生态恢复对石漠化地区土壤有机碳累积特征及其机制的影响

为从土壤碳组分对团聚体及其结合有机碳的影响的角度去解析生态恢复下土壤有机碳积累特征及其机制,以典型干热河谷石漠化地区生态恢复措施（次生林,15-20a;花椒林,15-20a）和对照耕地（>50 a）为研究对象,测定0-10 cm和10-20 cm土层土壤有机碳（SOC）、颗粒有机碳（POC）、易氧化有机碳（EOC）、矿物结合有机碳（MOC）、非活性有机碳（NLOC）、团聚体、团聚体有机碳含量,研究了生态恢复对SOC及组分、团聚体以及团聚体有机碳的影响。结果表明：①与耕地相比,生态恢复显著增加0-20 cm土层SOC及组分的含量与储量（MOC除外）,含量与储量的增幅范围为10.4%-151.7%和6.3%-134.5%,其中POC、EOC含量和储量增幅最大,且POC、EOC与SOC相关性较强;②生态恢复显著提高>2 mm团聚体数量、MWD和MGD,其中以次生林0-10 cm土层的增幅最大（379.3%、172.0%、265.2%）;③生态恢复显著增加各粒径团聚体有机碳含量,团聚体有机碳含量增幅随团聚体粒径增大而减小,然而生态恢复后>2 mm团聚体有机碳贡献率显著上升,<2 mm团聚体有机碳贡献率显著减小,土壤团聚体对有机碳的贡献率转为以>2 mm团聚体贡献为主,且>2 mm团聚体数量的显著增加是>2 mm团聚体有机碳贡献率高的主要原因;④土壤SOC、POC、EOC、NLOC与>2 mm团聚体数量、MWD、MGD、>2 mm团聚体有机碳贡献率显著正相关（P<0.05）,其中POC、EOC与这些指标的相关性较强（P<0.01）。此外,从土壤有机碳及组分、团聚体数量及稳定性、>2 mm团聚体有机碳贡献率的增幅来看,自然恢复措施（次生林）较人工种植恢复措施（花椒林）增幅较大。     

Responses of soil labile organic carbon and water-stable aggregates to reforestation in southern subtropical China

中国南亚热带土壤易分解有机碳和水稳性团聚体对造林的响应 造林被认为可以提高土壤碳稳定性并促进土壤碳累积。然而,实验结果差异很大,造林在提高土壤碳稳定性方面的作用仍存在争议。因此,在森林生态系统中不同土壤碳库对造林如何响应目前尚不清楚。基于此,本文对亚热带地区的尾叶桉林(Eucalyptus urophylla)、厚荚相思林(Acacia crassicarpa)、 红锥林(Castanopsis hystrix)、10树种混交林和自然恢复草坡等5种不同林型的土壤碳组分进行了研究,评估其不同土层(0–10、10–20、20–40 和40–60 cm)中的土壤易分解有机碳(容易被高锰酸钾氧化的有机碳ROC和土壤可溶性有机碳DOC)及土壤团聚体相关的碳对造林的响应。实验结果表明,造林(与自然恢复草坡比较)和林型并没有显著影响土壤ROC浓度,而自然恢复草坡土壤的DOC浓度在4个土层中均最高。0–10 cm土层中各径级的土壤团聚体其碳(C)浓度均是红锥林最高。此外,在任一土层中,林型对不同径级土壤水稳性团聚体比例的影响均不显著。但是土壤深度显著改变土壤团聚体的分布,0–20 cm土层主要为>0.25 mm粒径的团聚体,20–60 cm土层则是0.053–2 mm粒径的团聚体占主导。这些结果显示造林和林型影响土壤DOC 和团聚体C,而且它们相比于ROC对造林的响应更为敏感。研究发现,与自然恢复相比,人工林降低了土壤DOC浓度,暗示它可能会减少土壤C的淋溶损失。此外,红锥林能够通过物理保护提高表土层中土壤碳的稳定性。本研究为关注土壤碳汇功能时的中国南亚热带地区造林树种选择提供了有价值的信息。     

