陕北水蚀风蚀交错区生物结皮对土壤酶活性及养分含量的影响

论文以陕北水蚀风蚀交错区六道沟小流域的生物结皮为对象,研究分析了其对土壤酶活性和土壤养分特征的影响。结果表明:生物结皮对土壤酶活性和土壤养分的影响主要体现在结皮层。结皮层的土壤脲酶和过氧化氢酶活性分别为下层(0～2 cm)土壤的1.56和1.31倍,碱性磷酸酶活性提高幅度最大,为结皮下层的3.72倍;生物结皮能显著提高结皮层土壤有机质、全氮及速效氮含量(P0.05),研究中结皮层土壤有机质、全氮、速效氮含量分别为15.67 g.kg-1、0.65 g.kg-1和22.51 mg.kg-1,而其下0～2 cm层土壤则分别为5.54 g.kg-1、0.30 g.kg-1和14.6 mg.kg-1;生物结皮对土壤速效磷和速效钾的影响不明显(P0.05);生物结皮层土壤pH值为8.08,低于其下0～2 cm层土壤(pH值为8.32,P0.05)。总之,生物结皮的形成和发育可以改善表层土壤的生物化学性质,对该区植被的恢复与重建具有积极意义。     

黄土丘陵区生物结皮对土壤物理属性的影响

生物结皮在干旱、半干旱地区广泛发育。迄今,有关生物结皮发育过程中土壤物理属性的响应仍不明确。论文采用野外调查与室内分析相结合的方法,定量研究不同生物量生物结皮对土壤物理属性的影响。结果表明:①生物结皮的发育能够细化土壤,当生物结皮由初期藻结皮演替至60%~80%苔藓结皮时(5等级),生物结皮层粗砂粒含量降低了86%;②随着生物结皮生物量的增加,生物结皮层土壤容重和硬度较初期分别降低了15%和68%,田间持水量和孔隙度分别增加了36%和14%;生物结皮层粘结力是下层土壤的6~7倍;③生物结皮的发育对土壤物理属性的影响与生物量有关,当苔藓生物量达2.91±0.12 g/dm²时,其土壤物理属性基本稳定。研究结果为揭示生物结皮抗侵蚀机理提供了科学参考。     

黄土坡耕地退耕还林后土壤性质变化研究

退耕还林是治理黄土高原水土流失的根本措施。论文以退耕历史较长的黄土丘陵沟壑区安塞县为例,选取不同类型植被恢复和不同恢复年限的退耕样区,探讨了退耕还林还草对土壤理化性质的影响。结果表明,坡耕地退耕后,遭侵蚀破坏的土体构型渐趋恢复,土壤容重、pH值减小,毛管孔隙度、饱和含水量等增大;土壤有机质增加了2.75倍,碳增加了27.29%,氮增加了46.79%;而且,土壤速效养分增加的速度大于土壤全量元素增加的速度。土壤质量恢复效益最大的是刺槐林地,其次是柠条灌木地,最小的是撂荒地。混交林土壤全氮含量最高,柠条最利于铵态氮、硝态氮和亚硝态氮的积累。不同类型植被,土壤速效养分的差异比土壤全量元素间的差异明显。随恢复时间的增加,土壤结构不断得到改善,土壤有机质、全碳、全氮以及主要离子含量呈明显增加趋势,土壤速效养分增加更明显。土壤有机质在植被恢复5年以上开始明显增加,土壤碳、氮和速效养分则在10年以后增加明显。     

