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。     

基于CA-Markov模型的黄土塬区黑河流域土地利用变化

研究黄土高原的土地利用变化,可为其生态建设提供重要的决策依据。基于CA-Markov模型,分析了黄土高塬沟壑区黑河流域1985－2000年土地利用变化的趋势、速度、类型及其与地形的关系,并模拟了2015年土地利用情景。结果表明,黑河流域以耕地和中覆盖草地为主;1985－2000年林地和农地减少,草地和建设用地增加,其他类型变化很小;林地和草地相互转化与耕地转出是两大变化类型;土地利用变化主要发生在沟壑区。CA-Markov模型模拟的2000－2015年土地利用将保持1985－2000年的变化趋势,因此,需加强耕地保护措施,推进退耕还林草工程,促进区域可持续发展。     

典型农牧交错区土地利用变化驱动力分析

农牧交错带土地利用/覆被变化的驱动力研究是生态环境演化内在规律的重要组成部分,可以科学指导该地区的可持续发展。该文以农牧交错带的典型区域——内蒙古翁牛特旗为例,从土地利用变化过程的空间角度,基于GIS以及相关数理统计软件,使用Logistic模型分析了土地利用/覆被变化的内部和外部驱动力。结果表明模型中耕地变化的主要解释变量是到农村居民点的距离和农业气候区;草地变化的主要解释变量是到农村居民点的距离、土壤表层有机质含量和到乡镇中心的距离;林地变化的主要解释变量是到农村居民点的距离和海拔;空间异质性和土地利用变化过程的时间变量共同影响使用logistic回归模型来进行推断的能力;通过对草地logistic回归模型拟合度的检验,验证了不同土地利用类型变化的主要驱动力可以用空间统计模型来解释。     

典型农牧交错区土地利用变化驱动力分析

农牧交错带土地利用/覆被变化的驱动力研究是生态环境演化内在规律的重要组成部分,可以科学指导该地区的可持续发展。该文以农牧交错带的典型区域——内蒙古翁牛特旗为例,从土地利用变化过程的空间角度,基于GIS以及相关数理统计软件,使用Logistic模型分析了土地利用/覆被变化的内部和外部驱动力。结果表明模型中耕地变化的主要解释变量是到农村居民点的距离和农业气候区;草地变化的主要解释变量是到农村居民点的距离、土壤表层有机质含量和到乡镇中心的距离;林地变化的主要解释变量是到农村居民点的距离和海拔;空间异质性和土地利用变化过程的时间变量共同影响使用logistic回归模型来进行推断的能力;通过对草地logistic回归模型拟合度的检验,验证了不同土地利用类型变化的主要驱动力可以用空间统计模型来解释。     

张家口坝上地区土地利用方式对土壤理化性质的影响

土壤理化性质作为土壤健康评价的重要指标,对土地利用方式响应敏感.为揭示张家口坝上地区土地利用类型对土壤理化性质的影响,本研究以张家口市坝上地区草地、林地、菜地和常规耕地4种主要土地利用类型为研究对象,分析了0～15 cm和15～30 cm土层的pH、容重、有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)和有效态微量元素等物...     

泥石流多发区小流域土地利用方式对土壤性质的影响

以泥石流多发区云南东川阿旺小河流域为研究区域,采用野外调查与室内分析相结合的方法,探讨了流域内4种主要土地利用方式(林地、灌丛、草地、耕地)对土壤物理性质、抗冲能力、养分特征的影响。结果表明:不同土地利用类型土壤颗粒级配组成差异不明显,土壤含水量、容重、总孔隙度差异明显;含水量表现为林地草地灌丛耕地,容重表现为灌丛草地耕地林地,孔隙度表现为林地耕地草地灌丛;4种土地利用类型的抗冲性能不同,但变化趋势相似,并且抗冲系数的大小为林地草地灌丛耕地;在土壤养分的7种指标中,除水解氮含量在不同利用类型差异不显著外,其余指标有显著差异;从土壤物理性质与养分特征的相关分析中可知,含水量与其他因子的关系最为密切。通过以上分析可知,林地的蓄水保土效益最佳,而耕地的蓄水保土效益最差。     

