基于CENTURY模型的张掖草地土壤有机碳模拟及影响因素研究

研究草地土壤有机碳的时空分布及影响因素有利于推动区域生态系统碳汇管理,对实现“双碳”目标有重要意义。以张掖草地为研究对象,运用CENTURY模型模拟张掖草地土壤有机碳密度,采用结构方程模型分析各环境因子对草地土壤有机碳的作用路径及强度。结果表明：1970—2022年土壤总有机碳密度呈增长趋势,与缓性及惰性土壤有机碳的变化趋势较为一致;有机碳密度呈现东南高,西北低的空间分布格局;总有机碳密度的高值区主要是肃南县的东南部与民乐县,高台、临泽、甘州区相对较低;海拔、年降水量对土壤总有机碳密度存在正效应,而年均温度、土壤含水量、pH值是负效应。年均温度的直接效应最大,海拔通过影响降水、温度和pH值等间接影响土壤有机碳密度,降水量对土壤有机碳密度不仅有直接影响,还会通过影响土壤含水量、pH值等间接影响土壤有机碳密度。     

祁连山中段草地土壤有机碳分布特征及其影响因素

本文通过调查祁连山中段草地3个海拔段共9条样带,研究了土壤有机碳随海拔、坡向、坡位的分布特征及环境影响因素。结果表明,祁连山中段草地0~60 cm土壤有机碳密度变化范围为9.98~38.96 kg·m^-2,均值为22.31 kg·m^-2。不同海拔间,3 350 m土壤有机碳密度最大,分别是2 900 m和2 450 m处的2.07和3.41倍;在山坡区域,西坡土壤有机碳密度高于南坡和西南坡;沟谷显著高于坡顶和山坡的上、中、下坡位。回归分析表明,土壤有机碳密度与土壤含水量的关系最密切,回归方程的复相关系数（R²）达0.85。一般线性模型表明,地形对0~60 cm土壤有机碳密度空间变异的解释率高达90.68%,其中海拔和坡位分别贡献了71.82%和15.78%。因此,在构建该区草地土壤有机碳储量估算模型时,应重点考虑海拔和坡位因子的指示性。     

不同退化高寒沼泽湿地土壤碳氮和贮量分布特征

为研究高寒沼泽湿地土壤碳氮贮量分布特征,探讨退化高寒沼泽湿地的恢复对策,本试验选择三江源区玛沁县大武滩不同退化高寒沼泽湿地为研究对象,分层采集湿地冻融丘和丘间土壤样品,分析土壤有机碳、总氮含量和贮量变化。结果表明：研究区0~30 cm是高寒湿地有机碳和总氮主要分布区,有机碳和总氮呈正相关关系。冻融丘和丘间的土壤含水量与土壤有机碳、总氮均呈极显著相关关系（P<0.01）。冻融丘和丘间的土壤含水量、有机碳、总氮、碳氮贮量均随着退化程度的加剧呈下降趋势,且冻融丘的下降速度较丘间快。有机碳、总氮、有机碳贮量和氮贮量与冻融丘的数量呈极显著负相关关系,与冻融丘的大小呈极显著正相关关系（P<0.01）。这些结果表明：高寒沼泽湿地土壤含水量、冻融丘的数量和大小对高寒湿地退化中土壤碳氮及贮量具有指示性,建议在高寒湿地修复中加强水分补充和冻融丘的保护。     

CENTURY模型在不同生态系统的土壤有机碳动态预测研究进展

CENTURY模型是国际上著名的生物地球化学模型之一。本研究系统介绍了CENTURY模型的运行机理及过程,分析和总结该模型在草地、农田、森林生态系统中土壤有机碳(SOC)的研究成果,并归纳了影响其模拟精度的主要因素。结果表明,土壤质地和土壤养分是影响CENTURY模型在草地生态系统应用的关键因素,且该模型在荒漠草原生态系统的适应性较高;不同农业管理模式是影响SOC模拟精度的因素之一,间作农业模式下模拟SOC的精度较高;CENTURY模拟森林生态系统的枯枝落叶层的有机质时存在结构缺陷,这导致CENTURY模型在草地和农田系统的模拟效果优于森林生态系统。由于CENTURY模型最初是基于草地生态系统而开发,其模型参数在不同地域的草地生态系统的普适性较高;过多的人为干预增加了CENTURY模型在农田生态系统模拟的不确定性,从而会出现模拟结果不稳定的现象;通过调查掌握详细的农田历史管理制度和方式,准确控制模拟进程,可以有效提高模拟精度;森林生态系统的模拟结果可以服务于管理措施的制定,CENTURY模型结合GIS可以实现单点模拟向区域模拟的转变。     

