沼泽湿地开垦对土壤水热条件和性质的影响

湿地具有重要的生态和环境功能.三江平原沼泽湿地的大面积垦殖,已对区域生态平衡及气候环境产生了一定的影响.湿地开垦后,土壤水、热条件发生较大变化,土壤温度的增高及氧化-还原条件的改变,促进了土壤有机质的分解和土壤呼吸通量的增大.土壤有机碳、氮素含量随湿地开垦及开垦年限的增加而不断降低.沼泽湿地开垦初期5～7年,土壤有机碳及其它营养元素的含量变化幅度较大,持续耕作15～20年后,土壤有机碳损失曲线趋于平缓.湿地开垦后,土壤有机质输入量的减少及分解作用加强导致土壤容重和比重的增大,其变化趋势与土壤有机碳损失趋势相一致.     

土地耕作后微生物量碳和水溶性有机碳的动态特征

采用野外观测与室内模拟试验相结合的方法,研究了湿地土壤和垦殖10年的农田耕作后土壤呼吸通量、微生物量碳、土壤基础呼吸、土壤qCO2值、水溶性有机碳的动态特征。研究结果表明:小叶章湿地耕作后,土壤含水量明显下降(p<0.05);土壤CO2通量在最初的1~2 d形成一个排放高峰,农田耕作土壤CO2通量一直显著高于未耕作土壤(p<0.01)。农田土壤微生物量碳含量显著低于小叶章湿地(p<0.001)。在耕作后最初的1~3 d,湿地和农田土壤微生物量碳均没有显著的变化;之后,土壤微生物量碳迅速增加,显著高于未耕作土壤。观测时间内,耕作农田土壤微生物量碳含量始终显著高于未耕作土壤(p<0.01)。垦殖10年农田土壤耕作后,对土壤水溶性有机碳含量无显著影响。湿地耕作后,土壤水溶性有机碳迅速增加。在耕作后80 d内,土壤水溶性有机碳含量显著高于未耕作土壤(p<0.01)。之后,则低于未耕作土壤。     

三江平原沼泽湿地土壤有机碳的垂直分布特征研究

以三江平原腹地挠力河、别拉洪河、浓江河流域天然沼泽湿地为研究对象,并以湿地开垦后的农田为对照,研究了沼泽湿地不同层次土壤中有机碳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,沼泽湿地土壤有机碳的垂直分布随土壤深度、植物群落类型和农业耕作方式的变化而变化;开垦使天然沼泽湿地0～45cm土壤有机碳损失90%以上;土壤不同层次有机碳含量与pH呈显著负相关(r=-0.651**,P<0.01),与全氮呈显著线性正相关。     

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。     

基于GIS技术的佳木斯地区农田开垦对表层土壤有机碳储量的影响

基于GIS技术,利用1980年和2010年佳木斯表层(0—30cm)土壤有机碳数据,研究不同农田开垦方式对表层土壤有机碳储量和空间分布的影响。结果表明:30年来佳木斯地区表层土壤有机碳储量呈现减少趋势,从1980年土壤有机碳库350.68Tg C减少到2010年的299.58Tg C,主要减少分布在东北地区和南部地区。30年来耕地面积增加了6 790.44km2,农田开垦(沼泽湿地、林地、草地)是影响土壤有机碳储量和时空变化的主要原因,而沼泽湿地的开垦导致储量变化最大,沼泽湿地开垦土壤有机碳年变化率为107.21tC/(km2·a)。农田开垦成旱田要比水田对土壤有机碳损失影响大,农田开垦是造成有机碳储量下降的原因。     

土地利用对沼泽湿地土壤碳影响的研究

以三江平原分布最广泛的两种自然沼泽湿地(毛果苔草沼泽和小叶章草甸)以及不同利用类型土地为研究对象,探讨了土地利用变化对三江平原沼泽湿地土壤碳含量的影响.结果表明,沼泽湿地土壤中碳含量主要受地表积水环境的控制.表现为常年积水的毛果苔草沼泽高于季节性积水的小叶章草甸,毛果苔草沼泽土壤总碳(TC)、有机碳(SOC)、无机碳(SIC)及可溶性有机碳(DOC)含量分别为(258.4±81.9)g/kg.(203.7±62.4)g/kg,(54.7±19.4)g/kg和(4.8±0.85)g/kg.小叶章草甸土壤则分别为(99.4±24.2)g/kg,(81.4±24.5)g/kg,(17.9±9.8)g/kg和(2.4±0.27)g/kg.垦殖导致沼泽湿地土壤碳含量显著降低,土壤TC及SOC含量随开垦年限的增加而递减,并与垦殖年限呈极显著负相关关系.沼泽湿地退化后,土壤碳含量降低.小叶章草甸退化为小叶章一杂类草草甸后土壤TC,SOC,SIC及DOC分别减少了71%,72%,67%和76%,毛果苔草沼泽退化为灌丛-杂类草草甸后则分别减少了69%,65%,83%和60%."退耕还湿"能提高土壤中的碳含量,但增加速率较慢.土壤pH值是影响土壤碳含量的一个重要因素.     

