红壤恢复林地微团聚体形成与稳定的影响机制研究进展

微团聚体是土壤团粒结构的基本组成单元,较大团聚体具有更强的稳定性,其形成与稳定对于土壤有机碳的长期吸存起着决定性作用。目前关于微团聚体形成与稳定性的研究多专注于农业土壤,红壤侵蚀地植被恢复后土壤团聚体稳定性、有机碳分布及微生物群落特征研究也主要集中在大团聚体上,而土壤微团聚体的动态变化及其主要影响因素尚不明确,对于其内在机制更缺乏了解。通过总结土壤微团聚体的形成过程及稳定性,综述了凋落物、根系和菌根对土壤微团聚体形成与稳定的影响,阐述了土壤微团聚体内微生物群落、化学结合态有机碳及有机碳结构是土壤有机碳稳定的重要机制,并提出了未来微团聚体研究方向,以期揭示红壤侵蚀退化地森林恢复过程中微团聚体形成和稳定的生物化学机制,从而为深入阐明有机质—土壤团聚结构—微生物—化学耦合作用和森林土壤碳吸存机制提供参考。     

亚热带红壤区自然恢复草地转换为人工林后对土壤团聚体有机碳周转的影响

选择江西泰和红壤退化区25年的自然恢复草地和2种恢复林地,测定了土壤团聚体有机碳的δ13 C,探讨了森林恢复过程有机碳在团聚体中的分配和周转特征。结果表明:3种植被恢复模式土壤大团聚比例最高,微团聚体比例最低,木荷林0-20cm土层大团聚体比例平均值高于马尾松林和草地;木荷林表层土各粒径团聚体有机碳含量均显著高于草地,表层土粉黏粒(<53μm)有机碳含量最高,其有机碳δ13 C最低;草地表层土团聚体中有机碳δ13 C值比全土降低幅度最大,阔叶林中居中;3种植被恢复模式下土壤大团聚体总有机碳储量最大,其次是粉黏粒,最小的是微团聚体,来自人工林的新碳主要分布在土壤表层大团聚体中;马尾松林和木荷林表层土团聚体中有机碳的周转时间为41～53年,低于10-20cm土层,2种林分粉黏粒中有机碳的周转时间最短,微团聚体中有机碳周转时间最长。研究表明以常绿阔叶树木荷直接进行植被恢复能够有效提升土壤地力,不仅提高了全土中的有机碳含量,也增加了团聚体中的有机碳含量;而以先锋树种马尾松进行的植被恢复效果弱于木荷林,应当采取一定营林措施促进马尾松林的恢复效果。     

不同土地利用与施肥管理下黑土团聚体颗粒有机碳分配变化

土地利用和土壤管理方式的变化强烈影响土壤结构及土壤有机碳的稳定机制。基于长期定位试验,通过分析土壤团聚体粒级及碳分布,以揭示和探讨不同土地利用和施肥管理下东北黑土团聚体颗粒有机碳分配特征及其稳定性机制。通过分析>0.25mm团聚体的变化,草地植被恢复和农田有机培肥团聚体稳定性显著提高。所有处理团聚体碳的分布趋势均表现为:>0.25mm团聚体>微团聚体>粉粘粒。草地粗颗粒有机碳总量和细颗粒有机碳总量均显著高于裸地和无肥处理(p<0.05),表明自然植被恢复可有效提高物理保护颗粒有机碳含量。农田有机培肥明显增加粗颗粒有机质(p<0.05),但并没有提高细颗粒有机质的量。物理保护颗粒有机碳占土壤总碳的比例为10.1%～18.6%,平均约15%。平均重量直径与粗、细颗粒有机碳的相关性达极显著水平(p<0.001),特别是与>2mm团聚体内各颗粒有机质组分碳的相关性更强(r≥0.9,p<0.001)。长期植被恢复和增施有机肥不仅可提高土壤碳库储量,并增强了土壤结构稳定性及土壤组分有机碳的物理性保护。     

