类活动强度对土壤有机碳的影响．因此,加强该区域土地的保护和管理对于维护土壤有机碳和土地的持续利用极其重要．     

典型喀斯特小流域土壤有机碳和全氮空间格局变化及其对退耕还林还草的响应

基于定点回顾实验设计,通过对比分析2005年初(退耕还林还草初期)和2014年底典型喀斯特峰丛洼地小流域土壤碳氮格局变化,探讨石漠化治理工程实施后,植被恢复对土壤碳氮积累和碳氮空间格局的影响。研究结果发现:退耕还林还草10a后,示范区土壤有机碳(SOC)含量显著增加1.3g/kg,但土壤全氮含量无显著变化;就空间格局而言,退耕还林还草初期土壤碳氮高值聚类区主要分布在坡脚旱地和荒地(荒草)类型区,退耕还林还草10a后其高值聚类区主要分布在荒地(灌丛和荒草)类型区,而10a前后土壤碳氮的低值聚类区始终分布在洼地旱地类型区;2005年和2014年土壤有机碳半变异函数的拟合模型相同,均为球状模型,在退耕还林还草10a后空间异质性增强,土壤有机碳的空间格局受土壤母质和植被结构的影响增强;而土壤全氮半变异函数的拟合模型不同,由指数模型变为球状模型,在退耕还林还草10a后空间异质性减弱,土壤全氮的空间格局受随机因素影响增强。研究结果对石漠化区域土地利用结构的优化调整具有重要的科学参考和实践指导意义。     

西南喀斯特长期植被修复对土壤有机碳组分的影响

揭示西南喀斯特土壤有机碳分布积累及其组分构成对长期植被修复的响应规律和内在机理,可为喀斯特石漠化科学治理和阐明喀斯特植被修复的土壤碳汇效应提供科学依据。以西南典型喀斯特石漠化植被恢复区实施了28-31年的4种植被修复工程内的7种典型修复措施(人造乔木林:柏木和柚木种植;人造灌木林:花椒和火龙果种植;人造藤林:金银花种植;人工草地:砂仁和皇竹草种植)为研究对象,系统分析了土壤总有机碳、活性有机碳、缓效性有机碳和惰性有机碳分布积累对长期植被修复的响应。结果表明:(1)西南喀斯特长期植被修复显著改变了土壤有机碳及其组分的分布积累。人造乔木和藤本显著提升土壤有机碳及其各组分的分布积累,但人工种草不仅不能提高土壤有机碳的累积,反而在多数情况下降低了土壤总有机碳含量和储量以及土壤有机碳各组分含量。(2)西南喀斯特长期植被修复明显影响着土壤有机碳库组分结构。除人工种草外,植被修复显著提升了土壤有机碳库中缓效性有机碳的占比。人造花椒明显降低了土壤有机碳库中活性有机碳的占比。柏木种植显著增加了土壤有机碳碳库中的惰性有机碳的比例,而火龙果和砂仁种植明显降低了土壤有机碳碳库中的惰性有机碳的比例。(3)土壤总氮、总磷和容重与土壤有机碳及其各组分的分布积累具有极显著正/负相关,是长期植被修复背景下西南喀斯特土壤有机碳及其组分分布积累的主要影响因子。研究结果为西南喀斯特脆弱生态系统科学植被恢复,以及基于植被修复的土壤碳循环调控助力碳中和提供了科学理论依据。     

喀斯特石漠化过程中苔藓植物多样性及分布与环境关系

2012 年7 月对云南锅盖山喀斯特石漠化区进行野外调查, 共采集样品100 份, 采用经典形态分类法进行鉴定,分析了该区苔藓植物种类组成、物种丰富度、α 多样性指标、β 多样性指标、均匀度指数和石漠化过程中苔藓植物分布与主要环境因子的关系。结果表明: 该区有苔藓植物9 科17 属51 种; 山顶苔藓植物丰富度最高(0.595), 石芽区苔藓植物丰富度最低(–1.663), α 多样性指标和均匀度指数呈现出相同趋势: 石芽区到山脚明显增加, 其他样地间的变化不明显, β 多样性显示出物种从山腰到山顶变化最快, 群落从山脚到山腰变化变化最快; 不同石漠化等级区样地影响苔藓植物分布的主要环境因子为: 石芽区是干扰度和pH, 山脚和山腰是灌木度和草木度, 山上是海拔和乔木度。为该区喀斯特石漠化过程中苔藓植物分布状况提供参考, 并为保护喀斯特石漠化地区苔藓植物多样性提供基础数据。     

