黄土丘陵区小流域生态恢复对土壤有机碳和全氮的影响

生态恢复工程是防治黄土高原土壤侵蚀和恢复土壤肥力的重要措施,研究退耕还林还草和梯田等生态恢复措施对有机碳(SOC)、全氮(TN)的影响,对准确评估土壤固碳固氮能力和土壤碳氮循环具有重要意义。选取黄土丘陵区典型小流域5种不同生态恢复0—100cm土层为研究对象,探讨了生态恢复措施条件下,坡耕地转变为林地、草地、灌木地及梯田过程中,不同土层深度土壤SOC与TN的含量及其储量变化规律。结果表明:生态恢复措施、土壤深度对流域土壤SOC与TN有极显著的影响(P0.01)。林地与灌木地SOC与TN在土壤0—20cm土层出现富集,草地SOC与TN则在0—40cm土层出现富集,梯田的0—20cm土层SOC富集比较明显,而TN未出现富集现象。坡耕地SOC与TN未出现富集现象。坡耕地在经过不同的生态恢复措施后,土壤SOC与TN含量及储量均会有所增加。从SOC与TN之间的相关性看,林地、草地表现为极强,灌木表现为强,而坡耕地与梯田为中等。研究为提高黄土丘陵区土壤碳氮含量的评估提供科学依据,促进区域生态恢复合理规划。     

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。     

封育对草地深层土壤碳储量及其固持速率的影响

为了揭示长期封育草地深层土壤碳、氮固持及固持速率,采用空间序列代替时间序列的方法,研究了黄土高原宁夏固原云雾山自然保护区长期封育草地土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(STN)储量及其固持速率的变化特征。结果表明封育30年草地0—500cm各土层SOC储量显著高于封育10年草地和放牧草地,封育10年草地不同深度SOC储量与放牧草地并无差异;封育30年、10年和放牧草地STN储量在各土层无统计学上的差异,而封育30年不同深度STN储量显著高于封育10年和放牧草地;封育30年SOC,STN固持主要发生在10~30年间,0—500cm固持量分别为(482.5±39.3)Mg/hm~2,(27.7±2.4)Mg/hm~2,封育前10年有机碳、全氮固持量小,分别为(42.8±6)Mg/hm~2,(3.4±2.1)Mg/hm~2;封育30年0—500cm土层SOC和STN固持分别为(525.3±62.0)Mg/hm~2,(25.0±3.0)Mg/hm~2,固持速率分别为(17.5±2.1)Mg/(hm~2·a),(0.83±0.3)Mg/(hm~2·a);碳氮比随着封育年限增加而增大,随土层深度增加而降低。封育草地深层土壤有巨大固碳潜力,评估碳氮固持不仅要时间尺度,也要考虑深层土壤碳氮固持,以达到对生态系统碳氮储量评估的无偏估计。     

不同植被恢复措施下剖面根系与SOC的分布特征

根系是影响水土流失和土壤有机碳（SOC）变化的重要因素。在水土流失区,研究不同植被恢复措施下,根系生物量和土壤有机碳的分布特征对了解区域土壤碳循环具有重要意义。在水土流失严重的黄土丘陵沟壑区的燕沟小流域,选择地形条件类似的梁峁坡,采集了10种不同植被治理恢复措施下的剖面（0—100 cm）根系和土壤样品,研究了根系生物量和SOC在剖面的分布特征。结果显示:不同治理措施下的SOC呈现出灌木 > 乔木 > 灌草 > 草本的趋势,而根系生物量呈现出乔木 > 灌木 > 灌草 > 草本的趋势;SOC和细根生物量都随土层深度的增加呈对数递减趋势,但同一土层SOC和细根生物量的分布不一致,且根系比SOC的分布浅。     

