137Cs示踪分析东北黑土坡耕地土壤侵蚀对有机碳组分的影响

研究土壤侵蚀对有机碳不同组分流失的影响,可为科学评估土壤侵蚀在碳循环中的作用和探明农田有机碳变化机制提供理论依据.该研究以典型黑土区一凸型耕地坡面为研究对象,基于137Cs示踪技术,分析了坡面土壤侵蚀特征及强度分布,定量分析了坡面有机碳组分的变化幅度及侵蚀强度与有机碳组分间的关系.结果表明:研究坡面年均侵蚀速率为380...     

紫色丘陵区土壤侵蚀对土壤生物学肥力的影响

为更好地理解侵蚀土壤质量变化,该文利用137Cs技术探讨了川中丘陵区紫色土陡坡耕地土壤侵蚀对土壤生物学肥力的影响。结果表明,与无侵蚀的坡地相比,陡坡耕地土壤微生物量碳含量及碱性磷酸酶、蔗糖酶活性分别显著降低41%、44%、17%,土壤生物学肥力退化指数MFDI达-35%。陡坡耕地土壤蔗糖酶活性与137Cs浓度显著正相关（r=0.643,p=0.024）,表明蔗糖酶活性随土壤侵蚀强度增大而降低。耕作侵蚀造成的陡坡耕地上坡土壤损失导致土壤微生物量碳含量、碱性磷酸酶、脲酶及蔗糖酶活性最低,而耕作侵蚀造成的陡坡耕地坡底土壤堆积导致这4个微生物特性最高,结果陡坡耕地这些微生物特性的空间变异分别增大2.8、0.8、1.4、4.5倍。紫色土陡坡耕地土壤生物学肥力退化与空间变异性增大在今后的土地管理中应引起关注。     

南方红壤丘陵区侵蚀沟道内土壤团聚体及有机碳特征

为了更好地揭示特殊地形下水蚀过程对土壤结构和有机碳含量分配的影响,选取典型南方红壤丘陵区—青原山小流域为研究区,采用核素¹³⁷Cs示踪技术研究小流域侵蚀沟道内水土流失现状,分析了沟道侵蚀对土壤团聚体稳定性及有机碳含量的影响。结果表明:侵蚀沟道的坡顶处¹³⁷Cs含量最高,且高于背景值,属于沉积区,而坡上、坡脚属于中度侵蚀,坡中属于轻度侵蚀;侵蚀沟道顺坡而下侵蚀过程依次表现为绝对沉积、绝对侵蚀、相对沉积和绝对侵蚀,其中植被和地形因子是主导因素;沉积区相比于侵蚀区平均质量直径(Mean Weight Diameter,MWD)和大团聚体含量(粒径≥0.25 mm)更高,侵蚀区中相对沉积的坡中有着更稳定的土壤团粒结构;沉积区各个粒径的土壤团聚体有机碳含量均高于侵蚀区,侵蚀区的土壤团聚体有机碳更趋向于均匀分配,土壤理化性质的空间差异也会影响土壤团聚体有机碳含量。侵蚀沟道中土壤侵蚀模式与传统坡面并不一致,土壤结构及相关碳组分主要受地形和植被支配下的土壤侵蚀程度影响。     

陕北坡耕地土壤侵蚀对土壤性质的影响研究

研究分析黄土高原北部坡耕地土壤侵蚀对土壤性质影响结果表明,山坡中、上部为土壤侵蚀最强烈地带,坡顶侵蚀较弱;土壤全N、碱解氮、速效钾与水蚀和耕作侵蚀间呈线性相关关系,而土壤有机质、速效磷和阳离子代换量则与水蚀和耕作侵蚀无显著相关性。     

坡耕地黑土有机碳和全氮的迁移与累积平衡

本文利用137CS示踪技术计算东北黑土坡耕地土壤再分布速率,结合表层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量动态,探索典型漫岗坡地SOC和TN流失量的空间分布特征,据此计算研究区近50年来SOC和TN迁移、累积平衡。研究结果表明:研究区土壤再分布速率介于-24.61~33.56 T/HM2/A,绝大部分地区处于中度和轻度侵蚀状态,约占研究区总面积的83.66%,沉积面积占总面积的15.62%。SOC和TN的流失量与土壤再分布速率相一致,坡肩部位SOC和TN流失量最大,侵蚀损失率分别为407.57 KG/HM2/A和39.94 KG/HM2/A;其次为坡背和坡顶,平均流失量分别为244.2 KG/HM2/A和17.93 KG/HM2/A;坡脚和坡趾表现为累积,平均累积量分别为-207.2 KG/HM2/A和-20.56 KG/HM2/A。整个研究区SOC和TN的相对流失量>50%的面积分别占10.45%和11.21%。整个研究区48年来土壤净迁移泥沙量为45.54 T/A,其中,SOC流失量为612.62 KG/A,TN流失量为47.20 KG/A。考虑迁移泥沙对土壤有机质的富集作用,迁移损失的SOC和TN量比原计算值高52%。     

