土壤有机碳储量估算与土地利用的关系研究

土地利用方式的变化在土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)积累的过程中起着非常重要的作用。目前在估算土壤有机碳储量的过程中,一直没有重视土地利用属性。运用基于土壤学专业知识的连接方法 (pedological professional knowledge-based method,PKB法),结合江苏省新沂县1∶20万土壤图,1∶20万土地利用图和1∶20万土壤类型土地利用混合图,估算了各图在不同土壤剖面点数情况下的新沂县SOC储量,并将三者在最佳剖面点数下估算出的SOC储量和SOC密度(SOCD)进行了比较及精度评价。结果表明:在土壤类型图、土地利用图和土壤类型土地利用混合图上进行的PKB法连接时最佳剖面点数均为397点,最佳网格为2 km×2 km;在中比例尺图件上进行PKB法连接估算SOC储量时,综合考虑土壤类型和土地利用类型可以大大提高估算精度,同时土地利用类型属性比土壤类型属性更为重要。研究结果可为在中比例尺条件下提高SOC估算精度提供科学依据。     

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、新早地和老早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7818．34～9242．30mg／kg,3093．66～3338．59mg／kg,2337．27～3188．40mg／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-老早地转变导致各层土壤缓效性碳库减小,中层惰性碳库增大,随着早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,早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,早地将是一个巨大的碳汇。     

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。     

土地利用方式变化对土壤养分与有机碳、氮的影响

对云南省双江县不同土地利用方式下的表层土壤进行的实地调查研究表明:随土地利用方式从自然林地(对照)变为灌丛草地、经济林地、农耕地,土壤自然含水量、pH值和水解N、速效P、速效K含量逐渐降低,且部分达到显著水平(p0.05),变化程度为农地经济林地灌草地自然林地,土壤SOC、TN含量也明显降低并达到显著水平(p0.05)(除灌草地SOC外),土壤碳密度相应减小。     

丹江口库区土壤侵蚀对土地利用变化的响应

[目的]探讨土壤侵蚀对土地利用变化的响应,为库区土壤侵蚀的防治提供借鉴性意见,从而为制定保障丹江口水质安全的措施提供科学支持。[方法]利用遥感影像解译的土地利用类型(2002—2013年),分析丹江口库区土地利用变化,同时利用修正的土壤流失模型RUSLE对土壤侵蚀量进行模拟分析,探讨土壤侵蚀对土地利用变化的响应。[结果]丹江口库区在2002—2013年期间主要的土地利用变化集中在林地、耕地、灌草地之间的转移以及建设用地的扩张,具体表现为林地面积扩大了13.72%,耕地面积小幅增加了5.76%,而灌草地面积大幅减少了37.61%,建设用地增长了2.40倍。丹江口库区2002,2008,2013年均以微度侵蚀占主导。库区土壤的整体侵蚀强度减轻,但土壤侵蚀在城市扩张地区增加明显。[结论]丹江口库区的土地利用变化及土壤侵蚀强度的改变主要受退耕还林、天然林保护等政策措施和城市扩张的影响。库区的土壤侵蚀程度在总体上具有降低的趋势,但在城镇化区域,土壤侵蚀状况急剧恶化。     

江汉平原不同土地利用方式下农田土壤有机碳组成特点

以江汉平原四湖地区的果园、旱地、水田和水旱轮作等土壤为研究对象,通过分析其总有机碳与活性有机碳含量、腐殖质与轻重组组成特点,以期阐明不同土地利用方式对农田土壤有机碳组成的影响。结果表明:不同利用方式下表层土壤有机碳含量差异较大,其中以水田最高、果园最小,随着土壤剖面深度的增加,有机碳含量逐步降低;腐殖质占总有机碳比例较高,其中果园和旱地大于0.91,水旱轮作略低,而水田仅为0.78;不同利用方式下,各形态的腐殖质碳含量存在差异,活性较高的富里酸在水田和水旱轮作土壤中含量相对较高;稳定性有机碳占总有机碳的百分比大小顺序为:水旱轮作≈旱地>果园>水田,轻组组分在各利用方式下表现为:水田>旱地>果园>水旱轮作,而水旱轮作下重组碳容量占总有机碳的百分比最高。这表明水旱轮作既有利于土壤有机碳的积累,又利于土壤有机碳稳定性的增加。上述结果可为该区土壤管理措施的制订提供科学参考。     

