基于多重分形的半干旱区农田表层土壤粒径分布特征研究

为探明农田因管理方式不同而导致的土壤粒径分布(PSD)差异,在阴山北麓农牧交错区选择典型莜麦留茬地、翻耕耙平地、翻耕不耙平地进行了研究。试验选择表层0~10 cm土壤为研究对象,运用多重分形理论分析探讨不同管理方式下土壤颗粒的分布特征及差异。研究结果表明:不同管理方式下研究区土壤颗粒组成中黏粒含量均极低,翻耕不耙平地和莜麦留茬地以粉粒和细砂为主,翻耕耙平地以粉粒和极细砂为主;广义维数谱D(q)为反"S"型递减函数,且D_0D_1D_2,多重分形谱f(q)为左勾状单峰曲线,?α值在2.405~2.596,非均一性高,可用多重分形来表征土壤PSD特征;多重分形参数D_1、D_2同黏粒含量呈显著正相关关系,D_0/D_1与粉粒呈显著正相关关系,与砂粒成负相关关系,?f反之;管理方式对土壤PSD及多重分形参数D_0、?α、?f有显著影响(P0.05),对D_1、D_1/D_0、D_2、α0影响不显著。根据试验结果,建议当地农田在生产后进行留茬或秸秆覆盖处理,结合当地主风向选择适宜翻耕方式。     

甘肃半干旱区季节性干旱分布特征研究

根据甘肃省兰州市、白银市、定西市、临夏市、平凉市和庆阳市1981 — 2010年共30 a的气象站数据,依据各季节各站点累积降水量平均值划分干旱等级,分析了甘肃半干旱区季节性干旱的分布特征。结果表明,特大干旱、严重干旱、轻度干旱、中度干旱在甘肃半干旱区春季、夏季和秋季均有发生,其中春季以严重干旱和中度干旱为主,夏季以中度干旱和轻度干旱为主,秋季以中度干旱和轻度干旱为主。     

半干旱区海水灌溉农田土壤盐分运移规律的研究

对在海侵灾害最严重的莱州湾地区,在油葵生育期内利用不同浓度的海水直接灌溉两次,研究0～40cm土层土壤盐分及Na^ 、CI^-、Ca^2 、Mg^2 、K^ 含量的分布、迁移规律,为确定合适的灌溉定额和灌溉次数提供最基础的技术参数。结果表明：①60％以上浓度海水灌溉,5～40cm土层土壤盐分呈积累趋势,次生盐渍化明显;40％海水灌溉后轻微积盐．若无充沛的雨水淋洗,则须结合一定的农业措施以防造成次生盐害;20％海水浓度在灌溉定额为800m^3／hm^2时能保持土壤盐分的盈亏平衡。②Na^ 和CI^-主要分布在5～20cm土层,而Ca^2 和Mg^2 主要在20∽40cm土层,K^ 则极易被淋洗而迁移到40cm以下土层。③0～5cm土层盐分变化剧烈,在油葵整个生育期降雨量为171．7mm的情况下,至收获期时,各处理均能降至灌海水前的水平。     

干旱区土壤剖面无机碳分布及其与盐碱性的关系

土壤无机碳作为干旱区土壤碳库的主要存在形式,其数量分布影响着区域内土壤剖面碳聚积和存储的格局。以往由于缺乏深层土壤剖面数据,无法准确量化土壤剖面碳分布与碳存储特征,使得土壤无机碳的数量存在很大的不确定性。以三工河流域典型的农田和相邻荒地土壤作为研究对象,共6个剖面190个采样点,挖掘取样深度至潜层地下水位,分析了剖面土壤无机碳(SIC)和可溶性盐离子的分布特征,并且通过冗余分析探究无机碳与土壤盐碱性之间的相互关系。结果表明:(1)农田的SIC含量显著大于荒地的SIC含量(p0.05),相比于荒地,农田的SIC含量增加了27.9%,变化范围增大了3.66倍;荒地和农田的SIC含量在剖面上分别表现为S形和M形分布。(2)在整个剖面上,同层次的农田土壤中的可溶性离子含量显著小于荒地中的含量(p0.05),并且在剖面上分布荒地表现为增加—减少趋势,而农田为逐渐减小趋势,表明农业活动显著改变了可溶性离子的数量和分布特征。(3)所有剖面土壤无机碳储量为0—100cm土层100—300cm土层300cm以下土层(p0.05),虽然层次间其数值差异较大,但在相同层次,农田和荒地的土壤无机碳储量所占比例却基本相同,为10%,35%,55%(p0.05)。(4)通过冗余分析得到土壤盐碱性因素对SIC的贡献作用排序,正相关性,pHESPSARCO_3~(2-)HCO_3~-;负相关性,K~+Ca~(2+)Mg~(2+)Cl~-盐分SO_4~(2-)Cl~-Na~+。     

