近30 a贵州遵义县农田土壤有机碳动态及影响因素分析

论文选择贵州省遵义县为典型样区,使用1980 年代第二次土壤普查数据和2011 年实测数据,以耕地土壤图为基础,运用土壤类型法和通用有机碳密度度量法,测算样区近30 a农田土壤有机碳（SOC）储量和密度变化特征,借助逐步回归分析法,识别影响这一变化的潜在驱动因素,结果表明：①样区近30 a 农田总丢碳量2.94×10⁴ t,整体呈基本持平略带下降趋势;②样区近30 a农田单位面积碳变化量为-132.03 kg C·hm^-2,年均变化速率-4.40 kg C·hm^-2·a^-1,固碳、丢碳和相对平衡面积比为49.45: 32.96: 17.59;③不同土壤类型间不管是SOC储量还是土壤有机碳密度（SOCD）均差异显著,丢碳幅度最大的是山地黄棕壤,达77.34%,固碳幅度最大的是紫色土,是1980 年代的1.1 倍;④空间分布上,总体展现为以娄山山脉为界的西北丢碳东南固碳态势;⑤SOCD_1980s、机械组成（砂粒比、粘粒比、粉粒比）、全N密度、C/N 等指标是影响样区近30 a 间农田SOC变化的主要因素,且除SOCD_1980s外,剩余5 因素与SOCD年均变化速率间拥有正相关关系。研究有助于查明样区近30 a 农田SOC变化的本底和潜在影响因素,为未来农田SOC的管理提供数据基础。     

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。     

三峡库区重庆段农村面源污染时空格局演变特征

论文以三峡库区重庆段21 个区县为实例,利用空间自相关及冷热点分析方法,在区县级尺度上,研究了化学肥料施用、有机肥施用、农作物秸秆、畜禽养殖、水产养殖、农村生活污水、生活垃圾和农田土壤侵蚀等8 个来源中农业面源污染化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、全氮(TN)、全磷(TP)的时空变化特征,结果表明:① 从Moran's I 值判断,2005-2011年间,三峡库区重庆段的COD、BOD5、TN、TP在区域上一直处于较高的集聚状态,2005-2008年集聚减弱,2008-2011 年集聚增强。② 从COD、BOD5、TN、TP排放总量来看,由农业面源污染引起的COD、BOD5、TN、TP 绝对排放量,2005 年分别为15.85×10⁴、7.35×10⁴、5.50×10⁴ 和0.97×10⁴ t·a^-1;2008 年分别为10.93×10⁴、6.45×10⁴、5.60×10⁴ 和1.04×10⁴ t·a^-1;2011 年分别为14.67×10⁴、8.68×10⁴、6.94×10⁴和1.14×10⁴ t·a^-1。COD、BOD5 绝对排放总量经历了先降后升的趋势,TN和TP绝对排放总量则一直处于增长的态势。③ 从冷热点分析结果来看,三峡库区腹地是热点区域的集中区,而三峡库区库尾都市核心区是冷点区域集中区。     

2000~2005年三江平原土地利用/覆被变化对植被净初级生产力的影响研究

区域土地利用/覆被变化对植被生产力的影响是LUCC环境效应的重要组成部分,对于区域陆地生态系统碳循环的研究具有重要意义。三江平原地区是我国土地利用变化最为剧烈的地区之一,然而,区域尺度上土地利用/覆被变化对植被生产力的影响研究不多。基于以上原因,论文应用以遥感观测和生态系统过程模型为基础的土地利用数据和植被净初级生产力NPP数据,估算土地利用变化过程对三江平原地区植被生产力的影响。结果表明,林地、草地和沼泽湿地向耕地的转化是三江平原土地利用/覆被变化的最主要特征。2000~2005年期间,耕地面积增加了43.28×10⁴hm²,主要来自林地、草地和湿地的转化,转化面积分别为26.20×10⁴、10.81×10⁴和22.45×10⁴hm²。过去5年间,三江平原平均NPP由401.1g C m^-2 a^-1下降为377.5g C m^-2 a^-1,其中沼泽湿地平均NPP下降了7.8%,耕地、林地和草地的平均NPP均呈下降趋势。2000~2005年期间,三江平原地区净初级生产总量由4.37×10⁴G g C a^-1下降为4.11×10⁴G g C a^-1,减少量为2 575.1G g C a^-1,减少率为5.9%。三江平原地区2000年和2005年的气候因子变化不大,其对NPP的影响可以忽略。土地覆被变化直接导致区域净初级生产力的降低,人类活动干扰的强度和频度加剧对于区域植被净初级生产力的降低具有重要影响。     

