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。     

坡度和降雨影响土壤CO2通量和有机碳流失的模拟研究

坡度和降雨是影响土壤侵蚀发生和发展的重要因素,分析二者对土壤CO_2通量变化的影响,有助于深入理解侵蚀条件下土壤和大气CO_2之间交换的机理.选取黄土高原典型侵蚀性土壤黄绵土,于中国科学院水利部水土保持研究所人工模拟降雨大厅,研究不同坡度(5°、15°和25°)、降雨强度(30、60和90 mm·h-1,即I30、I60、I90)及历时(0.5、1和1.5 h,即H0.5、H1、H1.5)下土壤CO_2通量变化.结果表明:同历时和雨强下,坡度显著影响土壤CO_2通量变化(p0.001),且各坡度下土壤CO_2通量呈现出5°15°25°的趋势,但5°与15°之间差异未达到显著水平,而25°坡度下土壤CO_2通量较5°、15°下显著下降(16.3%~36.5%,10.8%~27.1%);同坡度和历时(H1)下,随着雨强的增加,土壤CO_2通量呈现下降的趋势,相较I30雨强下,I60、I90雨强下对应坡度的土壤CO_2通量降低了2.3%~14.3%,但差异均未达到显著性水平;同坡度和雨强(I90)下,随着历时的增加,土壤CO_2通量也表现出降低的趋势,H1、H1.5历时下,土壤CO_2通量相较H0.5下降1.7%~20.9%,历时对土壤CO_2通量影响达显著性水平(p0.1);土壤CO_2通量的变化与坡面SOC流失量呈线性负相关关系(R2=0.69~0.77,r=-0.83~-0.88,p≤0.1).SOC的流失是导致坡面土壤CO_2通量降低的重要因素.     

植被对黄土高原沟壑区坡地土壤有机碳的影响

选取高原沟壑区王东沟流域内典型的治理坡段,研究不同植被条件下土壤有机碳、氮的含量变化和坡面分布特征。结果表明:与荒草(白羊草)群落相比,油松群落条件下,土壤有机碳含量提高9.3%(P>0.05),而果园土壤有机碳含量降低40.1%(P<0.05)。沙棘、侧柏和刺槐群落下,土壤有机碳含量虽低于荒草群落,但尚未达到显著水平(P>0.05)。果园和刺槐群落下坡面有机碳变化趋势不明显;杏树群落下表现为坡中部含量高,上部和下部低;白羊草群落下坡面有机碳含量从上到下逐渐增加。不同植被条件下土壤全氮与土壤有机碳存在极显著(R²=0.925)的相关关系。     

施氮对黄土旱塬区春玉米土壤呼吸和温度敏感性的影响

了解施氮对土壤呼吸和温度敏感性的影响,是研究农田土壤呼吸变化的重要环节,对预测农田土壤呼吸变化具有重要意义.基于中国科学院长武黄土高原农业生态试验站的氮肥管理试验,于2013年4月至2014年9月利用LI-8100系统(LICOR,Lincoln,NE,USA)监测施氮和不施氮条件下旱地春玉米生长季土壤呼吸、温度、水分以及根系生物量的变化,研究施氮条件下生物与非生物因素对土壤呼吸速率和温度敏感性(Q10)的影响.施氮显著提高了生长季土壤的累积呼吸量(P0.05),与不施氮相比,施氮处理累积呼吸量2013年提高了35%,2014年提高了54%.但施氮显著降低了土壤呼吸温度敏感性(P0.05),施氮处理的Q10较对照2013年降低了27%,2014年降低了17%.施氮显著提高了春玉米产量、地上部生物量和根系生物量(P0.05).施氮处理根系生物量较不施氮处理2013年提高了0.32倍,2014年提高了1.23倍.施氮对土壤温度和水分无显著影响,根系生物量是施氮条件下导致土壤呼吸差异的重要生物因素.     

黄土区农田和草地生态系统土壤呼吸差异及其影响因素

明确土地利用方式变化对土壤呼吸速率的影响,对预测黄土区退耕还草条件下的土壤碳循环变化具有重要的意义.于2010年7月～2011年12月,利用Li-8100系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测黄土高原沟壑区塬坡上相邻农田和草地的土壤呼吸速率,用以验证不同土地利用方式是否导致土壤呼吸速率的变化.结果发现,土地利用方式的改变导致了土壤呼吸速率的显著(P<0.05)变化,试验期间草地平均土壤呼吸速率[1.67μmol·(m2.s)-1]较相邻农田[1.35μmol·(m2.s)-1]提高24%(P<0.05),累积土壤呼吸草地(856 g·m-2)较农田(694 g·m-2)提高了23%(P<0.05).农田与草地的土壤温度差异显著,草地平均土壤温度(14.9℃)较农田(12.4℃)高2.5℃(P<0.05).农田和草地生态系统土壤温度与土壤呼吸均呈显著的指数关系(P<0.000 1).但农田和草地生态系统中土壤呼吸对温度响应存在本质差异(α=0.05),农田土壤呼吸的Q10(2.30)高于草地(1.74).土壤温度能够很好地解释农田和草地生态系统之间土壤呼吸的差异.     

