土地利用方式对缙云山土壤团聚体稳定性及其有机碳的影响

土壤团聚体对土壤肥力、质量和土壤的可持续利用等有很大的影响,是水、肥保蓄与释供功能的物质基础.通过湿筛法,将缙云山林地、撂荒地、果园和坡耕地这4种土地利用方式土壤进行粒径分组,得到大团聚体(>2 mm)、中间团聚体(0.25~2 mm)、微团聚体(53μm~0.25 mm)以及粉+黏团聚体(<53μm)的质量分数,测定各粒径团聚体中的有机碳含量,并计算0~60 cm土壤深度内各粒径土壤团聚体的有机碳储量.结果表明,土地利用方式对土壤团聚体稳定性及其有机碳具有重要影响.林地的开垦行为会导致大团聚体的破碎化,果园及坡耕地>0.25 mm的大团聚体含量分别为44.62%和32.28%,分别比林地降低38.58%(P<0.05)和91.52%(P<0.05),土壤结构趋于恶化;而坡耕地闲置为撂荒地后,则会促使粉+黏团聚体向粒径大的微团聚体及中间团聚体转化,使土壤结构趋于改善.在0~60 cm土层内,果园及坡耕地土壤颗粒的MWD(平均质量直径)和GMD(几何平均直径)值均显著低于林地(P<0.05),而坡耕地撂荒后,MWD和GMD值均显著升高(P<0.05),表明林地开垦为果园和坡耕地导致土壤团聚体的稳定性降低,容易被水分散,而坡耕地弃耕撂荒会增强团聚体的稳定性,提高土壤抵抗外力破坏的能力.4种土地利用方式下各粒径土壤团聚体有机碳含量均随土壤深度的增加而降低.在0~60 cm的土壤深度内,不同土地利用方式下各粒径土壤团聚体有机碳储量表现为:大团聚体有机碳储量为林地(14.98Mg·hm-2)>撂荒地(8.71 Mg·hm-2)>果园(5.82 Mg·hm-2)>坡耕地(2.13 Mg·hm-2),中间团聚体有机碳储量为撂荒地(35.61 Mg·hm-2)>林地(20.38 Mg·hm-2)>果园(13.83 Mg·hm-2)>坡耕地(6.77 Mg·hm-2),微团聚体有机碳储量为撂荒地(22.44 Mg·hm-2)>林地(10.20 Mg·hm-2)>果园(6.80 Mg·hm-2)>坡耕地(5.60 Mg·hm-2);粉+黏团聚体有机碳储量为撂荒地(22.21 Mg·hm-2)>林地(17.01 Mg·hm-2)>果园(16.70 Mg·hm-2)>坡耕地(9.85 Mg·hm-2).各粒径土壤团聚体内有机碳储量均为林地和撂荒地高于果园和坡耕地,表明将林地开垦为果园和坡耕地后,将导致各团聚体组分内有机碳的损失,而坡耕地撂荒则有助于土壤有机碳的恢复和截存;林地和撂荒地土壤有机碳主要蓄积在中间团聚体内,而果园和坡耕地则主要蓄积在粉+黏团聚体内,表明在土地利用变化过程中,粒径较大的团聚体有机碳不稳定,更容易发生变化.     

缙云山不同土地利用方式对土壤团聚体微生物量碳氮的影响

于缙云山阳坡同一海拔高度处选择亚热带常绿阔叶林(简称林地)、撂荒地、坡耕地和果园这4种土地利用方式,在0~60 cm的土壤深度内每隔10 cm采集一个土壤样品,测定大团聚体(2 mm)、中间团聚体(0.25~2 mm)、微团聚体(0.053~0.25 mm)以及粉+黏团聚体(0.053 mm)内的微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量,以分析缙云山不同土地利用方式对团聚体MBC及MBN的影响.结果表明4种土地利用方式下,各粒径团聚体MBC及MBN含量均随土壤深度的增加而降低.林地开垦为果园和坡耕地后除导致大团聚体MBC和MBN含量升高外,其它粒径团聚体MBC及MBN含量均降低;坡耕地撂荒后,除粉+黏团聚体MBN含量降低外,其它粒径团聚体MBC及MBN含量均增加.采用等质量方法计算了0~60 cm土壤深度内4种土地利用方式下各粒径土壤团聚体MBC和MBN的储量,发现除粉+黏团聚体外,其他粒径团聚体MBC储量均为林地高于果园和坡耕地,撂荒地各粒径团聚体内的MBC储量均高于坡耕地;MBN储量表现为中间团聚体和微团聚体林地高于果园和坡耕地,而撂荒地除粉+黏团聚体外,其他粒径团聚体均高于坡耕地.总体上,林地和撂荒地团聚体MBC储量高于果园和坡耕地,MBN储量高于坡耕地,果园与林地团聚体MBN储量接近,表明林地的垦殖虽然对果园团聚体MBN影响非常小,但却导致了团聚体MBC以及坡耕地MBN的损失,而坡耕地撂荒则有利于团聚体MBC及MBN的恢复和蓄积.在土地利用转变过程中,土壤团聚体MBC的变化方向和变化量与土壤有机碳并不一致,存在很大的差异,因此,土壤团聚体微生物熵并不适于来评价该地土地利用变化对土壤的影响,采用有机碳总量作为表达土地利用变化的敏感性指标可能更好.     

