开垦年限对松嫩碱化草地土壤碳库的影响

采用等质量计算土壤碳储量的方法,研究了不同开垦年限对碱化草地0~100 cm土层土壤有机碳、无机碳和总碳储量的影响。结果表明:开垦24年后,耕地与天然草地相比0~100 cm土层土壤平均有机碳含量下降了11.22%,无机碳含量上升了27.47%;草地开垦以后,0~100 cm土层土壤有机碳储量以0.88 Mg hm~(-2)a~(-1)的速率下降,土壤无机碳储量以8.18 Mg hm~(-2)a~(-1)的速率增加;无机碳储量的增加弥补了有机碳储量的下降,从而使得0~100 cm土层土壤总碳储量以7.30 Mg hm~(-2)a~(-1)的速率增加。与等体积法得到的结果相比,应用等质量法估算得到的结果提高了土壤的碳库储量,使得0~100 cm土层土壤有机碳储量的损失速率降低了2.75 Mg hm~(-2)a~(-1),而土壤无机碳储量的截获速率则提高了7.65 Mg hm~(-2)a~(-1)。以上结果表明,在估算富含无机碳的土壤碳库时应将土壤无机碳库考虑在内,而且在土地利用方式改变后,将土壤容重考虑在内的等质量法估算土壤碳库储量可能比等体积法更合适。     

北方农牧交错带耕地土壤有机碳储量变化模拟研究 ——以内蒙古自治区为例

运用农业生态系统生物地球化学模型 (DNDC) ,估算北方农牧交错带内蒙古自治区耕地土壤C储量并研究其平衡状况结果表明 ,该区耕地 0～ 3 0cm土层土壤有机碳储量约为 4662 2 .6万t ,目前土壤有机碳库处于严重负平衡 ,年净损失有机碳 13 3 5万t。指出干旱半干旱农牧交错区应推行免耕、休耕等保护性耕作措施以助于土壤有机碳的积累     

江西省农田耕层土壤有机碳量分析

土壤中的有机碳主要储存在表层中,分析农田土壤有机碳密度和储量,既可以为提高土壤肥力服务,也可为农田土壤固碳潜力的估算提供依据。本文以第二次土壤普查图、土地利用变更图和GIS技术为基础,通过土壤样品采集、分析,估算了江西省农田表层土壤的有机碳密度和储量,并与第二次土壤普查结果进行了比较。结果表明:江西农田表层土壤平均有机碳密度为3.8391 kgm-2、有机碳储量为109759.9823×106kg,与第二次土壤普查时相比,农田表层土壤有机碳密度增加了0.21 kgm-2,在相同农田面积的状况下,土壤有机碳储量增加了6167.92×106 kg。     

基于GIS技术的佳木斯地区农田开垦对表层土壤有机碳储量的影响

基于GIS技术,利用1980年和2010年佳木斯表层(0—30cm)土壤有机碳数据,研究不同农田开垦方式对表层土壤有机碳储量和空间分布的影响。结果表明:30年来佳木斯地区表层土壤有机碳储量呈现减少趋势,从1980年土壤有机碳库350.68Tg C减少到2010年的299.58Tg C,主要减少分布在东北地区和南部地区。30年来耕地面积增加了6 790.44km2,农田开垦(沼泽湿地、林地、草地)是影响土壤有机碳储量和时空变化的主要原因,而沼泽湿地的开垦导致储量变化最大,沼泽湿地开垦土壤有机碳年变化率为107.21tC/(km2·a)。农田开垦成旱田要比水田对土壤有机碳损失影响大,农田开垦是造成有机碳储量下降的原因。     

