红壤丘陵景观表层土壤有机碳空间变异特点及其影响因子

为探究景观尺度上土壤有机碳(SOC)空间格局与变异特点,选择典型红壤丘陵景观采样,分析表层SOC空间分布及其影响因子。结果显示红壤丘陵景观SOC平均含量为12.7gkg-1,变异系数为31.3%,属于中等程度变异;SOC半方差模型为指数模型,具有强烈的空间自相关性(块金/基台值为6.3%);SOC空间分布呈现明显的条带状和斑块状格局,与景观单元内地形和土地利用方式高度一致。SOC含量随高程和坡度的增加而降低;四类利用方式下SOC含量顺序为水田(16.0gkg-1)旱地(11.2gkg-1)果园(9.5gkg-1)林地(8.4gkg-1)。空间可视图显示利用方式对SOC含量的影响大于高程。研究表明利用方式和地形(高程和坡度)是亚热带典型红壤丘陵景观SOC空间变异的主要原因。     

不同利用方式下土壤有机氮素矿化特征的研究

采用长期淹水密闭培养-间歇淋洗法(30℃),测定了长期(16年)定位的水田、旱地和林地土壤有机氮素的矿化氮数量,利用一级反应动力学模型对有机氮素的矿化过程进行了拟合,并探讨了不同利用方式下土壤有机氮素的矿化特征。结果表明,3种利用方式下土壤有机氮素的矿化过程均可用一级反应动力学模型很好地拟合;任意两种土壤利用方式之间的N0值差异均达1%显著水平,水田与旱地、林地之间的k值差异均达1%显著水平,而旱地与林地之间的k值差异则达5%显著水平,林地土壤氮素矿化势最大(72.96 mg kg-1),约为旱地和水田土壤的1.3倍和7.4倍,水田土壤氮素矿化速率最大(0.0908 d-1),约为旱地和林地土壤的4.1倍和2.3倍;旱地和林地土壤供氮能力大小相接近,分别为88.24 mg kg-1和89.11 mg kg-1,约为水田土壤的2倍左右。由此可见,长期(16年)不同利用方式对土壤有机氮素矿化特征影响显著,水田土壤可供矿化的有机氮数量最少且矿化时间最为短暂,旱地土壤可供矿化的有机氮数量较多且矿化时间最为缓慢持久,林地土壤可供矿化的有机氮数量最多且矿化时间较为缓慢持久。     

单种复合类型单元土壤全量元素空间变异的幅度效应

土壤属性变异性的幅度效应研究对土壤数字制图、土壤调查及农业生产均具有重要意义。针对江西东乡县研究区域水田—中潴灰鳝泥田(土种)一种土地利用与土壤的复合类型单元,设定了8个土壤采样幅度研究区,并利用多层次嵌套布点方法在每个采样幅度区分别布设60个采样点,共采集337个样点的土壤表层(0~20cm)样品;运用多种函数拟合分析手段,揭示单种复合类型单元(水田—中潴灰鳝泥田)土壤全氮、全磷、全钾含量的空间变异性随采样幅度的变化特征。结果表明,土壤全量元素的空间变异性均具有明显的幅度效应特征,全氮、全磷、全钾含量的变异系数均随采样幅度的拓展而逐渐增加,而增加趋势则逐渐变缓。不同土壤全量元素空间变异性体现出不同的幅度效应特征,土壤全氮、全磷变异系数(%)的幅度效应刻画函数为CV=b×Da(R20.87,p0.001),土壤全钾为CV=e(a/D+b)(R20.93,p0.001),D为幅度表征指标(km);不同土壤全量元素变异系数随采样幅度快速与缓慢变化的幅度分界点位置存在明显差异,表明基于复合类型单元的土壤多属性调查采样布点与分析策略需要统筹考虑。研究结果对于红壤丘陵区县域土壤调查样点合理布设具有重要的启示和参考价值。     

