川中丘陵典型农田土壤有机碳储量及空间分布特征

土壤有机碳在陆地生态系统碳循环中起着举足轻重的作用。针对农田区域内典型县域尺度有机碳储量及其空间格局特征的研究,可以为区域农田土壤固碳提供参考,为研究我国土壤有机碳储量提供基础数据支持。基于2012年农田土壤有机碳分析调查数据,结合GIS和GPS技术对川中丘陵区盐亭县土壤有机碳密度和储量及空间格局进行了估算和分析。结果表明:其主要土壤类型的0~20cm耕层土壤有机碳密度为1.11~4.26kg/m2,平均值为2.66kg/m2,水田和旱地耕层土壤有机碳密度分别为3.45和2.34kg/m2,均低于全国平均值;全县20cm深度土壤有机碳总储量2.50×109 kg C,紫色土类土壤有机碳储量最大,为1.53×109kg C,水稻土次之,有机碳储量0.93×109kg C,两者占据了农田土壤有机碳储量约98%,冲积土和黄壤土类由于面积小,有机碳储量也最低。各土壤类型有机碳储量丰度指数(RI)值都较低,碳存储能力处于中下水平。在县域农田尺度,有机碳空间格局与气候差异、植被类型关系不大,土壤类型空间差异和地形差异是有机碳空间格局形成的主要原因。     

川中丘陵紫色土区农田土壤有机碳储量及空间分布特征

土壤有机碳在陆地生态系统碳循环中起着举足轻重的作用。针对农田区域内典型县域尺度有机碳储量及其空间格局特征的研究,可以为区域农田土壤固碳提供参考,为研究我国土壤有机碳储量提供基础数据支持。基于2012年农田土壤有机碳分析调查数据,结合GIS和GPS技术对川中丘陵区盐亭县土壤有机碳密度和储量及空间格局进行了估算和分析。结果表明:其主要土壤类型的0~20 cm耕层土壤有机碳密度为111~426 kg/m2,平均值为266 kg/m2,水田和旱地耕层土壤有机碳密度分别为345和234 kg/m2,均低于全国平均值;全县20 cm深度土壤有机碳总储量250×109 kg C,紫色土类土壤有机碳储量最大,为153×109kg C,水稻土次之,有机碳储量0.93×109kg C,两者占据了农田土壤有机碳储量约98%,冲积土和黄壤土类由于面积小,有机碳储量也最低。各土壤类型有机碳储量丰度指数(RI)值都较低,碳存储能力处于中下水平。在县域农田尺度,有机碳空间格局与气候差异、植被类型关系不大,土壤类型空间差异和地形差异是有机碳空间格局形成的主要原因。     

洞庭湖区不同利用方式下农田土壤有机碳含量特征

土地利用方式是影响土壤有机碳含量和动态的重要因子之一。其利用方式的改变必将引起土壤有机碳含量发生相应的变化。在洞庭湖腹地选取典型样区,通过调查走访和密集取样,分析了不同土地利用方式（旱地、水旱轮作地、一季稻水田和双季稻水田）下623个农田耕层土样有机碳含量。结果表明,研究区内土壤有机碳含量高低顺序为双季稻水田（28.12 g/kg） > 一季稻水田（27.03 g/kg） > 水旱轮作地（24.79 g/kg） > 旱地（17.96 g/kg）,其差异均达到极显著水平（P < 0.01）。土地生产力、秸秆还田量和土壤水文状态是导致不同利用方式下耕层土壤有机碳含量差异的主要原因。进一步分析表明：加强作物秸秆还田（土）、提高土地复种指数、增加地表覆盖是维持和提高洞庭湖区耕作土壤有机碳含量的可行措施,尤其是旱作土壤。     

