基于激光雷达数据的森林表层土壤机质空间格局反演

森林土壤是陆地生态系统的主要碳库,其有机质含量是估算碳储量的基础数据,也是评价土壤碳汇功能的重要指标.利用2009年8月采集的凉水自然保护区激光雷达(LiDAR)数据和55块固定样地土壤有机质含量数据,结合偏最小二乘算法,反演森林表层土壤有机质的空间格局,提取并筛选出与土壤有机质分布相关的变量,分析并确定变量(强度、点数、高程、坡度和坡向)值与土壤有机质含量的相关关系,建立土壤有机质含量的预测模型并检验.结果表明:研究区域表层土壤有机质含量与强度、点数和高程3变量呈极显著相关(r分别为0.765、0.423和0.475);基于此3变量的预测模型对研究区域表层土壤有机质含量的预测结果可靠(精度83.3％,R2=0.725,RMSE=1.955).研究区林缘和郁闭度较小林分的表层土壤有机质含量＜100 g·kg-1;大部分区域表层土壤有机质含量为I00～ 150 g·kg-1,少部分区域为150 ～318.4 g· kg-1.     

川西亚高山云杉人工林恢复过程中表层土壤碳动态变化

对川西亚高山云杉原始林及其皆伐迹地上云杉人工林不同演替阶段（22、47和65年）表层（0～30 cm）土壤碳储量及活性有机碳含量进行了分析.结果表明：在0～10、10～20和20～30 cm土层中,土壤总有机碳（TOC）储量分别由22年生云杉人工林的9587、7908和71.55 t·hm^-2减少到65年生云杉人工林的56.12、34.75和31.06 t·hm^-2,且47和65年生云杉人工林各层土壤TOC储量小于原始林（88.08、71.16和64.81 t·hm^-2）;各层土壤易氧化有机碳（EOC）含量分别由原始林的3589、26.91和26.00 g·kg^-1 减少到65年生云杉人工林的20.25、14.50和12.36 g·kg^-1,土壤微生物生物量碳（MBC）含量由原始林的524.44、273.26和257.97 mg·kg^-1减少到65年生云杉人工林的 312.41、186.95和152.18 mg·kg^-1,颗粒态有机碳（POC）含量由原始林的40.23、27.10和19.55 g·kg^-1减少到65年生云杉人工林的12.33、7.31和5.32 g·kg^-1.川西亚高山云杉原始林在转变为人工林后相当长的时间内,土壤有机碳及活性碳一直处于净消耗状态.     

黄土丘陵区表层土壤有机碳沿降水梯度的分布

沿368～591 mm降水量梯度选取7个调查地点、共63个调查样点,在每个样点选择恢复年限相近的林地、草地和农地,调查表层（0～30 cm）土壤有机碳的分布特征,分析气候、土层深度和土地利用类型等因素对土壤有机碳分布的影响.结果表明： 在黄土丘陵区368～591 mm的降水量范围内,表层土壤有机碳含量表现为草地（8.70 g·kg^-1）>林地（7.88 g·kg^-1）>农地（7.73 g·kg^-1）,土壤有机碳密度表现为草地（20.28 kg·m^-2）>农地（19.34 kg·m^-2）>林地（17.14 kg·m^-2）.林地、草地、农地的土壤有机碳含量无显著差异,综合3种土地利用类型的数据分析表明,不同降雨梯度下土壤有机碳含量差异显著（P<0.001）,土壤有机碳含量（r=0.838,P<0.001）与年均降水量间存在显著线性正相关关系;由北向南（以最北端鄂尔多斯为起点）,土壤有机碳含量沿着368～591 mm的年均降水量梯度的递增速率为0.04 g·kg^-1·mm^-1,土壤有机碳密度的递增速率为0.08 kg·m^-2·mm^-1.年均降水量、土壤黏粒含量、林下枯落物蓄积量和农作物根系密度可较好地模拟表层土壤有机碳分布.     

长期施肥下红壤性水稻土有机碳储量变化特

研究了1982—2012年长期不同施肥下红壤性水稻土土壤有机碳含量变化、固碳趋势及外源碳输入对土壤固碳的贡献.结果表明： 施肥能提高土壤有机碳含量,连续30年不同施肥后,各施肥处理土壤有机碳含量趋于稳定,有机无机配施的土壤有机碳含量为21.02～21.24 g·kg^-1,增加速率为0.41～0.59 g·kg^-1·a^-1,单施化肥的土壤有机碳含量为15.48 g·kg^-1.各有机无机肥配施处理土壤的平均有机碳储量为43.61～48.43 t C·hm^-2,历年平均土壤有机碳储量显著大于单施化肥处理.土壤固碳速率与年均投入碳量呈显著指数正相关.本试验条件下,每年需要增加外源有机碳为0.12 t C·hm^-2才能维持土壤有机碳的平衡.     

