土地利用和管理方式对农牧交错带土壤碳密度的影响

为研究农牧交错区土地利用和管理方式对土壤碳库的影响,以农牧交错区未扰动自然土壤的天然草地和扰动自然土壤的开垦农田为研究对象,测定了不同土地利用和管理方式下0～50 cm土层的土壤体积质量、土壤有机碳含量及土壤有机碳密度。结果表明,5种土地利用和管理方式下的土壤有机碳密度在8.21～11.30 kg/m2之间,土壤有机碳主要分布在土壤表层,随着土层深度增加,土壤有机碳含量和密度减小。未扰动自然土壤的天然草地,0～50 cm的土壤有机碳含量及碳密度高于扰动自然土壤的开垦农田及撂荒地,以草地围封刈割利用下的土壤有机碳密度最高,草地自由放牧利用下的土壤有机碳密度最低。扰动自然土壤的农田撂荒10 a后与开垦农田相比,0～50 cm土层的有机碳含量及碳密度显著提高。土地利用及管理方式的变化改变了土壤体积质量及土壤有机碳含量,进而影响了土壤有机碳密度。围封割草或控制放牧,是适宜农牧交错区增加生态系统土壤碳贮量的利用途径。     

基于不同林分类型下土壤碳氮储量垂直分布

以辽东大伙房水库周边防护林典型林分针阔混交林(落叶松-油松-刺槐混交林)、油松林、落叶松林、刺槐林为研究对象,对其土壤养分含量进行测定,研究了不同林分土壤剖面上有机碳、全氮、有机碳储量的分布规律。结果表明:随着土层深度的增大,4种林分的土壤有机碳、全氮含量均逐渐降低;4种林分土壤剖面有机碳含量大小顺序为落叶松林(24.16g/kg)刺槐林(23.07g/kg)针阔混交林(16.06g/kg)油松林(15.76g/kg);全氮含量大小顺序为刺槐林(5.23g/kg)落叶松林(4.57g/kg)油松林(3.45g/kg)针阔混交林(2.42g/kg);C/N平均值大小顺序为落叶松林(7.36)针阔混交林(6.51)油松林(4.67)刺槐林(4.57);4个林分0-40cm土层的有机碳储量大小为落叶松林(112.94t/hm~2)刺槐林(107.40t/hm~2)针阔混交林(105.42t/hm~2)油松林(89.89t/hm~2);4种林分土壤pH无明显差别,各土层土壤pH随土层深度增加而增大;4种林分土壤容重由高到低顺序依次为针阔混交林(1.73g/cm~3)油松(1.65g/cm~3)落叶松(1.64g/cm~3)刺槐(1.56g/cm~3)。4个林分土壤有机碳含量与土壤全氮含量互相间均存在极显著正相关关系,土壤有机碳、全氮含量与C/N之间则没有明显相关关系;在针阔混交林中,土壤容重、土壤全氮含量和土壤pH与土壤有机碳之间存在线性数量关系,而其他纯林则没有这种关系。     

祁连山天老池小流域土壤有机碳空间异质性及其影响因素

采用野外取样和室内分析,结合地统计学方法和方差分析方法,分析了祁连山天老池小流域0~30 cm层的土壤有机碳的分布特征及其与植被类型、地形和土壤性质等因素的关系。结果表明,该流域土壤有机碳垂直分布存在显著的差异,随着土层深度的增加,土壤有机碳含量显著减少,0~10、10~20、20~30 cm土层土壤有机碳含量分别为105.08、81.46、62.62 g/kg,土壤平均有机碳含量为83.05 g/kg,变异系数为0.56。不同的植被类型0~10 cm土层土壤有机碳含量表现为青海云杉(138.20 g/kg)灌丛(118.49 g/kg)亚高山草甸(100.43 g/kg)祁连圆柏(74.17 g/kg)干草原(43.94 g/kg);随着海拔的升高土壤有机碳含量增加,阴坡有机碳含量明显高于阳坡;经相关性分析表明,土壤有机碳与土壤全氮和砂粒呈显著正相关关系,与土壤体积质量、黏粒和粉粒呈显著负相关关系。     

