封育对荒漠草原土壤有机碳及其活性组分的影响

以空间序列代替时间序列的方法,选取未封育、封育3、5、7及10年的荒漠草原为对象,研究封育对荒漠草原土壤总有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳和易氧化有机碳的影响。结果表明:封育对5~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土层总有机碳影响显著(P<0.05),其含量随封育年限的延长总体呈增加的趋势,分布范围为2.24~4.52 g· kg^-1,以封育7和10年的荒漠草原较高。封育对荒漠草原土壤颗粒有机碳无显著影响(P>0.05);可溶性有机碳含量在0~5 cm、5~10 cm和20~40 cm土层随封育年限的延长呈先下降后上升的趋势,均以未封育荒漠草原最高,分别为0.59,0.49 和0.56 g·kg^-1,封育5和7年的荒漠草原较低;易氧化有机碳含量以封育7年的荒漠草原较高,总含量为2.48 g·kg^-1。封育7年是退化荒漠草原自然恢复演替过程中的一个转折。     

不同利用方式对小针茅荒漠草原土壤活性有机碳的影响

通过围封、3个放牧梯度[0.50羊单位/hm²(G_0.50)、0.94羊单位/hm²(G_0.94)、1.25羊单位/hm²(G_1.25)]和开垦5种不同的处理条件下,对内蒙古小针茅荒漠草原土壤总有机碳、水溶性有机碳、易氧化有机碳、微生物量碳含量和土壤基本理化的影响开展野外监测试验。结果表明,1)不同利用方式下,小针茅荒漠草原土壤总有机碳、全氮、全磷、碳氮比均表现为围封>G_0.50>G_0.94>开垦>G_1.25。其中围封区的土壤有机碳含量、全氮含量显著高于G_0.94、G_1.25和开垦区(P<0.05),随着放牧强度的增加,土壤有机碳、全氮、全磷、碳氮比均呈现逐渐降低的趋势。2)开垦区和放牧区土壤表层(0~20 cm)水溶性有机碳、易氧化有机碳、微生物量碳含量,均显著低于围封区(P<0.05);在放牧区,随着放牧强度的增加土壤活性有机碳含量均逐渐降低。3)围封4年后小针茅荒漠草原土壤活性有机碳占总有机碳的比例提高,放牧和开垦使活性有机碳的比例下降。其中,围封区的土壤微生物量碳比例显著高于G_0.94、G_1.25和开垦区(P<0.05),较G_0.50、G_0.94、G_1.25和开垦区分别增加了0.26,0.53,0.66和0.43个百分点。4)土壤总有机碳、水溶性有机碳、易氧化有机碳、微生物量碳含量均具有显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的正相关关系,土壤活性有机碳组分与土壤理化性质具有密切的关系。     

封育对山地草甸草原土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响

以自由放牧为对照,研究了天山北坡山地草甸草原围栏封育条件下土壤总有机碳、活性有机碳和碳库管理指数的变化特征。结果表明,封育8年后土壤活性有机碳和土壤总有机碳含量都得到提高,在0－5和20－40 cm土层显著高于放牧草地(P0.05)。总有机碳和活性有机碳均随土层的加深而减小,且放牧样地土壤更快地向稳定碳库转变。封育草地土壤碳库管理指数各土层均大于100,且随着土层加深而变高,表明围栏封育提高了土壤质量,进而改善了草地生态环境。     

氮添加对贝加尔针茅草原土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响

以贝加尔针茅草原为研究对象,施氮模拟氮沉降增加,设置N₀,N₅₀,N₁₀₀,N₂₀₀,N₃₀₀(0,50,100,200,300 kg N·hm^-2·年^-1)5个氮添加水平,研究不同氮添加水平变化对土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响。结果表明,与对照N₀相比,N₅₀、N₁₀₀、N₂₀₀和N₃₀₀处理显著提高了土壤易氧化有机碳和可溶性有机碳含量,显著降低了土壤微生物量碳含量。N₁₀₀处理显著提高了土壤易氧化有机碳和可溶性有机碳的组分比例,显著提高了土壤碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数。N₂₀₀和N₃₀₀处理显著降低了土壤易氧化有机碳组分比例,显著降低了土壤碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数。分析结果表明,土壤易氧化有机碳分配比例、可溶性有机碳分配比例、微生物量碳分配比例、碳库活度指数和碳库管理指数之间呈极显著相关性(P<0.01)。在未来氮沉降持续增加的情况下,贝加尔针茅草原土壤碳库质量可能会降低。     