退耕植茶对川西低山丘陵区土壤活性有机碳组分的影响

为探讨退耕植茶对土壤活性有机碳组分的影响,选取退耕2~3年(RT 2~3)、9~10年(RT 9~10)和16~17年(RT 16~17)的茶园为研究对象,以邻近撂荒地为对照(CK),测定其土壤颗粒有机碳(POC)、微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WSOC)、可矿化有机碳(MOC)含量,并分析其分配比例随退耕植茶年限推移的变化.结果表明,POC、MBC和WSOC对退耕植茶的响应较为一致,与对照相比,退耕植茶初期(RT 2~3),各组分含量均降低,但随着植茶时间的推移,各组分含量逐渐增加,在植茶9~10或16~17年后显著高于撂荒地;退耕植茶后MOC含量显著降低,总体表现为CKRT 16~17RT 9~10RT 2~3,0~10 cm土层,RT 2~3、RT 9~10和RT 16~17土壤MOC含量分别较对照显著下降35.25%、23.89%和16.87%,10~20 cm土层中分别下降32.31%、13.09%和23.22%,20~40 cm土层中分别下降36.43%、28.79%和30.76%.植茶后,土壤活性有机碳在总有机碳中的比例整体现为0~10 cm高于20~40 cm,相较于表层土壤,深层土壤碳库的稳定性更强.退耕植茶有利于土壤肥力的保持,对提升土壤有机质水平起到积极作用,且随植茶时间的推移,土壤对碳的固持作用增强,土壤质量得到提升.     

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。     

人工生物结皮的发育演替及表土持水特性研究

为了解接种蓝藻对荒漠地区表土持水特性的改善作用,对库布齐沙漠东缘达拉特旗地区人工接种蓝藻后形成的生物结皮进行了发育演替及持水特性研究.结果表明,在人工接种荒漠蓝藻之后,藻结皮能够很快形成,并在一些微环境下藻结皮直接演替为藓结皮(接种2~3 a后).随着结皮的发育演替,表土生物量、多糖含量、厚度以及孔隙度增加,而土壤容重减小;同时,形成结皮之后表土质地也发生了明显的变化,其中沙粒含量逐渐减少,粉粒、黏粒含量增加.实验还发现随着结皮的发育演替,表土含水量与饱和持水量都呈增加的趋势,即:藓结皮>藻结皮>流沙,藻结皮中的含水量(饱和持水量)为流沙中的1.1~1.3倍,藓结皮中的含水量(饱和持水量)为流沙中的1.8~2.2倍.相关分析表明表土含水量及饱和持水量与表土生物量、多糖含量、厚度、容重、粉粒和黏粒含量呈正相关,与表土孔隙度和沙粒含量呈负相关.通过逐步回归分析发现影响含水量的主要因素为表土黏粒的含量,而影响饱和持水量的主要因素为表土孔隙度.     

天津滨海地区不同年限吹填土植被恢复与土壤理化性质变异特征

为探索滨海重盐碱地植物恢复过程中土壤理化性质的变异规律,对天津滨海新区5个不同吹填年限的围海吹填区植被特征以及土壤主要理化性质进行综合研究。结果表明:1）随着吹填年限的增加,植被群落由单一的盐地碱蓬群落向盐地碱蓬-芦苇群落及盐地碱蓬-柽柳群落演替,植被种类、植被生物量和植被盖度呈增加趋势;2）随着吹填年限的增加,理化性质发生变异的土层深度也随之增加,0~60 cm土层中土壤容重、含盐量和pH总体呈降低趋势,土壤孔隙度和有机质含量总体呈上升趋势,速效氮、速效磷和速效钾含量总体无明显规律,且有机质含量和速效氮含量均处于缺乏状态;3）相关性分析结果表明,吹填年限与植被的丰富度、植被盖度、根系深度、植被生物量、土壤总孔隙度及土壤有机质呈显著正相关,而与土壤容重、含盐量、pH、速效钾含量呈显著负相关,与土壤速效氮、速效磷含量无显著关系。上述研究表明,滨海围海吹填区土壤主要理化性质随着吹填年限呈现一定的差异和规律性,植被对于改善滨海吹填土壤理化性质具有直接影响。该研究结果可为滨海重盐碱地的生态建设工作提供参考。     