植被覆盖变化过程中土壤有机碳库动态及其影响因素研究进展

土地利用和土地变化改变了1/3~1/2的陆地面积。森林砍伐、造林、木本入侵等植被变化通常伴随草本、木本植物类型的改变,是植被变化的主要表现形式。通常认为森林破坏导致土壤有机碳(SOC)流失,也有研究发现,林地转化为草场后也可具有极大的碳增汇潜力。由于农田、草场是人类主要食物来源地,比较研究草本与木本植被类型的土壤碳吸存潜力及影响因素对全球变暖和食物安全都具有重要意义。本研究综述了国内外近年来的有关研究进展,结果表明,植被变化过程中SOC的变化方向和数量大小不仅取决于变化前后植被类型,还主要与土地利用的历史、现状及管理活动强度有关。另外,原始土壤条件、土地利用变化前SOC含量、土壤质地、植被生产力等也都对SOC动态具有重要影响。这为特定立地条件下选择相应的植被类型或植被类型组合,进行有效的管理以提高土壤碳吸存提供了依据。目前许多关于植被变化的研究并没有把植被类型转换对土壤碳库的影响从其他因子的影响中分离出来,对2种植被类型下土壤碳库特征、碳汇潜力、动态特征以及影响因子的比较研究有待进一步深入,关于土壤活性碳库动态特征及影响因素的研究也有待加强。     

内蒙古典型草原表层土壤有机碳储量差异及影响因素

在内蒙古锡林河流域典型草原设置119个样地,确定群系序列,应用单因素方差分析法和最小差异法来对比分析不同群系0～30cm土壤有机碳储量的差异,并分析了表层土壤有机碳储量和植被群系类型、物种多样性、功能多样性、群落权重均值、地上生物量的关系。结果显示:(1)通过Canoco 5.0软件对119个样方进行PCA排序,结果确定出5个群系:羊草、大针茅、克氏针茅、苔草+委陵菜、冷蒿+冰草群系;(2)5个群系表层土壤有机碳密度变化范围为1.84～2.74 kg/m^2,平均值为2.41±0.84 kg/m^2,其大小关系为:羊草群系>大针茅群系>克氏针茅群系>苔草+委陵菜群系>冷蒿+冰草群系,其中冷蒿+冰草群系显著低于其他群系;(3)典型草原表层土壤有机碳储量与植被群系类型、地上生物量及叶面积呈显著正相关,其中植被群系类型是最主要的影响因素。     

祁连山中部高山草甸土壤有机碳矿化及其影响因素研究

分析了室内培养土壤温湿度变化对祁连山海拔3500,3600,3700和3800 m处高寒草甸土壤有机碳矿化的影响。结果显示土壤有机碳累积矿化量及其比例为35℃下最高,土壤含水量为30%和40%下比10%和20%下高,0~15 cm土层比15~35 cm土层中高。土壤有机碳矿化速率及其占有机碳含量比例随培养时间延长而递减。土壤有机碳矿化速率及其比例为35℃下最高,土壤含水量为30%和40%下比10%和20%下高,0~15 cm土层比15~35 cm土层中高。一阶动态方程拟合土壤有机碳矿化动态效果较好。5℃下分解率系数和活性有机碳库较低。5℃升高到15℃,Q10为1~6,15℃升高到25℃,Q10为1~2。结果表明祁连山高寒草甸表层土壤有机碳分解受温湿度变化的影响较大。     