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。     

江汉平原不同土地利用和起源下农田土壤有机碳组分变化

调查采集了江汉平原不同土地利用和起源农田土壤表土样品,分析总有机碳(SOC)、热水溶性有机碳(HWEC)、易氧化有机碳(LOC)及其有机碳键合组分含量特征,并探讨有机碳量和与之影响的主要土壤因素的关系。结果表明:不同土地利用和起源均会影响土壤有机碳水平,表现为湿地起源水田有机碳含量(18.34±5.78)g/kg显著高于旱地(11.18±3.39)g/kg,而红壤水田有机碳含量(16.21±4.13)g/kg与旱地(14.54±3.41)g/kg之间差异不显著;不同起源水田下无显著差异,而红壤起源旱地显著高于湿地起源旱地。HWEC和LOC及其占SOC比例均表现为湿地起源水田显著高于红壤水田。不同土地利用和起源下土壤有机碳的稳定机制不同,粘粒保护在湿地起源土壤中具有显著作用,而水田条件下,土壤有机碳的化学结合稳定显得与游离氧化铁的保护有关,红壤起源水田土壤中由于游离氧化铁的大量存在,这种保护作用对于土壤有机碳的稳定具有显著的贡献。     

基于土地利用和微地形的红壤丘岗区土壤水分时空变异性

在红壤丘岗区冬春两季,以网格采样法测定了红壤丘岗区一块包含茶地、旱地和林地的缓坡的地表层和深层土壤含水率,采用经典统计结合地统计方法分析了其空间变异特征。结果表明：单一土地利用下,林地土壤含水率明显高于茶地和旱地,整体采样区土壤水分变异系数明显大于单一土地利用。同一季节表层和深层土壤水分具有类似的变异趋势;土壤水分在不同利用下存在截然不同的变异特征。通过半方差分析发现,茶地－旱地交界区土壤水分空间变异低于其他地方;另一方面,茶地－旱地土壤水分不具备空间相关性。另外,采样区表现出明显的各向异性且季节性变化明显,在冬季,土地利用和微地形共同影响水分变异特征;而在春季,土地利用是土壤水分变异的主导因素。除茶地-旱地交界区冬季水分不具有空间相关性外,土壤水分整体上具有良好的变异特征和空间连续性,因此可以利用地统计学在整体采样区进行水分空间变异的研究。     

红壤不同利用方式下的剖面酸度特征

【目的】 作物类型及其管理模式是影响红壤酸化的主要因素之一,研究不同利用方式下红壤剖面酸度的变化特征,对红壤酸化防治具有重要指导意义。 【方法】 选取由红砂岩母质发育红壤的4种主要利用方式 (水田、旱地、果园和林地),通过分层 (0—20、20—40、40—60、60—80 cm和80—100 cm) 测定pH、交换性酸、交换性盐基总量和盐基饱和度,定量比较不同利用方式下各酸度指标在剖面上的变化特征及程度。 【结果】 在不同利用方式下,红壤剖面pH为水田 (5.69) > 旱地 (4.71) ≈ 果园 (4.74) > 林地 (4.49);交换性酸含量为林地 (6.54 cmol/kg) ≈ 旱地 (6.52 cmol/kg) > 果园 (3.51 cmol/kg) > 水田 (0.79 cmol/kg);交换性盐基总量为水田 (4.47 cmol/kg) > 旱地 (1.97 cmol/kg) > 果园 (1.26 cmol/kg) > 林地 (0.48 cmol/kg);盐基饱和度为水田 (53.14%) > 旱地 (20.87%) > 果园 (15.41%) > 林地 (4.67%)。随着土层深度的增加,红壤剖面pH值逐渐升高;不同层次间交换性酸含量无显著差异;交换性盐基总量随土壤深度增加逐渐升高,为60—100 cm (2.34 cmol/kg) > 40—60 cm (2.05 cmol/kg) > 0—40 cm (1.75 cmol/kg);水田利用方式下红壤盐基饱和度随土壤深度增加逐渐升高,为80—100 cm (33.95%) > 60—80 cm (32.27%) > 40—60 cm (31.31%) > 20—40 cm (25.47%) > 0—20 cm (21.08%)。水田、果园利用方式下红壤pH与交换性酸含量呈显著负相关,与交换性盐基总量和盐基饱和度呈显著正相关;旱地利用方式下红壤pH与交换性盐基总量呈显著正相关;林地利用方式下pH与交换性酸含量呈显著负相关。 【结论】 4种利用方式下,在0—40 cm土层,林地红壤酸度最高,其次是果园和旱地,水田红壤酸度最低,在40—100 cm土层酸度变异较小。通过改变土地利用方式,降低红壤交换性酸含量、增加交换性盐基总量和盐基饱和度可以有效降低红壤酸度。      