长期保护性耕作对坡耕地黑土有机碳组分的影响

为对比长期保护性耕作模式与传统耕作模式对黑土有机碳组分的差异化,揭示长期保护性耕作对侵蚀退化黑土质量的恢复作用。基于典型黑土坡耕地连续15 a保护性耕作长期定位田间试验,设置免耕保护性耕作（NT）和旋耕传统耕作（CT）2个田间耕作试验,并实行玉米-大豆轮作模式,测定并分析了两种耕作措施下土壤有机碳及其不同碳组分随土壤剖面的垂直分布及变化特征。结果表明：连续实施15 a的NT与CT相比分别显著提高0～5和>5～10 cm土层的土壤有机碳质量分数（29.54%和22.38%）（P<0.05）,碳储量（31.11%和27.34%）（P<0.05）,全氮质量分数（53.74%和37.60%）（P<0.05）,表层土壤碳氮质量分数提升显著（P<0.05）,深层土壤碳氮质量分数变化不显著;以>5～10 cm土层土壤颗粒有机碳（69.85%）、0～5 cm土层的土壤轻组有机碳（130.81%）和0～5、>5～10 cm土层土壤微生物量碳（85.59%和59.53%）的提升为主,并且对深层土壤有机碳组分也产生一定的积极影响;耕作效应对于土壤团聚体稳定性指标影响显著（P<0.05）,并且土壤团聚体稳定性指标对于SOC质量分数提升也起到了关键作用。研究表明,与传统耕作相比,连续实施15 a保护性耕作,增加的有机碳以活性有机碳为主。长期的保护性耕作对恢复退化农田黑土质量及土壤固碳均具有重要意义。     

坡耕地土壤有机碳再分布特征及其迁移累积平衡

利用137Cs和飞灰示踪技术,研究坡耕地黑土近50年和近100年来土壤再分布过程,计算坡耕地土壤有机碳(SOC)迁移和累积平衡。结果表明:利用SOC的深度分布特征鉴定坡脚和坡足原始埋藏土壤的表面分别位于地表下70和80cm,其埋藏层的SOC含量分别比与其接壤的上覆土层SOC含量高5.2和0.4gkg。坡顶、坡肩和坡背均遭受侵蚀,年平均侵蚀的土壤厚度为0.2、5.0和2.2mmyr。坡脚和坡足部位飞灰到达的深度分别为70和80cm,与埋藏层表面相吻合。坡脚飞灰出现于埋藏A层之中,表明沉积区在蒸汽机车开始使用前已被开垦为农田(或已有侵蚀和堆积发生)。根据137Cs和飞灰分布深度构建了不同年代的坡型,结果表明侵蚀部位剥蚀的土壤多堆积在坡脚和坡足,且搬运的土壤物质先累积于坡脚,随着景观坡度变缓,土壤累积逐渐向坡足过渡。研究区(1m宽)坡顶、坡肩和坡背近百年来由于土壤侵蚀共失去683kgSOC,其中60%(418kgSOC)沉积在坡脚和坡足等低洼部位,其中有257kgSOC是近50年累积的。     

