黄土丘陵区小流域生态恢复对土壤有机碳和全氮的影响

生态恢复工程是防治黄土高原土壤侵蚀和恢复土壤肥力的重要措施,研究退耕还林还草和梯田等生态恢复措施对有机碳(SOC)、全氮(TN)的影响,对准确评估土壤固碳固氮能力和土壤碳氮循环具有重要意义。选取黄土丘陵区典型小流域5种不同生态恢复0—100cm土层为研究对象,探讨了生态恢复措施条件下,坡耕地转变为林地、草地、灌木地及梯田过程中,不同土层深度土壤SOC与TN的含量及其储量变化规律。结果表明:生态恢复措施、土壤深度对流域土壤SOC与TN有极显著的影响(P0.01)。林地与灌木地SOC与TN在土壤0—20cm土层出现富集,草地SOC与TN则在0—40cm土层出现富集,梯田的0—20cm土层SOC富集比较明显,而TN未出现富集现象。坡耕地SOC与TN未出现富集现象。坡耕地在经过不同的生态恢复措施后,土壤SOC与TN含量及储量均会有所增加。从SOC与TN之间的相关性看,林地、草地表现为极强,灌木表现为强,而坡耕地与梯田为中等。研究为提高黄土丘陵区土壤碳氮含量的评估提供科学依据,促进区域生态恢复合理规划。     

黄土丘陵区不同恢复年限对天然草地土壤碳库动态的影响

[目的]揭示不同恢复年限的天然草地土壤碳库动态变化及其剖面分布特征,全面认识和理解天然草地恢复下土壤有机库、无机碳库的动态特征。[方法]采用野外调查与室内试验分析相结合的方法,以农田为对照,对黄土丘陵区不同恢复年限(11,16,22和35a)的天然草地土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、总碳(STC)的动态变化及其剖面分布特征进行了探讨。[结果](1)天然草地恢复过程中表层(0—10cm)SOC含量随植被恢复年限显著增加,下层(10—100cm)SOC含量随植被恢复年限变化不明显;0—100cm土层SOC储量呈先减少后增加趋势,但仍未达到农田SOC储量的水平。(2)天然草地0—20cm土层SIC含量呈相对脱钙现象,0—100cm土层SIC库储量约为SOC库储量的2.7~4.5倍。土壤无机碳库随植被恢复年限的增加无明显变化,但SIC的剖面分布深度发生改变。(3)土壤总碳库随恢复年限增加无明显变化,0—100cm土层SIC储量在STC库中所占比例约为75.6%~86.0%。[结论]短时间内天然草地的土壤碳汇效应并不明显,碳库增汇效应需要长期的过程。     

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。     

封育对草地深层土壤碳储量及其固持速率的影响

为了揭示长期封育草地深层土壤碳、氮固持及固持速率,采用空间序列代替时间序列的方法,研究了黄土高原宁夏固原云雾山自然保护区长期封育草地土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(STN)储量及其固持速率的变化特征。结果表明封育30年草地0—500cm各土层SOC储量显著高于封育10年草地和放牧草地,封育10年草地不同深度SOC储量与放牧草地并无差异;封育30年、10年和放牧草地STN储量在各土层无统计学上的差异,而封育30年不同深度STN储量显著高于封育10年和放牧草地;封育30年SOC,STN固持主要发生在10~30年间,0—500cm固持量分别为(482.5±39.3)Mg/hm~2,(27.7±2.4)Mg/hm~2,封育前10年有机碳、全氮固持量小,分别为(42.8±6)Mg/hm~2,(3.4±2.1)Mg/hm~2;封育30年0—500cm土层SOC和STN固持分别为(525.3±62.0)Mg/hm~2,(25.0±3.0)Mg/hm~2,固持速率分别为(17.5±2.1)Mg/(hm~2·a),(0.83±0.3)Mg/(hm~2·a);碳氮比随着封育年限增加而增大,随土层深度增加而降低。封育草地深层土壤有巨大固碳潜力,评估碳氮固持不仅要时间尺度,也要考虑深层土壤碳氮固持,以达到对生态系统碳氮储量评估的无偏估计。     