子午岭植被恢复过程中土壤团聚体有机碳含量的变化

土壤有机碳是土壤团聚体形成的重要胶结剂之一，土壤团聚体分布影响有机碳含量及其稳定性。对子午岭植被恢复过程中团聚体有机碳含量变化的研究结果显示：相对于农田，植被恢复可增加土壤各个粒径团聚体有机碳含量．同时增加不同层次土壤团聚体有机碳含量。就粒径而言，虽然各个植被下〈0．25mm土壤团聚体有机碳含量最低，植被类型变化对土壤团聚体有机碳含量影响最大的是〈0．25mm粒径，辽东栎林地〈0．25mm土壤团聚体有机碳含量是农田〈0．25mm团聚体有机碳含量的3倍；其次，植被类型对〉5mm团聚体有机碳含量影响较大，辽东栎、早期森林、灌丛、草地和弃耕地土壤〉5mm团聚体有机碳含量比农田土壤〉5ram团聚体有机碳含量高149％，209％，104％，62％，10％。说明植被演替可增加土壤团聚体有机碳含量，但首先是增加较大粒径团聚体的有机碳含量；随着植被的进一步演替，小粒径团聚体有机碳含量也相应的增加，这部分有机碳是稳定的，说明植被恢复增强了土壤的碳汇功能。     

植被恢复对干旱区生态光伏电站土壤团聚体组成及有机碳的影响

为给干旱区生态光伏电站植被恢复,土壤结构稳定性以及有机碳固持提供理论依据,选取光伏电站生态示范区内3种典型的人工植被樟子松、黄芪和苜蓿为研究对象,以未进行植被恢复工作的土地为对照,探究了不同植被恢复措施下0—40 cm土壤各粒径团聚体分布特征、稳定性水平和有机碳变化特征。结果表明:相比于对照,樟子松、黄芪和苜蓿地的水稳定性大团聚体(>0.25 mm)含量增加,微团聚体(<0.25 mm)含量降低,尤其是樟子松样地大团聚体含量最高。3种植被的水稳性团聚体MWD(平均重量直径)和GMD(几何平均直径)均显著高于对照,而D值明显低于对照,在整个土壤剖面中,土壤团聚体稳定性指标均以樟子松样地最佳,表明樟子松样地土壤结构改善效果明显,团聚体稳定性较高。土地的利用方式转变后,樟子松、黄芪和苜蓿地的有机碳含量和有机碳贡献率均增加,其中以樟子松样地最为突出,并且3种植被的有机碳含量增量主要源于0.25～0.053 mm粒级团聚体的贡献。樟子松样地较黄芪和苜蓿地土壤团聚体稳定性更高,更有利于提高有机碳累积量。     

恢复措施对皆伐油松林团聚体活性有机碳含量的影响——以黄土丘陵区松峪沟流域为例

团聚体中的活性有机碳对土壤质量改善以及碳库动态平衡具有重要意义.为了研究皆伐后土壤团聚体活性有机碳的分布状况,本实验选取黄土高原典型油松林为对象,以未皆伐人工油松林为对照,采用高锰酸钾氧化法研究皆伐后不同恢复植被群落(幼林、撂荒、灌木)地表0 ～ 20 cm层土壤团聚体中活性有机碳变化特征.结果表明:1)研究区土壤以大团聚体(＞ 250 μm)为主,自然恢复的灌木地以及撂荒地大团聚体质量分数显著增加(P＜0.05).2)有机碳质量分数随团聚体粒径的增大而增加,大团聚体是有机碳积累的主要场所,并且自然恢复的灌木地团聚体有机碳质量分数最高.3)研究区油松林团聚体低活性有机碳质量分数＞中活性有机碳质量分数＞高活性有机碳质量分数,大团聚体活性有机碳质量分数大于微团聚体.研究表明,皆伐会造成团聚体有机碳趋于活化,其中自然恢复的灌木地活性有机碳质量分数显著增加.本研究还进一步发现大团聚体中的高活性有机碳能更好地预测土壤碳库变化.     