河北坝上地区植被恢复的土壤碳水效应

坝上地区植被恢复影响土壤水分和土壤有机碳含量,从而影响区域水源涵养和土壤固碳能力。为了保证植被恢复的可持续性,确定该地区土壤水分和有机碳对植被的响应对于维护生态系统的稳定具有重要意义。以林地、灌木、农地、草地为研究对象,研究0—200 cm土壤水分和有机碳的垂直分布特征,并确定影响其变化的驱动因素。结果表明:(1)与草地相比,植被恢复导致深层土壤水分亏缺,林地和灌木深层(120—200 cm)土壤水分亏缺效应分别为-0.23±0.08和-0.16±0.05;(2)与草地相比,植被恢复增加固碳效应,且随着土层深度的增加而增加;(3)对照草地的碳水耦合协调度始终显著高于其他植被类型(p＜0.05),且始终属于碳水平衡状态;而林地和灌木浅层土壤(0—60 cm)属于碳水协调状态,但深层(120—200 cm)碳水耦合协调度仅分别为0.54±0.03和0.57±0.04,处于失调状态。(4)土地利用对深层(120—200 cm)土壤有机碳和土壤水分的变化更加重要,而土壤质地是影响整个土壤剖面变化的稳定因素。研究认为该区域植被恢复固碳效应的增加是以深层土壤水分亏缺为代价,碳水失调影响区域生态恢复的可持续性。     

平原造林工程影响下的河岸带土壤生态化学计量特征

北京主要河流河岸带实施平原造林工程后,对河岸带植被类型及土壤造成不同程度影响。研究河岸带原有及重建植被类型土壤生态化学计量特征,对河岸生态系统土壤碳氮磷平衡及固碳潜力提升提供科学依据。选取北京温榆河昌平段岸边原有植被类型3种样地(乔木林、乔灌林及草地),重建植被类型2种样地(乔木林与灌木林),共15个样方,采集3层(0—10,10—20,20—30 cm)土壤样品,分析并计算碳(C)、氮(N)和磷(P)含量及计量比。结果表明：原有与重建植被类型的土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量分别为3.810～10.320,0.223～0.700,0.551～0.692 g/kg, C/N、N/P、C/P分别为11.592～25.373,0.373～1.022,5.662～15.493;SOC与TN均在表层聚集,且同N/P、C/P一样表现出随土层深度增加而减少趋势,C/N反之,TP受土层深度影响较小;原有植被类型(乔木林)土壤SOC和TN均高于其他植被类型,在10—20,20—30 cm土层间C/N、C/P均显著低于其他植被类型(P<0.05);原有植被类型(草地)在0—10...     

植被自然恢复过程中土壤有机碳密度与微生物量碳动态变化

以黄土丘陵区典型草原带宁夏固原地区为例,研究了退耕地在植被自然恢复过程中土壤有机碳密度及微生物量碳的动态变化。结果表明,植被自然恢复过程中,土壤有机碳(SOC)和微生物量碳(SMBC)表现为0-5cm土层5-10cm土层10-20cm土层,且在不同土层之间的差异性达到极显著水平(P0.01)。SOC和SMBC在植被自然恢复过程中亦表现出一定的表聚性。土壤剖面各土层SOC和SMBC皆随植被恢复年限的增加总呈上升趋势,且与恢复年限之间呈极显著的对数函数关系。植被恢复0～23a期间,表层土壤(0-5cm)SOC和SMBC年增长率分别为4.81%和6.96%,增加幅度较大;植被恢复23～75a期间,表层土壤SOC和SMBC的年增长率均为0.25%,增加趋势减缓。土壤剖面各土层微生物熵(SMQ)变化于2.113～4.375。土壤有机碳周转速率在恢复前期(0～12a)较快,恢复后期(12～75a)趋于稳定,土壤有机碳积累与转化主要发生在土壤表层。SOC和SMBC之间有极显著的线性正相关关系。植被恢复0～23a期间,与对照农地相比,0-20cm土层土壤有机碳密度增加了85.23%,增加速率较快;而在植被恢复23～75a期间,有机碳密度仅增加了6.60%,增幅减缓。表明植被自然恢复有助于黄土丘陵区土壤有机碳储量的增加,促进土壤碳固定。     