水蚀风蚀交错带草地土壤碳氮组分对柠条的响应特征

采用相对密度分组法研究了水蚀风蚀交错带不同年限草地和相邻柠条林地0—40cm土层土壤碳氮组分分布特征,旨在揭示研究区草地土壤碳氮组分对柠条的响应特征。研究结果显示:草地转变为柠条林后,土壤重组有机碳和全氮含量变化很小(分别介于-0.19~0.06g/kg和-0.001~0.017g/kg),而轻组有机碳和全氮含量变化较大,并且随年限和土层的不同而异。25年柠条林地土壤有机碳和全氮在0—40cm土层的储量分别增加了10.94 Mg C/hm~2,0.07 Mg N/hm~2,而轻组有机碳和全氮分别增加了2.41 Mg C/hm~2,0.11 Mg N/hm~2;40年柠条林0—40cm土层土壤轻组有机碳降低了4.54 Mg C/hm~2重组有机碳和总有机碳增加了6.26,1.72Mg C/hm~2;而土壤全氮、轻组和重组全氮储量分别降低了0.73,0.44,0.29 Mg N/hm~2。这些结果表明草地转变为柠条林后,土壤有机碳和全氮的变化分别由重组有机碳和轻组全氮引起。     

北京低山区栓皮栎林和油松林土壤酶活性研究

为探讨不同林分对土壤有机质分解过程的影响,以北京低山区栓皮栎林、油松林以及栓皮栎油松混交林土壤为研究对象,基于目前国际通用的土壤酶测试方法,对与土壤有机碳、氮和磷转化相关的酶活性及土壤pH、有机碳、有机氮等影响因素进行了研究.结果表明:在0～5cm土层中,栓皮栎林土壤纤维二糖酶、α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、蛋白酶、脲酶的活性显著高于油松林,而油松林土壤过氧化物酶和磷酸酶的活性则显著高于混交林和栓皮栎林;在5～10cm土层中,除土壤脲酶外,不同林分类型的土壤酶活性无显著差异.相关分析表明,土壤pH与过氧化物酶和磷酸酶的活性呈显著性负相关,而土壤纤维二糖酶、α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、酚氧化酶、几丁质酶、蛋白酶、脲酶的活性与土壤有机碳、溶解性有机碳、土壤全氮以及溶解性有机氮含量之间存在极显著或显著的正相关关系.研究认为,栓皮栎林与油松林的混交,有利于土壤酶活性以及有机物质分解过程的调节.     

渭北旱塬区不同坡向土地利用类型对土壤性质的影响

为了研究不同坡向土地利用类型对土壤性质的影响,以渭北旱塬区5种土地利用类型(不同坡向)为研究对象,系统分析该区不同坡向土地利用类型剖面土壤物理、化学和生物性质的差异。结果表明:(1)除土壤pH和土壤颗粒组成外,5种土地利用类型土壤含水量、总孔隙度、有机质、全氮、微生物量碳和氮含量总体随土层加深呈下降趋势,土壤容重则相反。(2)0-30cm土层,阳坡农用地土壤含水量、黏粒含量和pH最高,粉粒和全氮含量最低;人工草地砂粒和全氮含量最高,黏粒含量最低;人工林地土壤总孔隙度、土壤有机质、微生物量碳和氮含量最高,土壤含水量、土壤容重和pH最低;天然草地土壤容重和粉粒含量最高,总孔隙度和砂粒含量最低;退耕地有机质、微生物量碳和氮含量最低。阴坡农用地土壤含水量、粉粒含量和pH最高,黏粒和全氮含量最低;人工草地土壤容重、黏粒和微生物量氮含量最高,土壤总孔隙度、粉粒、砂粒和有机质含量最低;人工林地有机质含量和微生物量碳含量最高;天然草地土壤总孔隙度、砂粒和全氮含量最高,土壤容重和pH最低;退耕地土壤含水量、微生物量碳和氮含量最低。(3)5种土地利用类型中,土壤容重、细黏粒、粗黏粒、细粉粒、粗砂粒、土壤pH和有机质(退耕地除外)表现为阳坡阴坡,土壤含水量(退耕地和农用地除外)、总孔隙度、粗粉粒、细砂粒、土壤质地粗化度、全氮(人工草地除外)、土壤微生物量碳和氮含量则为阴坡阳坡。     