祁连山浅山区退耕地土壤团聚体及其有机碳和全氮的分布特征

[目的]分析祁连山浅山区退耕地土壤团聚体及其有机碳和全氮分布特征,为该区退耕地植被恢复及水土流失防治提供理论依据。[方法]以祁连山大黄山林区三种类型退耕地为研究对象,通过干筛法测定团聚体粒径,分析不同粒级团聚体组成及其有机碳和全氮分布规律。[结果] 3种类型退耕地≥0.25 mm的大团聚体含量高于0.25 mm的微团聚体,其中以5 mm和0.25～2 mm粒级团聚体为主;封育草地团聚体稳定性最强,平均重量直径(MWD)高于沙棘林地9.31%,高于未封育草地31.95%;未封育草地土壤有机碳含量低于沙棘林地和封育草地,且差异显著,三种类型退耕地土壤全氮含量没有明显变化趋势;0.25～2 mm团聚体有机碳含量最高,0.25 mm微团聚体全氮含量最高,沙棘林地和封育草地土壤团聚体养分优于未封育草地;与团聚体分布特征相同,5 mm和0.25～2 mm粒级团聚体依然是退耕地有机碳和全氮储存的主体。[结论]祁连山浅山区退耕地以≥0.25 mm的大团聚体为主,沙棘林地和封育草地团聚体稳定性及其有机碳和全氮含量高于未封育草地。     

子午岭林区不同植被恢复阶段土壤有机碳变化研究

研究了子午岭林区植被恢复过程中土壤有机碳含量、团聚体有机碳分布以及不同粒级团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率。研究结果表明,0—100 cm剖面上有机碳含量加权平均值随植被恢复年限逐渐升高,坡耕地0—100 cm土层土壤有机碳加权平均值为3.54 g/kg,弃耕地、草地、灌木和乔木阶段分别比坡耕地提高6.8%,36.6%,41.5%和73.6%;0—20 cm土层土壤有机碳含量随植被恢复的提高幅度明显高于20 cm以下土层;0—5和5—10 cm土层土壤各粒级团聚体有机碳含量随植被恢复年限逐渐增加,并有向大粒级（〉2 mm）团聚体中富集的趋势,10—20 cm土层土壤团聚体有机碳含量随植被恢复变化不明显;弃耕地、草地、灌木和乔木阶段0—20 cm土层〉5,5～2和2～1 mm粒级团聚体有机碳贡献率高于坡耕地,说明植被恢复0—20 cm土层土壤增加的有机碳更多地固定在〉1 mm粒级团聚体中。     

不同年限红柳恢复川西北高寒沙地对土壤团聚体和有机碳的影响

利用土壤大团聚体含量(R_(0.25))、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、团聚体破坏率(PAD)和团聚体对有机碳贡献率(F)指标,研究不同时间尺度红柳恢复川西北高寒沙地对土壤团聚体稳定性和有机碳分布的影响。结果表明:红柳不同恢复年限土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体都以微团聚体(0.25mm)组成为主,随着恢复年限增加,表层(0—20cm)2,0.5~2mm粒级土壤团聚体含量显著增加,表层(0—20cm)土壤团聚体R_(0.25)、MWD和GMD表现为0年5年10年15年,PAD呈现相反的特征;红柳恢复引起表层(0—20cm)土壤有机碳含量显著增加,随着恢复年限增加,2,0.5~2mm粒级团聚体有机碳含量显著提高,0.5mm粒级团聚体对土壤有机碳贡献率高达34%~60%;红柳恢复对亚表层(20—40cm)土壤团聚体与有机碳分布特征影响不显著。研究表明土壤团聚体稳定性和有机碳指标可作为川西北高寒沙地土壤生态修复适应性指标,红柳恢复对该区沙化土壤改良具有重要作用。     

