阿尔泰山冷杉林下土壤有机碳矿化特征

[目的]探讨阿尔泰山天然冷杉混交林不同海拔梯度下土壤有机碳矿化特征,为天然冷杉林土壤有机碳的分解转化过程研究提供理论依据。[方法]以新疆布尔津县境内阿尔泰山1 300~1 500,1 500~1 700,1 700~1 900m这3个海拔梯度的冷杉(Abies nephrolepis)混交林下土壤为研究对象,在研究了土壤有机碳含量特征的基础上,进一步利用双指数模型对有机碳矿化特点进行了探讨。[结果](1)3个海拔梯度的土壤有机碳含量均表现出随土层加深而降低的趋势,表层富集现象明显,且该趋势不随海拔梯度的变化而变化;(2)3个海拔梯度的各土层有机碳矿化趋势相似。即矿化初期CO2-C累积量增幅较大,而到了中、后期矿化曲线逐渐趋于平缓,CO2-C累积量增幅减小;(3)双指数方程可以很好地拟合出冷杉林土壤有机碳的矿化趋势;(4)土壤有机碳矿化过程进行到100d时各海拔梯度的各土层活性碳均未被完全分解;(5)矿化碳与土壤有机碳总量和活性碳含量均达到极显著相关水平。[结论]土壤有机碳矿化过程表现出明显随海拔变化的特征。土壤活性碳含量是影响矿化作用的直接因素。     

不同土层水稻土培养条件下有机碳矿化规律研究

以湖南省桃源县水稻土为研究对象,基于土壤有机碳三库一级动力学理论,从垂直变化角度研究水稻土总有机碳(Ct)、活性碳(Ca)、缓效性碳(Cs)、惰性碳(Cp)的含量及有机碳矿化特征的相关规律。研究结果表明:1总有机碳、活性碳、缓效性碳、惰性碳含量分别与土层深度成负相关,相关系数分别为0.8431、0.8516、0.8320、0.7734(P0.01),土层越深活性碳占总有机碳比例越小,惰性碳占总有机碳比例越大。2按照CO2-C释放速率变化程度,将矿化曲线划分为快速矿化(平均约7.94 d)、缓慢矿化(平均约28 d)和平衡矿化三个阶段,其中快速矿化阶段主要为活性碳矿化。3土壤有机碳矿化速率、累积矿化量、矿化比例等都随土层加深而减小,但30~60 cm土层有机碳总量大,其有机碳矿化总量的变化对1 m深有机碳矿化总量变化的影响大。4偏相关分析表明不同土层土壤有机碳各组分含量、有机碳矿化总量与土壤全氮含量和土壤p H相关,即土壤性质影响有机碳矿化特征。由此得出,深层土壤有机碳也参与全球碳循环,并且全氮含量和p H会影响深层碳库成为碳源或是碳汇,在研究全球碳循环时应给予充分重视。     

塔里木盆地北缘绿洲不同土地利用方式下土壤有机碳含量及其碳矿化特征

[目的]探讨土地利用方式对土壤有机碳含量及碳矿化的影响,为塔里木盆地北缘绿洲土壤生态系统的保护和恢复建设提供理论依据。[方法]基于野外采样和室内培养试验,分析土壤有机碳含量的基本特征,利用回归分析法拟合出土壤有机碳矿化动态变化过程。[结果]矿化累积释放的CO2含量大小依次为:果园棉田人工林弃耕地荒草地盐碱地沙地。不同土地利用方式土壤有机碳矿化反应趋势相同,1~6d为快速分解阶段,日均矿化量高但反应时间短,6~28d为缓慢分解阶段,动态变化与前者相反。有机碳矿化率大小依次为:沙地荒草地盐碱地弃耕地人工林棉田果园,沙地最高,达(10.36±0.24)%,表明沙地土壤有机碳稳定性最差,而果园具有较强的固定有机碳能力。[结论]土地利用方式对土壤有机碳矿化及其固碳能力均有显著影响。     