六道沟小流域地形序列土壤碳剖面分布特征及影响因素

为了更好地理解黄土高原植被恢复与生态重建过程对土壤碳循环过程的影响,研究选取位于黄土高原六道沟小流域的典型土壤地形序列(东北坡NE序列,西坡W序列),分析了不同坡向间及同一坡向内随植被类型变化土壤有机碳和无机碳的剖面分布特征及其影响因素。结果表明:六道沟小流域地形序列土壤有机碳含量在0—50cm土层内随土层深度增加而显著降低,50cm土层以下基本趋于稳定,且剖面上层(0—50cm)有机碳含量显著高于剖面下层(50—200cm,p0.05),但在同一深度土层(0—50,50—200,0—200cm)不同坡向林地和草地土壤有机碳平均含量均没有显著差异(p0.05)。与有机碳相比,无机碳含量相对较高并且主要在剖面下部(50cm以下)不同深度土层富集。NE序列林地和草地剖面无机碳平均含量接近(p0.05),而W序列林地剖面无机碳平均含量显著高于草地(p0.05);不同坡向草地剖面无机碳平均含量无显著差异(p0.05),但不同坡向林地剖面无机碳平均含量表现为W序列显著高于NE序列(p0.05)。0—50cm土层有机碳含量与pH、容重和土壤含水量均呈极显著负相关关系,而与土壤总孔隙度呈极显著正相关关系;50—150cm土层无机碳含量与pH和土壤总孔隙度均呈极显著负相关关系,而与容重、黏粒含量和土壤含水量均呈极显著正相关关系。NE序列和W序列2 m土体总碳密度相当,分别为15.2~47.4kg/m~2和18.3~51.3kg/m~2,其中无机碳密度占78%~94%,1—2m土层总碳密度占2m土体总碳密度的35%~74%。若只考虑土壤有机碳库或只考虑浅层1m土壤碳库,六道沟小流域2m土体总碳储量平均将被低估88%和51%。     

工程堆积体植被类型对土壤有机碳组分特征及影响因素研究

为明确工程堆积体不同植被类型下土壤有机碳(SOC)及易氧化有机碳(EOC)变化特征及其影响因子,分别设置乔木、灌木、草地和裸地这4种类型样地,分层采集0—10,10—20,20—40,40—60,60—80 cm的土壤并测定其有机碳组分及理化性质,采用主成分分析法及相关性分析法进行分析。结果表明:(1)不同植被类型之间SOC含量存在显著差异,乔木、灌木、草地和裸地下SOC均值依次为45.73,41.81,34.75,21.11 g/kg,植被恢复显著提升SOC含量,且表层土壤提升效果优于深层土壤。(2)乔木和灌木下土壤碳库活度(活性有机碳与非活性有机碳之比)显著高于草地,乔木、灌木下SOC更容易被植物吸收利用。(3)全氮(TN)、全磷(TP)、水解氮(HN)与SOC、EOC均呈显著正相关(p＜0.05),对SOC的提升起主要作用。因此,混种具有固氮作用的豆科植物有利于SOC的提升和积累。     

石羊河流域干旱荒漠区人工梭梭林对土壤碳库的影响

采用野外调查与室内分析相结合的方法,研究石羊河流域民勤干旱沙区种植人工梭梭林4,13,36年后的土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)、无机碳(Soil inorganic carbon,SIC)、全氮(Total nitrogen,TN)和总碳(soil total carbon,TC)含量及储量变化特征。结果表明:流动沙地种植梭梭后,0-50cm层灌丛下和行间SOC和TN含量总体随造林年限增加而增加,5-50cm层灌丛下SIC含量在13年梭梭林地最高。36,13年林地0-50cm层灌丛下SOC和TN储量均高于行间,而13年灌丛下SIC储量低于行间,4年灌丛下5-50cm层SOC、TN和SIC储量均低于行间。0-50cm层土壤有机碳、无机碳、全氮储量增幅分别为102.44%,24.66%,54.55%,36年林地SOC和TN储量随土层加深先降低后增加,但4,13年和流动沙地SOC、SIC和TN储量均随土层加深而增加。土壤有机碳占总碳比例随造林年限增加而增加。相关分析结果表明,土壤颗粒组成、造林年限、土层深度等与土壤有机碳和全氮储量显著相关(P0.01)。民勤干旱沙区造林提高了土壤碳库截存量,并且随林龄增长而增长。     

Effects of vegetation restoration on soil organic carbon sequestration at multiple scales in semi-arid Loess Plateau,China