科尔沁沙地沙丘恢复过程中典型灌丛下结皮发育特征及表层土壤特性

通过野外取样和室内分析相结合,对科尔沁沙地不同沙丘典型灌丛下结皮发育及结皮下表层土壤特性进行了初步研究.结果表明,半流动沙丘的差巴嘎蒿、半固定沙丘的小叶锦鸡儿、固定沙丘的冷蒿以及固定沙丘丘底的小红柳灌丛下分别发育了物理结皮、藻、地衣及苔藓结皮,结皮的厚度、硬度、水分、＜0.05 mm粘粉粒含量、有机质、全N、全P、速效N和速效P等指标在沙丘生境中为半流动沙丘＜半固定沙丘＜固定沙丘＜固定沙丘丘底,在结皮类型中为物理结皮＜藻结皮＜地衣结皮＜苔藓结皮,各结皮间养分含量和粒径分布差异极显著(P＜0.01).结皮下层土壤的养分及细颗粒含量随结皮发育进展呈增长趋势.同一沙丘结皮下0～5 cm范围内土壤容重、粘粉粒、养分含量由表及里呈递减趋势,且均高于同层流动风沙土.在4种灌丛的7类结皮中,固定沙丘丘底的小红柳灌丛下发育的苔藓结皮及其表土的养分、细颗粒含量明显高于其它沙丘灌丛下的结皮.     

设施番茄种植年限对土壤理化性质及微生物群落的影响

为探究设施番茄种植年限对土壤理化性质和微生物群落影响,以种植1~3 a、5~7 a和>10 a的设施番茄耕层土壤为研究对象,采用常规分析方法测定土壤理化性质,采用Illumina NovaSeq高通量测序技术测定土壤微生物群落结构和多样性.结果表明,随着种植年限的延长,土壤容重和pH呈现降低趋势,最大持水量和有机质等指标逐渐增加,电导率（EC值）和全盐含量先降低后升高,显现出土壤次生盐渍化的趋势,其中土壤有机质、全氮和速效钾含量不同连作年限间差异显著（P<0.05）.土壤碱性磷酸酶在种植1~3 a与5~7 a存在显著性差异.各处理间真菌群落相对丰度存在显著性差异,Simpson指数和Shannon指数先升高后降低,Chao1指数逐渐降低;在属水平上,随种植年限的增加,链霉菌属（Streptomyces）等有益细菌群落相对丰度升高成为优势菌属;曲霉菌属（Aspergillus）和Pseudaleuria等致病真菌群落相对丰度逐渐增加成为优势菌属.冗余分析表明设施番茄种植年限与速效钾、速效氮呈显著正相关关系.研究认为,随种植年限的延长,设施番茄土壤次生盐渍化加重、氮磷钾养分累积和微生物群落失衡,导致设施番茄连作障碍.     

缙云山土地利用方式对土壤活性有机质及其碳库管理指数的影响

通过选取缙云山向阳坡同一海拔高度处的亚热带常绿阔叶林(简称林地)、坡耕地、果园和撂荒地,测定分析0~60 cm深度土壤样品有机质及3种活性有机质组分含量,从而揭示了西南地区缙云山不同土地利用方式对土壤有机质、3种活性有机质及其有效率(ER)以及碳库管理指数(CMI)的影响.结果表明,4种土地利用方式下,土壤有机质、活性有机质含量以及ER和CMI均随土壤深度的增加而降低,其中土壤有机质、活性有机质及其CMI的剖面分布趋势相似,林地土壤有机质、活性有机质及其CMI主要富集在0~10 cm土层,果园主要富集在0~20 cm土层,而坡耕地和撂荒地从上而下的降低则比较均匀.在0~60 cm土壤深度内的土壤有机质以及3种活性有机质平均含量均为撂荒地>林地>果园>坡耕地,将林地转变为果园和坡耕地后,有机质含量分别降低了21.56%(P>0.05)和55.90%(P<0.05),将坡耕地闲置撂荒后,有机质、低、中、高活性有机质含量分别升高了238.86%(P<0.05)、144.2%(P<0.05)、153.3%(P<0.05)和242.7%(P<0.05).方差分析发现3种土壤ER在不同土地利用方式之间并无明显差异,表明土壤ER对土地利用变化并不敏感.不同土地利用方式下3种活性有机质CMI均为撂荒地最高,林地次之,果园和坡耕地最低,表明林地开垦导致土壤碳截存降低,土壤向着质量退化的方向发展,而坡耕地撂荒则增强了土壤的碳汇功能,土壤质量向着良性方向发展.3种活性有机质与全氮、速效磷和速效钾呈极显著正相关关系,与土壤容重呈极显著负相关关系,表明活性有机质与土壤理化性质关系密切,是反映土壤养分和衡量土壤质量的重要指标.     