亚热带丘陵几种林地土壤剖面有机碳和轻组有机碳的分布

通过选取亚热带丘陵区3种不同母质发育的林地土壤,分析有机碳及轻组有机碳的剖面分布特征。结果表明:土壤有机碳含量(SOC)、轻组有机碳含量(LFOC)和LFOC/SOC均随剖面深度的加深而降低,分别介于1.49～16.80 g kg-1、0.11～2.58 g kg-1和3.2%～20.2%之间,以表层土壤SOC、LFOC的数量最为丰富、质量最高,且各土壤的剖面分布趋势相似。不同母质发育的剖面土壤发生层有机碳储量介于66.66～95.83 t hm-2,以板岩红壤最高,花岗岩红壤最低;而轻组有机碳储量介于6.09～10.37 t hm-2,以板岩红壤最高,紫色土最低。从储量上看,底土层(B、BC、C层)贮存了主要的有机碳和可观的轻组有机碳。此外,亚热带林地表层土壤LFOC/SOC要高于温带林地表层土壤,这反映出气候、地形和当地土地利用方式对土壤碳质量具有重要影响。     

红壤区旱地和水田土壤磷素状况及其流失风险

红壤一般偏酸且铁铝富集,磷与铁、铝形成Fe-P、Al-P,降低了红壤磷的有效性。施磷提高红壤供磷能力,但是未被作物利用的磷积累在土壤中,对水体环境构成威胁。研究红壤磷素状况对于提高作物产量和保护环境具有重要意义。已有很多关于红壤磷素状况方面的报道,但是很少将红壤磷素状况与水体磷进行关联分析。在典型红壤区江西省余江县布点采集了旱地和水田土样各54份,周边水样24份,分析了土壤有效磷(Olsen-P和Bray-P)含量、水溶性磷(CaCl2-P)含量和水样总磷含量。结果表明,以Olsen-P为指标,11%的旱地和39%的水田土壤缺磷,61%的旱地和39%的水田土壤磷适合作物生长,11%的旱地和11%的水田土壤处于高磷状态。以Bray-P为指标,11%的旱地和33%的水田土壤缺磷,6%的旱地和33%的水田土壤磷适合作物生长,77%的旱地和6%的水田土壤处于高磷状态。Olsen-P、Bray-P与CaCl2-P三者之间具有极显著相关关系,对Olsen-P与Ca Cl2-P、Bray-P与CaCl2-P分别进行回归分析,求得土壤磷流失突变点的Olsen-P和Bray-P含量分别为56.31和118.4 mg·kg^-1。依据这两个标准,水田土壤有效磷均未超过磷流失突变点,旱地土壤Olsen-P和Bray-P超过突变点的样品比例分别为50%和33%。水田周边排水沟渠水的总磷含量均低于《地表水环境质量标准》Ⅱ类水标准。总之,调查的红壤区水田土壤整体较为缺磷、磷流失风险低,旱地土壤有效磷含量和磷流失风险都较高。     

基于时空变异的旱地土壤有机碳高效采样策略研究

土壤有机碳(SOC)空间分布具有时序差异性,明确样点数量对不同时期SOC预测精度影响是制定高效采样策略的基础。选取3.93×10~4 km~2江苏北部旱地作为案例区,运用普通克里金插值方法,分析样点数量对不同时期SOC空间预测精度的影响。结果表明:不同数量样点数据集下1980年苏北旱地SOC预测值与实测值的相关系数r和均方根误差RMSE变幅分别在0.15～0.56和2.09～2.63 g·kg~(–1)之间,当样点数量大于75%时,预测精度较高且能达到相对稳定水平,最佳采样数目在563个左右;而2008年r和RMSE变幅分别在0.24～0.63和2.11～2.62 g·kg~(–1)之间,预测精度对于样点数量的变化更为敏感,70%的样点数量即可达到相对稳定水平,最佳采样数目在526个左右,这表明不同时期SOC空间预测精度对于样点数量变化的响应不同,土壤属性的空间自相关性越大,预测精度对于采样数量的敏感性越强,空间信息达到饱和状态所需样点数量也相对较少;此外,本研究也发现在SOC高、低值等关键区域设置足够的样点数量是提高土壤空间预测效果的重要手段之一。     