基于CA-Markov的河西走廊土地利用变化研究

基于河西走廊1990年、2000年土地利用矢量数据，通过空间叠加和构建土地利用分布与变化的1 km-Grid数据集以研究20世纪90年代土地利用分布与变化的数量特征和空间格局特征，并运用马尔可夫模型和元胞自动机技术对2010年土地利用分布情景进行预测。研究表明：河西走廊以未利用土地和草地为主；20世纪90年代，耕地、城乡工矿居民用地增加，而林地、草地、水域和未利用土地减少；多种土地利用类型的开垦在区域土地利用变化中处于主导地位，其中“草地→耕地”和“未利用→耕地”2个变化类型的规模最显著。主要交通线与大的河流附近人类活动强烈，因而土地利用类型及变化类型比较多样，空间格局复杂。CA-Markov模型模拟结果表明2000～2010年间6个土地利用类型将保持原有的变化趋势和变化速率，因此，迫切需要加强对林地、草地和水域的保护，控制和阻止盲目开垦耕地的行为，推进退耕还林还草工程，促进区域生态环境质量的保护和改善。     

开垦对农牧交错带地带性和非地带性草地土壤性质的影响

该文以农牧交错带由地带性和非地带性草地开垦的农田及其相应的草地类型为研究对象,采用野外取样与实验室分析相结合的方法研究了开垦对农牧交错带草地土壤理化性质的影响,以期为农牧交错带土地的合理利用提供参考。结果表明,草地开垦后,其土壤特性出现颗粒组成粗化,体积质量增加,土壤毛管持水力降低,土壤有机碳、可溶性有机碳全氮、有效磷、有效钾和土壤有效态微量元素质量分数降低的现象;开垦导致了地带性草地土壤中有效铁、有效锰质量分数不能够满足农作物生长发育之需要。基于对地带性和非地带性两类草地开垦后土壤性质变化的分析及对比,提出了在农牧交错带秋季收获时应该对作物进行高留茬处理并适当延后春季翻耕时间,以减少风蚀作用的负面影响;应该通过秸秆还田和增施有机肥等方法来改善土壤性质,建议研究区应严格贯彻执行禁止对地带性草地的开垦,对已开垦的地带性草地应尽快实施国家提出的退耕还草政策;对于非地带性草地开垦的农田,应注重科学管理,合理利用。     

大理河流域退耕还林工程对生态系统服务功能的影响

以大理河流域为研究区,应用InVEST生态系统服务功能评估模型,结合1980年、1985年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年该流域的土地利用/土地覆被资料,定量评价了退耕还林工程对碳储量、土壤保持和水源涵养生态服务功能的影响。结果表明:(1)研究区30年间土地利用/土地覆被情况变化显著,其中林地和建设用地面积分别增加了31.52,0.65km~2,耕地、草地和水域的面积分别减少了2.49,27.32,2.36km~2;(2)研究区30年间碳储量值略有增加,不同土地利用类型碳储存能力从大到小的排序分别为林地草地耕地;(3)研究区30年间土壤保持量整体上以增加为主,耕地土壤保持能力明显低于林地和草地;(4)研究区30年间水源涵养量略有减少,不同土地利用/土地覆被类型的水源涵养量各有不同,且与当年降雨量关系密切。本研究通过对大理河流域生态系统服务功能进行评估,获得了研究区退耕还林工程的生态效果,可以为日后生态规划提供科学依据。     

艾比湖流域近40年来土地利用与覆被动态变化研究

土地利用与覆被变化(LUCC)是全球环境变化的研究焦点,定量评估土地利用变化对区域土地资源可持续利用具有重要意义。选择干旱区典型代表区域———新疆自治区艾比湖流域为研究区,基于1970年和2009年2期的LUCC数据,利用数学模型和ArcGIS分析了艾比湖流域1970—2009年近40 a来土地利用与覆被的变化过程。结果表明,在整个研究时段内耕地和城乡建设用地面积在不断增加,其中耕地面积的年平均变化率为5.21%,城乡建设用地为5.62%,其它土地利用类型的面积均减少;耕地和草地、未利用地与草地之间的转化比较明显;城乡建设用地的动态变化最大,水域的动态变化最小;转入贡献率中占优势的主要是未利用地、草地和耕地,转出贡献率占优势的主要是未利用地和草地。     

土壤健康评估指标、框架及程序研究进展

土壤健康已经成为土壤学中的研究热点。对土壤健康进行科学的评估是进行土壤健康管理和实现可持续发展目标的基础。然而,由于土壤具有多种属性和生态服务功能,科学地进行土壤健康评估面临着巨大的挑战。本文回顾了土壤健康概念的发展历程,总结了进行土壤健康评估的物理、化学和生物学指标及其表征意义;介绍了目前常用的土壤健康评估框架及其适用性,梳理了土壤健康评估的一般程序,并指出我国未来的土壤健康评估应该关注碳汇指标、生物学指标和环境指标。本文旨在为建立符合我国国情的土壤健康评估方法提供借鉴。     

