荒漠草原中不同密度人工柠条灌丛土壤化学计量特征

为了揭示人工灌草结合的生态系统土壤内部C,N,P平衡和循环过程,以荒漠草原为对照(CK),研究了相同林龄不同密度(高密度HD、中密度MD、低密度LD)人工柠条灌丛土壤化学计量特征。结果表明,柠条灌丛0—100cm土层平均有机碳(SOC)、全氮(TN),全磷(TP)和氮磷比(N/P)随密度的增加呈上升趋势,碳氮比(C/N),碳磷比(C/P)呈降低趋势,其中TP的空间变异性较高;垂直方向SOC,C/N和C/P随土层深度的增加呈单峰曲线,TN,TP和N/P在0—40cm土层呈锐减趋势,40cm土层以下缓慢降低并趋于稳定;0—40cm土层TN和TP含量占总含量的61.82%和55.56%,可作为密度变化对人工柠条灌丛土壤养分的敏感指标;相关分析结果发现,人工柠条灌丛土壤N和P含量呈极显著正相关(p0.01),二者均与C/N呈极显著的负相关(p0.01),说明柠条对土壤中N和P两种元素需求相一致。     

不同演化阶段白刺灌丛沙堆土壤生态化学计量特征

为了阐明灌丛沙堆发育对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征的影响,以吉兰泰荒漠区不同演化阶段白刺(Nitraria tangutorun)灌丛沙堆为研究对象,研究0—100 cm土层土壤C∶N∶P化学计量特征在不同演化阶段的变化规律和垂直分布规律。结果表明:(1)白刺灌丛沙堆土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)随演化阶段(雏形阶段→发育阶段→稳定阶段→衰亡阶段)的变化呈先增后减的变化趋势。演化阶段对白刺灌丛沙堆SOC影响显著(P<0.05),对TN、TP无显著影响(P>0.05),其SOC、TN、TP均值含量在0—100 cm土层分别为0.42~0.58,0.04~0.07,0.22~0.25 g/kg,远小于全国土壤平均水平(11.12,1.06,0.65 g/kg)。(2)白刺灌丛沙堆SOC、TN、TP含量及其生态化学计量比随土层深度增加无明显规律性。(3)土壤SOC、TN、TP含量及其生态化学计量比均属于中等变异,且变异系数随白刺灌丛沙堆演化不断减小。(4)土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度对白刺灌丛沙堆土壤TN、C∶N、N∶P影响显著,而土壤含水量、pH对白刺灌丛沙堆SOC、TN、TP含量及其生态化学计量比无显著影响。各演化阶段白刺灌丛沙堆SOC、TN是调控白刺灌丛沙堆土壤生态化学计量比的主要因素。因此,该研究结果明晰了白刺灌丛沙堆土壤C∶N∶P生态化学计量特征对不同演化阶段的响应,为该区域白刺群落的保护、利用和植被恢复与重建提供科学依据。     

贵州高原山地马尾松人工林土壤碳、氮、磷生态化学计量特性

采用空间代替时间的方法,选取贵州中部高原山地8,18,26,36年生4个林龄的马尾松人工林为研究对象,通过测定林下土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量,分析不同发育阶段林分土壤养分变化规律及化学计量比特征。结果表明:马尾松人工林土壤SOC、TN、TP平均值分别为12.24,1.94,0.35g/kg,C∶N、C∶P和N∶P平均值分别为6.58,38.70和13.65,C∶N∶P的平均值为39∶6∶1,其养分含量总体不高。随土层深度增加,4个林龄土壤SOC、TN含量降低,但C∶N增加,TP、C∶P和N∶P无明显变化规律。随林龄增加,土壤SOC、TN、N∶P先降低后升高,而TP则持续降低;C∶N除在36年生林分中显著降低外,其余各林分均无显著差异;C∶P无明显变化规律。相关分析表明,SOC、TN是调控马尾松人工林土壤生态化学计量比的主要因素。研究结果可为进一步明确贵州高原山地马尾松人工林土壤养分循环特征提供重要参考。     

