不同土地利用方式对土壤有机碳及其组分影响研究

测定了5种土地利用方式下（人工草地、围封样地、一年耕地、弃耕地、自由放牧样地）土壤有机碳、土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳组分含量特征,比较分析土地利用变化对典型草原土壤起源下土壤有机碳组分的变化。结果表明,1）人工草地土壤有机碳含量为（14．98±3．47）g·kg-1,围封样地的为（12．41±6．40）g·kg-1,一年耕地的为（12．20±5．59）g·kg-1,弃耕样地的为（10．39±5．08）g·kg-1,自由放牧样地的为（9．45±3．19）g·kg-1。人工草地土壤有机碳含量明显高于其他样地,围封样地和一年耕地的含量相似,自由放牧样地的含量最小。2）土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳的含量在不同土地利用方式下的变化趋势与土壤有机碳含量的变化趋势基本一致。土壤有机碳及其组分含量在土壤剖面上,随着土层深度的增加而逐渐降低。3）土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳的平均分配比率在不同类型样地范围分别为0．24％～0．66％、0．002％～0．019％和0．05％-0．25％,显示出各组分对土壤环境变化的敏感度不同,其中土壤微生物生物量碳更能反映土壤有机碳的早期变化,可以作为表征土壤有机碳变化和土壤肥力的敏感指标。     

土地利用对湿地土壤活性有机碳的影响研究进展

湿地生态系统土壤碳库的周转及碳源/汇过程对全球气候变化起着极其重要的作用,而土壤碳库中的活性碳组分对环境因子变化响应最为敏感,湿地土壤活性有机碳在湿地土壤碳、氮、磷等养分元素的生物地球化学循环方面起着十分重要的作用。不同的土地利用方式对湿地土壤活性有机碳组分的特征分布影响显著,综述了土壤活性有机碳内涵、组分及土地利用方式变化对湿地土壤活性有机碳多种组分的影响研究进展,展望不同土地利用方式下湿地土壤活性碳库的未来研究方向,并提出今后应加强不同土地利用方式下湿地生态系统土壤活性碳库与土壤微生物及土壤酶活性的关系研究,以期为评估湿地生态系统碳源/汇功能提供理论基础。     

岩溶山区不同土地利用方式对土壤活性有机碳动态的影响

对贵州茂兰自然保护区内三种典型土地利用方式(林地、草地和耕地)下土壤活性有机碳组分(土壤溶解有机碳和土壤微生物量碳)的月变化及其对环境因子的响应进行了研究,结果表明在不同的土地利用方式下上覆植被类型不同,其凋落物数量、质量及分解行为不同,有机质的输入量及质量也不相同,从而形成不同的土壤溶解有机碳含量差异,土壤有机碳的大小也存在较大差别。研究结果显示:从全年平均值来看,林地土壤溶解有机碳分别比草地和耕地高25%、48%;从3月到8月,三者均随气温的上升呈增加的趋势,林地和耕地在8月均达到最大值,而草地则在10月达到最大值;林地和草地土壤微生物量碳分别高于耕地81%和45%,林地和草地在10月达到最大值。不同的土地利用方式导致土壤活性有机碳的差异较大,这说明岩溶生态系统中土地利用方式对土壤碳库的大小有较大影响。不同土地利用方式下土壤活性有机碳对环境因子的响应也各不相同,这表明土壤活性碳受众多因素的制约而呈现出一种动态平衡关系,进一步的机理仍需要进行深入研究。     

丘陵区坡面土壤有机碳及颗粒有机碳分布特征

测定了紫色丘陵区疏林地、荒草地和坡耕地三种土地利用方式下土壤有机碳和颗粒有机碳含量,探讨不同利用方式与坡位下土壤有机碳和土壤颗粒有机碳的分布特征.结果表明:不同土地利用方式下上坡位和中坡位土壤有机碳和颗粒有机碳含量均为疏林地＞坡耕地＞荒草地,而在下坡位两者含量变化差异较大;不同土地利用方式下各坡位土壤剖面有机碳含量均是在0～5 cm层富集,颗粒有机碳的含量也表现出一定在剖面分异性;不同土地利用方式土壤颗粒有机碳分配比例为(0.74±0.01)～(0.34±0.02),不同土地利用方式之间土壤颗粒有机碳分配比例差异较小.相关分析表明,不同利用方式下土壤有机碳、全氮和颗粒有机碳含量之间均呈显著的相关性.     