短期放牧对昭苏草甸草原土壤活性有机碳组分的影响

采用小区控制放牧试验,在昭苏草甸草原上研究了短期放牧对土壤有机碳含量、土壤易氧化碳含量及其分配比例、土壤颗粒组分比例、土壤轻组组分比例的影响。结果表明,与对照相比,短期放牧地可以降低0-10 cm土层土壤有机碳含量,但差异不显著(P0.05),增加0-10 cm的土壤易氧化碳分配比例、颗粒组分比例。放牧强度对土壤易氧化碳分配比例、颗粒组分比例的影响波动性较大,而对土壤有机碳、易氧化碳与轻组组分比例的影响不显著(P0.05);初步认为10-20 cm土层易氧化碳、易氧化碳分配比例与颗粒组分比例,尤其是易氧化碳分配比例,可作为昭苏草甸草原土壤有机碳动态的敏感性指标。     

不同封育年限荒漠草原土壤有机碳矿化对枯落物添加的响应

为探讨不同封育年限荒漠草原土壤有机碳矿化对枯落物添加的响应特征,选取未封育(GG)、封育5年(FG_5)、9年(FG_9)和12年(FG₁₂)的荒漠草原为研究对象,通过室内培养研究了添加牛枝子枯落物(N+S)、蒙古冰草枯落物(M+S)、短花针茅枯落物(D+S)和混合枯落物(H+S)对不同封育年限荒漠草原土壤有机碳矿化的影响。结果表明,1)枯落物添加显著提高了各封育年限草地土壤有机碳矿化速率和累积矿化量,未封育和封育9年的草地以添加混合枯落物的累积矿化量最高,分别为13.81和15.80 mg·kg^-1;封育5年和12年的草地则以添加蒙古冰草枯落物的累积矿化量最高,分别达到15.04和13.47 mg·kg^-1。添加枯落物后各封育年限草地土壤有机碳的矿化大致可划分为3个阶段:0～6 d为迅速释放阶段(活性碳库),7～62 d为缓慢释放阶段(慢性碳库),63～76 d为稳定释放阶段(惰性碳库)。2)一级动力学方程能够较好地拟合土壤有机碳矿化动态(R^2=0.815～0.932),封育5年的草地土壤矿化潜势最高,为(8.834±0.382) mg·kg^-1。3)枯落物添加对各封育年限草地土壤有机碳矿化产生了正激发效应,以封育9年草地的激发效应最强。冗余分析(redundancy analysis,RDA)排序结果表明枯落物有机碳和全氮对土壤有机碳矿化有显著影响(F=15.314,P=0.002;F=8.669,P=0.008),累积解释量为70.87%。     

短期封育对蒿类荒漠草地碳库有机碳储量及组成比例的影响

为探讨短期封育(4～7年)对荒漠草地碳库固碳能力及其组成的影响,采用成对试验设计,通过对天山北坡不同区域蒿类荒漠草地地上植被、凋落物、地下生物量、0～50cm土壤4个有机碳库碳含量及其储量的测算,明确各碳库储量及其组成比例对短期封育的响应规律。结果表明：(1)短期封育促进了蒿类荒漠草地地上植被、凋落物、地下生物量有机碳的积累,依次较对照增加109.41%、81.88%、26.91%,不利于0～50cm土层土壤有机碳及草地生态系统有机碳的积累,依次较对照降低19.60%、16.30%。(2)短期封育改变了蒿类荒漠草地生态系统有机碳的组成比例,植被有机碳库比例显著上升,土壤有机碳库比例显著下降,但土壤有机碳库仍居于主导地位,所占比例为84.00%～96.31%。总之,短期封育促进了蒿类荒漠草地植被的固碳能力,降低了土壤碳库有机碳储量,最终导致生态系统总有机碳储量的降低。     

土壤易氧化有机碳与溶解性有机碳对荒漠草地沙漠化过程中土壤碳库变异的表征

以干旱、半干旱地区荒漠草地不同沙漠化阶段土壤为研究对象,研究不同沙漠化阶段土壤易氧化有机碳与溶解性有机碳含量和分配比例变异规律,分析不同沙漠化阶段土壤碳库指数变化,探讨荒漠草地沙漠化过程中土壤易氧化有机碳与溶解性有机碳对土壤碳库的表征作用。结果表明,随着荒漠草地沙漠化程度的加剧,易氧化有机碳含量表现出一定的波动性,但整体呈下降趋势,溶解性有机碳含量呈线性下降。易氧化有机碳和溶解性有机碳分配比例均在荒漠草地达到最大值,在半固定沙地达到最小值。利用易氧化有机碳含量计算的土壤碳库管理指数随荒漠草地沙漠化程度增加表现出先下降后上升趋势,利用溶解性有机碳含量计算的土壤碳库管理指数呈线性下降趋势。易氧化有机碳、溶解性有机碳含量与土壤有机碳均显著正相关,但溶解性有机碳的相关系数略高于易氧化有机碳。通过比较活度敏感指数和碳库管理指数敏感指数发现,荒漠草地逆向演替至固定沙地过程中,易氧化有机碳的各项敏感指数均高于溶解性有机碳。固定沙地演替至流动沙地过程中,溶解性有机碳的各项敏感指数均高于易氧化有机碳,表明易氧化有机碳能够较好地表征荒漠草地沙漠化前期土壤碳库变化,而荒漠草地沙漠化中期和后期利用溶解性有机碳表征效果更好。     