退化高寒草甸土壤有机碳分布特征及与土壤理化性质的关系

本研究对西藏当雄不同退化程度高寒草甸土壤有机碳分布特征及其与土壤理化性质演变进行分析,结果表明,土壤有机碳及有机碳密度均为正常草甸土壤>轻度退化草甸土壤>严重退化草甸土壤,且0~10 cm土层中有机碳含量及其密度均高于10~20 cm土层土壤。回归分析表明,土壤有机碳与土壤活性有机碳、土壤碱解氮、速效磷、速效钾及土壤含水量之间存在显著或极显著的正相关关系,其决定系数R2分别为0.913 9、0.977 1、0.931 4、0.665 3和0.715 6,直线回归方程分别为y=0.074 3x-0.026 1,y=2.676 8x+14.425 0,y=0.245 9x+3.347 9,y=4.296 5x+71.667 0,y=0.790 8x+5.424 5;而与土壤容重呈显著负相关关系（y=-0.016 7x+1.553 1）。土壤有机碳的损失,造成土壤养分和水分减少,土壤容重增大。通径分析表明,土壤有机碳的变化对碱解氮的影响最显著。     

放牧对内蒙古典型草原植物群落特征与土壤有机碳的影响

为了解不同放牧强度对内蒙古放牧草原植物群落特征及土壤有机碳的影响,本研究以希拉穆仁草原为研究对象,分析不同放牧强度下植物群落特征及0～20 cm土壤有机碳含量和密度变化,定量评估放牧、植物群落特征对土壤有机碳的影响。结果表明：随着放牧强度的增强,克氏针茅(Stipa krylovii)、阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)的重要值降低,银灰旋花(Convolvulus Ammannii)、羊草(Leymus chinensis)和冰草(Agropyron cristatum)的重要值提升,物种多样性指数均呈增长趋势,且在重度放牧强度下差异显著,但覆盖度和地上生物量显著降低;土壤有机碳含量在5～10 cm土壤层最高,重度放牧草场土壤有机碳密度显著高于轻度、中度放牧草场和禁牧草场。通过结构方程得出,对于干旱贫瘠的希拉穆仁草原,放牧造成地上生物量的减少对土壤有机碳密度的影响相对较小,土壤物理性质显著影响土壤有机碳密度。本研究结果对合理增强放牧草原的碳汇能力具有实际指导意义。     

不同植被类型对毛乌素沙地土壤有机碳的影响

通过对比分析毛乌素沙地9种主要植被类型样地中的土壤有机碳含量和密度及其在土壤剖面上的分布差异,研究了不同植被类型对毛乌素沙地土壤有机碳的影响。结果表明,0~80 cm深度的土壤有机碳密度与平均土壤有机碳含量的大小关系均为:马蔺群落>芨芨草群落>旱柳群落>固定沙地油蒿群落>沙柳群落>半固定沙地油蒿群落>农田>中间锦鸡儿群落>流动沙地。随着土层加深,固定沙地油蒿群落、中间锦鸡儿群落、旱柳群落、芨芨草群落、马蔺群落和农田的有机碳含量均显著增加,而半固定沙地油蒿群落、流动沙地、沙柳群落的土壤有机碳含量随土层加深逐渐减少。各植被类型土壤有机碳密度在土壤剖面上的垂直分布格局和有机碳含量相似,但二者变化幅度不同。在流动沙地上进行植被建设有助于土壤固碳,且油蒿群落和沙柳群落的固碳效果较好。应尽量减少和避免强烈的人为干扰,以防止浅层土壤碳发生变化,维持土壤碳库稳定。     

黄土丘陵区铁杆蒿群落表层土壤有机碳动态及其影响因子

以黄土丘陵区铁杆蒿(Artemisia sacrorum)草地为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法,分析其表层土壤有机碳含量和密度,以期揭示自然恢复过程中其动态变化规律以及海拔、土壤等因子对其的影响。结果表明,随着退耕年限的增加,铁杆蒿群落土壤平均有机碳含量呈先增加(退耕12～20 a)后减少(退耕20～28 a)再增加的趋势(退耕28～45 a),退耕12～20、28～40和40～45 a的年增长率分别为5.50%、4.05%和10.11%;退耕20～28 a的年减少率为3.13%。土壤表层总有机碳密度变化趋势与土壤有机碳含量相似,退耕12～24、28～40和40～45 a的年增长率分别为4.10%、4.56%和8.58%,退耕24～28 a的年减少率为7.49%。相关性分析表明,土壤有机碳含量与地上生物量、地下生物量、全氮含量呈显著正相关,与海拔呈显著负相关。     