不同植被恢复措施下剖面根系与SOC的分布特征

根系是影响水土流失和土壤有机碳（SOC）变化的重要因素。在水土流失区,研究不同植被恢复措施下,根系生物量和土壤有机碳的分布特征对了解区域土壤碳循环具有重要意义。在水土流失严重的黄土丘陵沟壑区的燕沟小流域,选择地形条件类似的梁峁坡,采集了10种不同植被治理恢复措施下的剖面（0—100 cm）根系和土壤样品,研究了根系生物量和SOC在剖面的分布特征。结果显示:不同治理措施下的SOC呈现出灌木 > 乔木 > 灌草 > 草本的趋势,而根系生物量呈现出乔木 > 灌木 > 灌草 > 草本的趋势;SOC和细根生物量都随土层深度的增加呈对数递减趋势,但同一土层SOC和细根生物量的分布不一致,且根系比SOC的分布浅。     

河北坝上地区植被恢复的土壤碳水效应

坝上地区植被恢复影响土壤水分和土壤有机碳含量,从而影响区域水源涵养和土壤固碳能力。为了保证植被恢复的可持续性,确定该地区土壤水分和有机碳对植被的响应对于维护生态系统的稳定具有重要意义。以林地、灌木、农地、草地为研究对象,研究0—200 cm土壤水分和有机碳的垂直分布特征,并确定影响其变化的驱动因素。结果表明:(1)与草地相比,植被恢复导致深层土壤水分亏缺,林地和灌木深层(120—200 cm)土壤水分亏缺效应分别为-0.23±0.08和-0.16±0.05;(2)与草地相比,植被恢复增加固碳效应,且随着土层深度的增加而增加;(3)对照草地的碳水耦合协调度始终显著高于其他植被类型(p＜0.05),且始终属于碳水平衡状态;而林地和灌木浅层土壤(0—60 cm)属于碳水协调状态,但深层(120—200 cm)碳水耦合协调度仅分别为0.54±0.03和0.57±0.04,处于失调状态。(4)土地利用对深层(120—200 cm)土壤有机碳和土壤水分的变化更加重要,而土壤质地是影响整个土壤剖面变化的稳定因素。研究认为该区域植被恢复固碳效应的增加是以深层土壤水分亏缺为代价,碳水失调影响区域生态恢复的可持续性。     

缙云山5种植被下土壤活性有机碳及碳库变化特征

为揭示重庆市缙云山不同植被下土壤活性有机碳及碳库分配特征，以该地区5种植被类型：阔叶林、针叶林、混交林、竹林和荒草地为研究对象，分析不同植被类型下各土壤层次中有机碳（Soil organic carbon, SOC）、微生物量碳(Microbial biomass carbon，MBC)、可溶性有机碳(Dissolved organic carbon，DOC)、易氧化有机碳(Readily oxidized organic carbon，ROC)含量及其土壤碳库的变化特征。结果表明：土壤有机碳和各活性有机碳组分含量及分配比例受到植被类型和土层深度的明显影响。土壤有机碳的平均含量在0~100 cm土层表现为竹林（16.74 g/kg）>阔叶林（12.62 g/kg）>草地(11.14 g/kg)>混交林（8.16 g/kg）>针叶林（5.98 g/kg），并随土层深度的增加而减小。竹林和阔叶林的微生物量碳和易氧化有机碳含量均明显高于混交林和针叶林，各植被在剖面上均表现出垂直递减规律，表现出明显的表聚效应。除草地，4种植被的土壤碳库管理指数随土层深度的加深而减小，均表现为表层(0~20 cm土层)最高。不同植被类型间，竹林的可溶性有机碳分配比例在各土壤层次均最小，整个土壤剖面均值仅为0.1%。由相关性分析可知，微生物量碳、易氧化有机碳、土壤总有机碳含量和土壤有机碳储量有着极其显著的相关性。因此，土壤微生物量碳和易氧化有机碳可以作为衡量亚缙云山森林不同植被土壤有机碳库变化的敏感性指标。     