道路绿地消减噪声服务功能研究——以北京市为例

在城市化带来的环境问题中,噪声已成为影响城市居民身心健康的主要因素之一,而配置合理的绿地对噪声具有明显的降低作用。论文从绿地消减噪声的机理出发,基于实验测定结果,结合绿地斑块调查数据,对北京市城区道路绿地降噪效果及其价值进行了研究。结果如下:①不同组成结构的道路绿地降噪能力不同,其中乔灌草结构道路绿地降噪能力最强,其次为乔木类和灌木类,草坪类最差,各类型绿地降噪能力均随宽度的增加而增加;②北京市城区道路绿地年降噪9.35×10⁷ dB(A)·a^-1,其中乔灌草结构绿地占92.95%,单位面积道路绿地平均降噪20 477 dB(A)·hm^-2·a^-1,其中乔灌草结构绿地最高,为23 505 dB(A)·hm^-2·a^-1,分别是乔木类的2.92倍,灌木类的17.92倍,草坪类的18.64倍;③北京市城区道路绿地消减噪声的年价值为7.13×10⁸元·a^-1,单位面积道路绿地降噪价值为156 033元·hm^-2·a^-1。研究表明,北京市城区道路绿地结构搭配较为合理,在消减噪声方面发挥了重要作用,具有可观的生态效益。     

黄土高原不同生态系统水土保持服务功能评价

以土壤保持量为评估指标,应用修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原水土保持生态系统服务功能,分析了近20 a 来的黄土高原土壤保持量的空间分布及其动态变化,对于揭示全球气候变化背景下黄土高原林草植被建设的生态成效具有重要的科学价值和现实意义。结果表明：1990-2010 年黄土高原平均单位面积土壤保持量为305 t·hm^-2·a^-1,年均土壤保持总量为190×10⁸ t。1990-2000 年农田、草地和林地生态系统平均单位面积土壤保持量分别为249、285 和640 t·hm^-2·a^-1,2000-2010 年平均单位面积土壤保持量分别增加了14.6%、2.9%和7.4%。黄土高原草地和林地的土壤保持率分别为83%~88%和94%~97%。农田生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区较大,农灌区和河谷平原区偏低;草地和林地生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为沿东南向西北减少的变化趋势。与1990-2000 年不同,2000-2010 年农田、草地和林地生态系统土壤保持量的空间变化特征表现为较为明显的增长趋势,尤其是黄土丘陵沟壑区陕西榆林、延安地区和山西吕梁山区一带。     

1954-2010年西南高山地区土壤碳储量时空动态及对气候变化的响应

西南高山地区生态系统类型丰富、地形复杂, 是响应全球气候变化的重点区域,对全球气候变化具有重要的指示作用。研究应用生态系统模型CEVSA(Carbon Exchange betweenVegetation, Soil, and the Atmosphere)估算了1954-2010 年西南高山地区土壤有机碳(Soil Organic Carbon, SOC)的时空变化,分析了其对气候变化的响应。结果表明:①西南高山地区1954-2010 年平均土壤有机碳密度为14.16 kg C·m^-2,在空间分布上,SOC密度自东南向西北递增,与温度显著负相关(r=-0.447,P<0.01),而与降水量相关性不显著;②西南高山地区1954-2010 年SOC 总量变动范围为6.95~7.64 Pg C,增加趋势显著(P<0.05),平均每年增加0.013 Pg C,土壤有机碳密度平均增加26.94 g C·m^-2;③常绿针叶林、常绿阔叶林和草地SOC密度增加趋势均显著,除常绿阔叶林SOC密度与温度相关性不显著外,其他两种植被类型SOC都与年平均温度显著正相关(草地:r=0.527, P<0.01; 常绿针叶林:r=0.501, P<0.01),且3 种植被类型SOC与年降水量均相关性不显著;④由于作为土壤有机碳输入的凋落物产生量对温度不如异养呼吸敏感,所以未来升温条件下,土壤有机碳储量的增速减缓或者呈下降趋势。     