典型岩溶区不同土地利用方式对土壤有机碳储量及其矿化速率的影响

选取桂林市毛村典型岩溶区林地、灌丛、旱地和果园4种土地利用方式下的土壤,对土壤有机碳库、矿化速率、土壤有机碳累积矿化量进行研究。研究表明,不同土地利用方式的土壤有机碳含量不同,地表以下0—20cm土壤中有机碳含量大小依次为：森林〉灌丛〉旱地〉果园;20—40cm土壤有机碳含量大小依次为：森林〉旱地〉灌丛〉果园;40—60cm土壤有机碳含量大小依次为：旱地〉灌丛〉果园。土壤培养试验的结果显示土壤有机碳矿化速率和累积矿化量大小依次为：森林〉灌丛〉旱地〉果园。     

土地利用变化与土壤侵蚀关系的研究进展

土地利用变化是全球环境变化研究的核心领域,不合理的土地利用加速了土壤侵蚀.本文从土地利用的方式、数量、质量和空间结构等方面概述了国内外关于土地利用变化与土壤侵蚀关系的研究进展,重点介绍了与土地利用和经营有关的土壤侵蚀预报预测模型.     

1986-2013年南京市土地利用变化对土壤侵蚀的影响

为了了解南京市土地利用变化对土壤侵蚀的响应,基于气象、土壤、地形、遥感等多源数据,运用GIS和统计方法分析了南京市1986—2013年的土地利用/覆被时空动态变化特征,并运用RUSLE模型定量评估了南京市的土壤侵蚀时空变化特征。结果表明:(1)全市土壤侵蚀呈现先增加后减少的趋势:1986—1996年南京市土壤侵蚀面积增加了132.95 km²,由324.11 km²增加到457.06 km²; 1996—2013年土壤侵蚀面积比从7.46%减少到2.45%,由457.06 km²减少到150.11 km²。空间分布结果表明南京市土壤侵蚀主要发生在生产建设活动较为频繁的丘陵山区。(2)全市不同等级侵蚀面积与对应的侵蚀量呈明显的倒挂现象,较高等级侵蚀区应当是重点治理区域。(3)土地利用类型是影响南京市土壤侵蚀的因素之一,87%以上的土壤侵蚀量动态变化集中在林地和耕地。值得注意的是,水域、居民点及建设用地和其他用地变化对土壤侵蚀无明显影响,而耕地变化对土壤侵蚀具有明显的负面影响,林地和草地变化对土壤侵蚀既具有负影响也具有正影响,以正面影响为主,主要是因为林地既转变成耕地也转变成居民点及建设用地和水域,不同时期其主要影响也不同。综上,该研究结果可为南京市土地资源配置及水土流失防治提供科学参考和理论依据。     

黄土高原南部土地利用/覆被变化的土壤侵蚀效应

基于3S技术对黄土高原南部地区土地利用/覆被变化及空间分布格局进行了综合测评,同时应用通用土壤流失方程(USLE)定量研究了不同土地利用方式下的土壤侵蚀效应.研究表明,研究区1980-2005年共有1 123.80 km2耕地被用为城镇建设用地,建设用地面积净增了1 238.29 km2,林地、草地面积总量变化小,但局部地区流转特征显著;与此同时,该区土壤侵蚀模数从11.54 t/(hm2·a)增至13.81t/(hm2·a),1980和2005年黄土沟壑区侵蚀模数的峰值分别为1 708.52和1 584.69 t/(hm2·a).该区域土壤侵蚀效应与土地利用空间格局耦合性较强,林地、草地由于分布区域海拔高,坡度陡,侵蚀强烈,而地势低洼、平坦地区(建设用地、耕地、未利用地)的土壤侵蚀强度小.林地、草地的土壤侵蚀效应由于受到地形因素的影响,对降雨侵蚀因子增强的响应尤其明显.2005年该区林地和草地的平均侵蚀模数分别增加了2.34和7.32 t/(hm2·a),并且微度以上侵蚀等级的面积有所增加.     