土地利用变化与长期施肥对黑土有机碳密度的影响

土壤管理方式影响土壤碳库储量,进而影响土壤的源汇功能。该研究通过测定草地(GL)、裸地(BL)、农田无肥(NF)、化肥(NP)和化肥配施有机肥(NPM)处理的有机碳含量和土壤容重,估算了不同土地利用和施肥管理方式下的土壤有机碳密度的变化及农田的固碳潜力。结果表明,土壤有机碳含量表层最高而且变化较大,向下逐渐降低且变化较小。对于不同植被覆盖的3个处理,草地0-20cm土层土壤有机碳含量比裸地和无肥分别高出20.6%和16.4%。对于不同施肥管理方式,化肥有机肥配施土壤有机碳含量比无肥和化肥分别高出25.4%和15.5%,所有处理有机碳含量在160-200cm土层没有显著差异。0-40cm土层及0-100cm土体有机碳密度的变化趋势是NPMGLNPNFBL;40cm以下有机碳储量无规律性变化,表现出较大的变异性,这可能与土壤本身的空间异质性有关。草地100cm土体有机碳储量比裸地和无肥分别增加6.8%和5.7%,裸地和无肥无显著差异;化肥加有机肥100cm土体有机碳储量比化肥和无肥分别增加10.4%和5.9%。经估算,松嫩平原黑土区0-100cm土体有机碳库储量约为1.35Pg,农田有机培肥后碳库储量可达到0.96Pg,其固碳潜力约为0.05Pg。0-100cm土体有机碳密度与0-20cm土层有机碳含量及有机碳密度呈极显著正相关(r=0.99;r=0.97,P0.01),表明土壤表层有机碳含量及密度对0-100cm土壤有机碳库具有决定作用。     

县域尺度红壤丘陵区水稻土有机碳模拟

区域尺度土壤有机碳储量的时空变化及其管理是全球气候变化和农业可持续发展研究的重要内容。本文以中亚热带红壤丘陵区的江西省余江县为例,基于12a的长期试验和1998年、2001年的野外定位采样对比研究,利用反硝化分解模型?DNDC(Denitrification-Decomposition)在田块和县域尺度研究了县域尺度表层(0~20 cm)水稻土有机碳储量的时空变化规律。结果表明,以长期试验数据验证,DNDC模型可以较好地模拟水稻土表层有机碳的长期动态变化。2001年农田水稻土(面积为3.6×108m2)表层(0~20 cm)有机碳总储量为2.9×109kg,平均土壤有机碳密度为6.0 kg m-2。1998年至2001年余江县水稻土表层土壤有机碳库逐年增加,年际平均变化量为3.0×107kg。通过对余江县水稻田模拟不同碳投入的情景,分析预测1998年至2017年土壤有机碳储量,种植绿肥提高秸秆还田比率同时减少化肥的投入,可有效地增加红壤区域有机碳蓄积。     

东北黑土有机碳储量及其对大气CO2的贡献

开垦荒地和翻耕农田导致土壤结构破坏,加速土壤有机碳(SOC)损失.通常计算土体中SOC的损失时忽略了侵蚀和沉积作用产生的SOC在景观中的再分布,因而过高地估计了农业土壤对大气CO2的贡献.近年来,土壤科学研究表明,通过采用新的管理措施后,能使农田土壤由大气CO2碳源转变为碳汇.以东北黑土为例,计算其SOC库储量及耕种以来释放到大气中CO2的数量;评价侵蚀和沉积作用对SOC损失的影响;估算东北黑土采用新的管理方式后,该土类可固定大气CO2的潜力.根据第二次土壤普查资料和回归拟合方法,得出东北黑土1 m深度的SOC平均密度为12.54 kg C/m2,有机碳储量为646.2 TgC.应用修正的土壤流失方程(RUSLE)和有关该区土壤侵蚀资料,计算黑龙江和吉林两省每年土壤迁移的碳量为0.34～2.84 TgC/a,因沉积作用引起的SOC在景观中再分布的数量为0.27～2.27 TgC/a.由此计算自耕种以来,东北黑土净释放到大气中的CO2数量为34.6～434.6 TgC.如果采用新的管理措施后,东北黑土最大固碳潜力为244.3 TgC,在未来20年内土壤固碳潜力为30.9 TgC,平均每年1.55 TgC/a.     

