黎平县森林土壤分解过程中有机碳的动态变化

土壤有机碳是地球表层系统中最大且最具有活动性的生态系统碳库之一。近年来,全球变化使得土壤有机碳的动态变化日益成为全球有机碳研究的热点,也是国际全球变化问题研究的核心内容之一。通过对土壤样品在控制条件下进行的实验室培养,了解不同林型下土壤有机碳分解的动态变化。结果表明:各林型土壤有机碳含量均为中上层土壤明显高于下层;不同森林类型对土壤有机碳状况具有很大影响,并且对中上层土壤影响较大;土壤样品培养61天后,总土壤有机碳损失量是CO2累计释放量,大致在200～400mg/kg;从不同植被下的土壤有机碳平均日分解速率可以看出:分解速率呈相同的变化规律,前期分解速度快,后期速度变慢。即前期分解较快,前7天的分解量占61天分解总量的37%～41%,但不同林型土壤有机碳分解呈现不同的变化,总体分解趋势是灌木林>阔叶林>针叶林>马尾松。     

长白山森林土壤有机碳库大小及周转研究

主要分析不同森林植被下有机碳的分解动态和土壤碳库各组分大小、周转时间。结果表明：土壤样品培养90天，CO2累计释放量表层大致为1723～5065mg／kg、下层大致为178～642mg／kg。分解速率总的趋势是前期快，后期慢，表层明显大于下层。大小顺序为：冷杉林〉针阔混交林和阔叶林〉针叶林。在不同植被下的表层和下层土壤中，活性碳占总有机碳的0．54％～1．67％，0．45％～5．48％．平均驻留时间为11～56天、60～88天；缓效性碳占总有机碳的23．0％～63．3％，33．2％～72．2％，平均驻留时间为4～70年、24～161年；惰效性碳占总有机碳的35．5％～75．5％．26．0％～65．%。表层土壤的总有机碳、活性碳、缓效性碳和惰效性碳含量都明显大于下层。凋落物的化学组成主要决定活性碳库、缓效性碳库含量，土壤的粘粒含量等性质主要决定惰效性碳库含量。     

长白山不同林型土壤有机碳特征

采用野外采样与室内分析相结合的方法,研究了长白山北坡6种不同林型(阔叶林、针叶林、云冷杉、岳桦林、岳桦-苔原、高山苔原)土壤有机碳及其组分的含量,分析了土壤有机碳分布与铁铝氧化物和黏粒矿物组成之间的关系。结果表明:不同林型之间,阔叶林土壤的有机碳、胡敏素碳、颗粒有机碳、2~0.25 mm大团聚体碳和0.25~0.053 mm微团聚体碳含量最高,云冷杉土壤的易氧化碳含量最高而水溶性有机碳、胡敏酸碳、富里酸碳和颗粒有机碳含量最低;此外,岳桦林土壤的胡敏酸碳和富里酸碳含量显著高于其他林型土壤,岳桦-苔原土壤的水溶性有机碳含量显著高于其他林型土壤,而高山苔原土壤的有机碳和易氧化碳含量显著低于其他林型土壤。相关性分析表明,土壤有机碳含量与非晶质氧化铝含量呈显著的正相关关系(P<0.05),富里酸碳含量与游离氧化铝含量呈显著的正相关关系(P<0.05),而0.25~0.053 mm微团聚体有机碳含量与2种形态氧化铝含量都呈显著的正相关关系(P<0.05)。上述结果指出,不同林型条件下各有机碳及其组分差异显著。     

大围山不同海拔森林土壤有机碳垂直分布特征

为研究亚热带地区典型森林土壤有机碳沿海拔梯度的分布特征,于2013年10月在大围山国家森林公园选择4个不同海拔的采样点,采集0-100cm剖面土样,分析土壤有机碳和土壤腐殖酸、胡敏酸(HA)、富里酸(FA)含量,研究其垂直分布特征和影响因素。结果表明,(1)土壤有机碳含量与海拔高度密切相关。高海拔剖面土壤有机碳明显高于低海拔剖面,4个采样点剖面有机碳平均含量表现为(18.84±14.42)g/kg(海拔1 465m)(13.94±6.05)g/kg(海拔1 402m)(11.95±9.20)g/kg(海拔1 002m)(11.05±7.97)g/kg(海拔800m)。(2)土壤有机碳、腐殖酸含量随着土壤剖面深度的增加而递减,而腐殖酸占有机碳的比例会有所增加,胡敏酸和富里酸比值(HA/FA)随着土壤剖面深度的增加呈降低的趋势。(3)土壤有机碳含量与土壤容重、全氮、全磷均存在极显著相关关系(P0.01),与毛管孔隙度和土壤中粉粒含量存在显著正相关关系(P0.05),腐殖酸与土壤pH值存在显著的负相关(P0.05)。总之,大围山森林土壤有机碳沿海拔梯度变化趋势明显,土壤有机碳含量随海拔升高而增加,随土壤剖面深度增加而显著降低;土壤腐殖酸含量随土壤剖面深度的增加而显著降低,占有机碳比例却表现出一定的增长趋势,但其与海拔高度并没有显著关系。     

