高寒山区地形序列土壤有机碳和无机碳垂直分布特征及其影响因素

地形、生物气候条件具有明显差异的青藏高原约占我国陆地面积的五分之一,开展该地区土壤有机碳和无机碳分布特征的研究对于理解青藏高原土壤碳循环过程与陆地碳库的精确预测以及应对全球气候变化具有重要意义。研究选取位于祁连山中段的阴、阳坡地形序列土壤,分析了不同坡向间以及同一坡向内随海拔高度变化土壤有机碳和无机碳的垂直分布特征及其影响因素。结果表明:阴、阳坡有机碳含量均随土壤深度增加而下降,但阳坡下降的速率(66%~91%)明显高于阴坡(31%~77%);阴坡土壤中碳酸钙基本淋失,通体无机碳含量较低(5.0 g kg-1),阳坡B层土壤无机碳含量是A层的2倍,表现为明显富集。阴坡和阳坡1 m土体总碳密度相当(分别为16.1~33.9 kg m-2和11.8~32.8 kg m-2),其中,阴坡以有机碳为主(占总碳密度的82%~99%),而阳坡有机碳和无机碳密度变化均较大(分别占总碳密度的27%~81%和19%~73%)。因此,坡向是影响高寒山区土壤碳垂直分布和组成的重要因素。此外,降雨量和植被类型对地形序列土壤有机碳和无机碳含量的空间变异也具有重要影响:降雨量每增加1 mm,表层(0~20 cm)土壤有机碳含量增加0.4 g kg-1,而淀积层(40~80 cm)土壤无机碳含量下降0.2 g kg-1;植被类型在一定程度上影响了土壤有机碳的富集程度。本研究揭示了青藏高寒山区土壤碳循环及其碳库预测应充分考虑微地形对坡面尺度下土壤碳垂直分布、碳库组成和空间变异的影响。     

古日乃湖盆沉积物发育土壤盐分与碳酸钙积累机制

干旱区湖泊是维持生态脆弱区环境平衡的重要载体,随着环境变化和人类对水土资源的不合理利用,我国干旱区湖泊日渐萎缩、干涸直至消失。湖泊干涸过程中,地下水位持续下降,风积物不断加积,土壤演化过程随之发生变化,但关于湖泊沉积物发育土壤演化特征的研究十分匮乏。本研究结合土壤发生学和地球化学方法分析了古日乃湖盆沉积物发育土壤的盐分与碳酸钙积累特征与机制。结果表明：盐分积累是古日乃湖盆土壤形成的主要特征,盐化土壤表层水溶性盐含量、Na~+浓度和钠吸附比分别为13.15～650.50 g·kg^-1、186.9～12 114.7 mmol·L^-1、22.3～890.5(mmol·L^-1)^1/2,土壤具有高含盐量、高Na~+浓度与高钠吸附比,表现出强度盐化特征。古日乃湖盆干涸,土壤积盐过程由现代盐化向残积盐化演化,盐分类型由氯化物型、氯化物-硫酸盐型向硫酸盐-氯化物型、硫酸盐型转变。借助于与Ca地球化学行为相似的Sr同位素组成分析,表明土壤碳酸钙以次生碳酸钙为主,其占比超过碳酸钙总量的80%;土壤碳酸钙主要来源于母质和...     

海南岛北部玄武岩区土壤母质均一性及相对年龄判定

【目的】时间序列法是定量研究土壤发生过程、演变速率及其变化阈值的重要手段,构建可靠的土壤时间序列需对土壤母质均一性和相对年龄进行判定。【方法】以海南岛北部不同喷发期玄武岩发育土壤所构成的成土时间序列（0.09、0.146、0.64、1.12、1.81、2.30 Ma B. P.）为对象,利用各种土壤属性参数（包括剖面形态、颗粒组成、稳定元素含量、风化发育指数和元素变化率等）对该时间序列母质均一性和土壤相对年龄进行判定。【结果】各剖面颜色、质地、结构等形态总体呈均一、渐变的特征,去除黏粒后的粗粉粒含量、稳定元素Ti/Zr比值在剖面内和剖面间变化均较小,表明时间序列土壤的起源母质相同。随着成土年龄的增加,黏粒含量和剖面发育指数呈线性增加的趋势,土壤风化强度指标（B指数、CIW指数、CIA指数和ba值）服从对数函数变化规律,在土壤相对年龄的判定中具有较好的指示意义。【结论】研究区土壤母质来源相同,土壤相对年龄可通过相关土壤属性体现出来,为定量研究土壤发生阈值奠定了基础。     

