长白山低山区森林土壤有机碳及养分空间异质性

以吉林延边汪清林业局金仓林场境内森林土壤为对象,采用多元线性回归方法和地统计学回归克里格方法,研究了土壤有机碳及养分的垂直分布规律,预测了其空间分布,并对预测结果进行插值.结果表明: 0～60 cm深度土壤有机碳密度为(16.14±4.58) kg·m^-2.随土壤深度增加,土壤有机碳含量、有机碳密度以及土壤全N、全P、全K、有效P及速效K含量都呈减小趋势,其中不同土层间土壤有机碳含量、有机碳密度差异显著(P<0.01).0～60 cm土层土壤有机碳含量和碳密度的拟合方程中,地形因子中高程和坡向余弦值是最优的拟合因子,方程的决定系数分别为0.34和0.39(P<0.01).0～20和0～60 cm土层的半方差函数模型分别为高斯模型和指数模型,利用回归克里格插值方法得到土壤有机碳的空间分布图.与普通克里格法相比,回归克里格法的空间预测精度改进了18%～58%.利用回归克里格插值方法预测了土壤全N的空间分布特征.     

毛乌素沙地区域尺度生物结皮有机碳

生物结皮在旱区荒漠养分循环和碳氮固存等生态系统功能方面发挥着重要作用,尤其能通过光合作用固定CO₂,从而提高土壤有机碳含量。目前有关区域尺度生物结皮土壤有机碳认知的缺乏在一定程度上制约了土壤碳库的精准预测。本研究选取毛乌素沙地全域(4.22万km²)内45个样地,测算了藓结皮和藻结皮两类典型生物结皮及其下土壤的有机碳含量(SOC)和密度(SOCD),并结合气候、土壤和植被等指标,深入探讨了区域尺度下生物结皮有机碳的空间分布特征及其主控因素。结果表明: 1)与裸沙相比,生物结皮显著提升了土壤有机碳含量和密度,且藓结皮及其下土壤有机碳含量(4.93 g·kg^-1)和密度(0.41 kg·m^-2)均高于藻结皮(1.89 g·kg^-1、0.18 kg·m^-2)。2)区域尺度上,生物结皮的有机碳含量和密度具有明显的空间分布特征,呈现出由东北-中部、西部-东南方向递减的带状分布与块状镶嵌分布。3)生物结皮及其下土壤有机碳含量和密度主要受气候、土壤和植被的综合影响,并因生物结皮类型而异,藓结皮主要受年均最高温和蒸散力的影响,而藻结皮主要受水蒸气分压的影响。     

基于数字土壤制图技术的土壤有机碳储量估算

精准的土壤属性空间分布信息有助于提升土壤有机碳储量估算的精度。本研究以河南省济源市南山林场为研究区,以地形因子为预测因子,利用模糊C均值(FCM)聚类方法对土壤有机碳含量、土壤容重、土壤厚度和土壤砾石含量进行数字土壤预测制图,基于数字制图结果实现土壤有机碳密度预测制图和土壤有机碳储量估算。结果表明: 基于数字土壤制图方法得到的研究区土壤有机碳密度平均值为4.24 kg·m^-2,其预测图的平均误差(ME)为0.08 kg·m^-2,平均绝对误差(MAE)为2.80 kg·m^-2,均方根误差(RMSE)为5.03 kg·m^-2,与传统类型方法相比,预测结果的精度和稳定性更高,具有较高的可信度,最终估算得到研究区土壤有机碳储量为3.08×10⁸ kg。基于数字土壤制图技术仅采用少量土壤样点即可实现较高精度的土壤有机碳密度制图和储量估算,且能表征土壤有机碳密度空间分布特征。本研究为土壤有机碳储量估算提供了新途径,有助于提升土壤有机碳储量估算的精度和效率。     

