耕作方式对绿洲灌区农田土壤有机碳及其分布的影响

依托自2005年开始的田间定位试验,分析了传统平作(CT)、垄作沟灌(FRB)、固定道垄作(PRB)和固定道平作(ZT)4种耕作方式下绿洲灌区农田0～90 cm土层中土壤总有机碳(TOC)、颗粒态有机碳(POC)含量和微生物生物量碳(SMBC)及其分布特征.结果表明: 4种耕作方式下土壤TOC、POC和SMBC在土壤剖面中的垂直分布特征相似,有机碳含量随着土层深度的增加而递减,且处理之间差异逐渐减小.PRB可显著提高TOC、POC含量和SMBC,不同耕作方式下各土层有机碳含量表现为PRB>ZT>FRB>CT.与CT相比,0～10 cm土层中PRB、ZT和FRB处理TOC含量分别增加11.1%～24.8%、9.1%～18.7%和7.8%～8.2%,POC含量分别增加24.1%～26.5%、17.3%～18.7%和-8.2%～10.8%,SMBC分别增加20.5%～28.3%、10.4%～15.2%和3.5%～3.7%.TOC对POC具有明显促进作用.PRB能显著增加土壤POC分配比例,增加有机碳积累.     

耕作方式对绿洲灌区农田土壤有机碳及其分布的影响

依托自2005年开始的田间定位试验,分析了传统平作(CT)、垄作沟灌(FRB)、固定道垄作(PRB)和固定道平作(ZT)4种耕作方式下绿洲灌区农田0~90 cm土层中土壤总有机碳(TOC)、颗粒态有机碳(POC)含量和微生物生物量碳(SMBC)及其分布特征.结果表明:4种耕作方式下土壤TOC、POC和SMBC在土壤剖面中的垂直分布特征相似,有机碳含量随着土层深度的增加而递减,且处理之间差异逐渐减小.PRB可显著提高TOC、POC含量和SMBC,不同耕作方式下各土层有机碳含量表现为PRB>ZT>FRB>CT.与CT相比,0~10 cm土层中PRB、ZT和FRB处理TOC含量分别增加11.1%~24.8%、9.1%~18.7%和7.8%~8.2%,POC含量分别增加24.1%~26.5%、17.3%~18.7%和-8.2%~10.8%,SMBC分别增加20.5%~28.3%、10.4%~15.2%和3.5%~3.7%.TOC对POC具有明显促进作用.PRB能显著增加土壤POC分配比例,增加有机碳积累.     

亚热带杉木林土壤有机碳及其活性组分对氮磷添加的响应

通过野外氮、磷添加,分析N₀(0 kg N·hm^-2·a^-1)、N₁(50 kg N·hm^-2·a^-1)、N₂(100 kg N·hm^-2·a^-1)、P(50 kg P·hm^-2·a^-1)、N₁P和N₂P等6种处理3年后对亚热带杉木人工林土壤有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)和水溶性有机碳(WSOC)的影响.结果表明:氮、磷添加对0～20 cm土层SOC含量无显著影响.磷添加显著降低0～5 cm土层POC含量,与无磷处理相比,加磷处理POC含量降低26.1%.WSOC含量对氮、磷添加的响应主要表现在0～5 cm土层,低水平氮添加和磷添加显著提高WSOC含量.在0～5 cm土层,氮添加对POC/SOC值无显著影响,而与无磷添加相比,POC/SOC值在磷添加处理下显著降低15.9%.在5～10和10～20 cm土层,氮、磷添加处理对POC/SOC值无显著影响.在亚热带地区,森林土壤碳稳定性主要受磷含量的调控,短期磷添加易导致表层土壤活性有机碳分解,增加土壤碳稳定性.     

