水蚀环境植被恢复对土壤有机碳固存和团聚体稳定的影响：Meta分析

为明确水蚀环境不同条件下植被恢复策略对土壤固碳和团聚体稳定性的影响差异,通过搜集91篇论文的实验数据,以农田(或裸地)为对照,基于Meta分析评估土壤有机碳(SOC)储量和团聚体稳定性对水蚀环境退耕还林/还草措施的响应.结果表明：(1)退耕还林/还草均有利于提高SOC储量,改善土壤团聚体稳定性,但两者的优势功能存在差异,还林的固碳效应强于还草,而还草对增强团聚体稳定性的作用更强.(2)多因素Meta分析表明显著影响SOC的因素有：恢复年份、土壤黏粒含量、植被覆盖度、年平均降雨(MAP)、年平均气温(MAT)和土壤深度.其中植被恢复对SOC储量的正向效应随着植被覆盖率增加而提高;草地恢复在土壤黏粒含量为20%～32%下对SOC储量的提高效应更显著,在MAP>800 mm或MAT<15℃条件下更易促进草地固碳效应,不同恢复年限下的草地固碳效应无显著变化;而林地恢复在土壤黏粒含量>32%下对SOC储量的提高效应更显著,气候条件对林地SOC储量无限制性影响,林地恢复下的SOC储量与恢复年限间存在正向效应.(3)植被恢复在黏粒含量为20%～32%时对平均重量直径(MWD)和平均...     

植被恢复对侵蚀型红壤碳吸存及活性有机碳的影响

依托江西水土保持生态科技园,研究了侵蚀型红壤退化裸地恢复为百喜草地、柑橘果园和湿地松林后,0~100 cm深度范围内不同土层(0~10、>10~20、>20~40、>40~70和>70~100 cm)中w(TOC)(TOC为总有机碳)以及表层(0~40 cm)土壤中活性有机碳组分含量的变化. 结果表明:①退化裸地土壤中w(TOC)和有机碳库储量分别仅为4.73 g/kg和48.41 t/hm2,均处于较低水平,w(TOC)的垂直分布特征也不明显;恢复为百喜草地和柑橘园后,w(TOC)分别增至7.08和7.69 g/kg,有机碳库储量分别增至55.09和70.78 t/hm2,并且植被恢复对表层土壤中w(TOC)影响显著,而对深层(>40 cm)土壤影响有限. ②以退化裸地为对照,百喜草地和柑橘果园土壤碳吸存量分别为6.68和22.36 t/hm2,平均碳吸存速率分别为0.51和1.72 t/(hm2·a);以保存较好的湿地松林为参照,退化裸地、百喜草地和柑橘果园土壤碳吸存潜力分别为23.71、17.03和1.34 t/hm2,说明严重侵蚀地的碳吸存潜力巨大. ③侵蚀型红壤退化裸地的植被恢复可积极促进表层土壤中DOC(水溶性有机碳)、MBC(微生物生物量碳)和POC(颗粒有机碳)的积累,同时该影响存在表聚效应,即植被恢复后土壤表层中活性有机碳组分含量在w(TOC)中所占比例增大.      

滇黔桂地区土壤有机碳储量与影响因素研究

土壤有机碳(SOC)库在陆地生态系统中具有重要作用.由于土壤剖面数量和采用的土壤图比例尺等的限制,目前土壤有机碳库估箅尚存在很大不确定性.为了提高SOC库估算的精确性,利用798个土壤剖面及1:50万土壤图估算了滇黔桂地区(云南省、贵州省和广西壮族自治区)的SOC储量,并采用逐步回归分析和通径分析方法分析了影响SOC密度的主要因子.结果表明,滇黔桂地区表土层(0-20 cm)和土壤剖面(0-100 cm)的SOC储量分别为4.39 Pg和10.91 Pg;SOC密度分别为56.2Mg·hm-2和139.8 Mg·hm-2.高于全国平均水平.环境因子(海拔、经度、纬度、气温和降雨)、成土母质和土地利用方式对表土层和土壤剖面SOC密度变异性的解释度分别为37.9%和30.7%;环境因子为影响SOC密度的主要因子.环境因子中.气温对SOC密度的影响大干降雨,其中气温和降雨的变化分别主要由海拔和纬度的变化引起的.除气温和降雨外,还有其它随海拔或经纬度而变化的因子也对SOC密度产生显著影响,这种影响要大于降雨的影响.     

