北方农牧交错带不同土地利用方式下表层土壤含水量对比研究

通过对北方农牧交错带不同地区不同土地利用方式下的不同深度土壤水分含量进行分析,得出以下几点初步结论:土壤水分含量的空间差异显著,各采样点不同土地利用方式下土壤水分含量相差较大,但在具体表现上不尽相同;同一地区,不同土地利用方式下的土壤含水量变化明显;同一地区,同一土地利用方式下,不同深度的土壤含水量变化幅度较小,但仍体现出上层偏小,下层偏大的特点。降水、蒸发、土地利用方式、土壤质地、海拔高度、坡度、人类活动等因素是影响不同采样点土壤含水量变化的主要原因。     

不同土地利用方式下秦王川灌区土壤活性有机碳库的变化

研究了秦王川灌区耕地、果园地、荒草地3种土地利用方式下的土壤有机碳及易氧化碳、微生物量碳、水溶性有机碳。结果表明:3种土地利用方式土壤有机碳及3种活性有机碳含量均表现为耕地果园地荒草地。不同土地利用方式土壤活性有机碳含量均随着土层加深而递减。土壤易氧化碳、微生物量碳、水溶性有机碳分配比例为耕地果园地荒草地,土壤活性有机碳的分配比例随土层加深而降低。不同土地利用方式下,土壤水溶性有机碳的分配比例随土层加深表现出先上升后下降的趋势。耕地和果园地20-40cm土层与0-20cm土层相比,其土壤易氧化碳分配比例有所下降,与40-60 cm土层相比,其分配比例略有升高,而荒草地土壤易氧化碳随土层加深而小幅度下降。微生物量碳的分配比例随土层加深而下降。     

半干旱区土地利用方式对土壤碳氮矿化的影响

通过研究云雾山草原自然保护区草地、农地、灌木林土壤有机碳和氮的含量和矿化特征,分析了半干旱黄土区不同土地利用方式对土壤碳氮循环的影响。结果表明,土壤有机碳和全氮平均含量在草地转变为农地后分别降低了53%和64%,在转变为灌木林地后分别降低了54%和44%。不同土地利用方式下土壤有机碳矿化速率均随土层深度的增加逐渐降低,降幅介于29%~46%之间;有机碳矿化比例则逐渐增加,增幅介于45%~67%之间。土壤氮素矿化速率、矿化比例和硝化速率均随土层加深逐渐降低,而且0~20 cm土层氮素矿化体现为硝化过程和铵态氮的固定作用,且硝化过程占主导作用;40~80 cm土层硝化过程和铵化过程的比例接近,表明深层土壤氮素矿化由硝化过程和铵化过程共同主导。草地转化为农地和灌木林地后有机碳矿化速率显著降低,其降低幅度随土层加深逐渐减小;但有机碳矿化比例则有所增加,其增幅随土层加深而增大。草地利用方式发生变化后,土壤氮素矿化速率和矿化比例、硝化速率和铵化速率均显著降低,这些指标在表层土壤以草地转变为农地后降低较多,在深层土壤以草地转变为灌木林地降低较多。综上,半干旱黄土区草地转变为农地和灌木林地后,土壤碳氮循环强度和有效性显著降低,因此应避免草地向其它利用方式的转变。     

