土地利用方式对黑土剖面有机碳分布及碳储量的影响

以典型黑土区29年长期定位试验处理下的土壤为对象,研究了农田、裸地、自然草地和落叶松林地4种土地利用方式下土壤剖面(0~200 cm)有机碳及碳储量的分布特征.结果表明:不同土地利用方式下表层(0~10 cm)土壤有机碳含量差异最大,表现为草地>农田>林地>裸地.农田10~120 cm各土层有机碳含量均低于草地、林地和裸地.与农田相比,自然草地对土壤有机碳提升作用明显,其0~60 cm各层土壤有机碳含量均显著高于农田;裸地表层(0~10 cm)土壤有机碳含量显著低于农田;落叶松林地0~20 cm有机碳含量与农田相比无明显变化,但其20~140 cm土层有机碳含量均高于农田.土壤剖面有机碳含量与p H值、容重、粉粒和粘粒含量呈显著负相关,与全氮和砂粒含量呈显著正相关.农田0~200 cm剖面有机碳储量显著低于其他3种利用方式,分别比草地、裸地和林地低13.6%、11.4%和10.9%.农田黑土在增加碳储量及改善环境方面具有很大潜力.     

乌兰布和沙漠东北部不同耕作年限农田土壤有机碳密度及其影响因素

明确干旱区农田开垦过程中土壤有机碳变化及其影响因素对评估其固存特征具有重要意义。本研究以乌兰布和沙漠东北部不同开垦年限(2～5、12～15、25～30、40～50年)农田为对象,以未开垦的自然土壤为对照,采用空间代替时间的研究方法,探究农田开垦过程中0～2 m土层内土壤有机碳密度变化特征及其影响因素。结果表明: 随开垦年限的增加,浅层(0～0.4 m)土壤有机碳密度呈持续增加趋势,但农田土壤有机碳密度均处于较低水平(0.990～1.983 kg·m^-2)。深层(1.2～2 m)土壤有机碳密度在开垦年限较长(25～30和40～50年)的农田中有所增加,而在开垦年限较短(2～5和12～15年)的农田中无增加趋势。未开垦土壤和各耕作年限农田深层土壤有机碳密度在0～2 m土层中占比较大(28.9%～38.6%)。不同耕作年限农田中土壤有机碳密度随土层深度的增加均呈先减小后增大的二次函数关系,且拟合度较高(R²为0.757～0.972)。土壤黏粒和粉粒含量是影响0～2 m土层有机碳密度的关键因素,且耕作年限对浅层(0～0.4 m)土壤有机碳的积累具有重要促进作用。     

海拔梯度对祁连山青海云杉林乔木层和土壤层碳密度的影响

以祁连山西水林区青海云杉典型林分为研究对象,按照青海云杉分布界限海拔2500—3300 m,采用梯度格局法,研究祁连山青海云杉林乔木层和土壤层碳密度沿海拔梯度的空间分布特征,以期为准确估算祁连山青海云杉林碳储量变化影响因素提供科学依据。结果表明:(1)青海云杉林生物量平均值为115.83 t/hm~2,碳密度平均值为60.23 t/hm~2。生物量整体随海拔梯度增加表现为先增加后波动降低的趋势,在海拔2800 m处达到最高值(197.10 t/hm~2),海拔3300 m处达到最低值(7.66t/hm~2),且不同海拔梯度间差异显著。林分各器官生物量分配格局在各海拔处均表现为干根枝叶。(2)土壤有机碳含量平均值为54.80 g/kg,变化范围为31.49—76.96 g/kg。随着土壤层次的增加,除海拔3200 m和3300 m的土壤有机碳含量未表现出规律变化外,其他海拔梯度则均呈现出逐渐降低趋势。土壤有机碳密度在海拔2900 m最高,为245.40 t/hm~2,在海拔2700 m处最低,为130.24 t/hm~2;海拔2500—2700 m表现为平缓降低趋势,在2800 m处急剧上升,且海拔2800—3200 m呈现无显著性轻度波动变化,在海拔3300 m又急剧降低。(3)青海云杉林生态系统平均总碳密度为255.15 t/hm~2,乔木层和土壤层占总碳密度的比例分别为23.61%和76.39%,且不同海拔梯度间存在极显著差异。土壤有机碳密度与海拔、年均降水量、土壤有机碳含量、土壤全氮呈显著正相关,与年夏季平均气温呈显著负相关;乔木层碳密度与年夏季气温、林分密度、胸高断面积呈显著正相关,与海拔和土壤全氮呈显著负相关。(4)祁连山青海云杉林乔木层和土壤层碳密度均随海拔梯度变化受水热条件组合的改变而呈现规律变化,以中部海拔区段2800—3200 m碳密度较高。     

