三江源退化高寒草原土壤有机碳组分分布研究

在青海省三江源区选择了玛多县花石峡镇高寒草原典型样区,划分5种不同退化程度样地(原生植被UD、轻度退化LD、中度退化MD、重度退化HD、极度退化ED),10 cm等深度采集表土土壤样品,分析土壤有机碳和组分含量变化。结果表明,研究区内高寒草原土壤表土有机碳及组分含量随退化程度加剧和土层加深呈显著下降。与原生植被相比,轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化下0~30 cm土层土壤有机碳含量分别平均降低了19.4%、44.4%、67.0%和79.7%,土壤轻组有机碳含量分别平均降低了14.4%、46.8%、68.9%和81.3%,土壤重组有机碳含量分别平均降低了21.1%、43.6%、66.4%和79.1%。轻组占有机碳含量的比例为20.45%~29.02%,重组占有机碳含量的比例为70.98%~79.55%,有机碳含量的分布主要集中在重组。总的来看,表层土壤有机碳及组分含量在生态系统退化下的变化最剧烈。随退化程度加剧,高寒草原土壤有机碳含量下降迅速,损失严重。保护高寒草地生态系统,对于三江源区畜牧业可持续发展和我国陆地生态系统碳库具有极重要的意义。     

三江源区不同退化程度高寒草甸表土层的土壤水分变化特征

土壤水分是影响青藏高原高寒草甸生态过程和生态承载能力关键因素之一,掌握其变化特征对于高寒地区生态保护和修复具有重要意义.基于HOBO土壤温湿度仪器监测数据,分析2019年8月至2020年8月三江源区不同退化程度(未退化(ND)、轻中度退化(LMD),重度退化(HD))下高寒草甸表土层土壤3个层级L1(0-5 cm)、L...     

若尔盖高原退化湿地土壤有机碳储量

为了定量评价若尔盖高原泥炭沼泽湿地退化的碳储存潜力,研究通过土壤剖面法,收集了3个样点的泥炭沼泽湿地土壤样品(原始泥炭地0—200cm、中度退化沼泽湿地0—100cm和重度退化泥炭地0—100cm)。研究表明:(1)中度退化沼泽湿地(1.11±0.18g/cm~3)和重度退化泥炭地(0.72±0.04g/cm~3)土壤容重平均值较原始泥炭地增加了251.8%和129.7%;中度退化沼泽湿地(46.18±6.61g/kg)和重度退化泥炭地(87.37±6.36g/kg)土壤有机碳含量平均值较原始泥炭地降低了74.2%和51.1%。(2)土层深度为0—100cm时,原始泥炭地土壤有机碳储量较中度退化沼泽湿地(384.73±95.57t/hm~2)显著高了47.0%,而与重度退化泥炭地(518.39±33.07t/hm~2)土壤有机碳储量无显著差异;当原始泥炭地有机层增加到0—200cm后,中度退化沼泽湿地和重度退化泥炭地土壤有机碳储量较原始泥炭地(1 088.17±172.84t/hm~2)降低了64.6%和52.4%,退化湿地土壤有机碳储量的降低可能主要是土壤有机碳含量降低的原因。尽管退化湿地土壤有机碳储量下降,但仍是中国(102.89t/hm~2)和全球(116.56t/hm~2)陆地土壤有机碳储量的3~5倍,该研究可为保护与恢复若尔盖高原湿地提供科学依据。     

尕海湿地植被退化过程中土壤有机碳矿化特征

为了揭示植被退化对湿地土壤碳矿化过程的影响,以甘南尕海4种不同植被退化梯度的湿地(未退化(UD)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)及重度退化(HD))为研究对象,采用室内恒温培养和碱液吸收法研究不同土层土壤有机碳(SOC)矿化速率和累积矿化量,结合一级动力学方程,分析土壤半矿化分解时间(T1/2)、有机碳矿化潜势(C0)等参数对植被退化的响应。结果表明:(1)不同植被退化梯度湿地SOC矿化速率在培养期内呈现出基本一致的变化趋势,表现为,培养初期(0~4天)矿化速率快速下降,且数值较高,培养中后期缓慢下降(4~41天)并趋于平稳;各培养温度下,不同植被退化梯度湿地土壤在各土层有机碳矿化速率大小均为UD>LD>MD>HD。(2)在整个培养期间,各植被退化梯度湿地土壤有机碳矿化速率均随土层加深而降低,表层0-10 cm的矿化速率(1.14~16.23 mg/(g·d))均显著高于10-20 cm(1.05~2.85mg/(g·d))和20-40 cm土层(0.94~1.26 mg/(g·d))。(3)4种植被退化梯度湿地在不同温度下的土壤有机碳累积矿化量均值排序为5°C(34.54 mg/g)<15°C(46.67 mg/g)<25°C(58.28 mg/g)<35°C(86.46 mg/g)。(4)一级动力学方程的C0值随植被退化程度增加呈递减趋势,而C0/SOC随着温度的升高而降低。因此,植被退化能显著降低高寒湿地土壤有机碳矿化速率,而气候变暖能够显著增加湿地土壤有机碳矿化量。     