覆盖方式对旱作小麦田土壤团聚体有机碳的影响

依托中国科学院长武黄土高原农业生态实验站的长期覆盖试验,分析研究秸秆覆盖和地膜覆盖对黄土高原旱作冬小麦田土壤团聚体分布和团聚体有机碳的影响,共包括4种处理:无覆盖(CK)、全年9 000 kg·hm~(-2)秸秆覆盖(M_(9000))、全年4 500 kg·hm~(-2)秸秆覆盖(M_(4500))和全年地膜覆盖(PM)。结果表明:(1)与CK处理相比,M_(9000)处理土壤总有机碳含量提高8.1%(P0.05),M_(4500)和PM处理较CK处理无显著差异。(2)M_(9000)、M_(4500)处理0.25 mm团聚体含量较CK处理分别提高6.6%、4.1%,PM处理降低1.7%。(3)与CK处理相比,M_(9000)处理平均重量直径(MWD)值提高9.2%,PM处理降低14.8%;M_(9000)处理几何平均直径(GMD)提高13.0%,PM处理降低15.7%(P0.05)。(4)土壤总有机碳与0.25 mm团聚体含量、MWD和GMD值呈显著正相关。(5)各处理中,5 mm和0.25 mm团聚体中有机碳含量较高;M_(9000)处理可不同程度地提高各级别团聚体中有机碳的含量,PM处理作用不明显;土壤有机碳主要储存在机械稳定性大团聚体中,且5 mm团聚体对总有机碳的贡献率最大,M_(9000)、M_(4500)处理可提高0.25 mm团聚体有机碳的贡献率。(6)各处理土壤总有机碳与5 mm和0.25 mm机械稳定性团聚体中有机碳呈极显著正相关。因此,长期秸秆覆盖不仅可以提升团聚体水平和稳定性,还可增加团聚体中有机碳含量,有利于土壤有机碳的固定。该区全年9 000 kg·hm~(-2)秸秆覆盖处理效果最好。     

耕作方式对土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响

基于在黄土高原半干旱地区的典型代表—定西市安定区连续进行6 a的保护性耕作试验,研究了不同耕作方式对土壤总有机碳和活性有机碳的影响,并对各处理的碳库活度(A)、碳库活度指数(AI)、碳库指数(CPI)和土壤碳库管理指数(CMPI)进行了计算。结果表明:与传统耕作不覆盖(T)相比,免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作结合秸秆还田(TS)和免耕不覆盖(NT)有利于土壤总有机碳含量和活性有机碳含量的提高,并且有随着土层深度的增加而递减的趋势;NT、NTS和TS有助于提高0～5 cm土层土壤活性有机碳占土壤总有机碳的百分率,尤以NTS处理的效果最为明显,说明NTS处理的土壤碳素活性大、易转化;对碳库各项管理指数来说,总体上秸秆覆盖或还田的贡献大于耕作措施,说明对土壤进行秸秆覆盖或还田有利于土壤碳库管理指数提高。     

连续14年保护性耕作对土壤总有机碳和轻组有机碳的影响

依托于2001年布设在陇中黄土高原半干旱雨养农业区的保护性耕作定位试验,于2014年测定了5种保护性耕作(免耕+秸秆覆盖NTS、免耕NT、传统耕作+秸秆翻埋TS、传统耕作+地膜覆盖TP和免耕+地膜覆盖NTP)和传统耕作T处理下小麦-豌豆双序列轮作中表层土壤(0~5、5~10、10~30 cm)总有机碳(SOC)和轻组有机碳(LFOC)在作物生育期前后的变化。结果表明:土壤总有机碳和轻组有机碳在土壤剖面上均随着土层深度的增加而降低;相比传统耕作T,NTS和TS处理能显著提高0~30 cm土层中SOC、LFOC的含量,在作物播种前较T分别提高了19.51%、64.58%和13.36%、42.08%,在收获后分别提高了28.00%、85.37%和18.61%、77.82%,而SOC、LFOC含量NT和TP处理与T处理间差异不显著;从作物播种前至收获后,各处理下0~30 cm土层SOC含量均有减小趋势,其中NTS和TS处理变化量最小,NT和TP处理加大了作物生育期间SOC和LFOC的消耗;LFOC可以灵敏地反应出土壤有机碳的变化。因此,在该区推行以免耕、秸秆覆盖为主的保护性耕作措施更有利于碳的积累和土壤质量的改善,促进该区农业的可持续发展。     

