复杂地形条件下根系对土壤有机碳的贡献

在地形条件复杂的地区,量化根系对土壤有机碳的贡献对科学评价水土流失区的土壤碳储量具有重要意义。本研究在黄土高原丘陵沟壑区的砖窑沟小流域内,基于地貌类型(梁茆坡、沟坡和沟谷)和植被措施(农田、林地和草地措施)两大因素采集土壤和根系样品,在流域尺度上研究根系密度(FRD)对土壤有机碳密度(SOCD)的贡献。在砖窑沟小流域内,地形、植被措施和土层厚度及其交互作用显著影响SOCD和FRD的空间分布。SOCD和FRD在不同地形部位下均呈现出沟谷沟坡梁茆坡的趋势,在不同植被措施下均呈现出林地措施草地措施农田措施的趋势,在不同土层厚度上均呈现出表层(0~20 cm)大于下层(20~100 cm)的趋势。此外,FRD对SOCD的影响显著(P0.05),SOCD随着FRD增加呈现出对数增加的趋势,且不同地形和植被措施下的根系-碳转化效率差异显著(P0.05)。在农田措施下,沟谷(0.87)的根系-碳转化效率均是沟坡(0.43)和梁茆坡(0.43)的2.0倍;在草地措施下,沟坡(0.57)的根系-碳转化效率分别沟谷(0.45)和梁茆坡(0.27)的1.3倍和2.1倍;在林地措施下,梁茆坡(0.56)的根系-碳转化效率是沟坡(0.44)的1.3倍。因此,在砖窑沟小流域内,从增加根系-碳转化效率的角度而言,沟谷适合进行农业生产,沟坡适宜进行退耕还草,而梁茆坡适合进行退耕还林。     

复杂地形条件下根系对土壤有机碳的贡献

在地形条件复杂的地区,量化根系对土壤有机碳的贡献对科学评价水土流失区的土壤碳储量具有重要意义。本研究在黄土高原丘陵沟壑区的砖窑沟小流域内,基于地貌类型(梁茆坡、沟坡和沟谷)和植被措施(农田、林地和草地措施)两大因素采集土壤和根系样品,在流域尺度上研究根系密度(FRD)对土壤有机碳密度(SOCD)的贡献。在砖窑沟小流域内,地形、植被措施和土层厚度及其交互作用显著影响SOCD和FRD的空间分布。SOCD和FRD在不同地形部位下均呈现出沟谷沟坡梁茆坡的趋势,在不同植被措施下均呈现出林地措施草地措施农田措施的趋势,在不同土层厚度上均呈现出表层(0~20 cm)大于下层(20~100 cm)的趋势。此外,FRD对SOCD的影响显著(P0.05),SOCD随着FRD增加呈现出对数增加的趋势,且不同地形和植被措施下的根系-碳转化效率差异显著(P0.05)。在农田措施下,沟谷(0.87)的根系-碳转化效率均是沟坡(0.43)和梁茆坡(0.43)的2.0倍;在草地措施下,沟坡(0.57)的根系-碳转化效率分别沟谷(0.45)和梁茆坡(0.27)的1.3倍和2.1倍;在林地措施下,梁茆坡(0.56)的根系-碳转化效率是沟坡(0.44)的1.3倍。因此,在砖窑沟小流域内,从增加根系-碳转化效率的角度而言,沟谷适合进行农业生产,沟坡适宜进行退耕还草,而梁茆坡适合进行退耕还林。     

