农业利用方式对土壤有机碳库大小及周转的影响研究

通过土壤样品的室内培养,运用三库一级动力学理论,以丘陵区红壤为对象,研究了水田、桔园、旱地、水旱轮作4种土地利用方式农田土壤有机碳库大小、各碳库平均周转时间及分解动态,探讨了土地利用变化对土壤有机碳的影响.结果表明,土壤有机碳分快速分解和缓慢分解两个阶段.快速分解阶段的分解速率与活性碳含量和活性碳占有机碳的百分含量相关性不明显;缓慢分解阶段的速率与缓性碳库含量呈正相关.4种土地利用类型表层和中层土壤总有机碳含量分别为4.97～12.40 g/kg,2.58～4.00 g/kg;缓性碳库表层含量的大小顺序为,水田(5.78 g/kg)>旱地(3.77 g/kg)>桔园(3.39 g/kg)>水旱轮作(2.83 g/kg)I惰性碳库表层含量的大小顺序与缓性碳相同,含量分别为6.42,5.43,2.45,2.03 g/kg,水田的缓、惰性碳库含量最高,水田更具有固碳潜力.     

几种不同类型土壤有机碳库容大小及周转研究

通过土壤样品的室内培养,运用三库一级动力学理论,分析了沼泽土、草甸土、普通黄棕壤和棕色石灰土4种土壤有机碳库容大小、各碳库平均周转时间及分解动态。结果表明,4种土壤剖面表层和中层有机碳含量分别为8.48~24.53 g/kg,4.02~16.77 g/kg;活性碳占总有机碳含量的0.99%~5.01%,1.31%~1.91%,平均周转时间分别为8.8~14.3 d,10.4~16.5 d;缓效性碳占总有机碳含量的15.88%~59.04%,20.43%~48.36%,平均周转时间分别为1.3~29.1 a,3.6~21.3 a;惰性碳占总有机碳含量的39.97%~79.11%,50.31%~77.66%。不同类型土壤三库有机碳含量均是上层明显大于中层,培养3个月,表层和中层土壤有机碳累计分解量分别达到了165.99~2 429.57 mg/kg,108.04~743.02 mg/kg,4种土壤有机碳分解速率大小顺序:沼泽土>草甸土>棕色石灰土>普通黄棕壤,与活性碳的百分比含量成正相关关系。对培养期间土壤有机碳累计释放量进行拟合,发现三次方程(Y=b0 b1x b2x2 b3x3)能很好地描述其变化趋势,相关性均达到极显著水平(P<0.01)。     

不同土地利用类型土壤有机碳各库大小及分解动态

依据三库一级动力学理论,以下蜀黄土为对象,研究了天然林地、新旱地和老旱地土壤不同土层有机碳各库大小和分解动态,探讨了土地利用变更对土壤有机碳的影响。结果表明:下蜀黄土上发育的黄棕壤表层、中层和下层土壤总有机碳库大小分别为7 818.34~9 242.30 m g/kg,3 093.66~3 338.59 m g/kg,2 337.27~3188.40m g/kg。各碳库占总有机碳比例及平均驻留时间为:活性碳库0.41%~3.81%,平均驻留时间3~40天;缓效性碳库23.23%~79.11%,平均驻留时间5~24年;惰性碳库18.11%~74.80%。土地利用类型从天然林地—新旱地—老旱地转变导致各层土壤缓效性碳库减小,中层惰性碳库增大,随着旱地耕作时间增长这种趋势越明显。根据呼吸培养结果发现土壤有机碳分解具有前期快速分解和后期稳定分解两个阶段,快速分解期为活性碳平均驻留时间。研究表明,旱地土壤较之天然林地具有更大的固碳能力,只要合理管理与耕作,旱地将是一个巨大的碳汇。     

