黑土土壤质量演变初探Ⅴ.东北主要黑土区表层土壤有机碳密度分布及碳库估算

探讨土壤有机碳空间分布规律,估算其碳库量,对于提高土壤质量、保护黑土资源,维持农业经济的可持续发展意义重大。基于配准完备的1:10万或20万的地形图和土壤图,运用地理信息系统技术,对东北主要黑土区共7个市县的土壤表层有机碳密度及储量做出估算,并对其空间分布差异进行了分析。结果表明:全区的平均有机碳密度为6.27kg.m-2,变幅为2.43～11.36kg.m-2,土壤表层有机碳储量为2.92×108 t;土壤有机碳密度具有高度的空间变异性,从北向南呈逐渐递减的趋势,且东北高、西南低。密度较高的土壤有机碳主要集中在北部的嫩江和五大连池的大部分地区,吉林省中西部的公主岭地区的土壤有机碳密度较低。     

区域稻田土壤碳储量的空间分布特征

深受利用方式影响的农业土壤碳库在缓减大气二氧化碳浓度增加和温室效应加剧方面具有十分重要的作用.为了明确区域稻田土壤碳库蓄积量及其空间分布特征,以全国第二次土壤普查数据资料为基础,运用地理信息系统软件Arcview建立研究区以土种为单位的空间数据库,结合GIS空间分析功能,基于土壤类型法估算重庆市巴南区稻田土壤有机碳储量及其空间分布特征,结果表明:研究区稻田土壤有机碳总储量约为6.48×106t,平均土壤有机碳密度为8.31 kg/m2,略高于全国平均水平.重庆市巴南区稻田0～20 cm土壤有机碳密度介于1.73～3.70 kg/m2之间,剖面土壤有机碳密度介于5.13～14.07 kg/m2之间.0～20 cm和100 cm土壤有机碳储量分别为1.18×106 t和4.39x106t,0～20 cm土壤有机碳储量为0～100 cm碳储量的27.50%,说明碳储量主要富集在表层土壤.土壤有机碳密度呈带状分布,且具有高度的不均匀性,同类土壤具有相似的有机碳蓄积量.     

广州市典型森林土壤有机碳密度及储量生态特征

采用森林土壤定位研究方法,对广州市9个典型森林类型(16个森林群落)土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)密度及储量特征进行了对比研究。结果表明:地带性常绿阔叶林群落土壤总碳含量为10.9g·kg-1、土壤有机碳含量为7.7g·kg-1,显著地大于次生林、荔子林、竹林、桉树与相思纯林等;常绿阔叶林群落1m柱体单元土壤有机碳储量、密度分别达到112.3t·hm-2、14.8kg·m-2,较常绿阔叶林次生林分别高出18.5t·hm-2、3.4kg·m-2,较竹林、荔子林群落土壤有机碳储量高出22.4～27.8t·hm-2、土壤有机碳密度高出1.9～3.1kg·m-2,较桉树、相思纯林土壤有机碳储量高49.1～50.9t·hm-2、土壤有机碳密度高5.0～5.3kg·m-2;而桉纯林及针阔幼林群落1m柱体单元土壤有机碳密度和储量均小于对照的荒草裸地,这一结果凸显出地带性天然常绿阔叶林群落土壤具有较高碳储存功能。土壤表层碱解N化学含量与1m柱体单元土壤有机碳密度间适宜房屋堆积回归模型的关系,与1m柱体单元土壤有机碳储量间呈逻辑斯蒂回归模型。     

上海崇明岛表层土壤有机碳密度的空间分布特征及碳储量估算

土壤有机碳是地球陆地生态系统中最重要和活跃的碳库。上海崇明岛表层土壤碳密度及其碳储量的变化以其独特的地理位置在全球变化中具有特殊的作用。本研究采用上海崇明岛土壤普查数据和地统计方法,研究了崇明岛表层土壤有机碳密度的空间分布特征,及其不同土地利用方式下土壤有机碳密度状况和碳储量。结果表明,全岛大部分地区表层土壤有机碳密度在2～4kg/m2,平均2.89kg/m2,具有中等变异程度和空间相关性,变异系数和块金效应分别为0.3和0.32。农田和林地的碳密度较高,2002年崇明岛63%的土地面积为农田,其碳储量达到2571.43×106kg,占全岛表层土壤碳储量的71%,而3%为林地,其碳储量占总量的4%。不同用地类型面积的比例与其碳储量基本保持一致。从土壤类型分析,全岛土壤有机碳储量最多的是水稻土,占总储量的69.1%,其次盐土的碳储量占总量的24%。全岛总的土壤碳储量为3720.85×106 kg。因此,科学合理地利用土地,动态监测全岛表层土壤和生态系统碳循环的影响,特别是人类干扰下的土壤碳库的动态变化是建设崇明生态岛的重要内容。     

