长期撂荒对黑土土壤有机碳组分的影响

为明确长期撂荒对黑土不同土层土壤有机碳及其组分的影响,以吉林公主岭黑土长期定位试验为对象,选取不施肥和撂荒2个处理,采用改良的Walkley-Black土壤有机碳分组方法,研究不同层次(0～0.2、0.2～0.4和0.4～0.6 m)土壤有机碳及其组分的变化.结果表明:(1)0～0.6 m土壤剖面中,撂荒处理下土壤有机...     

黄土高原吕梁山不同撂荒年限土壤团聚体稳定性及有机碳分布特征

为探究不同撂荒年限土壤结构及有机碳分布特征,试验选取黄土高原吕梁山自然撂荒1、2、3、5、10、15、20a枣园土壤为研究对象,以清耕作业下的枣园土壤为对照(CK),利用干筛和湿筛法测定并分析各样地0～20 cm 土层中土壤团聚体稳定性、团聚体有机碳与土壤总有机碳含量及其相关性.结果表明:撂荒初期,土壤团聚体含量呈波动...     

不同降水年型黄土高原半干旱撂荒草地水分收支特征

以黄土高原六道沟流域半干旱撂荒草地为研究对象,根据2014—2017年连续观测得到的降水量(P)、蒸散量(ET)、土壤贮水量(S)和植被组成等数据,研究了不同降水年型下撂荒草地的水分收支特征。结果显示:(1)观测前期平水年下0—50cm土层土壤贮水量呈现缓慢下降趋势,以第三年的一场暴雨(109.60mm/d)为分界,后期土壤贮水量总体增加,但波动幅度大增,受蒸散量增加的影响,土壤水分消耗明显;(2)年总蒸散量呈逐年升高的趋势,在平水年下,地表蒸散年际变化主要受气候条件影响,丰水年下,地上生物量的作用明显;(3)水分收支呈现季节性,2—6月为撂荒草地的缺水期,7月—次年1月为丰水期,四年观测结果显示草地处于总体水分亏缺状态(总亏缺165.60mm),存在对深层土壤水(50cm以下)的大量消耗。研究结果表明:撂荒草地水分的持续损失是导致撂荒草地发生演替的重要原因,演替过程中植物深层土壤水的大量消耗可能会导致形成的次生草地土壤水分条件更差,需要加强人为干预措施,防止草地再次退化。     

矿区复垦土壤碳组分对外源碳输入的响应特征

研究外源碳输入对复垦土壤有机碳及组分的影响,对于深入探究矿区复垦土壤有机碳提升及培肥管理具有重要意义。本文依托山西省襄垣县采煤沉陷复垦区的长期定位试验,研究了矿区复垦土壤碳组分对不同外源碳(生物炭、堆肥、沼渣、牛粪与秸秆)输入的响应特征。分别在2011年与2016年对矿区复垦土壤样品进行采集,测定0～20 cm土层土壤有机碳、易氧化有机碳、活性碳库Ⅰ、Ⅱ的含量。结果表明,生物炭处理的土壤有机碳增长率和年变化量较对照(CK,无外源碳添加)分别增加101.80%和0.56g·kg–1·a–1,且均显著高于其他有机物料处理;生物炭、牛粪处理土壤0～20 cm土层固碳量较CK分别提高100.52%和91.52%,二者间差异不显著,均显著高于其他有机物料处理,堆肥、沼渣和秸秆处理间对土壤固碳量的提升作用不显著。添加有机物料均能显著增加复垦土壤易氧化有机碳的增长率和年变化量,均表现为堆肥处理最高,较CK分别增加12.37%和0.16 g·kg–1·a–1。复垦土壤活性碳库Ⅰ、Ⅱ的增长率和年变化量均为牛粪处理显著高于其他有机物料处理。有机物料添加均能提高土壤稳定性有机碳含量,与CK相比,生物炭和牛粪处理的提高幅度最大,显著高于其他有机物料,而牛粪与生物碳之间差异不显著。生物炭处理碳库管理指数最高,分别较堆肥、沼渣、牛粪、秸秆处理提高36.30%、52.23%、41.50%、52.02%。施用生物炭、堆肥、沼渣、牛粪与秸秆都能显著提升复垦土壤各碳组分含量和碳库管理指数,施用生物炭的效果最优,因此施用生物炭可作为矿区复垦土壤有机碳提升的有效管理措施。     