植被自然恢复过程中土壤有机碳密度与微生物量碳动态变化

以黄土丘陵区典型草原带宁夏固原地区为例,研究了退耕地在植被自然恢复过程中土壤有机碳密度及微生物量碳的动态变化。结果表明,植被自然恢复过程中,土壤有机碳(SOC)和微生物量碳(SMBC)表现为0-5cm土层5-10cm土层10-20cm土层,且在不同土层之间的差异性达到极显著水平(P0.01)。SOC和SMBC在植被自然恢复过程中亦表现出一定的表聚性。土壤剖面各土层SOC和SMBC皆随植被恢复年限的增加总呈上升趋势,且与恢复年限之间呈极显著的对数函数关系。植被恢复0～23a期间,表层土壤(0-5cm)SOC和SMBC年增长率分别为4.81%和6.96%,增加幅度较大;植被恢复23～75a期间,表层土壤SOC和SMBC的年增长率均为0.25%,增加趋势减缓。土壤剖面各土层微生物熵(SMQ)变化于2.113～4.375。土壤有机碳周转速率在恢复前期(0～12a)较快,恢复后期(12～75a)趋于稳定,土壤有机碳积累与转化主要发生在土壤表层。SOC和SMBC之间有极显著的线性正相关关系。植被恢复0～23a期间,与对照农地相比,0-20cm土层土壤有机碳密度增加了85.23%,增加速率较快;而在植被恢复23～75a期间,有机碳密度仅增加了6.60%,增幅减缓。表明植被自然恢复有助于黄土丘陵区土壤有机碳储量的增加,促进土壤碳固定。     

工程堆积体植被类型对土壤有机碳组分特征及影响因素研究

为明确工程堆积体不同植被类型下土壤有机碳(SOC)及易氧化有机碳(EOC)变化特征及其影响因子,分别设置乔木、灌木、草地和裸地这4种类型样地,分层采集0—10,10—20,20—40,40—60,60—80 cm的土壤并测定其有机碳组分及理化性质,采用主成分分析法及相关性分析法进行分析。结果表明:(1)不同植被类型之间SOC含量存在显著差异,乔木、灌木、草地和裸地下SOC均值依次为45.73,41.81,34.75,21.11 g/kg,植被恢复显著提升SOC含量,且表层土壤提升效果优于深层土壤。(2)乔木和灌木下土壤碳库活度(活性有机碳与非活性有机碳之比)显著高于草地,乔木、灌木下SOC更容易被植物吸收利用。(3)全氮(TN)、全磷(TP)、水解氮(HN)与SOC、EOC均呈显著正相关(p＜0.05),对SOC的提升起主要作用。因此,混种具有固氮作用的豆科植物有利于SOC的提升和积累。     

六道沟小流域地形序列土壤碳剖面分布特征及影响因素

为了更好地理解黄土高原植被恢复与生态重建过程对土壤碳循环过程的影响,研究选取位于黄土高原六道沟小流域的典型土壤地形序列(东北坡NE序列,西坡W序列),分析了不同坡向间及同一坡向内随植被类型变化土壤有机碳和无机碳的剖面分布特征及其影响因素。结果表明:六道沟小流域地形序列土壤有机碳含量在0—50cm土层内随土层深度增加而显著降低,50cm土层以下基本趋于稳定,且剖面上层(0—50cm)有机碳含量显著高于剖面下层(50—200cm,p0.05),但在同一深度土层(0—50,50—200,0—200cm)不同坡向林地和草地土壤有机碳平均含量均没有显著差异(p0.05)。与有机碳相比,无机碳含量相对较高并且主要在剖面下部(50cm以下)不同深度土层富集。NE序列林地和草地剖面无机碳平均含量接近(p0.05),而W序列林地剖面无机碳平均含量显著高于草地(p0.05);不同坡向草地剖面无机碳平均含量无显著差异(p0.05),但不同坡向林地剖面无机碳平均含量表现为W序列显著高于NE序列(p0.05)。0—50cm土层有机碳含量与pH、容重和土壤含水量均呈极显著负相关关系,而与土壤总孔隙度呈极显著正相关关系;50—150cm土层无机碳含量与pH和土壤总孔隙度均呈极显著负相关关系,而与容重、黏粒含量和土壤含水量均呈极显著正相关关系。NE序列和W序列2 m土体总碳密度相当,分别为15.2~47.4kg/m~2和18.3~51.3kg/m~2,其中无机碳密度占78%~94%,1—2m土层总碳密度占2m土体总碳密度的35%~74%。若只考虑土壤有机碳库或只考虑浅层1m土壤碳库,六道沟小流域2m土体总碳储量平均将被低估88%和51%。     

Effects of vegetation restoration on soil organic carbon sequestration at multiple scales in semi-arid Loess Plateau,China