西北半干旱区农田土壤有机碳和全氮分布特征及其对地膜玉米产量的影响

探究西北半干旱区农田土壤碳氮含量以及不同碳氮含量对作物产量的影响,以期为保障国家粮食安全和耕地可持续发展提供决策依据.于2017—2018年连续两年在西北半干旱区彭阳县白阳镇、城阳乡和草庙乡,采用农田生态系统调查取样的研究方法,在地膜玉米的成熟期进行整株取样,围绕耕层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)及碳氮比(C/N)...     

半干旱区不同土层深度土壤有机碳变化

选择内蒙古自治区赤峰市敖汉旗黄花甸子流域为研究对象,运用地统计学与ArcGIS空间分析工具相结合的方法研究了不同土层深度土壤有机碳含量、密度以及储量的变化情况。结果表明,不同土层有机碳含量与密度由高到低均表现为:表层(0—20cm)中层(20—60cm)底层(60—100cm)。表层土壤碳密度随海拔高度的增加而下降,有机碳含量呈现先增加后降低的趋势;底层土壤有机碳含量随海拔高度的改变无明显变化。同时海拔高度对土壤有机碳的影响也随土壤深度的增加而减小。研究区有机碳总储量为2.04×105 t,不同土层有机碳储量由高到低表现为:中层(8.56×104 t)底层(6.41×104 t)表层(5.47×104 t)。土壤有机碳储量与其对应海拔高度下面积的大小具有显著相关性。     

农田土壤碳饱和机制研究进展

农田土壤有机碳是土壤肥力的核心,与全球碳循环和气候变化密切相关。然而,土壤有机碳水平并非无限度增加而是存在一个最大容量,或称之为碳饱和水平。本文综述了土壤有机碳的稳定机制、碳饱和理论及其关联性,总结了土壤碳饱和概念模型和饱和亏缺预测等方面的研究进展,分析了我国农田土壤碳饱和效应研究现状,并对未来研究方向进行了展望。     

腾格里沙漠东南缘固沙区深层土壤无机碳密度及其垂直分布特征

对腾格里沙漠东南缘天然植被区、流沙区以及1964,1981,1990年建立的人工固沙植被区0-3.0m剖面土壤和根鞘中无机碳含量及其分布特征进行调查。结果表明,天然植被区和固沙区总无机碳密度高于流沙区,分别为15.2,10.7,9.38kg/m2;根鞘中无机碳含量占土壤总无机碳含量的20%以上。不同年代固沙区和流沙区无机碳含量垂直分布特征均表现为表层显著高于中层和深层无机碳储量;根鞘中无机碳含量表现为逐渐递增的趋势,1.5-3.0m土层根鞘中无机碳含量最高,为0.3～1.4kg/m3。植物恢复有利于土壤无机碳的固存,能够显著提高土壤中总无机碳含量;根鞘中的无机碳是干旱半干旱区土壤无机碳的重要组成部分,在估算土壤总无机碳储量时应给予充分考虑。     