粤北低山林地改建梯田对土壤碳、氮、磷及其化学计量特征的影响

为了阐明土地利用方式转变对土壤碳、氮、磷及其化学计量特征的影响,以粤北低山区4种土地利用方式:自然林地、坡地果园、旱作梯田和稻作梯田为研究对象,探索20年生林地向梯田转变后土壤有机碳(OC)、全氮(TN)和全磷(TP)的含量、储量及化学计量变化特征。结果表明: 土地利用转变明显改变了土壤碳、氮、磷含量和化学计量特征,随着土壤深度增加,旱作梯田和稻作梯田OC、TN含量呈显著下降趋势,自然林地和坡地果园呈“V”字型变化趋势,4种土地利用方式TP变化趋势不明显。土壤剖面OC含量以稻作梯田最高,均值为12.36 g·kg^-1,其次为林地(10.32 g·kg^-1)和旱作梯田(8.80 g·kg^-1),坡地果园最低(5.96 g·kg^-1);TN含量表现为稻作梯田(1.01 g·kg^-1)>旱作梯田(0.78 g·kg^-1)>林地(0.66 g·kg^-1)>坡地果园(0.33 g·kg^-1);TP含量以旱作梯田(0.71 g·kg^-1)最高,坡地果园(0.22 g·kg^-1)最低。4种土地利用方式土壤C∶N为8.87～22.94,以坡地果园土壤最高;C∶P为8.73～81.74,N∶P为0.77～5.13,均以林地土壤最高。土地利用方式、土壤深度及两者交互作用显著影响土壤碳、氮、磷及其化学计量特征,而土壤容重、pH值和黏粒含量也是重要的影响因素。研究结果可为粤北低山林地的土地利用和梯田生态系统的合理施肥提供科学依据。     

基于序贯高斯模拟的日最低气温空间不确定性评估

明确日最低气温对于评估低温对作物的危害、指导人们及时采取补救措施、保障粮食安全具有重要意义.克里格是近地面温度场插值的主流方法,但其平滑效应会导致低值区域被过高估计而高值区域被过低估计.对2011年12月12日冷空气影响下的海南岛日最低气温,采用交叉验证法评估了普通克里格和带漂移的克里格两种插值法的预测精度;并对克里格插值法和序贯高斯模拟法产生的当日海南岛最低气温的空间分布进行对比分析.结果表明：带漂移克里格法的预测精度（r=0.86）并不显著优于普通克里格法（r=0.86）;序贯高斯模拟能产生多个等概率的符合数据整体分布和方差函数的模拟结果,模拟结果克服了克里格插值的平滑效应,能够比克里格插值更加真实地反映当日最低气温的空间分布;在低温区域,气温变化小,序贯高斯模拟结果的条件方差小于普通克里格方差;潜在寒害区的空间不确定性能够通过多个序贯高斯模拟实现并加以量化.序贯高斯模拟在低温导致农业气象灾害的评估中具有较高的应用价值.
     

深圳市不同土地利用类型土壤有机碳与密度特征

土壤碳库变化对于全球温室效应、全球碳循环有重大的影响.城市土壤是全球碳循环的重要环节,城市化对城市土壤有机碳库的影响不容忽视.在野外调查和样品分析的基础上,对深圳市0～10、11～20、21～30cm深度不同土地利用类型土壤有机碳碳含量、密度及分布特征进行实测统计分析.结果表明:(1)深圳市不同土地利用类型0～30cm土壤有机碳含量均值介于0.72～40.52g·kg^-1.土壤有机碳密度均值介于0.27～13.36kg·m^-2.(2)土壤有机碳含量与密度随土层深度的增加而降低.0～10cm土壤有机碳含量均值介于1.56～71.88g·kg^-1,有机碳密度均值介于0.18～7.05kg·m^-2之间;11～20cm土壤有机碳含量均值介于0.59～36.79g·kg^-1,土壤有机碳密度均值介于0.09～4.5kg·m^-2,21～30cm土壤有机碳含量均值介于0～12.90g·kg^-1,土壤有机碳密度均值介于0～1.78kg·m^-2.(3)林地土壤有机碳含量和密度随着海拔高度的升高而降低,城市建设用地与闲置土地土壤有机碳含量与密度很低.(4)土地利用方式的变化可以改变有机碳在土壤中的贮存与分布.     