Modeling Regional Carbon Dynamics and Soil Erosion in Disturbed and Rehabilitated Ecosystems as Affected by Land Use and Climate

The quantification of carbon (C) and nitrogen (N) cycling inecosystems is important for (a) understanding changes inecosystem structure and function with changes in land use, (b)determining the sustainability of ecosystems, and (c) balancingthe global C budget as it relates to global climate change.A meso-scale study was conducted to determine regional effectsof climate change on C and N cycling within disturbedecosystems. Objectives of the research were to quantify (a)sediment yield, (b) current C storage in vegetation and soils,and (c) soil C efflux from both abandoned and rehabilitatedcoal surface-mined lands in Ohio. A dynamic model was developedto simulate sediment yield, grassland production, and C and Ncycling on surface-mined lands. Evaluation of plant productionand soil erosion submodels with data sets from surface-minedlands in the mid-western U.S. resulted in r² values of 0.99 and0.97, respectively. Depending on the initial values of soil organic carbon (SOC),model simulations estimated that unvegetated surface-mined landsin Ohio yield approximately 441,325 Mg yr^-1 of sediment andemit between 2,000–20,000 Mg yr^-1 of C to the atmosphere fromdecomposition of SOC. While rehabilitated lands had a higher Cefflux rate than barren lands, a positive C sequestration rateof 18.4 Mg km^-2 yr ^-1 was estimated as a result oforganic matter additions. This sequestion rate increasedconsiderably under projected climate change scenarios, while itdecreased when simulated rehabilitated grasslands were harvestedfor hay. Changes in land use and cover can cause surface-minedlands to be either a net sink or source for C. Successful rehabilitation of mined lands can decrease erosion and promotesoil C sequestration, while at the same time providingadditional lands for the management of natural resources.     

不同土地利用方式下土壤团聚体的分布及其有机碳含量的变化

通过野外调查与室内分析相结合的方法,对耕地、园地、林地和撂荒地土壤团聚体及其有机碳的分布特点进行了研究.结果表明,不同土地利用方式下土壤闭聚体的分布均以＞2.00 mm团聚体为主,其它依次为0.5～1,1～2,＜0.25和0.25～0.5 mm粒径的团聚体.林地和撂荒地土壤有机碳含量随粒径的减小呈递增的变化趋势;耕地在0.25～0.5 mm和＜0.25 mm团聚体中有机碳含量较高,园地则以0.25～0.5mm粒径团聚体中有机碳含量最高.4种土地利用方式下,以＞5 mm团聚体中土壤有机碳含量差异最大,随着团聚体粒径的增加,它们之间的差异逐渐减小;各土地利用方式下表层土壤中,分布在＜0.25 mm和0.25～0.5mm团聚体粒径中有机碳占有机碳总量比例低于2～5,＞5和0.5～1 mm的团聚体.     

土地利用方式和栽培措施对农田土壤不同组分有机碳的影响

以河北曲周县原状草地土壤和农田土壤为研究对象,分析了土地利用方式、秸秆还田、耕作方式和施肥水平对土壤有机碳特性的影响。研究表明,华北原状草地改变为农田后（34年）,土壤砂粒、颗粒有机碳的含量和总有机碳的比例、轻组土壤和轻组土壤有机碳都显著降低,且以秸秆还田影响最大。经过8年的耕作,施加底肥、免耕和秸秆整株还田等农艺措施,明显提高了土壤颗粒有机碳含量。秸秆还田使得0～20cm土壤颗粒有机碳含量明显增加,且整株还田比粉碎还田更能增加10～20cm土壤颗粒的有机碳含量,而免耕对土壤颗粒有机碳的增加主要表现在0～10cm。土壤非保护性有机碳的比例也会显著降低,且非保护性有机碳主要分布在0～5cm土层。     