黄土高原北部日本弓背蚁巢穴结构特征及其影响因素

黄土高原大量的植被恢复为地栖性土壤动物提供了合适的栖息地和充足的食物,土壤动物的筑巢活动可提高土壤大孔隙的数量。以黄土高原北部神木县六道沟小流域的日本弓背蚁为研究对象,通过石膏浇筑法研究了日本弓背蚁巢穴结构特征,对比了日本弓背蚁(Camponotus japonicus)和针毛收获蚁(Messor aciculatus)成熟巢穴结构的异同,分析了土壤质地、土壤含水量和土壤容重对日本弓背蚁巢穴结构的影响。结果表明:日本弓背蚁的巢穴结构由通道和巢室组合而成,通道为圆柱形,其直径大小为4.1~6.6 mm,巢室的形状为倒置漏斗形或立体椭圆形,巢室横截面面积为606~2 117 mm~2;日本弓背蚁和针毛收获蚁巢穴在通道直径、巢室形状和横截面积、巢穴深度等方面有较大的差异;巢穴体积随着蚂蚁群落规模的增加而增加;日本弓背蚁群落在壤土和壤砂土中均有广泛分布,适宜其生存和繁殖的土壤含水量在60~200 g kg~(-1)之间,在土壤颗粒较大的干燥砂土中并不常见;土壤容重越大,蚂蚁巢穴的结构越简单,其通道的长度、分支、节点和巢穴总体积较小。但是,通道直径主要与蚂蚁的体型相关,不受土壤质地、含水量和容重的影响。本研究从小尺度分析了黄土高原植被恢复通过土栖性蚂蚁对土壤结构产生的间接影响,拓宽了黄土高原北部土壤大孔隙的研究范围。     

典型亚热带花岗岩地区森林流域岩石风化和土壤形成速率研究

岩石风化和土壤形成是地球表层物质循环的重要环节,了解岩石风化和土壤形成速率对土壤资源可持续利用和流域管理具有重要意义.本研究以位于我国亚热带的皖南花岗岩地区森林流域为例,通过野外监测其主要矿质元素输入输出量,应用流域中元素地球化学质量平衡原理,估算岩石风化和土壤形成速率.研究结果表明,在目前的降雨和酸沉降条件下,我国亚热带森林流域中,花岗岩的平均风化速率为0.696 t hm-2 a-1,土壤平均形成速率为0.598 t hm-2 a-1,所以需要经过2万年以上才能形成1 m厚的土壤.研究发现,大量输入土壤系统的H+由于被土壤风化和阳离子交换所消耗,径流水不至酸化,但是从长远来看,这会带来土壤的酸化.研究还表明根据当前的土壤形成速率,土壤允许流失量标准需要重新制定.     

青海省东部不同土地利用方式下土壤饱和导水率分布及其影响因素

研究高寒地区土壤饱和导水率分布特征及其影响因素可为评估脆弱生态系统水源涵养能力和构建区域水文模型提供参数。通过测定青海省东部南北样线24个样点(0—30 cm)土壤基本理化性质和饱和导水率(K_s),分析了不同土地利用方式下K_s分布特征及其影响因素。结果表明:K_s均值表现为林地(1.89 cm/h)草地(1.62 cm/h)农地(1.41 10 cm/h),其中农地K_s(0.10～3.92 cm/h)随着土层深度增加逐渐减小,而林地(0.28～7.69 cm/h)和草地K_s(0.10～5.34 cm/h)随土层深度增加表现为先增加后减小。不同利用方式下K_s均与pH、容重、孔隙度、黏粒含量、有机质含量及饱和含水量显著相关(P0.05)。利用多元回归分析获得了农地以总孔隙度、非毛管孔隙度和饱和含水量为输入因子的K_s传递函数,林地以毛管孔隙度和非毛管孔隙度为输入因子的K_s传递函数和草地以容重、非毛管孔隙度和饱和含水量为输入因子的K_s传递函数。研究结果可为其他高寒地区不同土地利用方式下K_s的模拟和预测提供参考。     

毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳水分利用来源研究

为探究毛乌素沙地典型治沙植物根系吸水来源及其影响因素,通过测定毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳(Salix psammophila)(18~20年)木质部水及其各种潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢氧同位素组成(δD和δ¹⁸ O),利用多元线性混合模型(IsoSource)研究沙柳水分来源的季节变化特征及其影响因素。结果表明,监测期间(6-11月)沙柳木质部水、降水、土壤水和地下水的δD值变化范围分别为-82.41‰~-52.91‰,-144.81‰~-6.60‰,-96.94‰~-42.65‰和-86.42‰~-71.82‰,δ¹⁸ O值变化范围分别为-10.77‰~-7.29‰,-18.86‰~-2.07‰,-12.85‰~-0.79‰和-10.86‰~-9.74‰。雨季(7-9月)降雨量和土壤含水量分别高于旱季(6,10,11月)24.80~90.10 mm和0.95%~1.84%,但6-9月地下水位却低于10-11月2~7 cm。沙柳根系在旱季6月主要利用深层土壤水(>200 cm)(33.70%)和地下水(26.20%),雨季(7-9月)逐渐转变为以吸收浅层土壤水(<200 cm)为主(50.70%~54.00%),10-11月由于气温降低、降水减少及沙柳生命活动减弱,浅层土壤水(<200 cm)对沙柳根系吸水的贡献高于雨季(7-9月)35.20%~40.00%,而地下水对沙柳根系吸水的贡献显著降低(<5.00%)。因此,沙柳根系对于毛乌素沙地季节性干旱具有较强的适应和调节能力,其吸水来源随降雨量、土壤含水量和地下水位季节波动而变化。     

基于31P NMR的自然成土过程中有机磷组分演变特征及影响因素研究进展

土壤有机磷(P_o)是土壤中重要的磷库,其形态、含量与生物有效性随成土过程而发生变化,进而影响土壤磷素供应、养分平衡及生态系统生产力。然而,与土壤无机磷(P_i)相比,以往的研究对P_o的重视不够,这主要是由于土壤中P_o的提取、分析和鉴定方法难于P_i。近年来,随着液相³¹P核磁共振(³¹P NMR)波谱技术在土壤学领域的应用,为定量分析土壤P_o组分及含量提供了新的技术手段,同时为更好地理解生态系统演化过程中不同形态P_o的转化特征奠定了基础。本文主要总结了土壤P_o的种类和性质,介绍了液相³¹P NMR分析土壤P_o的原理和方法,在此基础上综述了自然成土过程中不同形态P_o的转化特征及其影响因素,并指出了需进一步研究的方向和关键科学问题：包括量化成土过程中不同形态P_o转化速率、途径与环境阈值,阐明...     

干旱胁迫对黄土高原不同质地土壤长柄扁桃和沙柳幼苗生理生态特征的影响

通过盆栽控水试验,研究了干旱胁迫对黄土高原不同质地土壤(砂土、壤土)长柄扁桃和沙柳幼苗光合特性(净光合速率P_n、气孔导度G_s、胞间CO_2浓度C_i、内禀水分利用效率WUE)、蒸腾速率T_r及叶片水势Ψ_w的影响。结果表明:干旱胁迫下不同质地土壤长柄扁桃和沙柳P_n、G_s、WUE及T_r均呈现先上升后下降的趋势,而C_i和Ψ_w分别表现为上升和下降趋势。土壤质地显著影响长柄扁桃和沙柳对水分亏缺的敏感性,在相同干旱程度下,壤土中长柄扁桃P_n和G_s均显著高于砂土,而沙柳P_n和G_s表现为砂土显著高于壤土(p0.05)(重度干旱除外)。当土壤含水量降至中度和重度干旱时,长柄扁桃和沙柳WUE在不同质地土壤间具有显著差异(p0.05)。壤土中长柄扁桃生长优于砂土,而沙柳则相反。因此,黄土高原植被恢复与生态建设过程中不仅应根据土壤水分状况选择造林树种,还应考虑植物在不同质地土壤上对干旱胁迫的不同响应。     

土壤中铁锰结核微结构与组分研究进展

铁锰结核是土壤演化过程中形成的一种特殊新生体,其内部同心圆环带构造可用于反演古气候条件和成土环境,其组分可为微生物代谢提供营养元素和能量,进而影响土壤中养分和重金属的转化、固定与释放。本文综述了近几十年来国内外学者对土壤中铁锰结核研究所取得的进展,包括铁锰结核形成机制、演变过程与影响因素,不同地区铁锰结核微结构与组分差异,以及铁锰结核对养分转化与重金属吸附的影响。未来需进一步研究不同成土阶段铁锰结核形成速率与环境阈值,构建不同成土环境中铁锰结核演化模型,阐明铁锰结核对土壤中养分和重金属的固释机理,以期更好地理解地表关键带土壤发生过程与元素生物地球化学循环,为定量评价变化环境下土壤质量和功能提供依据。