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。     

煤炭开采对区域农田植被碳库储量的影响评价

在人类煤炭开采活动的干预下,农田生态系统中碳储量迅速变化。这种变化不仅改变了土壤肥力及农田作物产量,而且对区域及全球环境具有很大影响,事实上稳定保持其碳库是农业减缓温室气体的主要途径。该文的研究目的就是从煤炭开采对区域农田植被碳库储量影响的角度来研究煤炭开采对农田生态系统碳储量的影响,以徐州九里矿区为研究区,通过区域内农田植被碳库采样与试验、区域植被碳库储量估算模型的构建以及碳储量估算得到九里矿区煤炭开采沉陷区农田植被的碳储量和碳密度分布图,然后与情景模拟得出的该区未受到煤炭开采影响情况下,经过几十年变化后农田植被的碳储量和碳密度分布图进行对比,得出煤炭开采对沉陷区范围的农田植被碳库的扰动影响,发现与不受到煤炭开采的影响相比,在沉陷区域外围地势较高的坡地煤炭开采对农田植被碳密度的影响很小,在沉陷区地势较低的季节性积水区和常年积水湿地区煤炭开采对农田植被碳密度的影响较大。在整个煤炭开采沉陷区范围内,与不受到煤炭开采的影响相比,煤炭开采沉陷区域农田植被碳库碳储量减少2.4万t。煤炭开采对区域农田植被碳库储量的影响属于失碳效应。     

东北黑土有机碳储量及其对大气CO2的贡献

开垦荒地和翻耕农田导致土壤结构破坏,加速土壤有机碳(SOC)损失。通常计算土体中SOC的损失时忽略了侵蚀和沉积作用产生的SOC在景观中的再分布,因而过高地估计了农业土壤对大气CO2的贡献。近年来,土壤科学研究表明,通过采用新的管理措施后,能使农田土壤由大气CO2碳源转变为碳汇。以东北黑土为例,计算其SOC库储量及耕种以来释放到大气中CO2的数量;评价侵蚀和沉积作用对SOC损失的影响;估算东北黑土采用新的管理方式后,该土类可固定大气CO2的潜力。根据第二次土壤普查资料和回归拟合方法,得出东北黑土1m深度的SOC平均密度为12.54kgC/m2,有机碳储量为646.2TgC。应用修正的土壤流失方程(RUSLE)和有关该区土壤侵蚀资料,计算黑龙江和吉林两省每年土壤迁移的碳量为0.34～2.84TgC/a,因沉积作用引起的SOC在景观中再分布的数量为0.27～2.27TgC/a。由此计算自耕种以来,东北黑土净释放到大气中的CO2数量为34.6～434.6TgC。如果采用新的管理措施后,东北黑土最大固碳潜力为244.3TgC,在未来20年内土壤固碳潜力为30.9TgC,平均每年1.55TgC/a。     

Spatial and Temporal Variability of Soil Organic Carbon in the Corn Belt of Northeastern China, 1980s–2005: A Case Study in Four Counties

Estimates of changes and possible causes of regional soil organic carbon (SOC) are critical for evaluation of potential responses of terrestrial biosphere to global changes. A total of 382 soil samples, collected in the 1980s from four counties in the Corn Belt of northeastern China, and of 1,514 samples collected in 2005 from the same area, were examined for SOC concentrations. Spatial and temporal SOC concentrations were evaluated after the 25-year interval using geostatistics and kriging interpolation method. Results indicated that the average topsoil SOC concentrations of the study area increased from 1.24% in the 1980s to 1.47% in 2005. Spatial distributions of SOC in the two separate evaluations showed greater SOC concentrations in the middle part of the study area and lower SOC concentrations in the remaining areas. From the 1980s to 2005, SOC concentrations in the central part increased, whereas those in the northeastern and southwestern parts decreased. The increasing trend of SOC concentrations might be attributed to the land-use and land cover changes, crop productivity increase, and agricultural management.     