围湖造田不同土地利用方式土壤活性有机碳的变化

围湖造田是中国20世纪50年代后期开始大量出现的与水争地的人类干扰活动。以太湖流域肖甸湖区为代表,测定分析了肖甸湖围湖造田区,香樟林、水杉林、毛竹林、农田4种不同典型土地利用方式35年后,0～40cm土层土壤微生物生物量碳、水溶性有机碳、易氧化碳、颗粒有机碳的含量及分配比例的差异。结果表明:农田土壤微生物生物量碳明显高于林地,其0～10、10～20、20～40cm土层的微生物生物量碳的含量分别为573.38±18.28、335.52±53.35、109.33±4.86mg.kg-1,为香樟林对应土层的2.07、2.02、1.39倍,水杉林对应土层的2.26、2.79、2.01倍,毛竹林对应土层的1.89、2.10、1.21倍,说明农田的耕作与施肥措施对土壤微生物活性产生了较大影响。水溶性有机碳、易氧化碳与颗粒有机碳农田与林地相比无显著差异。围湖地区土壤水溶性有机碳和易氧化碳分配比例(1.22%～3.03%、10.56%～30.64%)高于相同气候区的山地森林土壤,颗粒有机碳分配比例(3.43%～17.28%)较低,说明土壤易分解组分占总有机碳比例较高,而保护性组分所占比例较低,围湖地区土壤有机碳稳定性较差。围...     

黄土区耕作侵蚀及其对总土壤侵蚀贡献的空间格局

耕作能直接造成大量的土壤向坡下运动 ,却在以往土壤侵蚀研究中被忽视。为了定量评价耕作侵蚀以及在坡耕地土壤侵蚀中的重要性 ,通过耕作侵蚀示踪试验及铯 - 1 37示踪的方法对黄土区耕作侵蚀及其对总土壤侵蚀贡献的空间格局进行了研究 ,取得了如下结果 :( 1 )一次耕作造成的单宽土壤搬运量为 2 3.60～ 45 .68kg/m,并从坡地上部和下部向中部逐渐变大 ;( 2 )耕作侵蚀强度主要集中在 70 0～ 2 0 0 0 t/km2 和- 1 2 0 0～ - 2 0 0 0 t/km2 之间 ,分别发生在坡地凸型和凹型部位 ;( 3)总土壤侵蚀强度主要集中在 2 60 0～890 0 t/( km2· a)和 - 2 75 0～ - 3390 t/( km2· a)之间 ,分别发生在坡地凸型部位与凹型部位的上部及坡地凹型部位的下部 ;( 4 )耕作侵蚀占总土壤侵蚀的百分比 ,主要集中在 1 0 %～ 2 8%、- 2 7%～ - 398%和 36%～ 5 4 %之间 ,从坡顶向坡底 ,依次分布在两种侵蚀皆呈侵蚀的部位、耕作侵蚀呈沉积而总土壤侵蚀呈侵蚀的部位及两种侵蚀皆呈沉积的部位。结果表明 ,耕作侵蚀是黄土区坡耕地的一种重要的土壤侵蚀 ,是总土壤侵蚀的重要组成部分 ,水土保持工作中应充分考虑耕作侵蚀及其对总土壤侵蚀贡献的空间格局。     

黑土坡耕地有机碳变化及固碳潜力分析

东北黑土区自开垦以来有机质含量逐渐降低,有机碳库长期处于亏缺状态,理论上也具有较大的固碳潜力。以典型黑土区长期传统作业的坡耕地(30—60 a)为研究对象,通过测定不同坡位(坡上侵蚀区和坡下沉积区)、不同土层(表土和底土)有机碳分布特征,估算不同开垦年限黑土固碳潜力及其恢复至固碳潜力所需的时间。结果表明:(1)总有机碳、有机碳密度以及碳饱和水平均表现为沉积区显著大于侵蚀区,表土显著大于底土,且均在开垦30a坡耕地达到最大值;(2)固碳潜力表现为侵蚀区(1.24—2.89 kg/m~2)显著大于沉积区(0.79—1.04 kg/m~2),底土(0.83—3.59 kg/m~2)显著大于表土(0.6—2.53 kg/m~2),随着开垦年限的增加表现为开垦30 a显著小于开垦40 a、60 a;(3)黑土坡耕地(30—60 a)侵蚀区和沉积区土壤(0—50 cm)达到固碳潜力分别需要20—181 a和13—66 a。黑土坡耕地固碳潜力的时空变异性在农业经营以及修复管理过程中需引起重视,以实现黑土资源的可持续利用。     

