稻田水旱轮作系统对土壤有机碳及产量的短期影响

[目的]探明不同水旱轮作系统对稻田不同土层土壤活性有机碳组分、碳库管理指数、土壤有机碳储量和作物产量的短期影响。[方法]2017年在荆州市江陵县三湖农场开展试验,采用随机区组设计,设置中稻-冬闲(RF)、中稻-油菜(RR)、中稻-小麦(RW)和春玉米-晚稻(MR)4种种植模式。[结果]与RF处理相比,MR处理显著降低了稻田不同层次的土壤总有机碳含量;且RW、RR和MR处理均降低了稻田土壤活性有机碳含量。MR处理有利于碳库活度和碳库活度指数的提高,RR处理则利于稳态碳和碳库指数的提高。不同土层各处理的土壤有机碳储量差异趋势一致,均为RR>RF>RW>MR,与RF处理相比,RR处理土壤有机碳储量增加了8.14%。与RF处理相比,RW、RR和MR处理产量分别增加了46.71%、35.77%和35.33%。[结论]RR模式更有利于稻田土壤有机碳的固持,是适宜在当地推广的水旱轮作模式。     

基于坡改梯工程后的园地和耕地土壤碳库及其组分演变特征

以太行山低山丘陵区坡改梯土壤为研究对象,探究坡改梯后利用为耕地和园地不同年限的土壤有机碳各组分含量及其碳库质量演变特征。结果表明:坡改梯后,土壤有机碳各组分含量(有机碳TOC、可溶性有机碳DOC、易氧化有机碳ROC、微生物量碳MBC、微生物熵qSMBC、碳排放量CO2-C)和土壤碳库质量(碳库指数CPI、碳库管理指数CMI、碳库活度指数LI、有机碳储量SOCs)随时间变化特征总体为8年>坡改梯前>20年>2年。坡改梯后,利用为园地的土壤有机碳各组分整体高于耕地,且园地CMI、CPI、LI较耕地分别显著提高31.2%、19.3%、12.3%。在不同土层间,TOC、DOC和ROC随深度加深而降低,且0～20cm比20～40 cm土层对不同利用方式响应更加敏感。坡改梯造成的土壤碳损失8年左右达到坡改梯前水平,利用为园地比耕地对土壤碳库质量的提升潜力更高。     

江西森林植被土壤有机碳储量估算及空间分布特征

森林土壤有机碳是土壤有机碳的重要组成部分,在土壤有机碳库研究中有着重要作用.根据江西省第二次土壤普查资料,结合"十五"期间江西省森林资源二类调查资料,在GIS技术支持下采用土壤类型法估算江西省森林植被土壤有机碳储量,同时引入有机碳丰度指数这一指标,对有机碳在不同土壤和不同区域的分布特征进行分析.结果表明:江西省森林土壤在20 cm和100 cm深度的总有机碳储量分别为401.04×106t和1 025.73×106t;20 cm深度的土壤有机碳密度介于0.89～10.92 kg/m2,100 cm深度的土壤有机碳密度介于2.71～35.61 kg/m2;100 cm深度的土壤和区域有机碳丰度指数分别为0.3～3.57和0.96～1.03,与气候、植被、地形和人类活动等因素密切相关.     

秸秆还田方式对旱地草甸土活性有机碳组分的影响

为阐明不同秸秆还田方式下草甸土活性有机碳组分的分布特征,基于玉米田间定位试验,分析了不同耕作与秸秆还田方式下三个深度土层土壤有机碳及其活性组分的变化。结果表明：频繁的翻耕加速了表层（0~20 cm）土壤有机碳的矿化分解,使有机碳含量下降;免耕秸秆覆盖还田有利于表层土壤有机碳的增加,秸秆翻耕还田促进了中层（20~40 cm）土壤有机碳的积累;秸秆连续翻耕还田提高了中层土壤高活性和中活性有机碳的含量及土壤碳库管理指数,秸秆浅翻还田对表层和中层低活性有机碳的影响显著高于深翻还田与覆盖还田,但短期内秸秆连续浅翻还田与深翻还田对提高土壤碳库管理指数的差异不大。研究表明,土壤高活性和中活性有机碳对耕作深度的响应更加敏感,而秸秆还田主要使低活性有机碳增加,这也是玉米增产的主要原因。     

