贺兰山不同海拔土壤团聚体碳氮磷含量及其化学计量特征变化

探究干旱半干旱区山地森林生态系统不同海拔土壤养分在团聚体中的分布规律,可为理解脆弱山地生态系统养分循环提供理论依据.本研究以贺兰山不同海拔(1380 ～2438 m)土壤为对象,分析0～20 cm土层团聚体分布及其稳定性、不同粒级团聚体有机碳、全氮、全磷储量及其化学计量特征.结果 表明:随海拔升高贺兰山主要土壤团聚体由...     

不同栽培管理模式对农田土壤团聚体组成及其碳、氮分布的影响

在两种肥力条件下设置超高产栽培模式(SH)、高产高效栽培模式(HH)、农民习惯处理(FP)和不施肥对照处理(CK)4种栽培管理模式的定位试验,研究了以肥料投入为主要影响因素的不同栽培管理模式对黄淮海区域不同肥力农田耕层土壤团聚体组成及其碳、氮分布的影响,为通过培肥土壤实现小麦-玉米周年可持续增产增效提供技术支持.结果表明: 与低肥力田块(LSF)相比,高肥力田块(HSF)耕层土壤团聚体的平均质量直径和几何平均直径高、分形维数低,有利于大团聚体的形成与稳定,各级团聚体的有机碳和全氮含量较高.优化施用氮磷钾肥、配施有机肥可增加耕层土壤团聚体的粒径、降低其分形维数,促进大团聚体的形成与稳定,对高肥力田块的影响大于低肥力田块;二者亦可提高有机碳和全氮在大团聚体中的含量与分布,其中,对＞5 mm团聚体的贡献率的影响在低肥力田块大于高肥力田块,对5～0.5 mm的各粒级团聚体的贡献率的影响在高肥力田块优于低肥力田块.     

典型黑土区不同生态系统土壤团聚体有机碳分布特征

基于团聚体分组和闭蓄态微团聚体分离技术,利用典型黑土区27年长期定位试验,研究草地生态系统、农田生态系统和裸地生态系统下土壤团聚体及团聚体内部组分中有机碳的分布,以解析不同生态系统下土壤团聚体和有机碳固持间的关系,揭示黑土有机碳的物理稳定性机制。结果显示:与农田相比,草地土壤有机碳含量显著提高7.6%;裸地土壤有机碳含量显著下降14.1%。草地促进了大团聚体(250μm),尤其2000μm团聚体的形成,提高了土壤团聚体的稳定性;裸地则降低了土壤的团聚化程度及稳定性,大团聚体和微团聚体含量下降,粉粘粒含量相应增加。草地大团聚体中有机碳含量显著高于农田,且内部各组分有机碳含量均有显著提高,其中粗颗粒有机质、闭蓄态微团聚体和粉黏粒有机碳含量增幅分别为600%、54%和65%;裸地增加了粉粘粒结合有机碳含量,降低了大团聚体和微团聚体中有机碳含量,且大团聚体和微团聚体内部各组分有机碳含量均有所下降。3种生态系统类型土壤均以总粉粘粒结合有机碳为主,占土壤总有机碳52%—79%,其作为惰性碳库是黑土有机碳的重要组成部分。黑土有机碳的累积或损失主要表现为活性较强的有机碳库-团聚体中颗粒有机质的增加或减少,与农田相比,草地土壤有机碳的累积主要归因于大团聚体中粗颗粒有机质的增加,为总有机碳增量的3倍;裸地土壤有机碳的损失主要归因于微团聚体中总细颗粒有机质的减少,对总有机碳损失的贡献率为60%。     

不同年限旱砂田土壤团聚体及其有机碳分布特征

以长期定位试验5、10、15、20、30年旱砂田为研究对象,研究了不同年限旱砂田土壤团聚体及其有机碳的分布特征.结果表明:旱砂田土壤团聚体含量随粒级减小表现出“降-升-降”的变化趋势,10年以内旱砂田以>5 mm粒级团聚体为主,15年以上旱砂田以0.05～0.25 mm粒级团聚体为主,>0.25 mm团聚体含量(R_0.25)和团聚体平均质量直径(MWD)均随着覆砂年限的延长而减小.不同年限旱砂田土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒级减小而增加,各粒级土壤团聚体有机碳含量、团聚体对有机碳的贡献率及团聚体有机碳储量均随着覆砂年限的延长和土层的加深而降低,>1 mm粒级团聚体有机碳对长期旱砂田有机碳变化响应敏感.10、15、20、30年较5 年旱砂田团聚体有机碳储量在0～10 cm土层分别降低了8.0%、24.4%、27.5%和31.4%,10～20 cm土层分别降低了1.4%、15.8%、19.4%和21.8%.综上所述,旱砂田土壤固碳能力随种植年限延长而降低,需加强15年以上旱砂田的土壤培肥工作.     

