黄土高原草地土壤有机碳分布及其影响因素

以黄土高原水平方向的4种主要草地类型为研究对象,分析了不同草地类型土壤有机碳(SOC)的分布特征及其影响因素。结果表明:土壤有机碳含量随土壤深度的增加而降低,其中0～20 cm土壤有机碳含量与20～40、40～60、60～80、80～100 cm有机碳含量差异显著。4种草地类型土壤有机碳含量分布规律:0～40 cm为高山草甸草原>典型草原>森林草原>荒漠草原,40～100 cm为高山草甸草原>森林草原>典型草原>荒漠草原;4种草地类型中各土层土壤有机碳含量最高的是高寒草甸,其空间变异最大,最小的是荒漠草原,其变异最小。黄土高原上高寒草甸草原、森林草原、典型草原土壤有机碳均集中分布在浅表层0～40 cm,分别占0～100 cm的71%、50%、46%,而荒漠草原各层分布较均匀;黄土高原土壤有机碳含量与海拔高度呈显著正相关(p<0.01);0～40 cm土壤有机碳含量与土壤含水量呈显著正相关(p<0.01);与全氮有极显著的正相关性,相关系数达0.984 3;与年均温呈极显著负相关(p<0.01),几种草地类型100 cm深土壤有机碳含量与年降水量无明显相关。     

锡林河流域土壤有机碳空间变异分析

为了探索锡林河流域土壤有机碳的空间变异规律,基于半方差函数理论和普通克里格插值研究了0—10cm,20—30cm,40—50cm土壤有机碳变异特征及分布格局。结果表明,(1)0—10cm,20—30cm,40—50cm层土壤有机碳的最优拟合模型依次是高斯模型、高斯模型、指数模型。(2)随着土层深度的增加,土壤有机碳空间分布相关性增强,0—10cm层土壤有机碳存在中等空间分布相关性,20—30cm与40—50cm层土壤有机碳具有强烈的空间分布相关性,自相关距离分别为25.81km,20.26km,45.00km。(3)各向异性分析表明:各方向土壤有机碳变异程度随着土层深度增加而减弱,同层不同方向半方差变化明显,各向异性显著,不同层西南—东北45°方向以及东南—西北135°方向半方差变化最为明显,而各层45°方向变异程度却表现出相似性。(4)各层土壤有机碳分布具有一致性,流域南部边缘到东部以及东北部为土壤有机碳含量较高区域,北部、西北部以及上游的中南部是全流域土壤有机碳含量最低的区域,西部以及西南部土壤有机碳含量处于相对中等水平,流域地形与植被分布特征决定了土壤有机碳这种分布特点。     

人为作用对土壤有机碳空间分布规律的影响

为了研究人为长期培肥及生产活动对农田土壤有机碳库空间变异性的影响,在关中农田开展了0~100 cm土体范围内的土壤有机碳含量、有机碳密度及碳库活度等研究。结果表明:土壤有机碳含量变化在7.00~23.39 g kg-1,土壤有机碳含量呈明显分布与变异特征,变异性大且变异程度均属中等水平。有机碳、活性有机碳含量在0~100 cm范围内从上到下逐渐递减,而不是"T"型分布,碳库活度从呈递增趋势;土壤有机碳水平上是以村庄为中心向外辐射递减,尤其在0~20 cm土层规律性更加明显;0~100 cm土壤有机碳密度的水平分布呈随距村庄距离的增加先增加后减少的分布规律。由此得出,关中农田土壤有机碳库的空间变异明显地印记着长期人为作用土壤的历史痕迹,也是关中地区农业文明发展史的有效佐证之一。     

江苏沿海典型滩涂围垦区土壤有机碳时空异质性

应用地统计学方法研究了如东县4个滩涂围垦区以及光滩不同土层(0～10、10～20、20～30、30～40、40～60 cm)剖面土壤有机碳含量时空变异特征。结果表明:土壤有机碳含量随着围垦时间的增加呈上升趋势;Kriging插值结果显示各层土壤有机碳含量均呈现自沿海向内陆增加的趋势,并且不同土层呈现出不同的局部效应,随着剖面深度的增加有机碳含量下降;不同深度土壤有机碳含量的主控因素不同,表层土壤有机碳比深层土壤有机碳更多地受地表活动控制;从不同的土地利用方式来看,土壤有机碳含量呈现出耕地大于养殖水体;研究区土壤有机碳含量同土壤细颗粒特别是粒径在0.002～0.02 mm范围内的粉粒含量呈显著正相关关系,同土壤pH及总盐呈负相关关系。研究结果表明围垦加剧了土壤有机碳的时空异质性,对于后续指导滩涂合理有序的开发利用具有重要意义。     