中国稻田土壤有机碳汇特征与影响因素的研究进展

稻田是中国面积最大的耕地之一，稻田土壤有机碳（SOC）是重要的农业碳库，被认为在减缓大气二氧化碳（CO2）浓度上升和全球变暖中起着重要作用。明确中国稻田SOC汇特征与影响因素，有助于制定合理的农业管理措施，科学地增强稻田土壤固碳减排潜力。研究发现，在空间分布上，中国稻田SOC含量具有地域性差异，总体表现为华南、西南高于华北、西北，长江中游高于长江下游；且稻田SOC含量沿海拔升高而增加，随土壤深度增加而减少。在组成上，稻田土壤活性碳比例不超过5.3%，惰性碳比例远大于活性碳，高达60%以上，稻田固碳重点在于惰性组分。在影响因素上，人为管理措施是导致稻田碳汇变化的主要原因，并与自然因素密切相关。为充分发挥稻田土壤碳汇功能，未来研究应加强稻田SOC稳定机制研究，制定因地制宜的农业管理推广方案，为中国“双碳”目标的实现提供科学依据。     

农业开垦对中国土壤有机碳的影响

以中国土种志资料为基础,分析了耕地和非耕地表层土壤有机碳含量的变异性,以及各大区域土壤有机碳含量在耕地和非耕地、水田和旱地之间的差异;同时结合非耕地有机碳含量和耕地面积数据,估算了由于耕地的开垦而导致的土壤表层有机碳贮量的变化。结果表明,耕地土壤有机碳含量的变异性小于非耕地,水田小于旱地;耕地土壤有机碳含量明显低于非耕地土壤,平均减少了51.5%,水田却明显高于旱地;水田和旱地的开垦分别导致土壤表层有机碳贮量减少了0.67,3.63 Pg,共计4.3 Pg。最后还分析了土壤有机碳库减少量的空间分布格局,探讨了东北和华北这两大区域土壤有机碳贮量下降程度最大的原因,是由于黑土、黑钙土、暗棕壤等富含有机碳的草原草甸和湿地土壤大量开垦以及耕作管理措施粗放所致。     

东北黑土有机碳的分布及其损失量研究

为了分析东北黑土土壤有机碳(SOC)的分布特征及其开垦以来黑土SOC的损失程度,我们于2004～2005年在黑龙江和吉林两省采集了32个自然黑土剖面样品,在每个自然黑土样品附近对应采集32个景观条件相似的耕作黑土样品。结果表明,自然黑土样品0～30cm土层SOC含量平均为32.20 g kg-1,最高可达63.46 g kg-1,黑龙江省自然黑土SOC含量(34.55 g kg-1)高于吉林省(23.80 g kg-1)。耕作土壤SOC平均含量为22.71 g kg-1,远低于自然土壤。受温度的影响,随着纬度的增加,自然黑土与耕作黑土SOC含量逐渐递增。由于土壤侵蚀以及耕垦和去除作物残留物等农业管理措施的综合作用,使得耕作黑土表层SOC含量小于自然黑土。与自然黑土相比,耕作黑土0～10cm土层SOC损失量在26.84%～46.57%之间,亚表层损失相对较少。黑土SOC含量下降也是土壤水土流失致使黑土层变薄的一个直接表现。耕作黑土表层流失厚度可以通过自然与耕作黑土剖面SOC含量的分异差值来估算。通过对土壤剖面上SOC的分布进行校正剔除土壤侵蚀的影响后得到的同等深度SOC含量的差值才可视为由耕作以及有机质输入量差异等因素造成的SOC损失量。未经校正而进行的自然黑土和耕作黑土同一深度SOC含量的比较可能过高估计了农业管理措施对土壤SOC损失量的影响。     