禁牧对祁连山冰沟流域高山草甸土有机碳及理化性质和酶活性的影响

在青海省祁连山冰沟流域的高山草甸土上,选择放牧与禁牧2个样品采集区,研究了禁牧对祁连山冰沟流域高山草甸土有机碳及理化性质和酶活性的影响。结果表明:高山草甸土遭到放牧牲畜连续3年的啃食和践踏后,植被覆盖度明显降低,归还到土壤中的生物量和枯落物积累量减少,0~20 cm土层有机质含量、有机碳密度、总孔隙度、团聚体、田间持水量、氮磷钾和酶活性降低,容重、CaCO_3和可溶性盐增加,但20 cm以下土层这些性质变化不大。放牧与禁牧比较,0~20 cm土层土壤容重、可溶性盐和CaCO_3分别增加14.15%、6.35%和1.27%;有机碳含量、有机碳密度、总孔隙度、团聚体和田间持水量分别降低29.76%、22.82%、9.45%、6.49%和7.69%;全氮、全磷、全钾、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶分别降低25.97%、15.56%、12.17%、33.77%、26.11%、42.00%、29.31%。放牧对有机碳、容重、孔隙度、田间持水量、可溶性盐、氮磷钾和酶活性影响深度为20 cm,对团聚体影响深度为40 cm。     

黄土塬区土地利用方式对土壤主要理化性质的影响

通过对陕西长武4种典型土地利用方式下0~500 cm土层土壤主要理化性质分析,以明确土地利用方式对土壤理化性质的影响。结果表明：农田、果园土壤有机质、全氮含量显著高于荒地和刺槐林地,土壤粘粒含量与土壤容重呈显著负相关关系,与土壤饱和导水率呈显著正相关关系;农田0~100 cm土层土壤容重达1.44 g·cm^-3,显著高于同深度荒地（1.27 g·cm^-3）、果园（1.38 g·cm^-3）、刺槐林地（1.32 g·cm^-3）土层;400~500 cm土层土壤含水量为刺槐林地（86 g·kg^-1）<果园（113 g·kg^-1）<荒地（152 g·kg^-1）<农田（165 g·kg^-1）;果园和刺槐林地0~500 cm土层土壤平均饱和导水率分别为0.37、0.36 mm·min^-1,显著高于农田（0.25 mm·min^-1）和荒地（0.23 mm·min^-1）。退耕还林（草）导致土壤容重降低、饱和导水率增加,有助于降水入渗,但退耕后深层土壤有干燥化的倾向。     

土地利用对陕北水土流失区土壤有机碳、水分的影响

通过实地调查和采样,结合室内分析,研究了当地四种土地利用方式(果园、林地、草地、坡耕地)下土壤有机碳分布特征.结果表明:流域内所有土样土壤有机碳(SOC)含量的均值为13.13g·kg-1.其中,坡耕地的土壤有机碳均倩为12.93g·kg-1,与坡耕地相比,果园土壤有机碳均值(12.97g·kg-1)略有升高;草地和林...     

祁连山地区土地利用变化对碳储量的影响及经济价值估算

人类活动是土地利用变化的主要驱动因素,土地利用/覆盖变化通过影响陆地生态系统的结构和功能间接影响生态服务价值。本文基于土地利用转移矩阵和动态度分析了2000—2020年祁连山地区土地利用变化特征,应用InVEST模型估算了祁连山地区生态系统的碳储量,结合复利现值公式估算了各时期碳储量经济价值。结果表明：(1)2000—2020年草地和未利用地是祁连山地区的主要土地利用类型,占土地利用类型总面积80%以上,且两者之间转换最为显著。因人类活动加剧和城市化进程的推进,祁连山地区林地和未利用地面积减少,其他地类面积增加;(2)由于该地适宜的地理环境、植被保护力度的加强与人工管理的作用,2000—2020年祁连山地区碳储量增加44.26×10⁴t,并呈“西北低,东南高”的空间分布特征,与土地利用类型分布显著相关。其中,耕地、草地和水域碳储量增加73.1×10⁴t,林地和未利用地碳储量减少28.8×10⁴t;(3)2000—2020年祁连山地区碳储量经济价值由2325.9×10⁶元增加至3908.8×10     

Spatial pattern of soil organic carbon in desert grasslands of the diluvial-alluvial plains of northern Qilian Mountains