基于最大似然法与矩法的黄土高原小流域土壤碳氮空间变异分析

以黄土高原寺底沟小流域为研究对象,根据不同土地利用方式采集46个样点的土壤样品,通过地统计方法对土壤有机碳和全氮的空间变异特征进行了分析。采用受限最大似然法(REML)和矩法(MOM)两种方法分别对变异函数进行了估计,通过交叉检验选择克里金预测效果较好的变异函数进行地统计插值。(1)与矩法(MOM)相比,在多数情况下受限最大似然法(REML)估计的变异函数进行克里金插值更加准确。(2)土层深度对土壤全氮空间变异影响较小,对土壤有机碳影响较大,表层土壤有机碳含量及变异程度明显高于下层土壤。(3)土地利用方式对土壤有机碳和全氮的空间分布有重要影响,灌木林和天然草地土壤有机碳和全氮水平最高,弃耕地其次,梯田、果园、人工草地最低,表明退耕还林对提高土壤碳氮水平有重要贡献。     

梯田土壤有机碳密度分布及影响因素

研究丘陵地区不同土地利用方式下土壤有机碳密度的分布及其影响因素,为丘陵地区土壤肥力培育和生产力提升提供技术参考。通过密集采样,分析东南丘陵水田、旱地、果园和茶园4种典型利用方式下耕层土壤有机碳密度变化及其影响因素。结果表明,东南丘陵地区土壤有机碳密度平均为4.14kg/m2,其变化受地形、土地利用方式及土壤化学性状等因素影响。海拔为200～800m时有机碳密度最高,平均为4.38kg/m2;坡度对土壤有机碳密度影响表现为2°～6°>6°～15°>15°～25°>0～2°>25°以上;从坡向看,南北坡有机碳密度较高,东西坡较低;不同土地利用方式土壤有机碳密度果园>茶园>水田>旱地;水田土壤有机碳密度与土壤中碱解氮、速效磷和速效钾呈显著正相关,与缓效钾呈极显著负相关,旱地与速效磷和速效钾呈显著正相关,果园与碱解氮和速效钾呈正相关,茶园仅与碱解氮呈显著正相关。     

土地利用变化对闽江河口湿地表层土壤有机碳含量及其活性的影响

对闽江河口原生植被芦苇沼泽,以及由其转化的不同其它土地利用类型(滩涂养殖地、水田、草地、撂荒地和池塘养殖地)的表层(0-50 cm)沉积物(或土壤)有机碳和活性有机碳含量的研究,结果表明,滩涂养殖地、水田、池塘养殖地、草地和撂荒地的土壤有机碳含量分别比芦苇沼泽地低27%,75%,67%,1%,60%;在有机碳储量方面,滩涂养殖地、水田、池塘养殖地和撂荒地比天然芦苇沼泽地分别低11%,50%,37%,24%,草地有机碳储量比芦苇高44%;草地土壤有机碳含量和储量随土层加深而递减的幅度比芦苇地大;水田有机碳含量和储量垂直变化不明显,弃耕后,表层有机碳含量提高,垂直变化明显。不同土地利用方式间土壤活性有机碳含量的差异比有机碳的差异大,与芦苇地相比,滩涂养殖地、水田、池塘、草地活性有机碳含量分别低24%,83%,84%,42%;撂荒10年的弃耕地与水稻田土壤相比,活性有机碳含量提高了47%。     

农业开垦对中国土壤有机碳的影响

以中国土种志资料为基础,分析了耕地和非耕地表层土壤有机碳含量的变异性,以及各大区域土壤有机碳含量在耕地和非耕地、水田和旱地之间的差异;同时结合非耕地有机碳含量和耕地面积数据,估算了由于耕地的开垦而导致的土壤表层有机碳贮量的变化。结果表明,耕地土壤有机碳含量的变异性小于非耕地,水田小于旱地;耕地土壤有机碳含量明显低于非耕地土壤,平均减少了51.5%,水田却明显高于旱地;水田和旱地的开垦分别导致土壤表层有机碳贮量减少了0.67,3.63 Pg,共计4.3 Pg。最后还分析了土壤有机碳库减少量的空间分布格局,探讨了东北和华北这两大区域土壤有机碳贮量下降程度最大的原因,是由于黑土、黑钙土、暗棕壤等富含有机碳的草原草甸和湿地土壤大量开垦以及耕作管理措施粗放所致。     