藏东南区梯田和复合坡耕地土壤侵蚀对有机碳和全氮空间分布格局的影响

[目的] 查明青藏高原东南部地区坡耕地土壤侵蚀空间分布格局及其对土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)顺坡迁移过程的影响,为该区土地资源利用及土壤资源保护提供科学依据。[方法] 利用¹³⁷Cs核素示踪技术,结合现场调查,研究藏东南地区梯田系列和复合坡耕地土壤侵蚀空间分布格局差异;采用相关分析,探明坡面土壤¹³⁷Cs面积浓度与同样深度(30 cm) SOC、TN面积浓度之间的相关性。[结果] ①在整个梯田系列内,土壤¹³⁷Cs面积浓度从坡顶到坡脚呈离散分布格局,上部梯田下坡部位土壤¹³⁷Cs面积浓度明显高于紧邻的下部梯田上坡土壤,且上坡梯田表现为土壤侵蚀,而下坡和坡脚梯田则表现为土壤沉积;在单个梯田景观内,土壤侵蚀速率主要呈上部坡位高,下部坡位低的趋势; ②复合坡坡耕地土壤侵蚀速率表现为先波动减少,然后逐渐增加的趋势,即坡顶部位土壤侵蚀速率相对较高,顺坡向下逐渐变小,在坡中部和下部表现为沉积,在坡脚部位土壤侵蚀速率又逐渐增加; ③梯田系列和坡耕地土壤¹³⁷Cs面积浓度与SOC,TN面积浓度之间均具有显著的相关关系(p＜0.05)。[结论] 在藏东南地区,梯田有效地改变了该区的土壤侵蚀空间分布格局,土壤¹³⁷Cs示踪技术可以较好地示踪该区坡耕地土壤、SOC和TN顺坡迁移和空间再分布状况,防控耕作侵蚀的危害也应当得到与水蚀同样的重视。     

保护性耕作对土壤易氧化和总有机碳的影响

以11年的不同耕作方式的长期试验为基础,在甘肃省定西试验站研究了在两种轮作序列下传统耕作不覆盖(T),免耕+秸秆还田(NTS),免耕+不覆盖(NT)和传统耕作+秸秆覆盖(TS)四种耕作方式对土壤总有机碳和易氧化有机碳的影响。研究结果表明:在两种轮作序列下,种植豆科作物,秸秆覆盖和切碎还田都能增加土壤有机碳总量,其中,切碎还田(TS)效果最为明显;种植豌豆、免耕、秸秆还田等处理都能提高易氧化有机碳含量,其作用的大小为TSNTSNT;与传统耕作相比,秸秆覆盖和免耕均有利于黄绵土表层有机碳和易氧化有机碳的积累,尤其是保护性耕作对0~10 cm土层总有机碳有重要影响。     

长江上游重点水土流失区坡耕地土壤侵蚀的137Cs法研究

利用137Cs示踪技术,对长江上游重点水土流失区(金沙江下游及毕节地区、嘉陵江中下游地区、嘉陵江上游陕南陇南地区和三峡库区)坡耕地土壤流失速率进行了初步研究。结果表明,研究区土壤类型、坡度等因子对坡耕地土壤流失速率的影响较大,陕南区砾质土、三峡库区黄壤坡耕地的土壤流失速率相对较小,34°砾质土坡耕地,多年平均土壤流失率为985t/(km2·a),31°黄壤坡耕地为2059t/(km2·a);嘉陵江中下游地区和三峡库区紫色土、陕南区黄褐土、陇南区黄绵土和金沙江燥红土坡耕地土壤流失速率较高,一般在2000～10000t/(km2·a);坡度越大土壤流失速率也越高。同时,对坡耕地地块内部土壤侵蚀与堆积的空间分异进行了初步探讨。在坡耕地地块内部,土壤在流水和犁耕共同作用下,侵蚀速率从峁顶至坡底总体呈下降趋势,并在地块中下部出现堆积大于侵蚀的区域。侵蚀小于堆积的临界点,一般出现在距坡顶20～30m范围。     

川中丘陵区土壤侵蚀对土壤特性和作物产量的影响

Roles of tillage erosion and water erosion in the development of within-field spatial variation of surface soil properties and soil degradation and their contributions to the reduction of crop yields were studied on three linear slopes in the Sichuan Basin, southwestern China. Tillage erosion was found to be the dominant erosion process at upper slope positions of each linear slope and on the whole short slope (20 m). On the long slope (110 m) and medium slope (40 m), water erosion was the dominant erosion process. Soil organic matter and soil nutrients in the tillage layer were significantly related to slope length and ¹³⁷Cs inventories on the long slope; however, there was no significant correlation among them on the short slope, suggesting that water erosion lowered soil quality by transporting SOM and surface soil nutrients selectively from the upper to lower slope positions, while tillage erosion transported soil materials unselectively. On the medium slope, SOM, total N, and available N in the tillage layer were correlated with slope length and the other properties were distributed evenly on the slope, indicating that water erosion on this slope was still the dominant soil redistribution process. Similar patterns were found for the responses of grain yield, aboveground biomass, and harvest index for slopes. These results indicated that tillage erosion was a major cause for soil degradation and grain yield reduction on the linear slopes because it resulted in displacement of the tillage layer soil required for maintaining soil quality and plant growth.     