宁夏荒漠草原4种典型植物群落土壤活性有机碳垂直分布特征

以荒漠草原赖草（Leymus secalinus）、蒙古冰草（Agropyron mongolicum）、针茅（Stipa capillata）和白草（Penniseturn centrasiaticum）群落4种典型群落为研究对象,分析不同群落土壤活性有机碳（SLOC）的垂直分布特征及其影响因素。结果表明：不同典型群落SLOC垂直分布特征具有明显差异,赖草群落、蒙古冰草群落和白草群落SLOC含量在0~100 cm垂直分布表现为先增加后降低的趋势,浅根型的针茅群落SLOC含量垂直分布则持续降低,白草和赖草群落SLOC含量在10~20 cm最大,针茅和蒙古冰草群落SLOC含量在0~10 cm最大。相关性分析结果显示,SLOC与土壤总有机碳含量呈现极显著相关性（R²=0.9595）;与土壤理化性质等因子相关性比较,SLOC更依赖于植被覆盖度、地上生物量和地表枯落物,尤其是地表枯落物与SLOC的相关性更高。表明除了植被和根系分布特征,荒漠草原的枯落物对SLOC垂直分布特征有更大的影响。     

补播对退化荒漠草原土壤有机碳及其分布的影响

本研究以未补播（CK）、隔带深翻后补播蒙古冰草（Agropyron mongolicum）（M）、沙生冰草（A. desertorum）（S）及蒙古冰草+沙生冰草（G）的草地为对象,研究不同处理荒漠草原0～40 cm土壤总有机碳在土壤剖面和不同粒级团聚体中的分布。结果表明：不同补播模式草地全土有机碳及团聚体有机碳含量较对照均有所提高,10～20 cm和20～30 cm土层,沙生冰草补播草地显著高于未补播草地（P<0.05）;30～40 cm土层,各补播草地均显著高于未补播草地（P<0.05）。各处理草地土壤有机碳含量随土层的加深逐渐增加,30～40 cm土层均显著高于0～10 cm土层（P<0.05）。不同处理草地各土层团聚体有机碳含量以<0.053 mm粒级最高。随土层加深,大团聚体对土壤有机碳的贡献增大,30～40 cm土层以0.053～0.25 mm和>2 mm粒径较高。总体看,补播有利于退化荒漠草原土壤有机碳的固存,在本研究所做处理中补播沙生冰草对土壤有机碳的增加效果较为明显。     

不同草地利用方式对土壤有机碳、全氮和全磷的影响

以青海省共和县塔拉滩封育芨芨草(Achnatherum splendens)草原、过牧芨芨草草原、取土坑、人工草地和农田为研究对象,对不同利用方式及不同深度下土壤有机碳、全氮、全磷含量进行了分析研究。结果表明:0～10cm和10～20cm土层土壤有机碳含量顺序均为封育芨芨草草原>退化过牧芨芨草草原>取土坑>农田>人工草地,说明退化和开垦均导致表层土壤有机碳含量的下降。在同一土层内,农田和人工草地(退耕地)的有机碳含量差异不显著(P>0.05)。在0～10,10～20和20～40cm的3个土层,农田的全氮含量最高,人工草地次之,主要是由于人为施加氮肥和翻压枯草等因素造成,取土坑的全氮含量最低;同时,0～40cm的土层,封育芨芨草草原的土壤全氮含量高于退化过牧芨芨草草原,40～80cm的土层,封育芨芨草草原的土壤全氮含量低于退化过牧芨芨草草原,说明封育使土壤上层的全氮含量增加,而草原退化导致氮向下层转移。全磷含量的变化规律与全氮相似。各草地的有机碳、全氮和全磷含量随土壤深度增加而下降。     