小兴安岭森林沼泽湿地土地利用变化对土壤活性碳组分的影响

[目的]以小兴安岭森林沼泽为研究对象,研究湿地经过人类活动开垦为农田,和排水造林,以及弃耕地的土壤活性碳组分,为深入了解土壤活性碳组分动态变化及其可能影响全球变暖的机制研究提供科学依据。[方法]选择小兴安岭森林沼泽湿地4种土地利用方式(天然沼泽、排水湿地、弃耕地、农田)为研究对象,在野外调查和室内分析的基础上,对比分析土壤有机碳(SOC)、溶解性有机碳(DOC)、微生物碳(MBC)、易氧化碳(EOC)、轻组有机碳(LFOC)、颗粒有机碳(POC)的含量变化和比例关系,并用相关分析法分析土壤有机碳各活性组分之间的关系。[结果]不同土地利用方式土壤有机碳含量随土层深度增加而降低,总体上,在土壤剖面上,天然沼泽的SOC含量大于其他土地利用方式,其他3种土地利用方式之间差异不显著(p0.05)。不同土地利用方式下土壤活性碳组分(DOC,MBC,EOC,POC,LFOC)含量在垂直分布上均呈现出随土壤深度的增加而降低的趋势,土壤活性碳组分含量顺序总体上呈:天然沼泽排水湿地弃耕地农田。4种土地利用类型土壤DOC占SOC的比例,在垂直剖面上,无明显规律变化。土壤SOC含量与DOC,MBC,EOC,POC,LFOC之间的相关性均达到显著水平(p0.05)。土壤DOC和MBC之间呈显著性正相关(p0.05),LFOC和POC之间呈极显著性正相关(p0.05),EOC与其他活性碳组分相关性均不显著(p0.05)。[结论]土地利用变化会对小兴安岭森林沼泽土壤活性碳组分产生影响,应该合理开发小兴安岭森林沼泽湿地。     

中天山北坡垂直带土壤有机碳密度分布特征

以乌鲁木齐河流域为重点研究区,利用实测典型土壤剖面特征数据估算土壤有机碳密度,就剖面有机碳和表层有机碳之间,剖面有机碳、表层有机碳和海拔高度之间,土壤剖面有机碳密度与发生层深度之间以及不同土壤类型土壤有机碳密度的分布特征进行相关分析,结果表明:在中海拔区域,土壤有机碳的密度最大且含量最高。发生层越厚,土壤的发育程度就越高,土壤有机碳密度也就越大,有机碳的含量就越高。全剖面和表层土壤有机碳密度值分别为46.91,13.95 kg/m²。不同土壤类型的土壤有机碳密度存在着显著差异。     

秸秆和地膜覆盖条件下玉米农田土壤有机碳组分生长季动态

基于黄土高原8 a的春玉米覆盖定位试验,研究了秸秆和地膜覆盖下土壤有机碳、微生物量碳、潜在可矿化碳及颗粒有机碳在作物不同生育期的季节变化特征,探讨旱作农田不同碳组分对地表覆盖的响应规律。结果表明:1)秸秆和地膜覆盖下土壤有机碳及其各组分含量在玉米生长期间总体呈苗期下降、拔节期上升、大喇叭口—抽雄期下降、灌浆和收获期回升的变化趋势。2)与不覆盖对照相比,秸秆覆盖在大部分作物生育期均显著提高了土壤有机碳各组分含量,有助于培肥地力和土壤固碳;而地膜覆盖在作物生育后期导致土壤有机碳及各组分含量显著下降。3)秸秆覆盖下表层土壤颗粒有机碳对总有机碳变化具有重要贡献,地膜覆盖后土壤有机碳变化可能主要来自于潜在可矿化碳和颗粒有机碳,而土壤微生物量碳相对含量在不同处理间差异不大。4)对照和地膜覆盖处理土壤潜在可矿化碳和颗粒有机碳的相对含量在大喇叭口—抽雄期均有显著下降,而秸秆覆盖下两种组分的相对含量则保持平稳,表明秸秆覆盖对生育后期土壤潜在可矿化碳和颗粒有机碳有重要的补给作用。总之,黄土高原的春玉米田秸秆覆盖具有明显的提升土壤有机碳及组分含量的作用,地膜覆盖则无明显效果,且在春玉米生育后期降低了土壤总有机碳及各组分的含量。     