宁南黄土丘陵区不同人工植被对土壤碳库的影响

运用碳库管理指数分析了被恢复后宁南黄土丘陵区不同人工植被对土壤碳库的影响,结果表明：植被恢复增加各个土层土壤有机碳含量,但是活性有机碳含量表现不同,草地减少,其他植被与农田土壤活性有机碳含量差异不大。随着栽植年限的延长,土壤有机碳含量在各个土层都增加,且在0～30cm土层内增加的幅度都比较大。但是年限并不能增加土壤活性有机碳含量,说明植被恢复年限增加的是土壤非活性有机碳。植被恢复提高了土壤碳库管理指数,其中天然草地增加更为明显。     

轮耕措施对小麦玉米两熟制农田土壤碳库特性的影响

针对华北麦玉两熟区长期免耕土壤存在的问题,研究不同耕作方式对连续5年免耕土壤有机碳、活性碳及土壤碳库特性的影响。结果表明:0-30cm土壤有机碳、活性有机碳均表现为翻耕旋耕免耕。翻耕、旋耕显著影响土壤有机碳和活性碳的分布,即0-5cm表现为免耕旋耕翻耕,5-10cm旋耕翻耕免耕,10-20cm翻耕旋耕免耕;与连续免耕相比,翻耕0-5cm,10-20cm变化显著,旋耕5-10cm变化显著。长期免耕后,土壤耕作对碳库各项指数影响比较大,表现出层次差异性,翻耕显著降低表层0-5cm土壤各项指数,增加10-20cm各项指数,旋耕显著增加了10-20cm的活度指数和碳库管理指数。总之,轮耕能够提高长期免耕土壤的有机碳、活性碳和碳库管理指数,对提高长期免耕土壤质量有重要作用。     

长期施肥对南方红壤碳库管理指数的影响

了解田间施肥措施对南方红壤碳库管理指数的影响具有重要意义,以湖北贺胜桥镇建立19 a的长期施肥试验小区为研究对象,研究了不施肥(CK)、施用有机肥(T1)、施氮磷钾肥(T2)和氮磷钾肥与秸秆配施(T3)4种处理对南方红壤有机碳和碳库管理指数的影响及差异.结果表明:(1)长期施肥能显著降低土壤容重,显著增加毛管孔隙度、毛...     

长期施肥对土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响

以长期定位试验为研究对象,分析了长期施肥对土壤不同层次活性碳的影响,并计算了各处理的碳库指数和碳库管理指数。结果表明,土壤活性碳均随土层的增加而减少0,～7.5 cm土层的活性有机碳平均比7.5～15 cm、15～30 cm、30～50 cm高出6.6%、23.4%、57.1%。施肥均可以提高土壤活性有机碳和碳库指数。单施有机肥培肥土壤和有机肥、化肥的配合施肥对提高土壤中活性有机碳的作用较单纯施用化肥更为显著。施肥除了绿+N、秸+N、农+绿+N处理的碳库管理指数降低外,其它各处理的碳库管理指数均有所增加。农业生产中必须重视有机肥的合理施用,使土壤碳库处于良性状态,最终才有可能维持土壤的可持续性利用。     