基于SD和CLUE-S模型的区域土地利用变化对土壤有机碳储量影响研究

土地利用/土地覆被变化改变土壤呼吸条件,进而对土壤有机碳储量变化产生影响,而土壤有机碳储量则是影响农业可持续发展和全球碳平衡领域的重要因素。以上海市崇明岛为例,运用系统动力学模型(System Dynamics Model)预测2020、2030年土地利用需求变化,结合CLUE-S模型(Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent Model)得出各种用地类型的空间分布,并引用碳密度法估算三种发展幕景下土地利用变化对土壤有机碳储量的影响。结果表明:2030年三种发展幕景土壤有机碳储量分别为:低速发展幕景为3 093.03×106kg,惯性发展幕景为3 079.47×106kg,高速发展幕景为3 059.81×106kg;研究期内土壤有机碳储量呈现缓慢下降趋势,但人类活动对其扰动较小;SD和CLUE-S耦合模型可以从时间和空间两方面对土壤有机碳储量进行模拟,具有可行性;建议通过加强城镇用地集约利用、农田保护、林地建设来减少人为活动对土壤有机碳储量的影响。     

长江三角洲地区土壤有机碳库研究

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。基于新近完成的1：250 000多目标地球化学调查及相关研究成果，运用地理信息系统软件ARCGIS 9.2、统计软件SPSS13.0，对长江三角洲地区0~20、0~100、0~180 cm深度土壤有机碳密度及储量作出实测统计。结果表明:长江三角洲地区0~20 cm土壤有机碳库储量为238.65 Tg，有机碳密度为3.28±0.92 kg/m2，各类型土壤有机碳密度均值介于2.63~3.57 kg/m2；0~100 cm土壤有机碳库储量为822.76 Tg，有机碳密度为11.30±3.48 kg/m2，各类型土壤有机碳密度均值介于9.35~11.94 kg/m2；0~180 cm土壤有机碳库储量为1 245.72 Tg，有机碳密度为17.11±7.04 kg/m2，各类型土壤有机碳密度均值介于14.27~18.00 kg/m2。与第二次土壤普查比较，全区0~20、0~100cm土壤有机碳密度均值都表现为上升趋势,有机碳库储量增加，土壤表现为碳汇功能。提供了新的土壤碳库实测统计信息，为研究中国区域土壤碳固定潜力、深入全面理解区域碳循环提供基准数据。     

扬子江城市群土地利用时空变化及其对陆地生态系统碳储量的影响

扬子江城市群是江苏省城市化进程最快,土地利用变化最明显的区域。研究该地区地利用变化及其对陆地生态系统有机碳储量的影响,对江苏省低碳土地利用研究具有重要意义。该文利用五期30 m土地利用栅格数据、土壤样点数据、林地植被清查数据、农作物数据以及经验数据,分析了1995～2015年扬子江城市群土地利用时空变化、核算了其对有机碳储量的影响。主要结果如下:(1) 1995～2015年间,扬子江城市群约有15. 90%的土地发生了转移,其中,耕地作为主要的转出者,建设用地作为主要的转入者,耕地转移为建设用地的面积约为4 161. 78 km~2,占扬子江城市群耕地转出面积的85. 86%,是主要的土地转移类型;(2) 1995～2015年间,由于土地利用类型转移变化,扬子江城市群有机碳储量总量减少了472. 63×10~4t,其中土壤有机碳储量总量增加110. 28×10~4t,植被碳储量总量减少582. 91×10~4t;(3)建设用地占用耕地是区域有机碳储量减少的主要原因,导致有机碳储量减少406. 40×10~4t,占整个区域有机碳储量减少总量的85. 99%;(4)未来扬子江城市群可通过增加生态用地、控制建设用地、优化土地利用结构,提高区域碳储量,减少对陆地生态系统碳平衡的扰动。     