母岩与竹龄对毛竹竹叶中硅和植硅体碳含量的影响

在浙江省毛竹主产区,采集不同母岩类型(花岗岩、砂页岩、凝灰岩)和不同竹龄(1、3年生)的毛竹竹叶样品,研究了不同母岩和竹龄对毛竹叶片中硅与植硅体碳含量的影响,以及竹叶样品中硅和植硅体含量之间的相关关系.结果表明: 母岩、竹龄对毛竹竹叶中硅和植硅体含量均有显著影响,不同母岩土壤毛竹竹叶中硅含量表现为花岗岩(33.19 g·kg^-1)>砂页岩(32.64 g·kg^-1)>凝灰岩(24.51 g·kg^-1),植硅体含量表现为花岗岩(105.81 g·kg^-1)>砂页岩(93.50 g·kg^-1)>凝灰岩(59.40 g·kg^-1);3年生毛竹竹叶中硅与植硅体含量均显著高于1年生.母岩与竹龄对竹叶植硅体碳含量均无显著影响,而对竹叶干物质植硅体碳含量存在显著影响.3种母岩发育土壤上毛竹叶中硅与植硅体含量间呈显著正相关;但1年生竹叶中两者之间无显著相关性.要准确估算全国不同地域、不同土壤类型毛竹竹叶的植硅体含量时,需要考虑母岩、植物株龄的影响.     

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.     

喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式土壤肥力特征

基于网格法(5 m×5 m)采样,研究了喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式(火烧、刈割、刈割除根、封育、种植玉米、种植牧草)下表层(0～20 cm)土壤肥力特征,利用主成分分析影响土壤肥力的主要因子,典范相关分析探讨土壤养分和土壤微生物的耦合关系.结果表明: 研究区6种土地利用方式土壤呈微碱性,pH 7.83～7.98,不同土地利用方式土壤养分含量不同,分别为有机碳76.78～116.05 g·kg^-1、全氮4.29～6.23 g·kg^-1、全磷1.15～1.47 g·kg^-1、全钾3.59～6.05 g·kg^-1、碱解氮331.49～505.49 mg·kg^-1、有效磷3.92～10.91 mg·kg^-1、有效钾136.28～198.10 mg·kg^-1,除pH呈弱变异外,其他指标均呈中等至强度变异.不同土地利用方式对土壤肥力的影响不同,有机碳、全氮、全磷、碱解氮等主要养分受影响最大,沿封育、火烧、刈割、刈割除根、种植牧草、种植玉米的人为干扰增加梯度而减少;其次是土壤微生物,尤其是放线菌;典范相关分析表明,火烧迹地的全磷与土壤微生物生物量磷,全钾与土壤微生物生物量碳,全氮与放线菌的相互影响最大,刈割、刈割除根、封育、种植玉米、种植牧草土壤全氮与土壤微生物生物量碳,速效磷与土壤微生物生物量氮,pH与土壤微生物生物量碳、真菌,全氮、全钾与土壤微生物生物量磷,pH与真菌、放线菌相互之间的影响最大.土地利用方式的变化改变了喀斯特峰丛坡地土壤肥力特征.在喀斯特地区进行生态恢复与重建时,应采取合理的土地利用方式,提高喀斯特退化生态系统的土壤质量.     

杉木人工林土壤活性有机质变化特征

在中国科学院会同森林生态实验站对第一代、第二代杉木林和地带性阔叶林土壤活性有机质主要组分进行了研究.结果表明,土壤活性有机质各组分含量均为杉木林低于阔叶林,而第二代杉木林又低于第一代杉木.第一代杉木林活性有机质总量、微生物生物量碳、水溶性有机碳和碳水化合物含量分别为18.79 g·kg^-1、421.7 mg·kg^-1、22.2 mg·kg^-1和136.3 mg·kg^-1,上述活性有机质组分在第二代杉木林中的含量分别是第一代杉木林的73.6%、87.9%、66.3%和3.2%,地带性阔叶林则分别为22.31 g·kg^-1、800. mg·kg^-1、361.1 mg·kg^-1和220.1 mg·kg^-1.相关性分析结果表明,土壤活性有机质各组分之间具有不同程度的相关性,其中土壤微生物生物量碳与其它活性有机质组分的相关性相对较高.     