名山河流域不同土壤类型和土地利用方式下有机碳的分布特征

以名山河流域不同类型土壤为研究对象,研究了不同土地利用方式下土壤有机碳和团聚体中有机碳含量的分布特征。结果表明:(1)名山河流域3种类型的土壤有机碳含量在17.50~34.70g/kg之间,含量高低表现为水稻土黄壤紫色土,水稻土含量分别是黄壤和紫色土的1.32,1.39倍;从不同的土地利用方式看,水田土壤有机碳及活性有机碳含量显著高于旱地、茶园和果园,土壤活性有机碳与土壤有机碳呈极显著正相关(R2=0.884 6);(2)土壤有机碳含量在土壤剖面中表现出随着土层深度的增加而降低的趋势,表层土壤(0—20cm)有机碳含量由高到低依次为水稻土黄壤紫色土,下层土壤(20—40cm)有机碳含量为水稻土紫色土黄壤,土壤活性有机碳含量的分布具有相似规律;(3)在不同土地利用方式下,表层土壤(0—20cm)有机碳含量大小关系表现为水田旱地果园茶园,下层土壤(20—40cm)有机碳含量表现为水田果园茶园旱地,水田表层、下层土壤活性有机碳含量均极显著地高于旱地、果园、茶园,再次证明活性有机碳是表征有机碳特性的重要指标;(4)3种类型土壤的团聚体在不同的利用方式下的有机碳含量表现出随着土壤剖面加深而降低的趋势,土壤团聚体的单位有机碳含量随着粒径的减小呈现波浪形的变化趋势,各粒径团聚体中的有机碳含量与土壤有机碳含量呈正相关关系。综上可知,土壤类型的差异和土地利用方式的不同会对土壤有机碳及各粒径团聚体中有机碳的含量及分布特征产生一定的影响。     

小兴安岭两种林型的土壤有机碳研究

为阐明小兴安岭两种原始红松林土壤有机碳变化特征及其影响机制,采样分析了云冷杉红松林与椴树红松林土壤总有机碳、易氧化碳、微生物生物量碳及土壤理化性质。结果表明:两种林型土壤总有机碳、易氧化碳、微生物生物量碳含量垂直分布特征一致,均自上向下逐渐减少;土壤总有机碳与易氧化碳含量表现为:云冷杉红松林 < 椴树红松林,同海拔高度变化（云冷杉红松林 < 椴树红松林）一致（仅10—20 cm土层,云冷杉红松林的两个因子高于椴树红松林,但差异不显著）,两种林型土壤微生物量碳含量的差异在不同土壤层次有所不同,但差异均不显著;两种林型间土壤活性碳占总有机碳比率的差异在不同土层无一致的规律性;两种活性碳、总有机碳与土壤全氮、C/N之间为显著（p < 0.05）或极显著（p < 0.01）正相关,与土壤容重呈极显著负相关（p < 0.01）。     

黑土区落叶松人工林土壤团聚体有机碳及动态变化

以东北典型黑土区林龄分别为8a,21a,30a,37a,52a的落叶松人工林为研究对象,通过对土壤干团聚体组成、不同粒级团聚体有机碳含量及有机碳贮量的测定、计算与分析,研究了不同林龄落叶松人工林土壤团聚体有机碳分配特征及其动态变化规律。结果表明:在0-30cm土层范围内,各粒级团聚体组成比例随粒级从大到小呈"∧"型分布,2～5mm粒级团聚体所占比例均最大,且与其他粒级存在显著性差异(P0.05)。表层土壤各粒级团聚体有机碳含量均大于下层土壤,表层土壤中各粒级团聚体有机碳平均变化范围为32.17～48.75g/kg,下层土壤中的变化范围28.82～33.53g/kg,并均以2～5mm粒级团聚体有机碳含量最低。团聚体有机碳贮量随林龄的变化表现为大粒级团聚体(5～10mm)有机碳贮量的降低和小粒级有机碳贮量的增加。表层土壤有机碳贮量大于下层土壤有机碳贮量,但均以2～5mm粒级团聚体有机碳贮量最高,故可以认为土壤有机碳贮量的变化主要取决于各个粒级团聚体组成比例而不是各个粒级团聚体有碳含量。研究结果为进一步评价人工林植被恢复对土壤有机碳的影响提供了理论依据和参考。     

