尕海湿地植被退化过程中土壤碳矿化特征研究

以甘南尕海4种不同退化程度的湿地(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5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃ 培养法,测定不同土层 SOC 矿化速率和累积矿化量,运用一级动力学方程对土壤的半矿化分解时间(T_1/2)、有机碳矿化潜势(C₀)等参数进行拟合,分析温度、土壤深度和退化程度对土壤碳矿化过程的影响。结果表明：(1)在不同土层、不同温度下,各植被退化程度湿地土壤有机碳 CO₂ 释放量在整个培养期间大致可以分三个阶段,0-4 d快速生成 CO₂ 阶段,4-27 d缓慢生成 CO₂ 阶段,27-41 d平稳阶段;0-10 cm 土层各培养温度下,土壤有机碳矿化速率表现为UD＞LD＞MD＞HD。(2)培养期间,不同退化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(1.05~2.85 mg/(g?d))和20-40 cm(0.94~1.26 mg/(g?d))土层。(3)整个培养期内,不同退化湿地土壤有机碳总累积矿化量排序为5 ℃(34.54 mg/g)、15 ℃(46.67 mg/g)、25 ℃(58.28 mg/g)和35 ℃(86.46 mg/g)。(4)双库一级动力学方程的C₀值随退化程度增加呈递减趋势,而C₀/SOC随着温度的升高而降低。     

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。     

尕海湿地不同植被退化阶段凋落物分解及其有机碳动态

以甘南尕海湿地不同植被退化阶段的泥炭沼泽和沼泽化草甸为研究对象,通过2013,2014两年凋落物试验分析,研究了不同植被退化过程中凋落物的分解速率及有机碳动态变化特征。结果表明:随着植被退化演替,凋落物有机碳浓度、碳绝对含量和分解速率显著下降(p0.05)。分解速率从6—9月随时间变化均呈现下降趋势,相应的分解速率在0.001 3~0.009/d之间,分解速率最大的为2013年泥炭沼泽未退化PI(0.009/d),最小为2014年沼泽化草甸中度退化SⅢ(0.001 3/d)。泥炭沼泽凋落物中有机碳平均浓度未退化PI(515.07g/kg)退化PⅡ(489.62g/kg),沼泽化草甸凋落物有机碳平均浓度未退化SI(541.26g/kg)轻度退化SⅡ(488.28g/kg)中度退化SⅢ(456.01g/kg),且两年的凋落物碳绝对含量均减小,即发生净释放;凋落物分解速率及有机碳浓度、碳绝对含量都随植被退化加深而减小。     

植被退化对尕海湿地枯落物分解的影响

[目的]分析植被退化对青藏高原东部尕海湿地枯落物分解的影响,为湿地生源要素生物地球化学循环过程研究提供基础依据。[方法]采用分解袋法,研究尕海泥炭沼泽和沼泽化草甸不同植被退化梯度湿地枯落物分解特征及其影响因素。[结果]各植被退化阶段湿地枯落物分解过程存在显著差异,植被退化总体抑制了枯落物分解,但不同湿地类型枯落物分解对植被退化响应有所不同;在生长季内(5—9月),沼泽泥炭植被未退化枯落物分解速率显著高于退化(p0.05);沼泽化草甸平均分解速率排序为:未退化(0.028 9g/d)中度退化(0.028 7g/d)轻度退化(0.028 0g/d);各植被退化阶段湿地的枯落物分解过程具有明显的年际变化特征,总体表现为2014年分解较快,2015,2016年相对较慢;温度和降雨对各退化阶段枯落物分解速率具有促进作用,但作用不显著。[结论]尕海湿地植被退化过程中枯落物分解动态受到枯落物自身性质、气候条件、土壤营养状况等自然环境条件的共同影响,相比而言,受枯落物性质的影响更大。     