煤矿区土壤有机碳含量的遥感反演与分布特征

高光谱数据与多光谱影像结合能实现区域高精度、大面积的土壤有机碳含量反演。以山东省鲍店矿区表层0-20cm土壤有机碳含量为研究对象,采用波段平均法把高光谱的窄波段拟合成GF-1 WFV影像的宽波段,建立土壤有机碳含量的高光谱模型,进而通过比值订正法,将最优高光谱模型校正到多光谱模型并通过决策树分类获取土壤有机碳含量空间分布状况,结合土地利用现状分析土壤有机碳含量分布特征。结果表明:(1)通过波段拟合和比值订正获得的多光谱模型,检验决定系数为0.76,可以稳定实现矿区土壤有机碳含量的反演。(2)研究区土壤有机碳含量范围为0.71~38.15g/kg,均值为14.12g/kg,总体上处于中等水平;区域内土壤有机碳含量以11.60~17.40g/kg为主,其次是5.80~11.60g/kg,分别占据48%,29%。(3)采矿区和部分道路、居民点的有机碳含量偏高,耕地处于中等水平,林地和草地含量较低;塌陷地形成的水域周围有机碳含量明显偏低。     

不同森林植被下土壤有机碳的分解特征及碳库研究

分析了不同森林植被和同一植被不同林龄的人工杉木林下土壤有机碳的分解特征及土壤有机碳中的活性碳库、缓效性碳库和惰效性碳库的大小和周转时间。结果表明:不同森林植被下土壤有机碳的分解速率不同,总的趋势都是:培养前期分解速度快,后期分解速度慢,土壤剖面A层>剖面B层。在剖面A层中:不同森林植被下分解速率的大小顺序为常绿阔叶林>人工杉木林,不同林龄的人工杉木林为成熟林>中龄林>幼龄林;在剖面B层中:分解速率差异不大。不同森林植被下不同土壤剖面上的土壤活性碳库、缓效性碳库和惰效性碳库的库容和分解速率不同,土壤活性碳库碳含量一般占总有机碳的0 99%～2 89%,田间平均驻留时间为10～23天;土壤缓效性碳一般占总有机碳的17 17%～55 46%,田间平均驻留时间为1 6～24 2年;土壤惰效性碳一般占总有机碳的42 05%～80 66%,田间平均驻留时间为假定的1000年。     

祁连山天老池小流域土壤有机碳空间异质性及其影响因素

采用野外取样和室内分析,结合地统计学方法和方差分析方法,分析了祁连山天老池小流域0~30 cm层的土壤有机碳的分布特征及其与植被类型、地形和土壤性质等因素的关系。结果表明,该流域土壤有机碳垂直分布存在显著的差异,随着土层深度的增加,土壤有机碳含量显著减少,0~10、10~20、20~30 cm土层土壤有机碳含量分别为105.08、81.46、62.62 g/kg,土壤平均有机碳含量为83.05 g/kg,变异系数为0.56。不同的植被类型0~10 cm土层土壤有机碳含量表现为青海云杉(138.20 g/kg)灌丛(118.49 g/kg)亚高山草甸(100.43 g/kg)祁连圆柏(74.17 g/kg)干草原(43.94 g/kg);随着海拔的升高土壤有机碳含量增加,阴坡有机碳含量明显高于阳坡;经相关性分析表明,土壤有机碳与土壤全氮和砂粒呈显著正相关关系,与土壤体积质量、黏粒和粉粒呈显著负相关关系。     