黄河三角洲废弃盐田复垦土壤碳氮磷生态化学计量学特征

选取黄河三角洲废弃盐田复垦1，2，3，4，7，8，9年7个复垦年限及农田（非复垦形成）0—100 cm土层土壤为研究对象，通过测定复垦土壤有机碳（SOC）、总氮（TN）、总磷（TP）含量，分析不同复垦年限及农田土壤养分时空变异格局及化学计量学特征，并同步测定土壤理化性状、酶活性，计算土壤C、N、P储量。结果表明：废弃盐田复垦1，2，3，4，7，8，9年0—100 cm土层土壤SOC、TN含量远低于全国平均水平；复垦1，2年0—100 cm土层土壤TP含量低于全国平均水平，复垦3，4，7，8，9年土壤TP含量持平或略高于全国平均含量。随复垦年限的增加，土壤SOC、TN含量及N/P先降低后升高，C/N先升高后降低，C/P在复垦7年后持续升高，0—20 cm土层C、N、P储量不断增加，而TP含量则表现为波动变化的特征。随土层深度增加，土壤TP含量及除复垦1年外的土壤TN含量先升高后降低，C/N持续增加，N/P持续降低，而不同复垦年限土壤SOC含量、C/P仅在0—40 cm土层具有明显的垂直变化规律。不同复垦年限0—20，20—40 cm土层土壤SOC、TN、TP与土壤容重呈显著负相关，与脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶呈极显著或显著正相关，土壤C储量与C/N、C/P呈极显著正相关。相关性分析还表明，土壤SOC、TN含量是调控复垦土壤生态化学计量比的主要因素。     

秸秆还田对东北黑土碳氮磷钾化学计量特征及玉米产量的影响

【目的】秸秆还田是提升农田土壤肥力,改善土壤养分含量及有效性的重要措施。我们分析了东北黑土区不同秸秆还田方式下土壤碳氮磷钾含量和玉米产量的年际变化,并从土壤化学计量特征角度研究了土壤养分的有效性。【方法】依托2012年在东北黑土区建立的秸秆还田长期定位试验,选取秸秆移除(CK)、秸秆混合还入0—20 cm耕层(RI)和秸秆覆盖还田(RC) 3个处理,测定了处理实施1年(2013)、3年(2015)、5年(2017)和8年(2020)后,不同土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)含量及玉米产量,计算了土壤化学计量特征(C∶N、C∶P、N∶P),并分析了各指标之间的相关性。【结果】随试验年限的增加,在0—20 cm土层,CK处理SOC含量有所下降,TN含量基本保持不变,而RI和RC处理的SOC和TN含量均有所增加,RC处理下均为最高;RI处理的SOC和TN含量在0—20 cm土层分布相对均匀,RC处理SOC和TN含量在0—5 cm土层中明显增加,尤其在试验5～8年间的增幅明显升高。CK、RI和RC 3个处理的TP和TK含量均随试验年限的增加缓慢升高,处理间无显著...     

农牧交错区小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)人工灌木林土壤碳氮磷化学计量特征

研究小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)人工灌木林土壤化学计量特征,有助于阐明林下土壤养分分配及限制因素,为人工灌-草生态系统物质平衡和稳定维持提供理论依据。以内蒙古中部农牧交错区天然草地为对照(CK),比较相同林龄不同密度人工小叶锦鸡儿灌木林下0~50 cm土层土壤有机碳、总氮和总磷含量及其化学计量特征。结果表明(1)与天然草地相同,小叶锦鸡儿人工灌木林土壤SOC和TN在0~5 cm出现明显地"表聚性",且随着土壤深度的增加逐渐降低。(2)该研究区土壤释放P素能力较强且含量相对稳定,但C素和N素含量总体偏低;其间,C/P受控于土壤SOC含量,N/P受控于TN含量,C/N受林分密度影响较小,相对稳定。(3)在土壤养分平衡过程中,该地区低密度林(1200棵hm^-2)各土层C、N、P含量均显著高于中、高密度林,促进了土壤C素和N素的积累与循环,有助于改善土壤环境。     

汾河河岸带土壤氮、磷的时空分布规律及其影响因素研究

为明晰汾河临汾段河岸带土壤氮、磷时空分布规律及其影响因素,采用现场检测、空间分析及数理统计方法,探讨了自然河岸带及强人工干扰河岸带土壤氮、磷的化学计量学特征、时空分布特征及其与土壤、水文特性的相关性。结果表明:(1)各水期强人工干扰河岸带土壤TN、TP储量及其变异系数均大于自然河岸带,自然河岸带土壤氮、磷元素的生态化学计量存在弱稳态性;(2)汾河临汾段河岸带土壤TN、TP含量随枯水期—平水期—丰水期表现为先减小后增大的趋势,横向来看河岸带近岸土壤TN、TP含量大于远岸部分,土层深度方向上TN、TP含量随土层深度增加而减小;(3)河流水质、土壤容重和土壤孔隙度是影响汾河河岸带土壤TN含量的相关因子,土壤容重、土壤孔隙度和N/P是影响河岸带土壤TP含量的相关因子。研究结果表明汾河河岸带土壤氮分布与河流水文特性有一定的响应关系,土壤磷分布与河流水文特性无明显的响应关系。     