Soil organic carbon (SOC) sequestration by vegetation restoration is the theme of much current research. Since 1999, the program of “Grain for Green”has been implemented in the semi-arid Loess Plateau, China. Its scope represents the largest vegetation restoration activity in China. However, it is still unclear for the SOC sequestration effects of vegetation cover change or natural succession promoted by the revegetation efforts at different scales under the semi-arid conditions. In this study, the changes in SOC stocks due to the vegetation restoration in the middle of Loess Plateau were estimated at patch, hill slope transect and small watershed scale from 1998 to 2006. Soil samples were taken from field for the determination of cesium-137 (¹³⁷Cs) and SOC contents. Vegetation cover change from 1998 to 2006 at the small watershed scale was assessed using Geographic Information System. The results showed that cropland transforming to grassland or shrubland significantly increased SOC at patch scale. Immature woodland, however, has no significant effect. When vegetation cover has no transformation for mature woodland (25 years old), SOC has no significant increase implying that SOC has come to a stable level. At hill slope scale, three typical vegetation cover patterns showed different SOC sequestration effects of 8.6%, 24.6%, and 21.4% from 1998 to 2006, and these SOC increases mainly resulted from revegetation. At the small watershed scale, SOC stocks increased by 19% in the surface soil layer at 0–20 cm soil depth from 1998 to 2006, which was equivalent to an average SOC sequestration rate of 19.92 t C y^− 1 km^− 2. Meanwhile, SOC contents showed a significant positive correlation (P < 0.001) with the ¹³⁷Cs inventory at every soil depth interval. This implied significant negative impacts of soil erosion on SOC sequestration. The results have demonstrated general positive effects of vegetation restoration on SOC sequestration at multiple scales. However, soil erosion under rugged topography modified the spatial distribution of the SOC sequestration effects. Therefore, vegetation restoration was proved to be a significant carbon sink, whereas, erosion could be a carbon source in high erosion sensitive regions. This research can contribute to the performance assessment of ecological rehabilitation projects such as “Grain to Green” and the scientific understanding of the impacts of vegetation restoration and soil erosion on soil carbon dynamics in semi-arid environments.     

黄土高原半干旱区不同土地利用下的土壤有机碳、碳组分和土壤营养

Cropland (CP), native grassland (NG) and two shrub land treatments which were converted from cropland in 1985:seabuckthorn (Hippophae rhamnoides L. ) (ST), and branchytamarisk (Tamarix ramosissima) (BT) were investigated to evaluate effects of land use conversion on soil organic carbon (SOC) and soil nutrients in the semi-arid region of the Loess Plateau of China. Total organic carbon (TOC), light fraction organic carbon (LFOC), heavy fraction organic carbon (HFOC), total N (TN), nitrate nitrogen (NO₃^--N) and nitrite nitrogen (NO₂^--N), ammonium nitrogen (NH₄⁺-N), total P, and available P (AP) were measured. The results showed that SOC in NG, ST and BT were 12.7%, 27.7% and 34.8% higher than that of the cropland, respectively. LFOC, light fraction (LF) dry matter, ratio of TOC to TN (C/N) and the ratio of TOC to AP (C/P) were higher in the shrub land or native grassland than in the cropland. Cropland had the highest TN, the sum of NO₃^--N and NO₂^--N, TP and AP due to the use of chemical fertilizers. TOC significantly correlated with LFOC, HFOC and C/N. LFOC significantly correlated with dry matter of the LF and C/N. TN, the sum of NO₃^--N and NO₂^--N and AP were significantly negatively correlated with TOC and LFOC. Therefore, land use conversion from cropland to shrub land, or maybe grassland, contributed to SOC sequestration and improved soil nutrients stabilization.     

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。     

土地利用方式和地形对半干旱区土壤有机碳含量的影响

以内蒙古赤峰市敖汉旗为研究对象,以实地调查数据为基础,结合土地利用方式与地形的变化,对敖汉旗0～100 cm深度土壤有机碳含量的空间分布特征进行了研究,旨在对地区碳储量的估算和科学利用土地资源起到积极的借鉴作用。结果表明,敖汉旗土壤有机碳含量在0～100 cm深度的土壤剖面内的变化范围为0.23～20.71 g/kg,主要集中在40 cm以上土层,且随着土层深度的增加土壤有机碳平均含量逐渐降低;各土地利用方式下土壤有机碳含量均表现为:林地农地草地。土壤有机碳含量主要富集在高海拔区的平缓地段;受土壤侵蚀的影响,当坡度10°后,不同土地利用类型的有机碳含量均显著降低。     