黄土丘陵区土地利用变化对深层土壤有机碳储量的影响

通过研究黄土丘陵子午岭林区5种典型土地利用类型土壤剖面有机碳分布特征,分析了天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为农田及撂荒后土壤有机碳变化特征.同时,以浅层(0~100 cm)土壤为对照,探讨了土地利用变化对深层(100~200cm)土壤有机碳储量的影响.结果表明,在0~200 cm剖面上,天然乔木林、天然灌木林、人工乔木林、撂荒地、农田土壤有机碳含量分别为5.85、3.96、4.98、3.09、3.20 g·kg-1,天然乔木林、人工乔木林土壤有机碳含量显著高于天然灌木林、撂荒地和农田(p0.05).各土地利用类型下浅层和深层土壤有机碳含量分别占0~200 cm土壤有机碳含量的58%~73%和27%~42%,不同土地利用类型间浅层土壤有机碳含量差异显著,但深层土壤有机碳含量差异不大.土地利用变化对土壤有机碳储量影响显著.天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为撂荒地、天然灌木林转变为农田4种土地利用转变方式0~200 cm土壤有机碳储量分别减少了9.68、52.90、20.20、12.49 t·hm-2,减幅为7%、39%、21%、13%,其中,浅层土壤减少了2%~48%,深层土壤减少了12%~22%.相对于林地开垦为农田而言,农田退耕还林后土壤有机碳的恢复要慢得多.研究结果揭示了浅层和深层土壤有机碳对土地利用变化的敏感性,反映了深层土壤有机碳具有较大的稳定性.     

黄土高原半干旱区土壤呼吸对土地利用变化的响应

明确土地利用方式变化条件下引起土壤呼吸差异性的因素,对预测黄土区退耕还草条件下土壤碳循环变化有重要意义。基于建立于1984 年的长期定位试验,于2011 年3 月至2012年12 月,利用Li-8100 系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测了退耕还草(苜蓿)处理和农田(冬小麦)土壤呼吸季节变化以及土壤表层(0~5 cm)温度和含水量,研究了土地利用变化下土壤呼吸变化特征及其与土壤温度、水分以及有机碳特性之间的关系。结果发现,退耕27 a 来(自1984年麦地转化为苜蓿地),土壤呼吸速率苜蓿地(3.55 μmol·m^-2·s^-1)达小麦地(1.36 μmol·m^-2·s^-1)的2.61 倍,累积呼吸量苜蓿地(981 g·m^-2)达小麦(357 g·m^-2)的2.75 倍。土壤呼吸温度敏感系数(Q₁₀)苜蓿地较小麦地2011 年提高24.5%,2012 年提高2.4%。苜蓿地SOC含量(10.5 g·kg^-1)较小麦地(6.5 g·kg^-1)提高61.5%,微生物量碳(204 mg·kg^-1)较小麦地(152 mg·kg^-1)提高34%,0~5 cm土壤水分含量同期高于小麦地,但二者土壤温度差异不显著。土壤水分、SOC、微生物量碳等是造成二者呼吸差异的因素。     

