土地利用变化对土壤有机碳贮量的影响

通过对比分析六盘山林区典型天然次生林(杂灌林、山杨和辽东栎林)与农田、草地及农田、草地与人工林(13、18和25年生华北落叶松)邻近样地土壤有机碳含量和密度及其在土壤剖面上分布的差异,研究了天然次生林变成农田或草地及农田或草地造林后对土壤有机碳贮量的影响,结果表明,土壤有机碳含量方面,农田和草地比天然次生林分别低54％和27％,差异主要在0～50cm土层;农田和草地比人工林分别低42％和26％,差异主要在0～40cm土层,土壤有机碳密度方面,农田和草地比天然次生林分别低35％和14％,差异主要在0～50cm土层;农田比人工林低23％,草地比人工林高4％,差异主要在0～30cm土层．天然次生林和人工林土壤有机碳含量和密度随土层加深而递减的幅度比农田或草地大．这些差异主要由土地利用变化引起的土壤有机碳输入与输出及根系分布的变化所致．结果说明六盘山林区天然次生林破坏变成草地或农田后土壤有机碳含量和密度(主要是0～50cm土层)将下降,而农田中造林后土壤有机碳含量和密度(主要是0～30cm土层)又将增加,草地上造林后土壤有机碳含量增加而密度变化不大。另外,土壤有机碳含量和密度在土壤剖面上的分布也将随土地利用变化而发生改变。     

黄土高原羊圈沟小流域土地利用时空变化的土壤有机碳效应

土地利用变化是影响土壤有机碳储量和分布变化的重要驱动因素,为进一步探讨土地利用变化对土壤有机碳的影响,根据土壤样点数据、土地利用类型图,分析了黄土丘陵沟壑区羊圈沟小流域2006—2011年土地利用变化及其对表层土壤有机碳密度和储量的影响,主要结论如下:(1)小流域土地利用发生较大变化,主要集中在乔木林地和灌木林地面积的增加,分别为39.697、46.404 hm2;以及草地面积的减少,为64.030 hm2;(2)土地利用方式的变化会导致土壤有机碳密度及储量的变化,其中转变用地类型的土壤有机碳储量增加587.25 kg,以荒草地转出类型增加的土壤表层有机碳储量最多,为441.64 kg;灌木林地转出类型减少的土壤表层有机碳储量最多,为-21.01 kg。草地-灌木林地、草地-乔木林地、坡耕地-草地、坡耕地-灌木林地、坡耕地-乔木林地、坡耕地-坝地、梯田-草地、梯田-灌木林地、梯田-乔木林地、梯田-坝地、坝地-草地、坝地-灌木林地、坝地-乔木林地等转换用地类型的表层土壤碳密度增加值高于保持用地类型碳密度的增加值,说明这些地类的转换有利于表层土壤有机碳储量的增加,即有利于表层土壤碳汇的形成;而其他地类转换造成了表层土壤的碳排放,应该引起足够的重视;(3)土壤固碳应着眼于长期效应,频繁的土地利用类型转化可能会降低土壤碳截流效果,黄土丘陵区植被重建的长期利用和保持更有利于土壤有机碳的积累。     

纳板河流域土地利用变化对土壤有机碳及微生物生物量碳和氮的影响

与其他地区相比,热带森林的土地利用变化对碳循环的影响尤其显著。本文采用野外调查取样和室内分析相结合的方法,研究了纳板河流域自然林转变为旱地、水稻田、橡胶林、茶园后土壤有机碳(SOC)、土壤微生物生物量碳(SMBC)和微生物生物量氮(SMBN)的变化。结果表明:自然林转变为其他土地利用类型后,SOC、SMBC、SMBN均显著下降,水稻田的SOC和SMBC下降幅度最大。赤红壤的SOC和SMBC、SMBN均显著高于砖红壤。相关性分析表明:SOC与SMBC、SMBN、土壤含水量呈显著或极显著正相关,与土壤容重、pH呈极显著负相关;SMBN与SOC、SMBC呈极显著正相关,与土壤容重呈显著负相关;微生物商与pH呈极显著正相关。     

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。     

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。     

中国陆地生态系统土壤有机碳变化研究进展

通过文献资料, 对中国陆地生态系统土壤有机碳变化研究进行评述. 20世纪80年代初至21世纪初, 中国森林、草地、灌丛和农田土壤有机碳库合计年均增加(71±19) Tg/a, 三江平原沼泽湿地垦殖导致土壤有机碳损失(6±2) Tg/a. 该结果存在极大的不确定性, 尤其是对森林、灌丛和草地碳库变化的估计. 未来研究需重点关注土地利用变化及其碳源、碳汇效应, 放牧管理对草地土壤有机碳库的影响, 灌丛和非森林树木(经济林、防护林及四旁绿化造林)土壤有机碳变化估算, 深层土壤有机碳变化的测定和估算, 中国土壤的固碳潜力及陆地生态系统碳收支模型开发.     