植被对黄土高原沟壑区坡地土壤有机碳的影响

选取高原沟壑区王东沟流域内典型的治理坡段,研究不同植被条件下土壤有机碳、氮的含量变化和坡面分布特征。结果表明:与荒草(白羊草)群落相比,油松群落条件下,土壤有机碳含量提高9.3%(P>0.05),而果园土壤有机碳含量降低40.1%(P<0.05)。沙棘、侧柏和刺槐群落下,土壤有机碳含量虽低于荒草群落,但尚未达到显著水平(P>0.05)。果园和刺槐群落下坡面有机碳变化趋势不明显;杏树群落下表现为坡中部含量高,上部和下部低;白羊草群落下坡面有机碳含量从上到下逐渐增加。不同植被条件下土壤全氮与土壤有机碳存在极显著(R²=0.925)的相关关系。     

安徽滁州地区土壤有机碳储量分布特征研究

利用多目标区域土壤地球化学调查取得的土壤地球化学数据及安徽省第二次土壤普查数据对滁州地区土壤有机碳储量分布特征、有机碳密度及有机碳储量时空变化规律等问题进行了研究。结果表明滁州地区近30年间土壤有机碳储量减少了8.39Mt。区内大部分地区土壤碳储量表现出"碳源"效应,仅局部地区呈现出"碳汇"效应。滁州地区0～0.2m表层土层有机碳储量为53.74Mt,有机碳密度平均为3.42kg/m2,略低于全国平均水平。滁州地区0～1.8m表层土层中,72%的土壤有机碳储量赋存于0～1.0m土壤中。通过对滁州地区不同统计单元的中层土壤有机碳储量及密度的分析,系统查明了土壤有机碳的分布特征,为土壤碳循环研究提供了参考依据。     

植被类型对黄土丘陵区流域土壤有机碳氮的影响

恢复植被是遏止水土流失和提高土壤有机碳氮(SOC,TSN)积累的重要措施。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域为基础,分析了主要植被类型的SOC,TSN变化及其分布特征。结果表明,自然恢复的辽东栎群落SOC含量为29.5g/kg,其次为黄刺玫,狼牙刺群落11.6～21.3g/kg,铁杆蒿(+长芒草)群落为8.4～10.6g/kg。人工建造的刺槐林5.53～11.9g/kg,小叶杨12.8～18.4g/kg,沙棘群落为8.7g/kg,仁用杏为4.7g/kg,苹果园SOC含量3.4～3.9g/kg,退耕苜蓿为4.2g/kg,耕地3.3～4.8g/kg。自然恢复的灌丛群落和人工乔木群落可有效地改变坡面SOC含量与分布。土壤有机碳氮具有显著线性关系,而C/N比例和作用区间随着农田到林地的演变而变大。     

2000-2009年芜湖市LUCC对植被碳储量的影响

LUCC是影响陆地植被碳循环的重要因子之一。采用2000、2005和2009年3期遥感影像解译及运用GIS技术提取芜湖市2000-2009年的土地利用变化数据,根据前人对植被NPP的研究成果,计算芜湖市土地利用变化对生态系统中植被碳储量的影响。结果表明:在2000-2005年,耕地大量转化为林地、草地大量转化为耕地等使其植被碳储量净增加了4.43×103～22.14×103t;2005年-2009年,林地大量的转移为耕地、建筑用地,耕地转为水域、建设用地等使其植被碳储量净减少了72.34×103～289.38×103t。研究结果显示,芜湖市植被碳储量总体呈减少趋势,且林地是影响芜湖市植被碳储量的主要因素。     

生物炭对农田土壤-植物系统有机碳储量的影响

为探究生物炭对农田土壤有机碳储量以及作物固碳量的作用效应,在长江中下游地区地带性土壤黄棕壤上设置田间小区试验,采用玉米-小麦轮作方式,在不同生物炭用量[0.0 kg/(m~2·a)-(CK)、0.5 kg/(m~2·a)-(BC1)、4.5 kg/(m~2·a)-(BC2)]条件下,对土壤有机碳含量、作物生物量、作物光合固碳量等指标进行了测定分析,并估算了试验条件下农田土壤-植物系统有机碳储量。结果表明:(1)在0~20cm土层,BC2处理两季玉米收获时的土壤有机碳储量(3.72和3.77 kg/m~2)分别比CK处理增加18.93%和19.23%。小麦季BC2的土壤有机碳储量达3.43 kg/m~2,也比CK增加了12.83%。BC1处理比CK虽有增加,但未形成显著差异。土壤有机碳含量是土壤有机碳储量增加的基础。(2)两季玉米收获时其BC1处理的单株固碳量未显著高于对照,BC2处理的玉米单株固碳量(80.06和80.69 g/株)则分别比对照提高6.46%和7.16%。在小麦季,2个生物炭处理的植株单株固碳量均高于对照,尤以BC2处理较为突出,其单株固碳量达到3.06 g/株,比对照显著提高16.17%。作物生物量对植株单株固碳量有显著贡献。(3)就土壤-植物系统有机碳储量而言,BC2处理下,在两季玉米收获时该值分别为4.42和4.50 kg/m~2,显著高于CK处理,增幅达16.75%和17.09%。小麦季BC2处理的土壤-植物系统有机碳储量也达到了3.70 kg/m~2,比CK显著提高13.07%。在三季作物中,土壤有机碳储量占整个土壤-植物系统有机碳储量的80%~93%,土壤是农田生态系统碳增汇的主要来源,减少土壤碳排放可以使整个农田生态系统固定更多的碳。     