Land Use and Soil Organic Carbon in China’s Village Landscapes

Village landscapes, which integrate small-scale agriculture with housing, forestry, and a host of other land use practices, cover more than 2 million square kilometers across China. Village lands tend to be managed at very fine spatial scales (≤ 30 m), with managers both adapting their practices to existing variation in soils and terrain (e.g., fertile plains vs. infertile slopes) and also altering soil fertility and even terrain by terracing, irrigation, fertilizing, and other land use practices. Relationships between fine-scale land management patterns and soil organic carbon (SOC) in the top 30 cm of village soils were studied by sampling soils within fine-scale landscape features using a regionally weighted landscape sampling design across five environmentally distinct sites in China. SOC stocks across China’s village regions (5 Pg C in the top 30 cm of 2 × 10 6 km 2 ) represent roughly 4% of the total SOC stocks in global croplands. Although macroclimate varied from temperate to tropical in this study, SOC density did not vary significantly with climate, though it was negatively correlated with regional mean elevation. The highest SOC densities within landscapes were found in agricultural lands, especially paddy, the lowest SOC densities were found in nonproductive lands, and forest lands tended toward moderate SOC densities. Due to the high SOC densities of agricultural lands and their predominance in village landscapes, most village SOC was found in agricultural land, except in the tropical hilly region, where forestry accounted for about 45% of the SOC stocks. A surprisingly large portion of village SOC was associated with built structures and with the disturbed lands surrounding these structures, ranging from 18% in the North China Plain to about 9% in the tropical hilly region. These results confirmed that local land use practices, combined with local and regional variation in terrain, were associated with most of the SOC variation within and across China’s village landscapes and may be an important cause of regional variation in SOC.     

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。     

荒漠化重建地区土壤有机碳动态研究

土壤有机碳(Soilorganiccarbon,SOC)是反映土地荒漠化的重要指标。本研究以陕西省榆林市为例,开展小区域沙漠化重建地区SOC动态的实证研究。SOC数据来源于1982年土壤普查和2003年重复采样,土样的采集、分析和统计方法分别为土钻取土法、重铬酸钾氧化法、吸管法和面积加权法。研究结果表明:SOC含量与粗砂粒显著负相关(R=-0.50,a=0.01),与粘粒显著正相关(R=-0.45,a=0.05),20年间土壤颗粒细化趋势比较明显;20年间原始剖面、1m深和耕层SOC含量、密度和储量都有不同程度的增加,其中对人类活动最敏感的耕层土壤变化最显著,SOC含量、密度和储量分别增加了0.55g/kg,0.15kg/m2,10.07GgC。该研究结果表明防风固沙、可持续性农耕等措施会卓有成效地促进土地沙漠化的恢复和重建。     

四川盆地水稻土有机碳与全氮的时空变异及影响因素研究

利用全国第二次土壤普查数据与2008年采样数据对四川盆地水稻土有机碳和全氮的含量水平变化进行了研究。结果表明:研究区1982年和2008年3种水稻土亚类有机碳含量均呈现潜育型水稻土显著高于淹育型和潴育型水稻土。研究区1982年3种水稻土亚类全氮含量呈现潜育型水稻土显著高于淹育型水稻土,2008年则为潜育型水稻土显著高于淹育型和潴育型水稻土。26年间水稻土有机碳与全氮含量均增长明显,且淹育型与潜育型两种水稻土的增长幅度高于潴育型水稻土。1982年至2008年,平坝、冲沟和坡脚稻田中有机碳及全氮含量增长明显,且大致呈从平坝、冲沟到坡中上部递减;冲积物和泥岩发育的水稻土有机碳及全氮因易于积累而含量更高;质地黏重的土壤有机碳与全氮的含量较高,同时也比质地偏轻的土壤更利于碳、氮的积累;冬水田与稻–油轮作的农田土壤有机碳与全氮的含量与增长幅度显著高于稻–麦轮作田。     

不同土地利用方式对贵州岩溶土壤微量重金属元素含量的影响

利用地统计学的方法,对贵州水城岩溶盆地复合土地利用方式下土壤微量重金属元素含量的时空变异进行了研究。结果表明:贵州水城盆地岩溶土壤微量重金属元素含量的变化与不同的土地利用方式时空上的变异有很好的一致性。盆地中工业区往往成为土壤微量重金属元素迁移富集的高值中心,而受人类活动影响较小的自然林区则基本保持了原始状况成为低值中心。因此合理进行土地利用对保护土壤和岩溶地下水免受污染具有重要的意义。