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。     

中国农田土壤有机碳变化:II土壤固碳潜力估算

中国作为世界上一个重要的农业大国,提高中国农田土壤碳收集能力对减缓全球温室效应具有重要影响.在前人研究的基础上,利用中国第一次和第二次土壤普查数据,结合大量前人调研资料和田间试验数据整理分析,根据近20年来中国各省(市、区)农田土壤有机碳量变化趋势,估算了农田土壤碳源、汇潜力.由估算得出,假设在20世纪80年代土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下,中国农田土壤固碳潜力约为668 Tg C,即表明假设条件下,中国农田土壤要吸收668 Tg C才能达到一种相对稳定的平衡状态,也说明80年代后期中国农田土壤为碳汇效应.本研究对认识和评价中国农田土壤碳汇能力及其农田土壤固碳潜力提供了方法和依据.     

基于Meta-analysis研究不同管理措施对中国农田土壤剖面有机碳的影响

深入理解土壤剖面深层有机碳的含量和变化（Soil Organic Carbon, SOC）对于准确估算农田土壤碳库具有重要意义，因此，探讨不同农田管理措施对剖面SOC的影响程度至关重要。本研究收集了1980-2019年间国内外已发表有关中国农田管理措施对剖面SOC影响的文献，利用Meta-analysis整合分析不同农田管理措施对我国农田土壤剖面SOC变化的影响。结果表明，不同耕作条件下，NTS对土壤剖面SOC的提升速率显著大于CT，年变化率达36.1%，深层土壤（<20 cm）SOC也明显增加约7%-31%，增加了深层土壤碳的输入量；与不施肥相比，不同施肥措施均能显著提高剖面SOC含量，其中MNPK处理对耕层（0-20 cm）SOC增长速率最大，约为0.52 g/(kg·yr)；常年水田耕作形成的淹水厌氧环境，可有效减缓有机物质的矿化分解、增加表层（0-20 cm）SOC累积，年增长率达24.84%；随耕作年限增加，表层土壤碳随耕作输入深层土壤，深层（<20 cm）SOC固定量增加约2.17%-20.29%。不同农田管理措施比较分析结果显示，MNPK、NTS和水田耕作通过保护土壤结构稳定、维持土壤环境不被破坏、增加土壤碳输入等手段，均可达到抑制SOC矿化分解和提升土壤固碳量的效果，其中，NTS对剖面SOC的年提升率达11%-36%，在管理措施中表现最佳，可广泛推广。     

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。     

不同施肥措施对黄土丘陵区农田土壤有机碳组分和碳库管理指数的影响

为探究不同施肥对黄土丘陵区农田土壤有机碳组分及碳库管理指数(CPMI) 的影响,以及提高旱区土壤碳“汇”能力提供理论依据,研究基于中科院安塞水土保持试验站长期定位试验,采用5种不同施肥设置[种植作物不施肥(CK)、氮磷肥配施(NP)、氮磷钾肥配施(NPK)、单施有机肥(M)和有机肥中配施氮磷肥(MNP)]对土壤有机碳组成及碳库管理指数(CPMI)的影响。结果表明：不同施肥处理能增加不同土层土壤有机碳及其组分含量,且土壤有机碳及其组分含量随土层深度增加而逐渐降低；施用有机肥处理(M和MNP)下0-20cm土壤有机碳及其组分含量高于化肥(NP和NPK)和CK处理,与CK处理为对照,M和MNP处理下有机碳含量分别增加133.59%、118.52%(P<0.05),易氧化有机碳含量分别增加51.73%、48.20%(P<0.05),可溶性有机碳含量分别增加61.54%、53.21%(P<0.05),土壤微生物碳含量分别增加68.34%、113.04%(P<0.05)；除土壤微生物碳以外,20-40cm土壤有机碳及其组分含量均无显著差异；不同施肥处理显著提高0-20cm 土壤CPMI,M处理下CPMI在所有施肥处理中最高,20-40cm 土壤中M处理下CPMI在所有施肥处理中最大,但各施肥处理间差异不显著。总体来讲,施用有机肥可以提高旱区土壤水土保持能力和土壤肥力,增强土壤碳“汇”功能及其土壤有机碳的稳定性。     

秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳含量及土壤碳矿化的影响

为了探明秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳及土壤碳矿化的影响,为该区作物生产及土壤培肥制度的建立提供参考,通过4a（2007—2010年）秸秆还田定位试验,设置不同秸秆还田量处理,谷子秸秆按3000kg·hm-（2低L）、6000kg·hm-（2中M）、9000kg·hm-（2高H）粉碎还田,玉米秸秆按4500kg·hm-（2低L）、9000kg·hm-（2中M）、13500kg·hm-（2高H）粉碎还田,对照为秸秆不还田,对不同处理条件下土壤有机碳、土壤碳矿化速率、累积矿化量及其与不同形态碳素之间的相关性进行了分析。结果表明,土壤总有机碳、活性有机碳含量均随土层的加深而减少;各处理0～60cm土层土壤有机碳和活性有机碳含量分别比CK显著提高了24.2%、20.8%、9.5%和50.3%、46.6%、34.8%（P〈0.05）;秸秆还田不仅增加了土壤活性有机碳含量,同时也显著提高了0～20cm土层活性有机碳占总有机碳含量的比重,提高幅度达21.1%～23.1%（P〈0.05）;土壤碳矿化速率和累积矿化量在0～60cm各土层内随着秸秆还田量的增加大小顺序均为高量秸秆还田〉中量秸秆还田〉低量秸秆还田〉秸秆不还田,各秸秆还田处理较CK差异显著（P〈0.05）。相关性分析表明,土壤碳累积矿化量与不同形态碳素之间均存在极显著相关性。因此,在宁南半干旱区采用秸秆还田对提高土壤有机碳含量和碳矿化具有明显作用。     

旱地长期覆盖下土壤团聚体有机碳及无机碳的变化规律

[目的] 研究不同覆盖方式对黄土高原土壤团聚体内部有机碳、无机碳分布的影响,为研究覆盖条件下土壤团聚体碳固持机制提供理论依据,推动旱地农田土壤的高效管理。[方法] 依据2012年起实施的长期定位试验,以种植“先玉335”春玉米的耕作土壤为研究对象,设置秸秆覆盖(SM)、地膜覆盖(FM)、无覆盖(CK)3个处理,通过湿筛法分析不同粒径团聚体中碳分布特征及其酶活性。[结果] ①与无覆盖相比,秸秆覆盖显著增加了各个粒径团聚体有机碳含量(p<0.05),增加幅度为4.8%~18.2%;而地膜覆盖则显著降低了各粒径有机碳含量(p<0.05),降低幅度为1.2%~7.1%。同一处理下,团聚体有机碳含量随着粒径的减小先上升后降低。各粒径中有机碳储量在秸秆覆盖下高于地膜覆盖和无覆盖处理。②地膜覆盖相较无覆盖显著增加了团聚体中的无机碳含量(p<0.05),增加幅度为4.3%~5.9%;秸秆覆盖降低了无机碳含量,但差异不显著。同一处理下团聚体各粒径中无机碳含量随着粒径的减小先上升后降低。地膜覆盖显著降低了>2 mm团聚体粒径的无机碳储量,但显著提高了2~0.25 mm粒径的储量(p<0.05)。③秸秆覆盖显著增加了团聚体中的总碳含量,增加幅度为7.1%~12.4%;同时地膜覆盖和秸秆覆盖都显著提高了2~0.25 mm粒径的总碳储量(p<0.05)。④秸秆覆盖提高了团聚体中与碳循环相关酶的活性,地膜覆盖则对其产生降低的影响。相关性分析表明有机碳、总碳含量与碳循环相关的酶活性呈显著正相关关系(p<0.05)。[结论] 秸秆覆盖和地膜覆盖显著影响碳库在团聚体中的变化,其中秸秆覆盖在提升土壤地力,增加土壤碳的固定方面优于地膜覆盖,具有较大优势。     