不同土地利用方式下土壤有机碳分布特征

为研究不同土地利用方式下土壤有机碳(SOC)的分布特征和差异,对天然林地、花椒地、柑橘园、旱地和水田5种土地利用方式下的土壤进行分层取样,测定土壤有机碳(SOC)含量,并计算了土壤有机碳密度(DOC)。结果表明:随着土层厚度的增加,天然林地、花椒地和水田中SOC含量减少,而柑橘园和旱地中SOC含量先减少再增加。在0—20cm土层中,各土地利用方式下SOC含量差异最明显,均达到显著水平(P0.05),以天然林地SOC含量最高,达18.91g/kg;从0—20cm到20—40cm土层,各土地利用方式下SOC含量下降幅度顺序为柑橘园(64.30%)天然林地(59.97%)花椒地(45.28%)旱地(18.92%)水田(10.37%)。0—20cm土层中,DOC大小顺序为柑橘园(8.30kg/m~2)天然林地(4.39kg/m~2)水田(3.71kg/m~2)花椒地(2.56kg/m~2)旱地(2.26kg/m~2),除天然林地、花椒地和水田之间DOC无显著性差异外,其他土地利用方式之间DOC均存在显著性差异(P0.05);20—40cm土层中,水田中DOC最高,并与其他4种利用方式下DOC存在显著性差异(P0.05)。总体上天然林地和花椒地中DOC低于水田、柑橘园和旱地。对各土地利用方式SOC与相应容重进行相关性分析,发现土壤容重与SOC含量之间存在较好线性负相关关系(R~2=0.80~0.92)。分析土壤碳氮(C/N)比发现,随土层厚度的增加,天然林地和水田中土壤C/N比增加,花椒地中C/N比减少,柑橘园和旱地中C/N先减少再增加。对SOC和其他理化因子间进行相关性分析发现,各土地利用方式下,SOC与全氮、碱解氮之间的相关性最高,SOC分布与氮素密切相关。本研究结果可为重庆市农业产业结构调整提供科学依据。     

侵蚀影响下土壤碳和养分空间变化及其过程模拟

通过小区采样并进行了机械组成和化学分析，认为侵蚀过程导致的土壤颗粒坡面分布变化点在0.2mm左右，同时认为侵蚀是坡面土壤碳和养分再分布过程分布差异的主要因素，当其它条件一致时，侵蚀和堆积决定了特定点或区域的土壤碳和养分含量的高低，通过建立土壤碳和分变化模型及侵蚀模型，在IDRISIW的支持下对侵蚀条件下流域各地块土壤碳和养分含量变化过程进行了模拟和长期预测，并得到了引起土壤碳和养分含量降低的最低侵蚀模数阈值。     

天津市滨海新区1979-2013年土地利用及土壤有机碳储量空间变化

[目的]分析土地利用变化对土壤有机碳分布的影响,为科学评估区域生态系统碳储量的变化提供依据。[方法]利用遥感影像获取滨海新区1979与2013年土地利用变化数据,针对不同土地利用类型均匀布设样点采集2013年表层土壤,试验监测土壤有机碳含量。结合第二次土壤调查数据,计算分析研究区1979—2013年土壤有机碳储量的变化及其空间分布变化。[结果]研究期内土地利用变化明显,耕地、滩涂、未利用地等土地利用类型大量转变为建设用地,同时土壤有机碳密度和储量均相应降低,其中土壤有机碳储量从1979年的1．23×107 t 减少到2013年的9．97×106 t 。[结论]随着人类对土地利用程度的加强,碳储量空间分布由高碳储量分布为主转变为低碳储量分布为主的碳储量分布格局。     