祁连山排露沟流域土壤有机碳空间变异性研究

为研究小流域尺度下土壤有机碳的变异规律,运用地统计学方法对研究区0—10,10—20,20—40 cm土壤有机碳含量的空间变异性进行了研究。结果表明:流域内不同土层有机碳含量属于中等强度变异,具有强烈的空间自相关性;土壤有机碳含量在0,135°方向上空间变异程度明显,空间分布的各向异性显著;克里格插值结果显示流域内阴坡土壤有机碳含量明显高于阳坡,高海拔区域土壤有机碳含量高于低海拔区域;不同土层间,土壤有机碳含量均表现为青海云杉灌丛草地,表明不同植被类型对土壤有机碳含量和分布有着重要影响。土壤有机碳含量的空间变异性特征,与土壤性质、地形因子等结构性因素有关,为研究祁连山小流域土壤信息差异性的测量和描述提供科学依据。     

近30 a玛纳斯县北部土壤有机碳储量变化

研究玛纳斯县北部土壤有机碳时空变异特征,可以为当地土壤肥力管理提供理论依据。本文采用地统计学和GIS相结合的方法,研究了玛纳斯县北部地区1980-2011年间土壤有机碳的时空变异特征。研究结果表明:研究区32a来1m深土体土壤有机碳密度和储量呈现增加的趋势,分别较1980年二次土壤普查时增加1.81kg/m2和7.7×106kg;2011年0～20、>20～60和>60～100cm土壤有机碳质量分数平均值为5.74、4.44和2.17g/kg;0～20cm和>20～60cm土壤有机碳含量符合正态分布特征,相应土壤有机碳变异函数理论模型分别符合指数和球状模型;0～20cm土壤有机碳和>20～60cm土壤有机碳均具有中等程度的空间变异性,土壤有机碳的空间分布受土壤母质、地形等结构因素和耕作、施肥等随机因素的共同影响并呈现出南部和东北部高,中部地区偏低的分布特征;>60～100cm土壤有机碳呈现出南部高北部低的空间分布特征。本文获取了玛纳斯县北部地区土壤有机碳时空变异特征,该结果对研究区域土壤肥力管理具有重要意义。     

水力侵蚀对砒砂岩区土壤有机碳空间变异性的影响

以侵蚀剧烈的砒砂岩区为研究对象，应用地统计学Kriging插值法准确描述水力侵蚀下土壤有机碳空间动态迁移过程来探究侵蚀与碳平衡的关系并为有效治理砒砂岩区坡面水土流失提供科学的参考。结果表明：（1）降雨前后各土层有机碳均随着土层增加而减少，表现为中等变异、空间自相关均为正相关且0—10 cm土层自相关性最大。降雨后0—20 cm土层有机碳含量减少而20—40 cm土层增加，且各土层变异程度均较雨前减弱。（2）降雨前后土壤有机碳分别与高斯模型，球状模型较为拟合，且变程值均随土层增加而增大。降雨前后0—10 cm土层表现均为强烈空间相关性且雨后结构比增大，而10—40 cm均为中等相关性雨后结构比减小。（3）降雨后空间异质性减弱斑块面积变大，总体表现为同一土层坡上侵蚀坡下沉积，而不同土层下0—20 cm土层表现为侵蚀，20—40 cm土层表现为沉积。（4）降雨前后土壤有机碳均与黏粒呈现较显著正相关，其中降雨前0—10 cm土层有机碳与黏粒为极显著正相关，降雨后各土层相关性增强均为极显著正相关。但降雨前后土壤有机碳与粉粒相关性均较小且不显著，与砂粒则基本表现为负相关。     