青藏高原高寒草甸退化与修复研究进展

青藏高原高寒草甸受气候变化和人类活动的影响,发生了严重的退化.从土壤、土壤微生物和植物群落3个方面对近年来青藏高原退化高寒草甸的研究进展进行梳理,对近年来退化草地修复的研究进展从草地补播、划破草皮、无纺布覆盖、围栏封育、施肥及政策影响等方面进行了综述,在此基础上对未来的研究方向进行了展望.     

高寒草甸植被生育期耗水量和耗水规律的分析

用１９９１～１９９３年在高寒草甸地区植被生育期测定的土壤水分资料，联系土壤水分平衡方程，讨论高寒草甸植被生育期的耗水量和耗水规律的特征，结果表明，草甸地区植被生育期５月２０日～９月１５日，３年平均耗水量约为３６１．０ｍｍ；全年牧草地上净初级生物量与耗水量具有一定的相关性；植被生育期内气温、降水的协调配合能提高牧草地上净初级生物量。５～９月，植被耗水量变化量单峰型曲线，３年平均表明，７月耗水量最高，５月最低。     

不同放牧方式下高寒草甸土壤碳组分的对比研究

高寒草甸具有重要的碳汇功能。在冷湿环境下,土壤有机质分解缓慢,碳库积累对区域碳平衡发挥着重要的作用。然而,高寒草甸土壤退化对人类活动异常敏感,研究土壤碳库变化对放牧干扰的响应,可以为深入揭示高寒草甸的退化机理提供科学依据。藏猪放牧是目前存在于我国海拔3 000~4 000 m地区的主要放牧形式之一,本文以滇西北高原湿地——纳帕海作为研究对象,对比分析了纳帕海高寒草甸上的牛羊与猪拱放牧对土壤碳库特征的差异化影响。研究表明,猪拱放牧较牛羊放牧降低了土壤总有机碳以及活性有机碳(高活性碳、中活性碳以及低活性碳)的含量。与其他碳库相比,中活性碳库对猪拱放牧的响应最为敏感,可以作为重要的干扰指示因子。猪拱放牧影响下,土壤微生物生物量碳含量小于牛羊践踏下的土壤微生物生物量碳含量。随着土层深度的增加,土壤碳存储量呈下降趋势,对放牧干扰的响应也逐渐减弱,表层土壤(0~10 cm)受放牧干扰的影响最大。在不同研究区域上,由于土壤理化性质的差异,与沼泽化草甸相比,陆生草甸对猪拱放牧的响应较大。冗余分析(RDA)进一步表明,土壤碳库与土壤含水率、容重与孔隙度等理化因子的变化密切相关。综上,土壤碳库改变与放牧方式、放牧区域以及土壤剖面深度有关,猪拱放牧导致土壤表层裸露并引起土壤结构发生变化,进而导致土壤有机碳含量显著下降。其生态破坏程度较牛羊放牧更为严重。     

红壤侵蚀区植被恢复过程中土壤有机碳组分变化

为了解土壤有机碳组分在植被恢复过程中的变化规律,选取了红壤区本底条件基本一致的不同恢复年限马尾松林为研究对象,以未治理的侵蚀裸地(CK1)和恢复后的次生林(CK2)为对照,采用物理化学分组法,将土壤有机碳分为由溶解性有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POM)组成的活性碳库、物理保护态的团聚体与粉粒和黏粒组合成的缓效性碳库以及化学结构稳定的惰性碳库。结果表明:在植被恢复过程中(0~30年)活性碳库储量及其分配比例在植被恢复7~10年显著提高(P0.05),并在植被恢复27~30年保持较稳定水平,缓效性碳库储量及其分配比例在27~30年呈显著变化(P0.05),而活性碳库分配比例有所降低,且POM、DOC与缓效性碳库均达显著相关(P0.01),说明活性碳库在恢复7~10年后逐渐向缓效性碳库转化;惰性碳库储量随恢复年限不断增加,但其分配比例保持较稳定水平。相关性分析显示,恢复年限、不同组分与不同碳库均达显著相关(P0.01),且缓效性碳库随植被恢复最敏感,说明在马尾松恢复过程中土壤有机碳以活性碳库积累逐渐转化为缓效性碳库积累为主,进而影响惰性碳库的积累,有利于土壤有机碳的长期保持。     