黑土农田有机碳平衡与消长动态

以中国科学院海伦农业生态实验站长期肥料试验区为研究平台,采用静态箱—气相色谱法原位测定CO2排放通量,进而估算出土壤有机碳矿化速率。秋季收获时测定玉米根系、凋落物、根际沉积碳和施用有机肥对土壤碳的输入量。从土壤有机碳输入和输出角度来研究黑土农田有机碳平衡与消长动态。结果表明,施用有机肥增加了土壤有机碳的输入量,但同时增加了土壤有机碳矿化输出量,从碳收支平衡的角度来分析,土壤有机碳呈现出增加趋势,年际间增加138 kg/hm2,0~20 cm耕层土壤有机碳含量增加了0.08 g/kg,占土壤有机碳含量的0.28%,在测量误差范围内。长期不施肥的CK处理,土壤有机碳输入量较小,每年仅为754 kg/hm2,而土壤有机碳通过矿化输出量却较大,仅次于NPKOM处理,达到1 202 kg/hm2,致使土壤有机碳下降速率加快,以每年0.22 g/kg下降,经过17年试验,有机碳下降1.7 g/kg。平衡施肥NPK和NP处理,每年输入和输出碳量相近,每年碳收支在12~44 kg/hm2之间,土壤有机碳含量基本保持不变,维持在27~28 g/kg之间波动。NK处理土壤有机碳呈下降趋势,理论上以每年0.07 g/kg速度下降,但实际上是在测定误差范围内,很难测定出有机碳的消长量。     

基于生态化学计量学的秦岭林地养分特征初探

以秦岭典型林地土壤为对象,分析了夏、秋两季锐齿栎、油松、华山松、云杉4种典型林分下林地不同土层土壤的生态化学计量学特征。结果表明:5个林地腐殖质层(O层)、表层(A层)土壤有机碳含量分别在76.23~260.70,26.60~44.81g/kg之间;全氮含量在4.19~8.76,1.46~3.29g/kg之间;全磷含量分别在0.38~0.61,0.33~0.63g/kg之间。5个林地O层、A层C/N范围分别为16.48~29.76,12.31~19.39;C/P范围分别为144.93~465.52,44.63~107.42;N/P范围分别为7.97~18.37,2.58~6.23。土壤有机碳和全氮及C/N,C/P,N/P均表现为O层大于A层,且O层碳氮含量动态变化较大。阔叶林地土层间差异小于针叶林地。华山松林地土壤碳氮磷含量及C/N、C/P均高于其他林地。土壤C/P和N/P的空间变异性较大,C/N相对稳定。土壤碳氮磷含量及化学计量比值大多表现为夏季高于秋季。     

长白山森林土壤有机碳分解动态通用模型探索

针对土壤有机碳在实验室培养条件下呈现出前期快速分解和后期缓慢分解的特征,提出了建立土壤有机碳分解动态模型的思路:kc=a{1+Eb(t/c)d-1]/et/c),其中a,b,c,d为待定参数,运用SAS9.0的非线性过程和研究样点培养数据可以确定不同处理的对应参数值.对长白山森林土壤的研究表明:该通用模型可以有效表达土壤有机碳分解动态.运用模型拟合速率计算出的土壤碳库大小和各碳库周转时间与实测速率计算的值具有较好相关性;在研究区参数a为土壤总有机碳含量因子(R2=0.8479);参数b为土壤粘粒因子(R2=0.8549);参数c为土壤惰效性碳和pH因子(R2=0.8976);参数d为土壤惰效性碳因子(R2=0.5310).     

黔中喀斯特地区3种林型土壤有机碳含量及垂直分布特征

在全球气候变化背景下,森林土壤有机碳库已成为全球碳循环研究的重点之一。研究以黔中喀斯特地区阔叶混交林、针阔混交林和灌木林为对象,分析其土壤及枯落物有机碳含量。结果表明:0-80cm土壤剖面的有机碳含量和碳密度均值表现为阔叶混交林(19.10g/kg,18.62kg/m2)>灌木林(9.21g/kg,9.67kg/m2)>针阔混交林(8.38g/kg,8.60kg/m2),且差异显著(P<0.05),说明同一地区不同林型土壤有机碳的积累和存储不同;3种林型0-20cm土层有机碳含量和碳密度均最大,且与各土层之间差异均显著(P<0.05),并随土层深度的增加而减少,说明森林土壤有机碳含量和密度分布有很强的表聚性,因此,应避免人为活动干扰,增加植被覆盖和减少水土流失;3种林型的土壤有机碳含量与土壤容重呈负相关关系,拟合度(R2)均较大,说明土壤有机碳含量与土壤容重拟合方程均较好;3种林型枯落物现存量和有机碳含量差异均显著(P<0.05),说明同一地区,不同林型的枯落物的积累和分解能力不同。     