渝西南典型区农田表层土壤有机碳库研究

选取位于渝西南的江津区为典型研究区,通过实地采样分析和历史资料调研,在GIS技术的支持下,对该区 域的农田表层(0~20cm)土壤有机碳密度及储量进行了估算,并探讨其空间分布特征.结果表明,研究区农田表 层土壤有机碳含量变化范围为1.14~52.3g/kg,平均有机碳含量为9.47g/kg,有机碳密度均值为2.54kg/m2, 低于重庆市和全国的平均水平.从空间分布来看,江津区农田表层土壤有机碳密度分布不均匀,高值区零星分布 在江河沿岸及周边地区,低值区由中部向东南部延伸分布.农田表层土壤有机碳总储量为3668.9×109 g,其 中,仅水稻土和紫色土的土壤有机碳储量已占总储量的96.14%.农田表层土壤的有机碳丰度指数介于0.80~ 1.33之间,其中冲积土最高,紫色土最低.水稻土和紫色土是研究区农田土壤有机碳库调控的重点对象,因此, 在当前经济发展中,能否稳定和增加其有机碳的储量对研究区农田土壤有机碳库管理方式的制定与增碳措施的 实施具有重要意义.     

黄土丘陵区小流域表层土壤的有机碳密度及其空间分布

通过野外调查和室内分析,采用多元线性逐步回归和地理信息系统(GIS)相结合的方法,研究了黄土丘陵区燕沟流域表层(0~20 cm)土壤的有机碳密度、空间分布及其与土地利用类型和地形因子等的关系。结果表明,流域表层土壤有机碳密度平均为1.72 kg/m2,变幅为0.97~2.93 kg/m2;土地利用类型是影响土壤有机碳密度变化的首要因子;流域土壤有机碳密度呈镶嵌的树枝状和条带状空间分布格局,其高值斑块区与乔木林地和灌木林地的分布一致,中值斑块区与草地和川坝地的分布一致,低值斑块区与梯田、果园、坡耕地、疏林地和未成林地的分布一致。流域表层土壤有机碳总储量为76.81×103t。     

福建省表层土壤有机碳密度空间分布及影响因素分析

为准确估算福建省表层土壤有机碳密度，确定其空间分布和影响因素，基于2016—2019年采集的4 350个表层土壤样本，利用地统计学方法与ArcGIS技术分析土壤有机碳密度空间分布，并通过随机森林模型分析影响土壤有机碳密度的重要因素。结果表明：福建省表层土壤有机碳密度范围为0.03~14.68 kg·m^-2，平均值为4.06 kg·m^-2。全省表层土壤有机碳密度在空间上聚集分布，具有中等程度空间自相关性，空间变异主要由结构性因素主导，呈现自南向北、从沿海向内陆山地逐渐升高的空间分布格局。降雨量、海拔、土壤质地和土壤pH是影响有机碳储量的主要因素，地貌类型、土壤类型和作物类型影响相对较弱，且随着化肥（磷肥和钾肥）施用量的增加，表层土壤有机碳密度显著降低。研究表明，福建省表层土壤有机碳密度不高，空间分布聚集，自然气候变化、地形因子和人类活动都会影响土壤有机碳密度，其中降雨量、海拔、土壤质地和土壤pH为主导因素。     

基于GIS的县域土壤有机碳密度及其储量变化分析

【目的】研究陕西省合阳县1983-2005年土壤有机碳密度及储量的变化。【方法】以陕西省第一次和第二次土壤普查数据为主要资料,运用GIS技术对合阳县1983和2005年的土壤有机碳密度及储量进行了估算,并根据估算结果分析了不同类型土壤有机碳密度和储量的变化及有机碳密度的空间分布特征。【结果】1983-2005年,陕西合阳县相同类型土壤的有机碳密度有所上升,不同土壤类型有机碳密度差异较大。与1983年相比,2005年不同类型土壤的有机碳密度均有所提高,其中水稻土的有机碳密度增加幅度最高,为2.32kg/m2,而红土、褐土和黄土性土的有机碳密度变化较小;土壤有机碳储量涨幅明显,由3 757.87×106 kg(1983年)增加到了5 582.00×106 kg(2005年)。合阳县土壤有机碳密度的整体空间格局变化很大,1983年合阳县的有机碳密度为0.71~4.65kg/m2,2005年为3.05~7.66kg/m2。与1983年相比,2005年合阳县土壤有机碳密度整体有所提升且变化较为剧烈,其最小值不断提高,最大值也有一定增长。【结论】1983-2005年,由于多种因素的综合影响,合阳县土壤碳汇作用加强,土壤有机碳密度及储量变化明显。     