红壤丘陵区土地利用方式变更后土壤有机碳动态变化的模拟

采用双组分模型模拟土地利用方式变更后土壤有机碳储量的变化,并用一些调查和监测数据进行了初步验证．此双组分模型将土壤有机碳分为新形成有机碳和原有有机碳两个组分．每个组分有机碳的形成转化用一级动力学方程描述．本文用此模型对亚热带土壤开垦利用为马尾松林地、湿地松林地、柑桔园和牧草地４种方式１０年来土壤有机碳储量的变化过程进行了模拟,初步结果表明,模拟值与实测值拟合较好．可见,此方法适于用来模拟不同土壤类型下土地利用系统变更初期的土壤有机碳储量动态变化过程．     

不同土地利用方式对潮棕壤有机碳含量的影响

对潮棕壤不同土地利用方式下0~100 cm土体中土壤有机碳含量的剖面分布、有机碳储量及C/N进行了研究.结果表明:不同土地利用方式下土壤有机碳含量的剖面分布差异明显,林地、割草地、荒地及裸地各土层有机碳含量高于农田生态系统;不同土地利用方式下的土壤有机碳与全氮呈极显著的正相关;土壤C/N随剖面土层深度的增加呈下降趋势,林地土壤的C/N相对较高,割草地、荒地和裸地次之,农田生态系统的土壤C/N较低.在0~100cm深度土壤,荒地每年截获的土壤有机碳分别比农田不施肥、农田循环猪圈肥处理、农田化肥NPK处理、农田化肥NPK 循环猪圈肥处理高4.52、4.25、4.46和3.58 t.hm-2.说明荒地在增加土壤有机碳储量方面有很大潜力.     

垦殖对新疆绿洲农田土壤有机碳组分及团聚体稳定性的影响

土壤有机碳是土壤质量变化的重要指标,土壤活性有机碳组分在土壤质量变化方面发挥重要作用。采用有机碳分组技术,研究了干旱荒漠区自然土壤开垦对绿洲农田土壤有机碳活性组分及团聚体稳定性的影响。结果表明:低有机碳含量的自然土壤垦殖后,有利于干旱荒漠区绿洲棉田土壤有机碳的积累,且垦殖(0-5a)增加显著,年均增加在0.65gkg-1以上,上升幅度为76%-286%,5a后维持在相对平衡的水平;土壤活性有机碳、轻组有机碳在垦殖0-5a显著增加,平均增加72%和99%,5a后下降;颗粒有机碳则表现出垦殖0-10a明显增加,增加在275%以上,10a后下降;土壤水稳性团聚体含量随垦殖年限的延长显著增加,0-20a内较自然土壤提高了75%。垦殖可能是干旱区绿洲农田潜在碳汇的重要影响因素;但随垦殖年限延长,土壤有机碳活性组分下降,土壤质量又存在一定的退化风险。     

河南省土壤有机碳分布空间自相关分析

运用空间自相关方法,对河南省1958年(第1次土壤普查)和1985年(第2次土壤普查)两个时间段土壤有机碳储量分布状况进行了研究.结果表明:空间自相关指标能够比较清楚地描述河南省2次土壤普查土壤有机碳储量的地理空间变化.1958年和1985年河南省土壤有机碳总储量分别约为54·93×108t和69·65×108t,年均增长率达1%.土壤有机碳密度时空分布总趋势为豫东南角及豫西高于豫东,豫北及豫中介于两者之间;豫东南角单位面积土壤有机碳储量损失较快,最快损失速率达到年均1·57%;豫东单位面积土壤有机碳储量增加较快,最大增长速率达到年均5·27%.河南省单位面积土壤有机碳储量的时空变化与土壤初始含碳量密切相关,土壤初始含碳量越高,有机碳损失越快.     

