科尔沁沙地沙漠化过程中土壤有机碳含量变化特征及影响因素北大核心CSCD

科尔沁沙地是中国半干旱地区沙漠化发展的典型地区和沙漠化防治的重点区域。本研究以科尔沁沙地为研究区域,以沙漠化逆转不同阶段的沙地为研究对象,通过野外调查和室内分析,采用空间代替时间的方法,在区域尺度上探讨了土壤有机碳对沙漠化过程的响应规律,并结合气候、植被和地形因子阐释了该区域土壤有机碳空间变异的主导因素。结果表明:(1)土壤有机碳含量随沙漠化程度的加剧表现出疏林草地(未沙漠化)>固定沙地(轻度沙漠化)>半固定沙地(中度沙漠化)>半流动沙地(重度沙漠化)>流动沙地(极重度沙漠化)。(2)固定沙地、半固定沙地、半流动沙地和流动沙地土壤有机碳密度分别比疏林草地降低了29.1%、49.3%、62.9%和84.1%。(3)随着沙漠化的发展,土壤质地发生粗化现象,即中、细砂粒含量明显增加,而土壤细颗粒(极细砂和黏粉粒)含量明显下降。(4)科尔沁沙地沙漠化过程中,土壤黏粉粒的损失是土壤粗化、有机碳含量下降的主要原因,而pH的变化受沙漠化影响较小。(5)气候因子是导致SOC含量受经纬度影响的主要因素,而地形因子的影响次之。     

广西土壤有机碳储量估算及与全国部分省区的比较研究

以广西第二次土壤普查的土壤剖面数据为基础,结合广西1:50万的土壤图以及相关的地形DEM图和行政区划图,在GIS平台下对广西表层土壤有机碳密度和储量进行了估算,对不同土壤类型、不同区域的土壤有机碳分布特征进行了分析,并将结果与全国其他省市地区的研究成果进行了对比。结果表明:广西表层土壤有机碳密度分布不均,呈现桂北高,桂南低的空间分布特点;中等海拔地区高,低海拔地区低;黄壤高,砖红壤低。有机碳密度均值为3.33 kg/m2,低于全国平均水平4.70 kg/m2;表层土壤有机碳库储量为6.42×1011kg,占全国表层土壤有机碳储量的1.5%。     

基于景观格局的现代黄河三角洲滨海湿地土壤有机碳储量估算

利用2000年和2009年的TM影像数据,对现代黄河三角洲滨海湿地的景观进行分类,将其划分为9种景观类型.利用ArcGIS9.3软件,依据2009年黄河三角洲滨海湿地GPS土壤定点采样点的理化分析数据,计算出土壤有机碳密度,并进行空间插值,结合各景观类型分布面积,估算表层(0～30 cm深度)土壤有机碳密度和储量.研究结果表明,2000～2009年,研究区的总面积增加,土壤有机碳密度为0.73～4.25 kg/m2; 2000年和2009年的土壤总有机碳储量分别为3.43×106t和3.17×106t.各景观类型的土壤有机碳储量随着其面积的变化而变化,面积变化最明显的景观类型是滩涂、灌草地、农田和盐田养殖池,导致这种变化的原因是自然因素和人为因素共同作用的结果.减少和限制人类活动、保护表层土壤对黄河三角洲滨海湿地土壤碳库的持续稳定发展非常重要.     