氮负荷增强对闽江河口湿地植物-土壤系统硫分布及其转运特征的影响

选择闽江河口典型短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地为研究对象,基于野外原位氮(N)负荷增强模拟实验,探讨了不同氮负荷梯度下(NL0(对照处理)：0 g·m^-2·a^-1;NL1(低氮处理)：37.5 g·m^-2·a^-1;NL2(中氮处理)：50 g·m^-2·a^-1;NL3(高氮处理)：100 g·m^-2·a^-1)湿地植物-土壤系统硫分布及其转运特征.结果表明,不同氮负荷处理下湿地土壤的TS含量整体表现为NL3>NL2>NL0>NL1(p<0.05).相较于NL0处理,NL2和NL3处理下的TS平均含量分别增加了10.02%和37.25%,而在NL1处理下其值降低了38.07%.植被生态特征是影响不同氮负荷处理下土壤TS含量分布的共性因素,而高氮负荷处理下的土壤TS含量还受到pH和EC变化的影响.氮负荷增强条件下植物不同器官的TS含量均发生了明显变化,除NL3处理下根与茎的...     

近50a玛纳斯河流域土地利用/覆被变化对碳储量的影响

土地利用变化对碳收支的影响是当前全球变化研究领域的重点内容之一,中国西北干旱区土地利用变化对陆地生态系统碳收支的影响尚不清楚。论文以西北干旱区流域绿洲水土开发的典范--玛纳斯河流域为研究区,基于Bookkeeping模型,利用多期土地覆被类型图、植被和土壤碳密度历史文献及实地调查资料,开展玛纳斯河流域近50 a荒漠转变为绿洲农田和农田弃耕两种主要土地覆被变化对碳收支的影响研究。玛纳斯河流域的垦殖活动有利于碳储量的增加,在1962-2008年的46 a间,土地利用变化导致流域植被碳储量增加6.34×10⁵ t,土壤碳储量增加3.14×10⁶ t,总碳储量增加3.77×10⁶ t。受土地覆被变化面积和转换类型碳密度差异的影响,不同土地覆被类型转换对碳储量的影响存在显著差异:荒漠草地、裸地开垦为耕地均引起植被和土壤碳储量显著增加;林地开垦为耕地引起植被碳储量减少,土壤碳储量增加,总碳储量减少;而耕地弃耕通常会导致流域碳储量减少。     

NPP增长驱动下的中国森林生态系统碳汇

森林生态系统能够有效地吸收大气中的CO2,在一定程度上缓解全球变暖的压力。生态系统固碳能力取决于两个关键因素：NPP的增长强度与碳周转时间。本文通过对遥感监测到的森林生态系统NPP增长趋势进行校正,结合森林样地实测数据得到的碳分配系数与周转时间,建立了中国森林生态系统碳周转模型,并模拟了1982～1999年森林生态系统的碳汇量及其年际变化。结果表明：1982～1999年,我国森林生态系统的平均碳汇量为0.051 PgC a^-1,其中植被的碳汇量为0.034 PgC a^-1,凋落物的碳汇量为0.013 PgC a^-1,土壤的碳汇量为0.004PgC a^-1;不同森林类型中,常绿针叶林和常绿阔叶林的碳汇贡献最大,落叶针叶林和针阔叶混交林贡献最小;进一步分析表明森林植被的固碳效率显著地受到碳周转时间的控制。     

闽江河口区互花米草入侵不同年限下湿地土壤有机碳变化

为阐明互花米草的固碳潜力,论文在闽江河口区鳝鱼滩湿地选择不同入侵年限的样地,对其0~60 cm土壤理化性质和碳库变化进行测定与分析。结果表明：1） Y₄（<4 a）、Y₈（4~8 a）和Y₁₂（8~12 a）3个采样点土壤有机碳含量均值分别为 15.5、17.77和19.71 g·kg^-1,土壤有机碳密度均值分别为10.68、12.29和15.01 kg·m^-3,总有机碳储量均值分别为65.24、73.99和90.30 t·hm^-2,其中表层0~20 cm土壤有机碳增加最为显著;2）互花米草入侵引起湿地土壤粘粒和粉粒组成增加,容重和砂粒组成降低,表层土壤C/N增加明显;3）土壤有机碳含量与pH值、盐度、土壤含水量、C/N、平均粒径、粘粒组成呈显著正相关,与容重、砂粒组成呈显著负相关。通过研究发现,短期入侵的互花米草湿地土壤有机碳持续增加,具有较强的有机碳富集能力,在单位面积上可以有效增强河口湿地生态系统的碳蓄积。     