祁连山青海云杉林斑表层土壤有机碳特征及其影响因素

以祁连山青海云杉林斑为研究对象,调查获得林斑的水文、土壤、植被数据,分析了表层(0~20cm)土壤有机碳特征及其与地形、植被和土壤特性的关系。结果表明:青海云杉林斑表层土壤有机碳含量的平均值为(84·9±26·7)g/kg,变异系数31·5%。有机碳含量与土壤含水量、海拔、土壤容重和灌木生物量呈显著正相关关系,而与林木郁闭度呈显著负相关关系。此外,人工采伐形成的林窗斑块(面积0·02~0·12hm2)和半阴坡小斑块林地(面积0·17~0·89hm2),其斑块面积大小并未明显影响土壤有机碳含量的变化。经主成分分析表明,海拔和土壤含水量是影响土壤有机碳含量的第一主成分,林木郁闭度是第二主成分,灌木生物量是第三主成分,累计解释率为83·8%。     

上海市不同土地利用方式下的土壤碳氮特征

在野外采样和试验分析的基础上,研究了上海市土地利用方式及其变化对土壤有机碳、总氮含量及土壤有机碳密度的影响.结果表明： 上海不同土地利用方式下的土壤有机碳、总氮含量及有机碳密度均存在显著差异.不同土地利用方式下的土壤有机碳密度大小依次为：水稻田（3.86 kg·m^-2）＞旱地（3.17 kg·m^-2）＞林地（3.15 kg·m^-2）＞撂荒地（2.73 kg·m^-2）＞城市草坪（2.65 kg·m^-2）＞园地（2.13 kg·m^-2）＞滩涂（1.38 kg·m^-2）.通过相邻样地法,分析了水田转变为旱地、农田撂荒及水田转变为人工林地等3种土地利用变化对土壤有机碳、总氮的影响.由水田转化为旱地将导致土壤有机碳、总氮含量及有机碳密度显著降低;在水热充足、土壤肥沃、农田管理水平较高的长三角平原地区,农田撂荒并不是一种提高土壤有机碳储量的有效方式;水田转变为人工林地4～5年后,林地土壤有机碳、总氮含量及有机碳密度均低于相邻的水稻田,表明水田转变为林地并未引起土壤碳、氮的增加,从短期来看,人工林土壤有机碳的汇集效应因植被生产力水平的限制还处于较低水平.     

农田土壤有机碳固定潜力研究进展

土壤有机碳的贮存和损失的研究是目前国际上前沿研究领域之一。研究农田土壤有机碳固定过程 ,对于了解农业生产过程和生态过程的关系具有十分重要的意义。在农田土壤中 ,发生变化的有机碳主要是年轻或轻组有机碳 ,而且土壤有机碳的损失或固定都是在土壤表层和有限的时间内发生 ,且数量巨大。传统的耕作体系是造成土壤有机碳损失的主要原因。为了增加农田土壤有机碳的保有量 ,农业管理措施应该从增加有机碳的输入量 (如草田轮作、保留残茬以及施用肥料等 )和减少土壤有机碳的矿化 (少、免耕等 )两方面入手     

不同生态恢复模式对黄土残塬沟壑区深层土壤有机碳的影响

黄土高原退耕还林近20年来,大量生态恢复工程的实施,势必对土壤碳库产生影响。为评估生态恢复的土壤碳汇效益,本研究以黄土残塬沟壑区天然次生林、人工生态林和人工经济林等3种生态恢复模式为对象,研究其4 m土壤有机碳(SOC)储量。结果表明:(1)三种生态恢复模式具有明显的碳汇效益。天然次生林4 m SOC储量为(166.40±42.90) t/hm²比坡中农地((58.73±4.73) t/hm²显著增加了183.33%;人工生态林和人工经济林分别为(111.32±13.30) t/hm²、(104.60±7.10) t/hm²比坡中农地高89.54%、78.11%;(2)0—60 cm SOC含量随深度的增加显著降低(P<0.05),由表层的(11.03±7.51) g/kg减少到(2.40±0.93) g/kg,降幅达78.22%,表现出明显的表聚性;60—400 cm SOC含量变化较为稳定,含量较低为(1.81±0.88) g/kg;(3)三种恢复模式深层(1—4 m)SOC储量与坡中农地...     