安徽农田表层土壤中有机氯农药的分布及其组成

以安徽省寿县等19个地区的农田表层土壤(0～20 cm)为对象,采用超声波提取,气相色谱法/电子捕获检测器(GC/ECD)检测,分析了α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、op′-DDE、pp′-DDD、α-硫丹和百菌清等8种有机氯农药(OCPs)在农田表层土壤中的分布及组成特征.结果表明： 19个取样点中8种有机氯农药残留的总含量范围为ND～23.75 μg·kg^-1,其中PP′-DDD、γ-HCH为主要污染物,平均质量浓度分别为13.83和13.49 μg·kg^-1.与1990年的调查结果相比,六六六平均值含量呈明显下降趋势;与国内外土壤相比,安徽省农田表层土壤中的六六六(HCHs)处于中等偏高的水平.安徽省农田表层土壤中OCPs、HCHs和pp′-DDD平均浓度分别为48.58、28.64和13.83 μg·kg^-1,均未超过《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)的一级土壤质量标准(<50 μg·kg^-1),污染较轻.     

生活污水慢渗对‘中林2001’杨树人工林生长的影响

采用不同污水水力负荷(每周0、3、6、9、12、15 cm),在‘中林2001’杨树人工林林地进行了污水慢渗试验.结果表明：不同负荷生活污水处理使‘中林2001’杨树人工林土壤平均有机质、全氮、全磷、全钾和Na⁺含量分别比对照(0 cm)增加1.940、0.115、0.029、1.454和0.030 g·kg^-1;在较低水力负荷(3～12 cm)时,杨树平均总生长量增加17.583 t·hm^-2·a^-1,各器官的平均氮、磷、Na⁺含量分别增加3.086、0.645和0.121 g·kg^-1,水力负荷在每周6～12 cm时, 杨树平均总生长量和各器官平均氮、磷、Na⁺含量达到最大值(36.252 t·hm^-2·a^-1、13.162 g·kg^-1、5.137 g·kg^-1、0.361 g·kg^-1),负荷继续升高则有所下降.杨树各器官钾含量随着水力负荷的增加而降低;污水处理使杨树的叶长增加,叶不对称性减少、使林木延迟落叶.当水力负荷＞每周12 cm时,土壤中较高的Na⁺和水分含量将危害杨树生长.适宜‘中林2001’杨树人工林生长的污水水力负荷在每周3～12 cm.     

油松 辽东栎混交林地表凋落物与氮添加对土壤微生物生物量碳、氮及其活性的影响

2010年9月-2011年10月,在山西省灵空山油松和辽东栎混交林样地采取随机区组设计,研究了地表凋落物和氮添加处理对土壤微生物生物量碳、氮和微生物活性的影响.凋落物处理包括: 剔除凋落物(N)、叶凋落物加倍(L)、枝果凋落物加倍(B)和混合凋落物加倍(LB);氮添加量分别为0(N₀)、5 g·m^-2·a^-1(N₁)和10 g·m^-2·a^-1(N₂).结果表明: 剔除地表凋落物且无氮添加时,油松和辽东栎混交林地的土壤有机碳(SOC)含量显著降低,其他试验处理间对SOC的影响无显著差异.土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)及其活性(MR)的变化范围依次为: 262.42～873.16 mg·kg^-1、73.55～173.85 mg·kg^-1和2.38～3.68mg·kg^-1·d^-1.MBC、MBN和MR两两间呈极显著正相关.氮添加对MBC、MBN和MR均无显著影响;凋落物处理对MR影响显著,表现为混合凋落物加倍处理的MR最高,叶凋落物加倍处理次之,剔除凋落物处理最低,而对MBC和MBN无显著影响.凋落物和氮添加处理在整个试验过程中未表现出交互作用.短期的氮添加处理和森林地表凋落物变化对土壤微生物过程的影响有限.     