模拟增温对长江源区高寒草甸土壤养分状况和生物学特性的影响研究

采用增温棚模拟增温的方法,对比研究了青藏高原腹地的风火山地区典型的高寒沼泽和高寒草甸在两种增温梯度条件下的土壤养分状况、微生物生物量碳氮和酶活性对温度升高的响应。结果表明:(1)模拟增温显著提高了增温棚内的气温和5 cm土壤温度,高寒沼泽草甸区不封顶增温棚平均气温和5 cm土壤温度分别较对照升高2.54℃和0.68℃,封顶增温棚平均气温和5 cm土壤温度分别较对照提高4.99℃和1.43℃;高寒草甸区内不封顶和封顶增温棚5 cm土壤平均温度分别较对照提高0.31℃和3.93℃。(2)模拟增温对两种草甸土壤养分含量的变化表现不一致,高寒沼泽草甸中开顶和封顶式增温棚0~5 cm土层中土壤有机碳和全氮含量降低,5~20 cm土层中却增加;相反的,高寒草甸中开顶和封顶式增温棚0~5 cm土层中土壤有机碳和全氮含量增加,5~20 cm土层中减少。(3)模拟增温显著提高了土壤微生物生物量碳、氮的含量,但由于封顶式增温棚增温幅度过大,抑制了微生物的代谢活动,导致微生物生物量碳、氮降低。(4)模拟增温使土壤过氧化氢酶、脲酶和蛋白酶的活性在两种草甸中均有不同程度的提高,碱性磷酸酶活性减小,蔗糖酶活性在两种草甸中表现出不一致的变化情况。同时,封顶增温棚内的过氧化氢酶、脲酶和蛋白酶活性增加的幅度,蔗糖酶和碱性磷酸酶减少的幅度均小于开顶式增温棚内的酶活性。两种草甸土壤有机碳和全氮含量的变化对模拟增温的响应情况不一致,这与不同类型草甸中土壤理化性质、水热状况、土壤代谢、植物种类及土壤生物(动物和微生物)区系、数量和生物多样性等因子有关。     

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。     

侵蚀区植被恢复过程中土壤有机碳稳定性的研究进展

探究土壤有机碳(SOC)的组成、来源和稳定性机制是深入认识陆地碳汇功能和应对气候变化的关键。“增加土壤碳汇”与“稳定现存土壤碳汇”都是提升陆地生态系统碳固持能力的重要方面,地位同等重要。与“增汇”研究成果丰硕相比,“稳汇”研究相对薄弱。侵蚀区进行植被恢复可以显著促进SOC积累,但由于侵蚀区存在碳素坡面侵蚀损失,其碳素积累效率低于其他生态系统类型区这一重要环节,导致目前有关侵蚀区及其水土保持植被恢复过程中SOC动态变化、稳定性及固持长期有效性等问题尚不清楚,微生物介导的SOC稳定机制尚未充分揭示。通过简要概括侵蚀区植被恢复过程中土壤碳素的积累效益和影响因素,综述植被恢复对土壤SOC及其活性组分稳定性的影响;在简要介绍土壤微生物在调控土壤碳素稳定性重要作用的基础上,梳理了基于微生物“碳泵”理论的土壤有机碳稳定性研究进展,特别是指出了随着植被恢复进程,侵蚀区土壤微生物介导的SOC动态变化,总结现有研究的不足。指出今后需要从研究对象(重点是西南石漠化区和南方红壤丘陵区)、研究内容(土壤微生物介导的SOC稳定状态和机制)、研究手段(借用微生物碳泵的理念,野外典型样地调查与室内培养手段相结合)和研...     