短期免耕对稻田土壤活性有机碳库的影响

采用量化的方法研究了短期免耕对土壤有机碳库数量和质量的影响.结果表明,与翻耕相比.短期免耕处理没有引起土壤总有机碳和可矿化态碳的显著变化;但在水稻孕穗期免耕极显著地增加了土壤可溶性有机碳的含量,提高了可溶性碳库效率;在水稻收获时,免耕处理的易氧化态碳及其效率、微生物量碳、碳库活度、碳库管理指数是翻耕处理的1.21、1.19、1.14、1.30、1.33倍;水稻孕穗期及收获时.免耕处理土壤微生物代谢熵(qC02)显著比翻耕处理降低了0.11倍.可见短期免耕能引起土壤活性有机碳的显著变化,且微生物代谢熵(qCO2)和碳库管理指数更能灵敏地指示土壤有机碳库的变化.因而可作为评价土壤质量的重要指标.     

黔中地区三种林分土壤有机碳库比较

对黔中地区三种林分土壤有机碳、易氧化有机碳、稳定态有机碳及碳库管理指数进行研究.结果表明,3种林分0～60 cm土壤有机碳、易氧化有机碳、稳定态有机碳都表现为阔叶林＞杉木林＞马尾松林,马尾松林土壤有机碳、易氧化有机碳、稳定态有机碳比阔叶林分别减少了13.9％、37.0％、7.9％,杉木林比阔叶林分别减少了8.9％、24.7％、4.8％;各林分土壤有机碳、易氧化有机碳、稳定态有机碳都随着土层深度的增加而降低,阔叶林随土层加深变化幅度较大;土壤碳库管理指数也表现为阔叶林＞杉木林＞马尾松林.     

膜下滴灌连作棉田土壤有机碳及其活性变化分析

【目的】研究不同连作年限膜下滴灌棉田土壤有机碳变化特征,为连作棉田有机碳储量估算、固碳潜力分析提供支撑。【方法】采用田间调查、取样测定方法,分析不同连作年限下(L₅、L₁₂、L₁₇、CK)0~40 cm土层土壤有机碳含量、易氧化有机碳、有机碳密度、土壤容重及碳库活度和碳库管理指数变化。【结果】随连作年限的延长,棉田土壤有机碳含量在时间尺度上表现为先增后降,连作1~5a时土壤总有机碳增加,连作5~17 a时总有机碳显著下降;在空间尺度上,有机碳含量表层0~20 cm大于20~40 cm土层含量;不同连作棉田土壤易氧化有机碳和土壤有机碳密度也表现出与总有机碳相同的变化趋势。随种植年限增加各土层土壤容重变化趋势总体为逐渐增大,L₁₇＞L₁₂＞L₅＞CK在空间尺度上,土壤容重随土层深度增加逐渐增大。在时间和空间尺度上,土壤碳库活度均表现为逐渐减小。【结论】长期膜下滴灌,短期连作可以提高土壤总有机碳、易氧化有机碳含量,随着连作年限延长,土壤有机碳和活性有机碳含量均显著下降,土壤碳库管理指数下降,土壤质量降低,土壤肥力受影响。     

农田转变为果园后土壤有机碳含量的变化

【目的】探讨农田转变为果园后土壤有机碳含量和组成的变化,为了解不同利用方式下土壤有机碳变化和长武地区土壤碳库的演变提供参考。【方法】以位于黄土高原南部沟壑区陕西长武地区塬面上的农田和不同树龄(≤5年、5年~≤15年、15年)的果园为研究对象,对其0~200cm土层土壤有机碳的组成、剖面分布、储量等进行分析。【结果】农田转变为果园后,土壤总有机碳和易氧化有机碳的含量在树龄15年果园中分别下降了22.55%和25.79%,差异均达到显著水平(P0.05)。树龄15年果园土壤紧结合态有机碳含量与农田相比下降了25.08%(P0.05)。土壤总有机碳、稳结合态有机碳及紧结合态有机碳含量在0~200cm土层总体呈"S"型分布。树龄15年果园与农田、树龄≤5年及树龄5年~≤15年果园相比,其0~100cm土层土壤紧结合态有机碳含量和100~200cm土壤松结合态有机碳含量均较低。与农田相比,树龄15年果园的土壤总有机碳储量显著降低(P0.05),下降幅度为22.35%。【结论】农田转变为果园后,土壤总有机碳、易氧化有机碳含量及有机碳储量下降,且随着树龄的增加,以上3个指标明显降低;总有机碳及结合态有机碳含量在0~200cm土层分布差异明显。     