东北黑土区坡耕地表层土壤颗粒有机碳和团聚体结合碳的空间分布

北黑土区典型漫岗坡耕地为研究对象,测定不同侵蚀程度地形部位表层土壤不同粒级有机碳、水稳性团聚体及其结合碳含量,探讨土壤侵蚀和沉积作用对表层土壤有机碳（SOC）损失、迁移和累积的影响.研究结果表明：与侵蚀微弱的坡顶相比,严重侵蚀的坡肩部位表层土壤水稳性大团聚体、矿质结合碳（IOC）和团聚体结合碳含量分别减少23﹪、17.5﹪和8.7﹪,而土壤颗粒有机碳（POC）含量无明显差异.长期处于沉积状态的坡脚部位,表层土壤大团聚体、POC和大团聚体结合碳含量分别较坡顶低56.1﹪、47.9﹪和67﹪;而IOC和微团聚体结合碳分别较坡顶高10﹪和18.7﹪.研究结果反映了土壤侵蚀以及耕作倾向于破坏水稳性大团聚体,其内部包裹的轻质、细颗粒物质易被地表水流迁移流失,加上下层土壤的稀释作用,导致侵蚀部位SOC减少.轻质活性碳组分在迁移和累积过程中易被微生物利用分解,沉积区土壤以IOC和微团聚体碳为主,形成一个惰性碳汇.     

不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳分布特征

作为土壤结构的基本单元和土壤肥力的重要组成部分,土壤团聚体对土壤的物理、化学和生物特性均有重要影响。试验选取了雅安市名山区中峰乡生态茶园区12—15a、20—22a、30—33a和50a的茶园,研究其土壤团聚体及其有机碳总量、储量和活性组分的分布特征,探究植茶年限对土壤团聚体及其有机碳分布的影响。结果表明:(1)研究区土壤以2 mm粒级团聚体为主,约为70%—80%,且在0—20 cm土层植茶20—22a土壤团聚体含量最高;(2)茶园土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒级的减小而增加,最大值出现在0.25 mm粒级团聚体,且在植茶50a时达最高值,0—20 cm土层团聚体有机碳含量均高于20—40 cm,土壤团聚体水溶性有机碳和微生物生物量碳随植茶年限的延长呈先增加后降低的变化趋势,植茶30—33a时含量最高,且小粒级团聚体水溶性有机碳含量较高而微生物量碳较低;(3)土壤团聚体对有机碳的贡献率约有70%来自2 mm粒级团聚体,团聚体有机碳储量随植茶年限延长呈增加的趋势,不同植茶年限0—20 cm土层各粒级团聚体有机碳储量均高于20—40 cm土层,且以0.25 mm粒级团聚体有机碳储量最高。研究结果在一定程度上揭示了不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳的分布特征,可为改善区域土壤质量及实施退耕还茶工程提供理论指导。     

北京地区栓皮栎和油松人工林土壤团聚体稳定性及有机碳特征

通过野外调查与室内分析,研究了北京地区栓皮栎和油松人工林土壤水稳性团聚体稳定性及有机碳分布特征.结果表明:在两种人工林内,大团聚体含量均随土层加深呈减少的趋势.其中,油松人工林中大团聚体(>0.25mm)含量占总团聚体的71%～77%;栓皮栎人工林中大团聚体含量(51%～58%)与微团聚体(≤0.25mm)含量(42%～49%)差异不明显.油松人工林土壤平均质量直径和几何平均直径均显著高于栓皮栎人工林,分形维数D值小于栓皮栎人工林.在两种林分中,土壤各粒级团聚体有机碳含量均随土壤层次的加深呈现逐渐降低的趋势.油松人工林中水稳性大团聚体的有机碳对土壤有机碳的贡献率为58%～83%,高于栓皮栎人工林水稳性大团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率(49%～66%).油松人工林比栓皮栎人工林更利于土壤水稳性团聚体的稳定和土壤有机碳的保护.     

不同林龄刺槐林土壤团聚体化学计量特征及其与土壤养分的关系

土壤团聚体化学计量特征分析可以为土壤养分的评价提供依据,对陕北黄土丘陵区20 a、25 a、40 a、50 a刺槐林土壤团聚体有机碳、全氮、全磷化学计量比及其与土壤有机碳、全氮、全磷化学计量比的相关性采用逐步回归分析方法进行了分析。结果表明:随着林龄的增加,刺槐林各粒径土壤团聚体有机碳、全氮含量及其有机碳、全氮、全磷化学计量比显著增加(P0.05),均表现为在0—20 cm土层高于20—40 cm土层,而刺槐林土壤团聚体全磷含量变化较小;相同林龄刺槐林在0—20 cm和20—40cm土层中0.25—2 mm粒径土壤团聚体有机碳、全氮、全磷含量及其化学计量比最高。刺槐林0.25—2 mm粒径团聚体对土壤原土有机碳、全氮含量及其有机碳、全氮、全磷化学计量比有显著影响。营造刺槐林对各粒径土壤团聚体全效养分分配及其平衡关系存在积极的影响,主要体现在0.25—2 mm粒径土壤大团聚体中,通过影响0.25—2 mm粒径团聚体提高了土壤全效养分的供应和保持能力。     

