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。     

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。     

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。     

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.     

稻草还田条件下水田和旱地土壤有机碳矿化特征与差异

采用14C示踪技术,通过100 d的原状土柱室内模拟试验,得出以下研究结果:培养100 d后,有34.74%(水田覆盖)、17.85%(水田翻埋)、35.68%(旱地覆盖)和36.06%(旱地翻埋)的稻草碳被矿化,水田和旱地土壤分别有0.99%～1.17%和2.25%～2.53%的原有有机碳被矿化。土地利用和稻草还田方式及两因素的交互作用,对添加稻草碳的矿化速率和累积矿化率均有显著影响(p<0.01),但对于土壤原有有机碳的矿化速率和累积矿化量,只有土地利用方式对其有显著影响(p<0.01);添加稻草后,土壤总累积矿化量没有发生显著变化(旱地翻埋除外),因为稻草还田抑制了土壤原有有机碳的降解,使100 d的累积矿化量相对于各自对照减少了13.95%(水田覆盖)、15.68%(水田翻埋)、11.04%(旱地覆盖)和3.34%(旱地翻埋)。水田翻埋和旱地覆盖是稻草资源合理利用的较好方式,更有利于土壤有机碳的积累;添加的稻草碳和土壤原有有机碳在水田的矿化速率均显著低于旱地,是水田有机碳含量通常高于同一景观单元旱地的主要原因之一。     

干湿交替对东北温带次生林与落叶松人工林土壤有机碳矿化的影响

在中温带的黑龙江省帽儿山地区,采集次生林和落叶松人工林表层(0-10cm)土壤,进行室内有机碳矿化培养。先在不同温度(5,15,25,35℃)下干土培养3d,然后进行不同水平的增湿处理(土壤含水率为25%,50%,75%,100%)继续培养11d。结果表明:加水增湿后两林分土壤有机碳矿化速率均被激发并在短时间(1～4d)内达到最大值,不同处理次生林土壤有机碳矿化速率最大值变化范围为15.94～212.65μg CO2-C/(g.d),落叶松人工林土壤为16.75～110.85μg CO2-C/(g.d)。两林分土壤有机碳矿化速率和矿化量随处理湿度的增加而增大,但落叶松人工林100%湿度处理在培养温度超过5℃时,土壤有机碳矿化速率和矿化量却低于75%湿度处理。高温(≥25℃)和高湿(50%～100%)条件下次生林土壤有机碳矿化的激发效应明显大于落叶松人工林土壤,而且次生林土壤有机碳矿化的湿度敏感性系数(k)和温度敏感性系数(Q10)均大于落叶松人工林土壤。这表明随着温度的升高,干湿交替可导致次生林土壤较落叶松人工林土壤损失更多的碳。     

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。     

不同农业利用方式土壤有机碳矿化及其与有机碳组分的关系

通过土壤样品室内培养法测定菜园、桃园、水田及旱地土壤有机碳矿化动态和3种土壤有机碳组分,并根据三库一级动力学模型,拟合4种土地利用方式土壤有机碳库各库大小及周转速率,探讨不同土地利用下土壤有机碳矿化特征及其与有机碳组分的关系。结果表明,各土地利用方式土壤有机碳日矿化速率差异主要在培养前期,表现为菜园桃园水田旱地,后期差异减小且保持平稳。旱地土壤有机碳累积矿化量最小,菜园、桃园、水田分别为其2.61,2.50,1.63倍。由三库一级动力学方程拟合参数发现,活性碳库(C_a)所占总有机碳(TOC)比例最小,且与易氧化碳(ROC)、颗粒态碳(POC)、轻组有机碳(LFOC)含量均呈极显著正相关;除桃园外,缓效性碳含量(Cs)均低于惰性碳含量(Cr),且ROC、POC、LFOC亦与Cs具有显著相关性。活性碳库周转速率(Ka)和缓效性碳库周转速率(Ks)仅与LFOC占总有机碳的比例具有显著相关性,故可用LFOC/TOC来指示土壤活性有机碳库及缓效性碳库的动态变化。     

土地利用方式对江西红壤旱地碳库管理指数的影响

土壤碳库管理指数是表征土壤有机碳积累与质量的综合指标,可有效地反映人类活动对土壤质量的影响。本研究以未开垦的红壤荒地为对照,研究了3种土地利用方式(农地、茶园、果园)下0~40 cm土层总有机碳和活性有机碳的分布特征及土壤碳库管理指数的变化。结果表明:(1)不同土地利用方式下各土层土壤总有机碳、活性有机碳的大小均表现为农地果园≈茶园未开垦的红壤荒地,相比于未开垦的红壤荒地,其他3种土地利用方式均能显著提高土壤总有机碳、活性有机碳含量(P0.05)。(2)红壤旱地开垦利用均能显著提高土壤碳库管理指数(P0.05),但在选取的3种不同利用方式下,土壤碳库管理指数在0~10 cm土层差异显著(P0.05),表现为农地果园≈茶园;在0~20cm土层表现为农地与茶园相当(P0.05),与果园有显著差异(P0.05);在20~40 cm土层3种不同土地方式无明显差异(P0.05)。因此,红壤荒地开垦利用能够提高土壤碳库管理指数,且农用地比果茶园效果更佳。     