Soil organic carbon (SOC) sequestration by vegetation restoration is the theme of much current research. Since 1999, the program of “Grain for Green”has been implemented in the semi-arid Loess Plateau, China. Its scope represents the largest vegetation restoration activity in China. However, it is still unclear for the SOC sequestration effects of vegetation cover change or natural succession promoted by the revegetation efforts at different scales under the semi-arid conditions. In this study, the changes in SOC stocks due to the vegetation restoration in the middle of Loess Plateau were estimated at patch, hill slope transect and small watershed scale from 1998 to 2006. Soil samples were taken from field for the determination of cesium-137 (¹³⁷Cs) and SOC contents. Vegetation cover change from 1998 to 2006 at the small watershed scale was assessed using Geographic Information System. The results showed that cropland transforming to grassland or shrubland significantly increased SOC at patch scale. Immature woodland, however, has no significant effect. When vegetation cover has no transformation for mature woodland (25 years old), SOC has no significant increase implying that SOC has come to a stable level. At hill slope scale, three typical vegetation cover patterns showed different SOC sequestration effects of 8.6%, 24.6%, and 21.4% from 1998 to 2006, and these SOC increases mainly resulted from revegetation. At the small watershed scale, SOC stocks increased by 19% in the surface soil layer at 0–20 cm soil depth from 1998 to 2006, which was equivalent to an average SOC sequestration rate of 19.92 t C y^− 1 km^− 2. Meanwhile, SOC contents showed a significant positive correlation (P < 0.001) with the ¹³⁷Cs inventory at every soil depth interval. This implied significant negative impacts of soil erosion on SOC sequestration. The results have demonstrated general positive effects of vegetation restoration on SOC sequestration at multiple scales. However, soil erosion under rugged topography modified the spatial distribution of the SOC sequestration effects. Therefore, vegetation restoration was proved to be a significant carbon sink, whereas, erosion could be a carbon source in high erosion sensitive regions. This research can contribute to the performance assessment of ecological rehabilitation projects such as “Grain to Green” and the scientific understanding of the impacts of vegetation restoration and soil erosion on soil carbon dynamics in semi-arid environments.     

黄土高原半干旱区不同土地利用下的土壤有机碳、碳组分和土壤营养

Cropland (CP), native grassland (NG) and two shrub land treatments which were converted from cropland in 1985:seabuckthorn (Hippophae rhamnoides L. ) (ST), and branchytamarisk (Tamarix ramosissima) (BT) were investigated to evaluate effects of land use conversion on soil organic carbon (SOC) and soil nutrients in the semi-arid region of the Loess Plateau of China. Total organic carbon (TOC), light fraction organic carbon (LFOC), heavy fraction organic carbon (HFOC), total N (TN), nitrate nitrogen (NO₃^--N) and nitrite nitrogen (NO₂^--N), ammonium nitrogen (NH₄⁺-N), total P, and available P (AP) were measured. The results showed that SOC in NG, ST and BT were 12.7%, 27.7% and 34.8% higher than that of the cropland, respectively. LFOC, light fraction (LF) dry matter, ratio of TOC to TN (C/N) and the ratio of TOC to AP (C/P) were higher in the shrub land or native grassland than in the cropland. Cropland had the highest TN, the sum of NO₃^--N and NO₂^--N, TP and AP due to the use of chemical fertilizers. TOC significantly correlated with LFOC, HFOC and C/N. LFOC significantly correlated with dry matter of the LF and C/N. TN, the sum of NO₃^--N and NO₂^--N and AP were significantly negatively correlated with TOC and LFOC. Therefore, land use conversion from cropland to shrub land, or maybe grassland, contributed to SOC sequestration and improved soil nutrients stabilization.     