利用方式对紫色水稻土有机碳与颗粒态有机碳的影响

土壤是陆地生态系统中重要的动态碳库,其微小的变化可能带来对全球大气CO2浓度的较大变化。颗粒态有机碳在土壤中周转速度较快,比土壤总有机碳更易受土地利用方式的影响,对于评价土地利用变化对土壤碳固定过程影响具有重要意义。采集不同的耕作、轮作和施肥处理的14年28茬的紫色土长期试验土壤,分析有机碳与颗粒态有机碳含量在土壤及不同深度分布特点,结果表明:长期垄作免耕并实行水稻(Oryza sativa)油菜(Brassica)轮作的利用方式下,0～10cm土层土壤有机碳与颗粒态有机碳含量明显高于其他利用方式下,而稻油水旱轮作平作利用方式下最低。整个耕层0～30cm深度的土壤有机碳含量介于8.92～29.98g·kg-1之间,颗粒态有机碳含量变幅为0.54～3.43g·kg-1之间,且存在随深度递增而降低的趋势。土壤有机碳与颗粒态有机碳都可用作评价利用方式影响紫色水稻土土壤质量变化与固碳能力的有效指标,但颗粒有机碳对于管理措施的响应更为敏感。从总有机碳与颗粒有机碳的关系来看,不同管理下有机碳的增加与土壤物理保护能力的提高有关。垄作免耕(稻油)的利用方式最有利于有机碳的保护和稳定。     

黄淮海平原不同土地利用方式对土壤有机碳及微生物呼吸的影响

土壤是陆地生态系统最大的碳库,有机碳通过微生物分解作用向大气释放CO_2,土壤碳库的微小变化将会对大气CO_2浓度和全球碳循环产生巨大的影响。在当前人类活动频繁和土地利用与土地覆被变化的背景下,研究不同土地利用方式对土壤有机碳等理化性质和土壤微生物呼吸等功能的影响,可以阐明影响土壤碳汇功能的关键因子,为未来土地利用管理提供科学依据。以开封市为例,研究了黄淮海平原不同土地利用方式(包括弃耕地、草地、果园、农田和森林)下土壤湿度、pH值、铵态氮、硝态氮、总碳、总氮、有机碳、可溶性有机碳、微生物生物量碳氮、微生物呼吸及其温度敏感性的变化规律。研究结果表明,(1)森林土壤湿度、总碳、总氮、有机碳(1.48%)、微生物生物量碳氮含量显著高于其他土地利用方式,但其微生物呼吸(101.06 mg·kg~(-1)·d~(-1))和温度敏感性(1.18)最小。(2)农田土壤的总碳、总氮、有机碳、微生物生物量碳氮含量均次于森林且高于其他土地利用方式,微生物呼吸速率较大(128.55 mg·kg~(-1)·d~(-1))。(3)弃耕地、草地和果园土壤碳氮和微生物碳氮较小。(4)结构方程模型表明土地利用方式可以直接解释土壤有机碳积累的68%,且可通过土壤湿度间接地影响土壤有机碳和微生物呼吸。土壤有机碳和微生物呼吸分别被土壤湿度和硝态氮含量等因子解释了93%和54%。该研究表明森林生态系统利于土壤有机碳固持,其较小的微生物呼吸温度敏感性对应对未来全球气候变化具有重大意义;农田占地面积广大,农业经营中在保障粮食生产的同时要采取免耕或秸秆还田等措施充分发挥其碳汇作用。     