The soil properties in arid ecosystems are important determinants of vegetation distribution patterns.Soil organic carbon(SOC)content,which is closely related to soil types and the holding capacities of soil water and nutrients,exhibits complex variability in arid desert grasslands;thus,it is essentially an impact factor for the distribution pattern of desert grasslands.In the present study,an investigation was conducted to estimate the spatial pattern of SOC content in desert grasslands and the association with environmental factors in the diluvial-alluvial plains of northern Qilian Mountains.The results showed that the mean values of SOC ranged from 2.76 to 5.80 g/kg in the soil profiles,and decreased with soil depths.The coefficients of variation(CV)of the SOC were high(ranging from 48.83%to 94.67%),which indicated a strong spatial variability.SOC in the desert grasslands of the study region presented a regular spatial distribution,which increased gradually from the northwest to the southeast.The SOC distribution had a pattern linked to elevation,which may be related to the gradient of climate conditions.Soil type and plant community significantly affected the SOC.The SOC had a significant positive relationship with soil moisture(P<0.05);whereas,it had a more significant negative relationship with the soil bulk density(BD)(P<0.01).However,a number of the variations in the SOC could be explained not by the environmental factors involved in this analysis,but rather other factors(such as grazing activity and landscape).The results provide important references for soil carbon storage estimation in this study region.In addition,the SOC association with environmental variables also provides a basis for a sustainable use of the limited grassland resources in the diluvial-alluvial plains of northern Qilian Mountains.     

不同温度下添加绿肥对旱作农田土壤有机碳矿化的影响

为揭示气候变暖背景下绿肥添加对旱作农田土壤有机碳矿化的影响,采用室内恒温培养法,研究了添加长武怀豆(S)、黑麦草(R)、长武怀豆与黑麦草混合(M)在5℃、15℃、25℃下的土壤有机碳矿化过程。结果表明:培养温度和绿肥种类及其二者交互作用对土壤有机碳矿化速率均具有显著影响。在15℃和25℃下有机碳矿化速率峰值均出现在培养开始后第2天,然后快速下降并分别在第17天和第22天后趋于稳定;而在5℃下有机碳矿化速率峰值则推迟至第8天出现,然后缓慢下降至第42天后趋于稳定。在为期79 d的培养期间,土壤有机碳平均矿化速率和累积矿化量均随着温度升高而增加。与不添加绿肥的对照(CK)相比, S、M和R处理土壤有机碳累积矿化量提高了10.5～11.6倍(P<0.05),绿肥处理间变化趋势为S>M>R,与其本身含碳量相一致。与CK相比,S、M和R处理土壤温度敏感性(Q₁₀)分别降低了11.0%、11.2%和11.8%。绿肥添加和增温同时还提高了土壤有机碳矿化动力学参数,其中S处理在不同温度下均较其他处理具有更高的土壤有机碳矿化速率常数。与CK相比,土壤碳素和氮素水平...     

The impact of land use change on soil organic carbon and labile organic carbon stocks in the Longzhong region of Loess Plateau

Land use change (LUC) is widely recognized as one of the most important driving forces of global carbon cycles. The soil organic carbon (SOC) and labile organic carbon (LOC) stores were investigated at arable land (AL), artificial grassland (AG), artificial woodland (AW), abandoned arable land (AAL) and desert steppe (DS) in the Longzhong region of the Loess Plateau in Northwest China. The results showed that conversions from DS to AL, AL to AG and AL to AAL led to an increase in SOC content, while the conversion from DS to AW led to a decline. The differences in SOC content were significant between DS and AW at the 20-40 cm depth and between AL and AG at the 0-10 cm depth. The SOC stock in DS at the 0-100 cm depth was 39.4 t/hm 2 , increased by 28.48% after cultivation and decreased by 19.12% after conversion to AW. The SOC stocks increased by 2.11% from AL to AG and 5.10% from AL to AAL. The LOC stocks changed by a larger magnitude than the SOC stocks, which suggests that it is a more sensitive index of carbon dynamics under a short-term LUC. The LOC stocks increased at 0-20 cm and 0-100 cm depths from DS to AW, which is opposite to that observed for SOC. The proportion of LOC to SOC ranged from 0.14 to 0.20 at the 0-20 cm depth for all the five land use types, indicating low SOC dynamics. The allocation proportion of LOC increased for four types of LUC conversion, and the change in magnitude was largest for DS to AW (40.91%). The afforestation, abandonment and forage planting on arable land led to sequestration of SOC; the carbon was lost initially after afforestation. However, the carbon sink effect after abandonment may not be sustainable in the study area.     