土地利用对崇明岛围垦区土壤有机碳库和土壤呼吸的影响

土地利用方式是影响农业土壤碳固持和温室气体减排的关键因子之一,而准确地评价土地利用变化的影响往往因土壤本底的不均一和土地利用历史多变而复杂化。为此,在崇明东滩湿地围垦区选取了本底均匀、利用历史简单的几种土地利用类型(水-旱轮作农田、人工林、鱼塘撂荒地),研究其土壤有机碳库和土壤呼吸的变化及其与土壤环境间的关系,以期评价其各自的固碳和温室气体减排潜力。农田土壤的表层(20cm)有机碳和微生物生物量碳含量最高,分别为12.62g/kg和225.34mg/kg,包括苗圃栾树林、水杉林带以及桔园在内的人工林地次之,鱼塘撂荒地最低;但撂荒地深层土壤(40—100cm)的有机碳含量高于其它类型,反映了围垦前湿地土壤有机碳累积的残留影响。土壤呼吸强度的顺序则为鱼塘撂荒地农田桔园苗圃栾树林水杉林带。农耕地在前作小麦收割种植水稻后,土壤CO2通量显著下降,不及旱作时的10%。除农田和撂荒地以外,土壤表层5 cm深处温度可以很好地解释土壤呼吸速率的变化,但在高温高湿季节呼吸速率较为离散。研究表明:在有机质含量较低的土壤中,水-旱轮作可增加土壤有机碳的储量;受人类活动干扰较小的林地土壤,有机碳含量反而有可能低于农田土壤。在中国南方湿润亚热带地区,水旱轮作可较好地协调农业土壤的碳固持和释放过程的矛盾,可能具有相当大的农业减排潜力。     

贵州喀斯特山区土地利用对土壤有机碳及其周转速率的影响

以贵州西南部典型石漠化治理示范区的灌丛、水田、旱地、退耕3年草丛和退耕15年草丛为研究对象,分析了不同层次(0~10、10~20和20~30 cm)土壤有机碳含量及其矿化速率,探讨了喀斯特山区土地利用对土壤有机碳周转速率的影响。结果表明:5种土地利用类型土壤有机碳平均含量分别为30.37、31.24、21.86、17.49和22.50 g·kg-1,灌丛和水田的土壤有机碳含量均显著高于旱地、退耕3年草丛和退耕15年草丛(P0.05);土壤有机碳的矿化规律表现为培养前期矿化速度快,培养中后期逐渐变缓。不同土地利用类型土壤有机碳的矿化速度存在差异,退耕3年草丛和退耕15年草丛的矿化速度较快,旱地的矿化速度快于水田;0~10和10~20 cm土层,灌丛土壤有机碳半衰期最长,分别为722和639d,水田土壤有机碳含量及半衰期在各层次均高于旱地及其退耕草地,表明水田可以作为喀斯特山区长期固碳的优势土地利用类型。总之,土地利用,特别是退耕,是影响喀斯特地区土壤有机碳周转速率的重要因素。     

澜沧江中游山地不同土地利用对土壤有机碳的影响及预测

基于2011年实地采集的210个表层（0～20 cm）土壤样本,研究了澜沧江中游山地4种典型土地利用类型土壤有机碳含量的空间分布差异.利用相关性分析研究土壤有机碳含量与土地利用类型、地形因子、归一化植被指数之间的关系,采用多元线性回归模型和克里格插值模型预测澜沧江中游山地有机碳含量分布.结果表明： 研究区4种土地利用类型表层土壤有机碳含量的大小依次为：林地>灌丛>草地>农田.土地利用类型、坡向、坡度和平面曲率均是影响土壤有机碳含量的重要因素.多元回归模型比地统计学模型对山地生态系统土壤有机碳的预测效果更好.     