马尾松人工林林窗对土壤团聚体及有机碳分布的影响

以四川宜宾39年生马尾松人工林人工采伐形成的不同大小林窗为对象,研究林窗对土壤团聚体的组成、有机碳及活性有机碳含量和储量的影响.结果表明： 土壤团聚体组成以>2 mm团聚体为主,其含量占团聚体总量的51.7%～78.7%.>5 mm土壤团聚体有机碳和活性有机碳含量与土壤总有机碳和总活性有机碳含量相关性最高,且有机碳及活性有机碳含量和储量均较高,是该地区土壤有机碳固定的特征团聚体.马尾松林窗形成后,土壤总有机碳及各团聚体有机碳含量普遍降低,但1225 m²林窗有机碳储量略高于林下;总活性有机碳含量仅225和400 m²林窗较马尾松林下高,总活性有机碳储量225、400、900和1225 m²林窗较马尾松林下高,其余面积林窗低于林下.这表明合适的林窗面积可以增加土壤有机碳及活性有机碳积累.林窗大小显著影响到团聚体的组成、有机碳及活性有机碳含量和储量.其中,1225 m²林窗土壤有机碳含量和储量均最高,活性有机碳储量也较高,且团聚体组成较好,是比较适宜的林窗面积.     

施肥对板栗林土壤CO2通量的影响

2011年6月-2012年6月,在浙江省临安市典型板栗林样地布置施肥试验,研究板栗林土壤CO₂通量与环境因子的关系.试验设置不施肥(对照)、施无机肥、有机肥及有机无机混合肥(1/2无机肥 + 1/2有机肥)4个处理.利用静态箱法测定土壤CO₂排放速率,以及土壤温度、含水量和水溶性有机碳(WSOC)含量.结果表明: 板栗林中土壤CO₂排放呈现显著的季节性变化特征,最小值均出现在2月,最大值均出现在7、8月.施用无机肥、有机肥和有机无机混合肥的土壤年累积CO₂通量比对照分别增加29.5%、47.0% 和50.7%.施用无机肥的土壤WSOC含量(105.1 mg·kg^-1)显著高于对照(76.6 mg·kg^-1),但明显低于有机肥(133.0 mg·kg^-1)和混合肥处理(121.17 mg·kg^-1).无机肥、有机肥和混合肥处理的土壤呼吸Q₁₀值(1.75、1.49和1.57)均高于对照(1.47).土壤CO₂排放速率与土壤5 cm温度、WSOC含量之间呈极显著正相关,但与土壤含水量没有明显的相关性.施肥导致土壤WSOC含量增加可能是板栗林地土壤CO₂排放速率增加的原因之一.     

典型黑土区不同水土保持林表层土壤磷素形态及有效性

以典型黑土区人工营造的落叶松林、水曲柳林、樟子松林和美青杨林表层土壤(0～10 cm)为对象,研究不同类型水土保持林土壤磷素的形态和有效性.结果表明: 水曲柳林和美青杨林土壤全磷、速效磷和磷各组分含量均显著高于落叶松林和樟子松林;4种林地土壤磷主要以有机磷形式存在,并且中活性有机磷NaOH P_o含量最高,占土壤磷素总量的58.9%;对植物有效性相对较高的H₂O P_i和NaHCO₃ P含量较低,分别占土壤磷素总量的1.2%和6.6%;除NaHCO₃ P_o外,土壤中不同磷素形态之间以及磷各组分与土壤有机质、全磷和有效磷之间具有显著相关关系.表明研究区内阔叶林比针叶林能够显著地提高土壤磷的有效性.     

呼伦贝尔典型退化草原土壤理化与微生物性状

以内蒙古克鲁伦河流域呼伦贝尔典型草原为对象,设置了轻度、中度和重度退化3种类型样地,研究不同程度退化草原的物种组成、地上生物量、土壤理化性状、土壤微生物数量和酶活性,以及微生物生物量的变化.结果表明: 中度退化样地的群落物种丰富度最大,轻度退化样地的地上生物量显著高于重度退化样地.退化样地的土壤水分、养分(有机质、全氮),微生物量碳、氮,以及微生物数量和酶活性显著下降,土壤容重显著增加.退化样地的土壤微生物生物量碳、氮在128～185和5.6～13.6 g·kg^-1,土壤脱氢酶和脲酶活性均与土壤容重呈显著负相关,与土壤全氮、有机质、微生物数量以及微生物生物量碳、氮呈显著正相关,地上生物量与土壤细菌和真菌数量呈不同程度的正相关.     