林分密度对华北土石山区油松人工林土壤有机碳及养分特征的影响

 以木兰围场国有林场管理局实施间伐后6种保留密度下（540、650、1 084、1 104、1 408和1 860 株 / hm2）油松人工林为研究对象,研究各土层的土壤有机碳和N、P、K等养分元素含量及其相关关系。研究结果显示：(1) 土壤有机碳含量和碳密度垂直递减特征明显,均随土壤深度的增加而显著减小,当林分密度由540 株 / hm2增加到1 860 株 / hm2时,土壤有机碳含量及碳密度变化规律不尽一致,其分布区间分别为10.56~21.21 g / kg,与5.48~11.70 kg / m2;(2) 林分密度对土壤有机碳及碳密度有显著的影响,1 408 株 / hm2油松林下土壤有机碳含量及碳密度分别与650 株 / hm2和1 860 株 / hm2油松林下土壤有机碳含量及碳密度呈显著性差异,而其它林分密度间无显著差异。当林分密度为1 104 株 / hm2时,各土层土壤全N和P、K的有效量及全量均保持在一个相对较高的水平,在0~60 cm深度土壤全N、全P、全K、有效P和速效K含量均值均达到最高,分别为1.38 g/kg、0.34 g/kg、32.75 g/kg、33.10 mg/kg和118.85 mg/kg;(3) 不同林分密度、不同土层土壤有机碳含量、碳密度与土壤全N及P、K的全量和有效量的相关显著性有差异,对整个土壤剖面而言,土壤有机碳含量及碳密度与土壤全N、全P、速效K均呈显著或极显著正相关;(4) 在本研究林分密度范围内,从林地土壤固碳的角度,建议将油松人工林的林分密度控制在1 104 株 / hm2。     

海南岛东部地区土地利用方式对土壤有机碳与 易氧化有机碳的影响

以海南岛东部地区的4种土地利用方式（水田、抛荒地、果园、橡胶林地）的土壤为研究对象,通过对其SOC（土壤有机碳）和ROC（土壤易氧化有机碳）质量分数的测定,分析不同土地利用方式下SOC以及ROC的分布特征。结果表明：研究区的土地利用方式对SOC与ROC具有显著影响,土地利用方式通过影响植被凋落物、根系以及耕作方式、施肥收割等管理措施影响SOC及ROC的分布特征。就整个土壤剖面（0~30 cm）而言,不同土地利用方式下SOC质量分数的分布特征表现为水田＞抛荒地＞果园＞橡胶林地;各土地利用方式下SOC在表层土壤中质量分数最高,并随着土壤层的加深逐渐递减。水田、果园和橡胶林地土壤的ROC质量分数随着土壤深度的加深而逐渐降低,抛荒地呈现出先减少后增加的趋势。不同土地利用方式下土壤ROC质量分数表现为抛荒地＞水田＞果园＞橡胶林地。ROC质量分数的高低顺序与SOC质量分数基本相同。土壤的SOC质量分数是影响ROC质量分数变化的重要因素,相关性分析结果表明：水田、抛荒地和橡胶林地的SOC与ROC质量分数呈极显著正相关,而果园的SOC与ROC质量分数呈显著正相关。4种土地利用方式中水田土壤ROC的分配比例较低,说明水田的SOC稳定性相对于其他土地利用方式较高,有利于土壤碳的储存。     

中亚热带山区土地利用变化对土壤有机碳储量和质量的影响

通过对中亚热带山区天然林、人工林(用材林和经济林)、次生林、果园和坡耕地等7 种典型土地利用方式的土壤有机碳储量及质量的研究, 结果表明: 中亚热带山区天然林转变 为其他土地利用类型后, 土壤有机碳储量下降了25.6%~51.2%, 而表层0~20 cm 土壤有机碳 储量下降了45.1%~74.8%, 比底层土壤有机碳对土地利用变化的响应更为敏感。土壤轻组有机碳储量(0~60 cm) 下降了52.2%~84.2%, 轻组有机碳占总有机碳比例从13.3%降到3.0% ~10.7%, 比土壤总有机碳对土地利用变化更为敏感。天然林转变为其他土地利用类型后土壤 有机碳损失巨大的原因主要与凋落物归还数量及质量, 水土流失和经营措施对土壤(特别是表层土壤) 的扰动引起土壤有机质加速分解等因素有关。坡耕地人为干扰最严重, 土壤有机 碳下降幅度最大。中亚热带山区土地利用变化引起土壤有机碳储量下降幅度高于全球平均水平, 主要与区域降水和地貌条件有关。因此, 保护山区脆弱生态环境, 加强天然林保护和植 被恢复, 合理营造人工林, 减少耕作, 对山区土壤碳吸存、减缓大气CO₂ 浓度升高和气候变化以及促进山区可持续开发的生态服务功能发展都具有重要意义。     