植被恢复对干旱区生态光伏电站土壤团聚体组成及有机碳的影响

为给干旱区生态光伏电站植被恢复,土壤结构稳定性以及有机碳固持提供理论依据,选取光伏电站生态示范区内3种典型的人工植被樟子松、黄芪和苜蓿为研究对象,以未进行植被恢复工作的土地为对照,探究了不同植被恢复措施下0—40 cm土壤各粒径团聚体分布特征、稳定性水平和有机碳变化特征。结果表明：相比于对照,樟子松、黄芪和苜蓿地的水稳定性大团聚体(>0.25 mm)含量增加,微团聚体(<0.25 mm)含量降低,尤其是樟子松样地大团聚体含量最高。3种植被的水稳性团聚体MWD(平均重量直径)和GMD(几何平均直径)均显著高于对照,而D值明显低于对照,在整个土壤剖面中,土壤团聚体稳定性指标均以樟子松样地最佳,表明樟子松样地土壤结构改善效果明显,团聚体稳定性较高。土地的利用方式转变后,樟子松、黄芪和苜蓿地的有机碳含量和有机碳贡献率均增加,其中以樟子松样地最为突出,并且3种植被的有机碳含量增量主要源于0.25～0.053 mm粒级团聚体的贡献。樟子松样地较黄芪和苜蓿地土壤团聚体稳定性更高,更有利于提高有机碳累积量。     

海南岛三大流域农业土壤源污染物流失特征研究

采用径流场结合人工模拟降雨方式,研究了海南岛万泉河、南渡江和昌化江三大流域土壤中氮、磷、有机质等营养物质的流失特征。结果表明,三大流域土壤径流系数和泥沙流失速率的大小顺序为：暴雨〉大雨〉中雨;相同雨强条件下,万泉河的径流系数与南渡江相近,昌化江最小;泥沙流失速率大小顺序为：万泉河〉南渡江〉昌化江;雨强对总磷（TP）流失速率的影响达到极显著水平,磷随径流流失以颗粒磷（PP）为主;氮在雨强较小时以可溶氮（DN）流失为主,当达到暴雨时则以颗粒氮（PN）流失为主;雨强越大,地表径流中COD、TN、DN和PN流失速率越高。三大流域区土壤养分随泥沙流失特征相似,不同雨强条件下,三大流域的总氮、总磷和有机质流失速率的规律一致,雨强越大,流失速率越高;在同一雨强条件下,三流域区总氮、总磷和有机质随泥沙流失速率为：昌化江〉万泉河〉南渡江。影响面源流失的主要因素为坡度、雨强、土质等。     

华南花岗岩侵蚀区不同植被类型坡面土壤有机碳分布和团聚体稳定性

植物是影响土壤有机碳含量和土壤团聚体稳定性的重要因素。选取华南典型花岗岩侵蚀区荒草地、桉树林、湿地松林和木荷林4种植被类型径流小区的土壤为研究对象,分析测定不同坡位、不同土层深度的土壤有机碳特性和团聚体稳定性等指标,评价不同植被类型对土壤养分的分布特性以及团聚体稳定性差异,明确花岗岩侵蚀退化区较为理想的生态恢复措施,旨在为合理利用土壤、重建坡面植被和改善土壤结构提供科学依据。结果表明:土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)和溶解性有机碳(DOC)含量随土层加深逐渐降低,而林地小区土壤碳氮比(C/N)则相反,荒草地碳氮元素的坡面变异系数(CV)显著高于其他3种林地,其中桉树林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低40%,56.18%,68.5%和25.81%;湿地松林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低62.73%,33.71%,46.46%,58.06%;木荷林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低41.82%,38.2%,51.18%,48.39%,表明林地较荒草地更有利于土壤碳氮在坡面的均质化和有机质的积累。荒草地和木荷林地0.25 mm粒径以上的团聚体在上、中坡位的质量分数显著高于其他植被类型,而林下植被生物量较高的木荷林地的平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)显著高于其他植被类型。其中木荷小区水稳性团聚体平均质量直径(MWD)较荒草地、桉树和湿地松分别高20.10%,19.58%,23.20%;几何平均直径(GMD)较荒草地、桉树和湿地松分别高20.00%,19.54%,22.23%,表明在花岗岩侵蚀区林地空间结构较好的林草模式有利于土壤有机碳的积累和土壤结构的稳定。     