小兴安岭不同土地利用方式下的土壤DOC化学光谱特性

在小兴安岭地区选取天然沼泽(兴安落叶松沼泽)、排水造林40a的人工林湿地、由湿地开垦40a的农田、湿地垦殖后弃耕地(弃耕40a)4种样地,研究小兴安岭不同土地利用方式土壤溶解性有机碳(DOC)化学光谱特性。结果表明,在垂直剖面上,排水造林湿地、农田、弃耕地以及天然沼泽的土壤DOC含量均从表层向下逐渐减少,在土壤表层0—10cm,DOC含量关系为:天然沼泽排水造林湿地弃耕地农田(p0.05),在其他深度上,差异不显著(p0.05)。DOC化学光谱特性表现为DOC中芳香族类化合物(SUVA254)、DOC中腐殖质所占比列(C/C)、DOC中腐殖酸与富里酸比例(E4/E6),在垂直剖面上逐渐递增。总体上,DOC化学光谱特性大小关系为:天然沼泽弃耕地排水造林湿地农田。4种土地利用类型土壤SOC的含量均随着土壤深度的增加而出现逐渐递减的规律,在垂直剖面上,天然沼泽SOC的含量大于其他土地利用方式。4种类型土壤DOC占SOC的比例(DOC/SOC)在垂直剖面上无明显变化规律。天然沼泽湿地DOC/SOC只在土壤表层大于其他土地利用方式(p0.05)。     

科尔沁沙丘-草甸梯级生态系统CO_2,CH_4和N_2O通量特征

为了明确科尔沁沙丘—草甸梯级生态系统中不同生态系统生育期内温室气体通量变化规律及其影响因素,采用静态箱—气相色谱法,于2017年5—10月对呈梯级分布的半流动沙丘、半固定沙丘、人工林地、农田(玉米)和草甸湿地CO_2,CH_4和N_2O通量进行了原位观测,并同步测量取样点的土壤温度、土壤含水量、土壤总有机质含量、总磷含量和总氮含量。对温室气体通量及其影响因子之间进行了相关分析,结果表明:科尔沁沙丘—草甸梯级生态系统上温室气体通量均具有明显的季节性变化,温室气体通量受到土壤含水量和土壤温度的显著影响,二者共同作用促进了温室气体通量的吸收或排放。在干旱半干旱地区,土壤含水量显著影响着土壤温室气体通量对土壤温度的敏感性,土壤温室气体通量随着温度的增加而增大,同时土壤含水量超过田间持水率时,土壤温室气体通量又会随着土壤含水量的增大而降低,从而影响土壤温室气体通量对土壤温度的响应。CO_2通量的温度敏感性(Q_(10))表现为:农田(4.18)草甸湿地(2.87)人工林地(2.51)半固定沙丘(2.41)半流动沙丘(2.36)。CO_2排放峰值出现在水热条件较好的7月、8月,其中8月22日附近的排放峰值明显高于7月21日附近的排放峰值。3种温室气体通量均值呈现出梯级变化(换算为CO_2):半流动沙丘[181.65 mg/(m~2·h)]半固定沙丘[242.16 mg/(m~2·h)]人工林地[348.33 mg/(m~2·h)]农田[405.72 mg/(m~2·h)]草甸湿地[(487.63 mg/(m~2·h)]。试验区土壤总有机质含量、总磷含量也呈现出相同的梯级变化,生育期CO_2通量与土壤中总有机质含量和总磷含量呈极显著正相关(p0.01)。生育期内N_2O通量的变异对土壤温度的响应更强烈。     