环太湖地区土地利用变化对植被碳储量的影响

土地利用变化是影响陆地生态系统碳储量变化的重要驱动因素。利用1980、1990和2005年三期遥感影像解译并提取了环太湖地区1980～2005年的土地利用变化数据,根据《IPCC2006年国家温室气体排放清单指南》提供的方法,计算了环太湖地区土地利用变化对生态系统中植被碳储量的影响,并将计算结果与国内相关研究进行了对比分析。主要结论如下：①1980~1990年耕地、林地及草地分别净减少了223.26、1182.50和178.90km²,其中耕地主要转出为林地与建设用地,转入来源为林地、草地及未利用地,草地主要转出为耕地、林地及建设用地,其他地类之间转化较小;1990~2005年耕地及林地净减少了5929.51、1381.94km²,草地面积则增加了1270.47km²,其中耕地、林地转出涉及所有地类,耕地转入来源则主要是水域、林地及未利用地,林地转入主要是耕地、草地等,草地转入则涉及所有地类。②IPCC方法计算1980~1990年土地利用变化导致植被碳储量净减少642171.27Mg,1990~2005年植被碳储量净减少了683125.18Mg。③通过对比发现,IPCC方法计算结果与国内相关研究在植被碳储量变化趋势上基本一致,但存在一定的数值误差,建议研究编制适合国情的中国温室气体排放清单指南。     

不同植被恢复模式对土壤有机碳分子结构及其稳定性的影响

为揭示不同植被恢复模式对土壤有机碳分子结构及其稳定性的影响机理,分别在浙江凤阳山国家级自然保护区的石梁岙和凤阳湖设置样地,采用13C核磁共振技术分析常绿阔叶林与杉木林、柳杉林与针阔混交林全土和不同粒级(0~0.5、>0.5~2.0、>2.0~5.0、>5.0 mm)土壤团聚体中有机碳的质量分数及其分子结构特征. 结果表明:①常绿阔叶林0~20 cm层全土w(有机碳)(12.84 g/kg)显著高于杉木林(9.98 g/kg),柳杉林(13.93 g/kg)显著高于针阔混交林(11.54 g/kg) (P<0.05). 不同植被恢复模式下,土壤团聚体w(有机碳)总体上均随着粒径的增大呈降低趋势. ②与杉木林相比,常绿阔叶林全土有机碳中w(烷氧碳)较高,w(烷基碳)、w(芳香碳)、w(烷基碳)/w(烷氧碳)、w(疏水碳)/w(亲水碳)则较低,显示常绿阔叶林全土有机碳稳定性较差;与针阔混交林相比,柳杉林全土有机碳中w(烷基碳)、w(烷基碳)/w(烷氧碳)、w(疏水碳)/w(亲水碳)较高,w(烷氧碳)则较低,显示柳杉林全土有机碳稳定性较好. 与0~20 cm层相比,不同植被恢复模式下>20~40 cm层全土w(烷氧碳)均明显降低,w(烷基碳)、w(烷基碳)/w(烷氧碳)、w(疏水碳)/w(亲水碳)均明显升高,有机碳稳定性变好. ③随着粒径的增大,不同植被恢复模式下土壤团聚体的w(烷基碳)、w(烷基碳)/w(烷氧碳)、w(疏水碳)/w(亲水碳)均呈降低趋势,w(烷氧碳)均呈升高趋势,说明团聚体结合的有机碳稳定性逐渐变差. 研究显示,不同植被恢复模式下的不同树种组成是影响土壤有机碳质量分数及其分子结构、稳定性差异的主要因素.      