土壤有机碳活性组分沿中国长白山海拔坡度的分布情况

Understanding the responses of soil organic carbon(SOC) fractions to altitudinal gradient variation is important for understanding changes in the carbon balance of forest ecosystems.In our study the SOC and its fractions of readily oxidizable carbon(ROC),water-soluble carbon(WSC) and microbial biomass carbon(MBC) in the soil organic and mineral horizons were investigated for four typical forest types,including mixed coniferous broad-leaved forest(MCB),dark coniferous spruce-fir forest(DCSF),dark coniferous spruce forest(DCS),and Ermans birch forest(EB),along an altitudinal gradient in the Changbai Mountain Nature Reserve in Northeast China.The results showed that there was no obvious altitudinal pattern in the SOC.Similar variation trends of SOC with altitude were observed between the organic and mineral horizons.Significant differences in the contents of SOC,WSC,MBC and ROC were found among the four forest types and between horizons.The contents of ROC in the mineral horizon,WSC in the organic horizon and MBC in both horizons in the MCB and EB forests were significantly greater than those in either DCSF or DCS forest.The proportion of soil WSC to SOC was the lowest among the three main fractions.The contents of WSC,MBC and ROC were significantly correlated(P < 0.05) with SOC content.It can be concluded that vegetation types and climate were crucial factors in regulating the distribution of soil organic carbon fractions in Changbai Mountain.     

利用燃煤飞灰作为时间标记物评价坡耕地黑土侵蚀物质和有机碳的再分配

燃煤飞灰(以下简称飞灰)作为时间标记物克服了放射性同位素137Cs示踪方法不能鉴定大气核爆炸之前的土壤再分布过程这一缺陷。本文利用土体中的飞灰研究坡耕地黑土有机碳的时空再分布特征。尝试建立飞灰在土壤中分层的方法,根据飞灰和土壤有机碳(SOC)随土壤深度的分布特征鉴定土壤堆积厚度,以及堆积土壤的相对年代。结果表明:用飞灰示踪技术鉴定的埋藏土壤表层与SOC含量随深度变化确定的埋藏表层吻合较好,景观中低洼部位在飞灰出现前就有一定的土壤堆积。各地貌部位坡肩侵蚀最为严重,有机碳含量最低;坡顶坡度较小,侵蚀微弱;坡脚和坡足发生沉积。土壤沉积速率在1.01~5.56mm a-1之间。研究结果还表明堆积部位埋藏层的SOC含量较高,说明有相当数量的有机碳被隐遁在目前的耕作层之下。因此,在评价农田土壤作为大气CO2“源”或“汇”时应该考虑景观中土壤物质迁移和埋藏作用的影响。     

冲积平原区土壤碳密度估算及其空间分布

冲积平原区通常具有复杂的剖面质地层次排列,为了准确估算冲积平原区土壤碳密度的空间分布特征,该文在华北冲积平原区的河北曲周县选取了121个土壤剖面,测定了各土层有机碳含量,构建了基于负指数函数的土壤有机碳垂向分布模型,结合地统计学方法绘制了该县土壤碳密度的空间分布图。结果表明,土壤有机碳含量随深度增加呈逐渐递减的趋势,各土层有机碳含量均属于中等变异程度。0~20和20~40 cm土壤有机碳空间连续性较好,它们的空间相关距离分别为14和3 km,而下层(40 cm)土壤有机碳均表现为纯块金效应结构。土壤有机碳垂向分布模型可以很好地描述剖面土壤有机碳含量的变化特征,且预测与实测的土壤有机碳含量的均方根误差仅为0.70 kg/m3,决定系数达到了0.95。曲周县土壤有机碳密度的空间分布总体表现为西北高东南低的趋势。其空间分布主要受土壤类型和质地的影响,其中潮土和盐化潮土的碳密度明显高于褐土化潮土,质地较细的土壤(轻壤、中壤和粘土)碳密度明显高于质地较粗的土壤(砂土和砂壤)。该研究为冲积平原区土壤碳密度的估算提供了一种新的方法。     