黄土丘陵区小流域土壤碳氮比的变化及其影响因素

研究土壤C:N的变化有助于深入理解土壤有机碳氮的积累过程及其土壤质量的变化趋势。以黄土高原丘陵沟壑区砖窑沟小流域为单元,基于地貌类型和土地利用方式两大因素,采集737个土壤样品,研究流域内土壤C:N的变化差异及其影响因素。梁峁坡上,林地和草地0~20 cm土层的土壤C:N分别是农田土壤C:N的1.13和1.03倍;沟坡上,林地、草地和农田土壤的C:N分别为13.88、12.58、9.02。农田条件下,梁峁坡、沟坡和沟谷的土壤C:N分别为10.34、9.02和10.77;林地条件下,沟坡和梁峁坡的土壤C:N分别为13.88、11.67;草地条件下,沟坡土壤C:N是梁峁坡土壤C:N的1.19倍。同一地貌类型或土地利用方式条件下,土壤C:N均呈现表层大于深层的趋势,0~20 cm和20~40 cm土层的土壤C:N分别是40~100 cm土层土壤C:N的1.05~1.17和1.16~1.42倍。     

Long-term impacts of land-use change on dynamics of tropical soil carbon and nitrogen pools

Land-use changes, especially the conversion of native forest vegetation to cropland and plantations in tropical region, can alter soil C and N pools and N availability for plant uptake. Deforestation, followed by shifting cultivation and establishment of rubber tree plantation, is a common land-use change in Xishuangbanna, southwest China. However the influence of this kind of land-use change on soil C and N dynamics in this region remains poorly understood, This study was conducted to assess the effects of land-use change on soil C and N pools. Soil samples were collected on five adjacent plots, which belong to three land-use types including secondary forest-an acuminate banana( Musa itinerans) secondary forest and a male bamboo( Dendrocalamus membranaceae) secondary forest, shifting cultivation, and rubber tree ( Hevea brasiliensis (H. B. K. ) Muell. Arg. ) plantation(one plot is 3-year-old, and another is 7-year-old). We measured soil bulk density (BD), pH value, moisture content and concentrations of soil organic carbon(SOC), total soil nitrogen(TSN), and inorganic N(NO3^- -N and NH4^ -N) at 0--3, 3--20, 20--40 and 40--60cm depths, and calculated C and N pools in 0--20, 20--40, 40--60, and 0--60 cm soil layers. Compared with the adjacent secondary forests, shifting cultivation and establishment of rubber tree plantations resulted in significant decline in concentrations and stocks of SOC and TSN in 0--20 and 0--60cm soil layers, and increase in pH and bulk density at 0--3, 3--20, and 20--40cm depths. Soil moisture content decreased only in 0--20cm surface soils in shifting cultivation and plantations. The dynamics of mineral N was much more complex, which had different trends among depths and ecosystems. Compared with the secondary forests, SOC stocks in 0--20cm surface soils in shifting cultivation and rubber tree plantations(3-year-old plantation and 7-year-old plantation) decreased by 34.0%, 33%, and 23% ; and TSN stocks decreased by 32.2%, 20.4%, and 20.4%, respectively,whereas the decreases of SOC and TSN stocks in 0--60cm soil layers were much less. The results indicated that C and N losses were mainly occurred in 0--20cm surface soil, followed by 20--40cm layer.     

黑河中游边缘绿洲农田退耕还草的土壤碳、氮固存效应

研究黑河中游边缘绿洲农田退耕种植苜蓿5a后土壤碳、氮库的变化,通过对2个土类(开垦耕种的风沙土和灰棕漠土)退耕苜蓿地和相邻农田0～5、5～10和10～20cm土层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)、颗粒有机碳和氮(POC、PON)储量的分析表明:开垦耕种的风沙土和灰棕漠土有极低的SOC和TN含量,退耕种植苜蓿后0～20cm SOC储量提高了22.1%～27.8%,SOC的固存率平均为0.47 Mg/(hm²·a),0～5cm表层SOC储量变化最大,提高32%～66%;TN储量0～20cm储量变化不显著,在0～5cm表层TN储量风沙土和灰棕漠土分别提高12.8%和48.1%.退耕后POC和PON较SOC和TN有更显著的变化,其分配比例增加,0～20cm土层POC和PON储量分别提高22.8%～42.7%和18.6%～57.6%,在0～5cm变化最大;在瘠薄耕地转变为多年生苜蓿地后土壤C库的增加主要是由于POC的形成量增加.SOC含量相对更低的灰棕漠土比风沙土退耕后土壤C、N的增加更为明显.     