植被重建下煤矿排土场土壤熟化过程中碳储量变化

植被重建是治理因露天煤矿的开采而形成的大面积排土场行之有效的措施,了解植被重建模式对排土场土壤有机碳(SOC)储量的影响是筛选植被治理措施的重要因子.在内蒙古准格尔旗黑岱沟露天煤矿,选取15 a治理排土场中5种植被重建模式(自然恢复地、草地、灌木林、乔灌混交林、乔木林),16种植被配置类型,采集土壤剖面(0~100 cm)样品408个,研究不同重建模式下SOC储量的变化.结果表明:1治理排土场植被重建模式显著影响剖面SOC含量与分布(P<0.05),表层0~10 cm SOC呈草地>灌木>乔木>乔灌混交林>自然恢复地;全氮(TN)也呈相似的变化特征.2植被配置类型中,苜蓿地0~10 cm的SOC含量(5.71 g·kg-1)和TN含量(0.49 g·kg-1)均最高,比自然恢复地分别高166.7%和171.3%,且是沙棘、紫穗槐+油松、香花槐的两倍左右.3植被重建对SOC影响深度主要集中在0~20 cm,而对TN的影响可达40 cm.4与新建排土场相比,植被重建后,草地、灌木地和乔木地0~100 cm碳储量分别增加了15.47、6.93和6.95 t·hm-2,但仅相当于原地貌水平的2/3、1/2和1/2.植被重建表现出碳汇效应和巨大的固碳能力.从土壤固碳的角度考虑,建议植被重建模式以草地为主,植被类型优先考虑苜蓿.     

喀斯特地区植被恢复下土壤活性有机碳与碳库管理指数的演变特征

植被恢复通过改变碳输入和转化速率,影响陆地生态系统的碳循环.为探明喀斯特地区植被恢复过程中土壤活性有机碳组分与碳库管理指数的演变特征,以喀斯特地区草地序列（5、10、15和20 a）、灌木序列（5、10、15和20 a）和园地序列（5、10和15 a）土壤为研究对象,以相邻农田为对照（CK）,分析了不同植被恢复年限对土壤有机碳（SOC）、易氧化有机碳（ROC₃₃₃、ROC₁₆₇和ROC₃₃,即能被333、167和33 mmol·L^-1 KMnO₄氧化的土壤活性有机碳）、微生物量碳（MBC）、溶解性有机碳（DOC）及碳库管理指数（CPMI）演变的影响.结果表明,与CK相比,0~40 cm土层草地、灌木和园地序列平均SOC含量分别增加了70.77%、114.40%和50.17%.在0~20 cm土层,随恢复年限增加,草地序列和园地序列的SOC含量呈先升后降势态,灌木序列呈先升后降再升势态,ROC₃₃₃、ROC₁₆₇和ROC₃₃与对应序列的SOC变化势态一致;在20~40 cm土层,各序列的ROC₃₃₃、ROC₁₆₇和ROC₃₃与对应序列的SOC的变化势态不一致.在0~40 cm土层,草地序列MBC含量呈先降后升再降势态,各土层MBC最大值均在G15;灌木序列在0~10 cm土层为先升后降再升势态,在10~40 cm土层为先升后降势态;园地序列在0~30 cm土层为先升后降势态,在30~40 cm土层为逐渐升高势态.3个序列K_os大致呈先降后升再降势态,L和LI与K_os相反;CPI呈先升后降势态;草地和园地序列的碳库管理指数（CPMI）呈先升后降势态,而灌木序列CPMI的则呈先升后降再升势态.SOC、ROC₃₃₃、ROC₁₆₇、ROC₃₃和MBC含量及K_os的年增长量大小为：灌木>草地>园地,DOC和CPMI的年增长量大小为：园地>草地>灌木.3个序列SOC及其组分含量均总体随土层增加而降低,具有明显的表聚性.冗余分析结果显示碱解氮（AN）是影响喀斯特地区植被恢复下土壤活性有机碳组分和土壤有机碳库的主要环境因子.综上,土壤活性有机碳组分和CPMI随植被恢复时间发生演变,不同植被恢复均能一定程度地提高喀斯特地区SOC及其组分含量,灌木恢复促进SOC的积累.     

长期秸秆还田对塿土耕层土壤有机碳库的影响

在关中平原塿土(土垫旱耕人为土)上施用化肥的条件下,进行不同用量玉米秸秆直接还田(低秸9 375 kg·hm^-2,中秸18 750 kg·hm^-2,高秸37 500 kg·hm^-2)、间接还田(厩肥,37 500 kg·hm^-2)的长期定位试验21 a,观测和分析了耕层土壤有机碳的储量及氧化稳定性等的变化。结果显示,与单施化肥相比,秸秆直接或间接还田均可显著提高土壤有机碳含量,耕层土壤有机碳储量分别增加了12%(低秸)、24%(中秸)、41%(高秸)和39%(厩肥)。施用秸秆和厩肥21 a,土壤有机碳累积系数平均分别为5.6%和7.2%。秸秆直接还田和厩肥均使土壤有机碳的氧化稳定性降低,胡敏酸的能态升高且保持相对稳定。以上结果表明,秸秆直接或间接还田不仅能显著提高土壤有机碳储量,也能明显改善土壤有机碳的活性和质量,是提高农田固碳能力、促进农业可持续性的重要措施。     