不同植被覆盖对土壤有机碳矿化及团聚体碳分布的影响

植被覆盖通过其输入有机物料的差异影响着土壤养分和微生物活性,进而对其土壤的团聚过程和有机碳的矿化产生影响。该文通过对重庆缙云山四种植被类型覆盖(灌草丛、楠竹林、常绿阔叶林、针阔混交林)下土壤团聚体碳分布以及土壤有机碳矿化的分析,探讨了植被覆盖对这两者的影响以及两者的相互联系。植被覆盖影响着土壤有机碳矿化过程和团聚体碳分布。就土壤有机碳矿化累积量(42天)而言,表现为灌草丛常绿阔叶林针阔混交林楠竹林。不同植被覆盖土壤有机碳日均矿化速率在培养前期(前8天)差异较大,之后则趋于一致。除灌草丛土壤外,楠竹林、常绿阔叶林和针阔混交林覆盖土壤团聚体均以0.25～2 mm和0.25 mm团聚体为主,其总量达到65%以上。土壤团聚体平均重量直径表明灌草丛土壤结构稳定性要优于其它植被覆盖土壤,而楠竹林土壤结构稳定性最差。除灌草丛土壤外,0.25 mm团聚体是土壤有机碳的主要载体;其次是0.25～2 mm团聚体。简单相关和多元回归分析,表明土壤有机碳矿化系数与0.25 mm团聚体含量成负相关,与5 mm团聚体有机碳库成正比。因此,土壤团聚体对有机碳保护作用是土壤有机碳分配和矿化分解综合作用的结果。     

长期施肥对土壤碳储量和作物固定碳的影响

利用长期定位试验研究有机肥、化肥以及有机肥和化肥混合施用对耕层土壤有机C储量变化和作物固定C的影响。处理包括化学肥料NPK不同组合。NPK、NP、NK、PK、全部施用有机肥(OM)、化学肥料氮和有机肥氮对半施用(1/20M)及不施肥(CK)七个处理。均衡施用N、P和K,显著提高土壤有机C储量,而养分缺乏的施肥,土壤有机碳大量损失。抵消N2O排放后,只有外源有机碳输入的OM和1/2OM具有净的碳固定。土壤有机碳储量变化(Y)与土壤有机碳输入量(X)符合线性方程Y=1.3231X-1942.7(r=0.9840, n=7)。作物固定碳量和可以返还到土壤的根茬和秸秆中有机碳量都以NPK、NP和1/2ON施肥处理最多。若固定于根茬和秸秆的碳返还到原施肥土壤,则这些处理的土壤有机碳储量最多。但从经济效益考虑,最佳的施肥方式为有机和化学肥料配合施用。     

长期定位施肥对棕壤有机碳的影响

通过对棕壤有机肥和化肥长期定位施肥的研究表明,长期施肥对耕层土壤有机碳含量和有机碳储量有显著性影响(P<0.05)。与试验前土壤相比,施用有机肥能显著增加土壤有机碳含量和储量;当有机肥和无机肥配合施用时,其促进作用明显大于单施化肥。单施化肥能够提高土壤有机碳含量和储量,但增加幅度不大。经过26年施肥,不同层次土壤有机碳含量有一定程度的升高,随着土层的加深,有机碳含量迅速下降,各处理之间无明显差异。     