坡耕地不同水土保持措施对径流泥沙与土壤碳库的影响

自然降雨条件下,采用标准径流小区法,研究了迤者小流域不同水土保持措施试验区水土流失和有机碳的流失特征.结果表明:(1)泥沙作为土壤有机碳流失的重要载体,导致泥沙结合态有机碳的流失量占总有机碳流失量的82.0％以上,最高达97.33％;(2)与裸露荒地(CK)相比,坡面林草措施和等高反坡阶措施均具有一定的蓄水减流和保土减沙效应,其减流率分别为94.47％、61.70％,减沙率分别为94.81％、64.80％;(3)与CK相比,2种坡面措施均具有减少土壤有机碳储量损失的作用,并在一定程度上减缓了土壤有机碳库的负效应.雨季前后,CK坡面小区有机碳储量的减少率达14.39％,明显高于林草坡面3.83％的减少率和反坡水平阶坡面6.25％的减少率.因此,坡面水土保持措施的实施通过改变下垫面及地表微地形,减少坡面径流及径流所携带的泥沙与养分元素,进而减少坡耕地有机碳的输出.     

侵蚀环境退耕撂荒地土壤活性有机碳与碳库管理指数演变

采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的撂荒地为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为对照,分析了植被恢复过程中土壤有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)、非活性有机碳(NLOC)及碳库管理指数的演变特征.结果表明:侵蚀环境的坡耕地土壤碳库各组分含量较低,土壤碳库处于高速低效率运转;撂荒后可以显著增加土壤碳库各组分含量,并随恢复年限呈显著线性关系,50 a时,TOC、LOC和NLOC分别较坡耕地增加169%、144%和201%,为侧柏林的35%、39%和33%;碳库指数和碳库管理指数较坡耕地明显增加,增幅分别达到169%和117%,仅为侧柏林的35%和42%.表明坡耕地撂荒后,土壤碳库转化效率逐步提高,土壤管理经营更趋于健康科学,但相对于破坏前天然林水平还有很大的差距.有机碳、活性有机碳、非活性有机碳、碳库指数、碳库管理指数与土壤主要肥力因子密切相关,可以作为反映生态恢复过程土壤质量演变的指标.     

黄土高原沟壑区梁坡地土壤有机碳质量分数与土地利用方式的响应

通过对比分析陕西省王东沟流域梁坡地上农地、果园、人工林地、草地和苜蓿Medicago sativa地土壤有机碳质量分数及其在土壤剖面上分布差异,研究土地利用方式对土壤有机碳的影响.结果表明:果园土壤有机碳质量分数比农地低2.2%,人工林地、草地和苜蓿地分别比农地高25.3%,17.1%和11.6%;土壤有机碳质量分数在土壤剖面上随着土层的加深而降低,不同土地利用方式下土壤有机碳在剖面上的分布特征不同.不同土地利用方式下,土壤全氮与土壤有机碳存在极显著相关关系.图1表3参16     

喀斯特山区土地利用对土壤团聚体有机碳和活性有机碳特征的影响

通过选取喀斯特山区火龙果园、草丛、花椒林、乔木林和灌草丛为研究对象,对其土壤团聚有机碳和团聚体活性有机碳分布与积累特征进行研究,结果表明:各土地利用方式下的团聚体组成均以＞0.5 mm团聚体为主,其含量可占团聚体总量的82.57％-94.79％;各粒级团聚体中有机碳和活性有机碳的含量均以乔木林最高,花椒林和火龙果园相对居中,而以草丛和灌草丛较低,随土壤团聚体粒径降低,有机碳和活性有机碳的峰值基本出现在＜0.25 mm粒级团聚体,但该粒径对土壤有机碳和活性有机碳的贡献率却不足6％和4％;土壤有机碳和活性有机碳的累积均受5-1 mm团聚体中有机碳和活性有机碳含量增加的影响,该粒级团聚体对有机碳和活性有机碳的贡献率也分别达28.70％-49.47％和34.13％-47.47％,可将5-1 mm粒径团聚体作为喀斯特山区的土壤有机碳固定的特征团聚体;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正相关关系(r=O.8768),表明团聚体活性有机碳可以作为衡量喀斯特山区土壤团聚体有机碳动态的一个敏感性指标.     