Fractal features of soil profiles under different land use patterns on the Loess Plateau,China

Fractal theory is becoming an increasingly useful tool to describe soil structure dynamics for a better understanding of the performance of soil systems. Changes in land use patterns significantly affect soil physical, chemical and biological properties. However, limited information is available on the fractal characteristics of deep soil layers under different land use patterns. In this study, the fractal dimensions of particle size distribution(PSD) and micro-aggregates in the 0–500 cm soil profile and soil anti-erodibility in the 0–10 cm soil profile for 10 typical land use patterns were investigated in the Zhifanggou Watershed on the Loess Plateau, China. The 10 typical land use patterns were: slope cropland, two terraced croplands, check-dam cropland, woodland, two shrublands, orchard, artificial and natural grasslands. The results showed that the fractal dimensions of PSD and micro-aggregates were all significantly influenced by soil depths, land use patterns and their interaction. The plantations of shrubland, woodland and natural grassland increased the amount of larger micro-aggregates, and decreased the fractal dimensions of micro-aggregates in the 0–40 cm soil profile. And they also improved the aggregate state and aggregate degree and decreased dispersion rate in the 0–10 cm soil profile. The results indicated that fractal theory can be used to characterize soil structure under different land use patterns and fractal dimensions of micro-aggregates were more effective in this regard. The natural grassland may be the best choice for improving soil structure in the study area.     

不同轮作模式对土壤团聚体组成及有机碳分布的影响

选择干旱区玛纳斯河流域绿洲长期连作棉田土壤为研究对象,研究连作棉田、轮作玉米、轮作大豆、玉米//大豆间作和休闲免耕5种模式对土壤团聚体组成及有机碳分布特征的影响。结果表明：不同种植模式对土壤团聚体有明显的影响,土壤机械稳定性团聚体含量在粒径53～250 μm为最高,占39%～53%,水稳性团聚体含量呈最低; >250 μm机械稳定性团聚体含量在不同种植模式间差异显著,表现为大豆轮作>玉米轮作>休闲免耕>棉花连作>玉米//大豆间作; 秋季作物收获后,轮作大豆和玉米//大豆间作模式土壤团粒指数比春季分别减少18.7%和15.6%; 土壤团聚体有机碳及微生物量碳含量主要集中在>250 μm大团聚体中,而在微团聚体中含量较少; 不同模式土壤有机碳含量顺序为大豆轮作>玉米轮作>棉花连作>休闲免耕>玉米//大豆间作。比较几种种植模式,大豆轮作和玉米轮作有利于团聚体的形成和稳定,可作为长期连作棉田较为理想的短期轮作倒茬模式。     

阿尔泰山区土壤有机碳组成及分布规律研究

研究了阿尔泰山地土壤有机碳的组成及分布变化规律,研究认为,随着海拔高度的增加,土壤的易氧化有机碳逐渐减少,其氧化稳定系数,即Kos值逐渐增大,具有一定的垂直地带性;虽然土壤有机碳总量随海拔高度的增加而增加,但其有效肥力却逐渐减少,由低海拔到高海拔,土壤有机质逐渐以累积为主。     

荒漠绿洲区不同土地利用方式下土壤养分差异分析

以塔里木盆地北缘荒漠绿洲区(渭干河—库车河三角洲绿洲)为研究对象,对耕地、林地、荒漠灌丛和盐碱草地利用方式下的土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾进行了测定及统计分析。结果表明:土壤各养分元素的空间变异性由强到弱的顺序依次为有效磷碱解氮速效钾全氮有机质;不同土层深度有机质、全氮、有效磷和速效钾含量在不同土地利用方式之间表现出显著的差异(P0.05),土壤碱解氮含量无显著差异(P0.05);不同土地利用方式有机质与全氮、碱解氮之间的相关性较强,有效磷与速效钾之间的相关性相对较弱。