广西不同林龄喀斯特森林生态系统碳储量及其分配格局

基于广西喀斯特地区45块1000 m²样地的调查,研究幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林5个林龄阶段喀斯特森林植被与土壤碳储量的分配格局.结果表明: 广西不同林龄喀斯特森林总碳储量表现为幼龄林(86.03 t·hm^-2)＜近熟林(110.63 t·hm^-2)＜中龄林(112.11 t·hm^-2)＜成熟林(149.1 t·hm^-2)＜过熟林(244.38 t·hm^-2);各林龄阶段植被不同层碳储量分配均不同,乔木层所占比例占绝对优势,达到92.3%～98.7%,随林龄的增加而增长,灌木层、草本层、凋落物层所占比例分别为0.3%～1.9%、0.3%～1.2%和0.3%～2.5%,细根所占比例为0.3%～3.3%.土壤有机碳密度随土层深度的增加而递减,土壤层碳储量为51.75～81.21 t·hm^-2,所占生态系统比例为33.2%～66.2%,其随林龄的增大呈减小趋势.生态系统地上、地下部分碳储量分别为22.80～141.72和62.30～102.66 t·hm^-2,除过熟林外均为地下部分＞地上部分,地上碳储量随林龄的增大呈逐渐增加的趋势,地下碳储量的变化规律与土壤碳储量变化趋势一致.土壤层和乔木层为生态系统的主要碳库,二者所占比例达到了96%以上.     

西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤养分生态化学计量特征及其影响因素

喀斯特石漠化生态系统土壤养分元素生态化学计量特征及其对环境变异的生态响应是喀斯特退化森林生态系统恢复重建必需明确的关键科学问题。为探明喀斯特石漠化土壤C、N、P、K养分元素生态化学计量特征,探讨其对环境因子的响应,对西南喀斯特3个典型石漠化调查点(贵州毕节鸭池、清镇红枫湖和关岭-贞丰花江) 90个样方土壤及环境因子调查取样,研究了其土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)及全钾(K)的化学计量特征及其影响因素。结果表明:西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤C、N、P、K平均含量分别为45.61、2.54、0.79 g/kg和3.33 g/kg,计量比C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K平均值分别为19.56、65.07、23.65、3.45、1.32和0.39。4个土壤养分元素中,K元素表现明显高于其他元素的波动性。土壤养分含量及化学计量比在不同调查点、石漠化等级及植被覆盖率环境均有显著差异。无石漠化环境土壤养分C、N、P含量显著大于潜在、轻度、中度和强度石漠化,而强度石漠化环境土壤养分K含量却显著高于其他等级石漠化。土壤养分含量之间及其与化学计量比之间多具有显著的非线性相关关系。降水、温度、岩石裸露率和土地覆被是西南喀斯特石漠化生态系统土壤养分及其化学计量比最主要的影响因素。研究结果对丰富土壤生态化学计量学科学理论和我国西南喀斯特石漠化退化植被科学恢复具有重要意义。     

喀斯特石漠化区典型生境下石生苔藓的固土持水作用

为探究喀斯特石漠化区典型生境下石生苔藓植物的固土持水能力及影响因素,在其石生苔藓分布和形态特征基础上,深入探讨了不同生境下石生苔藓的固土持水效应。结果表明：（1）生境对石生苔藓植物的固土持水能力影响显著。草地中的宽叶真藓（Bryum funkii）固土量最高,为8.85×10³ kg/hm²,裸地中的美灰藓（Eurohypnum leptothallum）持水量最高,其最高持水量是自身干重的14倍。石生苔藓植物在裸地和草地中表现出较高的固土率,而在乔木林与草地下具有较好的持水率。（2）苔藓类型对固土持水能力存在显著性的影响。4种石生苔藓植物的固土率高低为宽叶真藓>尖叶对齿藓原变种（Didymodon constrictus var.constrictus）>卷叶湿地藓（Hyophila involuta）>美灰藓,且差异显著;4种苔藓植物的持水率强弱为美灰藓>宽叶真藓>卷叶湿地藓>尖叶对齿藓原变种。（3）石生苔藓植物的固土持水能力受自身功能性状和立地环境的综合影响,苔藓植物的固土率与干重存在显著的正相关关系,其持水量与干重和生物量间具有显著的正相关关系。综上,从固土持水和生态修复的角度出发,应加强裸地和草地两种生境的石漠化治理力度;可考虑将宽叶真藓和美灰藓作为喀斯特岩面生态恢复的先锋苔藓,其能有效解决喀斯特区石漠化大面积基岩裸露问题,提高喀斯特区水土保持效益。     

土壤非保护性有机碳对荒漠草原沙漠化的响应

沙化草地的恢复与重建是干旱半干旱区生态建设的重要内容,分析荒漠草原沙漠化过程中土壤非保护性有机碳分配比例的变异规律对于探讨沙化草地恢复机制具有重要的理论价值。以干旱、半干旱地区荒漠草原不同沙化阶段的土壤为研究对象,分析土壤粗颗粒有机碳、细颗粒有机碳、轻组有机碳含量和分配比例的分布特征、土壤非保护性有机碳转化为保护性有机碳的速率。结果表明:荒漠草原发生逆向演替后,土壤细颗粒有碳含量和分配比例表现为固定沙地荒漠草地半固定沙地流动沙地;粗颗粒有机碳含量表现为荒漠草地半固定沙地流动沙地固定沙地,粗颗粒有机碳分配比例表现为流动沙地半固定沙地荒漠草地固定沙地;轻组有机碳含量和分配比例递减。颗粒有机碳、轻组有机碳、土壤有机碳对草地沙漠化的敏感性不同,颗粒有机碳较轻组有机碳和土壤有机碳敏感性强,其中细颗粒有机碳较粗颗粒有机碳敏感性强。随着草地沙漠化程度的增强土壤非保护性有机碳分配比例呈下降趋势,表明草地沙漠化降低土壤质量。荒漠草地退化至流动沙地土壤非保护性有机碳转化为保护性有机碳的速率整体呈上升趋势。     