子午岭林区不同植被恢复阶段土壤有机碳变化研究

研究了子午岭林区植被恢复过程中土壤有机碳含量、团聚体有机碳分布以及不同粒级团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率。研究结果表明,0—100 cm剖面上有机碳含量加权平均值随植被恢复年限逐渐升高,坡耕地0—100 cm土层土壤有机碳加权平均值为3.54 g/kg,弃耕地、草地、灌木和乔木阶段分别比坡耕地提高6.8%,36.6%,41.5%和73.6%;0—20 cm土层土壤有机碳含量随植被恢复的提高幅度明显高于20 cm以下土层;0—5和5—10 cm土层土壤各粒级团聚体有机碳含量随植被恢复年限逐渐增加,并有向大粒级（〉2 mm）团聚体中富集的趋势,10—20 cm土层土壤团聚体有机碳含量随植被恢复变化不明显;弃耕地、草地、灌木和乔木阶段0—20 cm土层〉5,5～2和2～1 mm粒级团聚体有机碳贡献率高于坡耕地,说明植被恢复0—20 cm土层土壤增加的有机碳更多地固定在〉1 mm粒级团聚体中。     

A global meta-analysis shows soil nitrogen pool increases after revegetation of riparian zones

Purpose

Sustainable management of riparian zone soils is required to ensure the health of natural ecosystems and maintenance of soil nitrogen (N) pools and soil N cycling. However, the effect of revegetation type and age on soil N pools remains poorly understood.

Materials and methods

This study compiled data from published articles to understand the effects of revegetation types and age on soil total N (TN) and soil inorganic N (NH₄⁺-N, and NO₃^?-N) using a meta-analysis. We extracted 645 observations from 52 published scientific articles.

Results and discussion

The revegetation of riparian zones led to a significant increase of soil TN (mean effect size: 11.5%; 95% CI: 3.1% and 20.6%). Woodland increased soil TN significantly by 14.0%, which was associated with the presence of N fixing species and high litter inputs. Soil NH₄⁺-N concentration significantly increased (mean effect size: 20.1%; 95% CI: 15.1% and 25.4%), whereas a significant decrease in soil NO₃^?-N (mean effect size: ? 21.5%; 95% CI: ? 15.0% and ? 27.5%) was observed. Of the revegetation types considered in this paper, NO₃^?-N concentration in soil followed the order: grassland < shrubland < woodland, suggesting that woodland might be more efficient in soil NO₃^?-N retention than grassland. The high plant N uptake and accelerated NO₃^?-N leaching in grassland could be related to the decreased soil NO₃^?-N in grassland compared with other revegetation types. Revegetation significantly decreased soil moisture by (mean effect size: ? 7.9%; 95% CI: ? 3.3% and ? 12.2%) compared with the control, which might be associated with the selection of exotic species as dominant vegetation in the riparian zone. Soil TN increased in revegetation ages between 10 and 40 years following revegetation and was related to increased soil organic carbon inputs within those ages following the establishment.

Conclusions

This study provides insight into influence of different vegetation types and age on soil N pools and soil moisture. This study also highlights the importance of revegetation in riparian zones to increase soil TN.

     

流动沙丘造林对土壤物理组分有机碳分配的影响

(1)根据中国知网(CNKI)的《中国学术期刊影响因子年报(自然科学与工程技术.2010版)计量指标统计表》,《水土保持通报》综合统计源统计的总被引频次为3 446次(2009年版中为1 358次);复合影响因子为0.955;期刊综合影响因子为0.568(2008年为0.493),在所统计     