三江源区高寒草甸湿地植被退化与土壤有机碳损失

人为活动影响下陆地生态系统退化对于土壤碳库损失的影响规模是当前全球变化研究的热点。在青海省三江源区选择了8个高寒草甸典型样区,划分4种不同退化程度样地（原生植被、轻度退化、重度退化、极度退化）,收割法采集地上部植物生物量,10cm等深度采集表土土壤样品,分析了地上生物量、可食牧草生物量以及土壤有机碳含量变化。结果表明,随着退化程度的加剧,地上生物量和饲草生物量均表现强烈下降的趋势,但后者的下降幅度更大,在极度退化下损失达99％。研究区内高寒湿地土壤的表土有机碳含量出现极大的变异性,随退化程度的加剧而呈显著下降。与原生植被下相比,轻度退化、重度退化和极度退化下0-30cm土壤有机碳含量分别平均降低了25％、44％和52％。这种损失固然与地上部生物量下降有关,有机碳分层系数显示土壤侵蚀也是重要因素。估计退化下土壤有机碳平均下降36tC·hm^-2,累积退化下表土有机碳损失可能在200TgC以上,保护高寒草甸生态系统,对于三江源区土壤的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。     

川西亚高山云杉人工林恢复过程中土壤有机碳矿化研究

研究了川西亚高山云杉(Picea asperata Mast.)人工林不同阶段(22、47、65年)及原始林表层(0～30cm)土壤有机碳的矿化,并用两室模型对实验数据进行了回归。结果表明,不同恢复阶段云杉人工林各层土壤(0～10、10～20、20～30cm)有机碳64天累积释放的CO2-C显著大于原始林。两室模型模拟土壤有机碳矿化过程得出土壤活性有机碳(AC)含量及其占总有机碳含量的比例均大于原始林,表明原始林转化为云杉人工林后,土壤有机碳稳定性降低。此外,本文分析了凋落物、微生物、土壤理化性质等因素对云杉人工林土壤有机碳矿化的可能影响。     

甘南尕海湿地泥炭地不同退化状态下氮素的特征

[目的]分析甘南尕海湿地泥炭地不同退化状态下土壤氮素的变化特征,为尕海泥炭地的生态恢复建设以及保护和利用提供科学依据。[方法]采用野外采样与室内分析相结合的方法,研究泥炭地退化过程中表层(0—40cm)土壤氮素的变化特征。[结果]除未退化土壤外,其他3种退化类型的土壤全氮含量均为9月显著高于7月,而土壤C/N比与土壤全氮变化恰好相反;土壤各相应层铵态氮含量7和9月基本呈相同的变化趋势;0—20cm层土壤速效氮9月显著高于7月,20—40cm层(除中度退化)恰好相反。从剖面分部上看,土壤全氮在20—40cm层富集;土壤C/N比和速效氮含量基本在20—40cm层富集;除中度退化外,土壤铵态氮在0—20cm层富集。[结论]4种退化阶段的泥炭地土壤全氮含量具有明显的时间变化,说明植被对尕海泥炭地的恢复具有十分重要的作用。     

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。     

杭州湾湿地不同植被类型下土壤有机碳及其组分分布特征

土壤有机碳及其活性组分能够敏感地反映土壤碳库的变化。调查采集杭州湾自然滩涂湿地土壤样品(0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm),比较分析芦苇、互花米草、海三棱藨草、裸滩的土壤有机碳(SOC)、水溶性有机碳(DOC)、易氧化碳(ROC)和轻组有机质(LFOM)的变化。结果表明:(1)0~30 cm各土层,芦苇、互花米草、海三棱藨草和裸滩的SOC平均含量依次为3.87~5.08 g kg-1,6.46~6.78 g kg-1,4.33~4.48 g kg-1和4.99~5.25 g kg-1,互花米草SOC含量高于相同土层的其他类型;(2)互花米草DOC和LFOM平均含量分别为90.69~98.90 mg kg-1,2.35~2.95 g kg-1,高于相同土层的海三棱藨草、芦苇和裸滩,而裸滩ROC含量(2.06~2.22 g kg-1)却高于相同土层的其他三种类型;(3)芦苇、互花米草和海三棱藨草DOC占土壤有机碳的分配比例无显著性差异,而相同土层的DOC占土壤有机碳的分配比例大小依次为裸滩海三棱藨草芦苇互花米草;(4)SOC和DOC、ROC、LFOM、全氮(TN)、土壤含水量、p H之间均存在极显著关系(p0.01),各指标与p H之间均表现为负相关性。研究表明互花米草的入侵增强了滩涂湿地的固碳能力,有机碳活性组分能够反映有机碳库的变化。     