喀斯特石漠化过程土壤质量变化及生态环境影响评价

通过对贵州中部喀斯特地区进行植被调查与土壤样品分析 ,探讨石漠化过程中土壤质量变化及其对生态环境的影响。结果表明 :喀斯特石漠化过程中随着植物群落退化度的提高 ,土壤出现粘质化 ,有机质含量急剧下降 ,植物可利用的养分含量减少 ,提高了石漠化对生态环境影响的潜能 ;随着植被覆盖率下降、土地垦殖率增加 ,引起土壤质量明显退化 ,加剧了石漠化发生的强度和速度。石漠化区土壤有机质、物理性粘粒、有效氮磷钾含量与植被覆盖率、土地复垦率有显著的相关性 ,以这些参数作为评价指标 ,初步将喀斯特石漠化过程中土壤质量变化对生态环境潜在影响的程度分为 3个等级     

贵州喀斯特石漠化地区土地利用方式对土壤质量恢复能力的影响

喀斯特石漠化是一种与脆弱生态环境和人类活动相关联的土地退化过程,土地利用方式和人为生产经营活动方式及干扰程度对石漠化土壤质量的恢复和重建有明显影响。研究结果表明:林地、草地的有机质、全P和全K含量最高,分别是果树地和坡耕地的2.3、2.1、1.5倍和1.7、1.9、1.3倍,全氮量以草地最高,分别是其它利用方式的1.2~2.8倍,农地有机质含量仅次于林地和草地,石漠化地土壤营养元素最低。果树地和林地的微生物以细菌为主,分别占微生物总量的69.7%和73.3%,草地以固N菌为绝对优势,占微生物总数的33.0%,农地的放线菌多于草地、林地、果树地和坡耕地,石漠化地土壤微生物数量和多样性最低。经开垦利用后(坡耕地),喀斯特山区表层土壤颗粒砂化逐渐明显。石漠化区经过13a退耕还林后,植物多样性指数和均匀度分别由0.96和0.29提高了1.92和0.53,优势度由0.75降到0.36。采用合适的土地利用方式,辅于必要的生物措施,是恢复喀斯特石漠化地区土壤质量的有效途径之一。     

不同石漠化草地凋落物对土壤养分的贡献

凋落物是草地生态系统的重要组成部分和养分循环的重要途径,为探明草地凋落物对土壤养分的贡献,于2017年3月至2018年1月,采用土钻法、收集器法和分解袋法研究3种石漠化(潜在、中度和强度)草地凋落物的产量、组成、分解、养分释放及对石漠化的响应.结果表明:3种石漠化草地的凋落物组成以叶为主,占比84.39％—89.73％...     

黔西南石漠化过程中土壤胞外酶活性及其化学计量变化特征

为明确喀斯特石漠化过程中土壤胞外酶活性及其化学计量变化特征以及它们对环境变异的生态响应规律。该研究以5种不同石漠化程度的土壤生态系统为研究对象, 运用生态化学计量学理论与方法, 系统研究石漠化对6种胞外酶(β-1,4-葡糖苷酶(BG)、β-1,4-木糖苷酶(BX)和纤维素二糖水解酶、β-1,4-乙酰-葡糖胺糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AP))活性及其化学计量的影响, 并分析它们与环境因子之间的相关性。结果表明: 无石漠化、潜在和轻度石漠化阶段BG、BX、LAP和AP胞外酶活性显著高于中度和重度石漠化阶段, 但不同石漠化阶段土壤胞外酶化学计量特征差异不显著。不同石漠化程度土壤质量大体分为3类, 其中, 无石漠化土壤生化性状最优, 潜在和轻度石漠化土壤次之, 且均优于中度和重度石漠化土壤, 并且, 无石漠化、潜在和轻度石漠化土壤存在缺磷现象(酶矢量角度大于45°), 而中度和重度石漠化土壤氮缺乏(酶矢量角度小于45°)。此外, 石漠化过程中土壤胞外酶活性及其化学计量特征的变化主要受土壤全氮、速效磷、硝态氮、氨态氮和枯落物磷含量的影响, 总体表现为与土壤养分含量具有趋同性并受枯落物磷含量的限制。综上, 石漠化生态系统修复和治理过程中, 需考虑在潜在和轻度石漠化阶段补充磷, 在中度和重度石漠化阶段补充氮, 以缓解相关养分限制。