Daycent模型模拟不同农作管理措施下华北地区土壤有机碳的变化

基于华北地区3个长期定位试验站点（河南郑州、山东禹城和河北曲周）的试验数据,用站点实测作物产量和土壤有机碳（SOC）双标准对Daycent模型进行校验和验证.结果表明： 模型参数组合对作物产量和SOC的长期变化动态拟合效果良好,表明Daycent模型可较好地模拟作物产量和SOC的动态变化.用校验和验证了的模型对3个站点在气候情景RCP 4.5下4种不同管理措施（单施化肥NPK、化肥+有机肥MNPK、秸秆还田SNPK、免耕+秸秆NT）下SOC的变化动态进行模拟.结果表明： 郑州站点NPK、MNPK、SNPK处理中,MNPK处理的SOC相对年平均增幅最高,2001—2050年间的SOC年增幅达1.7%,其次为SNPK处理（年均增幅为1.3%）和NPK处理（年均增幅为0.8%）,从长远角度看,增施有机肥对灌溉轻壤土有机碳的增加有明显效果.在禹城站点,研究期间,MNPK处理的SOC年均增幅（0.4%）高于NPK处理（0.3%）,由于该站点土壤有轻度盐化特征,因此各措施下SOC的增幅较低.在曲周站点,NT处理更有利于SOC的增加,研究期间的SOC年均增幅达1.3%,远高于SNPK处理（0.7%）和NPK处理（0.4%）.华北地区气温适宜、灌溉条件好、具备秸秆还田及免耕机械条件,免耕+秸秆还田是该地区增加SOC的较好农作管理措施.     

米亚罗林区土地利用变化对土壤有机碳和微生物量碳的影响

为了解土地利用变化对土壤有机碳和微生物量碳的影响,分析了川西米亚罗林区原始冷杉林、20世纪60年代云杉人工林、20世纪80年代云杉人工林和农地的土壤有机碳和微生物量碳状况.结果表明,土地利用变化明显地影响了土壤有机碳和微生物量碳含量.土壤有机碳和微生物量碳含量原始林最高,其次为60年代人工林和80年代人工林,农地最低.农地土壤有机碳含量分别比原始林、60年代人工林和80年代人工林低83%、53%和52%,微生物量碳含量分别低23%、25%和21%.土壤有机碳和微生物量碳含量均随土壤深度的增加而降低,并且两者在不同土地利用类型的变化趋势基本一致.相关分析表明,土壤有机碳和土壤微生物量碳与全氮、水解氮、速效磷呈极显著相关(P＜0.01),说明土壤微生物量碳可作为衡量土壤有机碳变化的敏感指标,而土壤有机碳和微生物量碳含量可作为衡量土壤肥力和土壤质量变化的重要指标.     

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。     

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.     

Distinct controls over the temporal dynamics of soil carbon fractions after land use change

Soil organic carbon (SOC), the largest terrestrial carbon pool, plays a significant role in soil‐related ecosystem services such as climate regulation, soil fertility and agricultural production. However, its fate under land use change is difficult to predict. A major issue is that SOC comprised of numerous organic compounds with potentially distinct and poorly understood turnover properties. Here we use spatiotemporal measurements of the particulate (POC), mineral‐associated (MOC) and charred SOC (COC) fractions from 176 trials involving changes in land use to assess their underlying controls. We find that the initial pool sizes of each of the three fractions consistently and dominantly control their temporal dynamics after changes in land use (i.e. the baseline effects). The effects of climate, soil physicochemical properties and plant residues, however, are fraction‐ and time‐dependent. Climate and soil properties show similar importance for controlling the dynamics of MOC and COC, while plant residue inputs (in term of their quantity and quality) are much less important. For POC, plant residues and management practices (e.g. the frequency of pasture in crop‐pasture rotation systems) are substantially more important, overriding the influence of climate. These results demonstrate the pivotal role of measuring SOC composition and considering fraction‐specific stabilization and destabilization processes for effective SOC management and reliable SOC predictions.     

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。     

Temporal response of soil organic carbon after grassland‐related land‐use change

The net flux of CO₂ exchanged with the atmosphere following grassland‐related land‐use change (LUC) depends on the subsequent temporal dynamics of soil organic carbon (SOC). Yet, the magnitude and timing of these dynamics are still unclear. We compiled a global data set of 836 paired‐sites to quantify temporal SOC changes after grassland‐related LUC. In order to discriminate between SOC losses from the initial ecosystem and gains from the secondary one, the post‐LUC time series of SOC data was combined with satellite‐based net primary production observations as a proxy of carbon input to the soil. Globally, land conversion from either cropland or forest into grassland leads to SOC accumulation; the reverse shows net SOC loss. The SOC response curves vary between different regions. Conversion of cropland to managed grassland results in more SOC accumulation than natural grassland recovery from abandoned cropland. We did not consider the biophysical variables (e.g., climate conditions and soil properties) when fitting the SOC turnover rate into the observation data but analyzed the relationships between the fitted turnover rate and these variables. The SOC turnover rate is significantly correlated with temperature and precipitation (p < 0.05), but not with the clay fraction of soils (p > 0.05). Comparing our results with predictions from bookkeeping models, we found that bookkeeping models overestimate by 56% of the long‐term (100 years horizon) cumulative SOC emissions for grassland‐related LUC types in tropical and temperate regions since 2000. We also tested the spatial representativeness of our data set and calculated SOC response curves using the representative subset of sites in each region. Our study provides new insight into the impact grassland‐related LUC on the global carbon budget and sheds light on the potential of grassland conservation for climate mitigation.