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。     

河套平原盐碱化土壤有机碳及微生物量碳剖面分布特征

以内蒙古河套平原典型的盐碱土为研究对象,研究3种不同盐碱化程度土壤有机碳和微生物量碳的垂直分布(0～100 cm)特征,探讨其与环境因子的关系。结果表明:不同盐碱化程度土壤有机碳和微生物量碳大小顺序为:轻度盐碱化土壤>中度盐碱化土壤>重度盐碱化土壤,且不同盐碱化程度土壤机碳、微生物量碳含量均存在显著差异;0～100 cm土层土壤有机碳含量范围分别为1.96～6.21、1.90～5.34、1.36～3.92 g/kg,土壤微生物量碳含量范围分别为61.18～121.72、41.10～109.85、12.61～35.73 mg/kg。在垂直剖面上,不同盐碱化程度土壤有机碳、微生物量碳均随土层深度的增加而表现出降低的变化趋势,并存在明显的分层特征;不同盐碱化程度土壤有机碳、微生物量碳含量在不同土层间的显著性差异各不相同。土壤微生物量碳与有机碳的比值随土壤深度的增加表现为先降低后升高的变化趋势,其剖面空间变异性随土层深度的增加逐渐降低。不同盐碱化程度土壤微生物量碳与有机碳含量显著相关,且随盐碱化程度的增加相关性逐渐增大;土壤微生物量碳与土壤容重呈显著的负相关性,而与土壤含水量未表现出明显的相关性。     

土地利用方式和地形对半干旱区土壤有机碳含量的影响

以内蒙古赤峰市敖汉旗为研究对象,以实地调查数据为基础,结合土地利用方式与地形的变化,对敖汉旗0～100 cm深度土壤有机碳含量的空间分布特征进行了研究,旨在对地区碳储量的估算和科学利用土地资源起到积极的借鉴作用。结果表明,敖汉旗土壤有机碳含量在0～100 cm深度的土壤剖面内的变化范围为0.23～20.71 g/kg,主要集中在40 cm以上土层,且随着土层深度的增加土壤有机碳平均含量逐渐降低;各土地利用方式下土壤有机碳含量均表现为:林地农地草地。土壤有机碳含量主要富集在高海拔区的平缓地段;受土壤侵蚀的影响,当坡度10°后,不同土地利用类型的有机碳含量均显著降低。     

高量秸秆不同深度还田对黑土有机质组成和酶活性的影响

在田间耕作条件下黑土3个土层(0~20、20~40、40~60cm)添加4%和8%高量玉米秸秆于尼龙袋中原位培养近4年后,研究不同层次土壤秸秆转化与有机碳积累特征,以及腐殖质各组分和土壤酶活性的变化。结果表明,添加4%的秸秆量0~20、20~40和40~60cm土层有机碳分别增加31.8%、96.4%和171.1%,8%秸秆添加量分别增加了86.2%、193.5%和265.9%,增加秸秆还田深度有利于土壤有机碳的积累。0~20 cm土层在无秸秆还田情况下有机碳下降了29.3%,而20~40 cm土层仅下降了1.8%。土壤有机碳含量和酶活性均随秸秆添加量的增加而提高,腐殖质胡敏酸/富里酸(HA/FA)比值发生较大变化,改善了腐殖质品质。各处理腐殖酸碳(HS-C)和胡敏酸碳(HA-C)的大小为20~40 cm土层0~20 cm土层40~60 cm土层,而40~60 cm土层则更有利于富里酸碳(FA-C)的积累。土壤过氧化氢酶活性、脲酶和蔗糖酶活性分别与HA-C、FA-C含量呈极显著正相关、显著正相关。研究结果为深层秸秆还田促进土壤有机质的积累提供了理论依据。     

毛竹林土壤有机碳及微生物量碳特征研究

通过对湖南会同林区集约经营毛竹林地土壤有机碳和微生物量碳进行测定,结果表明,毛竹林地土壤(0-60 cm)有机碳和微生物量碳含量平均值分别为1.727%和551.84 mg/kg,不同土壤层次有机碳和微生物量碳含量差异极显著,其中,0-20 cm土层有机碳含量平均值为2.607%,分别是20-40 cm和40-60 cm土层有机碳含量的1.67倍和2.57倍;0-20 cm土层的微生物量碳占土壤总微生物量碳的58.9%,分别是20-40 cm和40-60 cm土层的2.69倍和3.08倍。不同季节间土壤微生物量碳有明显变化规律,即土壤微生物量碳含量1-7月份呈上升的趋势,7月达到最大值,8-12月份呈逐渐下降趋势;不同季节间有机碳含量差异不显著。毛竹林地土壤表层土壤微生物量熵为1.118 6%,与40-60 cm土壤层相当,略高于20-40 cm土壤层,说明毛竹林不同土壤层次有机碳积累强度相当。     