土壤有机碳储量、影响因素及其环境效应的研究进展

土壤有机碳储量、分布及其转化在陆地碳循环中起着重要的作用。本文对国内外土壤有机碳贮量研究的意义、主要方法和结论,以及影响有机碳贮量的因素,包括温度和降雨等自然因素、土地利用/覆盖变化等人为因素以及大气CO²浓度上升与土壤有机碳之间的反馈作用等方面的国内外研究进展进行了综述,介绍了土壤有机碳变化对土壤质量和环境质量的影响以及土壤碳截存对策的有关研究概况。     

内蒙古乌梁素海湿地土壤有机碳组成与碳储量

2013年5月,在乌梁素海湿地的明水区、湖中芦苇(Phragmites australis)区、人工芦苇区(弃耕26 a)和弃耕芦苇区(弃耕3 a),采集0~40 cm深度的土壤(或沉积物)样品,研究土壤的有机碳组成[颗粒有机碳(POC)和矿质结合有机碳(MOC)]和碳储量。乌梁素海明水区的平均水深1~3 m,生长着沉水植物;湖中芦苇区水深约1 m,自然生长着野生芦苇,常年淹水;弃耕芦苇区为2011年农田退耕后形成的芦苇沼泽,季节性淹水;人工芦苇区的芦苇于1988年种植,季节性淹水。结果表明,明水区和湖中芦苇区表层土壤(0~10 cm深度)的总有机碳含量(15 g/kg)明显高于弃耕芦苇区[(2.60±0.33)g/kg]和人工芦苇区[(6.29±0.75)g/kg]。随着土壤深度的增加,人工芦苇区、明水区和湖中芦苇区土壤的总有机碳(TOC)含量都在减少。弃耕芦苇区各深度土壤的总有机碳和颗粒有机碳含量都相对最低。湖中芦苇区表层土壤的颗粒有机碳含量[(6.96±3.02)g/kg]最高,并且随着土壤深度的增加,其颗粒有机碳含量减少最快。除弃耕芦苇区外,其他采样区土壤(沉积物)的矿质结合有机碳含量都随着土壤深度的增加而减少,且在10~20 cm深度变化最明显,与颗粒有机碳含量垂直变化相似。明水区沉积物的颗粒有机碳含量占总有机碳含量的比例相对较低,表明其碳库最稳定。各采样区土壤(沉积物)不同组分有机碳含量与有机氮含量显著线性相关,TOC/TON、POC/PON和MOC/MON平均值分别为11.0、12.8和10.2。明水区沉积物总有机碳的储量最高(3.93 kg/m2),其次为湖中芦苇区(3.48 kg/m2)和人工芦苇区(3.18 kg/m2),弃耕芦苇区土壤总有机碳的储量仅为1.87 kg/m2。各采样区土壤(沉积物)的矿质结合有机碳储量都占较大比例,分别为80.2%(明水区)、67.9%(湖中芦苇区)、78.3%(人工芦苇区)和68.8%(弃耕芦苇区)。如果沼泽化导致明水区退化为芦苇沼泽,乌梁素海湿地的碳库损失将达到0.45 kg/m2。     