黄土高原天然次生林植被演替过程中土壤团聚体有机碳动态变化

土壤团聚体物理保护是促进有机碳积累主要机制之一。以黄土高原子午岭林区天然次生林植被演替群落为对象,研究从农田、草地（白羊草,Bothriochloa ischaemum）、灌木林（沙棘,Hippophae rhamnoides）、先锋林（山杨,Populus davidiana）到顶级林（辽东栎,Quercus liaotungensis）5个植被演替阶段0-20 cm土壤团聚体稳定性和团聚体有机碳的动态变化,并分析团聚体有机碳的影响因素。结果表明：土壤团聚体稳定性随着植被演替显著提高（P<0.05）,顶级林的团聚体稳定性最高;土壤有机碳含量和各粒径土壤团聚体（> 2 mm、2-0.25 mm、0.25-0.053 mm、<0.053 mm）有机碳含量均随着植被演替而增加。除草地0.25-0.053 mm团聚体有机碳含量最高外,其他演替阶段均为0.25-2 mm粒径最高。根系生物量、凋落物生物量、微生物生物量碳、团聚体稳定性均与团聚体有机碳含量呈显著正相关关系（P<0.05）。总体而言,长期植被演替有助于团聚体稳定性和团聚体有机碳累积。     

土地利用对石漠化地区土壤团聚体有机碳分布及保护的影响

对贵州省关岭县石漠化地区不同土地利用方式下的土壤团聚体的稳定性、有机碳分布以及大团聚体有机碳矿化进行了研究,探讨了大团聚体对有机碳的保护作用,以期为选择合理的石漠化治理措施提供科学依据。选取了当地主要的4种土地利用方式,分别为水田(水旱轮作)、旱地、花椒林和火龙果林;其中花椒林和火龙果林位于石漠化治理区内。采用湿筛法分离出各级土壤团聚体并结合室内恒温培养法测定原状和破碎大团聚体中有机碳的矿化动态变化,其中大团聚体保护性碳含量为破碎与原状大团聚体有机碳在42 d内累积矿化量的差值。结果表明:土地利用方式对土壤团聚体稳定性具有显著影响。水田土壤团聚体稳定性要明显优于旱地、花椒林和火龙果林,且后3种土地利用方式间也存在显著差异。土壤有机碳也受到土地利用方式的影响,水田和旱地土壤有机碳含量要明显高于火龙果林和花椒林。各粒级团聚体有机碳含量在土地利用方式间具有较大差异,2 5 mm、0.25 2 mm和<0.25 mm团聚体中有机碳含量按水田、火龙果林、旱地和花椒林依次下降,5 8 mm团聚体中有机碳含量则以花椒林最高,其次是水田和火龙果林,旱地最低。但是就各粒径团聚体的有机碳库而言,<0.25 mm团聚体是土壤有机碳的主要载体。花椒林、旱地、火龙果和水田的大团聚体保护性碳含量分别为83.37、78.86、73.81\,61.04 mg/kg,其差异表明花椒林土壤大团聚体对有机碳的保护作用最强,其次是旱地和火龙果林,水田最弱。因此,在该地区种植花椒林和火龙果林可以改善其土壤质量,其可能机理是通过增加土壤中大团聚体含量,同时增强大团聚体对有机碳的保护作用。     

六盘山林区几种土地利用方式下土壤活性有机碳的比较

 应用KMnO4氧化法测定分析了六盘山林区天然次生林（杂灌林、山杨（Populus davidanda）和辽东栎（Querces liaotungensis）林）、农田、草地和人工林（13、18和25年华北落叶松（Larix principis-rupprechtii））土壤活性有机碳含量及分配比例的差异。结果表明：农田和草地土壤活性有机碳含量比天然次生林分别低60%和36%,差异主要在0～70 cm土层;人工林比农田和草地分别高129%和29%,差异主要在0～50 cm土层。农田和草地土壤活性有机碳分配比例比天然次生林分别低11%和4%以上, 差异主要在0～20 cm与70～110 cm土层;人工林比农田和草地分别高13.3%和5.3%,差异主要在0～110 cm土层。土壤活性有机碳含量和分配比例随土层加深而递减,其中天然次生林和人工林土壤活性有机碳含量随土层加深而递减的幅度比农田和草地中大,农田土壤活性有机碳分配比例随土层加深而递减幅度较大。不同土地利用方式间土壤活性有机碳含量的差异比活性有机碳分配比例的差异大,土壤活性有机碳含量随土层加深而递减的幅度比分配比例随土层加深而递减的幅度大。这可能由土壤有机碳的输入、稳定性、质量和根系分布等差异所致。结果说明土壤活性有机碳含量和分配比例随天然次生林变成农田或草地而降低,随农田或草地中造林而增加,且土壤活性有机碳含量的变化幅度比分配比例大。另外,土壤活性有机碳含量和分配比例在土壤剖面的分布也随土地利用变化而改变,其中活性有机碳含量的变化幅度比分配比例大。     