东北黑土坡耕地土壤化学计量特征变化对侵蚀的响应

[目的] 探究土壤侵蚀对土壤养分含量及其化学计量比的影响,对于加深认识黑土区坡耕地质量退化过程及防控具有重要意义。[方法] 选择典型黑土区克山县开垦100多年的直形坡和开垦50多年的凸形坡为研究对象,根据¹³⁷Cs示踪技术估算坡耕地土壤侵蚀速率,定量分析土壤侵蚀与土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及生态化学计量比的关系。[结果] (1)利用¹³⁷Cs示踪法得到坡面整体的年平均侵蚀速率为4 428.56 t/(km²·a),直形坡和凸形坡侵蚀速率平均值分别为3 284.53,5 884.59 t/(km²·a),侵蚀总量分别为3.21×10⁵,2.94×10⁵ t/km²。(2)坡面整体碳氮比(C/N)与SOC呈极显著正相关(p<0.01),碳磷比(C/P)与SOC呈极显著正相关(p＜0.01),氮磷比(N/P)与TP呈极显著负相关(p＜0.01)。直形坡SOC、TN、C/N、C/P和N/P均极显著小于凸形坡养分含量和化学计量比值(p＜0.01),TP含量大于凸形坡TP含量(p＜0.01)。(3)坡面土壤侵蚀空间分布特征与土壤有机碳、全氮及全磷的空间分布具有一致性。坡面土壤侵蚀量与SOC、TN、TP、C/P均呈极显著负相关(p<0.01),与C/N呈显著负相关(p<0.05),与N/P呈负相关但相关性不显著(p>0.05)。[结论] 土壤侵蚀导致坡面土壤SOC、TN和TP在坡面再分布,影响土壤养分化学计量比,造成坡面养分流失严重。     

典型喀斯特洼地植被恢复过程中土壤碳氮储量动态及其对极端内涝灾害的响应

西南喀斯特地区是我国主要的生态脆弱区之一,石漠化严重,旱涝灾害频发。植被恢复是提升脆弱生态系统土壤碳氮固持的有效方式,但该区不同植被恢复方式土壤碳氮动态监测的研究还很缺乏。本研究以典型喀斯特峰丛洼地为对象,选取人工林、牧草地、人工林+牧草地、撂荒地自然恢复4种最主要的植被恢复方式为研究对象,以耕地作为对照,对比分析退耕前(2004年)、退耕10年(2014年)和13年后(2017年)土壤碳氮储量动态变化特征。其中2004—2014年研究区未发生极端内涝灾害, 2014—2017年连续发生2次极端内涝灾害事件。研究结果表明,退耕10年后, 4种恢复方式下土壤有机碳(SOC)储量均显著增加,但退耕13年后,除撂荒地SOC持续增加外,其他3种恢复方式下SOC表现出下降趋势。植被恢复后土壤全氮(TN)储量提升相对缓慢,退耕10年仅牧草地显著增加,退耕13年后人工林+牧草和撂荒地TN增加,且撂荒地在退耕后呈持续增加趋势。相关性分析结果表明,土壤交换性Ca~(2+)与SOC、TN均呈显著正相关关系,且与2014年相比, 2017年不同植物恢复方式下土壤交换性Ca~(2+)均显著下降,这可能与研究区2015年和2016年连续内涝灾害有关。以上结果说明,不同恢复方式均能显著提升喀斯特地区土壤碳氮固持,并以自然恢复最佳,其生态系统能有效抵御极端气候灾害带来的负面影响。     

Impacts of soil erosion on organic carbon and nutrient dynamics in an alpine grassland soil

The impact of soil erosion on the nutrient dynamics in alpine grassland soils is still an essential problem. Selecting a grass-covered hillslope in eastern Tibet Plateau, the cesium-137 (¹³⁷Cs) technique was used to determine the impacts of soil erosion on soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and total potassium (TK). The ¹³⁷Cs data revealed that there were distinct soil redistribution patterns in different hillslope positions because of the influences of slope runoff, plant coverage and grazing activity. For the upper slope, soil erosion first decreased downward, followed by soil deposition in its lower part. In contrast, for middle and toe slopes, there was an increasing soil erosion along a downslope transect. Across the lower slope, soil erosion showed an irregular variation. Influenced by the selective transport of water erosion, SOC, TN and TP storage decreased with increasing soil erosion in upper, middle and toe slopes. In contrast, SOC, TN and TP storage varied little with soil erosion in the lower slope. On the whole hillslope, TK storage also varied little with soil erosion due to the large amount of potassium elements derived from soil parent materials. Particularly noteworthy was the greatest storage of SOC, TN and TP in the lower slope where most obvious net soil erosion occurred, which is closely related to the humus accumulation combined with gravel separation as well as weathering and pedogenesis of parent rocks induced by soil freeze-thaw.