耕作方式对紫色水稻土有机碳和微生物生物量碳的影响

以位于西南大学的农业部紫色土生态环境重点野外科学观测试验站始于1990年的长期定位试验田为对象,研究了冬水田平作(DP)、水旱轮作(SH)、垄作免耕(LM)及垄作翻耕(LF)等4种耕作方式对紫色水稻土有机碳(SOC)和微生物生物量碳(SMBC)的影响。结果表明,4种耕作方式下SOC和SMBC均呈现出在土壤剖面垂直递减趋势,翻耕栽培下其降低较均匀,而免耕栽培下其富集在表层土壤中。同一土层不同耕作方式间SOC和SMBC的差异在表层最大,随着土壤深度的增加,各处理之间的差异逐渐减小。在0—60 cm剖面中,SOC含量依次为:LM(17.6 g/kg)>DP(13.9 g/kg)>LF(12.5 g/kg)>SH(11.3 g/kg),SOC储量也依次为:LM(158.52 Mg C/hm2)>DP(106.74 Mg C/hm2)>LF(93.11 Mg C/hm2)>SH(88.59 Mg C/hm2),而SMBC含量则依次为:LM(259 mg/kg)>SH(213 mg/kg)>LF(160 mg/kg)>DP(144 mg/kg)。与其它3种耕作方式比较,LM处理显著提高SOC含量和储量以及SMBC含量。对土壤微生物商(SMBC/SOC)进行分析发现,耕作方式对SOC和SMBC的影响程度并不一致。SMBC与SOC、全氮、全磷、全硫、碱解氮、有效磷均呈现极显著正相关(P<0.01),与有效硫呈显著正相关(P<0.05);表明SMBC可以作为表征紫色水稻土土壤肥力的敏感因子。     

中国东部森林土壤有机碳组分的纬度格局及其影响因子

土壤有机碳是森林碳库的重要组成部分,其活性有机碳组分不仅是土壤碳周转过程的重要环节,还是气候变化最敏感的指标。以中国东部南北森林样带(NSTEC,North-South Transect of Eastern China)为对象,选择了9个典型森林生态系统(尖峰岭、鼎湖山、九连山、神农架、太岳山、东灵山、长白山、凉水和呼中),涵盖了我国热带森林、亚热带森林和温带森林的主要类型,测定其0—10 cm土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(EOC)、微生物碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量,结合气候、土壤质地、土壤微生物和植被生物量等因素,探讨了森林土壤有机碳组分的纬度格局及其主要影响因素。实验结果表明:SOC、EOC、MBC和DOC含量分别为23.12—77.00 g/kg、4.62—17.24 g/kg、41.92—329.39 mg/kg和212.63—453.43 mg/kg。SOC、EOC和MBC随纬度增加呈指数增长(P0.05),而DOC则随纬度增加呈指数降低(P0.05)。在不同气候带上,SOC和EOC含量表现为热带森林亚热带森林温带森林(P0.05),DOC含量表现为热带森林亚热带森林温带森林(P0.001)。气候、植被生物量、土壤质地和土壤微生物可解释土壤有机碳组分纬度格局的大部分空间变异(SOC 74%;EOC 65%;MBC 51%和DOC 76%)。其中,气候是土壤有机碳组分呈现纬度格局的主要影响因素,土壤质地是SOC和EOC的次要影响因素,而土壤微生物和植被生物量是MBC和DOC的次要影响因素。     