模拟干湿交替对湿地土壤呼吸及有机碳含量的影响

土壤水分是影响湿地生态系统的主要因子,也是影响湿地土壤有机碳含量变化的主要因子之一。以天津滨海盐碱湿地为研究对象,采集盐地碱蓬群落土壤作为实验样品,设置过湿处理(饱和含水量,水面高过土壤10 cm);干湿交替处理(每隔20天浇水1次至过饱和,自然通风)和干处理(长期干旱)等3种土壤水分含量,研究干湿交替对盐碱湿地土壤有机碳含量的影响。结果表明:干湿交替对土壤呼吸有明显的激发效应。每次湿润后,都会有一个明显的呼吸高峰,随着过湿处理次数的增加,土壤呼吸的激发效应逐渐减弱;而且经过干旱期后,呼吸速率通常在一周后就会降到最低。水分的过度饱和及过度的干旱都会抑制土壤的呼吸,其中过度缺水对呼吸速率的抑制作用更强;在3种处理方式下,随着培养时间的增加,土壤有机碳含量呈现明显的下降趋势。干处理条件下土壤有机碳含量基本保持稳定,并在培养结束时,高于其他两种处理方式。除了土壤水分含量是造成土壤有机碳含量的主要因素外,在天津地区的滨海盐碱湿地土壤中,土壤质地和土壤p H成为土壤有机碳积累的主要影响因素。     

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。     

色季拉山4种林型土壤呼吸及其影响因子

土壤碳是森林生态系统最大的碳库,是其森林生态系统碳循环的极其重要组分。森林土壤呼吸时陆地生态系统土壤呼吸的重要组成部分,其动态变化对全球碳平衡有着重要的影响,然而目前对藏东南地区森林土壤呼吸的研究还比较薄弱。为探讨不同林型土壤呼吸差异及其影响因子,采用Li-8100便携式土壤呼吸测定仪,研究了藏东南色季拉山4种原始森林生态系统(高山灌丛AS、方枝柏SS、杜鹃RF、急尖长苞冷杉AGSF)的土壤碳动态。结果表明:(1)藏东南色季拉山寒温带森林土壤呼吸具有明显的日变化和季节变化。在日变化方面,CO2的排放通量存在明显的日变化规律,排放通量在白天16:00左右最高,最低值出现在凌晨6:00左右,一天内土壤呼吸作用均呈单峰型曲线变化。季节变化方面,CO2排放的通量的季节变化趋势表现为6月份随着天气转暖和植被生长土壤呼吸作用逐渐增大,7月份气温最高时土壤呼吸作用也达到最大值随后,9月份气温逐渐下降,土壤呼吸作用也逐渐降低。(2)4种森林类型的土壤呼吸速率在植物生长季内与土壤表层(10 cm)土壤温度均呈不同程度的正相关,而与土壤含水量的相关性较弱。土壤温度是决定藏东南色季拉山土壤呼季节变化的主要因子。该研究为明确森林生态系统土壤呼吸变化规律及其影响因素的控制提供参考,同时对估算地区碳平衡、评估区域碳源汇具有重要意义。     

重庆缙云山3种林型土壤呼吸及其影响因子

2011年1～12月,采用LI-Cor 8100开路式土壤碳通量测量系统对重庆缙云山保护区3种主要林分类型(针阔混交林、常绿阔叶林和毛竹林)的土壤呼吸速率和林内气温、土壤温度和湿度进行了野外观测。结果表明:针阔混交林、常绿阔叶林和毛竹林的土壤呼吸碳通量分别为654.70、1008.37和910.64 g C m-2a-1;3种林型土壤呼吸速率均呈现显著的季节性变化,且夏季>秋季>春季>冬季,最大值出现在7月,最小值出现在1月;3种林型土壤呼吸速率全年平均值分别为1.73、2.66和2.40μmol m-2s-1;3种林型土壤呼吸速率均与林内气温存在显著正相关关系(P<0.05),且与5 cm土壤温度均存在极显著的指数正相关(P<0.05);与5 cm土壤含水量的相关性不显著(P>0.05),但土壤含水量较低而温度较高时,较低的土壤含水量对呼吸速率具有一定抑制作用;3种林型的土壤呼吸对温度的敏感系数(Q10值)存在差异,全年表现为毛竹林(2.44)>针阔混交林(1.76)>常绿阔叶林(1.72),同时均表现显著的季节差异。     