黄河上游西柳沟流域土壤侵蚀对土地利用变化响应

为科学认识土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响,研究基于黄河上游西柳沟流域1980年、2015年两期土地利用变化和相应的土壤侵蚀强度变化,研究了土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)西柳沟流域草地、林地和耕地3种主要的土地利用类型转出面积大小为草地>林地>耕地,耕地主要转化为草地,林地大部分转为未利用土地,草地大部分转为耕地和未利用土地;(2)西柳沟流域1980年、2015年平均土壤侵蚀模数分别为1946.56,1 873.55 t/(km²·a),其中草地土壤侵蚀模数最大,其次为林地,土壤侵蚀量主要来自于草地;(3)西柳沟流域35年间微度侵蚀和轻度侵蚀占主导,土壤侵蚀程度总体上呈降低的趋势,具体表现为草地的部分面积向林地和耕地分别转化了4.47,17.54 km²,说明土地利用结构的改变是影响流域土壤侵蚀变化的关键因素。研究成果以期为黄河上游小流域水土流失治理提供参考。     

重庆龙溪河流域水生态系统服务时空演变及对土地利用变化响应

探究区域水生态系统服务时空变化状况及其与土地利用的关系,有利于区域水生态环境保护和国土资源合理开发利用,帮助决策者通过合理的土地利用方式提高区域生态系统服务能力,平衡区域生态功能与农业生产功能。选择位于长江上游重要生态屏障的重庆市龙溪河流域作为研究对象,利用InVEST模型,对龙溪河流域近20年产水、水质净化、土壤保持服务等水生态系统服务的时空变化特征和其受不同土地利用类型的影响进行了研究。结果表明:(1)近20年龙溪河流域水生态系统服务总体呈增强变好的趋势,但存在一定的空间差异性。虽然产水与水源涵养服务在整个流域空间上相差不大,但水质净化服务在流域林地密集区较场镇和工业集聚区强,土壤保持服务在流域中部南北向水域、建设用地、农地集中区较流域东西两侧坡地强。(2)不同土地利用类型对流域水生态系统服务贡献呈现较大差异性。产水服务由强到弱表现为耕地>林地>建设用地>草地>水域,水源涵养能力表现为耕地>草地>水域>林地>建设用地,水质净化服务表现为林地>草地>建设用地>耕地>水域,土壤保持服务表现为水域>建设用地>耕地>林地>草地。(3)为平衡供给与调节服务,宜以乡镇为单元将龙溪河流域划分为生态修复区、农业生产区、城镇发展区,并针对各分区采取相应生态措施。     

城市土地利用变化对生态系统服务的影响——以西安市为例

土地利用变化会引起各类生态系统服务价值的变化,以中国生态系统单位面积生态服务价值当量表为基础,应用Constanza生态系统服务价值计算方法,采用2001—2011年的时间序列数据,分析了西安市各类土地的变化情况及其对生态系统服务价值的影响。研究表明:2001—2011年研究区土地利用变动较快,且为林地、建设用地和园地面积增加,耕地、草地、水域、未利用地面积减少的“三增四减”趋势;同时,土地的生态服务价值从2001年的255.02亿元上升到2011年的261.17亿元,这主要得益于大量其他地类转化为林地;最后,敏感性分析结果显示所有地类的敏感度都小于1,证明相关结果可信。     

基于InVEST模型的门头沟区生态系统土壤保持功能研究

人类不合理的土地资源开发所导致的土壤侵蚀成为山区生态系统关注的热点和焦点问题。选择生态涵养与土壤侵蚀并存的北京市纯山区门头沟区为研究区域,在分析2005—2013年门头沟区土地利用与土地覆被变化的时空差异的基础上,采用了InVEST模型对区内生态系统的土壤保持功能进行了定量分析和动态评估。研究表明:（1）2005—2013年,门头沟区耕地、林地和水域、未利用地面积减少,园地、草地、建设用地增加;耕地和园地变化显著,耕地主要转为园地、林地和建设用地;园地主要由耕地和林地转化而来。（2）2005—2013年,门头沟区土壤保持能力和保持量均呈增加趋势,单位面积土壤保持能力由87.41 t/（hm²·a）增加到113.56 t/（hm²·a）,土壤保持量增加了377.38万t,土壤侵蚀量减少了23.42万t;受土地利用与土地覆被变化、降雨侵蚀力以及植被覆盖度影响,西北、东北地区土壤保持功能增强,西南地区减弱,东部地区基本不变。（3）不同土地利用与土地覆被类型的土壤保持能力排序为:林地 > 草地 > 未利用地 > 建设用地 > 耕地 > 园地 > 水域;2005—2013年,不同土地利用/覆被类型的单位面积土壤保持能力均呈增加趋势;除耕地外,其他地类的土壤保持总量均呈增加趋势。     