施肥对红壤水稻土团聚体分布及其碳氮含量的影响

依托中国科学院千烟洲生态试验站,利用1998年建立的红壤水稻田长期定位施肥试验,研究秸秆还田(ST)、化肥(NPK)、有机肥(OM)等施肥方式对红壤水稻土各粒级团聚体分布及其碳氮含量影响。结果表明:在所有施肥处理条件下红壤水稻土团聚体分布以<63μm的粉砂和粘粒为主,占41%—54%,长期施肥特别是施用OM有利于促进红壤水稻土大粒级团聚体形成;分别施用ST、NPK和OM均能提高红壤水稻土全土及各粒级团聚体中的有机碳和全氮含量,施用OM提高幅度最大。因此,在我国南方红壤稻作区的农业生产过程中应施用有机肥,从而改善土壤结构、碳贮量和养分状况。     

云雾山草原区不同植被恢复阶段土壤团聚体活性有机碳分布特征

以宁夏云雾山草原自然保护区不同植被群落为研究对象,对0～20 cm土层土壤团聚体活性有机碳分布特征进行分析.结果表明:(1)不同植被群落土壤团聚体活性有机碳含量顺序为退耕草地<百里香群落<铁杆蒿群落<大针茅群落<长芒草群落,与退耕草地相比,封育草地各粒径团聚体活性有机碳含量均显著提高 (P<0.05),表明随着植被的恢复土壤团聚体活性有机碳含量提高并趋于稳定,土壤碳汇效应有可能增强.(2)植被恢复主要影响大团聚体(>0.25 mm)中活性有机碳含量,其中0.5～0.25 mm粒径团聚体中活性有机碳含量最高,微团聚体(<0.25 mm)中活性有机碳含量最低.(3)植被恢复前期(退耕草地-铁杆蒿群落)0～10 cm土层>0.5 mm粒径团聚体中活性有机碳含量较10～20 cm土层有所增加,<0.5 mm粒径团聚体活性有机碳含量变化不大,恢复至后期到长芒草阶段时,0～10 cm土层<0.5 mm粒径团聚体中活性有机碳含量也开始提高, 各粒径0～10 cm土层团聚体活性有机碳含量均比10～20 cm土层有所提高.(4)相关性分析表明,土壤团聚体活性有机碳含量与土壤团聚体总有机碳含量呈极显著线性正相关关系(r=0.9394),团聚体活性有机碳含量可以作为衡量土壤团聚体有机碳动态的一个敏感性指标.     

若尔盖不同地下水位泥炭湿地土壤有机碳和全氮分布规律

以若尔盖典型泥炭湿地为研究对象,选择不同地下水位的样地,对各样地不同土壤剖面的土壤有机碳含量、全氮含量的分布规律及土壤容重、pH等影响因素进行了研究.结果表明:0 ～ 50 cm土层范围内,土壤有机碳含量和全氮含量与地下水位呈指数相关,随着水位的降低,土壤有机碳含量和全氮含量减少,且变异系数呈显著增加趋势,表明泥炭地排水、降低地下水位是泥炭地土壤有机碳和全氮丧失的重要原因.土壤有机碳和全氮含量间存在显著正相关,但与土壤pH和容重均呈极显著负相关.4个水位梯度下的土壤碳氮比的变动幅度在15.76 ～18.16,相对较低,表明在若尔盖气候条件下有机碳的分解速度较慢,而土壤碳氮比并没有受到地下水位和pH值的显著影响.     

黄土高原不同土壤结构体有机碳库的分布

根据不同植被类型和土壤类型,分别从黄土高原不同地域分层（0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm）采集22个土壤剖面样品,研究土壤有机碳库在不同结构体中的分布特征.结果表明,所有结构体,从表层向下有机碳含量和贮量皆呈递减趋势;而各土层,从＞5 mm、2～5 mm、1～2 mm到0.25～1 mm结构体有机碳含量呈递增趋势,而从0.25～1 mm到＜0.25 mm呈下降趋势,以0.25～1 mm结构体中有机碳含量最高.由于不同大小结构体所占比例不同,因此不同结构体中的有机碳贮量与含量并不完全一致：从＞5 mm、2～5 mm到1～2 mm结构体中有机碳贮量呈递减趋势,而从1～2 mm、0.25～1 mm到＜0.25 mm呈递增趋势,以1～2 mm结构体有机碳贮量最低.有机碳含量除土垫旱耕人为土在＜0.25 mm结构体中最大外,干湿砂质新成土、黄土正常新成土和简育干润均腐土在0.25～1 mm结构体中最高;但有机碳贮量在干湿砂质新成土和黄土正常新成土中以＜0.25 mm结构体所占比例最大,在简育干润均腐土和土垫旱耕人为土中以＞5 mm结构体所占比例最大.在不同植被下有机碳含量、贮量不同,表现为自然林地＞裸地＞人工林地＞农地.     