高寒草原坡面土壤活性有机碳分布特征分析

活性有机碳是土壤有机碳中最活跃的部分,在土壤碳循环中起着非常重要的作用。以西藏当雄高寒草原坡面为研究对象,对不同高度坡位上表层土壤(0~10 cm)活性有机碳(Labile organic carbon)含量分布特征进行分析。结果表明:相同高度坡面不同位置上土壤活性有机碳和总有机碳含量差异较小,标准差分别为0.0273~0.1642和0.0301~2.2835之间;土壤活性有机碳占总有机碳比例在6%左右;随着坡位高度的升高土壤活性有机碳和总有机碳含量均呈增加趋势;回归分析表明,土壤活性有机碳与总有机碳之间呈极显著正相关关系(r=0.9383),回归方程为y=0.0763x-0.4634;与<0.002 mm粘粒含量呈正相关关系(y=0.0548x+1.4847),但相关性未达显著水平(r=0.6488);土壤总有机碳和<0.002 mm粘粒含量可以分别88.04%和42.1%地解释土壤活性有机碳含量的差异。     

东北黑土有机碳的分布及其损失量研究

为了分析东北黑土土壤有机碳(SOC)的分布特征及其开垦以来黑土SOC的损失程度,我们于2004～2005年在黑龙江和吉林两省采集了32个自然黑土剖面样品,在每个自然黑土样品附近对应采集32个景观条件相似的耕作黑土样品。结果表明,自然黑土样品0～30cm土层SOC含量平均为32.20 g kg-1,最高可达63.46 g kg-1,黑龙江省自然黑土SOC含量(34.55 g kg-1)高于吉林省(23.80 g kg-1)。耕作土壤SOC平均含量为22.71 g kg-1,远低于自然土壤。受温度的影响,随着纬度的增加,自然黑土与耕作黑土SOC含量逐渐递增。由于土壤侵蚀以及耕垦和去除作物残留物等农业管理措施的综合作用,使得耕作黑土表层SOC含量小于自然黑土。与自然黑土相比,耕作黑土0～10cm土层SOC损失量在26.84%～46.57%之间,亚表层损失相对较少。黑土SOC含量下降也是土壤水土流失致使黑土层变薄的一个直接表现。耕作黑土表层流失厚度可以通过自然与耕作黑土剖面SOC含量的分异差值来估算。通过对土壤剖面上SOC的分布进行校正剔除土壤侵蚀的影响后得到的同等深度SOC含量的差值才可视为由耕作以及有机质输入量差异等因素造成的SOC损失量。未经校正而进行的自然黑土和耕作黑土同一深度SOC含量的比较可能过高估计了农业管理措施对土壤SOC损失量的影响。     

长期有机无机氮肥配施对玉米-豇豆复种土壤团聚体碳含量和官能团分子结构的影响

通过设置无机氮肥（IF）、有机氮肥（OM）、有机无机氮肥配施（IF+OM）等3个不同氮肥处理,探究长期（9年）施用不同氮肥对玉米-豇豆复种系统中土壤有机碳组分含量及官能团的影响,揭示土壤有机碳的积累规律。采用物理分组方法测定轻组颗粒有机碳（fPOC）、微团聚体内颗粒有机碳（iPOC）、微团聚体内粉黏粒有机碳（iSOC）和非闭蓄态粉黏粒有机碳（fSOC）,并利用核磁共振波谱分析法测定土壤有机碳官能团结构。结果表明,与IF处理相比,OM和IF+OM处理显著提高土壤团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）,且IF+OM处理下该作用更明显。相比IF处理,IF+OM处理明显提高了土壤有机碳、fPOC和iPOC的含量,但对iSOC和fSOC的含量无明显影响。与IF处理相比,IF+OM处理明显增加了烷基碳含量,但减少了芳香碳含量。路径分析表明,烷基碳/烷氧碳、疏水性、fPOC和iPOC碳含量与有机碳含量之间存在密切联系。总之,长期IF+OM有利于产量提高,增加fPOC和iPOC碳含量,优化了团聚体的结构,增强土壤稳定性,提高土壤碳固定,增加有机碳储量。