岷江流域不同土地利用方式对土壤有机碳组分及酶活性的影响

土壤有机碳组分和酶活性是土壤质量和环境变化的"指示器",了解土壤有机碳组分和酶活性及其对土地利用变化的响应对预测区域土壤质量和环境变迁具有重要意义。以岷江流域不同土地利用方式(次生林、人工林、灌草丛和坡耕地)为对象,测定其土壤易氧化有机碳(EOC)、颗粒有机碳(POC)、轻组有机碳(LFOC)和水溶性有机碳(WSOC)以及蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和磷酸酶活性,采用方差分析法对比分析了土壤有机碳组分及酶活性,并采用相关分析法分析了土壤有机碳各组分之间的关系,为该区未来土地利用管理提供科学依据。结果表明,不同土地利用方式下土壤总孔隙度(40.36%~47.81%)与土壤容重(0.75~1.38 g·cm-3)变化趋势相反,大致表现为次生林人工林灌草丛坡耕地;不同土地利用方式下土壤养分(有机碳、全氮、全钾)均呈现出一致性规律,而不同土地利用方式下土壤全磷含量差异均不显著(P0.05);与坡耕地相比,次生林、人工林和灌草丛土壤酶活性(土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶、酸性磷酸酶活性)均有明显的增加,大致表现为次生林人工林灌草丛坡耕地;EOC、POC、LFOC和WSOC均呈现出一致性规律,大致表现为次生林人工林灌草丛坡耕地。相关性分析表明,土壤碳组分与土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和磷酸酶活性均呈显著或极显著的负相关(P0.05,P0.01),说明土壤微生物量碳是土壤有效养分的主要影响因素,其中土壤容重对土壤碳组分和酶活性贡献为负,土壤养分对土壤碳组分和酶活性贡献为正,这是造成不同土地利用方式土壤有机碳组分及酶活性差异的重要原因。     

西双版纳热带森林土壤有机碳积累-分配动态对蚂蚁筑巢活动的响应

蚂蚁筑巢能够通过影响土壤微生物及理化环境而直接或间接调控土壤有机碳各组分积累及分配动态。以西双版纳崖豆藤热带森林群落为研究样地,测定蚁巢和非巢地土壤碳库组分（总有机碳、易氧化有机碳、微生物生物量碳）含量及分配（易氧化有机碳/总有机碳、微生物生物量碳/总有机碳）的时空动态,分析蚂蚁筑巢引起热带森林土壤性质改变对有机碳组分积累与分配的影响特征。结果表明,1）蚂蚁筑巢显著促进土壤总有机碳及各组分含量的积累（P<0.01）。相较于非巢地,蚁巢土壤总有机碳、微生物生物量碳、易氧化有机碳含量分别提高了19.7%、35.4%和153.3%。2）蚂蚁筑巢显著影响土壤碳库各组分含量的时空变化（P<0.050）。其中,相较于非蚁巢,蚁巢土壤总有机碳、易氧化有机碳、微生物生物量碳含量季节变化的增幅分别为11.4%-30.1%、13.6%-72.3%、53.4%-212.2%;蚁巢土壤总有机碳、微生物生物量碳、易氧化有机碳含量沿土层降幅（43.1%-422.4%）显著高于非蚁巢（38.1%-111.4%）。3）蚁巢土壤微生物生物量碳（15.2%）和易氧化有机碳（36.9%）在总有机碳中分配均值均显...     

间伐对塞罕坝华北落叶松人工林土壤活性有机碳的影响

土壤活性有机碳在土壤总有机碳中所占比例很小,具有不稳定性、易移动、易矿化、易氧化和易分解等特点,对维持土壤碳库平衡有重要意义,是评价土壤肥力与质量的重要指标.在河北省塞罕坝机械林场设置4种间伐强度的华北落叶松人工林样地,测定土壤总有机碳及5种活性有机碳含量,比较分析间伐对其含量及分配比例的影响.结果显示,14%和28%间伐强度提高了土壤总有机碳及活性有机碳各组分的含量,重度间伐对各指标含量影响不同.颗粒有机碳、轻组有机碳、易氧化有机碳、微生物量碳和可溶性有机碳的分配比例分别为6.50%-16.78%、1.43%-3.46%、14.00%-20.91%、0.98%-1.98%、0.65%-0.90%.间伐降低了颗粒有机碳、轻组有机碳和易氧化有机碳的分配比例,提高了微生物量碳和可溶性有机碳的分配比例.本研究表明间伐对土壤活性有机碳含量及其分配比例的影响与间伐强度有关,其中28%中度间伐对其含量的影响最为显著;适度间伐可提高土壤总有机碳及活性有机碳各组分的含量,加快活性有机碳各组分间的周转,因此可加强土壤有机碳库的稳定性,改善土壤肥力与质量,促进塞罕坝华北落叶松人工林可持续经营.(图1表3参56)     