黄土高原草地土壤有机碳分布及其影响因素

以黄土高原水平方向的4种主要草地类型为研究对象,分析了不同草地类型土壤有机碳(SOC)的分布特征及其影响因素。结果表明:土壤有机碳含量随土壤深度的增加而降低,其中0～20 cm土壤有机碳含量与20～40、40～60、60～80、80～100 cm有机碳含量差异显著。4种草地类型土壤有机碳含量分布规律:0～40 cm为高山草甸草原>典型草原>森林草原>荒漠草原,40～100 cm为高山草甸草原>森林草原>典型草原>荒漠草原;4种草地类型中各土层土壤有机碳含量最高的是高寒草甸,其空间变异最大,最小的是荒漠草原,其变异最小。黄土高原上高寒草甸草原、森林草原、典型草原土壤有机碳均集中分布在浅表层0～40 cm,分别占0～100 cm的71%、50%、46%,而荒漠草原各层分布较均匀;黄土高原土壤有机碳含量与海拔高度呈显著正相关(p<0.01);0～40 cm土壤有机碳含量与土壤含水量呈显著正相关(p<0.01);与全氮有极显著的正相关性,相关系数达0.984 3;与年均温呈极显著负相关(p<0.01),几种草地类型100 cm深土壤有机碳含量与年降水量无明显相关。     

不同土地利用类型对伊犁地区土壤活性有机碳库和碳库管理指数的影响

土壤碳库管理指数（CPMI）可以比较准确地发现人为因素对土地利用的干扰情况。以伊犁河谷不同土地利用类型（耕地、林地、草地和荒地）为研究对象,分析了不同土地利用类型土壤有机碳（SOC）含量、活性有机碳含量及其在SOC中的分配情况,各类有机碳含量之间的相关性、CPMI。研究表明:（1）不同土地利用类型SOC含量和水溶性有机碳（WSOC）含量有显著差异,SOC含量为草地 > 林地 > 耕地 > 荒地;WSOC含量为耕地（最高） > 荒地（最低）;易氧化碳（ROC）含量为草地最低;在0—20 cm和20—40 cm土层,微生物量碳（MBC）含量为草地（最高） > 林地（最低）;ROC含量为荒地高于草地。不同土地利用类型SOC含量均随土层深度增加而降低;ROC含量均随土层深度增加而升高;除林地外,其他样地MBC含量均随土层深度增加呈先升高后降低趋势,而WSOC含量均随土层深度增加而逐渐降低。（2）不同土地利用类型下ROC,MBC和WSOC所占SOC比例各不相同,且碳库的活度主要取决于ROC所占比例,ROC所占比例为荒地 > 耕地 > 林地 > 草地;MBC所占比例为荒地 > 耕地 > 草地 > 林地;WSOC所占比例为耕地 > 林地 > 荒地 > 草地。同一土地利用类型各活性有机碳所占比例情况为ROC > MBC > WSOC。（3）不考虑土层深度影响,耕地ROC含量与MBC含量呈极显著线性负相关;林地SOC含量与ROC含量呈显著线性负相关;荒地SOC含量与WSOC含量呈极显著线性正相关。不同土地利用类型下SOC,ROC,MBC,WSOC含量之间线性相关程度总体偏低。（4）同一土地利用类型,CPMI均随土层深度的加深先增大后减小;0—20 cm土层的CPMI为林地 > 荒地（100） > 耕地 > 草地。土地利用类型由荒地、草地、耕地转变为林地,有利于CPMI的提高,有利于土壤培肥,促进碳循环。     