高寒草甸土壤有机碳储量及其垂直分布特征

青藏高原是全球变化的敏感区。高寒草甸草原是青藏高原上最主要的放牧利用草地资源之一。选择青藏高原东北隅海北站内具有代表性的高寒草甸土壤进行高分辨率采样,测定土壤根系和有机碳含量。研究得出,青藏高原高寒草甸土壤贮存有巨大的根系生物量 (23544.60 kg ha^-1~27947 kg ha^-1) 和土壤有机碳 (21.52 GtC);自然土壤表层 (0~10 cm) 储存了整个剖面土壤有机碳总量的30%左右。比较发现,高寒草甸土壤的有机碳平均贮存量 (23.17×10⁴ kgCha^-1) (0~60 cm) 较相应深度的热带森林土壤、灌丛土壤和草地土壤的有机碳贮存量高约1~5倍多。在全球碳预算研究中,青藏高原高寒草甸土壤有机碳库不可忽视。随着全球变暖,表层土壤有机碳分解释放的CO₂将增加。为了减少高寒草甸生态系统的碳排放,应加强高寒草甸土壤地表覆被的保护,合理种植深根系植物。这对减缓全球大气CO₂浓度升高的速率以及可持续开发高寒草甸的生态服务功能都具有重要意义。     

科尔沁沙地的土地利用与沙漠化

根据1985年和2000年的土地利用数据和从相同时期的TM影象上提取的土地沙漠化数据, 运用ARC/INFO软件和Access统计软件, 分析科尔沁沙地近20a来土地利用和沙漠化土地的构成及变化特点、土地利用与土地沙漠化之间的关系得出: 草地和耕地是土地利用的主要类型, 未利用地面积较大, 其他利用类型面积较小; 15a来, 耕地和林地增加幅度最大, 草地减少幅度最大, 土地利用转移的主要方向是草地变为耕地和林地。科尔沁沙地沙漠化土地比例大, 占一半左右, 以中度类型为主; 变化趋势是沙漠化面积增加, 程度减轻。在持续强度利用条件下, 面积广大的草地和耕地发生退化, 由潜在沙漠化土地发展为轻度和中度为主的沙漠化土地; 而土地利用方式变化所形成的沙漠化土地面积较小, 在新增沙漠化土地中的比例亦很小。所以, 草地、耕地等土地利用强度的增大是沙漠化土地面积扩大的最主要原因, 而土地利用方式的改变则能加快土地沙漠化的进程。     

Comparison of soil physico-chemical properties under different land-use and cover types in northeastern China's Horqin Sandy Land

The Horqin Sandy Land of northeastern China was originally a grassland with plenty of water and lush vegetation dominated by palatable grass species along with sparsely scattered woody species. However, it has experienced severe desertification in recent decades due to its fragile ecology together with inappropriate human activities. Currently, the landscape of the Horqin Sandy Land is dominated by irrigated croplands and sand dunes with different degrees of vegetation cover, as the region has become the most important part of the semiarid agro-pastoral ecotone of northern China. In this study, we compared soil physical and chemical properties under different land-use and cover types (irrigated cropland, rainfed cropland, sandy grassland, fixed dunes, and mobile dunes). We found that soil particle size distribution; organic C, total N, and total mineral element, microelement, and available microelement and nutrient contents; pH; CEC; and bulk density differed significantly among the land-use and cover types. In general, soil quality was highest in the cropland, intermediate in the sandy grassland, and lowest in the dunes. The most important soil quality attribute, soil organic carbon (SOC) storage, decreased in the following order: irrigated cropland (5,699 g/m²) > sandy grassland (3,390 g/m²) > rainfed cropland (2,411 g/m²) > fixed dunes (821 g/m²) > mobile dunes (463 g/m²). SOC was significantly positively correlated with a large proportion of the other soil physico-chemical parameters. Our results suggest that the key issue in restoration of the degraded soils will be to increase SOC storage, which would also create a high potential for sequestering soil C in desertified areas of the Horqin Sandy Land.     