Interactive effects of elevation and land use on soil bacterial communities in the Tibetan Plateau

The Tibetan Plateau of China is uniquely vulnerable to the global climate change and anthropogenic disturbances. As soil bacteria exert a considerable influence on the ecosystem function, understanding their response to different climates and land-use types is important. Here, we characterized the bacterial community composition and diversity across three major ecosystems (cropland, forest, and grassland) in the Sygera Mountains of Tibet, along a typical elevational gradient (3 300-4 600 m). The abundance of taxa that preferentially inhabit neutral or weak alkaline soil environments (such as Actinobacteria, Thermoleophilia, and some non-acidophilus Acidobacteria) was significantly greater in the cropland than in the forest and grassland. Furthermore, the diversity of soil bacterial communities was also significantly greater in the cropland than in the forest and grassland. We observed a unimodal distribution of bacterial species diversity along the elevation gradient. The dominant phyla Acidobacteria and Proteobacteria exhibited consistent elevational distribution patterns that mirrored the abundance of their most abundant classes, while different patterns were observed for Acidobacteria and Proteobacteria at the class level. Soil pH was the primary edaphic property that regulated bacterial community composition across the different land-use types. Additionally, soil pH was the main factor distinguishing bacterial communities in managed soils (i.e., cropland) from the communities in the natural environments (i.e., forest and grassland). In conclusion, land use (particularly anthropogenic disturbances such as cropping) largely controlled soil environment, played a major role in driving bacterial community composition and distribution, and also surpassed climate in affecting bacterial community distribution.     

黄土丘陵区侵蚀土壤质量评价

通过建立侵蚀土壤质量单因素评价模型和综合评价模型,选出了黄土丘陵区适宜的侵蚀土壤质量评价方法,定量评价了该区土地利用方式对土壤质量的影响。结果表明,采用加权综合法对土壤质量进行综合评价能够较好地反映土壤质量的实际情况,敏感地反映土地利用方式变化对土壤质量的影响。应用因子分析法所筛选的8项土壤质量简化评价指标能够很好地反映29项综合评价指标的信息,评价结果具有较高的代表性。拟定了黄土丘陵区侵蚀土壤质量分级标准,将研究区土壤质量分为5级。黄土丘陵区10种土地利用类型间土壤质量差异显著,以天然乔木林地土壤质量最佳,属1级;其次是天然灌木林地和大棚菜地,土壤质量属2级;天然草地土壤质量属于3级,人工乔灌林地土壤质量接近3级;人工草地、撂荒地、农地和果园土壤质量属于4级。     

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。     

Impacts of land-use pattern on soil water-content variability on the Loess Plateau of China

Abstract

Long-term vegetation restoration carried out on the slopes of the Loess Plateau of China employed different spatial and temporal land-use patterns but very little is known about the effects of these patterns on soil water-content variability. For this study the small Donggou catchment was selected to investigate soil water-content distributions for three spatial scales, including the entire catchment area, sampling transects, and land-use systems. Gravimetric soil water contents were determined incrementally to a soil depth of 1.20 m, on 10 occasions from April to October, 2007, at approximately 20-day intervals. Results indicated that soil water contents were affected by the six land-use types, resulting in four distinct patterns of vertical distribution of soil moisture (uniform, increasing, decreasing, and fluctuating with soil depth). The soil water content and its variation were also influenced in a complex manner by five land-use patterns distributed along transects following the gradients of five similar slopes. These patterns with contrasting hydrological responses in different components, such as forage land (alfalfa)–cropland–shrubland or shrubland–grassland (bunge needlegrass)–cropland–grassland, showed the highest soil water-content variability. Soil water at the catchment scale exhibited a moderate variability for each measurement date, and the variability of soil water content decreased exponentially with increasing soil water content. The minimum sample size for accurate data for use in a hydrological model for the catchment, for example, required many more samples for drier (69) than for wet (10) conditions. To enhance erosion and runoff control, this study suggested two strategies for land management: (i) to create a mosaic pattern by land-use arrangement that located units with higher infiltration capacities downslope from those with lower soil infiltrabilities; and (ii) raising the soil-infiltration capacity of units within the spatial mosaic pattern where possible.     

Land use effects on the dynamics of soil C, N and microbes in the water-wind erosion crisscross region of the northern Loess Plateau, China

The water-wind erosion crisscross region of the northern Loess Plateau in China is under constant pressure from severe erosion due to its windy and dry climate and intensive human activities. Identifying sustainable land use patterns is key to maintaining ecosystem sustainability in the area. Our aim was to appraise the impacts of different land use regimes on the dynamics of soil total organic C(TOC), total N(TN), and microbes in a typical watershed in the northern Loess Plateau to identify sui...