复杂地形条件下根系对土壤有机碳的贡献

在地形条件复杂的地区,量化根系对土壤有机碳的贡献对科学评价水土流失区的土壤碳储量具有重要意义。本研究在黄土高原丘陵沟壑区的砖窑沟小流域内,基于地貌类型(梁茆坡、沟坡和沟谷)和植被措施(农田、林地和草地措施)两大因素采集土壤和根系样品,在流域尺度上研究根系密度(FRD)对土壤有机碳密度(SOCD)的贡献。在砖窑沟小流域内,地形、植被措施和土层厚度及其交互作用显著影响SOCD和FRD的空间分布。SOCD和FRD在不同地形部位下均呈现出沟谷沟坡梁茆坡的趋势,在不同植被措施下均呈现出林地措施草地措施农田措施的趋势,在不同土层厚度上均呈现出表层(0~20 cm)大于下层(20~100 cm)的趋势。此外,FRD对SOCD的影响显著(P0.05),SOCD随着FRD增加呈现出对数增加的趋势,且不同地形和植被措施下的根系-碳转化效率差异显著(P0.05)。在农田措施下,沟谷(0.87)的根系-碳转化效率均是沟坡(0.43)和梁茆坡(0.43)的2.0倍;在草地措施下,沟坡(0.57)的根系-碳转化效率分别沟谷(0.45)和梁茆坡(0.27)的1.3倍和2.1倍;在林地措施下,梁茆坡(0.56)的根系-碳转化效率是沟坡(0.44)的1.3倍。因此,在砖窑沟小流域内,从增加根系-碳转化效率的角度而言,沟谷适合进行农业生产,沟坡适宜进行退耕还草,而梁茆坡适合进行退耕还林。     

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。     

地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响

研究地形和土地利用类型共同作用下表层土壤有机碳空间分布特征,对准确评估区域土壤有机碳的空间分布和变异特征具有重要意义。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域3种地形部位(峁顶、峁坡、沟底)和8种土地利用类型(农田、果园、天然与人工草地、天然与人工灌木林、天然与人工乔木林)为研究对象,采集表层(0~20 cm)314个土壤样品用于研究地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域表层土壤有机碳空间分布的影响。地形和土地利用方式极显著(P0.000 1)影响小流域表层土壤有机碳含量与分布,并且交互作用显著(P=0.051 1)。地形影响下,土壤有机碳空间分布表现为沟底峁坡峁顶的变化趋势,土壤有机碳含量沟底(8.0 g/kg)、峁坡(7.1 g/kg)分别是峁顶(4.2 g/kg)的1.9、1.7倍。土地利用方式影响下,土壤有机碳空间分布表现为天然乔木天然灌木人工乔木天然草地人工灌木人工草地农田果园的分布变化规律。地形和土地利用交互作用下,农田、果园、天然草地在坡面水土流失条件下显示出土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征,沟底有机碳含量农田(6.9 g/kg)、果园(8.8 g/kg)、天然草地(9.3 g/kg)分别是峁顶的1.9、2.0、1.9倍。林地(灌木林和乔木林)却表现为峁坡土壤有机碳含量远远高于沟底,天然乔木林且达到了显著水平,天然乔木峁坡土壤有机碳含量(24.6 g/kg)是沟底(16.4 g/kg)的1.5倍。     

黄土丘陵小流域沟坡水热条件及其生态修复初探

在黄土丘陵沟壑区,沟坡是小流域尺度上水土流失最为活跃的部分,对其水热条件的了解是进行综合治理的基础。论文以黄土丘陵区甘肃定西安家沟小流域为例,观测了沟坡不同地形部位和植被类型土壤水分季节动态和剖面变化特征,同时观测了光照、大气湿度、温度和风速等小气候条件,并探讨了沟坡生态修复方式。结论与建议如下。①历次取样中,0～100cm平均土壤水分均以沟道灌木林地最高,沟坡中的阳坡和阴坡的草地和灌木林地次之,梁峁坡农地最低,且6种类型样地间有显著差异(P<0.01);对于相同的植被类型来说,阳坡的林草植被土壤水分均要小于阴坡,但没有显著差异(P>0.05);而在同一坡向,草地的土壤水分要显著高于灌木林地(P<0.01);和梁峁坡农地的土壤水分季节变化特征相比,沟坡植被土壤水分的季节变化不明显。②对于梁峁坡农地和阴坡的灌木林地来说,土壤水分在剖面内随着深度变化平缓,而其它4种类型样地土壤水分在剖面内随着深度呈增加的趋势。对于这6种类型样地,土壤水分剖面差异格局与0～100cm平均含水量相似;且随着深度的增加,6种类型样地间土壤水分的差异性增大。③对于梁峁坡和沟坡来说,4～5月份风速均是观测期内最大的,但沟坡风速要小于梁峁坡坡面;在观测期内,高湿期出现在5月,且沟坡大气相对湿度高于梁峁坡;和     

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.     