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。     

黄土丘陵区不同恢复年限对天然草地土壤碳库动态的影响

[目的]揭示不同恢复年限的天然草地土壤碳库动态变化及其剖面分布特征,全面认识和理解天然草地恢复下土壤有机库、无机碳库的动态特征。[方法]采用野外调查与室内试验分析相结合的方法,以农田为对照,对黄土丘陵区不同恢复年限(11,16,22和35a)的天然草地土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、总碳(STC)的动态变化及其剖面分布特征进行了探讨。[结果](1)天然草地恢复过程中表层(0—10cm)SOC含量随植被恢复年限显著增加,下层(10—100cm)SOC含量随植被恢复年限变化不明显;0—100cm土层SOC储量呈先减少后增加趋势,但仍未达到农田SOC储量的水平。(2)天然草地0—20cm土层SIC含量呈相对脱钙现象,0—100cm土层SIC库储量约为SOC库储量的2.7~4.5倍。土壤无机碳库随植被恢复年限的增加无明显变化,但SIC的剖面分布深度发生改变。(3)土壤总碳库随恢复年限增加无明显变化,0—100cm土层SIC储量在STC库中所占比例约为75.6%~86.0%。[结论]短时间内天然草地的土壤碳汇效应并不明显,碳库增汇效应需要长期的过程。     

黄土高原典型植被根系对土壤团聚体及其有机碳组分的影响

为探究植被根系作用下不同粒径团聚体内碳组分含量的相对变化及其主要影响因素,以黄土高原地区自然生长的直根系植物铁杆蒿(Artemisia gmelinii Web.)和须根系植物长芒草(Stipa bungeana Trin.)典型植被为研究对象,以退耕1年撂荒地为对照样地(CK),测定各粒径团聚体质量占比及其土壤有机碳(SOC)、颗粒态有机碳(POC)、矿物结合态有机碳(MAOC)含量,分析土壤基本理化性质和根系特征参数与不同粒径团聚体碳组分特征间的相互关系。结果表明:(1)与撂荒地相比,铁杆蒿和长芒草样地均显著提高POC和MAOC含量,POC含量变化幅度均大于MAOC。铁杆蒿和长芒草样地显著提高各粒径团聚体碳组分含量,＞0.25 mm大团聚体中POC和MAOC含量增幅较微团聚体更大,分别为7.44~8.26倍和3.76~4.37倍。(2)大团聚体有机碳含量与POC、MAOC均为极显著相关,小团聚体有机碳含量与POC显著相关,微团聚体有机碳含量与MAOC显著相关。团聚体对POC的包裹和对MAOC的结合作用共同存在,同时二者以不同的影响方式作用于团聚体有机碳变化,继而影响土壤总有机碳,其中,小团聚体有机碳含量是最主要的影响因素。(3)土壤团聚体碳组分与植被根系参数显著相关,根表面积密度(RSAD)和根生物量密度(RWD)是影响团聚体碳组分的主要因素,其解释方差分别为50.5%,17.0%。通过碳组分对各粒径土壤团聚体有机碳的影响,植物根系能够有效提升土壤有机碳含量并改善土壤质量。该研究结果为黄土高原地区土壤固碳与植被恢复提供参考。     

黄土高原坝地深层土壤有机碳稳定性研究

淤地坝作为黄土高原重要的碳储库,其深层土壤有机碳稳定性在很大程度上影响坝地土壤储碳能力和碳排放。以黄土丘陵区不同利用年限的坝地为对象,从坝地剖面土壤有机碳含量及其组分入手,研究不同利用年限、不同沉积深度下,土壤有机碳含量及其稳定性的变化特征和影响因素。结果表明：（1）坝地深层土壤有机碳（SOC）含量低于该区坡耕地表层土壤有机碳含量,并未呈现明显的有机碳富集现象。随利用年限增加,坝地SOC含量呈增加趋势。（2）不同利用年限坝地的SOC、易氧化碳（EOC）、微生物量碳（MBC）、水溶性碳（DOC）含量呈现出明显的表聚现象。MBC、DOC和EOC含量在土壤0—60 cm内较高。（3）相较于坝地浅层土壤而言,坝地深层土壤有机碳具有较高的稳定性,长期耕作会降低坝地深层土壤有机碳稳定性。（4）坝地浅层和深层土壤有机碳稳定性变化的主导因素不同。浅层土壤有机碳稳定性主要受土层深度、有机碳含量和黏粒含量的影响,分别能解释其变异的50.4%,19.6%和11.8%;深层土壤有机碳稳定性主要受有机碳含量、土壤含水量和利用年限的影响,分别能解释其变异的38.9%,33.9%和11.8%。     