长期施肥条件下黄土高原黑垆土作物产量与土壤碳氮的关系

通过设置在黄土高原黑垆土区的长期定位试验系统,研究了长期施肥条件下作物产量与土壤碳氮的互馈关系.试验设不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配施(NP)、秸秆与氮磷配施(SNP)、施有机肥(M)和有机肥与氮磷配施(MNP)6个处理.结果表明: 与对照相比,长期平衡施用化肥、单施有机肥、化肥与有机肥配合施用和秸秆还田配施化肥显著增加了作物产量及其稳定性, NP、SNP、M、MNP处理玉米和小麦产量分别增加92%、97%、93%、141%和147%、164%、139%、214%.NP处理玉米和小麦年均产量与当地常规施肥作物产量相当且稳定,小麦-玉米轮作体系施肥量为N 90 kg·hm^-2、P₂O₅ 75 kg·hm^-2能够满足作物需要.秸秆还田与隔年施磷相配合的SNP处理与NP处理作物产量相似,且可减少磷肥施用量50%.平衡施用化肥、有机肥、化肥与有机肥配施和秸秆还田配施化肥均可显著增加土壤有机碳含量,而施用化肥对土壤全氮含量影响不明显,综合所有处理,土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关.不同处理土壤有机碳固存率在15%～41%.SNP处理土壤有机碳累积投入量增加1 t·hm^-2,土壤有机碳含量增加0.06 g·kg^-1,而CK、N、NP、M和MNP处理的增幅在0.12～0.15 g·kg^-1.玉米和小麦产量都与土壤全氮含量呈显著正相关,玉米产量随土壤有机碳含量的增加而增加,但小麦产量随土壤有机碳含量的增加先快速增加后趋于平稳,拐点出现在6.8 g·kg^-1.长期平衡施用化肥、有机肥、有机肥与化肥配合施用及秸秆还田配施化肥可显著增加黄土高原黑垆土土壤有机碳和全氮含量、作物产量和根茬还田量,根茬还田量的增加又进一步增加了土壤有机碳和全氮含量,形成了相互促进的互馈关系.     

黄土丘陵区表层土壤有机碳沿降水梯度的分布

沿368～591 mm降水量梯度选取7个调查地点、共63个调查样点,在每个样点选择恢复年限相近的林地、草地和农地,调查表层（0～30 cm）土壤有机碳的分布特征,分析气候、土层深度和土地利用类型等因素对土壤有机碳分布的影响.结果表明： 在黄土丘陵区368～591 mm的降水量范围内,表层土壤有机碳含量表现为草地（8.70 g·kg^-1）>林地（7.88 g·kg^-1）>农地（7.73 g·kg^-1）,土壤有机碳密度表现为草地（20.28 kg·m^-2）>农地（19.34 kg·m^-2）>林地（17.14 kg·m^-2）.林地、草地、农地的土壤有机碳含量无显著差异,综合3种土地利用类型的数据分析表明,不同降雨梯度下土壤有机碳含量差异显著（P<0.001）,土壤有机碳含量（r=0.838,P<0.001）与年均降水量间存在显著线性正相关关系;由北向南（以最北端鄂尔多斯为起点）,土壤有机碳含量沿着368～591 mm的年均降水量梯度的递增速率为0.04 g·kg^-1·mm^-1,土壤有机碳密度的递增速率为0.08 kg·m^-2·mm^-1.年均降水量、土壤黏粒含量、林下枯落物蓄积量和农作物根系密度可较好地模拟表层土壤有机碳分布.     

长期施肥下红壤性水稻土有机碳储量变化特

研究了1982—2012年长期不同施肥下红壤性水稻土土壤有机碳含量变化、固碳趋势及外源碳输入对土壤固碳的贡献.结果表明： 施肥能提高土壤有机碳含量,连续30年不同施肥后,各施肥处理土壤有机碳含量趋于稳定,有机无机配施的土壤有机碳含量为21.02～21.24 g·kg^-1,增加速率为0.41～0.59 g·kg^-1·a^-1,单施化肥的土壤有机碳含量为15.48 g·kg^-1.各有机无机肥配施处理土壤的平均有机碳储量为43.61～48.43 t C·hm^-2,历年平均土壤有机碳储量显著大于单施化肥处理.土壤固碳速率与年均投入碳量呈显著指数正相关.本试验条件下,每年需要增加外源有机碳为0.12 t C·hm^-2才能维持土壤有机碳的平衡.     