大兴安岭北部森林土壤微生物量碳和水溶性有机碳特征研究

为揭示大兴安岭北部不同森林类型土壤微生物量碳和水溶性有机碳变化特征,选择大兴安岭北部典型植被类型白桦林、山杨林、兴安落叶松林、樟子松林和白桦-山杨林为研究对象,分析不同月份及不同土层间土壤微生物量碳和水溶性有机碳变化规律。结果表明:大兴安岭北部5种主要森林类型0~32 cm土壤微生物量碳和水溶性有机碳含量波动范围分别为220.40~909.54 mg kg-1和21.22~211.93 mg kg-1,不同林型之间差异显著,微生物量碳表现出阔叶林大于针叶林的趋势,水溶性有机碳则表现为落叶松林白桦-山杨林山杨林白桦林樟子松林。5种森林类型微生物量碳和水溶性有机碳有着明显的季节动态,微生物量碳总体表现为在6月或10月达到较高值,在7~9月出现较低值。水溶性有机碳总体表现为在6、8、10月的含量较高,7月和9月较低。两种活性碳均表现为随土壤深度的加深而逐渐降低。不同林型各月份微生物量碳和水溶性有机碳占总有机碳的比例范围分别为0.64%~7.60%和0.08%~0.67%,微生物量碳分配比例随土壤深度加深表现出上升趋势,水溶性有机碳则波动性较大。土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和总有机碳与两种活性碳的相关关系均达极显著水平(P0.01),表明这些指标可以对活性碳预测起到指示性作用。     

旱地和水田有机碳分解速率的探讨与质疑

＾１４Ｃ标记的羊粪,杂交狼尾草及其根部分施于淋溶土中,在３０℃培养３６５天,土壤保持旱地和淹水两种状态,进行有机碳在土壤中分解的对比试验,另一组试验采用＾１４Ｃ标记的水稻秸和玉米秸和玉米分别施于老土和变性土中,在上述相同的水分条件下３０℃培养１１２天进行对比。所有加入的不同有机物料。不论是在何种土壤,其在淹水土壤中的有机碳分２解速率均快于旱地土壤,而前者的残留率却明显低于后者。淹水处理各种不同分解     

低温季节西南亚高山森林土壤轻组分有机碳动态

轻组分有机碳(LFOC)易受短期土地利用方式和环境变化的影响而被用作土壤有机碳短期环境效应的特征指标。通过西南亚高山均质化土壤在不同覆盖情形(裸土除雪BNS、裸土覆雪BS、凋落物除雪LNS、凋落物覆雪Control)下低温季节原位培养,对0~10 cm和10~20 cm深度LFOC影响的动态分析,结果发现:西南亚高山土壤LFOC平均占该土层总有机碳比例为15.5%;经过一个低温季节,不同处理下的LFOC比例变幅介于13.6%~21.1%;土壤0~10 cm和10~20 cm的LFOC在低温季节波动剧烈且含量高,甚至高于生长季节初期和末期,显示亚高山森林土壤碳动态在低温季节仍然极活跃;0~10 cm土壤中在低温季节凋落物覆雪处理土壤LFOC最低,而其余3个处理裸土除雪、裸土覆雪、凋落物除雪处理下LFOC含量和波动幅度均高于凋落物覆雪处理,表明土壤表面的凋落物和积雪覆盖及其组合显著影响0~10 cm土壤LFOC动态和含量;10~20cm土层LFOC时间动态也存在处理效应,显示地表覆盖同样影响下层土壤的LFOC过程;效应分析显示凋落物、积雪、采样时间、土壤深度及其交互作用对土壤LFOC含量的主效应和交互作用达到显著水平,特别是凋落物和积雪同时存在时抑制土壤LFOC形成而有助于维持土壤有机碳的稳定,而凋落物和/或积雪的消失均导致低温季节土壤LFOC升高。因此,在西南亚高山低温季节地表凋落物和积雪覆盖及其组合变化,将会影响亚高山森林土壤碳的库容量和稳定性。     