滇西山地土壤有机碳储量及其分布特征

对中小尺度土壤有机碳储量的研究是提高大尺度区域研究精度的基础。根据云南省第二次土壤普查中大理州158个典型土壤剖面的理化性质及其分布面积实测值,对大理州土壤的有机碳储量进行了估算和分析。结果表明,大理州土壤全剖面的平均有机碳密度为17.88kg.m-2,高于全国的平均水平(8.00-10.53kg.m-2);碳储量为470.68×106t。有机碳密度和碳储量在不同土壤类型间的变化较大,分别介于6.32-51.85kg.m-2和0.06×106-137.36×106t之间。大理州土壤有机碳密度和碳储量的分布特征总体都表现为西北部高、东南部低。     

我国东部土壤有机碳的密度和储量

利用土壤有机碳与土壤剖面深度的统计回归模型,根据全国第二次土壤普查资料,计算了我国东部土壤的有机碳密度和储量。结果表明,我国东北地区土壤有机碳密度变幅为2.5—73.3kgC·m-2,其面积加权平均值为10.5kgC·m-2;在232万km2土壤中剖面有机碳总储量为24.36GtC。我国东南热带亚热带剖面土壤有机碳平均密度变幅为3.9—16.7kgC·m-2,其面积加权平均值为9.52kgC·m-2,较东北地区低;在94.3万km2土壤中0—100cm的有机碳储量为9.35GtC。     

Carbon storage and spatial distribution patterns of paddy soils in China

Carbon storage in agricultural soils plays a key role in terrestrial ecosystem carbon cycles. Paddy soil is one of the major cultivated soil types in China and is of critical significance in studies on soil carbon sequestration. This paper estimated the organic and inorganic carbon density and storage in paddy soils, and analyzed the paddy soil stock spatial distribution patterns in China based on subgroups and regions using the newly compiled 1:1 000 000 digital soil map of China as well as data from 1 490 paddy soil profiles. Results showed that paddy soils in China cover an area of about 45.69 Mhm², accounting for 4.92% of total soil area in China. Soil organic and inorganic carbon densities of paddy soils in China showed a great heterogeneity. Paddy soil organic carbon densities (SOCD) in soil profile ranged from 0.53 to 446.2 kg/m² (0 to 100 cm) while the paddy soil inorganic carbon densities (SICD) ranged from 0.05 to 90.03 kg/m². Soil organic carbon densities of paddy soils in surface layer ranged from 0.17 to 55.38 kg/m² (0 to 20 cm), with SICD of paddy soils ranging from 0.01 to 21.85 kg/m². Profile based and surface layer based paddy soil carbon storages (SCS) are 5.39 Pg and 1.79 Pg, respectively. Paddy soil organic carbon storage (SOCS) accounts for 95% of the total carbon storage. Profile based and surface layer based SOCS of paddy soils are 5.09 Pg and 1.72 Pg, respectively. Soil inorganic carbon storage (SICS) of paddy soils accounts for 5% of the total carbon storage in China. Profile based and surface layer based paddy SICS are 0.30 Pg and 0.07 Pg respectively. Among all the eight paddy soil subgroups, hydromorphic, submergenic and percogenic paddy soils account for 85.2% of the total paddy soil areas all over China. Consequently, profile based carbon storages of these three subgroups account for 78.1% of the total profile based paddy SCS in China. Most paddy soils in China are distributed in the East-China, South-China and South-west China regions, therefore, 92.6% of China’s profile based paddy SCS focuses on these three regions. The estimates of soil carbon stocks in paddy soils will help to identify areas or soil subgroups which are of particular interest for soil carbon gains and losses. Translated from Ecology and Environment, 2006, 15(4): 659–664 [译自: 生态环境]     