杉木人工林土壤活性有机质变化特征

在中国科学院会同森林生态实验站对第一代、第二代杉木林和地带性阔叶林土壤活性有机质主要组分进行了研究.结果表明,土壤活性有机质各组分含量均为杉木林低于阔叶林,而第二代杉木林又低于第一代杉木.第一代杉木林活性有机质总量、微生物生物量碳、水溶性有机碳和碳水化合物含量分别为18.79 g·kg^-1、421.7 mg·kg^-1、22.2 mg·kg^-1和136.3 mg·kg^-1,上述活性有机质组分在第二代杉木林中的含量分别是第一代杉木林的73.6%、87.9%、66.3%和3.2%,地带性阔叶林则分别为22.31 g·kg^-1、800. mg·kg^-1、361.1 mg·kg^-1和220.1 mg·kg^-1.相关性分析结果表明,土壤活性有机质各组分之间具有不同程度的相关性,其中土壤微生物生物量碳与其它活性有机质组分的相关性相对较高.     

火烧迹地不同恢复方式土壤有机碳分布特征

以大兴安岭1987年重度火烧后恢复的兴安落叶松人工林、樟子松人工林、人促杨桦林和天然次生杨桦林为对象,研究不同恢复方式林分土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳的分布特征.结果表明: 4种恢复方式林分的土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳分别为9.63～79.72 g·kg^-1、33.21～186.30 mg·kg^-1和200.85～1755.63 mg·kg^-1,且随土层深度增加而降低.不同恢复方式间土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳差异显著,以人促杨桦林最高,兴安落叶松人工林和天然次生杨桦林次之,樟子松人工林最低.各恢复方式林分的土壤微生物熵为1.1%～2.3%,以人促杨桦林最高,樟子松人工林最低,不同林分土壤微生物熵的垂直分布特征不同.土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、土壤可溶性有机碳含量均呈显著正相关.人促杨桦林土壤有机碳活性高于其他林分,火烧迹地采用人工促进天然恢复的方式较人工恢复和天然恢复的土壤碳循环能力更强.     

不同降水条件下生物结皮覆盖对沙地土壤有机碳的影响

生物结皮是干旱半干旱地区重要的地表活体覆盖物,其通过光合固碳影响土壤有机碳、活性碳组分的含量及其稳定性。目前有关生物结皮中有机碳变化特征的研究非常有限。本研究在毛乌素沙地沿降水梯度从西北向东南选择了两类典型的生物结皮(苔藓结皮、藻结皮),直线跨度188 km,通过测定土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒态有机碳(POC)和易氧化有机碳(ROC),探讨生物结皮对土壤有机碳稳定性的作用及其对降水梯度的响应,并基于藓类植物凋落物分解试验解析降水变化对其碳分解过程的影响。结果表明: 1)两类生物结皮覆盖均显著提高了SOC和MBC、DOC、POC、ROC等活性碳组分含量及SOC稳定性,其中,藓结皮对SOC的提升作用为藻结皮的1.6～2.6倍。2)两类生物结皮SOC含量最低点均出现在西北样地(分别为6.43、14.50 g·kg^-1),随降水升高,SOC总体上呈现递增的趋势。3)随降水的升高,藓类凋落物所需的分解时间逐渐减少,研究期内(7月至次年2月)的分解系数在0.010～0.014,显著低于维管植物,自西北向东南3个样地藓类凋落物的碳释放量分别为8.09、10.89、12.88 g·kg^-1。4)典范对应分析显示,水蒸气分压力、实际蒸散量、年均温、地表向下短波辐射、潜在蒸散量、饱和水汽压差等是影响SOC及其活性碳组分含量的关键气候因子,粉粒含量是影响其含量的主要土壤因子。     