黄土高原地区土壤有机碳估算及其分布规律分析

黄土高原地区开展退耕还林还草,不仅会改变生态环境,也势必培育土壤,影响全球碳循环。要准确预测退耕还林对黄土高原乃至全球未来环境的影响作用,需要估算目前黄土高原地区土壤有机碳量。根据第二次土壤普查资料和土壤类型图,计算了黄土高原地区表层土壤有机碳密度和储量。结果表明,黄土高原地区0～20cm土壤有机碳密度变幅为0.66～12.18kgC/m2,其中大部分土壤有机碳密度集中在1～4kgC/m2,土壤有机碳面积平均加权值为2.49kgC/m2,总储量为1068Tg。此结果可为水土保持的环境效益评价提供背景资料,以便通过对比分析退耕还林前后的土壤碳密度,预测未来区域生态环境状况。     

Soil Organic Carbon Accumulation in Abandoned Croplands on the Loess Plateau

The Grain to Green Program in China which began in 1999 led to the conversion of 0.64 million ha of cropland to grassland on steep sloping landscapes. However, the pattern of natural vegetation succession following cropland has not been well represented in previous regional syntheses of land use change effects on soil organic carbon (SOC). A chronosequence study focusing on the vegetation succession and soil carbon stocks was conducted in the center of the Loess Plateau. The chronosequence included fields of 0, 2, 5, 8, 9, 10, 12, 15 and 25 years of self‐restoration after cropland abandonment, as well as a natural grassland reference. Plant coverage, species richness and plant biomass increased significantly with time of cropland abandonment. Over time, the species composition more nearly resembled a natural grasslands community. Cropland abandonment replenished SOC stocks by 3.6 kg C m⁻² during the 25‐year self‐restoration, but the SOC accumulation was restricted to the upper soil profiles (0–60 cm). SOC accumulation rate was 88 g C m⁻² y⁻¹ in 0–30 cm and 55 g C m⁻² y⁻¹ in 30–60 cm soil depth, respectively. These carbon stocks were still significantly lower than those found in the natural grassland soil. Our results suggest that the recovery of plant communities and SOC stocks appears to be slow in this semiarid environment without revegetation effort along with appropriate field management, although the post‐agricultural soils have a high potential for carbon sequestration. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

贝加尔针茅草甸草原土壤有机碳组分对长期氮素添加的响应

为解析贝加尔针茅草甸草原土壤有机碳组分对长期氮素添加的响应,于2010年在内蒙古呼伦贝尔市鄂温克旗贝加尔针茅草甸草原设计氮素添加试验,设置8个氮处理,为0(N0)、15(N15)、30(N30)、50(N50)、100(N100)、150(N150)、200(N200)和300(N300)kg·hm^-2·a^-1(以N计),土壤样品于2019年8月采集,进行土壤有机碳及其组分的测定,探究氮素添加10年后土壤有机碳及其组分的变化与驱动因素。结果表明：(1)与对照相比,长期氮素添加下土壤有机碳(SOC)及土壤惰性碳(RP-C)含量无显著变化,土壤活性有机碳(LP-C)的含量增加,其中活性碳组分Ⅰ(LPⅠ-C)增加了0.48%～15.59%,活性碳组分Ⅱ(LPⅡ-C)增加了1.94%～8.41%,易氧化有机碳(EOC)含量无显著变化,可溶性有机碳(DOC)与微生物生物量碳(MBC)含量显著变化,且土壤碳组分整体在N30～N100处理变化敏感;(2)分析土壤有机碳对氮素添加的敏感指数(SI)可知,MBC对长期氮素添加响应更为敏感,可作为本区域有机碳变化...     