水氮管理对麦后复播大豆土壤固碳效应和产量的影响

为探求伊犁河谷地区复播大豆高产低碳的水氮管理组合,为建立高产固碳农业技术提供一定理论依据,2012—2014年于伊宁县开展了不同水氮管理对复播大豆土壤总有机碳、碳库管理指数及产量影响的田间试验。采用水、氮二因素裂区试验设计,设置4个灌水量处理:3000(W1)、3600(W2)、4200(W3)、4800(W4)m~3·hm~(-2);设置3个施氮量处理:0(N0)、150(N1)、300(N2)kg·hm~(-2)。结果表明,随着施氮量或灌水量的增加,土壤有机碳、活性有机碳和非活性有机碳含量均呈现"先增后降"的趋势,且均在W3N1组合处理下达到最大,且其碳库管理指数和产量均达到最大。大豆产量与土壤有机碳、活性有机碳、碳库管理指数均存在正相关关系,且与活性有机碳的相关系数最大,达0.898,说明W3N1组合处理不仅更有利于土壤有机碳的固定,而且有利于复播大豆产量的提高。     

UV-B辐射促进红壤水稻土中碳氮转化

以母质相同而有机质含量不同的两种水稻土(高有机质土,HO;低有机质土,LO)为对象,研究了三种强度的紫外(UV-B)辐射对两种土壤碳、氮转化的影响。结果表明:随着UV-B辐射强度的增加,土壤有机碳(TOC)含量降低,而可溶性有机碳(DOC)含量增加;UV-B辐射促进了土壤有机碳的降解和硝态氮的增加。在高强度的UV-B(2.83 W·m~(-2))辐射处理96 h后,LO和HO土壤的TOC含量分别减少了9.89%和10.16%,而DOC含量分别提高了39.24%和50.50%;同样辐射条件下,LO和HO土壤NO_3~--N含量分别比接受辐射前增加了74.48%和81.87%。因此,在农业生产中为了保护土壤碳库,减少氮素损失,应尽量避免地表裸露以降低UV-B辐射对土壤碳、氮转化的影响。     

上海松江耕层土壤有机碳空间分布及影响因素

土壤耕层有机碳及碳储量的变化已经成为全球变化中碳循环研究的重要问题。本文采用上海市松江区第二次土壤普查资料估算松江农田耕层土壤有机碳、有机碳密度及有机碳库。结果显示:上海市松江区农田耕层土壤有机碳密度含量为31.22 tC.hm-2:有机碳库含量为177.15×105t;水稻土有机碳密度及有机碳库在研究区占有很重要的比重,因此,在上海市松江区农田耕层土壤中,保护水稻土有很重要的意义。     

人工油松林恢复过程中土壤理化性质及有机碳含量的变化特征

采用时空替代法,选取岷江上游大沟流域内不同恢复时期(12、18、25、35a)的人工油松林为研究对象,研究了植被恢复过程中土壤理化性质及有机碳含量的变化特征,同时探讨了它们之间的相互关系.研究结果表明沿恢复梯度,土壤质量得到了改善,主要表现为土壤粘粒含量、比表面积、有机质含量显著增加,土壤粉粒含量和pH值则显著下降.土壤有机质与土壤粘粒和比表面积呈显著正相关,与土壤容重呈显著负相关.此外,土壤有机碳含量沿恢复梯度显著增加,0-50 cm内土壤有机碳含量从5.59 kg/m2增加到12.64 kg/m2,土壤年平均固碳速率为0.31 kg/m2.     

羟基磷灰石+沸石对稻田土壤中铅镉有效性及糙米中铅镉累积的影响

为研究组配改良剂羟基磷灰石+沸石(简称HZ)对稻田土壤Pb和Cd生物有效性以及糙米中Pb和Cd累积的影响,在湘南两矿区附近污染稻田中施用不同添加量(0、0.45、0.9、1.8 kg·m~(-2))的组配改良剂HZ,进行了水稻种植的田间试验。结果表明:与对照相比,当施用量为1.8 kg·m~(-2)时,土壤A中Pb和Cd的DTPA提取态含量分别降低69.6%和62.0%,TCLP提取态含量分别降低80.0%和41.8%,Mg Cl2提取态含量分别降低87.4%和19.4%;土壤B中Pb和Cd的DTPA提取态含量分别降低73.8%和82.7%,TCLP提取态含量分别降低65.8%和65.1%,Mg Cl2提取态含量分别降低99.8%和94.5%。施用0.45~1.8 kg·m~(-2)的HZ能使土壤A水稻糙米中Pb和Cd的含量分别降低36.4%~48.5%和4.9%~17.0%;土壤B水稻糙米中Pb和Cd的含量分别降低5.0%~41.3%和16.7%~20.2%。分析土壤p H和糙米中重金属含量与3种重金属提取态含量的关系得知,土壤p H增加是HZ降低土壤中Pb和Cd生物有效性的关键因素之一;比较得知,DTPA提取方法更合适表达重金属生物有效性,可用于糙米重金属含量的风险评估。     