科尔沁沙地荒漠化土地初析

应用1996年TM卫星影像资料得出,科尔沁沙地中心地区荒漠化土地占总土地面积的34.02%,以风蚀荒漠化土地为主。各种荒漠化土地在14个旗(县)的分布不同,按严重程度划分为重度荒漠化地区、中度荒漠化地区和轻度荒漠化地区。对历史时期和近期的分析表明,科尔沁沙地荒漠化土地产生和扩展的根本原因是过度开垦。     

内蒙古高原浑善达克沙地区土地利用与覆被变化及退化趋势

浑善达克沙地及其周边地区是我国北方沙尘暴多发区之一,该区的土地利用与覆被变化反映了一系列的环境与社会经济问题。基于卫星遥感信息和空间数据处理技术,并结合地面实地调查资料、气象观测和社会经济数据,得出了20世纪80年代末至90年代末这一地区土地利用与覆被变化情况。结果表明:耕地、建设用地和未利用地明显增加,草地和水域减少,变化面积最大的是草地,有944.42 km2的草地转变为其他用地类型;从变化速率来看,最快的是建设用地,增加了19.8%,其次是耕地,增加10.2%。土地利用转变的主要类型是草地向耕地和未利用地的转变,及耕地向建设用地的转变;呈退化趋势的土地面积近3倍于恢复土地面积。就土地利用与覆被变化的社会经济背景进行了深入分析。     

科尔沁沙地土地利用与耕作方式对土壤风蚀的影响

土壤风蚀造成的直接生态后果是土地资源的退化。在春播前两次沙尘暴事件中,对科尔沁沙地几种具有代表性的土地类型的土壤风蚀量及土壤特性进行了野外测定、分析,结果表明:(1)在同一沙尘暴天气下,由于土地利用和耕作方式的不同,土壤风蚀量存在着差异,新垦农地和翻耕农地的风蚀量显著高于未垦草地、免耕农地和麻黄地;免耕农地则与未垦草地的风蚀量相差不大,风蚀危害较轻;麻黄地几乎不受风蚀侵害。新垦农地、翻耕农地、免耕农地、未垦草地、麻黄地两次观测的土壤风蚀量平均值依次为24.59、15.60、2.26、1.46和0.22 g/h.cm2。(2)基于土壤特性计算的土壤退化指数结果表明,新垦农地和翻耕农地发生了较为严重的退化。     

科尔沁沙地持续放牧和不同强度放牧后封育草场中生物结皮生物量和土壤因子的变化

通过对科尔沁沙地放牧后封育样地和放牧样地生物结皮生物量的研究,探讨了不同样地生物结皮生物量的变化规律及其与环境因子的相互关系。结果表明,封育样地藓类和藻类植物的生物量显著高于放牧样地;在封育样地内,轻度、中度放牧封育区显著高于重度放牧封育区（P＜0.05）。封育样地生物结皮的土壤微生物量碳、氮含量高于放牧样地,并且各样区藓结皮土壤微生物量碳、氮含量显著高于藻结皮（P＜0.05）。在封育样地内表现为轻度、中度放牧封育区土壤微生物量碳、氮含量较高,重度放牧封育区含量较低,体现出不同强度放牧封育停牧后对土壤微生物量碳、氮影响的滞后效应。藻类植物的生物量与结皮厚度、有机质含量和粉黏粒呈极显著正相关（P＜0.01）,与细沙呈显著正相关（P＜0.05）,与粗沙呈极显著负相关（P＜0.01）。藓类植物的生物量与结皮厚度、有机质含量、粉黏粒呈显著正相关（P＜0.05）,与粗沙呈负相关,但不显著。藻类植物的生物量与土壤因子之间的相关性更为密切。     

Vertical distribution of Artemisia halodendron root system in relation to soil properties in Horqin Sandy Land, NE China

