黄土丘陵区不同退耕还林地土壤有机碳、氮密度变化特征

探讨了黄土丘陵区退耕种植10～40a的柠条、侧柏及刺槐林地0—60cm不同土层有机碳及全氮密度随退耕年限及在土层分布上的变化特征。结果表明:不同土层相比,退耕栽植柠条、侧柏、刺槐10～40a后0—20cm土层有机碳密度平均比20—60cm增加4.20,6.87,4.46Mg/hm2;0—20cm土层的全氮密度比20—60cm平均增加0.08,0.02,0.07Mg/hm2。与坡耕地比较,0—20cm土层在退耕30a中固碳速率为侧柏[0.33Mg/(hm2·a)]>刺槐[0.28Mg/(hm2·a)]>柠条[0.17Mg/(hm2·a)],固氮速率则为刺槐[0.03Mg/(hm2·a)]>侧柏[0.02Mg/(hm2·a)]>柠条[0.01Mg/(hm2·a)],且碳氮固定速率均显著高于深层土壤。10～30a不同退耕还林地增加的有机碳、氮平均分别有57%和51%来自0—20cm的土层。不同退耕还林地土壤C/N随土层深度的增加而减小。综上,退耕还林土壤表现出显著的提升土壤碳氮的效应,且以侧柏林地固碳能力较佳,刺槐林地固氮效果较好。     

黄土丘陵区几种退耕还林地土壤固存碳氮效应

探讨了黄土丘陵区退耕10 a和30 a的柠条、刺槐、油松及侧柏林地0～60 cm不同土层有机碳、氮数量和分布的变化特征。结果表明：相比坡耕地,退耕还林10 a后,仅侧柏与油松林地各土层有机碳、氮含量和密度显著提升。退耕还林30 a与10 a相比,各土层有机碳含量增幅表现为侧柏＞油松＞刺槐＞柠条,总体0～60 cm土层碳固存速率分别达到1.06、0.71、0.43、0.36 mgC·hm-2·a-1;氮固存速率以刺槐最高,达到0.051 mgN·hm-2·a-1,其他还林地固存氮速率接近,为0.014～0.026 mgN·hm-2·a-1。30 a还林有机碳的增加主要来自0～20 cm土层,平均贡献达51.9%,而全氮增加除刺槐林地外,主要来自40～60 cm土层,平均贡献达42.5%。各还林地C/N仅在0～20 cm表层均有显著提高,但有机碳与氮均表现出显著的回归相关性。综上,长期退耕还林地能够固存碳氮,且以侧柏林地提升有机碳库较佳,而刺槐林地提升氮库较好。     

黄土丘陵区纸坊沟小流域土壤有机碳储量研究

通过野外调查和室内分析,研究了黄土丘陵区纸坊沟小流域不同土地利用方式下土壤有机碳的剖面变化特征及土壤有机碳储量。结果表明,该流域各层土壤的有机碳含量为中等变异,土壤有机碳含量随土层深度的增加而减少。0—60 cm土层有机碳储量为4.73×104t,天然草地和林地的储量较高,占总储量的80%。不同土地利用方式下,流域内的土壤有机碳含量差异显著,表现为:天然草地>灌木林地>乔木林地>川坝地>梯田>坡耕地>撂荒地>果园。     

黄土丘陵区退耕还林(草)土壤环境效应

通过采样与分析,研究了上黄试区不同土地利用类型、不同坡地植被恢复措施及不同植被恢复年限的土壤养分状况,结果表明：坡耕地土壤存在不同程度的退化现象,土壤养分,有机质含量较低;坡耕地与不同恢复措施的林地草地相比,速效K、速效N及有机质含量低,pH值则偏高;坡耕地退耕还林还草年限越长土壤改良效益越明显。     