不同耕作年限对耕地土壤质地和有机碳垂直分布的影响

研究不同耕作年限新疆玛纳斯县耕地的土壤颗粒组成、不同土壤颗粒有机碳含量变化特征以及二者的相关关系。选取4种不同耕作年限耕地为研究对象,采集土层0—300cm的土壤样品,采用激光法获取土壤颗粒组成,探讨长期耕作对土壤颗粒组成以及不同土壤颗粒有机碳含量的影响。结果表明:研究区域土壤剖面颗粒组成主要以砂粒(约占21.0%~35.4%)和粉粒(约占46.0%~50.0%)为主,砂粒含量下部明显高于上部,而粉粒含量中部明显低于上部和下部;随着耕作年限增加,剖面上部(0—60cm)土壤质地由粉砂质粘壤土转变为壤土,60—100cm土层土壤质地由粉砂壤土转化为壤土,中部和下部(100—300cm)土壤质地变化较小;土壤有机碳含量随着开垦年限的增加呈现先增加后降低的趋势,增幅达到71.8%,耕作年限越长有机碳增加值趋于平缓;土壤粉粒、砂粒与有机碳含量相关性不高,而粘粒与有机碳含量呈现显著正相关关系,未耕作(Y0)、耕作20a(Y20)、耕作30a(Y30)和耕作50a(Y50)的土壤粘粒与有机碳含量的相关系数(r)范围在0.67*~0.75*,均达到显著性差异(P0.05)。耕作对土壤颗粒组成以及有机碳含量产生一定影响,科学合理的耕作能够提高土壤的固碳能力,对土壤碳循环系统起到良好的保护作用。     

黄泛沙地不同林龄杨树人工林土壤团聚体及有机碳特征

为明确黄泛沙地不同林龄杨树人工林对土壤团聚体及有机碳的影响,以山东省国有东明林场3 a,5 a,8 a,10 a生杨树人工林土壤为研究对象,采用野外取样、室内试验与湿筛法分析了土壤团聚体组成与稳定性,并分析土壤有机碳含量与储量的变化特征。结果表明:(1)不同林龄杨树人工林团聚体分布均以大团聚体(>0.25 mm)为主,在表层土层(0—20 cm)中,随林龄的增加,大团聚体含量呈先显著降低后增加再略减的趋势; 而在20—40 cm土层中,土壤大团聚体含量为5 a>8 a>3 a>10 a; 在40—60 cm土层无显著差异;(2)在0—20 cm土层中,有机碳含量表现为3 a>5 a>10 a>8 a; 在20—60 cm土层,呈先增后减的趋势,且无显著差异。土壤稳定性与团聚体的形成和有机碳密切相关,有机碳含量与GMD值呈极显著正相关关系;(3)不同林龄杨树人工林有机碳储量均呈现一定程度表聚性,在0—20 cm各林龄碳储量占总碳储量的59.17%～74.26%。在3 a到5 a阶段由于土壤淋溶作用,可能导致有机碳储量发生转移,从表层土层(0—20 cm)向底层土层(20—60 cm)转移,而在8 a到10 a阶段,有机碳储量从底层土层向表层土层发生转移。研究结果为揭示黄泛沙地杨树人工林土壤团聚结构形成与有机碳提升提供了参考。     

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。     

毛竹林地土壤团聚体稳定性及其对碳贮量影响研究

通过对集约经营毛竹林地土壤团聚体的测定,结果表明毛竹林地3个土壤层次各粒径团聚体分布特征为>5 mm的含量在土壤团粒结构中占主导地位,占总团聚体的比例为26.39%~42.38%;其次为1~5 mm含量,占14%~18%;<0.25 mm的含量最小,占2.31%~6.73%。毛竹林土壤团聚体平均重量直径平均值为0.90 mm,并且随着土壤层次的增加有逐渐增加的趋势。毛竹林地土壤总有机碳的积累与0.25~3.15 mm土壤团聚体中有机碳含量呈显著相关,与>3.15 mm和<0.25 mm团聚体有机碳含量相关不显著。毛竹林地0~20 cm土壤层中,分布在>5 mm和3.15~5 mm粒径土壤团聚体中的有机碳比例分别为14.86%和11.26%,低于20~40 cm和40~60 cm土壤。这也说明,长期集约经营毛竹林后,林地土壤有机碳含量下降的主要原因可能是>5 mm粒径土壤团聚体有机碳含量下降。     