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。     

森林土壤有机碳分解对模拟增温的响应

由化石燃料燃烧和土地利用变化引起的全球气候变暖是地球上最严重的人为干扰之一,对陆地生态系统结构和功能产生重要的影响。土壤有机碳（SOC）是陆地生态系统最大的碳库,其微小变化都会影响全球碳平衡和气候变化。近30年来,国内外学者在不同森林生态系统相继开展了野外模拟增温对SOC分解的影响及其调控机制研究。基于在全球建立的26个野外模拟气候变暖实验平台,系统分析增温对森林生态系统SOC分解的影响格局和潜在机制,发现增温通常促进森林SOC的分解,对气候变暖产生正反馈作用。然而,因增温方式和持续时间、土壤微生物群落结构和功能的多样性、SOC结构和组成的复杂性、植物-土壤-微生物之间相互作用以及森林类型等不同而存在差异,导致人们对森林SOC分解响应气候变暖的程度及时空格局变化缺乏统一的认识,且各类生物和非生物因子的相对贡献尚不清楚。基于已有研究,从土壤微生物群落结构和功能、有机碳组分以及植物-土壤-微生物互作3个方面构建了气候变暖影响SOC分解的概念框架,并进一步阐述了今后的重点研究方向,以期深入理解森林生态系统碳-气候反馈效应,为制定森林生态系统管理措施和实现"碳中和"提供科学依据。1）加强模拟增温对不同森林生态系统（特别是热带亚热带森林生态系统） SOC分解的长期观测研究,查明SOC分解的时空动态特征;2）加强土壤微生物功能群与SOC分解之间关系的研究,揭示SOC分解对增温响应的微生物学机制;3）形成统一的SOC组分研究方法,揭示不同碳组分对增温的响应特征和机制;4）加强森林生态系统植物-土壤-微生物间相互作用对模拟增温的响应及其对SOC分解调控的研究;5）加强模拟增温与其他全球变化因子（例如降水格局变化、土地利用变化、大气氮沉降）对SOC分解的交互作用,为更好评估未来全球变化背景下森林土壤碳动态及碳汇功能的维持提供理论基础。     

常绿阔叶林与杉木林的土壤碳矿化潜力及其对土壤活性有机碳的影响

采用室内土壤培养法,比较分析了湖南省会同地区常绿阔叶林、杉木纯林土壤有机碳的矿化速率和累计矿化量,分析了有机碳矿化量与土壤活性有机碳初始含量的关系。结果表明:常绿阔叶林土壤有机碳矿化速率和累计矿化量均显著高于杉木纯林。在培养的第21天,在培养温度为9℃和28℃条件下,常绿阔叶林0～10和10～20cm土层的土壤有机碳累计矿化量为杉木纯林的1.7～2.7倍。常绿阔叶林土壤有机碳矿化释放的CO2-C分配比例高于杉木纯林。林地土壤有机碳矿化量受土壤微生物碳、可溶性有机碳初始含量的影响(P<0.01)。土壤有机碳矿化使土壤微生物碳增加而可溶性有机碳下降,但变化幅度均不大。温度从9℃升高到28℃后,林地土壤有机碳矿化速率提高3.1～4.5倍;2林地有机碳矿化对温度的敏感性无显著差异。     

生态恢复对红壤侵蚀地土壤有机碳组成及稳定性的影响

为了研究红壤侵蚀区生态恢复过程中土壤有机碳的组成与动态变化,选择红壤侵蚀区生态恢复10 a和30 a的马尾松林为对象,以侵蚀裸地和次生林为对照,应用土壤有机碳物理分组方法,研究了侵蚀地植被恢复过程中表层土壤粗颗粒态有机碳(cPOC)、细颗粒态有机碳(f POC)和矿质结合有机碳(MOC)含量及POC/MOC比值的变化。结果表明:生态恢复显著提高了土壤有机碳含量(P0.05),土壤中不同组分有机碳含量也相应增加。生态恢复10 a,土壤有机碳主要以f POC形式积累,cPOC和MOC没有显著变化,其中0—10 cm土层POC占总土壤有机碳(SOC)比例高达64.1%,但稳定性较差。与恢复10 a相比,生态恢复至30 a时,0—10 cm土壤f POC含量相对不变,cPOC和MOC含量均显著增加(P0.05),10—20 cm土壤f POC和MOC增加量达到显著水平,而cPOC含量仍未显著增加,说明生态恢复过程中土壤固碳模式符合SOC饱和理论。生态恢复过程中土壤POC/MOC比值呈先升高后降低的趋势,且表层土壤大于亚表层土壤,说明随着生态恢复时间的增加,土壤有机碳稳定性逐渐提高,且亚表层土壤高于表层。因此,生态恢复对于侵蚀地碳固定的长期有效性具有重要意义。     

火烧迹地不同恢复方式土壤有机碳分布特征

以大兴安岭1987年重度火烧后恢复的兴安落叶松人工林、樟子松人工林、人促杨桦林和天然次生杨桦林为对象,研究不同恢复方式林分土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳的分布特征.结果表明: 4种恢复方式林分的土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳分别为9.63～79.72 g·kg^-1、33.21～186.30 mg·kg^-1和200.85～1755.63 mg·kg^-1,且随土层深度增加而降低.不同恢复方式间土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳差异显著,以人促杨桦林最高,兴安落叶松人工林和天然次生杨桦林次之,樟子松人工林最低.各恢复方式林分的土壤微生物熵为1.1%～2.3%,以人促杨桦林最高,樟子松人工林最低,不同林分土壤微生物熵的垂直分布特征不同.土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、土壤可溶性有机碳含量均呈显著正相关.人促杨桦林土壤有机碳活性高于其他林分,火烧迹地采用人工促进天然恢复的方式较人工恢复和天然恢复的土壤碳循环能力更强.     