华北土石山区油松和元宝枫人工林土壤有机碳特征

森林生态系统土壤有机碳的储量及时空变化是制定森林生态系统可持续经营管理措施的重要依据,对全球碳循环与碳平衡的研究具有十分重要的理论价值.以华北土石山区不同密度油松和元宝枫人工林为研究对象,对不同林地类型的土壤密度、pH值以及全氮、速效钾、有机碳的质量分数等参数进行测定,对比分析不同林地类型土壤有机碳的质量分数、土壤有机碳密度、储量及垂直分布特征,探讨土壤有机碳质量分数与土壤理化性状的相关关系.结果表明:元宝枫林的平均土壤有机碳质量分数和有机碳密度均大于油松林的;土壤有机碳质量分数和有机碳密度在土壤表层(0 ～ 10 cm)为最高值并随土壤深度的增加而降低;土壤有机碳质量分数表现为2种林分密度下的元宝枫林无显著差异,而有机碳密度则表现为高密度元宝枫林＞低密度元宝枫林;在油松林中土壤有机碳质量分数、有机碳密度均表现为中密度油松林＞高密度油松林和低密度油松林.油松林和元宝枫林土壤有机碳质量分数与土壤密度均呈显著负相关,而全氮、速效钾与其呈显著正相关,油松林土壤有机碳质量分数与pH值呈显著相关,而元宝枫林土壤有机碳质量分数与pH值不相关.综上所述,华北土石山区元宝枫林较油松林具有更大的固碳潜力,而且土壤的有机碳质量分数及有机碳密度受树种和林分密度影响较大.     

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)。     

燕山北部山地典型植物群落土壤有机碳贮量及其分布特征

基于36个土壤剖面的实测数据,对燕山北部地区由于不同的人类活动所形成的4种典型群落类型的土壤有机碳含量及其分布规律进行了研究。研究结果表明,处于频繁人畜干扰条件下的绣线菊灌丛各土层有机碳含量都明显低于处于封育状态下的三种群落类型(榛子灌丛、次生杨桦林、人工落叶松林)(p0.05),而后三者之间没有显著差异(p0.05);土壤总有机碳密度的变化也有类似的趋势,榛子灌丛、天然次生杨桦林和人工落叶松林分别为绣线菊灌丛的2.60,2.97,3.10倍;在几种群落类型中,土壤有机碳含量随土层深度的增加而呈现逐渐递减的趋势,二者之间的关系可用指数函数加以描述(p0.01),大约40cm的土层深度是土壤有机碳含量变化的拐点;燕山北部各群落类型(绣线菊灌丛除外)土壤有机碳含量及碳密度明显高于我国相应群落类型的平均水平,也高于燕山南部及太行山中部和南部的各群落类型,但低于东北部山地。由研究结果可得出结论,燕山北部地区森林土壤具有较高的有机碳贮量,人畜干扰对土壤有机碳含量及碳贮量具有明显影响,而且影响不仅限于浅层;在排除外来干扰的情况下,不同群落类型土壤有机碳贮量差异不大,排除人畜干扰是维持该地区土壤有机碳贮量的关键因素。     

丹江口库区不同土地利用土壤碳氮含量的变化

应用土壤物理分馏方法和同位素技术,对丹江口库区清塘河小流域林地、灌木地和农田的土壤颗粒组成(>2 mm、0.25～2 mm、0.053～0.25 mm和<0.053 mm)和其有机碳、全氮含量以及碳氮同位素值进行了研究。结果表明:不同土地利用下土壤颗粒组成、有机碳和全氮含量,以及碳氮同位素值均有明显差异。林地和灌木地0～10 cm土层>2 mm土壤颗粒所占百分比显著高于农田(P<0.05),0.053～0.25 mm土壤颗粒则显著低于农田(P<0.05)。林地和灌木地0～10 cm土层0.25～2 mm和<0.053 mm土壤颗粒的有机碳含量显著高于农田(P<0.05)。灌木地0～10 cm土层>2 mm、0.25～2 mm和<0.053 mm土壤颗粒,以及10～30 cm土层>2 mm土壤颗粒的全氮含量显著高于林地和农田(P<0.05)。同位素分析显示,3种土地利用类型土壤的δ13C和δ15N值在各粒径中大小顺序均为:农田>灌木地>林地。研究结果表明,土地利用类型的变化会改变植物碳的输入和土壤分解速率,进而会影响到土壤颗粒组成、土壤碳氮含量及其同位素值的变化。     