土壤团聚体颗粒有机碳对土地利用变化的响应

对福建省建瓯市山地红壤的天然林、人工林、次生林、园地和耕地5种典型土地利用方式的不同土层（0-10 cm、10-20 cm）土壤团聚体颗粒有机碳进行研究。结果表明：林地、桔园在大团聚体中表现随着粒径增大颗粒有机碳贮量增加的趋势。天然林转变为其他土地利用方式后,土壤团聚体颗粒有机碳贮量平均下降了74.35%,土壤颗粒有机碳损失发生在各个粒级团聚体中。亚热带山地红壤内林地转变为农地会导致土壤及其团聚体颗粒有机碳含量下降,颗粒有机碳可作为表达土地利用变化敏感性指标。     

土地利用方式对土壤水稳性团聚体有机碳的影响

对福建省建瓯市山地红壤的农业用地(坡耕地、茶园、桔园)、林地(杉木、木荷、封育)不同土层(0-10,10-20 cm)土壤团聚体有机碳含量与贮量进行研究.结果表明:林地开垦作为农地后,>2 mm土壤大团聚体的数量明显下降,<0.25 mm团聚体含量显著上升.不同土地利用方式的土壤大团聚体呈现粒径越大,团聚体有机碳含量越高的趋势,林地不同粒径团聚体有机碳含量都显著高于农业用地.林地随着团聚体粒径增大,土壤碳贮量增加;而农地正好相反,随着团聚体粒径增大,土壤碳贮量反而下降.土壤总有机碳增加主要受到大团聚体有机碳增加的影响,其中>2 mm和0.5～2 mm粒径土壤团聚体对土壤总有机碳贡献最为突出.因此亚热带山地红壤内林地开垦为农业用地会导致富含碳的土壤大团聚体有机碳含量大幅度下降,团聚体的稳定性也随之下降.     

沱江流域不同土地利用方式紫色土有机碳储量特征

沱江流域是长江上游四川境内的重要支流，紫色土为其主要的耕地资源。由于长期人口过载和不合理利用，流域内紫色土退化普遍严重。以四川盆地沱江流域紫色土为研究对象，按流域各区段分上中下游三层选样，研究不同土地利用方式下紫色土有机碳储量特征，为紫色土退化评估及地力维护提供参考。结果显示，不同土地利用方式紫色土壤有机碳总量以林地（13．876g／kg）显著高于果园地（9．655g／kg）、菜园地（9．261g／kg）、草坡地（7．968g／kg），以玉米地（6．134g／kg）最低。水溶性有机碳的含量呈现林地〉果园地〉菜园地〉草坡地〉玉米地趋势。同时，流域上、中、下游紫色土有机碳总量总体上差异显著，且以上游区段紫色土壤有机碳总量最高。流域中下游紫色土有机碳总量变化较大。其中，林地以下游高于中游，果园及草坡地以中游高于下游。而且，菜园地、玉米地在3个区段上差异未达显著水平。沱江流域紫色土有机碳储量总体特征表现上游最高，中下游变化复杂，下游略高于中游区域。     

三江平原不同土地利用方式下土壤有机碳的动态变化

以三江平原不同开垦年限的水田及旱地为研究对象,并以沼泽化草甸和天然林地为对照,分层采集土样,测定其土壤有机C含量、pH值及全N含量。在此基础上借助SPSS软件和统计分析技术,探讨了不同土地利用类型各层土壤中有机C含量的垂直分布特征及其与pH值、N素的相关关系。结果表明:土壤有机C的垂直分布随土壤深度和土地利用类型的变化而变化;与沼泽化草甸相比,开垦10年和25年的水田表层土壤有机C含量分别减少49.3%(P<0.01)和14.3%(P<0.05),开垦5年和18年的旱地表层土壤总有机C量比对照分别减少81.9%(P<0.01)和68.3%(P<0.01);林地及开垦18年的旱地土壤pH值均与土壤有机C含量呈显著负相关,相关系数分别为-0.578(P<0.05)和-0.965(P<0.01);农田开垦前后,土壤有机C含量与全N含量呈显著正相关,相关系数均在0.580(P<0.05)以上。