黄土丘陵沟壑区治沟造地工程碳效应分析

为研究黄土丘陵沟壑区治沟造地工程碳效应,运用IPCC碳排放测算方法以及国家地质调查总局制定的《多目标区域地球化学调查规范》中的采样方法实地采样,分析治沟造地工程中土地平整、灌溉与排水、田间道路工程、农田防护与生态环境保护等主要工程及工程实施后土地利用类型变化导致的碳排放。结果表明:延安市南泥湾镇治沟造地工程施工导致的碳排放量为3.76 t·hm-2,表现为碳源效应。其中对碳排放贡献最大的是土地平整工程,碳排放量为2 335.50 t,农田防护工程碳排放最小,不产生碳排放。治沟造地工程实施后土地利用类型变化使碳储量增加95.34 t·hm-2,表现为碳汇效应。其中耕地面积增加使碳储量增加了1 119.72 t·hm-2,水田的碳储量增加量最多,为716.54 t·hm-2;园地、交通运输用地、水域及水利设施面积减少导致碳储量减少了1 024.38 t·hm-2,水域及水利设施用地碳储量减少量最多,为807.50 t·hm-2。治沟造地工程实施后土地利用类型变化的碳储量抵消了工程施工产生的碳排放,碳储量为91.58 t·hm-2。研究表明,治沟造地工程总体上表现为碳汇效应,有利于区域碳储量的增加。     

黄河中游中等流域切沟空间分异规律研究

水土流失综合治理是黄河中游地区在高质量发展中面临的重要挑战,其中切沟侵蚀是产沙量最大的土壤侵蚀类型之一,严重破坏耕地土壤肥力,对农业生产危害极大。本研究针对黄土高原中等流域切沟空间分布问题,以陕北岔巴沟流域为例,基于2020年高分辨率无人机影像,选取32个小流域,结合野外实测,对切沟空间分布规律进行研究。结果表明：岔巴沟流域中游切沟最多,切沟长度密度主要集中在7～11 km·km^-2,切沟长度主要在50 m以内,切沟面积主要在500 m²以内;古代沟谷长度密度与切沟长度密度无显著相关性;切沟密度与坡面坡度、流域坡度、流域坡长等呈显著正相关,与正负地形面积比和流域海拔呈显著负相关,切沟在阴坡的分布密度略大于阳坡。研究结果可明确黄土高原中等流域尺度切沟形态特征及其分布规律,为切沟侵蚀治理及耕地保护提供理论依据。     

不同覆盖方式对黄土高原地区苹果园土壤 有机碳组分及微生物的影响

【目的】研究不同覆盖方式对黄土高原地区苹果园土壤有机碳各组分及微生物群落活性的影响。【方法】通过野外果园定位试验,分层采集0—100 cm土层的土样,对麦草覆盖、起垄黑地膜覆盖及清耕3个不同处理方式下,土壤有机碳各组分及微生物群落功能多样性进行研究。【结果】麦草覆盖可显著增加0—60 cm土壤总有机碳（TOC）、颗粒有机碳（POC）、轻质有机碳（LFOC）、易氧化有机碳（ROC）和可溶性有机碳（DOC）含量,在1—3年内随着覆盖年限的增加而增加,其中在0—20 cm土层中TOC含量每年约增加1.9 g•kg-1,而微生物量碳（MBC）的含量表现出逐年降低的趋势。起垄黑地膜覆盖的土壤TOC含量低于对照,而POC、LFOC、ROC、DOC、MBC的含量高于对照,但均随着覆盖年限的增加而降低,3年后0—20 cm土层中TOC含量降低0.91 g•kg-1。麦草覆盖和黑地膜覆盖处理的微生物群落碳源利用率（AWCD）、微生物群落Shannon 指数（H）和微生物群落丰富度指数（S）均高于对照处理,同样也表现出逐年降低的趋势,其中覆膜处理下降更加剧烈。【结论】麦草覆盖提高了土壤有机碳各组分的含量,而起垄黑地膜覆盖逐年降低有机碳各组分含量。两处理开始均可提高土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落的丰富度和功能多样性,但同样出现了逐年降低的趋势,而覆膜处理降低得更加迅速。     