岩溶区不同土地利用方式对土壤有机碳碳库及周转时间的影响

通过土壤样品的室内培养,运用三库一级动力学理论,分析桂林毛村典型岩溶区旱地、灌丛、果园、林地4种不同土地利用类型下石灰土有机碳库容大小、各碳库平均周转时间及其影响因素。结果表明:4种土地利用类型土壤有机碳含量分别为15.41～20.10g/kg,13.07～31.16g/kg,9.38～14.74g/kg,30.82～37.52g/kg。活性有机碳占总有机碳的比例最小,分别为0.61%～0.93%,0.95%～1.24%,0.77%～1.00%,1.49%～1.66%。缓效性有机碳库分别占总有机碳含量的21.13%～30.18%,13.58%～23.46%,29.54%～46.58%,30.39%～33.84%。平均周转时间分别为7,8,7,12年。惰性有机碳占总有机碳的比例最高,分别为69.18%～78.26%,75.27%～85.47%,56.63%～69.70%,64.64%～68.12%。延长缓效性碳库驻留时间在一定程度上是提高土壤有机碳库的关键因素。相关分析表明,土壤有机碳总量、土壤碳酸钙含量、总钙量、土壤pH值、全氮含量、C/N与土壤有机碳各库库容及周转时间存在显著的正相关,腐殖质含量与土壤有机碳库及周转时间呈极显著正相关,土壤过氧化氢酶及脲酶活性显著影响土壤有机碳库含量及周转时间。     

杭州湾湿地不同植被类型下土壤有机碳及其组分分布特征

土壤有机碳及其活性组分能够敏感地反映土壤碳库的变化。调查采集杭州湾自然滩涂湿地土壤样品(0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm),比较分析芦苇、互花米草、海三棱藨草、裸滩的土壤有机碳(SOC)、水溶性有机碳(DOC)、易氧化碳(ROC)和轻组有机质(LFOM)的变化。结果表明:(1)0~30 cm各土层,芦苇、互花米草、海三棱藨草和裸滩的SOC平均含量依次为3.87~5.08 g kg-1,6.46~6.78 g kg-1,4.33~4.48 g kg-1和4.99~5.25 g kg-1,互花米草SOC含量高于相同土层的其他类型;(2)互花米草DOC和LFOM平均含量分别为90.69~98.90 mg kg-1,2.35~2.95 g kg-1,高于相同土层的海三棱藨草、芦苇和裸滩,而裸滩ROC含量(2.06~2.22 g kg-1)却高于相同土层的其他三种类型;(3)芦苇、互花米草和海三棱藨草DOC占土壤有机碳的分配比例无显著性差异,而相同土层的DOC占土壤有机碳的分配比例大小依次为裸滩海三棱藨草芦苇互花米草;(4)SOC和DOC、ROC、LFOM、全氮(TN)、土壤含水量、p H之间均存在极显著关系(p0.01),各指标与p H之间均表现为负相关性。研究表明互花米草的入侵增强了滩涂湿地的固碳能力,有机碳活性组分能够反映有机碳库的变化。     

耕作及水蚀影响下坡耕地土壤有机碳动态模拟

土壤侵蚀和沉积明显影响土壤有机碳(SOC)的积累与损耗,在以往土壤碳平衡模拟中却未得到应有的重视。本文以典型黑土漫岗坡耕地表层土壤为研究对象,利用CENTURY模型模拟特定质地下自然黑土有机碳的积累过程,估算研究区黑土有机碳及各组分的背景值;对比研究侵蚀泥沙对SOC富集的影响,将模型模拟值与实测值进行统计比较来验证模型;进而模拟侵蚀区开垦后SOC以及各组分随时间的变化,定量研究土壤侵蚀对SOC各组分损失的贡献。研究结果表明:黑土有机碳的累积大致可分为初期的快速积累和后期缓慢积累两个阶段,前期慢性有机碳库的累积对SOC库的增加贡献最大,后期SOC累积主要由惰性有机碳缓慢累积来完成。达到平衡状态时,研究区黑土有机碳含量为7 240 g m-2,以慢性和惰性有机碳为主,约占总SOC的97.4%。考虑泥沙对SOC的富集作用,模型模拟值与实测值更加吻合。自然黑土开垦后,微生物分解矿化作用是活性和慢性有机碳损失的主要途径,土壤侵蚀明显降低惰性有机碳含量,其贡献率随侵蚀速率的增加而增大。因研究区侵蚀不严重,土壤侵蚀对开垦以来的SOC库损耗贡献较小。     