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。     

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。     

外源碳输入对华北平原农田和湿地土壤有机碳矿化及其温度敏感性的影响

研究外源碳输入和气候变暖对土壤有机碳矿化的影响,对于深入理解土壤有机碳的稳定和积累机制以及其对全球变化的响应具有重要意义。通过为期35 d的室内培养试验,利用~(13)C稳定同位素标记技术,研究了华北平原典型农田和湿地土壤在15℃和25℃下的土壤有机碳矿化及激发效应。结果表明,土地利用类型(农田/湿地)、温度(15℃/25℃)和葡萄糖添加[0.4mg(C)·g~(-1)]对土壤有机碳矿化均具有显著影响。在相同培养温度下,未添加葡萄糖的农田和湿地土壤有机碳矿化无显著差异,而添加葡萄糖处理下农田土壤有机碳矿化显著高于湿地土壤。除湿地土壤在15℃下培养外,添加葡萄糖显著促进了农田和湿地土壤有机碳矿化,农田土壤有机碳矿化的激发效应显著高于湿地土壤。温度升高显著促进了农田和湿地土壤有机碳矿化,培养过程中土壤有机碳矿化温度敏感性Q10为1.2～1.6,土地利用类型和葡萄糖添加对土壤有机碳矿化温度敏感性的影响都不显著。在温度升高和外源碳输入的共同作用下,农田土壤有机碳矿化显著高于湿地土壤。     

秸秆直接还田与炭化还田下土壤有机碳稳定性和温室气体排放潜力的对比研究

选取北方旱地和南方水田两种不同农业利用方式的土壤为研究对象,分别在旱地和水田设置了无秸秆还田(NR)、秸秆直接还田(SR)和秸秆转化为生物质炭还田(BR)三种处理,在作物收获后,采集对应处理的土壤通过室内培养对比研究了秸秆直接还田和生物质炭还田下土壤有机碳的稳定性及温室气体排放潜力的变化。研究结果表明:秸秆直接还田与生物质炭还田均可显著增加土壤有机碳和全氮含量,但不同处理下的土壤有机碳稳定性存在显著差异。从有机碳的矿化量和矿化率来看,生物质炭还田处理与秸秆直接还田处理相比,分别降低旱地、水田土壤矿化量的36.0%、21.5%和矿化率的47.0%、34.7%;水田与旱地相比,表观上水田矿化显著高于旱地土壤,但从土壤有机碳矿化率来看,水田土壤各处理均显著低于旱地土壤相同处理的19.0%、26.2%和9.2%。不同处理显著影响土壤N2O的释放,无论旱地还是水田土壤,与秸秆直接还田相比,施用生物质炭均显著降低土壤N2O的释放;进一步分析土壤产生的综合温室效应(GWP)表明,生物质炭还田下的GWP比秸秆直接还田显著降低39.6%和28.5%。因此,秸秆转化为生物质炭后还田可作为一项重要的农田土壤固碳减排措施进行秸秆利用。     

不同土地利用方式对土壤团聚体稳定性及其导水率的影响

为分析南水北调(中线)丹江口库区不同土地利用方式下土壤团聚体稳定性及其导水率,揭示人为活动对土壤结构和水力特性的作用与影响,以库区内3种不同土地利用方式(旱地、水田、林地)土壤为研究对象,经干筛测定团聚体的组成状况,探究了不同土地利用方式下土壤团聚体、土壤有机碳和土壤饱和导水率的相互关系。结果表明:不同土地利用方式下土壤团聚体机械稳定性表现为旱地最高,林地次之,水田最低;有机碳含量则表现为林地水田旱地。不同土地利用方式下各粒径团聚体中的有机碳含量分布也各不相同,旱地土壤有机碳在粒径0.25 mm的团聚体中含量最高,水田土壤有机碳分布较为均匀,林地土壤有机碳主要集中在粒径1 mm的团聚体中。饱和导水率表现为林地旱地水田。相关性分析表明饱和导水率与有机碳含量呈显著正相关关系,但与团聚体机械稳定性没有明显关系。同时土壤MWD值和GMD值与有机碳含量都呈现出显著的负相关关系,表明土壤有机碳在土壤团聚体机械稳定性和土壤导水率方面都起着重要的作用。     

中国土壤有机碳分解特征研究初报

通过土壤样品的室内培养,运用三库一级动力学理论,对我国典型区域土壤有机碳分解特征进行了研究,结果表明:土壤有机碳分解均呈现前期分解快速和后期分解缓慢的特点,土壤有机碳分解的平衡点大概为2个月,之后的日均分解量变化非常小。我国东部4种地带性土壤有机碳分解速率随纬度的增加而递增。不同种植方式农田土壤有机碳分解速率:菜园>水田>旱地>果园。6个地区表层土壤有机碳含量范围为2.31~81.93 g/kg;活性碳含量范围为0.09~1.04 g/kg;缓效性碳含量范围为0.90~33.39 g/kg;惰效性碳含量范围0.92~47.85 g/kg。     