成都典型区水稻土有机碳组分构成及其影响因素研究

农田生态系统土壤有机碳对农业生产、生态平衡和全球气候变化至关重要,有机碳组分构成及平均驻留时间对深入了解土壤有机碳特征及演变规律意义重大。通过土壤呼吸培养实验和三库一级动力学方程,模拟分析了成都典型区水稻土有机碳组分构成特征;利用土壤定量化属性与有机碳各组分相关及回归分析,建立研究区土壤有机碳各组分预测模型。结果表明,有机碳组分的活性碳、慢性碳和惰性碳含量在表层(0~20 cm)分别为0.42、6.13、11.43 g kg-1,均高于亚表层(20~40 cm)的0.23、4.09、7.50 g kg-1,两土层间有机碳组分含量具有显著性差异,但有机碳组分比例没有显著性差异。剖面(0~100 cm)有机碳组分含量随着深度增加而减小,活性碳和慢性碳比例随着深度增加而降低,惰性碳比例则随着深度增加显著升高。容重、全氮和全磷对有机碳各组分含量,质地对活性碳组分含量、比例及平均驻留时间,p H对慢性碳和惰性碳组分比例均具有显著影响;活性碳和惰性碳组分含量与土壤全氮、碳氮比、p H以及土壤细粉粒(0.02~0.002 mm)含量间存在显著线性关系,可用来预测水稻土有机碳各组分含量,研究结果对其他地区土壤有机碳各组分研究及预测具有积极启示作用。     

人工樟子松林对毛乌素沙地土壤颗粒组成和固碳效果的长期影响

[目的]探讨人工樟子松林对毛乌素沙地土壤颗粒组成和固碳的长期影响,为综合评价沙地植被恢复的生态环境效应提供科学依据。[方法]选择毛乌素沙地东南缘人工栽植21,36和56 a的樟子松林和流沙地为采样地,对0—30 cm的土壤进行了分层取样分析,以探讨人工林建设对半干旱荒漠区土壤颗粒组成及不同粒级含碳量的长期影响。[结果]随着栽植年限的增加,土壤颗粒呈逐渐细化的趋势,且表层(0—5 cm)细颗粒含量均高于下层(5—30 cm)。造林后土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)含量均显著增加,最高值分别是流沙地的4.90倍和4.32倍;栽植年限对SOC含量和土壤有机碳密度(SOCD)的影响大于SIC含量和土壤无机碳密度(SICD)。相对于流沙地,各粒级SOC,SIC含量均在栽植56 a样地增幅最大,且均在细砂粒组分中增幅最大。团聚体和粉黏粒有机碳含量与土壤总有机碳含量之间存在显著的线性相关关系(p0.01),粗砂粒和粉黏粒有机碳对总有机碳的贡献率和粉黏粒无机碳对总无机碳的贡献率较为显著(p0.05)。[结论]随着樟子松栽植年限的增加,土壤团聚体、粉黏粒含量和土壤固碳能力均显著提高。     

玉米秸秆不同构件混合分解的非加和效应及其对土壤有机碳矿化的影响

[目的]研究玉米秸秆不同构件混合分解的非加和效应及其对黄绵土土壤有机碳矿化的影响,为秸秆还田背景下坡地土壤CO2排放提供理论支撑。[方法]采用室内模拟试验,试验设置无玉米秸秆土壤对照(CK)及4种玉米秸秆添加处理:茎+土壤(CKS)、叶+土壤(CKL)、鞘+土壤(CKLS)、混合玉米秸秆+土壤(CKM)。[结果]培养结束土壤有机碳矿化累积排放量实测值显著高于预测值,且促进作用主要是由培养初期快速分解阶段(1~28d)导致的。培养结束后混合玉米秸秆剩余质量预测值明显高于实测值,且元素含量发生明显改变,其中全氮含量预测值明显低于实测值,C/N预测值明显高于实测值。培养结束后CKS处理土壤微生物碳含量明显高于其他几种处理,其他几种处理差异不显著;添加玉米秸秆处理土壤微生物量氮明显降低,相应的土壤微生物量C/N增大,CKS,CKL和CKM处理与CK处理差异达到显著水平。土壤可溶性有机碳(DOC)含量CKLS和CKM处理明显高于其他3种处理,CKS与CKL处理与对照差异不显著。[结论]玉米秸秆不同构件按比例混合对玉米秸秆分解产生协同促进作用,混合分解过程促进氮累积。     