缙云山5种植被下土壤活性有机碳及碳库变化特征

为揭示重庆市缙云山不同植被下土壤活性有机碳及碳库分配特征，以该地区5种植被类型：阔叶林、针叶林、混交林、竹林和荒草地为研究对象，分析不同植被类型下各土壤层次中有机碳（Soil organic carbon, SOC）、微生物量碳(Microbial biomass carbon，MBC)、可溶性有机碳(Dissolved organic carbon，DOC)、易氧化有机碳(Readily oxidized organic carbon，ROC)含量及其土壤碳库的变化特征。结果表明：土壤有机碳和各活性有机碳组分含量及分配比例受到植被类型和土层深度的明显影响。土壤有机碳的平均含量在0~100 cm土层表现为竹林（16.74 g/kg）>阔叶林（12.62 g/kg）>草地(11.14 g/kg)>混交林（8.16 g/kg）>针叶林（5.98 g/kg），并随土层深度的增加而减小。竹林和阔叶林的微生物量碳和易氧化有机碳含量均明显高于混交林和针叶林，各植被在剖面上均表现出垂直递减规律，表现出明显的表聚效应。除草地，4种植被的土壤碳库管理指数随土层深度的加深而减小，均表现为表层(0~20 cm土层)最高。不同植被类型间，竹林的可溶性有机碳分配比例在各土壤层次均最小，整个土壤剖面均值仅为0.1%。由相关性分析可知，微生物量碳、易氧化有机碳、土壤总有机碳含量和土壤有机碳储量有着极其显著的相关性。因此，土壤微生物量碳和易氧化有机碳可以作为衡量亚缙云山森林不同植被土壤有机碳库变化的敏感性指标。     

江淮丘陵区农田表层土壤有机碳空间变异——以定远县为例

以安徽省江淮丘陵区农业大县滁州市定远县为代表,运用统计学方法、地统计学方法和GIS技术研究了农田表层(0~20 cm)土壤有机碳(SOC)含量的空间分布及其影响因子。统计结果表明:研究区2011年SOC含量为(10.96±3.63)g/kg,变异系数为33.12%,属于中等变异程度。地统计分析结果表明,研究区SOC半方差模型为指数模型,存在强烈的空间自相关性,SOC含量在空间分布上表现为由东至西先递减后递增,大致呈带状分布。土壤颗粒组成和秸秆还田是影响SOC空间变异的主要因素。     

气候变化对土壤有机碳库分子结构特征与稳定性影响研究进展

气候变化与土壤碳库之间的相互作用及耦合机制一直是学术界研究的热点与难点。虽然目前在群落—生态系统、区域—全球等不同尺度上开展了大量研究,然而在分子尺度上探究气候因子波动对土壤有机碳库化学结构特征影响机制方面却鲜有研究。本文综述了近年来气候因子变化及其导致的环境、生态因子变化与土壤有机碳库分子结构特征的关系。气温升高不仅将改变土壤中源自植物部分的有机碳来源特征,同时也会将加速土壤木质素等碳组分分解,排水或者旱化引起有机质分解加速,土壤中C=O键增加。植被演替、土壤动物及微生物等与气候变化密的切相关的生态因子则会影响输入土壤植被残体性质,加速糖类、脂类及木质素分解、并改变有机碳结构的生物分子标志物;土壤中有机碳稳定性与分子结构特征密切相关,土壤中具有高的苯环结构(芳香族化合物)及O-烷基碳通常表明土壤碳库具有更高的稳定性,而之前认为较为稳定的木质素等结构在气候变暖背景下可能并不稳定。未来研究中应着重关注与土壤有机碳分子标志物的识别与生态意义判读、生物对土壤有机碳分子结构转换过程的调控作用及机制、大尺度环境/生态过程与碳库分子结构转变的耦合机制及新的土壤有机碳分子结构辨识技术及判读等方面的研究。     