陇东黄土丘陵区坡改梯田土壤有机碳累积动态

采用时空互代法,以不同年限坡改梯田为研究对象,分析了陇东黄土丘陵区梯田土壤有机碳（SOC）的时空分布特征。结果表明,1）陇东黄土丘陵区黄绵土在坡改梯后近50 a内,农田060 cm土层土壤有机碳处于持续累积状态,2040 cm与4060 cm土层SOC较坡耕地的增幅分别为54.6%和52.4%,大于表层增幅 （33.7%）（P0.05）;各土层SOC随梯田年限的变化趋势基本一致,在修建初期（0~8 a）累积较快并超过坡耕地SOC水平（P0.01）,24 a 后有了显著提高（P0.05）,后期SOC累积变化不显著。2）不同土壤类型及地形下SOC含量及累积速率有所差异,020 cm 土层的SOC在黄绵土中累积最为明显,2040 cm与4060 cm 两个土层SOC在红粘土中的累积量最为显著（P0.05）;阴坡表层SOC大于阳坡,梯田修建25 a 后阴坡平均SOC较阳坡高22.1%。3）梯田土壤有机碳的时空变异受土壤类型的影响最大,其贡献率达62.0%,海拔和坡向影响次之,两者可解释20.4%的有机碳的变异;梯田年限和施用有机肥可分别解释11.7%和5.8%的变异。陇东黄土丘陵区坡改梯田土壤在当前经营状况下表现出较弱的碳汇效应。     

坡向和坡位对小流域梯田土壤有机碳、氮变化的影响

坡向和坡位是影响土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）变化的两大重要地形因素。研究其对小流域梯田SOC和TN变化的影响,对预测黄土高原地区坡改梯条件下土壤碳汇变化具有重要意义。本文以黄土丘陵沟壑区高泉沟小流域为例,区分东、西两种坡向,再根据海拔区分上（2220～2326 m）、中（2130～2220 m）、下（1938～2130 m）三种坡位,共采集213个土壤样品,研究坡向、坡位对梯田耕层（0～20 cm）SOC和TN的影响。结果表明,西向坡SOC和TN含量分别比东向坡高22.8%和13.6%（p0.1）,东西向坡的中、下坡位SOC和TN含量均大于上坡位。在西向坡,SOC含量下坡位（8.78 g/kg）最高,中坡位（7.82 g/kg）次之,上坡位（7.46 g/kg）最低;与上坡位相比,中坡位和下坡位的TN含量提高了12.1%,24.2%。在东向坡,SOC含量中坡位（7.15 g/kg）最高,下坡位（6.28 g/kg）次之,上坡位（5.37 g/kg）最低;与上坡位相比,中坡位和下坡位的TN含量提高了37.3%,29.4%。坡向与坡位的交互作用对流域SOC的空间分布影响显著（p0.1）。坡向、坡位对土壤碳氮比值（C/N）也有显著影响（p0.1）。这一结果对准确估算流域梯田SOC和TN的变化提供了参考。     

黄土丘陵区典型草地土壤有机碳及微生物量碳的分布特征

对黄土丘陵区植被恢复中柳枝稷、长芒草和白羊草这3种典型草地土壤有机碳、微生物量碳以及团聚体中有机碳的含量变化和分布特征进行了研究。结果表明,土壤中有机碳、微生物量碳以及不同粒级团聚体中有机碳均集中分布在土壤的表层;不同草地类型下有机碳的含量大小顺序为:柳枝稷草地>长芒草草地>白羊草草地;相同土层深度土壤各粒级团聚体中有机碳的分布表现为2～1mm粒级团聚体中有机碳含量明显高于其它粒级中有机碳的含量;在3种典型草地中,柳枝稷草地土壤中有机碳含量和团聚体中有机碳含量高于长芒草和白羊草草地的含量,柳枝稷草地土壤微生物量碳的含量仅低于长芒草中的含量。     