土地利用方式对土壤碳库影响的敏感性评价指标

综述了目前国内外在监测土地利用方式对土壤有机碳动态的影响时所采用的一些敏感性指标：微生物量碳和微生物商、CO2通量和qCO2、轻组有机质和颗粒态有机质、溶解态有机碳(DOC)。大量的研究表明，与土壤有机碳相比，微生物量碳库的周转率更大，周转时间更短，在土壤总有机碳变化可检测之前，土壤微生物部分的变化可能被检测到，是土壤碳动态的敏感性指标。轻组和颗粒态有机质是自然土壤肥力的决定因素，也是土地管理方式影响最明显的部分，对于准确评价土地利用变化对土壤碳过程的影响具有重要意义。CO2，通量和qCO2，可以综合反映土壤微生物的活性、利用土壤有机碳的效率及土壤中碳的代谢作用等，也是土壤碳动态的敏感性指标。DOC通量比全球植物和大气间碳交换量小1-2个数量级，所以生物圈碳平衡的很小变化会导致DOC的巨大变化，DOC浓度和通量是土壤温度和湿度变化的敏感指标。     

三峡库区不同植被覆盖对土壤碳的影响

植被覆盖变化对三峡库区生态环境产生重要影响.土壤有机碳在陆地生态系统的发育和运行等方面均起着极其重要的作用,所以本课题研究宜昌点军区柏树地,橘树地以及菜地的土壤性质状况.结果表明:土壤含水量是柏树林最大.菜地的最小,而土壤容重的大小顺序是:柑橘树地>柏树地>菜地.土壤有机碳、易氧化碳和二者的比值都是柏树地的最大,柑橘地的最小,菜地的处于中间状态.而微生物碳和微生物墒含量大小顺序是柏树地>柑橘树>菜地;微生物代谢墒的大小顺序是:柑橘地>菜地>柏树地.由此说明柏树生长有利于土壤活性碳源含量的提高和土壤质量的改善.     

东江流域农村土壤中多环芳烃的分布特征及其健康风险评估

为了解东江流域农村土壤多环芳烃的分布特征与人类健康风险,采集了30个不同土地利用类型农村表层土壤样品,进行采用索氏抽提法,硅胶/氧化铝（2：1）层析柱分离纯化,最后加内标经气相色谱-质谱仪定量解析的方法测定16种多环芳烃的含量。同时,测定了土壤中不同形态有机质包括总有机碳（TOC）、非水解性有机碳（NHC）、黑碳（BC）以及无定形有机碳（AOC）的含量。结果表明,土壤多环芳烃质量分数在24-238μg·kg-1之间,平均质量分数为107±60μg·kg-1。在16种多环芳烃中,萘、菲、荧蒽和苯并（b）荧蒽的含量最高,占总多环芳烃含量的比重依次为16%、20%、10%和10%。土壤中多环芳烃含量与TOC、NHC以及BC均具有极显著的线性关系（p〈0.01）,三者斜率的大小顺序为BC〉NHC〉TOC（p〈0.01）,表明土壤有机碳中的非水解性有机碳和黑碳在控制土壤中多环芳烃的分布、积累中发挥着重要的作用。土壤中多环芳烃含量与AOC的相关性不显著（p=0.29）。另外,健康风险评价表明儿童暴露的增量终身致癌风险（ILCRs）在可接受的安全范围内（ILCRs 〈10-6）,而成人暴露的增量终身致癌风险则相对较高（10-6皮肤接触〉呼吸;而成人则为：皮肤接触〉误食土壤〉呼吸。     