Root distribution plays an important role in both vegetation establishment and restoration of degraded land through influencing soil property and vegetation growth. Root distribution at 0~60 cm depth of A. halodendron was investigated in Horqin Sandy Land. Soil organic carbon (SOC) and nitrogen (SN) concentration as well as carbon and nitrogen in root biomass and necromass were measured. Root length density (RLD) was estimated. Total root biomass, necromass and the RLD at 0~60 cm depth was 172 g/m², 245 g/m², and 368 m/m², respectively. Both biomass and necromass of A. halodendron roots decreased with soil depth, live roots were mainly at 0~20 cm (76% of biomass and 63% of root length), while 73% of the necromass was within 0~30 cm depth. N concentration of roots (biomass and necromass) was about 1.0% and 1.5%, respectively. There were significant differences in SOC concentration between soil layers, but insignificant for SN. Soil C/N ratio decreased with depth (P<0.05). C and N storage for belowground system at 0~60 cm decreased markedly with depth; 41.4% of C and 31.7% of N were allocated to the 0~10 cm layer. Root bio- and necromass together contained similar amount of C to that of the soil itself in the top layer. N stock was dominated by soil nitrogen at all depths, but more so in deeper layers. It is clear that differentiating between soil layers will aid in interpreting A. halodendron efficiency in soil restoration in sandy land.     

科尔沁沙地沙丘-草甸相间地土壤颗粒的分形特征

选择科尔沁沙地典型沙丘-草甸相间地为研究区,利用土壤颗粒的体积分形模型计算了研究区49个采样点土壤颗粒的分形维数,并建立了分形维数与土壤颗粒不同粒级间的相关关系,以探讨半干旱寒冷地区土壤颗粒的分形特征与土壤物理性质以及养分含量之间的关系。结果表明:(1)研究区土壤颗粒的分形维数为1.33~2.50,变幅较大,且呈现出自中部的草甸、农田地带向南、北方向的沙丘地带递减的趋势;土壤颗粒的体积分形维数依照流动沙丘-半流动半固定沙丘-固定沙丘-农田-草甸的顺序而递增。(2)土壤颗粒的分形维数与黏粒、粉粒含量显著正相关,与砂粒含量显著负相关,且表现出明显的对数关系。100 μm是影响土壤颗粒分形维数变化的分界粒径,大于该粒径的颗粒含量越高,土壤颗粒的分形维数越小;反之越大。(3)分形维数与土壤养分含量相关显著,土壤颗粒的分形维数与电导率、pH值及有机质、全氮、全磷含量均显著正相关,但与全钾含量负相关。在分形维数大于2时,基本与土壤饱和含水率正相关、与干容重负相关。     

近6 ka以来科尔沁沙地东部气候变化记录

 根据科尔沁沙地东部TL剖面磁化率、有机质、化学元素等气候代用指标的变化特征和14C测年结果,分析和讨论了科尔沁沙地6 ka BP以来的气候变化过程。实验数据显示,高频磁化率、低频磁化率、有机质、Al2O3含量变化趋势基本一致,且峰值段对应古土壤层,谷值段对应风成砂层。依据气候代用指标的变化将6 ka BP以来科尔沁沙地气候变化分为3个阶段：Ⅰ.6.0～4.2 ka BP,气候暖湿,夏季风逐渐增强,并占主导,冬季风较弱,与全新世大暖期对应,但存在百年尺度的气候波动,其中：6.0～5.6 ka BP,5.6～5.4 ka BP,4.9～4.2 ka BP气候暖湿;5.6～5.5 ka BP,5.4～4.9 ka BP气候相对冷干。Ⅱ.4.2～1.3 ka BP,气候相对暖湿,与上一阶段相比夏季风有所减弱,但仍强于冬季风,其间也存在次一级波动,3.7～3.6 ka BP,3.4～1.3 ka BP,气候相对暖湿,4.2～3.7 ka BP,3.6～3.4 ka BP气候相对干冷。Ⅲ.1.3～0.65 ka BP以来,气候波动频繁,后期有向暖湿发展的趋势。总体而言,区域气候变化与全球具有较好的一致性。