退耕对土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响

采用野外调查与室内分析相结合的方法,就退耕对土壤团聚体的稳定性及其有机碳分布的影响进行了研究。结果表明:①干筛处理下各种退耕方式土壤团聚体均以＞5 mm粒径为主,总体随粒径的减小呈先降低后增加再降低的趋势;湿筛处理下土壤团聚体以＜0.25 mm粒径为主,总体随粒径的减小呈先降低后增加的趋势。②干筛处理下,不同退耕方式的团聚体平均重量直径和平均几何直径在0~20 cm土层表现为:退耕还林＞退耕撂荒＞退耕还茶,在20~40 cm土层却表现为相反的变化特征;湿筛处理下,不同退耕方式的团聚体平均重量直径和平均几何直径在0~20 cm土层表现为:退耕还林＞退耕还茶＞退耕撂荒,在20~40 cm土层却表现为:退耕还茶＞退耕还林＞退耕撂荒。③3种退耕方式0~20 cm土层各个粒径团聚体有机碳含量基本高于20~40 cm,且随着土壤粒径的减小,土壤团聚体中有机碳含量总体呈逐渐减低的变化趋势;0~20 cm土层,退耕还茶地土壤团聚体中有机碳含量最高,20~40 cm土层,退耕撂荒地土壤团聚体中有机碳含量最高。     

黑岱沟露天煤矿排土场不同植被复垦土壤酶活性及理化性质研究

以黑岱沟露天煤矿排土场不同植被恢复方式下复垦土壤为研究对象,主要分析了沙棘、紫穗槐、杨树和沙棘杨树混交林以及玉米这5种人工植被下土壤的基本理化性质和蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶这3种水解酶的活性,并通过简单相关分析和通径分析研究了土壤基本理化性质与酶活性之间的相关关系,揭示了不同植被恢复下土壤酶活性差异的驱动因子,为该区复垦植物的选择及复垦效果评价提供科学合理的建议与参考.结果表明:15种人工植被恢复下排土场土壤基本理化性质得到改善,土壤酶活性有一定提高,但仍未达到天然草地的水平;2沙棘的有机碳和全氮含量最接近草地,达到草地的54.22%和70.00%,且其容重比最大容重紫穗槐的低17.09%,表现出复垦优势;与沙棘林相比,杨树林的土壤有机碳和全氮比沙棘分别低35.64%和32.14%,容重比沙棘林高16.79%;3不同植被间土壤碱性磷酸酶活性差异不大,而土壤脲酶活性能更敏感地反映不同植被恢复对土壤性质的影响.4排土场复垦土壤有机碳和全氮含量的提高,是排土场肥力恢复和生物活性提高的主要原因.     

丛枝菌根真菌在不同类型煤矸石山植被恢复中的作用

采用温室盆栽试验的方法,研究了接种丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)、真菌Glomus etunicatum(GE)和Glomus versiforme(GV)对新排、风化和自燃这3种类型煤矸石上玉米(Zea mays L.)生长、矿质营养吸收、C∶N∶P生态化学计量比、重金属吸收的影响,旨在为草原生态系统煤矸石废弃地的生态重建和植被恢复提供技术依据.结果表明,在3种煤矸石上2种AM真菌均与玉米成功建立了互惠共生关系,平均菌根侵染率为36%~54%.接种GE和GV均显著增加了新排和风化煤矸石上玉米植株的干重,接种GV显著增加了自燃煤矸石上玉米植株的干重;接种AM真菌不同程度促进了玉米对N、P和K的吸收,降低了C∶N∶P计量比,符合生长速率假设;接种对植株地上部和根部重金属Cu、Fe、Mn、Zn浓度的影响存在显著的差异.结果表明,GE和GV在3种类型的煤矸石上表现出了不同的菌根效应,GV更适于新排煤矸石和风化煤矸石的植被恢复,GE更适于自燃煤矸石的植被恢复.试验初步证明AM真菌对于增强玉米适应不同类型煤矸石复合逆境,以及在草原生态系统不同类型煤矸石废弃地上重建植被均具有一定潜在的作用,应进一步验证野外自然条件下AM真菌对不同类型煤矸石山的实际作用效果.