耕作方式对土壤水分入渗、有机碳含量及土壤结构的影响

为探明不同耕作方式对土壤剖面结构、水分入渗过程等的作用机理,采集田间长期定位耕作措施(常规耕作、免耕、深松)试验中的原状土柱(0~100 cm)及0~10 cm、10~20 cm、…、90~100 cm环刀样、原状土及混合土样,通过室内模拟试验进行了0~100 cm土层土壤入渗过程和饱和导水率的测定,分析了不同土层的土壤有机碳含量、土壤结构特征及相互关系。结果表明:从土柱顶部开始供水(恒定水头)到水分全部入渗到土柱底部的时间为:常规耕作免耕深松;土柱土壤入渗速率和累积入渗量为:深松免耕常规耕作;土柱累积蒸发量为:常规耕作免耕深松。土壤的饱和导水率表现为:0~10 cm和50~60 cm土层,免耕深松常规耕作;20~50 cm和60~100 cm土层,深松免耕常规耕作。随土层的加深,0.25 mm水稳性团聚体含量和土壤有机碳含量均表现为先增加(10~20 cm)再降低的趋势。在0~40 cm土层和80~100 cm土层,均以深松处理0.25 mm水稳性团聚体含量最高。在60 cm以上土层,土壤有机碳含量表现为:免耕深松常规耕作,而60 cm土层以下土壤有机碳显著降低,均低于4 g·kg?1,且在70 cm以下土层,常规耕作免耕深松。综上,耕作措施能够改变土壤有机碳含量,改善土壤结构,促进土壤蓄水保墒;深松更利于水分就地入渗,而免耕则更利于有机碳的提升和水分的储存,其作用深度在0~60 cm土层。     

江苏表层土壤有机碳密度和储量估算和空间分布分析

基于1:50万的江苏土壤图和江苏土壤的数据,运用地理信息系统技术,对江苏表层土壤有机碳密度及储量做出估算,并且分析了土壤有机碳密度的空间分布差异。结果表明:土壤有机碳密度介于4.2kgm-2到20.32kgm-2之间,土壤有机碳储量为673892.8×106kg;土壤有机碳密度具有高度的空间变异性,兴化、南通和无锡的有机碳密度最高,沿海地区的有机碳密度比较高,最低的为淮阴及其附近地区。     

区域土壤有机碳密度及碳储量计算方法探讨

土体中有机碳含量在纵向和横向上都具有空间相关性。本文利用曲周县四疃乡30个土壤剖面的有机碳含量数据,采用常见的纵向拟合方法建立了基于30个土壤剖面有机碳测定数据的对数函数拟合模型,计算得到研究区的土壤有机碳密度和碳储量分别为5.60kg C m-2和4.72×108kgC;又根据研究区土壤剖面中有机碳含量分布的不规则性特点,通过对土壤剖面层次的归一化处理,利用地统计横向插值方法,计算得到该区的土壤有机碳密度和碳储量分别为3.95kg Cm-2和3.33×108kgC。由于两种算法对数据的组织方式不同,得到的土壤有机碳密度和碳储量存在较大差异。两种方法适用于土壤有机碳在剖面中分布形式不同的土壤类型。     

长期施肥条件下土壤碳氮循环过程研究进展

土壤是主要的陆地生态系统碳库,碳、氮通过大气-作物-土壤界面进行周转和协同转化。长期施肥通过改变土壤物理、化学和生物学性质,进而影响土壤有机碳、氮储量的稳定性。土壤有机质是评价土壤质量的重要指标,具有农艺和环境双重功能。有机-无机肥配施不仅可显著提高土壤肥力,并且可减少农田土壤温室气体排放,保持农田土地的可持续利用。本文就土壤碳、氮消长动态研究以及有机质周转的同位素示踪测试技术等作一简要综述。     

农田和果园土壤有机碳氧化稳定性和储量差异

不同土地利用方式下有机碳的含量和性质变化越来越受到人们的关注。以黄土高原南部高原沟壑区(长武地区)塬面上农田以及不同树龄的果园为对象,研究了土壤总有机碳、易氧化有机碳和难氧化有机碳含量,比较了不同利用方式下土壤有机碳的氧化稳定系数(Kos)和有机碳密度差异。结果显示,该区域果园表层土壤总有机碳的整体水平与农田相当,但果园总有机碳、易氧化有机碳随果园年限增长有降低的趋势。在土壤剖面中,总有机碳、易氧化有机碳及难氧化有机碳都随深度下降而下降的趋势;而Kos值随剖面深度和果园年限增长而呈升高的趋势。0～2 m土壤剖面有机碳储量从高到底顺序是:农田>新果园(小于5年果园)>盛果期果园(10～15年果园)>老果园(15年以上果园)。以农田为基准,在0～200 cm厚度土层中,新果园有机碳储量下降了6.1%,盛果期果园下降了9.3%,老果园有机碳储量下降了22.4%。说明随着果园年限的增长,土壤有机碳储量降低。     