黄土塬区小流域深层土壤有机碳变化的影响因素

以黄土高原沟壑区王东沟小流域为对象,研究了地形(塬面、塬坡和沟道)、土地利用(自然草地、人工草地、人工林地、农地和果园)对0～200cm土层内土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)垂直分布特征的影响,以揭示黄土高原小流域深层SOC储量及其影响因素.结果表明,SOC含量除表层(0～20cm)沟道(10.0g·kg-1)大于塬面(7.8g·kg-1)和塬坡(8.2g·kg-1)外,塬面底层SOC均显著高于塬坡和沟道;塬坡和沟道SOC含量随深度增加而降低,而塬面上呈现SOC随深度增加降低-升高-降低的变化趋势.塬面上,SOC含量呈现人工草地(5.4g·kg-1)农田(5.2g·kg-1)和果园(5.1g·kg-1)的趋势,影响深度为表层40cm;塬坡上,呈现自然草地(4.3g·kg-1)人工林地(3.8g·kg-1)人工草地(3.3g·kg-1)和果园(3.3g·kg-1)的趋势,影响深度达到100cm;而沟道内,林草地利用方式对整个垂直剖面分布的差异无显著影响.20～100cm土层SOC储量占0～100cm储量的67.6%;100～200cm土层SOC储量占0～200cm储量的37.3%,相当于0～100cm的63.8%.研究结果表明地形、土地利用显著(p0.05)影响SOC垂直分布特征;黄土高原沟壑区深层SOC储量巨大,不容忽视.     

半干旱黄土丘陵区土壤结皮的地表水文效应

黄土高原广泛分布的土壤结皮对地表水文过程有重要影响.以定西黄土丘陵区安家沟小流域内的土壤结皮为研究对象,基于野外采样和水文模拟实验等技术,探讨不同土壤结皮类型对地表水文过程的影响.结果表明:①与裸地相比,有结皮覆盖的地表土壤容重较小,土壤持水能力显著增强,其增加幅度为裸地的1.4～1.9倍;②土壤结皮可有效拦截降雨,以苔藓结皮的拦截能力最强,其次为混生结皮和地衣结皮,无结皮覆盖的裸地抵御降雨冲击的能力最差;③模拟实验显示,土壤结皮能在一定程度上增加水分入渗速率及总入渗量.有结皮覆盖的平均地表入渗速率是裸地的近2倍,而其累计入渗总量也远远高于裸地.     

黄河源区草地退化对土壤持水性影响的初步研究

在黄河源区草地退化严重的玛沁县军牧场地区,采用不同草地退化样地对比的方法,开展草地退化对土壤持水性影响研究。结果表明:①毛管持水量和饱和含水量在0~10 cm土层以无退化草地最大,极度退化草地最小,而在10~20 cm土层,两者在不同退化草地之间差异不明显,仍以极度退化草地最小,但两者在20~30 cm土层以轻度和重度退化草地较大,无退化和中度退化草地相对较小;②在土壤表层(0~10 cm),无退化草地的田间持水量远大于其他退化草地,轻度和重度退化草地田间持水量较大,极度退化草地最小,而在10 cm以下土层,田间持水量以轻度和重度退化草地较大,无退化和中度退化草地相对较小;③各土壤持水量与土壤理化性质关系密切,主要受容重、总碳、有机质和总氮这4个因素影响;④不同草地退化程度下地表覆被状况、植物根系生物量以及分布特征引起土壤容重、有机质等发生变化,可能是进一步导致土壤持水性差异的主要原因。研究可为区域草地退化对土壤水文生态效应影响提供科学依据。