崇明岛典型土地利用方式对土壤有机碳和酶活性的影响

为了研究上海崇明岛不同土地利用方式对土壤有机碳以及酶活性的影响,对冬小麦地、蔬菜地、柑桔地和冬绿肥地4种土地利用方式的土壤进行了调查、样品测定和分析。结果表明,土地利用方式对有机碳和4种酶活性的影响极显著。冬小麦地总有机碳和活性有机碳质量分数均最高,分别为19.23g·kg^-1和2.26mg·g^-1,柑桔地土壤脲酶、碱性磷酸酶、纤维素酶和蛋白酶等4种酶活性均高于其他3种土地利用方式,表明采用秸秆还田式的冬小麦地,可以增加土壤总有机碳和活性有机碳质量分数;常年处于免耕状态的柑桔地可以使土壤酶活性增强。     

Changes of Soil Microbiological Properties Caused by Land Use Changing From Rice–Wheat Rotation to Vegetable Cultivation

A survey was done recently in Jiaxing city of Zhejiang Province in the Yangtze River Delta to compare the differences of soil microbiological properties among paddy soils with different land use including continuous open-field vegetable cultivation (OFVC), plastic-greenhouse vegetable cultivation (PGVC) and traditional rice–wheat rotation (RWR). The soil types included are percolating, permeable and waterlogged paddy soils. The results indicate that the microbial flora was markedly changed as the land use changed for all the three soil types. In continuous vegetable cultivation soils, especially in PGVC soils, the bacteria amounts decreased dramatically, but the fungal and actinomyce amounts increased as compared with RWR soils. The dehydrogenase activities decreased significantly in vegetable soils, especially in PGVC soils as compared with RWR soils. The microbial biomass C and the total phospholipid contents (TPL) in vegetable cultivation soil greatly decreased as compared with RWR soils. Biolog analysis indicated that the kinds of carbon sources that could be metabolized by native microbes in PGVC soils greatly decreased as compared with OFVC soils and RWR soils, revealing that microbial diversity had decreased since land use change. The activities of some soil enzymes including urease, invertase and phosphase were all lower in OFVC soils than those in RWR soils, and those in PGVC soils were the lowest. The degradation of microbiological activities in continuous vegetable cultivation soils, especially in PGVC soils, as compared with RWR soils might have been caused by soil acidification and accumulation of salts due to overuse of both organic and inorganic fertilizers in vegetable cultivation.     

Changes of soil microbiological properties caused by land use changing from rice-wheat rotation to vegetable cultivation

A survey was done recently in Jiaxing city of Zhejiang Province in the Yangtze River Delta to compare the differences of soil microbiological properties among paddy soils with different land use including continuous open-field vegetable cultivation (OFVC), plastic-greenhouse vegetable cultivation (PGVC) and traditional rice-wheat rotation (RWR). The soil types included are percolating, permeable and waterlogged paddy soils. The results indicate that the microbial flora was markedly changed as the land use changed for all the three soil types. In continuous vegetable cultivation soils, especially in PGVC soils, the bacteria amounts decreased dramatically, but the fungal and actinomyce amounts increased as compared with RWR soils. The dehydrogenase activities decreased significantly in vegetable soils, especially in PGVC soils as compared with RWR soils. The microbial biomass C and the total phospholipid contents (TPL) in vegetable cultivation soil greatly decreased as compared with RWR soils. Biolog analysis indicated that the kinds of carbon sources that could be metabolized by native microbes in PGVC soils greatly decreased as compared with OFVC soils and RWR soils, revealing that microbial diversity had decreased since land use change. The activities of some soil enzymes including urease, invertase and phosphase were all lower in OFVC soils than those in RWR soils, and those in PGVC soils were the lowest. The degradation of microbiological activities in continuous vegetable cultivation soils, especially in PGVC soils, as compared with RWR soils might have been caused by soil acidification and accumulation of salts due to overuse of both organic and inorganic fertilizers in vegetable cultivation.     