光伏电站内不同植被下土壤C、N、P 化学计量特征

西部地区光伏电站的建设和运营会对土壤和植被产生一定破坏,造成局地风沙危害。以光伏电站内樟子松、苜蓿和黄芪样地为研究对象,对不同植被下土壤养分及其化学计量进行研究,为光伏电站内植被恢复模式选择提供数据支撑。结果表明,不同植被下土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量的大小顺序为SOCTNTP。相同植被间,黄芪地表层土壤的SOC含量显著高于底层,苜蓿地则是下层显著高于表层;不同植被间,只有黄芪地表层土壤SOC含量显著高于苜蓿地,下层土壤SOC则是苜蓿地显著高于黄芪地,其余样地间土壤SOC、TN和TP差异均不显著。整个研究区C、N、P化学计量比的大小顺序为C∶PC∶NN∶P。0～20 cm表层土壤均是黄芪地C∶N、C∶P和N∶P大于樟子松地和苜蓿地(差异不显著),而20～40 cm土层则是苜蓿地C∶N、C∶P和N∶P最大(只有苜蓿地和黄芪地间的C∶P差异显著);不同土层间只有黄芪地的表层土C∶N显著高于底层土。土壤SOC、TN、TP、C∶N和N∶P含量均为弱变异,只有C∶P为中等变异。土壤SOC与C∶N和C∶P,C∶N与C∶P,N∶P与TN均呈极显著正相关。研究区土壤的C∶P为12.79,远低于中国陆地土壤C∶P平均值,表明光伏电站土壤N素缺乏,C偏低,N为养分限制因子。     

平原造林工程影响下的河岸带土壤生态化学计量特征

北京主要河流河岸带实施平原造林工程后,对河岸带植被类型及土壤造成不同程度影响。研究河岸带原有及重建植被类型土壤生态化学计量特征,对河岸生态系统土壤碳氮磷平衡及固碳潜力提升提供科学依据。选取北京温榆河昌平段岸边原有植被类型3种样地(乔木林、乔灌林及草地),重建植被类型2种样地(乔木林与灌木林),共15个样方,采集3层(0—10,10—20,20—30 cm)土壤样品,分析并计算碳(C)、氮(N)和磷(P)含量及计量比。结果表明:原有与重建植被类型的土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量分别为3.810~10.320,0.223~0.700,0.551~0.692 g/kg,C/N、N/P、C/P分别为11.592~25.373,0.373~1.022,5.662~15.493;SOC与TN均在表层聚集,且同N/P、C/P一样表现出随土层深度增加而减少趋势,C/N反之,TP受土层深度影响较小;原有植被类型(乔木林)土壤SOC和TN均高于其他植被类型,在10—20,20—30 cm土层间C/N、C/P均显著低于其他植被类型(P＜0.05);原有植被类型(草地)在0—10 cm土层间N/P最低;重建植被类型(乔木林)土壤TP含量显著低于其他植被类型;重建植被类型(灌木林) C/N显著高于其他植被类型。研究结果揭示了研究区土壤N素为植物生长的限制元素,乔木、乔灌林下土壤有机质释放更多,P有效性更高,固碳潜力强;重建植被类型有机质矿化较慢,固磷能力更强。因而,建议温榆河河岸带采用乔木纯林和乔灌混交模式来积累土壤有机质,提高河岸带生态系统土壤质量及固碳潜力。     