黄土丘陵区不同退耕还林地土壤有机碳、氮密度变化特征

探讨了黄土丘陵区退耕种植10～40a的柠条、侧柏及刺槐林地0—60cm不同土层有机碳及全氮密度随退耕年限及在土层分布上的变化特征。结果表明:不同土层相比,退耕栽植柠条、侧柏、刺槐10～40a后0—20cm土层有机碳密度平均比20—60cm增加4.20,6.87,4.46Mg/hm2;0—20cm土层的全氮密度比20—60cm平均增加0.08,0.02,0.07Mg/hm2。与坡耕地比较,0—20cm土层在退耕30a中固碳速率为侧柏[0.33Mg/(hm2·a)]>刺槐[0.28Mg/(hm2·a)]>柠条[0.17Mg/(hm2·a)],固氮速率则为刺槐[0.03Mg/(hm2·a)]>侧柏[0.02Mg/(hm2·a)]>柠条[0.01Mg/(hm2·a)],且碳氮固定速率均显著高于深层土壤。10～30a不同退耕还林地增加的有机碳、氮平均分别有57%和51%来自0—20cm的土层。不同退耕还林地土壤C/N随土层深度的增加而减小。综上,退耕还林土壤表现出显著的提升土壤碳氮的效应,且以侧柏林地固碳能力较佳,刺槐林地固氮效果较好。     

长期秸秆还田对白浆土有机碳含量及腐殖质组成的影响

对白浆土秸秆还田(20、24、32年)后土壤有机碳含量及腐殖质组分进行测定,结果表明:与对照(CK)相比,秸秆还田后耕层(0～20 cm)与20～40 cm白浆土有机碳含量分别增加2.46～3.91、10.75～15.79g/kg。随还田年限增加,耕层与20～40 cm土壤水溶性物质在还田24年达最高值,分别为0.67、0.58 g/kg;而水浮性物质显著增加且在还田24～32年趋于稳定值。耕层土壤腐殖酸与胡敏酸含碳量均呈增加趋势,还田24年时最高,分别为10.04、5.51 g/kg;在20～40 cm土层则先增后减。耕层土壤富里酸含碳量先减后增,20～40 cm土壤富里酸含碳量则显著增加。耕层胡敏素含碳量呈减少趋势,而20～40 cm土壤则呈增加趋势。秸秆还田后白浆土胡富比发生较大变化,耕层土壤胡富比在还田24年时达到峰值1.22;而20～40 cm土层胡富比逐渐减小。     

黄土丘陵半干旱区人工柠条林土壤固碳特征及其影响因素

为了探讨黄土丘陵区不同生长年限的人工柠条林地土壤有机碳含量的变化特征及其影响因素,更好地阐明黄土丘陵区柠条林土壤的固碳机理,本文采用时空替代法,以撂荒2 a的坡耕地为对照,对黄土丘陵半干旱区不同林龄(10 a、17 a、26 a、34 a、40 a、50 a)人工柠条林地土壤有机碳(SOC)、全氮(STN)、全磷(STP)及柠条林的根系生物量和枯落物现存量进行了分析。结果表明:1)在0~60 cm的土层剖面上,0~20 cm土层SOC含量明显高于其他土层,并随土层深度的增加逐层递减,其中柠条林地0~20 cm土层SOC含量变化幅度为2.68~11.44 g·kg-1,而40~60 cm土层SOC含量仅在1.64~2.73 g·kg-1波动;与对照相比,随林龄增加柠条林地0~60 cm土层平均SOC含量先减小后增加最后趋于平稳:10 a和17 a柠条林SOC含量比对照显著降低了34.5%和26.9%,26 a柠条林的SOC含量显著升高,其值是对照的1.43倍,40 a和50 a柠条林SOC含量处于积累与消耗相对稳定的状态。2)对SOC含量与STN、STP含量及根系生物量和枯落物现存量进行相关性分析表明,SOC含量与STN含量、根系生物量及枯落物现存量之间存在极显著线性相关,但与STP含量相关性不明显,说明土壤中氮含量的增加能明显提高土壤的固碳能力,而根系生物量和枯落物现存量的多少能够决定土壤的固碳水平。