涪陵茎瘤芥种植区土壤肥力与产量的关系

采用田间调查研究和室内化学分析方法,研究了涪陵区主要茎瘤芥种植区土壤肥力因子及其与茎瘤芥产量的关系.结果表明: 茎瘤芥种植区土壤有效钙、镁、铁、锰、铜和锌含量较丰富,分别为3034、260、11.2、26.1、1.15和1.50 mg·kg^-1,有效磷适中,为19.3 mg·kg^-1;但有机质、碱解氮、速效钾和有效硫含量较为缺乏,分别为9.05 g·kg^-1、89.2 mg·kg^-1、106 mg·kg^-1和27.0 mg·kg^-1.茎瘤芥产量与土壤pH、有效钙呈极显著正相关,而与有效铁呈极显著负相关关系.土壤肥力因子对茎瘤芥产量的影响为：有效锰>有效铜>pH>有效铁>速效钾>有效钙>有效镁>有效硫>碱解氮>有效锌>有机质>有效磷;通过逐步回归分析剔除不显著变量,建立了土壤有效钙与茎瘤芥产量间的线性方程:Y=31636+3.63X₆.
     

长白山不同海拔梯度森林土壤中性糖分布特征

2010年7月,采集长白山北坡5个典型植被带(阔叶红松林、明针叶林、暗针叶林、岳桦林和高山苔原)林下土壤,研究了不同海拔梯度下森林土壤的中性单糖分布、数量及其影响因素,并结合中性糖来源差异探讨土壤有机质的生物化学积累机制.结果表明: 在长白山不同海拔梯度下,森林土壤的中性糖差异显著,中性糖来源碳在土壤有机碳(SOC)中的相对含量为80.55～170.63 mg·g^-1,并且随海拔升高呈递增的趋势.采用多元线性拟合分析发现,生长季平均气温是影响土壤中性糖相对含量的主要因素,低温有助于中性糖的积累.土壤中(半乳糖+甘露糖)/(阿拉伯糖+木糖)为1.62～2.28,且随海拔升高呈增加趋势,说明土壤中微生物来源中性糖的贡献随海拔升高逐渐增加.微生物熵随海拔升高而降低,说明低温条件下微生物活性下降而对外源碳的利用效率提高,植物残体被微生物分解转化后,以微生物同化物的形式固存于土壤中,从而增加了微生物来源中性糖的比例.     

西双版纳热带季节雨林与橡胶林土壤呼吸

季节雨林和橡胶(Hevea brasiliensis)林是西双版纳热带森林生态系统中原始林和大面积种植人工林的两种代表类型。热带季节雨林层次结构复杂,多样性丰富,而橡胶林结构简单,乔木层只有橡胶树1种。应用碱吸收法,研究了这两种植被类型土壤呼吸速率、地下5 cm土壤温度、气温和土壤含水率的季节变化规律,以及土壤呼吸速率与地下5 cm土壤温度、气温和土壤含水率的关系。结果表明:1)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率、土壤温度、气温和土壤含水率都有明显的季节变化,而且两种林型的变化趋势基本一致;2)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率与地下5 cm土壤温度和气温之间具有显著的指数相关关系,显著水平达1%,与地下5 cm温度的相关性(r²分别为0.87和0.82)明显高于与气温的相关性(r²分别是0.80和0.72);3)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率与土壤含水率具有显著的线性相关(r²分别是0.73和0.63),显著水平达1%;4)橡胶林的土壤呼吸速率明显高于季节雨林,这与两种林型的结构有关;5)季节雨林和橡胶林土壤呼吸的Q₁₀分别为2.16和2.18,比文献报道的热带土壤的Q₁₀(1.96)稍高。     

山核桃林集约经营过程中土壤有机碳和微生物功能多样性的变化

研究集约经营时间为5、10、15、20 a山核桃林的土壤有机碳和微生物功能多样性的演变规律.结果表明: 天然混交林改造为山核桃纯林并经强度经营后,林地土壤有机碳(TOC)、微生物生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WSOC)含量显著下降,但有机碳库的稳定性增强.与天然山核桃 阔叶混交林(0 a)相比,经过5 a的强度经营,TOC、MBC、WSOC含量分别下降28.4%、34.1%和53.3%,20 a后分别下降38.6%、48.9%和64.1%,土壤有机碳组分中的芳香碳、酚基碳和羰基碳比例提高,芳香度提高了23.0%.山核桃的强度经营降低了土壤微生物功能多样性,0、5 a与10、15、20 a土壤微生物活性的平均颜色变化率(AWCD)值差异显著,Shannon指数(H)和均匀度指数(E)在0、5 a与15、20 a间差异显著.林地土壤TOC、WSOC、MBC、AWCD、H和E等6个指标两两之间均显著相关.