金沙江头塘小流域人工林有机碳及其剖面分布特征

采用野外调查、室内分析并结合相关的方法,研究探讨了金沙江头塘小流域7种不同植被恢复人工林土壤剖面层次有机碳(SOC)含量、有机碳密度(SOCD)和有机碳储量及分布特征。结果表明,不同林分类型及土层间土壤SOC含量存在明显差异:就整个土层(0~100 cm)而言,7种林分土壤SOC平均含量介于6.46±1.67~24.95±2.32 g·kg–1,大小依次为柳杉林旱冬瓜林圆柏林栓皮栎林圣诞树林墨西哥林藏柏林,且差异显著(p0.05);7种林分土壤SOC含量均出现表聚现象,从表层到深层都呈现递减趋势,且具有一定的规律性;7种林分土壤容重总体上均表现为随土层深度的增加逐渐增加,土壤容重表现为:柳杉林栓皮栎林圣诞树林圆柏林旱冬瓜林墨西哥柏林、藏柏林;7种林分土壤有机碳密度垂直分布和土壤有机碳含量垂直分布特征一致,随土层深度增加土壤有机碳密度减少,以表土10 cm的土壤有机碳密度最大;有机碳储量均随着土层加深所占比例逐渐降低,同时土壤有机碳主要集中于土层0~40 cm内,分别占总有机碳的65.60%(圣诞树林)、63.16%(旱冬瓜林)、54.41%(墨西哥柏林)、58.56%(圆柏林)、62.96%(藏柏林)、61.70%(栓皮栎林)和56.37%(柳杉林),0~40 cm土层土壤有机碳占总有机碳的百分比均达到50%以上。     

三峡库区主要森林植被类型土壤有机碳贮量研究

根据全国森林资源清查资料,按主要优势树种和分布面积将三峡库区主要森林植被划分为马尾松针叶林、栎类混交林、灌木林等11种主要森林植被类型。基于196个土壤剖面数据,分析了11种主要森林植被类型下土壤有机碳含量、碳密度大小和分配特征。研究发现,三峡库区主要森林植被类型下土壤有机碳含量和碳密度均存在较大差异,二者总体上都随土层加深而降低。11种主要森林植被类型中以杉木针叶林土壤有机碳密度最大,达16.0 kg/m2,温性松林下土壤碳密度最小,仅为7.9 kg/m2。不同植被类型下土壤有机碳贮量在土层中的分配比例也不同,以灌木林和柏木林土壤碳贮量在土层间的差异最大。11种主要森林植被类型土壤平均厚度为56.3～98.5 cm,其中杉木针叶林土壤最厚,达98.5 cm,灌丛土壤最薄,平均厚度仅56.3 cm。三峡库区11种主要森林植被类型总面积为3 313 251 hm2,土壤总有机碳贮量为 366.36 t,其中0～10、10～20、20～40和＞40 cm土层分别占22.90%、18.36%、28.33%和30.41%。     

石漠化区生态治理措施对土壤团聚体稳定性及有机碳的影响

探究石漠化环境不同生态恢复措施下土壤团聚体粒径组成、稳定性水平及有机碳变化特征,为石漠化生态治理模式优化配置提供理论依据.以农耕地为对照,选择石漠化治理中具有代表性的人工核桃林、黑麦草地、刺梨地和天然恢复的灌草地为研究对象,分析不同恢复环境中0～20 cm土层土壤团聚体稳定性及其有机碳储量变化.结果 表明:相比农耕地,核桃、黑麦草和天然灌草样地内水稳定性大团聚体含量增加,微团聚体含量减少,灌草地和核桃林地团聚体MWD、GMD分别显著高于农耕地,表明利用方式转变为灌草地和核桃林后团聚体稳定性提高,土壤结构得到改善.农耕地利用方式转变后,人工核桃林、黑麦草地和天然灌草地各级团聚体有机碳含量及储量增加,其中以灌草地尤为明显,同时核桃林、黑麦草地和天然灌草地三者有机碳储量增量主要源于＞5和2～5 mm两个粒级团聚体贡献.总体而言,相比人工林草治理措施,天然灌草地在增强土壤团聚结构稳定性和促进有机碳积累方面更优.     