黄土高原丘陵区地形和土地利用对土壤有机碳的影响

土壤有机碳(SOC)作为土壤中重要的组成部分及植物生长的主要元素,在地球生态系统中起着举足轻重的作用,是全球环境尤其是气候变化的重要影响因素。以黄土高原王茂沟小流域为研究对象,通过间隔为150m经纬网格分5层采集0～100cm土壤样品,采集土壤样品包括4种地形(坡顶、坡上、坡中、坡下)和5种土地利用类型(坡耕地、林地、草地、灌木、梯田),共采集土壤样品1 540个,探讨地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域SOC含量和分布影响,并通过Kriging插值计算流域内SOC空间分布。结果表明,黄土丘陵第一副区王茂沟小流域在0～100cm土层中,SOC平均含量坡上(4.49g·kg~(-1))和坡中(4.30 g·kg~(-1))含量最高,其次为坡下(3.97 g·kg~(-1)),坡顶SOC含量最低(3.34g·kg~(-1));坡耕地SOC含量最低。林地(4.31 g·kg~(-1))、梯田(4.25 g·kg~(-1))、草地(4.12 g·kg~(-1))和灌木(3.82 g·kg~(-1))分别较坡耕地(3.47 g·kg~(-1))SOC含量增加24.2%、22.4%、18.7%和10.1%。表层SOC更易受到环境因子的影响,梯田等水土保持措施可明显固存深层(20cm)SOC。方差成分估计表明,土地利用、地形、深度以及土地利用与地形的交互作用对流域剖面SOC含量空间分布有着极显著的影响(P0.01),其中地形对SOC含量的贡献率最高(32.50%)。土地利用与地形的交互作用在各因子的交互作用中表现出对SOC含量变异解释度最高(7.4%)。流域SOC在空间上呈斑块分布,随着深度的增加,流域SOC的空间分布向均一性发展。研究结果为黄土区水土保持措施规划及退耕还林的固碳效益评价提供了科学依据。     

黄土丘陵区人工柠条林土壤有机碳组分和碳库管理指数演变

采用时空替代法,探讨了黄土丘陵区人工柠条林地在10,17,30,34,40,50 a时间序列上0-40 cm土层内土壤碳组分和碳库管理指数的演变特征.结果表明:(1)随着林龄的增加,柠条林地中土壤总有机碳和活性有机碳含量增加,均为10 a时含量最低,40～50 a时趋于稳定.但二者出现的峰值年限不同,总有机碳在34 a时含量最高,达4.29 g/kg,而活性有机碳含量在40 a时最高,为0.83 g/kg;(2)柠条林地碳库管理指数随林龄增加整体呈上升趋势,在0-20 cm土层随生长年限的增加明显提高,比10 a柠条林地高出54.2％～153.0％,而在20-40 cm土层其增幅不明显,甚至在17～30 a期间比10a时下降了8.0％～16.9％;(3)相关分析表明,活性有机碳与总有机碳之间存在极显著正相关关系,并且与土壤肥力指标也呈显著或极显著相关;碳库指数和碳库管理指数与土壤碳组分、其他主要肥力指标之间也显著相关.研究表明,在黄土丘陵区植被恢复过程中,柠条种植可增加土壤的有机碳含量,改善土壤肥力.碳库指数与碳库管理指数可以作为反映黄土丘陵区植被恢复的监测因子.     

晋西黄土丘陵区不同土地利用类型对土壤碳氮储量的影响

通过对比晋西黄土区蔡家川流域人工刺槐林地、人工油松林地、退耕荒草地和农地土壤有机碳和总氮含量的差异性,探讨了土地利用变化对该流域土壤碳氮储量的影响。结果表明:（1）4种土地利用类型下,土壤有机碳和总氮均表现出表聚效应,且荒草地垂向降幅最大,各样地土壤有机碳和总氮均呈极显著线性正相关;（2）油松林地0—48 cm土层有机碳含量高于其他样地,刺槐林地0—48 cm土层总氮含量显著高于其他样地,而4种土地利用类型在48—96 cm土层和96—160 cm土层中有机碳和总氮含量差异不显著;（3）从蔡家川流域退耕土壤固碳和固氮效应整体而言,退耕林地具有显著的土壤碳氮固存效应,随着人工林地面积占比的增加,流域土壤总有机碳和总氮储量相应增加。     