微塑料种类、浓度和粒径对黄土区土壤有效磷含量的影响

化肥和塑料薄膜等化工产品的使用可显著促进粮食生产和土壤肥力改善,但地膜的残留积累不仅影响化肥的有效性,也会给农业环境带来潜在污染和威胁.通过添加不同含量和粒径的传统微塑料（PE、PVC）与生物可降解微塑料（PBS、PLA）,分析了土壤中有效磷含量变化特征及其影响因素.结果表明：(1)传统微塑料与生物可降解微塑料都能显著降低土壤有效磷含量（p<0.05）,但生物可降解微塑料对有效磷含量的降低幅度约为传统微塑料的2倍;(2)随着微塑料浓度的增加,土壤有效磷含量呈先降低后增加趋势,当微塑料浓度达到5%（质量分数）时对土壤有效磷含量的影响最为显著,降低幅度达22.5%～73.6%;(3)随着微塑料粒径的增大,土壤有效磷含量逐渐升高;(4)在砂质土壤中,微塑料种类、浓度和粒径变化均未对有效磷含量产生显著影响.微塑料残留量、种类和粒径等性状对有效磷含量的影响因土壤质地不同而存在显著差异.上述结果可为不同土壤条件下微塑料的治理和调控提供参考.     

黄土高原土地利用方式对微塑料丰度和形态分布的影响

微塑料作为一种新型污染物,受到了国内外研究的广泛关注.黄土高原作为我国主要农业产区之一,不同土地利用方式对土壤中微塑料丰度和形态分布的影响尚不清楚.采集了黄土高塬沟壑区王东沟流域内耕地、苹果园和垃圾场这3种不同土地利用方式下的土壤,采用改良的密度离心法对微塑料进行分离提取,并使用激光红外成像系统对土壤中微塑料的丰度、组成以及形态特征进行分析鉴定.结果表明,王东沟流域土壤微塑料的平均丰度为4715 n·kg^-1,主要由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氨酯（PU）和醇酸树脂（ALK）等类型组成,分别占30.39%、29.58%和8.42%;超过80%的微塑料为碎片状,且超过60%的微塑料粒径≤50 μm.不同土地利用方式下的微塑料平均丰度差异明显,呈现耕地土壤（7550 n·kg^-1）>苹果园土壤（3440 n·kg^-1）>垃圾场土壤（2283 n·kg^-1）的趋势.苹果园土壤微塑料的平均面积及宽度、高度、偏心度和圆度等形态特征与耕地和垃圾场土壤的微塑料均存在显著差异.     

黄土高原沟壑区小流域土壤NO3--N的积累特征及其影响因素

以小流域为单元,分析了黄土高原沟壑区化肥投入、土壤NO₃^--N积累及其影响因素。结果表明,化肥投入是流域土地利用结构调整的重要支撑和保证因素,而流域土地利用结构的变化进一步拉动了化肥的投入。目前施肥条件下,流域内坡地果园存在显著的NO₃^--N积累,其积累量高于农田土壤,应作为今后重点监测对象。农田系统中,小麦或玉米连作土壤中NO₃^--N的积累最显著,通过作物之间的轮作可显著降低剖面中NO₃^--N的深层积累。土壤NO₃^--N的积累是小流域治理过程中产生的问题,与流域氮肥投入、氮肥吸收利用和土壤水分演变密切相关。     

洪泽湖区域气候变化与水位的灰色关联度分析

利用泗洪洪泽湖湿地自然保护区1979-2009年逐年逐月平均气温、降水量、蒸发量、湿度和日照一系列气象资料,分析了该地区年和四季的气候特征以及气候变化趋势,并用近年泗洪洪泽湖区域水位的动态数据与气象数据相对变化进行比较处理后,基于MATLAB软件灰色关联度计算的实现,进行水位因子与气象因子的灰色关联度分析,从而得到他们之间的关联度。研究表明:近31年来泗洪洪泽湖湿地自然保护区表现出气温升高、降水量增多、蒸发量减少的暖湿趋势。近年泗洪洪泽湖区域水位的年变化与湿度、降水呈正相关关系,与气温、蒸发量、日照呈负相关关系;水位高低与气候要素中的气温、湿度相关性较大,高达0.997 8、0.946 6;与降水量也有一定的相关性,与蒸发量和日照的相关性较小。     

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。