耕作与轮作方式对黑土有机碳和全氮储量的影响

土壤有机碳(SOC)及全氮(TN)对土壤肥力、作物产量、农业可持续发展以及全球碳、氮循环等都具有重要影响。为探索不同耕作和轮作方式对耕层黑土SOC和TN储量的影响,本文以吉林省德惠市进行了8 a的田间定位试验中层黑土为研究对象,对免耕、垄作和秋翻三种耕作方式及玉米-大豆轮作和玉米连作两种轮作方式下SOC和TN在各土层的含量变化进行了分析,并采用等质量土壤有机质储量计算方法,对比分析了不同处理对0～30 cm SOC和TN储量的影响。结果表明,与试验开始前相比,玉米-大豆轮作系统中,秋翻下SOC和TN储量均有所降低;免耕显著增加了0～5 cm SOC及TN含量,但SOC在亚表层亏损,导致其储量并未增加;而垄作处理下SOC及TN含量在0～5、5～10 cm的均显著增加,0～30 cm储量亦分别增加了4.9%和10.7%。玉米连作系统的两种耕作处理(免耕和秋翻)下SOC和TN储量均有所增加,且TN储量增幅均高于玉米-大豆轮作系统,其中免耕下TN储量增幅是玉米-大豆轮作的3.2倍。所有处理下C/N均呈降低趋势,其中垄作0～5 cm C/N由12.05降至11.04,降低幅度分别是免耕和秋翻的3.2和2.8倍。综上可知,对质地黏重排水不良的中层黑土,玉米-大豆轮作系统下免耕并不是促进SOC固定的有效形式,而垄作则促进了黑土SOC和TN的积累,这不仅有利于土壤肥力的改善,而且是使农田黑土由CO2"源"变为"汇"的有效形式之一。与玉米-大豆轮作相比,玉米连作下三种耕作方式都有利于SOC和TN积累。     

松嫩平原土壤有机碳空间分异

Soil organic carbon (SOC) and its relationship with landscape attributes are important for evaluating current regional, continental, and global carbon stores. Data of SOC in surface soils (0–20 cm) of four main soils, Cambisol, Arenosol, Phaeozem, and Chernozem, were collected at 451 locations in Nongan County under maize monoculture in the Song-Nen Plain, Northeast China. The spatial characteristics of soil organic carbon were studied, using geographic information systems (GIS) and geostatistics. Effects of other soil physical and chemical properties, elevation, slope, and soil type on SOC were explored. SOC concentrations followed a normal distribution, with an arithmetic mean of 14.91 g kg-1 . The experimental variogram of SOC was fitted with a spherical model. There were significant correlations between soil organic carbon and bulk density (r =-0.374**), pH (r = 0.549**), total nitrogen (r = 0.781**), extractable phosphorus (r =-0.109*), exchangeable potassium (r = 0.565**), and cation exchange capacity (r = 0.313**). Generally, lower SOC concentrations were significantly associated with high elevation (r =-0.429**). Soil organic carbon was significantly negatively correlated with slope gradient (r =-0.195**). Samples of the Cambisol statistically had the highest SOC concentrations, and samples of the Arenosol had the lowest SOC value.     

耕作及水蚀影响下坡耕地土壤有机碳动态模拟

土壤侵蚀和沉积明显影响土壤有机碳(SOC)的积累与损耗,在以往土壤碳平衡模拟中却未得到应有的重视。本文以典型黑土漫岗坡耕地表层土壤为研究对象,利用CENTURY模型模拟特定质地下自然黑土有机碳的积累过程,估算研究区黑土有机碳及各组分的背景值;对比研究侵蚀泥沙对SOC富集的影响,将模型模拟值与实测值进行统计比较来验证模型;进而模拟侵蚀区开垦后SOC以及各组分随时间的变化,定量研究土壤侵蚀对SOC各组分损失的贡献。研究结果表明:黑土有机碳的累积大致可分为初期的快速积累和后期缓慢积累两个阶段,前期慢性有机碳库的累积对SOC库的增加贡献最大,后期SOC累积主要由惰性有机碳缓慢累积来完成。达到平衡状态时,研究区黑土有机碳含量为7 240 g m-2,以慢性和惰性有机碳为主,约占总SOC的97.4%。考虑泥沙对SOC的富集作用,模型模拟值与实测值更加吻合。自然黑土开垦后,微生物分解矿化作用是活性和慢性有机碳损失的主要途径,土壤侵蚀明显降低惰性有机碳含量,其贡献率随侵蚀速率的增加而增大。因研究区侵蚀不严重,土壤侵蚀对开垦以来的SOC库损耗贡献较小。