黄土丘陵区草地表层土壤固碳特征及影响因素

采用野外调查与室内分析相结合的方法,分析了黄土丘陵区长芒草(Stipa bungeana)、白羊草(Bothriochloa ischaemum)草地表层(0—20cm)土壤有机碳(SOC)及其与地形、土壤、植被等因子的相关性,以期揭示自然恢复过程土壤固碳特征及显著影响因子。结果表明,不同恢复年限长芒草群落土壤表层SOC平均含量14~18a显著增加,年均增加量为0.295g/kg;18~26a增加平缓,年均增加量为0.186g/kg;26~45a略微下降,33,45aSOC平均含量分别低于26a(8.92%,3.18%),差异均不显著。白羊草群落则表现25~40a平缓增加,年均增加量为0.054g/kg,40~45a以上显著增加,40aSOC平均含量低于45a以上29.38%,差异显著(p0.05)。不同土层剖面,SOC含量均表现为土层0—10土层10—20cm。土壤总SOC密度变化趋势与SOC平均含量一致。相关分析表明,长芒草、白羊草群落SOC平均含量随着恢复年限、地上生物量、地下生物量、全氮的增加而增加,随着海拔、容重的增加而减小。随着恢复年限的增加,长芒草、白羊草群落土壤表层SOC存在明显固存效应,海拔、恢复年限、地上生物量、地下生物量、全氮、容重为显著影响因子。     

浑河上游典型植被河岸带土壤有机碳、全氮和全磷分布特征

河岸带是陆地生态系统和水生生态系统的过渡区,也是一个敏感和脆弱的生态区域。河岸带生态系统由于人类活动的干扰而严重退化,因而严重影响了河岸带土壤碳氮磷的循环过程。本文分析了浑河上游典型河岸带土壤有机碳、全氮和全磷含量及其空间分布特征,结果表明:1河岸带的灌丛草地、次生林、人工松林与玉米地相比,均能有效地提高0～40 cm土层的有机碳、全氮和全磷含量。2土壤有机碳、全氮和全磷含量随着土层的加深呈现降低的趋势,灌丛草地和次生林的土壤有机碳、全氮、全磷含量随着土层加深而降低的速率明显高于玉米地土壤。3在0～40 cm土壤剖面上,土壤有机碳平均含量从高到低依次为次生林(47.50 g/kg)、灌丛草地(44.50 g/kg)、人工松林(34.72 g/kg)、玉米地(15.09 g/kg);土壤全氮平均含量从高到低依次为次生林(2.53 g/kg)、灌丛草地(2.50 g/kg)、人工松林(2.40 g/kg)、玉米地(0.84 g/kg);土壤全磷平均含量从高到低依次为次生林(1.07 g/kg)、灌丛草地(1.05 g/kg)、人工松林(0.92 g/kg)、玉米地(0.65 g/kg)。     

黄土丘陵区人工草地牧草营养元素累积及土壤有机碳与养分特征

以黄土丘陵沟壑区安塞川地及山坡地豆科和禾本科的人工草地为对象,研究人工草地的土壤有机碳及土壤养分变化、草地植物营养元素吸收与循环特征,揭示种植不同种类牧草的人工草地对土壤有机碳及养分变化的驱动作用.结果表明:在各种牧草当年生长的茎叶、立枯物、凋落物及根系中所累积的营养元素中,氮素累积量最高,其次为钾,磷的累积量最少;牧草通过凋落物归还到土壤中的氮素最多、其次为钾素,磷的归还量最少;各种牧草的地上部氮、磷、钾3种元素累积量高于根系.苜蓿的地上部和根系中氮、磷、钾的总累积量最高,其次为红豆草、柳枝稷和达乌里胡枝子,沙打旺的地上部与根系中累积的氮、磷、钾总量最少.川地与坡地草地土壤全氮、土壤有机碳与有机碳储量及有机碳固定量均高于裸地.川地草地土壤全氮,土壤有机碳含量与储量高于坡地,川地草地土壤有机碳固定量低于坡地.土壤全氮含量川地以苜蓿最高,山坡地以白羊草最高.建植草地可有效提高土壤氮与钾的有效性.     