1981-2019年华北平原农田土壤有机碳储量的时空变化及影响机制

农业土壤具有可观的固碳及减碳潜力,有助于减缓人类温室气体排放导致的气候变化。为了更好地了解华北平原土壤有机碳储量动态及其驱动因子,结合荟萃分析、随机森林机器学习模型和卫星遥感数据,研究了1981-2019年间中国华北平原农田土壤有机碳储量的时空变化及其驱动因子。结果表明,1981-2019年间华北平原0-20 cm农田土壤有机碳储量约为（523.10±79.36） Tg C （（14.56±1.66） Mg C/hm²）,并以5.94 Tg C/a （0.12 Mg C hm^-2 a^-1）的年固持速率稳步增长,占比约为中国农田每年新增土壤有机碳的23.3%。其中,常规农田管理措施,包括无机肥施用、有机肥施用和秸秆还田,对土壤有机碳增长的贡献平均为25.1%,即1.49 Tg C/a （0.03 Mg C hm^-2 a^-1）。相比对照组,氮磷钾无机肥施用可提高22.7%-26.0%的土壤有机碳固定速率,有机肥可提高48.3%,秸秆还田可提高23.4%。同时,上述常规农田管理措施对土壤有机碳的积累作用受到土壤本身理化性质的调控,在温度和降水较高的气候条件下更显著。值得注意的是,无论是无机肥施用、有机肥施用还是秸秆还田,当投入量超过农作物和土壤微生物对碳和养分的需求时,土壤有机碳累积速率会显著下降。这也导致2000年后土壤有机碳固持速率明显减缓,由9.4 Tg C/a下降为3.5 Tg C/a。总的来说,过去几十年农田管理措施的改进显著提高了华北平原农田土壤有机碳的增加速率,而未来华北平原农田系统固碳潜力仍然可观,但亟待明确在保证粮食产量的同时不同气候和土壤环境条件下最佳固碳所需的化肥、有机肥和秸秆投入量。     

帽儿山干扰系列次生林碳密度恢复

干扰作为森林恢复和生态演替的重要影响因子,通过其改变植被群落的组成和微环境,进而影响森林生态系统碳动态及固碳潜力。针对帽儿山地区阔叶红松原始林不同时期皆伐后形成的次生林干扰系列,包括林木采伐一次(NS,林龄56a)、采伐两次(MS,林龄25a)和采伐两次且扰动表层土壤(YD,林龄15a)的次生林,采用森林清查和异速生长方程结合的方法,旨在量化干扰方式对温带森林恢复进程中生态系统碳密度及分配格局的影响。结果表明：YD、MS和NS的0—50 cm各层次土壤有机碳含量的波动范围依次分别为10.46—29.27 mg/g、6.37—108.40 mg/g、5.21—114.34 mg/g;且随土层的加深土壤有机碳含量显著降低。表层土壤(0—20 cm)有机碳含量在各干扰处理间存在显著差异(P<0.01),而深层土壤有机碳含量差异不显著;土壤有机碳含量与容重呈显著负相关关系。表层土壤有机碳密度占土壤总有机碳密度(0—100 cm)的50%以上,YD的表层土壤有机碳密度(30.91 t/hm²)显著低于MS(54.09 t/hm²)和NS(55.1...     

小陇山不同林龄锐齿栎林土壤有机碳和全氮积累特征

以甘肃小陇山林区3个林龄阶段(中龄林、近熟林和成熟林)的锐齿栎(Quercus aliena var.acuteserrata)天然次生林为对象,研究了土壤中有机碳和全氮的垂直分布及其积累特征。结果表明:林地土壤有机碳和全氮含量在各龄级土壤剖面中的垂直变化规律一致,表层土壤中含量最高,随着土层深度逐渐降低。1 m土层范围有机碳和全氮密度随着林龄的增加而增加,中龄林、近熟林和成熟林的碳密度分别为122.92、242.21t/hm~2和280.53 t/hm~2,龄组之间差异显著(P0.05);3个林龄阶段的土壤全氮密度分别为10.37、18.94t/hm~2和24.76 t/hm~2,差异显著(P0.05)。有机碳和全氮密度在0—20 cm土层中占有很高比重,达37%—56%。土壤有机碳与全氮含量呈极显著的线性正相关(P0.0001)。土壤有机碳和全氮积累速率随林龄阶段存在差异,在生长旺盛期(中龄林-近熟林)的土壤有机碳(10.84 t hm~(-2)a~(-1))和全氮(0.78 t hm~(-)2a~(-1))的积累速率要大于成熟期(近熟林-成熟林)的土壤有机碳(1.92 t hm~(-2)a~(-1))和全氮(0.29 t hm~(-2)a~(-1))积累速率。     