崇明岛深层土壤有机碳空间分布及碳储存特征分析

对上海崇明岛开展5种不同种植类型(粮田、菜田、果园、生态林和湿地)1m深度土壤的碳普查,应用地统计方法分析其深层土壤有机碳含量的空间分布特征,研究不同种植类型对土壤有机碳分布和储存的影响,探明土壤碳循环规律。结果表明,崇明岛深层土壤平均有机碳含量为3.94g·kg~(-1),不同深度土壤有机碳含量在8.73~1.72g·kg~(-1),有机碳储量在2.30~0.47×10~6t,耕层土壤(0-40cm)有机碳储量占总量的65.14%。不同深度土层(0-20、20-40、40-60、60-80和80-100cm)有机碳含量空间分布图表明,各层土壤有机碳含量分布特征大致相同,仅湿地土壤有机碳含量在60cm深度以下相对其它种植类型有所提高。种植类型对深层土壤有机碳分布影响显著,土壤有机碳密度大小表现为菜田粮田果园湿地生态林,土壤有机碳储量则表现为粮田湿地生态林菜田果园。     

沙漠化对科尔沁沙质草地土壤呼吸速率及碳平衡的影响

在科尔沁沙地测定了不同类型沙漠化草地土壤呼吸速率的日进程和季节变化,以及植物碳储量和土壤有机碳储量,分析了沙漠化对沙质草地土壤呼吸速率及草地碳平衡的影响。结果表明:(1)沙漠化可导致草地土壤呼吸速率日变化幅度变小,日均土壤呼吸速率明显降低;与非沙漠化草地相比,在生长季轻度、中度、重度和严重沙漠化草地日均土壤呼吸速率依次下降6.4%、12.8%、33.0%和39.4%;(2)受沙漠化的影响草地碳储量明显下降,与非沙漠化草地相比,4种类型沙漠化草地碳储量依次下降50.3%、74.0%、86.4%和90.2%;其中,凋落物碳储量的下降幅度最大,土壤有机碳储量下降幅度次之,植物碳储量下降幅度最小;(3)沙漠化可使草地碳平衡受到严重破坏,草地一旦沙漠化,土壤呼吸消耗碳量将超过植物固定碳量,这时土壤有机碳库将作为后备碳源来弥补土壤呼吸过程中植物固碳量的不足。为了促进沙漠化草地碳库的恢复,应加强沙漠化草地的治理,促进草地植被的恢复重建。     

植被重建下露天煤矿排土场边坡土壤碳储量变化

植被重建是治理排土场边坡水土流失最直接也是最有效的生物措施,研究不同植被重建模式下土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量的空间分布规律是筛选适宜排土场边坡生长的植被模式的重要条件。选取内蒙古黑岱沟露天煤矿治理15年的排土场边坡中4种植被重建模式(自然恢复地、草地、灌木林、乔木林),采集270个土壤剖面(0~100 cm)样品,研究不同重建模式下SOC储量的变化。结果表明:(1)植被重建模式显著影响剖面SOC、TN含量及分布(p0.05),0~10 cm和10~20 cm SOC、TN均呈草地灌木乔木自然恢复地,20 cm以下各土层SOC、TN虽然也表现相似的特征,但差异随土层深度增加越来越小。(2)剖面SOC密度和储量表现为原地貌区治理排土场新建排土场。经15年植被重建后,排土场边坡表现出巨大的固碳能力,1 m深度的林地和草地碳储量分别增加了5.38、11.85 t hm-2,但仅原地貌水平的1/2和3/5。(3)林地和草地的固碳速率分别为35.87、79.01 g m-2a-1,草地的固碳速率是林地的2.2倍,从土壤固碳及水土流失防治的角度考虑,建议矿区排土场边坡植被重建优先选择草地,其次灌木。