氮添加对内蒙古不同草原生物量及土壤碳氮变化特征的影响

以内蒙古草甸草原、典型草原、荒漠草原3种草原实验区草地植物群落为研究对象, 设置7种氮添加梯度, 分别为CK（0 g N·m^-2·a^-1）、N₁（5 g N·m^-2·a^-1）、N₂（10 g N·m^-2·a^-1）、N₃（15 g N·m^-2·a^-1）、N₄（20 g N·m^-2·a^-1）、N₅（25 g N·m^-2·a^-1）、N₆（30 g N·m^-2·a^-1）,应用单因素方差分析（One-way ANOVA）方法研究不同浓度梯度氮添加下不同草原类型区植被生物量、土壤碳氮差异及其影响因素。结果表明：1）氮添加并未对3种草原类型地下生物量产生显著影响（P>0.05）,但显著提高了草甸草原和荒漠草原地上生物量（P<0.05）,且本研究初步判断在N₃添加时接近饱和阈值, 整体上氮添加使内蒙古草原总生物量平均增加了29.66%,较干旱的荒漠草原对氮添加的响应较为明显。施氮肥使草甸草原的根冠比显著降低（P<0.05）,典型草原根冠比在N₃处理下显著增加（P<0.05）,但对荒漠草原影响不显著（P>0.05）。2）选择不同土层（0~10 cm、10~30 cm）分析氮添加对3种草地类型土壤有机碳、全氮含量的影响, 结果显示氮添加对草甸草原土壤碳氮含量没有显著影响（P>0.05）,对典型草原和荒漠草原土壤碳氮含量存在显著影响（P<0.05）,且0~10 cm土层对施氮的响应更明显。3）施氮条件下地上生物量与土壤C/N、年均降水显著相关（P<0.01）,地下生物量、总生物量均与土壤全氮含量、有机碳含量、土壤C/N、年均温、年均降水显著相关（P<0.01）。总的来说,不同类型的草地生态系统生物量及土壤碳氮含量对施肥的响应存在差异,这意味着草地恢复与管理过程中需要对养分的添加作用进行考虑。     

封育年限对伊犁绢蒿荒漠土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响

以新疆伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地为对象,研究了不同封育年限对草地土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响。结果表明,0-5 cm土层,土壤碳密度呈封育9年>对照>封育1年>封育6年,易氧化活性有机碳、碳库管理指数为封育9年>对照>封育6年>封育1年,且封育9年土壤碳密度显著高于封育6年,相对增加了36.51%,而其易氧化活性有机碳、碳库管理指数显著高于其他处理(P<0.05),分别增加了35.81%~84.89%、35.83%~93.96%;土壤有机质、全量养分分别与土壤易氧化活性有机碳、碳库活度、碳素有效率、氧化稳定系数间呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)相关,而土壤碳库管理指数、易氧化活性有机碳与群落生物量的灰色加权关联度高于土壤有机质和碳密度。土壤碳库活度指数、碳库管理指数能较为敏感地指示土壤碳与草地初级生产力的变化。     

不同恢复措施对宁夏荒漠草原土壤碳氮储量的影响

以放牧(CK)、深翻耕(S)、浅翻耕(Q)、免耕(M)和封育(F)5种不同生态恢复措施处理的荒漠草原为对象,研究不同恢复措施条件下0~40 cm土层土壤有机碳,全氮储量的变化特征。结果表明,0~10 cm和10~20 cm土层,有机碳含量均以浅翻耕处理草地最高,分别为14.90和14.50 g·kg^-1,显著高于深翻耕处理草地、封育草地和放牧草地(P<0.05);20~30 cm土层,不同处理草地有机碳含量变化范围为5.03~9.93 g·kg^-1,以浅翻耕处理草地最高,封育草地最低(P<0.05)。土壤全氮含量,0~10 cm和10~20 cm土层均以浅翻耕处理草地最高,分别为0.17和0.22 g·kg^-1,显著高于封育和放牧草地(P<0.05);20~30 cm和30~40 cm土层均以深翻耕处理草地最高,分别为0.14和0.13 g·kg^-1,显著高于封育草地(P<0.05)。不同处理草地各土层土壤有机碳和全氮密度的分布范围为0.49~1.58 kg·m^-2和0.013~0.039 kg·m^-2,其中,0~40 cm各土层有机碳密度及0~10 cm和10~20 cm土层全氮密度均以浅翻耕处理草地较高,封育草地较低,20~40 cm土层全氮密度以深翻耕处理草地最高,封育草地较低。0~40 cm各土层土壤有机碳和全氮储量均以浅翻耕处理草地最高,分别为47.72和1.09 t·hm^-2,显著高于封育草地(P<0.05)。浅翻耕处理草地更有利于该区荒漠草原土壤有机碳和全氮储量的积累。     