喀纳斯自然保护区林地和草地土壤呼吸速率差异及影响因素

为了研究新疆喀纳斯国家自然保护区森林生态和草地生态系统与大气的相互作用,分析土壤呼吸速率的时空变异特征及与影响因子的关系,2012年及2013年5月上旬至9月上旬利用土壤碳通量测量系统LI-8150对林地和草地两种植被类型土壤的呼吸速率日动态进行了全天连续自动监测,研究了两类土壤呼吸速率在生长季各月日的变化规律。结果表明:林地和草地生态系统土壤呼吸速率在植被生长季内均呈现较明显的单峰曲线型日变化,其月最大值均出现在7月,林地土壤呼吸速率的最大值(2.43μmol/(m~2·s))显著高于草地土壤呼吸速率最大值(1.55μmol/(m~2·s)),且各月林地生态系统的土壤呼吸速率均明显高于草地,波峰出现在北京时间17:00—18:00,波谷出现在北京时间9:00—10:00,草地最小值出现在6月(0.35μmol/(m~2·s)),而林地最小值出现在5月,其呼吸速率仅0.71μmol/(m~2·s),且整个生长季白天大于晚上,全天以呼出CO_2为主。植被生长季内林地和草地土壤呼吸速率与土壤温度的变化趋势相似,具有显著的正相关性,但与土壤含水量的变化没有这样的趋势。     

华北低山丘陵区绿豆和玉米农田土壤呼吸动态研究

不同作物覆被下的土壤呼吸研究是农田生态系统碳循环的重要研究内容.基于气体红外分析技术,2006年对华北低山丘陵区绿豆和玉米农田的土壤呼吸进行观测,并分析两种农田生态系统土壤呼吸的日动态和季节变化特征及其影响机制.结果表明,绿豆全生育期(7月15日-10月3日)的平均土壤呼吸速率为2.11 μmol·m-2·s-1,显著大于玉米的1.90μmol·m-2·s-1(P＜0.05).两种植被覆盖下的土壤呼吸均呈现明显的季节变化规律,最大值均出现在8月9日,玉米土壤呼吸的季节变化振幅大于绿豆.统计分析表明,土壤温度是绿豆和玉米生态系统土壤呼吸动态变化的主要影响因子,van't Hoff模型和Arrhenius模型模拟的决定系数均超过0.73,土壤呼吸与土壤水分的相关关系不明显.绿豆和玉米土壤呼吸的温度敏感性指数Q10分别为3.31和2.16,Arrhenius模型模拟效果略优于van't Hoff模型,玉米土壤的活化能(79.41kJ·mo1-1)大于绿豆土壤(55.72kJ·mol-1).     

冻融期温带草地土壤呼吸和土壤异养呼吸的日变化特征及对水氮添加的响应

探讨冻融期土壤呼吸和土壤异养呼吸如何响应降雨变化和氮沉降增加,对于准确预估未来全球变化背景下陆地生态系统土壤碳动态有着重要意义。选择内蒙古温带典型草地开展增雨和氮沉降增加野外模拟实验,分析水氮变化条件下冻融期土壤呼吸及土壤异养呼吸的日变化特征。冻融期,土壤呼吸及土壤异养呼吸通量（CO₂排放速率）最大值出现在温度最高的午后或是土壤发生冻融后的早晨,最小值则出现在昼夜内温度最低的时间段。在秋季和春季两个昼夜观测日期内,水氮增加对呼吸通量的促进效应均不显著（P > 0.05）,但却促使土壤呼吸累积通量分别增加了约145 mg m?2和70 mg m?2。由于异养呼吸在土壤呼吸中占比高（> 70.3%）,因此,这两个观测时段内,水氮增加促使土壤异养呼吸日累积通量增加的值与土壤呼吸增加的值十分接近。呼吸通量与土壤水分、氮含量以及5 cm和10 cm地温的相关性不显著（P > 0.05）,与气温和表层地温的相关性显著,且呈现显著的一元二次非线性拟合关系（P < 0.01）,其中,气温可以解释呼吸通量日变化的53% ~ 84%。温度是控制呼吸通量日变化的主要因子,水氮添加在昼夜观测尺度上对土壤呼吸和土壤异养呼吸的日累积通量的促进效应不容忽视。     