不同土地利用类型对伊犁地区土壤活性有机碳库和碳库管理指数的影响

土壤碳库管理指数（CPMI）可以比较准确地发现人为因素对土地利用的干扰情况。以伊犁河谷不同土地利用类型（耕地、林地、草地和荒地）为研究对象,分析了不同土地利用类型土壤有机碳（SOC）含量、活性有机碳含量及其在SOC中的分配情况,各类有机碳含量之间的相关性、CPMI。研究表明:（1）不同土地利用类型SOC含量和水溶性有机碳（WSOC）含量有显著差异,SOC含量为草地 > 林地 > 耕地 > 荒地;WSOC含量为耕地（最高） > 荒地（最低）;易氧化碳（ROC）含量为草地最低;在0—20 cm和20—40 cm土层,微生物量碳（MBC）含量为草地（最高） > 林地（最低）;ROC含量为荒地高于草地。不同土地利用类型SOC含量均随土层深度增加而降低;ROC含量均随土层深度增加而升高;除林地外,其他样地MBC含量均随土层深度增加呈先升高后降低趋势,而WSOC含量均随土层深度增加而逐渐降低。（2）不同土地利用类型下ROC,MBC和WSOC所占SOC比例各不相同,且碳库的活度主要取决于ROC所占比例,ROC所占比例为荒地 > 耕地 > 林地 > 草地;MBC所占比例为荒地 > 耕地 > 草地 > 林地;WSOC所占比例为耕地 > 林地 > 荒地 > 草地。同一土地利用类型各活性有机碳所占比例情况为ROC > MBC > WSOC。（3）不考虑土层深度影响,耕地ROC含量与MBC含量呈极显著线性负相关;林地SOC含量与ROC含量呈显著线性负相关;荒地SOC含量与WSOC含量呈极显著线性正相关。不同土地利用类型下SOC,ROC,MBC,WSOC含量之间线性相关程度总体偏低。（4）同一土地利用类型,CPMI均随土层深度的加深先增大后减小;0—20 cm土层的CPMI为林地 > 荒地（100） > 耕地 > 草地。土地利用类型由荒地、草地、耕地转变为林地,有利于CPMI的提高,有利于土壤培肥,促进碳循环。     

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。     

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。     

流动沙丘造林对土壤物理组分有机碳分配的影响

(1)根据中国知网(CNKI)的《中国学术期刊影响因子年报(自然科学与工程技术.2010版)计量指标统计表》,《水土保持通报》综合统计源统计的总被引频次为3 446次(2009年版中为1 358次);复合影响因子为0.955;期刊综合影响因子为0.568(2008年为0.493),在所统计     

A global meta-analysis shows soil nitrogen pool increases after revegetation of riparian zones

Purpose

Sustainable management of riparian zone soils is required to ensure the health of natural ecosystems and maintenance of soil nitrogen (N) pools and soil N cycling. However, the effect of revegetation type and age on soil N pools remains poorly understood.

Materials and methods

This study compiled data from published articles to understand the effects of revegetation types and age on soil total N (TN) and soil inorganic N (NH₄⁺-N, and NO₃^?-N) using a meta-analysis. We extracted 645 observations from 52 published scientific articles.

Results and discussion

The revegetation of riparian zones led to a significant increase of soil TN (mean effect size: 11.5%; 95% CI: 3.1% and 20.6%). Woodland increased soil TN significantly by 14.0%, which was associated with the presence of N fixing species and high litter inputs. Soil NH₄⁺-N concentration significantly increased (mean effect size: 20.1%; 95% CI: 15.1% and 25.4%), whereas a significant decrease in soil NO₃^?-N (mean effect size: ? 21.5%; 95% CI: ? 15.0% and ? 27.5%) was observed. Of the revegetation types considered in this paper, NO₃^?-N concentration in soil followed the order: grassland < shrubland < woodland, suggesting that woodland might be more efficient in soil NO₃^?-N retention than grassland. The high plant N uptake and accelerated NO₃^?-N leaching in grassland could be related to the decreased soil NO₃^?-N in grassland compared with other revegetation types. Revegetation significantly decreased soil moisture by (mean effect size: ? 7.9%; 95% CI: ? 3.3% and ? 12.2%) compared with the control, which might be associated with the selection of exotic species as dominant vegetation in the riparian zone. Soil TN increased in revegetation ages between 10 and 40 years following revegetation and was related to increased soil organic carbon inputs within those ages following the establishment.

Conclusions

This study provides insight into influence of different vegetation types and age on soil N pools and soil moisture. This study also highlights the importance of revegetation in riparian zones to increase soil TN.

     