太湖流域上游竹林河岸带土壤反硝化酶活性及其影响因素

本研究以太湖流域上游竹林河岸带为对象,采用乙炔抑制法分析了夏季河岸带土壤反硝化酶活性(DEA)及其影响因素,以期为竹林河岸带在减少河流氮污染方面的生态功能评估提供数据支持。结果表明: 河岸带土壤DEA为6.32～23.22 μg N·kg^-1·h^-1,平均值为14.65 μg N·kg^-1·h^-1。河岸带土壤有机碳(SOC)、总氮、硝态氮含量、含水量和碳氮水解酶活性共同影响着DEA的垂直分布,使DEA随土壤深度(0～40 cm)的增加而递减;而DEA在水平方向上(同一土壤深度离水距离不同)的变化主要受SOC含量的影响。太湖流域上游竹林河岸带土壤在夏季可能会由于缺乏相对充足的可溶性有机碳而对DEA产生一定的限制。     

毛乌素沙地固沙林发育过程中土壤有机碳库稳定性特征

为揭示固沙林发育过程中土壤固碳效应与有机碳库稳定性特征,基于时空替代法,采集陕北毛乌素沙地治沙区从半固定沙地到林龄分别为22、32、53年乔木和灌木林地表层土壤,分析了土壤总有机碳、氧化活性碳和惰性有机碳含量,以及矿化碳排放、分解比例的变异特征.结果表明:相比半固定沙地,22~53年灌木和乔木林土壤总有机碳增幅来自惰性碳,分别为3.5~6.2和3.2~7.7 g·kg^-1,来自氧化活性碳的分别为2.8~3.4和1.3~2.8 g·kg^-1,并且灌木和乔木林土壤氧化活性碳所占比例未发生显著变化,分别维持在37.0%和26.8%,但土样经恒温培养60 d后,该比例分别下降至25.7%和17.4%.培养结束时,2种林地22~53年土壤有机碳矿化率无显著差异;所有固沙林样地矿化碳的损失有76.9%~98.7%来自于氧化活性碳,仅1.3%~23.5%来自于惰性碳.与最高碳分解速率相比,土壤碳累积释放量与β-葡萄糖苷酶、脱氢酶活性的相关性更强,但酶活性在32~53年林地无显著差异.综上,随着固沙林林龄增加,土壤有机碳趋向少排多存碳的稳定性特征,乔木固沙林固碳效果优于灌木固沙林.     

氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响

化肥减施增效有助于农业的可持续发展。本研究用等氮量生物炭替代化肥氮,设置0、10%、20%、30%、40%(CK,T₁～T₄) 5个替代比例,在水稻收获后采集土壤样品进行室内分析,研究氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响。结果表明: 氮肥减量配施生物炭均可显著提高土壤有机碳(SOC)含量,且与生物炭配施量呈正比。氮肥减施20%条件下,土壤微生物生物量碳(MBC)和易氧化碳(ROC)含量均最高,分别为293.68和250.00 mg·kg^-1,土壤可溶性碳(DOC)含量最低。SOC矿化速率在培养的第3天达到最高,前期(第3~6天)迅速下降,中期(第6~18天)缓慢下降,后期(第18~30天)趋于稳定,矿化速率随时间的动态变化符合对数函数;SOC累积矿化量和累积矿化率分别为0.66～0.86 g·kg^-1和2.9%～4.0%,均以T₂处理最低。稻谷产量随氮肥减施比例的增加呈先增加后下降趋势,T₂处理最高,比CK显著增加了13.4%。本试验条件下,化学氮肥减量20%配施适量生物炭(5 t·hm^-2)可有效提高SOC、MBC、ROC含量和水稻产量,降低SOC累积矿化量和累积矿化率,增强土壤固碳能力,是贵州黄壤稻田土壤固碳培肥的较好选择。     