不同林龄刺槐林土壤团聚体化学计量特征及其与土壤养分的关系

土壤团聚体化学计量特征分析可以为土壤养分的评价提供依据,对陕北黄土丘陵区20 a、25 a、40 a、50 a刺槐林土壤团聚体有机碳、全氮、全磷化学计量比及其与土壤有机碳、全氮、全磷化学计量比的相关性采用逐步回归分析方法进行了分析。结果表明:随着林龄的增加,刺槐林各粒径土壤团聚体有机碳、全氮含量及其有机碳、全氮、全磷化学计量比显著增加(P0.05),均表现为在0—20 cm土层高于20—40 cm土层,而刺槐林土壤团聚体全磷含量变化较小;相同林龄刺槐林在0—20 cm和20—40cm土层中0.25—2 mm粒径土壤团聚体有机碳、全氮、全磷含量及其化学计量比最高。刺槐林0.25—2 mm粒径团聚体对土壤原土有机碳、全氮含量及其有机碳、全氮、全磷化学计量比有显著影响。营造刺槐林对各粒径土壤团聚体全效养分分配及其平衡关系存在积极的影响,主要体现在0.25—2 mm粒径土壤大团聚体中,通过影响0.25—2 mm粒径团聚体提高了土壤全效养分的供应和保持能力。     

异龄复层混交对马尾松人工林土壤团聚体碳组分和转化的影响

复层混交种植的近自然化经营是我国亚热带地区最常用的营林模式之一,但目前其对土壤有机碳（SOC）的积累及其稳定性的影响仍不明确。为探讨该营林模式对土壤碳组分及其转化的影响,该文选取南亚热带复层混交经营的马尾松近自然林（CP）作为研究对象,并以相邻未改造的马尾松纯林（PP）作为对照（CK）,重点探究异龄复层混交后原土和不同粒径土壤团聚体的稳定性、有机碳组分、微生物生物量和酶活性等的变化规律及其之间的关系。结果表明：（1）复层混交后表征土壤团聚体稳定性的平均重量直径（MWD）显著提高;与PP相比,CP原土和不同粒径土壤团聚体的SOC、高度不稳定有机碳（LOC）、中度不稳定有机碳（IOC）、惰性有机碳（ROC）、土壤碳氮比（C/N）、微生物生物量碳和氮（MBC和MBN）、微生物呼吸（MR）、β-葡萄糖苷酶（BG）、纤维二糖水解酶（CB）、N-乙酰-葡萄糖苷酶（NAG）和酚氧化酶（PO）均显著提高,而其MBC/MBN和微生物代谢熵（qCO₂）却显著降低。（2）几乎所有原土和土壤团聚体的SOC、总活性有机碳（LOC+IOC）、ROC和ROC数（RCI）均与MWD呈显著或极显著...     

岩溶槽谷区植被恢复对土壤团聚体有机碳及碳库管理指数的影响

为揭示岩溶槽谷区植被恢复对土壤结构、土壤有机碳积累和碳库管理水平的影响,该研究选取了弃耕地、林地和草地三种土地利用方式,测定0～20 cm土层土壤团聚体组成、土壤有机碳(SOC)、团聚体有机碳以及土壤易氧化有机碳(EOC)含量。结果表明:(1)与弃耕地相比,林地和草地土壤团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均重量直径(MGD)和2～5 mm团聚体含量显著增加,林地和草地土壤团聚体组成以2～5 mm为主,弃耕地以0.5～1 mm和0.25 mm为主,表明退耕还林还草能够促进土壤团聚体形成和稳定。(2)土壤团聚体有机碳含量呈现出林地草地弃耕地,随团聚体粒级增加而增加的趋势;林地和草地以2～5 mm团聚体有机碳贡献率最大,弃耕地则以0.25 mm团聚体贡献为主,表明弃耕地转变为林地和草地后,土壤SOC积累主要归功于2～5 mm有机碳含量的增加,以及团聚体由小粒径向大粒径转变。(3)与弃耕地比较,林地和草地土壤SOC、EOC含量和碳库管理指数(CPMI)均显著提高,其中土壤EOC含量和CPMI变化较为明显;土壤EOC可作为土壤碳库早期变化的有效指标,CPMI能够良好地表征植被恢复对土壤SOC和EOC的影响。     