尕海湿地植被退化过程中土壤轻重组有机碳动态变化特征

以甘肃省甘南尕海湿地内的沼泽化草甸为研究对象,采用野外取样和室内测试相结合的方法,研究植被退化过程中土壤轻重组有机碳含量及动态变化。结果表明:不同植被退化阶段0—20cm土壤轻组有机碳含量差异显著(P0.05),表现为未退化轻度退化重度退化中度退化;20—100cm土壤轻组有机碳受植被影响较小。整个土壤剖面重组有机碳含量表现为中度和重度退化显著高于未退化和轻度退化(P0.05)。土壤轻重组有机碳含量均随土壤剖面下降显著降低(P0.05)。各退化阶段沼泽化草甸土壤轻重组有机碳均呈现出明显的时间变化,在0—20cm土层,未退化阶段轻组有机碳表现为降—升—降的变化趋势,即5月最高,7月和9月最低,其他各退化阶段则在6月降低并趋于稳定;20—100cm土层轻组有机碳变化幅度较小。各退化阶段土壤重组有机碳动态变化较为一致,均随时间延长呈线性下降,不同月份之间差异显著(P0.05)。说明植被退化导致轻组有机碳含量下降,重组有机碳增加,而在植被生长过程中主要消耗轻组有机碳,重组有机碳相对稳定。相关分析表明,地下生物量与土壤含水量的变化对土壤轻重组有机碳影响显著。     

半干旱区不同土层深度土壤有机碳变化

选择内蒙古自治区赤峰市敖汉旗黄花甸子流域为研究对象,运用地统计学与ArcGIS空间分析工具相结合的方法研究了不同土层深度土壤有机碳含量、密度以及储量的变化情况。结果表明,不同土层有机碳含量与密度由高到低均表现为:表层(0—20cm)中层(20—60cm)底层(60—100cm)。表层土壤碳密度随海拔高度的增加而下降,有机碳含量呈现先增加后降低的趋势;底层土壤有机碳含量随海拔高度的改变无明显变化。同时海拔高度对土壤有机碳的影响也随土壤深度的增加而减小。研究区有机碳总储量为2.04×105 t,不同土层有机碳储量由高到低表现为:中层(8.56×104 t)底层(6.41×104 t)表层(5.47×104 t)。土壤有机碳储量与其对应海拔高度下面积的大小具有显著相关性。     

湘西南石漠化地区不同植被恢复模式的土壤有机碳研究

以湘西南石漠化地区侧柏纯林、侧柏+枫香混交林、湿地松+枫香混交林、栾树纯林和封山育林5种植被恢复模式下的土壤为研究对象,通过野外土壤剖面调查和土壤样品化学分析,研究石漠化地区植被恢复过程中不同层次、不同坡位、不同林龄的土壤有机碳特征。结果表明:(1)5种林分土壤有机碳含量为栾树纯林>封山育林>侧柏纯林>侧柏+枫香混交林>湿地松+枫香混交林,并随土壤深度增加而递减,各林分变化幅度不同,且各土层之间差异显著。(2)随林龄的增加,土壤有机碳含量增加且主要集中在土壤表层。(3)同一林分下,不同坡位有机碳含量变化为下坡>中坡>上坡。(4)土壤有机碳密度在5种林分中差异显著,并随土壤深度增加而减少;在整个土壤剖面上,有机碳密度为54.22～96.52t/hm2,其中0-15cm有机碳密度的贡献率达55.95%。     

库布齐沙漠植被恢复对风沙土壤碳通量与碳储量的影响

为阐明库布齐沙漠植被恢复过程中土壤碳通量的时空动态特征及主控因子，明确土壤有机碳含量和储量的变化趋势，本研究以流动沙地、半固定沙地、藻结皮固定沙地和地衣苔藓混合结皮固定沙地为研究对象，运用静态暗箱–气相色谱法对风沙土壤碳通量及水热因子进行观测，并对土壤有机碳含量和密度进行测定和计算。结果表明，生长季内风沙土壤碳通量变异较大，季节动态与土壤温度基本一致，且随植被恢复碳通量呈递增趋势：混合结皮固定沙地(210.28 mg/(m~2·h))>藻结皮固定沙地(177.45 mg/(m~2·h))>半固定沙地(117.34 mg/(m~2·h))>流动沙地(65.61mg/(m~2·h))；土壤碳通量与各层土壤温度均显著正相关，除流动沙地土壤碳通量与深层土壤含水量显著负相关外，其余样地碳通量均与表层土壤含水量显著负相关；风沙土壤有机碳含量和密度随植被恢复而递增：混合结皮固定沙地(1.32 g/kg,0.94 kg/m~2)>藻结皮固定沙地(1.03 g/kg,0.74 kg/m~2)>半固定沙地(0.45 g/kg,0.36 kg/m~2)>流动沙地(0.27...