盐渍化弃耕地不同恢复模式下土壤有机碳及呼吸速率的变化

对干旱区盐渍化弃耕地不同恢复模式下土壤有机碳及呼吸速率的变化特征进行分析,结果表明:盐渍化弃耕地不同恢复模式下土壤有机碳含量为人工草地＞补水＞补植＞原始弃耕地,盐渍化弃耕地通过植被恢复后逐步向碳积累的过程转变,呈现碳汇现象,其中,人工草地的土壤有机碳含量和有机碳密度分别比弃耕地高出63.45％和65.47％.土壤有机碳与土壤速效养分存在着密切的正相关关系.植被恢复后明显增加了土壤呼吸速率,不同恢复模式下土壤呼吸温度敏感系数Q10的值为人工草地(1.48)＞补水(1.21)＞补植(1.15)＞原始弃耕地(1.13);土壤有机碳与土壤呼吸速率之间呈显著正相关关系,与温度敏感系数呈正相关关系.     

陇东黄土高原不同林龄刺槐林土壤碳通量及其组分特征

基于红外气体分析技术,对陇东黄土高原田家沟水土保持科技示范园不同林龄(12,14,15,18a)刺槐林土壤碳通量进行定位监测,同时以荒草地为对照,分析土壤碳通量日、季变化及组分特征。结果表明:不同林龄刺槐林土壤碳通量日变化差异显著(P0.01),日变化趋势表现为昼高夜低的单峰曲线,13:00—15:00达到最大值,最小值出现在2:00—5:00;不同季节间土壤碳通量差异显著(P0.01),具体表现为夏季春季秋季冬季,夏季土壤碳通量为冬季的8.78~20.32倍;刺槐林春季土壤碳通量以自养呼吸为主,夏、秋两季以异养呼吸为主,冬季自、异养呼吸贡献率基本一样,荒草地春、夏、秋3季以异养呼吸为主,冬季与林地表现一致;刺槐林年土壤CO_2排放量随林龄增加而增加,年排放量2 069.63~4 590.35g/m~2,荒草地土壤CO_2年排放量2 806.27g/m~2,低于18a刺槐林,高于其余各林龄。研究结果为陇东黄土高原刺槐人工林土壤的固碳效应及经营措施提供依据。     

北方地区滨海盐渍土型稻田土壤供氮能力的研究

采用短期淹水密闭淋洗培养法(恒温30℃),研究北方地区滨海盐渍土型旱地土壤(种植苜蓿草)开垦种植水稻5年和30年稻田土壤供氮能力。结果表明:(1)3种土壤初始矿质氮主要分布在0~20 cm土层,且土壤初始矿质氮含量的高低顺序为旱地土壤>30年稻田土壤>5年稻田土壤;5年稻田土壤与旱地土壤之间初始矿质氮含量差异达5%显著水平。(2)相同土层,土壤矿化氮量高低顺序为30年稻田土壤>旱地土壤>5年稻田土壤;任意2种土壤之间矿化氮量差异均达1%显著水平。(3)相同土层,土壤供氮能力大小为30年稻田土壤>旱地土壤>5年稻田土壤;其中,在0~20 cm和40~60 cm土层,任意2种土壤之间供氮能力差异均达1%显著水平,在20~40 cm土层,30年稻田土壤与旱地土壤、5年稻田土壤之间供氮能力差异均达1%显著水平,而旱地土壤与5年稻田土壤之间供氮能力则无明显差异。这表明滨海盐渍土型旱地土壤开垦种植水稻后,不仅影响了土壤有机质(氮)含量,而且也影响了土壤有机氮品质,种植水稻5年使土壤供氮能力显著下降,而种植30年使土壤供氮能力显著上升。     

安太堡露天煤矿复垦区不同人工林土壤呼吸特征

[目的]探讨复垦模式对土壤呼吸作用的影响,同时为矿区复垦土地质量评价、复垦模式的筛选提供数据支撑。[方法]采用动态密闭气室红外CO2分析法对露天煤矿复垦区5块永久性样地土壤呼吸作用及其相关组分的日变化及季节动态进行跟踪测定。[结果]各样地土壤呼吸作用均呈现出明显的季节变化规律,但日变化趋势却各不相同。土壤呼吸速率日变化在5,9,10月份变幅较为平缓,6,7,8月份变幅较大,且在7,8月份达到最大值。去根系后,土壤温度及水分与未处理之间没有显著差异,但土壤呼吸速率值明显下降,下降幅度为19%~46%。土壤总呼吸速率和去根系土壤呼吸速率均与土壤温度、土壤水分、双因子呈幂或指数函数关系。[结论]刺槐纯林模式更有利于土壤的熟化与肥力的提高。