不同水土保持林地土壤有机碳研究

研究了重庆四面山低山丘陵区不同水土保持林地0~20、20~40 和40~60 cm的土壤有机碳含量及不同深度的土壤有机碳密度。结果表明：0~20、20~40 和40~60 cm土层中土壤有机碳含量的平均值分别为3309、751和321 g/kg；0~20 cm的土壤有机碳密度介于497～1431 kg/m2，而0~60 cm的土壤有机碳密度介于784～1794 kg/m2，均值为1278 kg/m2；土壤有机碳含量和有机碳密度随土壤深度增加而显著减少，但其减少程度随水土保持林树种组成不同而异；不同水土保持林地60 cm深度的土壤有机碳密度存在显著差异，表现为：天然次生林>人工林>农耕地，其中，天然阔叶混交林土壤有机碳密度最大，为1794 kg/m2，农耕地的最小，仅为784 kg/m2。人工水土保持林中，阔叶混交林的土壤有机碳密度最大。从增加土壤碳的角度，建议营造阔叶混交林     

不同用量土壤调理剂对镉污染农田土壤环境的影响

采用大田试验,探讨不同用量土壤调理剂对镉污染农田土壤养分、质地、微团聚体、酶活性及微生物数量等影响.试验设置T0、T1、T2、T3、T4和T5共6个处理,对应添加土壤调理剂0、1 500、3 000、4 500、6 000和 7 500 kg·hm-2.结果表明:施用土壤调理剂后增加了土壤pH值(0.66％～6.75％)、阳离子交换量(22.68％～64.45％)、碱解氮(7.94％～29.26％)和速效钾(0.28％～21.99％),而对土壤质地、有效磷、微团聚体组成影响较小;影响了土壤微生物环境,抑制了脲酶、过氧化氢酶活性以及细菌和放线菌数量.土壤调理剂通过影响土壤理化性质及微生物环境,降低了 土壤有效态镉(12.34％～24.78％)和糙米镉含量(7.69％～64.10％).相关性表明:施用量与土壤pH值、阳离子交换量、碱解氮和速效钾呈显著正相关,而与有效磷、脲酶和过氧化氢酶呈显著负相关,但与土壤有效态镉和糙米镉相关性不明显.综上,从镉污染修复效果、土壤环境影响及经济成本考虑,以T2(3 000 kg.hm-2)处理效果最佳.     

黄壤坡面土壤分离速率研究

黄壤坡面侵蚀是长江中上游泥沙的主要原因之一,因此对该地区的土壤分离过程的量化研究对土壤侵蚀机理研究的深入和水土流失防治具有一定的理论和实践意义。通过变坡水槽冲刷实验，研究了黄壤坡面土壤分离速率与坡度、流量及主要水动力参数间的关系，探寻模拟土壤分离过程的最优参数。试验结果表明：土壤分离速率与流量、坡度和多个水动力学参数都呈正相关关系。坡度和流量的幂指数均＞1，表明二者在实验测定范围内对土壤分离速率有叠加增大作用。水流功率（R2=0.93）与土壤分离速率拟合方程的决定系数最高，表明用水流功率来描述土壤分离速率能获得更多有效信息。当单位水流功率＞0.281 m/s后，土壤分离速率随其增大而剧烈增加。但是径流剪切力（与土壤分离速率的决定系数为R2=0.83）值的计算只需获得坡度和水深等数据，水流功率值的计算不仅要采集坡度和水深等数据，还要获得流速等获取难度相对较大的数据。因此，采用径流剪切力来描述土壤分离较水流功率更为方便，而采用水流功率来估算土壤分离速率更为精确。     

Soil and biodiversity

It is shown that the soil diversity-biodiversity system in terrestrial ecosystems operates in spatiotemporal unity, which manifests itself at different hierarchical levels of their structural-functional organization: successional-evolutionary, zonal geographic, landscape, biogeocenotic, soil-type, horizon-layer, geochemical, and the levels of elementary soil processes and soil fertility. Arguments confirming the functional relationship between organisms and soils are considered. Effective biodiversity conservation is possible on the basis of an ecosystems approach involving simultaneous conservation of soil diversity.     