黄土丘陵区土壤侵蚀对土壤有机碳流失的影响研究

土壤侵蚀是造成土壤中有机碳迁移、流失的主要原因，也是陆地碳循环的重要动力过程之一。通过野外径流小区观测和室内分析的研究结果表明：土壤有机碳流失主要随着泥沙流失，最高可以达到95％以上；土壤侵蚀造成了有机碳在泥沙中的富集，且富集比大于1。植被覆盖度对小区有机碳的流失有很大的影响，随着植被覆盖度增大，土壤有机碳的流失减小。侵蚀强度与泥沙中有机碳含量呈递减的对数关系；而与土壤有机碳流失程度呈明显的线性关系。     

不同施肥措施对黄土丘陵区农田土壤有机碳组分和碳库管理指数的影响

为探究不同施肥对黄土丘陵区农田土壤有机碳组分及碳库管理指数(CPMI) 的影响,以及提高旱区土壤碳“汇”能力提供理论依据,研究基于中科院安塞水土保持试验站长期定位试验,采用5种不同施肥设置[种植作物不施肥(CK)、氮磷肥配施(NP)、氮磷钾肥配施(NPK)、单施有机肥(M)和有机肥中配施氮磷肥(MNP)]对土壤有机碳组成及碳库管理指数(CPMI)的影响。结果表明：不同施肥处理能增加不同土层土壤有机碳及其组分含量,且土壤有机碳及其组分含量随土层深度增加而逐渐降低；施用有机肥处理(M和MNP)下0-20cm土壤有机碳及其组分含量高于化肥(NP和NPK)和CK处理,与CK处理为对照,M和MNP处理下有机碳含量分别增加133.59%、118.52%(P<0.05),易氧化有机碳含量分别增加51.73%、48.20%(P<0.05),可溶性有机碳含量分别增加61.54%、53.21%(P<0.05),土壤微生物碳含量分别增加68.34%、113.04%(P<0.05)；除土壤微生物碳以外,20-40cm土壤有机碳及其组分含量均无显著差异；不同施肥处理显著提高0-20cm 土壤CPMI,M处理下CPMI在所有施肥处理中最高,20-40cm 土壤中M处理下CPMI在所有施肥处理中最大,但各施肥处理间差异不显著。总体来讲,施用有机肥可以提高旱区土壤水土保持能力和土壤肥力,增强土壤碳“汇”功能及其土壤有机碳的稳定性。     

黄土丘陵区油松人工林土壤固碳特征及其影响因素

以黄土丘陵区9、23、33、47 a油松人工林为研究对象,分析油松人工林不同发育阶段土壤有机碳质量分数和土壤有机碳密度的变化规律,结合土壤全氮质量分数和土壤密度、枯落物现存量、根系生物量指标,分析其影响因素。结果表明:1)9、23、33和47 a油松人工林0~100 cm土层平均土壤有机碳质量分数分别为4.9、5.9、9.2和6.5g/kg,土壤有机碳密度分别为63.0、66.8、100.7和72.5 mg/hm2,二者均表现为随林龄变化先增大(9~33 a)后减小(33~47 a)的趋势,土壤有机碳质量分数和密度垂直分布规律明显,即随土层深度增加而减小,其中,0~30 cm土层土壤有机碳密度占0~100 cm土层碳密度的48.5%~57.9%;2)相关性分析及拟合结果显示,土壤有机碳质量分数与全氮质量分数、枯落物现存量和根系生物量存在极显著线性正相关关系,与土壤密度呈线性负相关关系,根系生物量、枯落物现存量与土壤有机碳质量分数的相关性随着土层深度的增加逐渐减小,逐步回归分析结果表明,土壤全氮质量分数和枯落物现存量是土壤有机碳质量分数最主要的影响因素。     