黄土丘陵沟壑区地形和土地利用对深层土壤有机碳的影响

研究地形和土地利用对深层土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的影响,对准确评估土壤固碳潜力和土壤碳循环具有重要意义.以3种地形(峁顶、峁坡、沟底)和7种土地利用类型(农田、果园、天然草地、人工与天然灌木林、人工与天然乔木林)为对象,在黄土丘陵沟壑区燕沟流域采集53个0～1m土壤剖面中6个层次,898个土壤样品,研究了地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域深层SOC含量和分布影响.结果表明,地形、土地利用方式、土层深度及其两两交互作用对流域深层SOC空间分布有极显著影响(p0.01).深层(10～100cm)与表层(0～10cm)SOC在3种地形的分布不同.对于表层土壤(0～10cm),峁坡SOC含量(10.7g·kg-1)最高,其次是沟底(8.9g·kg-1),峁顶最低(4.4g·kg-1);对深层土壤有机碳,沟底最高(5.6g·kg-1),峁坡次之(4.5g·kg-1),峁顶最低(3.2g·kg-1).深层SOC空间分布因土地利用方式存在显著差异.与农田相比,果园0～40cm土层SOC含量降低21%,但80～100cm土层SOC含量提高13%;天然灌木林40～100cm平均含量(5.3g·kg-1)较农田高66%(p0.05);但天然乔木林40～100cm与其它土地利用方式差异较小.沟底深层(20～100cm)SOC储量(5.04kg·m-2)最大,占1m剖面SOC储量的71.4%;峁坡占63.6%;峁顶占72.3%.深层(20～100cm)SOC储量天然灌木林最高,为6.01kg·m-2,占1m剖面SOC储量的64.7%,天然乔木林深层相对储量最小,仅占49.7%;农田和果园深层相对储量均达到70%以上.     

小流域土壤有机碳的分布和积累及土壤水分的影响

地形和土地利用决定的土壤水分和土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布格局为研究水碳关系提供了重要的线索,但土壤水分的强变异性和SOC的相对稳定性对土壤水碳关系的研究提出了挑战。研究基于陆地水量平衡角度,选择雨季后土壤水分恢复期在晋西黄土丘陵小流域尺度进行了重复采样,按照3种地貌类型(沟底、 沟坡、 峁坡)和3种土地利用方式(农地、 林地、 草地)共布置37个样点,采集0~100 cm土壤样品测定土壤水分和SOC,探讨土壤水分与SOC分布特征及其相互关系。结果表明:同一土地利用方式下,土壤水分和SOC总体上沟底>沟坡>峁坡;同一地貌类型下,土壤水分农地>草地>林地,SOC农地<草地<林地。SOC与土壤水分呈现正相关关系,二者符合指数增长(y=y₀+log a×a^x,y为SOC,x为土壤水分)关系,因地貌部位和土地利用方式的不同决定系数在7%~37%之间变化。这一结果为基于土壤水分变化预测SOC积累和分布提供了参考。     

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.     

Effect of land use and land cover change on soil erosion and the spatio-temporal variation in Liupan Mountain Region, southern Ningxia, China

The Liupan Mountains are located in the southern Ningxia Hui Autonomous Region of China, that forms an important divide between landforms and biogeographic regions. The populated part of the Liupan Mountain Region has suffered tremendous ecological damage over time due to population pressure, excessive demand and inappropriate use of agricultural land resources. To present the relationship between land use/cover change and spatio-temporal variation of soil erosion, data sets of land use between the late 1980s and 2000 were obtained from Landsat Thematic Mapper (TM) imagery, and spatial models were used to characterize landscape and soil erosion conditions. Also, soil erosion in response to land use and land cover change were quantified and analyzed using data from geographical information systems and remote sensing. Soil erosion by water was the dominant mode of soil loss, while soil erosion by wind was only present on a relatively small area. The degree of soil erosion was classified into five severity classes: slight, light, moderate, severe, and very severe. Soil erosion in the Liupan Mountain Region increased between the late 1980s and 2000, both in terms of acreage and severity. Moderate, severe, and very severe eroded areas accounted for 54.86% of the total land area. The lightly eroded area decreased, while the moderately eroded area increased by 368817 ha (22%) followed by severe erosion with 146552 ha (8.8%), and very severe erosion by 97067.6 ha (5.8%). Soil loss on sloping cropland increased with slope gradients. About 90% of the cropland was located on slopes less than 15°. Most of the increase in soil erosion on cropland was due to conversion of steep slopes to cropland and degradation of grassland and increased activities. Soil erosion was severe on grassland with a moderate or low grass cover and on dry land. Human activities, cultivation on steep slopes, and overgrazing of pastures were the main reasons for the increase in erosion severity.     