自然降雨条件下红壤坡面有机碳的选择性迁移

依托江西水土保持生态科技园,2015年3月―8月期间,对裸地、草地、果园和湿地松人工林四种类型径流小区自然降雨条件下侵蚀过程中径流泥沙和土壤有机碳的流失特征进行了原位监测。结果表明,监测期间24场降雨下,径流系数和侵蚀模数基本上均随雨型的增大而增加。随着土地利用类型由裸地向果园、草地和林地的转换,减流效益和减沙效益依次增大。径流量和泥沙流失量最主要的影响因素分别是降雨量和径流量。裸地、草地、果园和林地四种类型坡面上,自然降雨下土壤有机碳随泥沙迁移的比例分别为64.67%、47.38%、53.94%和36.03%,碳流失强度分别达到560.3、1.98、122.5和2.66 mg m-2。径流有机碳含量与径流量之间、泥沙含碳量与泥沙量之间均呈负相关关系。裸地、果园、草地和林地四种径流小区泥沙有机碳富集比分别为1.27、1.10、0.80和0.58,即随着土壤侵蚀模数的降低,有机碳富集比也减小。泥沙有机碳富集比均随雨强的增大而减小,有机碳的选择性迁移在低强度降雨条件下表现更为明显。     

黄土丘陵区不同恢复年限对天然草地土壤碳库动态的影响

[目的]揭示不同恢复年限的天然草地土壤碳库动态变化及其剖面分布特征,全面认识和理解天然草地恢复下土壤有机库、无机碳库的动态特征。[方法]采用野外调查与室内试验分析相结合的方法,以农田为对照,对黄土丘陵区不同恢复年限(11,16,22和35a)的天然草地土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、总碳(STC)的动态变化及其剖面分布特征进行了探讨。[结果](1)天然草地恢复过程中表层(0—10cm)SOC含量随植被恢复年限显著增加,下层(10—100cm)SOC含量随植被恢复年限变化不明显;0—100cm土层SOC储量呈先减少后增加趋势,但仍未达到农田SOC储量的水平。(2)天然草地0—20cm土层SIC含量呈相对脱钙现象,0—100cm土层SIC库储量约为SOC库储量的2.7~4.5倍。土壤无机碳库随植被恢复年限的增加无明显变化,但SIC的剖面分布深度发生改变。(3)土壤总碳库随恢复年限增加无明显变化,0—100cm土层SIC储量在STC库中所占比例约为75.6%~86.0%。[结论]短时间内天然草地的土壤碳汇效应并不明显,碳库增汇效应需要长期的过程。     

增温条件下不同土壤粒级有机碳和全氮的分布

[目的]分析气温上升后土壤养分的变化情况,为今后应对全球变暖提供数据支持。[方法]以中国华北平原的耕地褐土为材料,采用沉降虹吸法,研究在增温条件下土壤3个粒级有机无机复合体组成以及有机碳和全氮的变化情况。[结果]土壤有机无机复合体分布在增温条件下没有明显变化。有机碳含量增加而全氮含量降低。从不同粒级来看,3种粒级的有机碳含量都有增加,而全氮含量在个别小粒级会有所增加而砂粒的全氮含量变化不明显。土壤碳氮比比较稳定。有机碳分配有往大粒级转移的趋势,而全氮分布未表现出明显规律。[结论]增温在一定程度上加速有机质分解使得土壤有机碳含量上升,在较小粒级上更加明显。而全氮含量因为反矿化等作用会出现下降,但是相比对照组有增长。     

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。     

黄土丘陵区土壤有机碳含量对侵蚀坡面表层土壤含水量时空变化的影响

表层土壤含水量能敏感反映降雨、气温、侵蚀等环境要素的变化,明确表层土壤含水量时空变化特征可为农业生产及土壤环境效应评价等提供参考。以黄土丘陵区不同有机碳水平的侵蚀坡面为对象,连续监测了2016年11月至2018年3月0-5 cm土壤含水量的动态变化,结合降水资料,分析了不同土壤有机碳水平下侵蚀坡面沉积区、侵蚀区及对照区表层土壤含水量的变化特征。结果表明:(1)表层土壤含水量不同季节变化差异显著,夏季变幅最大,单日最大变幅可达14.3%,春、秋、冬季的单日最大变幅<8.0%。换言之,夏季是土壤水分变化的敏感期。(2)土壤有机碳水平、坡面部位、土壤温度对表层水分变异的影响程度因季节而异。(3)土壤侵蚀加剧了坡面表层土壤含水量变异,变异程度表现为沉积区>侵蚀区>对照(未侵蚀)区;侵蚀前后侵蚀区表层土壤含水量变化量与沉积区变化量的差值随有机碳水平升高从0.85%增加至9.81%。(4)侵蚀坡面表层土壤含水量的时空异质性随有机碳水平升高呈非线性变化趋势。