红壤丘陵区不同地类活性有机碳分布特征及与草本生物量关系

以南方红壤丘陵区荒地、松林、草地坡地小区为研究对象,在研究了土地利用方式对土壤活性有机碳和草本生物量分布特征影响规律的基础上,深入探讨了不同土地利用方式下土壤活性有机碳与草本生物量的定量关系.结果表明不同土地利用方式对土壤易氧化有机碳(ROC)、水溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)以及草本生物量的分布特征均有重要影响,其中草地坡面小区的活性有机碳各组分和草本生物量均高于荒地和松林小区;定量关系研究表明,影响荒地、松林和草地草本生物量的活性有机碳组分分别为DOC,ROC,DOC和MBC,其中荒地坡面DOC主要通过土壤有机碳(SOC)对草本生物量产生影响.     

岩溶区不同土地利用方式对土壤有机质及碳库管理指数影响研究

[目的]研究桂林毛村岩溶地区不同土地利用方式土壤有机碳、活性有机碳及其碳库管理指数。[方法]采用野外调查取样和室内测试分析的相结合的方式,土壤有机碳采用重铬酸钾外加热法,活性碳采用333mmol/L高锰酸钾氧化法。[结果]不同土地利用方式之间的CMI的差异随着有机质活性的增强而增大,灌丛的CMI高于其它三种土地利用方式,具体为灌丛〉林地〉水田〉旱耕地,活性有机质与其它基本理化性质表现为显著或极显著相关关系。[结论]活性有机质可以指示土地利用方式对土壤有机质和CMI的影响。     

碳氮同位素结合稳定同位素模型解析沉积土壤碳源

【目的】研究辽西褐土丘陵区典型小流域不同土地利用方式下经侵蚀沉积过程沉积土壤碳来源,为合理调控小流域土壤侵蚀造成的土壤碳流失提供科学参考。【方法】通过对辽西丘陵沟壑区小流域野外取样,研究小流域沉积土壤碳的来源并量化其贡献。通过GIS结合GPS技术对小流域4种不同土地利用类型（耕地、林地、草地、沟渠）表层土壤及小流域拦沙坝3个位点（S1坝前、S2坝中、S3坝后）0-100 cm土壤剖面进行取样,结合碳、氮同位素混合模型对沉积土壤碳源进行解析。【结果】利用¹³C和¹⁵N同位素特征及其元素组成（土壤有机碳和全氮）对辽西丘陵沟壑区侵蚀沉积物土壤有机碳进行了定性和定量鉴定。辽西丘陵沟壑区小流域沉积物中有机碳主要来源为耕地,其次是沟渠、草地和林地。耕地贡献平均为58.75%,沟渠25.49%,草地6.49%,林地9.2%。【结论】碳氮稳定性同位素模型作为一种重要的“指纹”工具可以成功应用于辽西丘陵沟壑区小流域沉积土壤碳来源定性及定量的分析。研究成果可以为受水力侵蚀的小流域的土壤保护和养分流失控制以及维持生态系统的可持续性提供理论参考。     

基于辅助环境变量的土壤有机碳空间插值——以黄土丘陵区小流域为例

利用普通克里格法(OK)、反距离加权法(IDW)、径向基函数法(RBF)、基于土地利用类型修正的普通克里格法(OK_LU)4种插值方法,对黄土丘陵羊圈沟小流域的土壤有机碳含量进行空间插值。预测结果的准确性通过Pearson相关系数(R),平均绝对误差(MAE),均方根误差(RMSE),准确度(AC)来评价。研究结果表明:(1)在前3种常规空间插值方法中,OK对刻画区域土壤有机碳的空间分布趋势效果最佳,其预测MAE值和RMSE值均为最小,Pearson相关系数(R)和准确度(AC)最大,说明其预测结果的准确性最好、预测的极端误差也最小;其次为RBF;IDW预测的效果最差。(2)OK_LU在空间特征表达方面能够更好地反映复杂地形区的局部变异,其插值结果的精度相比OK有一定程度的提高,其平均绝对误差(MAE)从0.900%降到了0.567%,均方根误差(RMSE)从1.101%降到了0.777%,Pearson相关系数(R)从0.4026提高到0.5589,准确度(AC)从0.9081提高到0.9505。综合比较,在黄土丘陵地区,OK_LU能使插值结果的精度有较大提高,是土壤有机碳空间制图的有效途径。