马尾松人工林土壤各粒径团聚体湿筛后的有机碳分配

选取25a、45a和65a马尾松人工林为研究对象,采用湿筛法对各粒径土壤团聚体分别湿筛。探究了马尾松人工林各粒径团聚体湿筛后的团聚体有机碳分配,以探讨各粒径团聚体湿筛后分配到同一粒级团聚体有机碳含量及其对团聚体水稳性的贡献差异。结果表明：种植年限增加显著降低土壤团聚体水稳性（P<0.05）;各粒径团聚体湿筛后分配的有机碳随粒级减小含量呈先降后增趋势,以保持原粒级团聚体有机碳（12.96-32.01 g/kg）含量最高,其次是<0.25 mm粒级（8.08-23.53 g/kg）。各粒径团聚体湿筛分配到同一粒级的有机碳以保持原粒级的含量最高（P<0.05）;土壤团聚体水稳性与各粒径团聚体湿筛后保持原粒径的有机碳呈显著或极显著正相关（P<0.05或0.01）,分配到越小的粒级正相关性越不显著。此外,团聚体水稳性与各粒径团聚体湿筛分配到同一粒级的有机碳呈正相关,以保持原粒级相关性最高（P<0.01或0.05）;回归方程及相关性系数表明,有机碳与保持原粒径团聚体呈显著呈或极显著正相关（P<0.05或0.01）,与消散到其他粒级的团聚体呈负相关或极显著负相关（P>0.05或<0.01）。本研究得出有机碳含量增加促进更大粒径团聚体形成。反之,促使大粒径团聚体向较小粒径团聚体转化。同一粒级团聚体间,保持原粒级团聚体比易转化形成更大粒级团聚体有更高的有机碳含量和更强的水稳性,这对团聚体的固碳提供了新的认识。     

地膜覆盖对北方旱地土壤水稳性团聚体及有机碳分布的影响

研究不同地膜覆盖时间对北方旱作农田土壤团聚体粒级稳定性和有机碳的影响,可为提升旱作农田生产力和保护农田环境选择合适的管理方式提供科学依据。以辽宁阜新5年秋覆膜(AP)、春覆膜(SP)和不覆膜(CK)的定位试验为研究对象,分析不同覆膜时间对0—10 cm和10—20 cm土层中2 mm、0.25—2 mm、0.053—0.25 mm和0.053 mm粒级的土壤水稳性团聚体的稳定性及有机碳的影响。结果表明,在北方旱作农田,连续5年的地膜覆盖可显著改变0—10 cm土层的土壤各级团聚体的分布、团聚体中有机碳的含量及其对土壤有机碳含量的贡献率,进而增加土壤水稳性团聚体的稳定性,而对10—20 cm土层影响不显著。与不覆膜相比,秋覆膜和春覆膜可显著提高0—10 cm土层2 mm的水稳性团聚体的含量,分别提高了36.3%、47.9%(P0.05),而对微团聚体无显著影响,说明地膜覆盖有利于提高大团聚体数量及稳定性。在0—10 cm土层,粒径2 mm团聚体有机碳含量及储量表现为秋覆膜最高,显著高于春覆膜和不覆膜处理(P0.05)。与裸地不覆膜相比,秋覆膜和春覆膜显著提高2 mm团聚体中有机碳含量对土壤有机碳的贡献率,分别提高了37%和26.1%(P0.05)。而在0—10 cm和10—20cm土层中,微团聚体中有机碳含量对土壤有机碳贡献率没有影响。在辽宁阜新土壤及种植条件下,秋覆膜处理不仅显著提高0—10 cm土壤水稳性大团聚体的含量和稳定性,还可以显著增加水稳性大团聚体有机碳含量及储量,促进有机碳的固存。     