四川盆地森林土壤的有机碳储量及其空间分布特征

根据朱鹏飞和李德融编著的<四川森林土壤>(1989)一书中四川盆地152个森林土壤剖面数据,估算了该地区森林土壤有机碳密度及储量,并分析气候因素和地形对有机碳密度的影响.四川盆地森林土壤平均有机碳密度为(35.492±21.099)kg/m2,变异系数为59.45%,整个盆地森林土壤有机碳储最约为6.744×1015g;其中亚高山草甸草原土有机碳密度最高,为118.477 kg/m2,最低的是草类-马尾松林林下黄壤,为3.145 kg/m2;不同林型下土壤的有机碳含量差异较大.森林土壤有机碳的贮存受到温度、降水和海拔的影响,年均温度与有机碳密度呈极显著的负相关关系,海拔与有机碳密度呈极显著的正相关关系,温度是影响四川盆地森林土壤有机碳密度的关键因子.在年均降雨量400～800 mm和年均温度0～4℃,可形成有机碳密度的高值区,其有机碳密度可达80 kg/m2 ; 在年平均温度为14～16℃,降水1 400～1 00 mm,可形成有机碳密度的低值区,其有机碳密度20kg/m2.     

可溶性有机碳的含量动态及其与土壤有机碳矿化的关系

采用我国东部地区的黑土、潮土、黄泥土和红壤水稻土,通过室内分析和培育试验,研究了不同水分条件下可溶性有机碳含量及土壤有机碳矿化量的动态变化,分析了淹水导致可溶性有机碳含量的变化程度及其对土壤有机碳矿化量的可能影响.结果表明,可溶性有机碳含量与水土比呈直线相关关系,累计提取量随浸提时间增加,单次提取量随提取次数降低.在8周的培养期内,淹水处理的可溶性有机碳含量均显著高于好气处理,黄泥土一号高46%～117%(p＜0.05),黄泥土二号高112%～285%(p＜0.001),潴育黄泥田高21%～73%(p＜0.05).在培养的前3周(黄泥土一号)或前4周(黄泥土二号),不同水分处理的日均土壤有机碳矿化量有极显著差异(p＜0.01),其后,差异不显著;但在整个培养过程中,淹水处理的累计土壤有机碳矿化量均极显著高于好气处理(p＜0.01).培养过程中,土壤有机碳的矿化速率动态与可溶性有机碳含量的变化趋势相一致,特别是黄泥土二号,可溶性有机碳含量与土壤有机碳日均矿化量达到极显著的相关关系(好气相关系数0.942,淹水相关系数0.975).结果还表明,两种黄泥土有机碳矿化量(包括日均矿化量和累计矿化量)的差异并不与全土有机碳含量相关,而主要是其可溶性有机碳含量明显不同所致.因此,对于原土可溶性有机碳含量较高的土壤,淹水显著提高可溶性有机碳量是导致其土壤有机碳矿化量高于好气处理的主要原因.     

中国土壤有机碳分解特征研究初报

通过土壤样品的室内培养,运用三库一级动力学理论,对我国典型区域土壤有机碳分解特征进行了研究,结果表明:土壤有机碳分解均呈现前期分解快速和后期分解缓慢的特点,土壤有机碳分解的平衡点大概为2个月,之后的日均分解量变化非常小。我国东部4种地带性土壤有机碳分解速率随纬度的增加而递增。不同种植方式农田土壤有机碳分解速率:菜园>水田>旱地>果园。6个地区表层土壤有机碳含量范围为2.31~81.93 g/kg;活性碳含量范围为0.09~1.04 g/kg;缓效性碳含量范围为0.90~33.39 g/kg;惰效性碳含量范围0.92~47.85 g/kg。     