荒漠草原表层土壤有机碳粒径组分及碳库管理指数特征

以探讨荒漠草原表层土壤粒径分布分形、不同粒径有机碳含量、碳库管理指数特征及其关系为目的,通过野外调查选取宁夏回族自治区盐池县花马池镇荒漠草原柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、黑沙蒿(Artemisia ordosica)、短花针茅(Stipa breviflora)、蒙古冰草(Agropyron mongolicum)4种典型植被作为研究对象,采集典型植被冠下和丛间2种生境下表层(0—5 cm)土壤,分析不同植被表层土壤不同粒径有机碳含量、土壤碳库动态变化特征及其相关性。结果表明：(1)4种典型植被土壤粒径呈“单峰”型分布趋势,土壤颗粒主要集中分布于2～250μm粒径,分形维数(D)为2.56～2.63,100～500μm颗粒含量是植被间差异显著的主要原因。(2)4种典型植被冠下有机碳含量大于丛间有机碳含量,>250μm粗砂粒组分有机碳含量最高,不同粒径组分有机碳含量在灌丛和草本植被间差异显著(p<0.05)。(3)4种典型植被土壤TOC、AOC含量均表现为冠下大于丛间,TOC在不同群落间差异显著,灌木群落冠下碳库活度(A)和碳库管理指数(CPMI)相...     

黄土高原森林带植被群落下土壤活性有机碳研究

为了探讨植被类型对土壤活性有机碳的影响以及活性有机碳对植被类型的敏感程度,在黄土高原沟壑区安塞县洞子沟流域,选择森林带不同植被类型下0-10 cm和10-20 cm土壤为研究对象,测定了四种表征土壤活性有机碳的指标,并对活性有机碳与植被群落中优势植物的特征指标进行逐步回归分析.结果表明,土壤有机碳以及活性有机碳含量均随土层深度的增加而降低,且含量都以乔灌草群落最大,草本群落最小.微生物生物量碳和溶解性有机碳占有机碳的比例不随植被类型和土层深度的变化而变化,保持在一个比较稳定的水平上.易氧化有机碳和轻组有机碳占有机碳的比例则随不同植被而变化.轻组有机碳占有机碳的比例在上下两层也有明显差异.活性有机碳对优势植物生物量和碳含量的响应,均敏感于总有机碳.而在四种活性有机碳中,微生物生物量碳的响应最为敏感,其次分别为溶解性有机碳,易氧化有机碳,轻组有机碳.     

高寒草地灌丛化对土壤团聚体稳定性及其胶结物质的影响

团聚体是土壤有机碳重要的存储单元,其稳定性直接影响有机碳的固存。为探明草地灌丛化是否影响土壤团聚体稳定性及其胶结物质,本文以青藏高原东缘4种典型灌丛化草地(高山绣线菊Spiraea alpina、窄叶鲜卑花Sibiraea angustata、小叶锦鸡儿Caragana microphylla、金露梅Potentilla fruticosa)为研究对象,分析土壤团聚体稳定性(大于0.25 mm团聚体含量、平均重量直径(MWD)和分形维数及其胶结物质(团聚体有机碳、铁铝氧化物、钙键和铁铝键结合的有机碳)的含量,并分析各胶结物质对团聚体稳定性的影响。结果表明,(1)小叶锦鸡儿灌丛化显著降低2～0.25 mm和小于0.002 mm团聚体含量和团聚体稳定性(P<0.05),而其他3种灌丛化草地对土壤团聚体含量和稳定性影响不显著(P>0.05)。(2)小叶锦鸡儿灌丛化和窄叶鲜卑花灌丛化改变了团聚体胶结物质的含量。(3)团聚体胶结物质与MWD的增强回归树分析结果显示,高山绣线菊灌丛化草地土壤团聚体稳定性的主要贡献胶结物质为络合态铁(Fe_p)和无定形态铁铝(Fe