吉林西部盐碱地区稻田土壤有机碳矿化特征

以吉林西部盐碱地区(前郭灌区)土壤为研究对象,选取不同盐碱程度的4块水田(P1、P2、P3和P4),采用野外实地调研采样与室内模拟试验相结合的方法,分别在培养期的第1,4,7,10,14,21,28,35,70天测定土壤CO_2气体的排放通量,结合土壤基本理化性质,分析盐碱稻田矿化模拟培养过程中CO_2通量的动态变化,研究土壤盐碱化程度对有机碳矿化过程的影响。结果表明:P1、P2、P3为弱碱化土,P4为强碱化土;各样地土壤有机碳(SOC)含量差异显著,并存在表层富集现象,与碱化度(ESP)呈显著负相关关系(r=-0.945);SOC矿化量累积过程与培养时间符合一级动力学模型C_t=C_0(1-e^-kt),各样地土壤在矿化培养初期CO_2释放量较大,释放强度降低较快,矿化速率随时间延长呈缓慢平稳下降,在培养期结束时降至最低。SOC矿化过程受多种因子共同作用,ESP是该过程的主要影响因子。土壤的盐碱化抑制了土壤碳循环的速度,相对于碳源过程而言,对碳汇的影响更大。伴随SOC含量增加,SOC矿化反应强度和矿化反应的完全程度加强,矿化反应累积量增加,反之,随ESP程度增加而减弱。     

尕海泥炭地退化过程中土壤渗透特征的变化

由于恶劣的气候条件和过度的放牧、修建公路等因素,尕海泥炭湿地退化严重,泥炭地质量和生态作用持续下降。本研究采用空间分布代替时间序列的方法,对该区域4种不同退化程度下泥炭湿地土壤渗透性能的变化进行分析研究,从而进一步评价与揭示退化过程中泥炭地的生态功能。结果表明:在前35 min,泥炭地土壤入渗速率曲线在各土壤分层中的变化情况不一;0~10 cm和20~40 cm土层土壤入渗速率曲线变化稳定且都表现为未退化的优于退化土壤;而10~20 cm土层土壤入渗速率曲线变化复杂多变,无明显规律。0~40 cm泥炭土中,植被退化对各层土壤渗透特征的影响不一,在0~10 cm土层,植被未退化土壤的初渗率、稳渗率、平均渗透速率、渗透系数和渗透总量与其他退化土壤渗透特征差异性显著;10~20 cm土层,未退化的土壤稳渗率、渗透速率、渗透系数与渗透量随着植被的退化程度呈“∽”形态波动变化;0~40 cm土层,土壤稳渗率、平均渗透速率、渗透系数和渗透总量均随着植被的退化,呈现出逐级递减的规律。土壤平均渗透速率与土壤孔隙度呈一定的正显著相关,而与土壤初始含水量之间无明显的相关性。保护高寒泥炭地生态系统,对于尕海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。     