Effect of land use conversion on soil organic carbon sequestration in the loess hilly area, loess plateau of China

Changes in land use may alter land cover, which results in carbon stock changes in biomass as well as in the soil. In China’s loess plateau, vegetation restoration has been conducted since 1950s to control soil erosion and improve the ecosystem, with significant investment of money and manpower. Despite these efforts, soil erosion has still been severe. To reduce soil erosion and improve land quality, China initiated another state-funded project, Grain-for-Green, in 1999 in the loess plateau. However, it is not clear how effective this newly initiated project will be. In this study, we evaluated the effect of land-use conversion on soil organic carbon (SOC) and the potential effect of the current project on SOC sequestration in the Anjiapo catchment area of the loess hilly area of the loess plateau in China. This evaluation is based on SOC measurements in cropland versus in other converted land use types. We found that SOC sequestration mainly occurred in the surface soil after land use conversion took place. Land use conversion from cropland to shrubland or wild grassland (i.e. undisturbed land) was better for SOC sequestration than tree plantation in the semi-arid loess hilly area. By using the land use change in the study area as a scenario, the potential contribution of land use change on SOC sequestration due to the Grain-for-Green project was estimated. It was found that this project in the loess plateau of China would be helpful for SOC sequestration if successfully implemented.     

Quantification of soil organic carbon sequestration potential in cropland: A model approach

Agroecosystems have a critical role in the terrestrial carbon cycling process. Soil organic carbon (SOC) in cropland is of great importance for mitigating atmospheric carbon dioxide increases and for global food security. With an understanding of soil carbon saturation, we analyzed the datasets from 95 global long-term agricultural experiments distributed across a vast area spanning wide ranges of temperate, subtropical and tropical climates. We then developed a statistical model for estimating SOC sequestration potential in cropland. The model is driven by air temperature, precipitation, soil clay content and pH, and explains 58% of the variation in the observed soil carbon saturation (n=76). Model validation using independent data observed in China yielded a correlation coefficient R ² of 0.74 (n=19, P<0.001). Model sensitivity analysis suggested that soils with high clay content and low pH in the cold, humid regions possess a larger carbon sequestration potential than other soils. As a case study, we estimated the SOC sequestration potential by applying the model in Henan Province. Model estimations suggested that carbon (C) density at the saturation state would reach an average of 32 t C ha⁻¹ in the top 0–20 cm soil depth. Using SOC density in the 1990s as a reference, cropland soils in Henan Province are expected to sequester an additional 100 Tg C in the future.     

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。     

Changes in soil organic carbon of terrestrial ecosystems in China: A mini-review

The present study provides an overview of existing literature on changes in soil organic carbon (SOC) of various terrestrial ecosystems in China. Datasets from the literature suggest that SOC stocks in forest, grassland, shrubland and cropland increased between the early 1980s and the early 2000s, amounting to (71±19) Tg·a⁻¹. Conversion of marshland to cropland in the Sanjiang Plain of northeast China resulted in SOC loss of (6±2) Tg·a⁻¹ during the same period. Nevertheless, large uncertainties exist in these estimates, especially for the SOC changes in the forest, shrubland and grassland. To reduce uncertainty, we suggest that future research should focus on: (i) identifying land use changes throughout China with high spatiotemporal resolution, and measuring the SOC loss and sequestration due to land use change; (ii) estimating the changes in SOC of shrubland and non-forest trees (i.e., cash, shelter and landscape trees); (iii) quantifying the impacts of grassland management on the SOC pool; (iv) evaluating carbon changes in deep soil layers; (v) projecting SOC sequestration potential; and (vi) developing carbon budget models for better estimating the changes in SOC of terrestrial ecosystems in China.     

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。