喀斯特小流域土壤有机碳密度空间异质性及影响因素

论文为阐明喀斯特小流域土壤有机碳密度分布格局及其主要影响因素,运用野外布点采样、实验室测定和地统计学分析相结合的方法,采用2 755个详细调查的剖面样地,共计23 536个土壤样品,定量研究了土壤有机碳密度的空间异质性及分布特征,并利用典范分析法分析了影响土壤有机碳密度的主要环境因子。结果表明：后寨河流域各层土壤有机碳密度随土壤深度的增加而逐渐降低,最大值为12.47 kg/m²,最小值为0.11 kg/m²,100 cm土壤深度有机碳密度平均值为12.11 kg/m²,高于全国100 cm土壤深度有机碳平均密度。流域土壤有机碳密度最佳拟合模型为高斯模型,呈中等强度空间相关,Kriging插值显示土壤碳密度高值区在东部区域,低值区在南部区域,表现为中部低、四周高的趋势。后寨河100 cm深度下土壤碳密度在不同植被类型、土地利用方式、土壤类型下表现出一定差异。土壤厚度与有机碳密度呈正相关,石砾含量、坡向、坡度、土壤容重、岩石裸露率与有机碳密度呈负相关。土壤厚度、岩石裸露率、石砾含量是影响后寨河流域土壤有机碳密度的主要因子,其中以土壤厚度影响最大。     

中国典型农田土壤有机碳密度的空间分异及影响因素

农田土壤有机碳密度（SOCD）是衡量土壤肥力和土壤质量的重要指标.为理解我国农田SOCD空间分异特征及其影响因素,基于中国生态系统研究网络19个典型农田生态站2005~2015年SOCD的监测数据,利用地理探测器方法,分析了农田SOCD空间分异的影响因素.结果表明,我国不同站点农田SOCD平均值变化范围为0.83~4.97 kg·m^-2,并呈现出湿润季风区高于干旱半干旱地区的空间分异特征.在不同土地利用方式下,水稻田SOCD明显高于其他类型的农田,并且其表现出显著增加的趋势（P<0.05）,增加速率为0.13 kg·（m²·a）^-1.土壤理化性状和降水量是影响农田SOCD空间分布的重要因素,特别是土壤碱解氮含量对农田SOCD空间分布影响最大,且它分别与纬度、土壤类型、降水量及土壤pH等因素交互后影响力显著增强,本研究结果对我国农田温室气体减排增汇提供重要的科学依据.     

基于组内-组间主成分分析的土地利用与团聚体有机碳关系的研究

通过对喀斯特山区典型土地利用方式下(灌丛、水田、菜园、玉米地和退耕地)土壤有机碳、团聚体有机碳在不同土壤层次下(0~10、10~20、20~30 cm)含量的系统研究,结合组内-组间主成分分析方法,探讨了喀斯特山区土地利用与团聚体有机碳分布的关系.结果表明:不同土地利用方式下土壤团聚体组成均以大粒径团聚体为主,并且 > 2 mm粒径团聚体对土壤总有机碳的贡献率可高达70%以上.随土壤层次的增加,土壤有机碳和团聚体有机碳含量降低明显,变幅范围分别为15.1~38.0 和15.4~40.3 g· kg^-1,表现以水田含量最高,菜园和灌丛相对居中,而以退耕3 a 草丛最低.组内-组间主成分分析结果显示,不同土地利用方式下土壤有机碳和团聚体有机碳的累积效应按水田、菜园、灌丛、退耕15 a 草丛、玉米地和退耕3 a 草丛依次下降,表明水田可作为喀斯特山区土壤有机碳固定的优势农业类型.与玉米地相比,退耕3 a 草丛有机碳储量降低了15.8%,而退耕15 a 草丛土壤有机碳储量有所提高,但恢复速率相对缓慢,以每年0.35 Mg· hm^-2的速度增加.     