尕海湿地区沼泽草甸生长季土壤碳氮组分对增温施氮的响应

[目的] 为探究高寒湿地土壤碳氮组分对气候变暖和氮沉降的响应特征。[方法] 以尕海湿地沼泽草甸为研究对象,采用开顶箱增温(OTC)和外源氮素(NH₄NO₃)添加模拟未来气候变暖及氮沉降试验,分别设置对照(CK)、增温(W)、施氮(N)和增温施氮(WN)4种处理。在试验进行1.5年后对土壤碳氮组分含量进行测定。[结果] (1)开顶箱增温装置提高0—20 cm土层平均温度1.126℃,显著降低0—10 cm土层土壤含水量(SMC)、pH、全氮(TN)、微生物量氮(MBN)、铵态氮(NH₄⁺—N)、有机碳(SOC)和可溶性有机碳(DOC)含量,提高硝态氮(NO₃^-—N)含量。(2)施氮显著降低NH₄⁺—N、SOC和10—20 cm土层微生物生物量碳(MBC)及DOC含量,增加土壤TN、MBN和NO₃^-—N含量。(3)增温施氮显著增加土壤SMC、TN、NO₃^-—N和MBC含量,降低MBN、NH₄⁺—N和DOC含量。(4)相关分析显示,土壤水分与各理化因子均存在正相关性,土壤碳氮组分间均呈正相关性。[结论] 模拟增温施氮缓解尕海湿地植物生长的温度和氮的限制,促进TN的积累,对土壤微生物量碳氮影响较大,导致土壤微生物量碳氮及分布特征发生转换。     

施用生物质炭对旱地红壤有机碳矿化及碳库的影响

为探究生物质炭施入旱地红壤后对该地区土壤有机碳矿化以及有机碳库的影响,采用田间定位试验,设置7种生物质炭施用量处理,分别为0(C0),2.5(C1),5(C2),10(C3),20(C4),30(C5),40t/hm2(C6),以三库一级动力学理论为基础,对这7种处理的土样进行了室内呼吸培养试验。结果表明:(1)与C0相比,C4、C5和C6处理的土壤有机碳含量呈上升趋势,C5处理土壤有机碳含量上升幅度最大为14.66%;C2、C3、C4、C5和C6处理土壤活性碳均显著增加,C6处理增幅最大为25.00%;土壤惰性碳在C3、C4、C5和C6处理中显著增加,增幅分别为18.92%,40.09%,53.60%和49.55%;除C5处理外,其他生物质炭施用量下土壤缓性碳相对于C0处理,分别降低了1.96%,6.54%,8.82%,9.31%和12.91%。(2)与C0处理相比,施加生物质炭后土壤有机碳累积矿化量均显著降低,C6处理降低幅度达25.93%。随着生物质炭施用量的增加,土壤有机碳累积矿化量逐渐降低。(3)土壤有机碳、活性碳和惰性碳与生物质炭施用量存在极显著(p0.01)的正相关,土壤缓性碳与其存在显著(p0.05)的负相关。研究结果可为提升典型旱地红壤肥力,减缓温室气体排放提供科学依据。     

尕海湿地泥炭土土壤理化性质

泥炭是一种宝贵的自然资源,同时也是重要的生态资源,尕海湿地的泥炭土在涵养水源、储存碳汇方面有着举足轻重的作用。研究采用野外调查与室内分析相结合的方法,对尕海湿地泥炭土土壤的理化性质进行测定。结果表明:尕海湿地泥炭土的平均含水量为122.29%,说明尕海湿地具有较强的蓄水功能;土壤容重平均值为0.478 6g/kg,土壤总孔隙度平均值为78.186%。随着土层加深,土壤容重呈现出增大趋势,而总孔隙度呈现出降低趋势。(2)尕海湿地泥炭土的有机质、全氮、全磷、全钾平均含量依次为302.04,10.37,0.81,13.93g/kg,空间变异程度均属中等水平。随着土层加深,土壤有机质、全氮、全磷平均含量均呈现出下降的趋势,而土壤全钾平均含量呈现出先降低后升高的趋势,说明不同深度土壤中生物量的积累对土壤养分含量有重要影响。