黑土长缓坡地形与横垄对土壤有机碳空间分异的交互作用

横坡垄作对坡耕地土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）流失有一定的阻控作用,但黑土区特有长而缓的地形与横垄对坡耕地SOC空间分异会产生交互作用,而这种交互作用引发的SOC流失风险没引起足够的重视。该研究以典型黑土区黑龙江省黑河市北安分局红星农场为研究区域,2022年在横坡垄作与顺坡水线方向上共布设25个采样点,采用地理探测器模型、单因素方差分析（one-way ANOVA）和Pearson相关性分析,探讨土壤有机碳的空间分异及其交互作用。结果表明,横坡垄作方向上垄沟土壤有机碳含量从坡顶到水线呈现逐渐增大的变化趋势;在垄台从坡顶到水线呈现先增大后减小的变化趋势。顺坡水线方向,土壤有机碳含量在垄沟呈现从上坡到下坡增大的变化趋势;在垄台呈现先增大后减小的变化趋势。由于断垄产生水线,顺坡土壤有机碳含量上坡与下坡仍有显著差异（P＜0.05）。Pearson相关性分析表明, 有机碳与可蚀性K因子呈显著负相关（垄沟和垄台相关系数分别为–0.228和–0.238,P＜0.05）,与碳循环相关的β-葡萄糖苷酶和微生物生物量碳在垄沟呈极显著正相关（相关系数为0.398和0.676,P<0.01）。地理探测器分析表明,顺坡水线对土壤有机碳空间分异的影响最大,其对垄沟和垄台SOC的解释力分别达到61%和52%以上;顺坡水线与其他因子的交互作用共同增强了对土壤有机碳的解释力,尤其是顺坡水线与高程的交互作用最为明显。黑土区坡耕地土壤有机碳空间分异主要受顺坡水线与高程的交互作用,横坡垄作虽然能够拦截径流,但由于长缓坡地形影响产生的断垄会加剧土壤侵蚀诱发的有机碳流失。因此,黑土坡耕地治理需要同时考虑横垄与地形的共同影响,从而实现防蚀的优化效果。     

~(137)Cs示踪采煤沉陷坡土壤侵蚀及其对土壤养分的影响

为更好地理解矿区土壤退化机理,该文利用137Cs技术研究了焦作矿区具有15a沉陷历史的采煤沉陷坡土壤侵蚀特征及其对土壤养分的影响。沉陷坡137Cs含量从坡顶到下坡逐渐降低,及至坡脚急剧增大且表现出最高的值。基于137Cs本底(1 645 Bq/m2),沉陷坡坡顶至下坡表现为土壤侵蚀,而坡脚为土壤沉积。沉陷坡土壤侵蚀高达3.75 kg/(m2·a),属于中度侵蚀。沉陷坡土壤黏粒含量沿下坡方向增加,表明水蚀的分选性搬运。与对照区相比,沉陷坡侵蚀区土壤总有机碳(total organic carbon,TOC)、水溶性有机碳(water-soluble organic carbon,WSOC)、全氮、碱解氮、全磷、有效磷含量均出现了显著降低(P0.05);沉积区除WSOC显著降低(P0.05)外,其他养分含量变化不明显(P0.05)。在沉陷坡的侵蚀区,TOC与WSOC含量沿下坡方向逐渐减小,表现出与137Cs一致的分布格局;其他养分含量的坡面变化与137Cs分布不一致。相较于对照区,WSOC/TOC与碳氮比、碳磷比在沉陷坡侵蚀强烈的坡位分别出现了显著增大与降低(P0.05)。研究结果表明:1)焦作矿区自采煤沉陷坡形成以来发生了较严重的水蚀;2)侵蚀引起的土壤再分配影响沉陷坡土壤碳、氮、磷动态,其中,土壤再分配对土壤碳动态的影响最强;3)在土壤侵蚀作用下,采煤沉陷坡侵蚀强烈的坡位土壤有效态碳、氮、磷养分潜在的侵蚀风险大。采煤沉陷坡土壤侵蚀及其对土壤养分的不利影响应引起矿粮复合区土地整治的关注。     