不同管理模式对干旱区草地土壤有机碳氮库的影响及其影响因素探究

土壤有机碳和全氮含量及其动态平衡过程是反映土壤质量和草地健康状况的重要指标,直接影响到草地土壤肥力和草地生产力。本研究对新疆阿勒泰地区禁牧草场、弃耕草地、天然草地3种管理模式下的土壤有机碳、全氮、土壤水分、团粒结构、pH、土壤容重等的分布特征,以及它们的关系进行分析后发现,3种管理模式下,土壤有机碳含量在010 cm、1030 cm和3050 cm土层间无显著差别(P>0.05),相反,土壤碳氮比、土壤全氮含量、土壤有机碳储量和全氮储量随土层深度增加显著增加(P<0.05);3种管理模式间,在010 cm、1030 cm和3050 cm土层,天然草地和禁牧草地的全氮和有机碳含量均高于弃耕草地,但对土壤碳氮比在3种草地管理模式间的差异不尽相同;不同管理方式下,在010 cm、1030 cm和3050 cm土层,禁牧草地的土壤电导率和pH均显著高于天然草地(P<0.05);在010 cm和3050 cm土层,禁牧草地的土壤含水量显著高于弃耕草地(P<0.05),禁牧草地与弃耕草地中间团聚体含量差异显著(P<0.05);含水量、大团聚体、中间团聚体、微团聚体、pH、电导率可以组成原因组,土壤全氮储量和土壤有机碳储量可以组成结果组,原因组对结果组的解释度高达75.70%;原因组中,土壤水分贡献率最高,土壤含水量对土壤水分-团粒结构起到主要决定作用。综合可知,土壤碳氮含量和储量在管理模式不同的草地间不同,土壤水分和土壤团粒结构是引起草地土壤碳氮库变化的主要原因。在土壤水分和团粒结构组成的原因组中,水分起主要的决定作用。     

黑河上游冰沟流域3种林地土壤有机碳分布特征与土壤特性的关系

研究了青海省祁连县黑河上游冰沟流域3种林地的土壤有机碳分布特征与土壤特性的关系,以期为黑河上游冰沟流域水源涵养研究提供科学依据。结果表明,3种林地0-60mm土层有机碳密度表现为针叶林森林灌丛阔叶林,针叶林有机碳密度为7.18kg·m-2,是森林灌丛、阔叶林的1.24和1.58倍,针叶林、森林灌丛、阔叶林0-10mm土层有机碳密度分别为13.22、9.49和8.62kg·m-2,是剖面有机碳密度均值的1.84、1.63和1.89倍。3种林地0-60mm土层自然含水量、团聚体、全氮均值表现为针叶林森林灌丛阔叶林,而容重、物理性沙粒、pH均值表现为针叶林森林灌丛阔叶林。3种林地土壤有机碳含量与自然含水量、团聚体、全氮之间呈显著的正相关关系(P0.05),与容重、物理性沙粒、pH之间呈显著的负相关关系。     

科尔沁草甸湿地土壤碳氮剖面分布及生长季动态特征

采用定位观测的试验方法,于2016年5-10月及2017年8月对科尔沁草甸湿地0~100 cm土层土壤有机碳、全氮剖面分布及生长季动态特征进行了实验分析,旨在为科尔沁草甸湿地保护提供科学指导并为干旱半干旱地区湿地土壤碳氮储量估算提供借鉴。结果表明:1)科尔沁草甸湿地土壤有机碳、全氮含量整体随土层深度下降,0~20 cm土层间下降显著,20 cm以下趋于相对稳定,范围分别为11.9~23.5 g·kg^-1和0.66~1.50 g·kg^-1。2)各土层土壤碳氮含量月间差异显著(全氮40~60 cm土层除外),变化幅度随土层深度先减小后增大;土壤碳氮密度(100 cm)生长季变化大于年际变化,有机碳密度全生长季呈上升趋势,范围为15.44~20.82 kg·m^-2,全氮密度生长初期明显下降,之后趋于相对稳定,范围为1.01~1.16 kg·m^-2。3)土壤有机碳含量与全氮含量呈极显著正相关;植被和水文是影响其分布、变化的关键因子。科尔沁草甸湿地生长季土壤有机碳、全氮密度变化较大,且表现为潜在的碳汇和氮源,但年际间碳汇潜力未充分发挥,本研究建议禁牧力度应加大并增加氮肥投入以提高科尔沁草甸湿地生态系统功能。     