蔗田滴灌施肥土壤甲烷排放通量与活性有机碳含量的关系

【目的】研究蔗田滴灌施肥对土壤活性有机碳含量和甲烷排放通量的影响,探讨蔗田滴灌施肥土壤甲烷排放通量与土壤活性有机碳含量之间的关系。【方法】2018年3—12月在南宁市灌溉试验站开展不同滴灌灌水、施肥的田间试验,试验设4种施肥水平:常规施肥(F100,N 250 kg·hm~(-2)、P_2O_5 150 kg·hm~(-2)、K_2O 200 kg·hm~(-2))、增量施肥1(F110,在F100基础上增加10%)、增量施肥2(F120,在F100基础上增加20%)和减量施肥(F90,在F100基础上减少10%),以及2种滴灌灌水水平:W180(180 m~3·hm~(-2))和W300(300 m~3·hm~(-2))。用常规法测定不同生育时期蔗田土壤甲烷排放通量和土壤活性有机碳含量,用Pearson法分析土壤甲烷排放通量与土壤活性有机碳含量的关系。【结果】在分蘖期,W300F120处理土壤可溶性有机碳(DOC)含量较W300F100提高了156%,而土壤CH_4排放通量较其他处理低。在成熟期,W300F120处理土壤DOC含量较W300F110增加了114%,微生物量碳(MBC)较W300F110增加了49.6%。蔗田土壤CH_4排放通量仅与土壤DOC含量呈显著正相关,相关系数为0.38。【结论】土壤DOC含量显著影响蔗田土壤甲烷排放通量。W300F120处理可以提高分蘖期和成熟期蔗田土壤可溶性有机碳含量、减少分蘖期蔗田土壤CH_4排放。     

赤红壤碳库管理的滴灌施氮模式研究

【目的】探索有利于赤红壤碳库管理的滴灌施氮模式。【方法】通过模拟滴灌系统的盆栽试验,研究了3种滴灌方式和5种施氮处理对土壤有机碳和活性有机碳含量、碳库管理指数和酶活性的影响。【结果】与N0-CDI(土壤施氮量为0结合常规滴灌)相比,N2-ADI(滴灌施氮量0.18 g·kg–1结合交替滴灌)处理土壤有机碳含量提高55.2%,土壤活性有机碳含量提高111.8%,土壤碳库管理指数提高90.5%。同时,土壤有机碳含量、活性有机碳含量和碳库管理指数与过氧化氢酶、脲酶和转化酶活性之间有显著相关性。【结论】滴灌施氮量0.18 g·kg–1结合交替滴灌处理是赤红壤碳库管理的最优滴灌施氮模式。     

Long-term spatial and temporal variations of soil organic carbon in the Handan region in Northern China

We carried out a long-term study and a systematic analysis on the spatial and temporal variations of the soil organic carbon contents in the counties of Handan Prefecture in Hebei Province, on the North China Plains. The analysis was based on the data collected in soil surveys conducted in 1980, 1993 and 2003, as well as the data from specific investigations using GIS and GPS receivers. The soil organic carbon content was higher in the western mountainous region than in the eastern plain region in 1980, and the difference in the average values was 17.745 t·hm⁻². The soil organic carbon content was influenced by natural factors, such as climate and rainfall. In 1993, the soil organic carbon content showed an upward trend in the eastern plain region and a downward trend in the western mountainous region. The difference in the average values was 16.641 t·hm⁻². The changing trend reflected the changes in farming practices where traditional farming was changed into modern farming gradually by increasing farming investment and output of grains. In 2003, the soil organic carbon content was high on the whole, and the difference in the average values was 16.984 t·hm⁻², where the influence of human factors played an important role. In Cixian, Linzhang, Wuan and Handan counties, the increased value of soil organic carbon in the cultivated land exceeded 3.915 t·hm⁻² due to the advocated application of straw and farmyard manure in these counties, but in Weixian, Jize and Quzhou counties, the soil organic carbon content was maintained or showed a slight decrease (−0.008-−1.727 t·hm⁻²). To increase carbon sequestration in soil, adoption of conservation tillage to increase soil organic carbon storage in the soil is recommended.