黄土区不同退耕方式下土壤碳氮的差异及其影响因素

研究植被恢复对土壤碳氮动态的影响,对了解陆地生态系统碳氮循环,应对全球温室效应具有重要意义.本研究以黄土丘陵区不同人工恢复植被为对象,以农田为参照,分析了不同人工植被恢复方式对0～100 cm剖面土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量影响的差异及其影响因素.结果表明: 退耕还林还草显著提高了土壤的SOC和TN含量.退耕后,SOC和TN含量均较农田明显提高.0～100 cm土层SOC平均含量人工乔木林为农田的1.43倍,增幅最大;其次是人工灌木,为1.36倍;最后是人工草地,为1.21倍.0～100 cm土层TN平均含量人工乔木林增幅最大,是农田的1.30倍;其次是人工草地,为1.21倍;而人工灌木增幅最小,为1.13倍.与农田相比,人工恢复植被类型间SOC和TN含量及细根密度的差异在土壤剖面深度上表现出不同,人工乔木和灌木最明显,影响深度＞100 cm;草地最小,仅为60 cm.恢复植被的细根密度、C∶N和凋落物量显著高于农作物,细根密度与SOC、TN呈显著线性相关(P<0.01).细根的质和量以及凋落物量是不同人工恢复植被下SOC和TN含量差异的重要影响因素.     

Effects of biological soil crusts on profile distribution of soil water,organic carbon and total nitrogen in Mu Us Sandland,China

Aims Biological soil crusts (BSCs) can affect soil properties including water dynamics and cycling of soil carbon and nitrogen in dryland ecosystems. Previous research has mostly focused on effects of BSCs on soil water distribution or carbon and nitrogen fixation in the surface soil layer. Thus, little is known about effects of BSCs on properties throughout the soil profile. In the current study, we assessed the effects of BSCs on the distribution of soil water content (SW), soil organic carbon content (SOC) and soil total nitrogen content (STN) throughout the soil profile as well as the influence of water conditions on the effects of BSCs.Methods In a field investigation in Mu Us Sandland, North China, soil samples were taken from plots with and without BSCs on 13 and 28 September 2006, respectively. On the two sampling dates, average soil gravimetric water content was 3.83% (±1.29%) and 5.08% (±0.89%), respectively, which were regarded as low and high water conditions. Soil samples were collected every 5 cm to a depth of 60 cm, and SW, SOC and STN were measured in the laboratory.Important findings (i) BSCs affected profile distribution of SW, SOC and STN. In addition, water conditions within the plots significantly modified BSCs' effects on the profile distribution of SW, but marginally affected the effects on SOC and STN. (ii) Under high water conditions, SW in the surface soil layer (0–10 cm) was higher in soils with BSCs compared to those without BSCs, while the opposite was true in the deep soil layer (30–55 cm). (iii) Under low water conditions, SW was lower with BSCs compared with no BSCs in near-surface (5–20 cm) and deep (25–40 cm) soil layers. (iv) BSCs affected SOC and STN only in the surface soil layer (0–5 cm) and were modified by plot water conditions.     

黄土高原不同植被带土壤团聚体有机碳和酶活性的粒径分布特征

为探究土壤中各粒级团聚体不同形态有机碳和酶活性的分布特征,以黄土高原延河流域森林带、森林草原带、草原带土壤为对象,研究了不同粒级团聚体总有机碳、易氧化碳和腐殖质碳含量,以及纤维素酶、β-D葡糖苷酶、过氧化物酶、蔗糖酶和脲酶活性,分析了土壤团聚体有机碳及其组分与酶活性之间的相关关系.结果表明： 3种植被带土壤团聚体有机碳及其组分含量表现为森林带＞草原带＞森林草原带,3种形态有机碳含量在0.25～2 mm粒径均最高;不同植被带土壤团聚体有机碳及其组分含量和酶活性在0～10 cm土层大于10～20 cm土层;3种植被带纤维素酶、β-D葡糖苷酶、蔗糖酶和脲酶活性表现为森林带＞草原带＞森林草原带,过氧化物酶活性表现为森林带＞森林草原带＞草原带;3种植被带土壤中各种酶活性随着粒径的减小呈递增趋势.土壤纤维素酶、过氧化物酶、蔗糖酶和脲酶活性与团聚体各种形态碳含量均呈显著正相关.