名山河流域不同类型土壤腐殖质的组成特征

以名山河流域不同类型土壤为研究对象,研究了3种土壤类型(黄壤、紫色土、水稻土)和4种土地利用方式(水田、旱地、果园、茶园)下腐殖质的组成特征。结果表明:名山河流域3种类型土壤腐殖质含碳量为9.74~21.66g/kg,表层土壤(0—20cm)大于下层土壤(20—40cm),含量由高到低依次为水稻土紫色土黄壤,水稻土与紫色土、黄壤腐殖质碳含量差异显著,腐殖质各组分碳含量间呈极显著正相关(P0.01);从土地利用方式看,水田腐殖质含碳量显著高于果园、茶园和旱地,且腐殖质碳含量与HA含量呈极显著正相关(P0.01);土壤的腐殖化程度表现为黄壤紫色土水稻土。不同利用方式下重组碳含量表现为水田果园茶园旱地,茶园表层土壤腐殖质松紧比最大(1.37),为水田下层土壤的2.14倍;3种类型土壤团聚体中HA含量为0.02~4.57g/kg,且随着粒径的减小呈现先降低后增加的趋势,除2~5,0.25mm粒径团聚体外,5,1~2,0.5~1,0.25~0.5mm粒径团聚体均与其HA含量呈正相关(P0.05)。土壤腐殖质组成受土壤类型及人为耕作管理活动的影响,4种土地利用方式下水田土壤肥力最高,HA含量受5mm粒径团聚体影响最大。     

黑碳添加对土壤有机碳矿化的影响

通过室内培养试验,向土壤中分别添加不同温度制备的黑碳,热解温度分别为350℃(T350)、600℃(T600)和850℃(T850),研究了黑碳添加对土壤有机碳矿化的影响。结果表明,不同温度条件制备的黑碳在15℃和25℃培养条件下,土壤CO2释放速率总的趋势是前期分解速率快,后期缓慢。在整个培养过程中(112天),随着培养时间的延长,土壤CO2释放速率下降趋势逐渐降低,CO2释放速率相对值的大小随着培养温度的的升高而增大。在不同温度培养条件下,添加黑碳后土壤CO2-C累计量均是T350>T600>T850,T350土壤CO2-C累计量最高分别为415.26 mg/kg和733.82 mg/kg。添加不同黑碳后,土壤有机碳矿化增加率存在极显著差异(p<0.01),表明不同温度制备的黑碳对土壤有机碳矿化的影响显著。     

不同培养温度下长期施肥红壤水稻土有机碳矿化特征研究

以长期不同施肥处理红壤水稻土为研究对象,布置不同温度下(15、25和35℃)的室内培养试验,研究有机碳矿化的温度敏感性及施肥对土壤有机碳矿化的影响,并分析土壤有机碳矿化与土壤理化性质和不同形态碳素之间的关系。结果表明,培养前期(0～7 d),土壤有机碳矿化速率快速下降,之后逐渐降低并最终趋于稳定。温度升高提高了土壤有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率。磷肥和有机肥的施用提高了土壤有机碳累积矿化量。各处理土壤有机碳矿化的温度敏感性系数Q10为1.31～1.75,施肥提高了土壤有机碳矿化的温度敏感性。Q10与有机碳、全量和速效氮磷、微生物生物量碳、易氧化有机碳和胡敏酸碳呈显著或极显著的正相关关系。3种培养温度下土壤有机碳累积矿化量均与pH呈显著负相关,与有机碳和全氮呈显著或极显著正相关。25℃和35℃培养时,土壤有机碳累积矿化量与微生物生物量碳、胡敏酸碳和富里酸碳显著或极显著正相关。     

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。     

土地利用方式对土壤活性有机碳含量影响的初步研究

以我国川中丘陵区紫色土为背景,研究了5种不同土地利用方式对土壤活性有机碳(可溶性有机碳和微生物量碳)含量的影响,分析了可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、总有机碳(TOC)的关系。结果表明,土地利用方式对土壤活性有机碳有显著影响。DOC含量呈现菜地>果园>水田>林地>旱地的趋势;MBC含量为水田>果园>菜地>林地>旱地。有机物质的输入量、种植制度和土壤管理措施是差异存在的重要原因。菜地、旱地、林地、果园和水田的DOC/TOC均值分别为0.58%、0.28%、0.19%、0.57%和0.28%,其相应的MBC/TOC均值分别为3.57%、3.09%、2.38%、2.67%和3.42%。经相关性分析,5种土地利用方式DOC、MBC含量与TOC之间的差异性达到了显著或极显著水平。