富硒土壤硒生物有效性及影响因素研究

湖北恩施是典型的富硒土壤分布区，在恩施市沙地乡采集了199件表层土壤样品以及60件玉米样品进行分析测试，旨在查明研究区硒元素含量特征，并分析硒生物有效性及其影响因素。结果显示:研究区表层土壤中硒含量的平均值为188 mg/kg，同时土壤中水溶态硒含量只占到总硒含量的004%~291%，处于相对较低水平。研究区内，有机碳含量对硒生物有效性影响很小，影响硒生物有效性的主要因素为土壤总硒含量和土壤pH值，碱性土壤中硒生物有效性更高。由于该区土壤主要呈酸性，且水溶态硒含量较少，导致玉米中硒含量整体处于相对较低水平，可以通过人为手段适当调控土壤酸碱性，提高硒生物有效性     

向家坝工程扰动区不同修复类型边坡土壤养分及土壤酶活性特征

土壤养分和土壤酶活性是土壤质量评价的重要指标，为明确向家坝工程扰动区不同修复类型边坡土壤养分及土壤酶活性特征，该研究以向家坝工程扰动区4种不同类型的人工恢复边坡：植被混凝土（CBS）、厚层基材（TBS）、客土喷播（OSS）、框格梁（FBS）为研究对象，以天然林（NF）边坡为对照，测定分析土壤养分含量、土壤酶活性及其相关关系。结果表明：（1）4种人工恢复边坡土壤pH均高于NF，且均属碱性；（2）CBS、TBS土壤全量养分和土壤速效磷含量均显著高于OSS、FBS和NF；TBS显示出土壤氮营养的明显优势、CBS显示出土壤磷营养的明显优势；（3）人工恢复样地土壤蔗糖酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶酶活整体高于NF；OSS、FBS土壤脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和磷酸酶活性差异均不显著；（4）TBS当前状态接近接近NF；OSS、FBS在土壤养分和土壤酶活性两方面均呈现较大的相关性。综上，CBS、TBS两种人工恢复手段对于向家坝工程扰动边坡土壤养分持续性和土壤酶活性影响较好，TBS发展趋近天然林，OSS、FBS对于土壤酶活性影响积极，但养分累积效果稍差。     

Soil Fertility Quality and Agricultural Sustainable Development in the Black Soil Region of Northeast China

The black soil in northeast China is considered one of the most fertile soils in China. Consequently, the black soil region has become one of the most important regions for cereal grain production in China. Agriculture has developed rapidly since the early part of the nineteenth century. To date, approximately 70 percent of total land in the area is cultivated. Even though the agricultural production in this region is increasing continuously, some soil fertility quality problems have become serious. This is hampering agricultural development and sustainability in the region. A brief history of population growth and agricultural development in the region is presented. Major soil quality problems, particularly soil degradation and soil erosion, are analyzed. Based on studies, suggestions for improving soil quality and for promoting sustainable agricultural development in the region are presented. These suggestions include improving agricultural landscape patterns, developing conservation cultivation, promoting combinations of crop production with combinations of forestry and animal husbandry, and implementing integrated management for soil and water conservation.     