西藏草地开垦后土壤表层氮素及有机碳特征研究

选取西藏琼结县和江孜县2个地区不同开垦年限耕地表层的土壤作为研究对象,分析其土壤中氮素及有机碳(SOC)含量特征变化状况。结果表明,草地开垦为耕地后,土壤表层全氮(TN)及有机碳(SOC)含量前2年内先降低,而后随着开垦年限增加有逐渐增高的趋势,大体呈"V"字型变化趋势,铵态氮(NH4+-N)大体上也呈相似的变化趋势,而硝态氮(NO3--N)随着开垦年限增加则无明显变化规律。2个地区耕地表层铵态氮、全氮与有机碳之间均呈显著正相关关系(P0.01),而硝态氮与有机碳相关性不显著(P0.05)。     

管理措施对我国草地土壤有机碳的影响

基于中国期刊网和外文数据库以及《中国土种志》和《中国草地资源》等文献中有关我国草地管理措施及其土壤有机碳的数据,分析不同管理措施下草地土壤表层有机碳变化量。结果表明: 由于各草地类型土壤质地、气候条件有所不同,因此在不同管理措施下土壤有机碳的年际变化量也存在着差异。其中,高寒草甸各管理措施下土壤有机碳变化范围最大为-5.62～1.26 t/(hm2·a),温性荒漠草原最小为-0.85～0.68 t/(hm2·a),而其他草地类型有机碳年变化范围分别为温性草甸草原-3.74～0.68 t/(hm2·a),高寒草原-3.62～0.04 t/(hm2·a),温性草原-2.4～1.07 t/(hm2·a),暖性灌草丛-1.94～0.64 t/(hm2·a);同时,利用Meta分析法估算中国主要草地类型各管理措施下土壤碳年际变化量可以得出：过牧管理措施下土壤有机碳的年减少量最大[-2.34 t/(hm2·a)],重牧[-1.52 t/(hm2·a)]>轻牧[-0.54 t/(hm2·a)]>中牧[-0.49 t/(hm2·a)],而补播管理下土壤有机碳的年增加量最大[0.9 t/(hm2·a)],围封、禁牧2种管理措施次之,分别为0.48和0.19 t/(hm2·a)。可见,我国草地表层土壤有机碳年变化量在不合理管理方式下对草地土壤有机碳的积累具有不利影响,而补播、禁牧则有益于中国草地的固碳作用。     

不同荒漠草原植被根际与非根际土壤养分及碳库管理指数特征

通过对宁夏荒漠草原恢复工程主要植被柠条、沙蒿、短花针茅和蒙古冰草根际与非根际表层(0~5 cm)、亚表层(5~10 cm)和深层(10~15 cm)土壤养分、土壤总碳(soil total organic carbon,C_r)、活性有机碳(active organic carbon,C_A)、碳库指数(carbon pool index,CPI)及碳库管理指数(carbon pool management index,CPMI)特征进行分析研究,探讨不同植被恢复对土壤养分、CPMI变化特征的影响。结果表明: 1)4种植被土壤养分均随土壤深度增加呈降低趋势,根际大于非根际,柠条群落根际和非根际表层速效钾(AK)含量高达130.81和111.96 mg/kg,相对于亚表层和深层分别高6.87、31.65 mg/kg和23.57、61.44 mg/kg,随土层深度增加,根际表层,亚表层和深层比非根际土壤分别高18.84、35.55和48.63 mg/kg,表现出了荒漠草原特殊的“肥岛”聚集效应,不同群落间差异显著(P<0.05); 2)4种植被类型土壤总有机碳C_r含量在2.09~17.11 g/kg范围内,土壤碳库管理指数CPMI均表现为根际大于非根际,C_r和C_A含量在土壤垂直剖面中的分布相似,具有一定的“聚表效应”,柠条和蒙古冰草群落表层比亚表层碳库活度分别增加了38.41%和29.54%,不同植被类型之间碳库活度表现为蒙古冰草>沙蒿>柠条>短花针茅,植被恢复显著改善了土壤有机质分布状况和土壤碳库质量,明显增强荒漠草原土壤碳汇功能; 3)荒漠草原土壤CPMI 与土壤养分含量显著相关(P<0.05),pH与C_r、C_A、CPI和CPMI呈显著负相关(P<0.05),相关系数分别为-0.661、-0.437、-0.661和-0.410,与其他土壤养分指标呈显著或极显著正相关(P<0.05; P<0.01),土壤氮(N)、磷(P)、钾(K)促进了土壤碳库循环周转速率,显著提高土壤质量和生产力。CPMI能够用来作为评价土壤质量和土壤管理措施的有效指标。