土地利用方式下土壤有机碳特征及影响因素——以后寨河喀斯特小流域为例

为研究喀斯特小流域土壤有机碳空间分布与土地利用之间的关系,基于网格法在后寨河流域挖掘了2 755个土壤剖面,并采集了22 057个土壤样品。分析了后寨河流域不同土地利用方式下土壤有机碳密度特征。结果表明：后寨河流域土壤有机碳密度主要受人为干扰、土壤厚度与岩石裸露率的制约。不同利用方式土壤有机碳密度（0~100 cm）总体上呈现以下规律：水田>旱地>经果林地>园地>草地>弃耕地>坡耕地>乔灌木林地>乔木林地>荒地>灌木林地>灌草地。后寨河流域100 cm土壤有机碳平均碳密度为8.70 kg/m²,低于中国土壤有机碳平均密度10.83 kg/m²,总有机碳储量为5.39×10⁸ kg。科学合理地进行土地利用方式调整与管理,可以增大喀斯特小流域土壤有机碳储量。     

锡林河流域典型草原碳素生物小循环研究

应用生物地球化学分室方法研究了内蒙古锡林河流域2个典型草原群落——羊草草原和大针茅草原的碳素生物小循环,研究表明:①生长季禁牧的羊草草原植物分室碳素净固定量为165.50 gC.m-2,土壤分室碳素净排放量为174.36 gC.m-2,系统碳素净固定量为-8.86 gC.m-2,基本处于平衡状态,植物分室的碳输入和碳输出也近于平衡状态;②生长季禁牧的大针茅草原植物分室碳素固定量为130.04 gC.m-2,土壤分室碳素净排放量为128.28 gC.m-2,系统碳素净固定量为1.76 gC.m-2,基本处于平衡状态,植物分室的碳输入和碳输出在降水量大的年份以输入为主,在降水量小的年份近于平衡状态;③水热等生境条件较适宜的羊草草原碳素周转量比大针茅草原要大得多,水分是典型草原碳素循环量的主要影响因素。     

河西走廊绿洲玉米农田生态系统呼吸特征及温度响应

准确评估农田生态系统碳排放对评价陆地生态系统碳平衡具有重要意义。研究利用中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站玉米农田生态系统涡度相关和微气象监测数据,分析了2009年生态呼吸速率（RE）和呼吸敏感性指数（Q₁₀）的季节变化规律,探讨了环境因子对RE的影响,比较了不同模型估算生态系统碳排放量的差异。结果表明,河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统夜间平均呼吸速率表现为单峰型的季节动态,平均最大呼吸速率12.54 μmol CO₂·m^-2·s^-1;空气温度（T_a）比土壤温度（T_s）更明显地影响着玉米农田生态系统呼吸,且影响过程表现出明显的季节差异;基于Q₁₀模型拟合的4—10月各月的参考呼吸速率RE₁₀和敏感性指数Q₁₀也表现出单峰型的季节变化模式,最大值先后出现在6月和8月,其值分别为2.68 μmol CO₂·m^-2·s^-1和2.62。Logistic模型能较好地反映RE与T_a的关系,可以解释半小时呼吸速率55.9%的变异,但在高温情况下的预测值偏低;Q₁₀、Quadratic、Lloyd & Taylor和Logistic模型模拟的玉米农田生态系统呼吸速率的平均日变化和季节动态差异明显,估算的河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统年呼吸碳排放量介于1 122~1 252 g C·m^-2·a^-1。     

东北松嫩典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀沿坡长变化规律及其对土壤质量的影响

东北黑土区,尤其是农垦地区,是我国重要的粮食生产基地。土壤侵蚀导致耕地质量严重退化,威胁粮食安全。选取克山农场坡长为1020 m的直型坡、凹型坡和凹—直复合型坡耕地,利用¹³⁷Cs示踪技术估算坡面土壤侵蚀模数,测定土壤有机碳作为耕地土壤质量参数,揭示典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀强度沿坡长变化规律及耕地土壤质量参数的响应。结果表明：（1）不同坡形长缓坡耕地土壤侵蚀差异显著,直型坡多年平均侵蚀速率（3040 t·km^-2·a^-1）<复合型坡（3395 t·km^-2·a^-1）<凹型坡（4220 t·km^-2·a^-1）。（2）直型坡、凹型坡、凹—直复合型坡均呈现出侵蚀强—弱周期性变化规律,其振荡周期分别为380 m、250 m和300 m。（3）土壤有机碳含量与土壤侵蚀速率呈极显著负相关关系,其沿坡长变化规律与土壤侵蚀速率沿坡长变化规律相反。土壤侵蚀是造成黑土坡耕地土壤质量退化的直接原因,研究结果可为黑土长缓坡耕地水土保持措施的精准布设及土壤养分管理提供理论支持。