Soil management practices for sustainable agro-ecosystems

A doubling of the global food demand projected for the next 50 years poses a huge challenge for the sustainability of both food production and global and local environments. Today’s agricultural technologies may be increasing productivity to meet world food demand, but they may also be threatening agricultural ecosystems. For the global environment, agricultural systems provide both sources and sinks of greenhouse gases (GHGs), which include carbon dioxide (CO₂), methane (CH₄), and nitrous oxide (N₂O). This paper addresses the importance of soil organic carbon (SOC) for agro-ecosystems and GHG uptake and emission in agriculture, especially SOC changes associated with soil management. Soil management strategies have great potential to contribute to carbon sequestration, since the carbon sink capacity of the world’s agricultural and degraded soil is 50–66% of the historic carbon loss of 42–72 Pg (1 Pg=10¹⁵ g), although the actual carbon storage in cultivated soil may be smaller if climate changes lead to increasing mineralization. The importance of SOC in agricultural soil is, however, not controversial, as SOC helps to sustain soil fertility and conserve soil and water quality, and organic carbon compounds play a variety of roles in the nutrient, water, and biological cycles. No-tillage practices, cover crop management, and manure application are recommended to enhance SOC storage and to contribute to sustainable food production, which also improves soil quality. SOC sequestration could be increased at the expense of increasing the amount of non-CO₂ GHG emissions; however, soil testing, synchronized fertilization techniques, and optimum water control for flooding paddy fields, among other things, can reduce these emissions. Since increasing SOC may also be able to mitigate some local environmental problems, it will be necessary to have integrated soil management practices that are compatible with increasing SOM management and controlling soil residual nutrients. Cover crops would be a critical tool for sustainable soil management because they can scavenge soil residual nitrogen and their ecological functions can be utilized to establish an optimal nitrogen cycle. In addition to developing soil management strategies for sustainable agro-ecosystems, some political and social approaches will be needed, based on a common understanding that soil and agro-ecosystems are essential for a sustainable society.     

白云岩地区土壤呼吸日变化及其与土壤温湿度的响应关系

为揭示贵州绥阳双河洞国家地质公园白云岩地区表层土壤呼吸作用昼夜变化特征及其影响因素.研究利用土壤呼吸测量系统(SRS-SD2000,ADC,UK),在无降水影响下监测了双河洞国家地质公园岩溶地区灌木林地、竹林、旱地和人工草地4种不同土地利用方式的表层土壤呼吸通量昼夜变化特征,结合土壤温湿度和大气温湿度等环境参数,探究影响土壤呼吸昼夜变化的关键因素.结果 表明:4种不同土地利用方式土壤呼吸速率变化均呈"昼高夜低"的单峰型变化规律,日变化最大值出现在12:00～14:00之间,最低值出现在5:00～7:00之间;各样地土壤呼吸速率和土壤温度均呈现显著的正相关关系(P＜0.001),灌木林地、竹林和旱地土壤呼吸速率与土壤湿度有显著负相关关系(P＜0.001),人工草地土壤呼吸与土壤湿度之间有低度相关性(P＜0.05);气温是影响土壤呼吸速率变化的关键因子,实测数据表明土壤呼吸在达到峰值后不会随着气温的升高而增大;不同样地类型的土壤呼吸速率对土壤温度和湿度的昼夜响应特征存在差异.     

Effects of Soil Hydrothermal Conditions on the Complexes of Soil Invertebrates in Coniferous and Deciduous Forest Cultures

The effects of hydrothermal conditions on the complexes of soil invertebrates in 20-year-old cultures of Siberian stone pine, larch, Scotch pine, spruce, birch, and aspen are considered. The role of soil temperature and moisture content in determining the density of pedobionts and their vertical distribution is revealed. Seasonal fluctuations of hydrothermal parameters are shown to affect the vertical migrations of soil invertebrates and the dynamics of trophic structure of their complexes under forest cultures during the growing season.     

The Effect of Soil Cultivation on the Humus State of Gray Forest Soil in the Middle Urals

The results of studies on the humus state of soils in agrosystems of the Middle Urals (1984–1997) are described. It is shown that the change of agricultural technologies (crop rotation, doses of organic fertilizers, etc.) transforms environmental conditions and the direction of humus formation processes. Parameters such as the concentrations of humus and water-soluble carbon and soil potential for humus accumulation reliably characterize the humus state of arable soil and allow the mobility and migration rate of humic substances to be monitored.