不同植被类型对滨海盐碱土壤有机碳库的影响

对江苏滨海盐碱地5种不同植被类型土壤（0 ~ 40 cm）有机碳（SOC）含量、密度和表层（0 ~ 20 cm）土壤微生物量碳（SMBC）、可溶性有机碳（DOC）含量及其占总有机碳（TOC）的比例进行了分析。结果显示,随土层深度的增加,SOC含量降低,表层SOC密度占整个剖面的54.6% ~ 75.8%。表层SOC含量和密度分别介于2.02 ~ 9.61 g/kg和5.87 ~ 21.54 t/hm2,平均值分别为4.77 g/kg和12.56 t/hm2。随着原生植被群落的演替（光滩→盐蒿→茅草）,SOC、SMBC和DOC含量均依次增加。茅草荒地围垦后,稻-油轮作地和菊芋地表层SOC密度分别比茅草地的增加了55%（5.77 t/hm2）和107%（11.15 t/hm2）;稻-油轮作地的SMBC含量及SMBC/TOC比值下降,而菊芋地的上升;围垦后土壤DOC含量及DOC/TOC比值都明显下降。结果表明,滨海盐碱地SOC主要分布在表层,原生植被群落的顺行演替使SOC库容增加且活性增强,在盐荒地围垦初期（3年）,SOC库容增加但活性有所减弱。经估算,滨海盐碱非耕地具有较大的固碳潜力,但需要合理的耕作管理措施来保证农业生产的可持续发展并实现增汇减排的目标。     

秸秆及其生物炭对土壤碳库管理指数及有机碳矿化的影响

以河南省粮食主产区壤质潮土和砂土为研究对象,通过盆栽试验和室内恒温培养试验,研究了生物炭与不同腐殖化程度的传统有机物料(秸秆和腐熟鸡粪)单施及配施对壤质潮土和砂土有机碳储量、活性及碳库管理指数的影响,并进一步比较了小麦秸秆直接还田和制炭还田对土壤有机碳矿化的影响,以及生物炭对土壤原有有机碳矿化的调控作用。结果表明:相同添加量下,生物炭对土壤有机碳含量的提升效果优于秸秆和腐熟鸡粪,在壤质潮土和砂土上分别较对照提升了63.15%和115.62%。另外,生物炭显著增加了土壤稳态碳含量和土壤碳库指数(CPI),但降低了土壤碳素有效率(SC)和碳库活度指数(AI),对土壤易氧化有机碳(POXC)和碳库管理指数(CMPI)无显著影响,添加秸秆显著增加了2种土壤POXC含量、基础呼吸和CPMI。进一步通过室内恒温培养试验发现,秸秆可在培养前期(0～37天)大幅度提升2种类型土壤有机碳矿化速率和累积矿化量,秸秆制炭还田对土壤有机碳矿化无显著影响。此外生物炭对土壤原有有机碳矿化的调控作用受其施用量、外源活性有机碳输入和土壤类型的影响,高量生物炭(2%)对非秸秆还田土壤有机碳矿化表现出较强的负激发效应,而低量生物炭(0.55%)对秸秆还田土壤有机碳矿化表现出较明显的负激发效应。因此,从"固碳减排"角度考虑,秸秆制炭还田是更合理的利用方式,且应根据土壤施肥管理措施和土壤类型考虑生物炭的施用量,添加质量比为2%的生物炭可显著抑制土壤原有有机碳矿化,降低CO_2排放,但应避开秸秆快速腐解期施用。