人为干扰对喀斯特土壤团聚体及其有机碳稳定性的影响

以桂西北喀斯特原生林地、自然恢复地、放牧+火烧草地和玉米-红薯轮作地为对象,研究了不同人为干扰方式下4种生态系统中土壤团聚体含量及其有机碳的稳定性.结果表明:除玉米.红薯轮作地土壤的水稳性团聚体(>0.25 mm)含量为37.7%外,其余样地土壤水稳性团聚体(>0.25 mm)含量均大于70%;土壤团聚体结构破坏率为玉米-红薯轮作地(54.9%)>放牧+火烧草地(23.2%)>自然恢复地(9.8%)和原生林地(9.6%),差异显著.随培养时间的延长,团聚体有机碳的矿化速率先增加后减小,20 d后趋于平稳,而且随团聚体粒级的减小逐渐增大;相同粒级团聚体中有机碳的矿化速率为原生林地>放牧+火烧草地和自然恢复地>玉米-红薯轮作地;原生林地有机碳矿化率在1.7%～3.8%,显著高于自然恢复地、放牧火烧草地和玉米-红薯轮作地;有机碳的累积矿化量与矿化速率变化规律一致.土壤有机碳和团聚体中有机碳含量分别与矿化速率和累积矿化量呈极显著正相关,与矿化率极显著负相关.     

黄土丘陵区三种典型退耕还林地土壤固碳效应差异

探讨了黄土丘陵区退耕种植10—40a的柠条、沙棘及刺槐林地土壤总有机碳库及其活性组分密度随退耕时间、土层分布及相对比例的变化差异。结果表明:100 cm深土壤碳库在退耕10a时仅柠条林地碳库未比坡耕地显著增加,但退耕20—40a3种林地比退耕10a时都已有显著增加,且增幅均为刺槐>沙棘>柠条,其中总有机碳的最大增幅分别达到90.92、27.87、14.89Mg/hm2,活性有机碳的分别达到30.28、10.51、9.67 Mg/hm2。各还林地碳库增加在退耕10a时主要来自0—40 cm浅层土,而40—100 cm深层土碳库到退耕20a起才开始显著增加。对比退耕10a时,到退耕40a时柠条、沙棘及刺槐林地0—20 cm表层土分别平均累积了35.4%、27.9%、27.1%的总有机碳,20.2%、45.1%、23.1%的活性有机碳,而20—100 cm各土层间对碳库累积比例大小变化无一致规律,平均每20 cm厚土层累积了17.4%的总有机碳和17.6%活性有机碳。并且相比坡耕地,各林地均使100 cm深土壤活性有机碳占总有机碳的比例提高,改良了碳库质量。综上分析,长期退耕下3种林地固碳效应有明显差异,以刺槐林地碳累积效应较强。     

不同生态恢复模式对黄土残塬沟壑区深层土壤有机碳的影响

黄土高原退耕还林近20年来,大量生态恢复工程的实施,势必对土壤碳库产生影响。为评估生态恢复的土壤碳汇效益,本研究以黄土残塬沟壑区天然次生林、人工生态林和人工经济林等3种生态恢复模式为对象,研究其4 m土壤有机碳(SOC)储量。结果表明:(1)三种生态恢复模式具有明显的碳汇效益。天然次生林4 m SOC储量为(166.40±42.90) t/hm~2比坡中农地((58.73±4.73) t/hm~2显著增加了183.33%;人工生态林和人工经济林分别为(111.32±13.30) t/hm~2、(104.60±7.10) t/hm~2比坡中农地高89.54%、78.11%;(2)0—60 cm SOC含量随深度的增加显著降低(P0.05),由表层的(11.03±7.51) g/kg减少到(2.40±0.93) g/kg,降幅达78.22%,表现出明显的表聚性;60—400 cm SOC含量变化较为稳定,含量较低为(1.81±0.88) g/kg;(3)三种恢复模式深层(1—4 m)SOC储量与坡中农地相比分别提高109.43%、76.43%、65.06%;深层SOC储量天然次生林((77.81±8.40) t/hm~2)、人工生态林((65.55±7.71) t/hm~2)、人工经济林((61.32±3.16) t/hm~2)分别占4 m剖面有机碳储量的46.76%、58.89%、58.62%。结果表明天然次生林和人工混交林是黄土高原残塬沟壑区良好的生态恢复模式,且深层SOC在土壤碳库中不可忽视。     