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.     

黄土高原沟壑区小流域不同地形下土壤性质分布特征

地形条件是影响黄土高原地区土壤性质分布的主要因素,研究不同地形条件下土壤性质的分布是合理评价黄土区土壤质量状况的重要前提。论文研究了黄土高原沟壑区小流域地形条件对土壤性质剖面分布的影响,结果表明土壤硝态氮、速效磷、碱性磷酸酶和蔗糖酶为高度变异的土壤性质;pH值和过氧化氢酶为小变异土壤性质。塬面和沟道土壤pH值和过氧化氢酶活性较低,阳离子交换量较高。土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性在土壤剖面随土层深度的增加逐渐降低,且均表现为塬面>梯田>坡地>沟道的趋势。不同地形条件下土壤pH值的变化由地形条件引起的土壤过程及硝态氮在土壤中的累积引起;阳离子交换量的变化由成土过程、pH值和有机质的差异引起;土壤有机质及氮、磷养分的差异由与地形条件对应的土地利用方式引起;土壤酶活性的差异则是有机质的差异引起的。     

基于地形位置指数的赤水河流域植被时空变化研究

地形因子和植被覆盖是区域灾害评价的关键指标,也是山区型村镇建设生态安全评估的重要内容.为探析山区型村镇建设的生态约束条件,以赤水河流域为研究对象,基于1998—2018年SPOT_VGT NDVI数据,利用地形位置指数（Topographic Position Index,TPI）和坡度位置指数方法,研究了赤水河流域植被生长季NDVI时空变化及地形分异特征.结果表明:①赤水河流域内,1998—2018年植被生长季平均NDVI呈缓慢上升趋势,斜率为0.004 7;NDVI>0.60的集中连片区域主要分布在古蔺县北部、赤水市大部和习水县西北部,占赤水河流域总面积的8.42%;Sen's slope在0.009~0.015区间时,赤水河流域植被生长增强趋势最明显,主要集中分布在赤水河中上游、二道河以及下游的大同河干流地区.②TPI在-39.4~34.3区间的面积最多,为6 221.63 km2,占赤水河流域总面积的34.05%;将赤水河流域坡度类型划分为山脊、上坡、中坡、平坡、下坡、山谷6个坡度位置类型,其中,中坡面积（7 792.02 km2）最大,占流域总面积的42.64%,表明TPI数值较小且坡度大于5°的区域是赤水河流域地形主体.③赤水河流域植被在山脊的平均NDVI最高,为0.747,且山脊平均Sen's slope最高,为0.007 2;山谷平均NDVI最低,为0.709.研究显示,赤水河流域植被分布在118.5~486.9的TPI区间或分布在山脊处时整体生长较好,且生长增强趋势最明显.      

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。     

延河流域不同立地条件下植物-枯落物-土壤生态化学计量学特征

通过对黄土高原延河流域不同立地条件的植物、枯落物和土壤进行调查、取样和分析,选取不同立地条件下的共有植物达乌里胡枝子,研究了不同立地条件下共有植物-枯落物-土壤的碳、氮、磷化学计量特征,以期探索不同立地条件中的元素迁移和转化。结果表明：1）土壤碳氮比的平均值为10.88,土壤碳磷比和氮磷比的平均值分别为23.14和2.13。2）土壤碳氮比表现为阳坡>阴坡、沟坡>峁坡,氮磷比无显著差异;共有植物碳氮比表现为阳坡>阴坡,峁坡>沟坡,碳磷比和氮磷比为阴坡>阳坡,峁坡>沟坡;枯落物碳氮比表现为阳坡>阴坡,峁坡>沟坡;氮磷比和碳磷比在不同立地条件中均表现为阴坡>阳坡,沟坡>峁坡。3）通过对不同立地条件下植物-枯落物-土壤化学计量特征的探讨,得知沟坡条件下土壤有机碳累积速率相对高于峁坡,阳坡土壤有机碳固定大于阴坡,各立地条件中土壤全磷含量相对一致;在植物生长后期以及枯落物分解过程中,阳坡和峁坡表现为氮素迁移转化相对强烈,阴坡和沟坡则有利于磷的迁移和转化。