耕作扰动对喀斯特土壤可溶性有机质及其组分迁移淋失的影响

土壤可溶性有机质(DOM)及其组分淋失特征研究对深入理解干扰作用下土壤碳氮养分损失机制具有重要意义,本研究基于翻耕模拟试验,分析喀斯特石灰土可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、及DOM官能团组分的淋失动态特征及其对不同耕作频率的响应,并探讨其影响因子。结果表明:(1)土壤DOC与DON的淋失量均随翻耕频率的增加而增加,但4个官能团特征参数对翻耕频率响应均不显著;DOC/DON淋失比随翻耕频率的增大而减少,DON占淋溶水可溶性总氮(TDN)比例随翻耕频率增加而增加。(2)DOC和DON月淋失量同时受翻耕处理与季节变化及其交互作用的影响,4个官能团特征参数仅受季节变化的影响;翻耕处理实施后,DOC月淋失量表现为初期大、后期小,各处理间差异性逐渐降低;但DON月淋失量初期小、后期大,各处理间差异性逐渐增大。(3)DOC淋失量与4个官能团特征参数呈显著负相关(P0.05),与Ca~(2+)、NH_4~+-N的淋失量呈显著正相关;DON淋失量与4个官能团参数无显著相关关系,与Mg~(2+)淋失量呈显著正相关关系。以上结果表明耕作扰动会加剧土壤DOM淋失,但淋失组分中稳定性组分没有变化,意味着耕作干扰将导致土壤有机质的持续损失,且由于其淋失组分碳氮比(DOC/DON)随扰动频率增加而降低,DON/TDN比随扰动频率增加而增加,持续的耕作干扰将大大增加水体氮素污染风险。     

Stocks and dynamics of SOC in relation to soil redistribution by water and tillage erosion

Soil organic carbon (SOC) displaced by soil erosion is the subject of much current research and the fundamental question, whether accelerated soil erosion is a source or sink of atmospheric CO₂, remains unresolved. A toposequence of terraced fields as well as a long slope was selected from hilly areas of the Sichuan Basin, China to determine effects of soil redistribution rates and processes on SOC stocks and dynamics. Soil samples for the determination of caesium‐137 (¹³⁷Cs), SOC, total N and soil particle size fractions were collected at 5 m intervals along a transect down the two toposequences. ¹³⁷Cs data showed that along the long slope transect soil erosion occurred in upper and middle slope positions and soil deposition appeared in the lower part of the slope. Along the terraced transect, soil was lost over the upper parts of the slopes and deposition occurred towards the downslope boundary on each terrace, resulting in very abrupt changes in soil redistribution over short distances either side of terrace boundaries that run parallel with the contour on the steep slopes. These data reflect a difference in erosion process; along the long slope transect, water erosion is the dominant process, while in the terraced landscape soil distribution is mainly the result of tillage erosion. SOC inventories (mass per unit area) show a similar pattern to the ¹³⁷Cs inventory, with relatively low SOC content in the erosional sites and high SOC content in depositional areas. However, in the terraced field landscape C/N ratios were highest in the depositional areas, while along the long slope transect, C/N ratios were highest in the erosional areas. When the samples are subdivided based on ¹³⁷Cs‐derived erosion and deposition data, it is found that the erosional areas have similar C/N ratios for both toposequences, while the C/N ratios in depositional areas are significantly different from each other. These differences are attributed to the difference in soil erosion processes; tillage erosion is mainly responsible for high‐SOC inventories at depositional positions on terraced fields, whereas water erosion plays a primary role in SOC storage at depositional positions on the long slope. These data support the theory that water erosion may cause a loss of SOC due to selective removal of the most labile fraction of SOC, while on the other hand tillage erosion only transports the soil over short distances with less effect on the total SOC stock.