不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响

为了探明不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响,2014-2017年在连续翻耕8a的玉米地上设置翻耕(CT)、旋耕(RT)、深松(ST)、免耕(NT)4个单一耕作处理和翻耕-免耕(CT-NT)、深松-免耕(ST-NT)2个轮耕处理开展了研究。结果表明,连续免耕(NT)显著增加了0～40cm土层有机碳含量和有机碳储量(P0.05),平均比CT增加4.45%和5.27%,比RT增加7.23%和8.50%;连续深松(ST)也有较好的固碳效果,在4个单一耕作措施中仅次于NT;连续翻耕(CT)和旋耕(RT)显著降低了土壤有机碳含量和有机碳储量(P0.05),RT的降低幅度大于CT。CT-NT和ST-NT2个轮耕处理既有较好的固碳效果,又符合当地农民操作习惯,有机碳含量分别比CT增加2.44%和4.82%,比RT增加5.12%和7.55%;有机碳储量比CT增加2.50%和5.47%,比RT增加5.64%和8.70%。不同耕作制度会使土壤有机碳发生层化,但有机碳含量的层化更多表现在不同土层之间,相同层次各处理之间变化不大;而有机碳储量只在耕层以下发生了层化,相同土层各处理之间也表现出比较明显的层化特征。因此,综合分析认为,任何一个单一耕作措施都有其局限性,CT-NT和ST-NT是比较理想的耕作模式,在该区域农业可持续发展中具有一定的应用价值。     

红壤裸露坡地次降雨土壤侵蚀规律

揭示红壤裸露坡地次降雨土壤侵蚀规律可为红壤坡地水土流失防治和水土保持效益评价提供科学依据。该文基于典型红壤区裸露坡地试验小区134场次降雨气象、水文观测资料,选取雨量、历时和雨强为特征指标,综合采用快速聚类和判别聚类,划分确定出3种雨型:A雨型(高频次、短历时、小雨量、大雨强),B雨型(中频次、中历时、中雨量、中雨强)和C雨型(低频次、长历时、大雨量、小雨强)。其中,A雨型是造成红壤裸露坡地土壤侵蚀的主要降雨类型。通过Pearson相关分析和Mann-Kendall检验表明,红壤裸露坡地土壤侵蚀主要受雨强和雨量共同影响,雨强的指标中以最大30 min雨强与其关系最为密切,是导致土壤侵蚀变化的直接因素,雨量则通过改变雨强产生一定的间接影响。土壤侵蚀强度随最大30 min雨强增大过程中,在15 mm/h处存在明显转折,最大30 min雨强小于该值前,侵蚀强度呈缓慢增大,大于该值后,侵蚀强度快速增大。土壤侵蚀与雨量整体呈同步增大,但不同雨型的单位雨量侵蚀能力表现为A雨型B雨型C雨型。在排除前期降雨影响的前提下,利用数理统计方法建立了南方红壤裸露坡地次降雨土壤侵蚀强度与雨量和最大30 min雨强的幂函数统计关系,用于3类雨型下的侵蚀预报时整体精度较好,且更适于短历时暴雨。以上研究将为深入揭示红壤坡地土壤侵蚀规律和构建预报模型提供有益参考。     

Tillage erosion,water erosion and soil quality on cultivated terraces near Xifeng in the Loess Plateau,China

This study sought to contribute to the understanding of soil redistribution by tillage on terraces and the extent and causes of within-field variation in soil properties by examining the spatial distributions of soil redistribution rates, derived using caesium-137, and of total nitrogen and total phosphorus concentrations, within a ribbon and a shoulder terrace in a yuan area of the Loess Plateau of China. Additional water erosion rate data were obtained for nine other terraces. Water erosion rates on the ribbon terraces were low (<1 kg m⁻² yr⁻¹), unless slope tangents exceeded 0·1. However, despite the use of animal traction, high rates of tillage erosion were observed (mean 5·5 kg m⁻² yr⁻¹). Soil nitrogen concentrations were related to rates of soil redistribution by tillage on the ribbon terrace examined in detail. In general, higher rates of water erosion (0·5–2·9 kg m⁻² yr⁻¹) and lower rates of tillage erosion (mean 1·4 kg m⁻² yr⁻¹) were evident on the longer shoulder terraces. On the shoulder terrace examined in detail, soil phosphorus concentrations were related to net rates of soil redistribution. A statistically significant regression relationship between water erosion rates and the USLE length and slope factor was used in conjunction with the simulation of tillage erosion rates to evaluate a range of terrace designs. It is suggested that off-site impacts of erosion could be further reduced by ensuring that the slope tangents are kept below 0·06 and lengths below 30 m, especially on the shoulder terraces. Tillage erosion and the systematic redistribution of soil nutrients could be reduced by modification of the contour-cultivation technique to turn soil in opposing directions in alternate years. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.