马尾松人工林林窗对土壤团聚体及有机碳分布的影响

以四川宜宾39年生马尾松人工林人工采伐形成的不同大小林窗为对象,研究林窗对土壤团聚体的组成、有机碳及活性有机碳含量和储量的影响.结果表明： 土壤团聚体组成以>2 mm团聚体为主,其含量占团聚体总量的51.7%～78.7%.>5 mm土壤团聚体有机碳和活性有机碳含量与土壤总有机碳和总活性有机碳含量相关性最高,且有机碳及活性有机碳含量和储量均较高,是该地区土壤有机碳固定的特征团聚体.马尾松林窗形成后,土壤总有机碳及各团聚体有机碳含量普遍降低,但1225 m²林窗有机碳储量略高于林下;总活性有机碳含量仅225和400 m²林窗较马尾松林下高,总活性有机碳储量225、400、900和1225 m²林窗较马尾松林下高,其余面积林窗低于林下.这表明合适的林窗面积可以增加土壤有机碳及活性有机碳积累.林窗大小显著影响到团聚体的组成、有机碳及活性有机碳含量和储量.其中,1225 m²林窗土壤有机碳含量和储量均最高,活性有机碳储量也较高,且团聚体组成较好,是比较适宜的林窗面积.     

新银合欢篱对紫色土坡地土壤有机碳固持的作用

土壤有机碳的固持对保持土壤肥力以及缓解全球温室效应具有重要意义。本研究通过田间定位试验,探讨了新银合欢（Leucaena Leucocephala）篱对10和15的紫色土农耕地（玉米地）和经济林地（油桃地）表层（0-20cm）土壤有机碳积累的影响。结果表明：种植3年的新银合欢篱的10和15农耕地、10经济林地土壤有机碳密度分别比相应的无植物篱的对照地提高41.53%、43.29%、32.15%。经济林处理土壤有机碳含量、有机碳密度、呼吸强度显著大于农耕地处理;10比15农耕地更有利于土壤有机碳、呼吸速率及微生物量碳提高;农耕地比经济林地更利于微生物生物量维持。各处理下坡比上坡更利于土壤有机碳蓄积,且土壤呼吸强度提高,但土壤微生物商基本相同。不同处理下,土壤有机碳与土壤理化性质相关性各不相同：定植新银合欢篱的10和15农耕地、10经济林地土壤有机碳与有机质含量、土壤微生物碳有极显著的相关性,与全钾呈正相关,与pH负相关;定植新银合欢篱的10和15农耕地呼吸强度与有机碳相关关系均达到了极显著性,10经济林地呼吸强度与有机碳显著相关;土壤微生物指标变化与有机碳的变化趋势一致,能反映土壤质量变化。阐明定植新银合欢篱利于土壤有机碳固持,且能增强土壤微生物活性,提高土壤质量。     

土地利用变化对土壤有机碳贮量的影响

通过对比分析六盘山林区典型天然次生林(杂灌林、山杨和辽东栎林)与农田、草地及农田、草地与人工林(13、18和25年生华北落叶松)邻近样地土壤有机碳含量和密度及其在土壤剖面上分布的差异,研究了天然次生林变成农田或草地及农田或草地造林后对土壤有机碳贮量的影响,结果表明,土壤有机碳含量方面,农田和草地比天然次生林分别低54％和27％,差异主要在0～50cm土层;农田和草地比人工林分别低42％和26％,差异主要在0～40cm土层,土壤有机碳密度方面,农田和草地比天然次生林分别低35％和14％,差异主要在0～50cm土层;农田比人工林低23％,草地比人工林高4％,差异主要在0～30cm土层．天然次生林和人工林土壤有机碳含量和密度随土层加深而递减的幅度比农田或草地大．这些差异主要由土地利用变化引起的土壤有机碳输入与输出及根系分布的变化所致．结果说明六盘山林区天然次生林破坏变成草地或农田后土壤有机碳含量和密度(主要是0～50cm土层)将下降,而农田中造林后土壤有机碳含量和密度(主要是0～30cm土层)又将增加,草地上造林后土壤有机碳含量增加而密度变化不大。另外,土壤有机碳含量和密度在土壤剖面上的分布也将随土地利用变化而发生改变。