石羊河流域干旱荒漠区人工梭梭林对土壤碳库的影响

采用野外调查与室内分析相结合的方法,研究石羊河流域民勤干旱沙区种植人工梭梭林4,13,36年后的土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)、无机碳(Soil inorganic carbon,SIC)、全氮(Total nitrogen,TN)和总碳(soil total carbon,TC)含量及储量变化特征。结果表明:流动沙地种植梭梭后,0-50cm层灌丛下和行间SOC和TN含量总体随造林年限增加而增加,5-50cm层灌丛下SIC含量在13年梭梭林地最高。36,13年林地0-50cm层灌丛下SOC和TN储量均高于行间,而13年灌丛下SIC储量低于行间,4年灌丛下5-50cm层SOC、TN和SIC储量均低于行间。0-50cm层土壤有机碳、无机碳、全氮储量增幅分别为102.44%,24.66%,54.55%,36年林地SOC和TN储量随土层加深先降低后增加,但4,13年和流动沙地SOC、SIC和TN储量均随土层加深而增加。土壤有机碳占总碳比例随造林年限增加而增加。相关分析结果表明,土壤颗粒组成、造林年限、土层深度等与土壤有机碳和全氮储量显著相关(P0.01)。民勤干旱沙区造林提高了土壤碳库截存量,并且随林龄增长而增长。     

思茅松人工林土壤有机碳库特征

为探讨思茅松人工造林对土壤有机碳库的影响,以云南省普洱市思茅区8种定植模式及7个林龄的思茅松人工林为研究对象,对0～ 50 cm土层土壤有机碳质量分数及密度进行调查分析.结果表明：1）思茅松人工林土壤有机碳质量分数随土壤深度的增加而降低,8种定植模式13a思茅松人工林0～50 cm土壤有机碳质量分数皆大于思茅松天然林;不同林龄思茅松人工林土壤有机碳质量分数在4～10a处于降低阶段,12a以后开始升高.2）土壤可溶性碳质量分数随土壤深度的增加而减小,土壤微生物量碳主要集中于0 ～10 cm土层.3）8种定植模式思茅松人工林土壤有机碳密度在64.48 ～ 84.30 t/hm2之间,其中2m＆#215;4m定植模式最大,1m＆#215;1m模式最小;土壤可溶性碳密度数值范围为0.30 ～0.42 t/hm2,土壤微生物量碳密度为0.49 ～ 1.29 t/hm2;4～ 14 a思茅松人工林土壤有机碳密度和可溶性碳密度随林龄的增加呈现先降后升的特点,14a时土壤有机碳密度达92.14 t/hm2,可溶性碳密度达0.42 t/hm2;土壤微生物量碳密度10a时最大,达0.92 t/hm2.研究表明思茅松人工林具有较强的土壤碳积累能力.     

科尔沁沙地半固定沙丘不同坡位土壤C,N特征

[目的]研究沙丘不同坡位土壤碳氮的分布特征,旨在探索沙丘不同坡位植被演替机制。[方法]选取高于5m的半固定沙丘,沿主要风向于坡底、坡中、坡顶和背风坡设置样点,对土壤容重、土壤总有机碳含量和土壤总氮含量进行测定,并计算碳氮比、碳氮密度和碳氮储量。[结果](1)不同坡位土壤碳含量均随深度增加显著降低,主要变异层发生在0—40cm层。不同坡位土壤碳含量在30—40cm层和60—100cm层存在差异。(2)氮含量与容重在不同坡位和不同深度均不存在显著差异性,碳氮比在坡底和坡顶存在显著的垂直差异性,背风坡60—100cm层土壤碳氮比显著高于其它坡位。(3)各坡位土壤碳密度随深度增加显著下降。30—40cm层土壤碳密度存在显著的坡位差异,而土壤氮密度的垂直差异和坡位间差异均不显著。(4)半固定沙丘土壤碳氮储量分别为716.89和94.14kg/m2,不同坡位差异性不显著;碳储量的构成在4种坡位差异较大,而各坡位不同深度土壤氮储量对总储量的贡献差异较小。[结论]科尔沁沙地半固定沙丘土壤碳氮含量与密度不同坡位的差异较小,同时各坡位的碳氮均存在显著的垂直差异性,尤其在30—40cm层,变异程度较大,这可能与该层植物根系分布有关。     