不同倒木腐解过程对长白山森林土壤碳氮积累的影响

粗木质残体(CWD)腐解是地上部植物残体养分向土壤输送的关键过程,在一定程度上决定了森林土壤碳氮养分固持效率与强度。本研究选取长白山典型林木的白腐菌(Antrodiella gypsea,Ag)和褐腐菌(Fomitopsis pinicola,Fp)腐解过程为研究对象,以距倒木外缘不同水平距离的3个土壤样品作为供试材料,分析其土壤总有机碳(SOC)及总氮(TN)含量的空间分布与组成特征。结果表明,近倒木处(水平距离0~30 cm),褐腐条件下SOC增量显著低于白腐菌;在远倒木处(水平距离100 cm),前者显著高于后者。就TN增量而言,褐腐条件显著高于白腐。进而表明,褐腐条件较白腐更能有效促进森林土壤碳氮养分的有效固持,从而减少植被残体矿化腐解引起的森林生态系统碳排放。     

煤矿区土壤有机碳含量的高光谱预测模型

可见—近红外光谱已被证明是一种快速、及时、有效的土壤有机碳含量预测工具。利用Field Spec4对济宁鲍店矿区的104个土壤样品进行光谱测量,采用Savitzky-Golay卷积平滑(SG)、多元散射校正(MSC)及数学变换等多种方式组合对光谱预处理,并运用偏最小二乘回归分析建立土壤有机碳含量预测模型,进而探讨煤矿区土壤有机碳含量的高精度预测方法。结果表明:(1)不同的光谱预处理方法对建模结果影响差异较大,建模结果以SG加MSC预处理再结合光谱反射率的一阶微分变换最优,建模R~2=0.86,RMSE=2.0g/kg,验证R~2=0.78,RMSE=1.81g/kg,RPD=2.69。(2)倒数和倒数的对数与土壤有机碳含量的相关性曲线接近重合,与反射率曲线成反比,但是建模效果远低于反射率;光谱反射率的一阶微分能明显提高500~600nm波段相关性。(3)光谱反射率随土壤有机碳的含量减少而增大,当有机碳含量较低时,其波谱的近红外波段反射率响应能力也随之降低,反射率直接建模难度加大。     

宁南山区不同土地利用方式土壤有机碳特征研究

在宁夏固原上黄试验区,对灌木林地、农地、天然草地、果园和人工草地5种土壤的化学性质进行了分析,探讨了土地利用方式对土壤有机碳的影响.结果表明①表层土壤有机碳含量表现为天然草地>灌木林地>农地>人工草地>果园;②灌木林地和果园土壤有机碳含量随土层加深而变化幅度较小,而天然草地、人工草地和农地随土层加深而递减的幅度较大;③0～20 cm天然草地和灌木林地的有机碳密度普遍偏高,而农地、果园和人工草地则均较低;而20～40 cm和0～40 cm的土层内土壤有机碳密度相比之下灌木林地、农地和天然草地相差不大,而果园和人工草地相对较低.     

北京山区小流域土壤侵蚀模型

北京山区土壤侵蚀模型是一个流域尺度的，以次暴雨为基础的与GIS相结合的分布式模型，在栅格单元的基础上，模型可以计算每一栅格单元的径流量和坡面侵蚀量。由于考虑了汇流汇沙过程，模型也可以模拟每一格的洪峰流量，淤积量和产沙量。模型应用结果表明，该模型具有一定的计算精度，该模型可以模拟流域内土壤侵蚀的空间分布和评价不同土地利用，水土保持措施等对水土流失的影响，该土壤侵蚀模型的建立，可为北京山区的土壤侵蚀灾害主价和水土保持规划和设计提供依据。     

北京八达岭地区4种人工林土壤团聚体稳定性及有机碳特征

通过对北京八达岭地区4种典型人工林(油松、元宝枫、华山松纯林和以侧柏、刺槐为主的混交林)的调查采样和室内分析,研究林分类型对土壤团聚体稳定性及有机碳分布特征的影响。在4种典型人工林内分别设置3个20m×20m样地,在每个样地中按照S形设置3个采样点,按0—10cm,10—20cm,20—30cm分层采集土壤样品,并进行土壤理化性质的测定与分析。结果表明:(1)4种林分土壤的大团聚体占各粒级的主体,含量为65%~82%,表现为华山松林侧柏×刺槐混交林油松林元宝枫林,林分间土壤团聚体含量在0—10cm土层差异显著(P0.05)。(2)土壤团聚体稳定性随着土层的加深而逐渐降低,表层(0—10cm)土壤团聚体平均质量直径MWD在不同林分间差异显著(P0.05),在10—20cm,20—30cm的土层无显著差异。(3)4种林分土壤的有机碳含量表现为元宝枫林华山松林油松林侧柏×刺槐混交林,土壤有机碳含量在10—20cm差异显著(P0.05),土壤有机碳可解释39%土壤大团聚体含量的变化。比较而言,元宝枫林土壤团聚体稳定性较高,利于该地区土壤有机碳的累积。     

黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳的分布特征

为研究黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳含量和δ~(13) C值的分布特征,探讨黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳的分布和稳定性,为该地区黑土的合理利用及土壤的合理培肥提供理论依据,以黑土区不同有机碳含量的水稻土为研究对象,利用湿筛法和物理分组技术分离提取各级团聚体及其颗粒有机物,采用~(13) C稳定同位素质谱技术分析有机碳含量及其δ~(13) C值。结果表明,黑土区水稻土以2~0.25mm团聚体为主,土壤有机碳主要富集在0.25mm团聚体中,尤其是2~0.25mm团聚体中;团聚体有机碳的δ~(13) C值随团聚体粒级的减小而增大,2mm和2~0.25mm团聚体中有机碳的δ~(13) C值均小于土壤有机碳的δ~(13) C值,具有碳截获或碳固定能力,而0.25~0.053mm和0.053mm团聚体中有机碳的δ~(13) C值均大于土壤有机碳的δ~(13) C值,具有碳固持或稳定的能力;除B-2土样外,各土样均以2~0.25mm团聚体中的颗粒有机碳含量为最大,以0.25~0.053mm团聚体中的颗粒有机碳含量为最小,且该团聚体中颗粒有机碳含量与土壤有机碳含量呈显著正相关关系(r=0.917,P0.01),表明微团聚体闭蓄态的颗粒有机碳对土壤有机碳的固持和稳定发挥重要作用。土壤颗粒有机碳及各级团聚体中颗粒有机碳的δ~(13) C值均小于土壤有机碳及各粒级团聚体中有机碳的δ~(13) C值,团聚体颗粒有机碳的δ~(13) C值也随团聚体粒级的减小而增大。因此,黑土区水稻土中0.25mm的水稳性团聚体是有机碳的主要载体,团聚体颗粒有机碳作为活性碳库,较总有机碳更易反映黑土区水稻土有机碳的周转变化,其敏感性随团聚体粒级的增大而增强。     

农业管理措施对土壤有机碳动态变化的影响

土壤碳固定问题已成为陆地生态系统碳循环研究的热点问题。土壤碳固定是缓解温室效应加剧的有效方法之一。土壤有机碳含量变化受土地利用方式和耕作措施的强烈影响。将自然土壤转变为耕作土壤会导致土壤碳库的迅速下降,使土壤损失有机碳4.1-5.0×1013kg之间。采用新的农业措施会使碳损失量的60-70%重新被固定。这些措施有保护性耕作(少耕或免耕)、合理施用肥料、覆盖作物、应用深根且富含木质素的作物等。土壤除了固定有机碳外,干旱和半干旱地区土壤还具有固定无机碳的巨大潜力。文章还简要介绍了评价土壤有机碳的两种方法,并对今后的工作提出了几点建议。     

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。     

Testing the Suitability of the DNDC Model for Simulating Long-Term Soil Organic Carbon Dynamics in Japanese Paddy Soils

The suitability of the DeNitrification-DeComposition (DNDC) model for simulating long-term changes in the content of soil organic carbon (SOC) was validated using 5 sites for long-term experiments related to Japanese paddy soils. Since the model could not simulate crop growth adequately, several crop growth parameters provided by the model as default were changed to adjust crop growth to the observation. Overall, the changes in the content of SOC with time simulated by DNDC using adjusted crop parameters, agreed well with the observation in 9 plots from 5 experimental sites during the 16 to 22-year period of the experiment. The good performance of the decomposition sub-model in the DNDC was verified in the long-term SOC decomposition in paddy soils as well as in upland soils reported in previous studies. However, the simulated SOC did not agree well with the observation in some plots, especially in soils with a very low SOC content, suggesting that care should be exercised when applying the model to soils with a very low SOC content. Moreover, careful tuning of crop growth parameters should be promoted for better simulation, and detailed information about farm management required for input parameters is often difficult to obtain, especially in long-term experiments. In conclusion, the DNDC model is an effective tool for simulating long-term SOC dynamics in paddy soils. The unique kinetic scheme "anaerobic balloon" in the model may play an important role in successful simulation of SOC dynamics in paddy soils that are water-logged during the rice cropping period. This scheme may be helpful for modifying the other turnover models of soil organic matter for use for paddy soils, too.