林龄对红松和落叶松人工林土壤温室气体通量的影响

探讨人工林发育过程中土壤温室气体排放及其机制,可为森林温室气体通量估算提供理论依据。采用室内培养方法研究了黑龙江省帽儿山地区不同林龄(15、30和50年生)红松(Pinus koraiensis)和落叶松(Larix gmelinii)人工林土壤温室气体排放/吸收速率及其调控因素。结果表明:30年生红松和落叶松人工林土壤CO₂排放速率(红松:(1724.18±98.57)μg C·kg^-1·h^-1;落叶松:(1306.37±142.27)μg C·kg^-1·h^-1)和CH₄吸收速率(红松:(5.12±0.68)μg C·kg^-1·h^-1;落叶松:(1.91±0.85)μg C·kg^-1·h^-1)显著高于15和50年生(P<0.05)。30年生红松人工林土壤N₂O排放速率显著高于15和50年生(P<0.05),而落叶松人工林土壤N₂O排放速率随林龄增加变化不显著。红松和落叶松人工林土壤N₂O排放速率最大值分别为(0.139±0.016)和(0.137±0.056)μg N·kg^-1·h^-1。红松人工林土壤CO₂排放速率均高于同龄落叶松人工林,15和30年生达到显著水平(P<0.05)。红松人工林土壤CH₄吸收速率均显著高于同龄落叶松人工林(P<0.05)。红松人工林土壤N₂O排放速率与同龄落叶松人工林土壤均无显著差异。混合线性模型分析显示,影响红松和落叶松人工林发育过程中土壤CO₂排放速率的主要因素是土壤全碳含量和微生物生物量氮,其中微生物生物量氮受树种和林龄的影响。CH₄吸收速率受到微生物生物量碳、溶解性有机碳和溶解性有机氮含量影响,其中微生物生物量碳受树种和林龄调控。N₂O排放速率受溶解性有机氮、铵态氮和硝态氮影响,其中溶解性有机氮受林龄影响。综上所述,树种和林龄差异造成的土壤理化性质和微生物生物量碳氮的异质性可在一定程度上解释土壤温室气体排放/吸收速率的差异。     

农田栽参土壤改良中肥料对土壤元素及酶活性的影响

为探究农田栽参土壤改良中肥料对土壤元素与土壤酶活性的影响, 于2019年5月21日采集经混合肥、土地乐、腐殖酸、木醋液、益生源处理过的土壤样品, 对其土壤养分与土壤酶活性进行研究。结果表明: 不同肥料在土壤中发挥出不同的作用, 施用混合肥的土壤SOM、ACa含量最高分别为139.51 g·kg-1、848.9 mg·kg-1。施用土地乐生物有机肥后土壤中AP和AMn含量最高分别为36.7 mg·kg-1、126.12 mg·kg-1。施用腐殖酸后土壤中AFe、电导率、AK数值最高分别为737.36 mg·kg-1、59.67 mg·kg-1、794.87 mg·kg-1。施用木醋液与益生源菌剂后各养分均有不同程度增加; 过氧化氢酶活性在混合肥处理后最低, 对照处理最高。漆酶活性在腐殖酸处理后最低, 木醋液处理最高。蔗糖酶活性在腐殖酸处理最低, 混合肥处理最高。脲酶活性在腐殖酸处理最低, 益生源处理后最高; 相关性分析表明, 土壤养分与土壤酶活性有密切关系, 存在不同程度的相关性。五种肥料在土壤改良中都有显著效果     

干热河谷失稳性坡面植物碳氮磷化学计量特征对土壤性质的响应

以干热河谷阴坡和阳坡典型失稳性坡面不同区段(稳定区、失稳区和堆积区)的草本植物为研究对象,分析植物地上和地下碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量特征对土壤性质的响应机制。结果表明:失稳性坡面植物地上C含量(320.59 g·kg^-1)、N含量(12.15 g·kg^-1)和C/P(25.37)均显著高于地下(分别为254.01 g·kg^-1、6.12 g·kg^-1、13.43),C/N则表现为地下(43.09)显著高于地上(31.90)。阳坡植物地上和地下C含量、N/P均表现为稳定区和失稳区显著高于堆积区,N含量则表现为失稳区显著高于堆积区;阴坡植物地上N、P含量及地下P含量均表现为堆积区显著高于稳定区和失稳区,地下C含量则反之。植物地上生长主要受P限制,根系生长主要受N限制并随区段向下呈逐渐增加趋势;阴坡植物生长受P的限制程度高于阳坡,N限制弱于阳坡。土壤含水量(SWC)是影响植物地上C、N、P含量变化的重要因子,影响值分别为28.8%、20.8%、19.9%,土壤有机碳(SOC)则显著影响植物地下C、N含量,影响值分别为49.5%、22.1%,植物地下N含量的变化主要受土壤pH值的影响(24.3%)。坡向、区段及土壤因子均显著影响植物养分的分配,SWC和SOC是主要影响因子,同时还受土壤pH值的影响。