Simulation of soil carbon changes due to land use change in urban areas in China

Land use change can have a strong impact on soil carbon dynamics and carbon stocks in urban areas. Due to rapid urbanization, large areas of land have been paved, and other areas have undergone rapid land use change. Evaluation of the impact of urbanization on carbon dynamics and carbon stock (30 cm) has become an issue of urgent concern. The soil carbon dynamics, due to rapid land use change in Tianjin Binhai New Area of China, have been simulated in this paper using the RothC model. Because this area is saline, a modified version of RothC that includes a salt rate modifier provided more accurate simulations than the original model. The conversion to urban green land was not accurately simulated by either of the models because of the undefined changes in soil and plant conditions. According to the model, changes of arable to grassland resulted in a decline in soil carbon stocks, and changes of grassland to forest and grassland to arable resulted in increased soil carbon stocks in this area. Across the whole area simulated, the total carbon stocks in 2010 had decreased due to land use change by 6.5% from the 1979 value. By 2050, a further decrease of 21.9% is expected according to the 2050 plan for land use and the continuing losses from the soils due to previous land use changes.     

近地层臭氧浓度升高对麦田土壤微生物群落功能多样性的影响

利用中国臭氧FACE(Free-air O3concentration enrichment,开放式空气臭氧浓度增高)试验平台,通过测定麦季土壤水溶性有机碳含量、土壤呼吸强度和BIOLOG指标,研究了近地层臭氧浓度升高50%条件下(~70 nmol mol-1),麦田土壤微生物功能多样性的响应.结果发现,臭氧浓度升高下麦田土壤水溶性有机碳含量提高,土壤微呼吸强度增加,平均吸光值显著高于对照(P<0.05).多样性指数结果显示,臭氧浓度升高对麦田土壤微生物丰富度和优势度指数没有显著影响,但是臭氧处理下均一度指数显著高于对照(P<0.05);主成分分析显示,相对于其它碳源,臭氧浓度升高对麦田土壤微生物的糖类物质利用能力的影响最大.研究揭示了1.5倍的近地层臭氧浓度增强了麦田土壤微生物碳源利用能力,特别是非优势微生物.     

热带滨海区不同土地利用背景下土壤溶解性有机氮的组成与粒径分布特征

溶解态有机氮(DON)是土壤中活跃的氮库,其生态环境行为与它的化学组成和粒径分布密切相关。为评估热带滨海区不同土地利用方式对不同粒径中土壤溶解性有机氮组成特征的影响,从水稻田、橡胶园、菜园和果园采集土壤样品,通过一系列微滤和超滤(0.7,0.45,0.2,0.1μm,100,10,1 kDa)对土壤溶解性有机氮分级,并使用连续流动分析仪、三维荧光光谱和红外光谱研究了滤液中溶解态有机氮、无机氮的含量及荧光组分和有机官能团特征。结果表明,4种土地利用背景下土壤DON值的范围为5.25-10.88 mg·kg^-1,其大小顺序为水稻>菜园>果树>橡胶,且DON与溶解性总氮(DTN)的比值范围为26.08%-67.11%,其中橡胶土最高,水稻土最低;不同粒径下4种土地利用类型土壤DON主要集中在<100 kDa的粒径中,其值范围为4.85-9.48 mg·kg^-1,占全量的85.89%-92.41%。三维荧光光谱(3D-EEMs)及平行因子分析表明,4种土地利用背景下土壤DON含有两种类腐殖质组分及一种类蛋白质组分,且以类腐殖质组分为主,占比54.00%-77.67%;类蛋白组分对土地利用变化敏感,且随着粒径的减小,类蛋白组分占比增加,在<1 kDa组分中比例最高。红外光谱结果表明,4种土地利用背景下土壤DON主要在6个位置有相似的吸收峰,包含3410 cm^-1、1636 cm^-1、1402 cm^-1、1138-1035 cm^-1、673 cm^-1、602 cm^-1,不同土地利用背景下各吸收峰的透光度不同,强度最大的吸收来自游离的胺类N-H伸缩振动;水稻、菜园土壤DON芳香物质含量较高,结构较复杂。了解DON的组成与粒径分布对土地利用的响应,对进一步研究其生态环境行为具有重要意义。