围封对流动沙丘表层土壤有机碳、全氮和活性有机碳的影响

以流动沙丘为对照,研究不同围封年限(14年和26年)下科尔沁退化沙质草地表层(0-15cm)土壤有机碳、全氮及活性有机碳的变化。结果表明:流动沙丘围封显著提高了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、轻组有机碳(LFOC)和微生物量碳(MBC)含量,14年和26年围封样地SOC、TN、LFOC和MBC含量均随围封年限的增加而增加,且0-5cm层增幅高于5-15cm层。14年和26年围封样地土壤碳氮比显著高于流动沙丘,但2个围封样地之间差异不显著。流动沙丘围封也显著增加了表层SOC、TN、LFOC和MBC储量,0-15cm土层SOC、TN、LFOC和MBC储量均表现为26年围封地>14年围封地>流动沙丘。相关分析表明,LFOC、MBC均与SOC存在极显著正相关关系,说明LFOC和MBC均可作为衡量土壤有机碳变化的敏感指标。     

苜蓿对旱地土壤有机碳氮变化的驱动作用

根据旱地长期定位试验和分离土壤有机质中微粒有机质及矿物结合有机质的方法,研究了长期生长苜蓿对土壤有机碳、全氮变化的驱动作用。结果表明:不施肥条件下,苜蓿地土壤有机碳、全氮的含量比裸地土壤中的含量明显增加,土壤有机碳和氮库中的微粒有机碳、氮的含量没有显著增加,而增加的有机碳、氮主要分布在矿物结合有机碳、氮组分中。在施用有机肥及氮、磷化肥条件下,苜蓿地土壤有机碳和全氮的含量显著地提高,增加的有机碳、氮几乎平均地分布在微粒有机碳、氮和矿物结合有机碳、氮组分中。由此表明,保持适宜的苜蓿生产力并采用合理的施肥措施,长期生长苜蓿能够有效地驱动土壤固定有机碳和氮素,从而保持和提高土壤肥力。     

黄土丘陵区不同种植类型梯田2 m土层有机碳的分布特征

为了明确黄土丘陵区梯田种植类型对0—200cm有机碳垂直分布的影响,以甘肃庄浪县堡子沟流域玉米、小麦、土豆、苹果和间作(苹果+土豆)5种典型种植类型梯田的土壤为研究对象,分析土壤有机碳含量、储量在0—200cm的垂直分布特征及影响因素,探讨种植类型对0—200cm土层有机碳分布稳定性的影响。结果表明:(1)5种种植类型梯田的0—200cm土层中,有机碳含量平均为3.33~4.86g/kg,储量平均为8.0~11.69t/hm~2;含量和储量均在间作和苹果地显著高于玉米地、小麦地(P0.05);各样地有机碳含量均表现出明显的层次性,0—20cm显著高于其他各层(P0.05),20cm以下的各层中的变异较小,有机碳储量的垂直分布特征与含量相同,且层次间差异更为显著。(2)土壤有机碳分配比例在0—20cm为17.57%,20—100cm为41.21%,100—200cm为41.22%,种植类型对0—200cm土层有机碳分布稳定性影响较小。有机碳分层比例SR(0—20cm/20—40cm)为1.51~1.78,SR(0—20cm/40—60cm)为1.78~2.02,表明土壤正向发育熟化,土壤质量明显提高。(3)水分能够影响有机碳垂直分布,种植类型对土壤有机碳的深层分布和固存有一定影响,苹果园的发展有利于梯田土壤有机碳的提高。     

黄土丘陵区小流域尺度上土壤有机碳空间异质性

通过对上黄试区小流域不同土地利用类型下的60个样点的采样分析,结合地统计学原理对小流域土壤有机碳的空间异质性进行研究。试验结果表明,土壤有机碳含量随土层深度的增加而减少,不同土地利用类型下的土壤有机碳存在显著性差异。表层0-10cm的土壤有机碳含量为9.544g/kg,明显高于10-30cm的7.10g/kg和30-60cm的4.63g/kg。通过Kriging插值法估算,其结果也表现出相同的规律。由土壤有机碳含量分布图可知,0-10cm,10-30cm和30-60cm 3层土壤的有机碳含量均表现出天然草地和柠条纯林高于川台地和河滩地。土壤有机碳含量在空间分布上表现出的特征,与动植物在土体中的垂直分布格局、人类社会活动及区域气候条件等因素有关。