黄土高原不同年限刺槐土壤化学计量特征分析

通过对陕北黄土高原4种不同年限(10,15,25,40年)刺槐林地0—200cm土壤的采集与分析,研究不同刺槐种植时间对土壤营养元素及化学计量比的影响。在每个林龄的林地内设3个小区,每个小区采用随机采样法选取3个采样点分层采集土壤样品,进行土壤碳、氮、磷、钾测定,计算化学计量比。结果表明:(1)有机碳和全氮、全钾含量随刺槐年限增加呈基本增大的趋势,全磷随刺槐年限的增长变化不大;有机碳、全氮和全磷呈极显著的正相关关系;(2)在0—200cm土层,有机碳、全氮空间分布基本一致,随土层深度增加均呈先减少后趋于稳定的变化趋势;全磷在整个空间中的分布较为均匀,其空间变异性低于有机碳和全氮;全钾含量高于碳氮磷含量,且随土壤深度变化不大;(3)土壤C∶N比,C∶P比,N∶P比和C∶N∶P比均随刺槐年限的增长呈先降低后升高的趋势,都在15年处有最低值;(4)土壤C∶N比随土层深度在一定范围波动,C∶P和N∶P比均随土层深度的增加呈先减少后趋于稳定的变化趋势。     

鄱阳湖湿地碟形湖泊沿高程梯度土壤养分及化学计量研究

在鄱阳湖南矶山湿地自然保护区的碟形湖区,沿高程梯度采集岗地、高滩、低滩和泥沼土壤,对碳、氮、磷及其化学计量特征进行了研究。结果表明,表层土壤(0~10 cm)有机碳含量在岗地土壤最低;总氮和总磷含量均表现为岗地高滩低滩泥沼,且总氮和总磷含量呈显著正相关。土壤有机碳和总氮含量均表现出随土层加深而减少的趋势。表层土壤C/N、C/P和N/P的平均值分别为11.17、52.74和5.03,且随着高程梯度和湖泊的变化,C/N保持相对稳定,而C/P和N/P的变化较大。铵态氮含量表现出岗地高滩低滩泥沼,硝态氮含量表现出高滩低滩岗地泥沼。有效磷与总磷含量呈极显著正相关。总之,受到鄱阳湖季节周期性水文变化的影响,研究区湿地土壤养分有较大差异,其中氮是N/P比的主要控制因子。     

Response of soil C:N:P stoichiometry,organic carbon stock,and release to wetland grasslandification in Mu Us Desert

Purpose

Wetlands in Mu Us Desert have severely been threatened by grasslandification over the past decades. Therefore, we studied the impacts of grasslandification on soil carbon (C):nitrogen (N):phosphorus (P) stoichiometry, soil organic carbon (SOC) stock, and release in wetland-grassland transitional zone in Mu Us Desert.

Materials and methods

From wetland to grassland, the transition zone was divided into five different successional stages according to plant communities and soil water conditions. At every stage, soil physical and chemical properties were determined and C:N:P ratios were calculated. SOC stock and soil respirations were also determined to assess soil carbon storage and release.

Results and discussion

After grasslandification, SOC contents of top soils (0–10 cm) decreased from 100.2 to 31.79 g kg^?1 in June and from 103.7 to 32.5 g kg^?1 in October; total nitrogen (TN) contents of top soils (0–10 cm) decreased from 3.65 to 1.85 g kg^?1 in June and from 6.43 to 3.36 g kg^?1 in October; and total phosphorus (TP) contents of top soils (0–10 cm) decreased from 179.4 to 117.4 mg kg^?1 in June and from 368.6 to 227.8 mg kg^?1 in October. From stages Typha angustifolia wetland (TAW) to Phalaris arundinacea L. (PAL), in the top soil (0–10 cm), C:N ratios decreased from 32.2 to 16.9 in June and from 19.0 to 11.8 in October; C:P ratios decreased from 1519.2 to 580.5 in June and from 19.0 to 11.8 in October; and N:P ratios decreased from 46.9 to 34.8 in June and changed from 34.9 to 34.0 in October. SOC stock decreased and soil respiration increased with grasslandification. The decrease of SOC, TN, and TP contents was attributed to the reduction of aboveground biomass and mineralization of SOM, and the decrease of soil C:N, C:P, and N:P ratios was mainly attributed to the faster decreasing speeds of SOC than TN and TP. The reduction of aboveground biomass and increased SOC release led by enhanced soil respiration were the main reasons of SOC stock decrease.

Conclusions

Grasslandification led to lowers levels of SOC, TN, TP, and soil C:N, C:P, and N:P ratios. Grasslandification also led to higher SOC loss, and increased soil respiration was the main reason. Since it is difficult to restore grassland to original wetland, efficient practices should be conducted to reduce water drainage from wetland to prevent grasslandification.