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。     

宁夏典型天然草地土壤有机碳及其活性组分变化特征

为探寻宁夏典型温性天然草地土壤有机碳及活性组分变异及储量特征,以宁夏4种典型的天然草地(温性草甸草原、温性草原、温性草原化荒漠和温性荒漠草原)为研究对象,采用野外调查和室内分析相结合的方法,对宁夏全区49个固定监测点,土壤有机碳及其活性有机碳组分(易氧化有机碳、微生物生物量碳和水溶性有机碳)进行采样和室内分析.结果表明...     

石羊河下游不同类型荒漠草地黑果枸杞群落结构特征及土壤特性研究

通过对石羊河下游4种不同类型荒漠草地黑果枸杞群落物种组成及土壤特性的研究,结果表明:1)所调查群落中共有植物31种,分属9科27属,其中灌木植物12种,多年生草本8种,一年生草本11种; 单科单属种较多,占到了总科数的50%;且黑果枸杞在不同群落中优势地位明显,对群落的结构、生态系统功能及稳定性具有重要作用。2)相同土层不同类型荒漠草地,0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm及40~60 cm下盐碱地有机碳含量最高,其值分别为1.08%、0.98%、0.89%、0.972%。与沙地相比,土壤有机碳(盐碱地)差异显著(P<0.05),土壤速效钾盐碱地(除20~40 cm外)和土壤全磷含量(盐碱地0~10 cm)差异显著(P<0.05),土壤全氮、碱解氮、有效磷、全钾含量没有显著性差异(P>0.05)。同一类型荒漠草地不同土层,土壤有机碳、土壤有效磷(盐碱地)、土壤全钾(沙丘)、土壤全磷(盐碱地和砾石)具有明显的表聚效应。3)不同类型荒漠草地土壤微生物量总体表现为盐碱地>沙地>固定半固定沙地>砾石,不同类型荒漠草地土壤微生物量差异不同,盐碱地中4种酶活性均为最高,同一类型荒漠草地不同土层,随着土层的加深,土壤微生物量和蔗糖酶逐渐减少。4)土壤有机质与微生物生物量碳、微生物生物量氮和磷酸酶、蔗糖酶呈极显著正相关(P<0.01),与脲酶和过氧化氢酶呈显著正相关(P<0.05);土壤全磷含量与脲酶、磷酸酶、蔗糖酶呈极显著正相关(P<0.01),与微生物量氮呈显著正相关(P<0.05)。土壤速效钾含量与微生物量碳和磷酸酶呈极显著正相关(P<0.01)。     

青海省不同高寒草地土壤主要养分及可溶性有机碳特性研究

为探索不同高寒草地类型中土壤有机碳、养分和可溶性有机碳的含量差异以及可溶性有机碳分布特征,以青海省4个高寒草地类型土壤0~10 cm和10~20 cm土层为研究对象,分析了土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、可溶性有机碳含量,以及可溶性有机碳芳香性指数和腐殖化指数,并进一步探讨了可溶性有机碳含量与土壤有机碳、各养分含量之间的相关性。结果表明,不同高寒草地类型各土层土壤中全氮、有机碳、可溶性有机碳含量由高到低的顺序依次为:高寒草甸类>高寒草甸草原类>高寒草原类>高寒荒漠类,且不同类型之间差异显著(P<0.05)。随着土层的加深,土壤全氮、有机碳含量有降低趋势。不同类型高寒草地各土层土壤中可溶性有机碳的芳香性指数和腐殖化指数表现出与此相同的变化趋势。不同高寒草地各土层中可溶性有机碳与土壤全氮、有机碳含量之间均呈现出显著正相关关系(P<0.05)。综上所述,高寒草甸和高寒草甸草原土壤有机碳、全氮、可溶性有机碳含量较高,结构复杂。可溶性有机碳的芳香性指数和腐殖化指数在一定程度上能够反映土壤养分状况。