溶解性有机质在土壤固碳中的意义

随着全球变暖的加剧,土壤圈作为全球碳循环中的重要碳库受到日益关注。土壤有机碳固定对大气温室效应和气候变暖有重要影响。溶解性有机质(DOM)是土壤中最活跃的有机碳库,其含量与土壤CO2、CH4、N2O的排放显著正相关,DOM的矿化成为土壤有机碳损失的重要途径。DOM可通过与Fe、Al共沉淀、吸附于土壤矿物表面而改变其生物降解性,从而在土壤中稳定和保留下来,对土壤有机碳积累中具有重要贡献。DOM的化学组成和结构特征影响其生物降解性,同时也影响其沉淀吸附效应。其稳定机制不同,对土壤有机碳积累的贡献也存在差异。目前估算DOM对土壤有机碳的贡献尚无普遍认可的方法,具体数值因估算方法不同而存在较大差异,有效的估算方法仍有待于进一步研究。     

气候变化对土壤有机碳库分子结构特征与稳定性影响研究进展

气候变化与土壤碳库之间的相互作用及耦合机制一直是学术界研究的热点与难点。虽然目前在群落—生态系统、区域—全球等不同尺度上开展了大量研究,然而在分子尺度上探究气候因子波动对土壤有机碳库化学结构特征影响机制方面却鲜有研究。本文综述了近年来气候因子变化及其导致的环境、生态因子变化与土壤有机碳库分子结构特征的关系。气温升高不仅将改变土壤中源自植物部分的有机碳来源特征,同时也会将加速土壤木质素等碳组分分解,排水或者旱化引起有机质分解加速,土壤中C=O键增加。植被演替、土壤动物及微生物等与气候变化密的切相关的生态因子则会影响输入土壤植被残体性质,加速糖类、脂类及木质素分解、并改变有机碳结构的生物分子标志物;土壤中有机碳稳定性与分子结构特征密切相关,土壤中具有高的苯环结构(芳香族化合物)及O-烷基碳通常表明土壤碳库具有更高的稳定性,而之前认为较为稳定的木质素等结构在气候变暖背景下可能并不稳定。未来研究中应着重关注与土壤有机碳分子标志物的识别与生态意义判读、生物对土壤有机碳分子结构转换过程的调控作用及机制、大尺度环境/生态过程与碳库分子结构转变的耦合机制及新的土壤有机碳分子结构辨识技术及判读等方面的研究。     

土壤碳素固定及其稳定性对土壤生产力和气候变化的影响研究

土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,在全球碳循环中起着非常重要的作用。本文论述了土壤有机碳对土壤生产力和气候变化的影响。阐述了影响土壤碳含量的各种自然因素和人为因素。对土壤碳素固定以及影响土壤碳素平衡的物理、化学及生物稳定性的各种机理进行了详细评述,阐明了土壤有机碳调控的方法和途径。为控制和调节土壤有机碳储量提供了理论依据。这对今后提高土壤生产力、利用土壤的固碳潜力来降低大气中二氧化碳的浓度和缓解气候变化有着非常重要的意义。     

干湿交替对土壤碳库和有机碳矿化的影响

水分是影响土壤活性碳库和惰性碳库周转过程的主导因子,而土壤有机碳的周转速率会对气候变化造成潜在的重要影响。以农田水稻土为供试土壤,通过培育试验研究了干湿交替过程对土壤有机碳矿化的影响,并利用两库叠加模型对土壤不同碳库及其降解动力学进行初步评估。结果表明:干湿交替激发了土壤呼吸,增加了土壤微生物代谢活性。三次湿润过程对土壤呼吸的激发量分别为119.3%、159.5%和87.3%,激发效应随干湿交替频率的增加先升高后降低。多次干湿交替后,土壤累积CO2释放量低于恒湿土壤,湿润所引起的激发的矿化量不足以弥补干旱期降低的矿化量。在湿润的数小时内,土壤溶解性有机碳含量先升高后降低。干湿交替提升了土壤活性碳库的降解速率,降低了惰性碳库的降解速率,湿润后土壤活性碳库显著增加。多次干湿交替降低了土壤真菌/细菌比,使土壤微生物群落结构发生变化,细菌成为优势种群。     