不同植被对晋陕蒙矿区排土场土壤养分16 a恢复程度的影响

为评价晋陕蒙矿区排土场土地复垦过程中不同植被措施对土壤肥力的恢复作用及程度,在内蒙古准格尔旗黑岱沟煤矿东排土场,分别选取已恢复16 a的7种不同人工植被(沙打旺、长芒草、紫穗槐+长芒草、刺槐林、沙棘林、杨树林、樟子松),并以周边原地貌条件下两种植被(退耕梯田长芒草、自然坡地沙棘林)为对照,分析了不同植被条件下0~10、10~20、20~40 cm土层土壤全氮、有机碳、硝态氮以及铵态氮的含量及其差异。结果表明:1)9种植被配置中除樟子松地和沙打旺草地外,土壤养分含量均随深度增加而递减。2)经过近16 a植被修复后,7种人工植被不同程度地改善了土壤肥力状况,其中刺槐纯林配置的恢复效果最佳,土壤肥力恢复程度接近或超过原地貌条件下植被的50%,沙棘次之。杨树和樟子松两种配置对土壤全氮、有机碳、硝态氮恢复效果相对较差,恢复程度均不超过40%。7种不同植被措施对土壤铵态氮的恢复程度相对较好,分别恢复到自然植被长芒草样地和自然植被沙棘样地的79.50%~93.77%,89.47%~105.70%。土壤全氮、有机碳、硝态氮恢复程度则相对较低,分别恢复到自然植被长芒草样地的24.70%~44.15%、25.09%~44.65%、47.25%~85.33%;分别恢复到自然植被沙棘样地的33.52%~56.85%、32.83%~54.82%、47.18%~84.66%。总之,尽管经过近16 a的复垦,7种人工植被下的土壤养分状况尚未完全恢复到该地区自然水平,但仍可认为该地区进行生态修复时可优先选择以刺槐为主的豆科乔木、以沙棘为主的灌木、以及长芒草等草本植物,并进行适当的套种、间种,以增强复垦效果。     

Soil Organic Carbon Accumulation in Abandoned Croplands on the Loess Plateau

The Grain to Green Program in China which began in 1999 led to the conversion of 0.64 million ha of cropland to grassland on steep sloping landscapes. However, the pattern of natural vegetation succession following cropland has not been well represented in previous regional syntheses of land use change effects on soil organic carbon (SOC). A chronosequence study focusing on the vegetation succession and soil carbon stocks was conducted in the center of the Loess Plateau. The chronosequence included fields of 0, 2, 5, 8, 9, 10, 12, 15 and 25 years of self‐restoration after cropland abandonment, as well as a natural grassland reference. Plant coverage, species richness and plant biomass increased significantly with time of cropland abandonment. Over time, the species composition more nearly resembled a natural grasslands community. Cropland abandonment replenished SOC stocks by 3.6 kg C m⁻² during the 25‐year self‐restoration, but the SOC accumulation was restricted to the upper soil profiles (0–60 cm). SOC accumulation rate was 88 g C m⁻² y⁻¹ in 0–30 cm and 55 g C m⁻² y⁻¹ in 30–60 cm soil depth, respectively. These carbon stocks were still significantly lower than those found in the natural grassland soil. Our results suggest that the recovery of plant communities and SOC stocks appears to be slow in this semiarid environment without revegetation effort along with appropriate field management, although the post‐agricultural soils have a high potential for carbon sequestration. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

新疆艾比湖地区不同土地利用类型土壤养分及活性有机碳组分研究

土壤有机碳及其组分是土壤质量的重要指标,在土壤许多物理、化学和生物特性中发挥着重要作用。通过对我国内陆荒漠自然生态系统中新疆艾比湖地区不同土地利用类型土壤进行采样和分析,系统地研究和比较了不同土地利用类型土壤养分及有机碳组分。结果表明:新疆艾比湖不同土地利用类型土壤总孔隙度与土壤容重变化趋势相反。不同土地利用类型对土壤养分具有较大影响,土壤有机碳、全氮、全磷和全钾均呈现出一致性规律,大致表现为林地草地耕地未利用地,而不同土地利用类型土壤全磷差异并不显著(p0.05)。不同土地利用类型土壤易氧化有机碳(EOC)、颗粒有机碳(POC)、轻组有机碳(LFOC)、水溶性有机碳(WSOC)、土壤微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)均呈现出一致性规律,大致表现为林地耕地草地未利用地。林地和草地EOC/SOC比例显著低于耕地和未利用地,说明林地和草地转变成耕地降低了土壤有机碳的稳定性;微生物商(MBC/SOC)基本表现为耕地林地草地未利用地,其中耕地和林地土壤MBC/SOC比例差异不显著(p0.05)。相关性分析表明,土壤活性有机碳各组分与SOC,TN,TK均具有极显著相关性关系,并且不同土地利用类型土壤EOC,POC,LFOC,WSOC和MBC含量之间均具有极显著相关性(p0.05),说明土壤活性有机碳很大程度上依赖于有机碳含量,活性有机碳各组分之间相互影响和密切联系,其中SOC,TN和TK是不同土地利用类型土壤活性有机碳变化的重要影响因子。