土壤有机碳的剖面分布特征及其密度的估算方法研究——以我国东北地区为例

土壤有机碳(C)库在全球变化研究中具有极其重要的地位,而土壤剖面中有机C分布特征及估算方法是精确计算土壤有机C库的前提。本文收集了《中国土种志》和东北3省土种志中有关的土壤剖面属性数据,建立以土壤有机C为主体的数据库,讨论了土壤剖面有机C的分布特征及土壤剖面不同分类单元下土壤有机C的估算方法,为合理和准确地估算土壤有机C密度及土壤有机C库提供科学依据。     

土壤无机碳研究进展

在全球碳循环研究中,土壤有机碳(SOC)的作用倍受关注,而土壤无机碳(SIC)的研究相对较少。土壤无机碳是近地表环境中主要碳库之一,主要指土壤母岩风化过程中形成的土壤碳酸盐矿物态碳,是干旱、半干旱地区土壤碳库的主要形式。本文综述了土壤无机碳的组成、来源、成因模型及与全球碳循环特别是土壤有机碳的关系,并提出未来研究需要加强的几个方面。     

土壤团聚体中有机碳研究进展

增加土壤有机碳有助于农业可持续发展, 同时对缓解温室气体增加造成的全球气候变暖等具有重要意义。土壤团聚体是土壤的重要组成部分, 影响土壤的各种物理化学性质。土壤团聚体和有机碳是不可分割的, 前者是后者存在的场所, 后者是前者存在的胶结物质。本文在综合各方面研究的基础上, 阐述了土壤团聚体和有机碳的依存关系, 影响团聚体固碳的几大因素, 团聚体对有机碳的物理保护机制以及目前应用比较广泛的团聚体内有机碳的研究方法, 为以后的研究提供理论和方法上的支持。     

Invertebrates increase the sensitivity of non-labile soil carbon to climate change

The fate of global soil carbon stores in response to predicted climate change is a ‘hotly’ debated topic. Considerable uncertainties remain as to the temperature sensitivity of non-labile soil organic matter (SOM) to decomposition. Currently, models assume that organic matter decomposition is solely controlled by the interaction between climatic conditions and soil mineral characteristics. Consequently, little attention has been paid to adaptive responses of soil decomposer organisms to climate change and their impacts on the turnover of long-standing terrestrial carbon reservoirs. Using a radiocarbon approach we found that warming increased soil invertebrate populations (Enchytraeid worms) leading to a greater turnover of older soil carbon pools. The implication of this finding is that until soil physiology and biology are meaningfully represented in ecosystem carbon models, predictions will underestimate soil carbon turnover.     

我国湿地碳循环的研究进展

湿地生态系统的碳循环正成为全球变化与陆地生态系统碳循环研究中的一大热点,在稳定全球气候变化中占有重要地位,其重要性主要表现在湿地土壤是陆地重要的有机碳库,土壤碳密度高,能够相对长期地储存碳,是多种温室气体的源和汇。目前湿地碳循环的研究主要集中在碳循环的影响因素方面,对我国湿地土壤有机碳储存的变化及其空间分布规律的特点研究较少。本文通过文献综述,研究我国不同气候区湿地土壤有机碳的储存变化及空间分布规律,对于了解湿地土壤有机碳的储存特点及其与陆地生态系统碳循环的关系,评价和保护湿地生态系统都具有重要的科学意义。     

土壤有机碳稳定性及其影响因素

土壤有机碳库在全球碳循环中起着重要作用。利用文献资料,阐明土壤有机碳稳定性理论及其影响因素。土壤有机碳稳定性指土壤有机碳在当前条件下抵抗干扰和恢复原有水平的能力。它是由土壤的理化性质所决定的,是自然因素和人为因素共同作用的结果。土壤有机碳的降解包括生物降解作用和物理化学降解作用等,生物降解作用是主要的过程。把土壤有机碳库分成活性碳库、慢性碳库、惰性碳库,能较好地与土壤微生物的生物降解过程相对应。构建土壤有机碳稳定性概念模型,能更系统地理解有机碳在土壤中的稳定机制。