缙云山4种森林植被土壤团聚体有机碳分布特征

以重庆市缙云山的竹林、阔叶林、针叶林和针阔叶混交林这4种亚热带森林植被为研究对象,分析不同林分下土壤团聚体及团聚体有机碳在0～20、20～40、40～60和60～100 cm土壤剖面上的分布规律.结果表明,阔叶林土壤 2 mm粒级团聚体含量、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)及 0. 25 mm团聚体含量(R0. 25)均随土层深度的增加而降低,而其他林分在整个土层中则无明显规律.在各土层中,竹林以 2 mm粒级团聚体为主(30. 73%～53. 08%);阔叶林和混交林的2～0. 25 mm粒级团聚体含量较高,为36. 27%～44. 67%和48. 69%～52. 44%;针叶林的优势粒径为2～0. 25 mm和0. 053 mm.总体上,在各土层中,竹林团聚体的MWD、GMD、R0. 25值均高于其他林分,且其分形维数(D)低于其他林分,可见竹林的土壤团聚体稳定性较好.随着土层深度的增加,不同林分(除针叶林外)土壤团聚体有机碳含量逐渐降低,其中竹林团聚体有机碳含量最高,显著高于针叶林和混交林.就不同团聚体粒级而言,4种林分土壤团聚体有机碳在整个土壤剖面上无明显规律,但各土层均以2～0. 25 mm和0. 053 mm粒级团聚体有机碳含量较高.不同林分下土壤团聚体有机碳相对贡献率存在显著差异,其中针叶林中0. 053 mm粒级团聚体有机碳贡献率最高;竹林的 2 mm粒级团聚体有机碳贡献率高达27. 44%～53. 47%;而阔叶林和混交林则以2～0. 25 mm粒级团聚体有机碳贡献率最高.缙云山的4种林分中,竹林的土壤团聚体稳定性较好,而针叶林的较差;在各土层中,竹林土壤各粒级团聚体有机碳含量最高,针叶林最低.     

缙云山不同土地利用方式下土壤植硅体碳的含量特征

植硅体碳是长期封存土壤有机碳的一种形式,对土壤固碳有重要意义.以西南地区常见的6种土地利用方式(针阔叶混交林、竹林、果园、旱地、水田和荒草地)为研究对象,探讨了不同土地利用方式下植硅体碳含量在不同剖面上(0～20、20～40、40～60和60～100 cm)的分布规律,并估算了植硅体碳储量,分析了陆地生态系统碳汇特征.结果表明,在6种土地利用方式中,竹林土壤有机碳和植硅体含量在土壤剖面上的平均值均为最高,分别为16. 75 g·kg-1和59. 66 g·kg-1.在4个土层,竹林土壤植硅体含量均显著高于其他土地利用方式(P 0. 05).对植硅体碳而言,6种土地利用方式下的土壤植硅体碳平均含量变化范围在0. 55～1. 96 g·kg-1,其中竹林各土层的植硅体碳含量都高于其他土地利用方式.竹林土壤植硅体碳总储量(23. 45 t·hm-2)显著高于其他土地利用方式土壤植硅体碳总储量(P 0. 05).统计分析表明,土壤全硅与土壤植硅体、土壤植硅体碳均表现出极显著的正相关关系(P 0. 01).不同土地利用方式下土壤植硅体与植硅体碳的含量总体表现为随着土层深度的增加而下降,存在一定的表层富集现象.     

土地利用方式对土壤团聚体稳定性和有机碳含量的影响

探究不同土地利用方式下土壤团聚体的粒径分布、稳定性及有机碳在各粒径团聚体中的分布规律,以期为重庆地区土壤结构的改善及土壤有机碳库的维持及提高提供依据.以重庆市北碚区6种土地利用方式(针阔叶混交林、竹林、果园、旱地、水田和荒草地)为研究对象,采用湿筛法对土壤进行粒径分组,对比分析了6种土地利用方式处理下土壤团聚体和团聚体有机碳在0～20、20～40、40～60和60～100 cm土壤剖面中的分布规律.结果表明,不同土地利用方式下,土壤的结构和肥力水平存在显著的差异.在0～100 cm土层土壤的各粒径团聚体中,6种土地利用方式的团聚体粒径均以 0. 25 mm为主;其中,竹林 0. 25 mm团聚体含量最高,其次是荒草地,旱地与果园含量最低.不同土地利用方式下0. 25～2 mm的粒径团聚体主要分布在0～20 cm土层(28. 78%～50. 08%),而0. 053～0. 25 mm和0. 053 mm的粒径团聚体主要集中在40～60cm土层.在整个土壤深度内,竹林和荒草地的土壤团聚体MWD和GMD均高于其他土地利用方式,即二者的土壤团聚体稳定性较强.土壤团聚体稳定性与土壤团聚体有机碳呈极显著正相关(r=0. 569,P 0. 01),在0～100 cm土层中,土壤0. 25～2 mm和0. 053 mm粒径的有机碳含量较高,其中0. 25～2 mm的最高,平均含量为56. 54 g·kg~(-1).除旱地土壤各粒径团聚体有机碳含量在20～40 cm土层内最高,其他土地利用方式下土壤各粒径团聚体内有机碳含量均随土壤深度的增加而降低,表现出显著的表层富集现象.总体上,6种土地利用方式下,竹林和荒草地在各土层中的土壤团聚体稳定性较好,且在各土层中,竹林土壤各粒径团聚体有机碳含量最高.     

干热河谷不同利用方式下土壤活性有机碳含量及其分配特征

对比研究了干热河谷新银合欢林地、大叶相思林地、旱耕地和荒地土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(ROC)、微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量及其分配比例.结果表明,4类利用方式下SOC含量在4.22～5.19g·kg-1之间,其差异不显著.新银合欢(2.14g·kg-1)和大叶相思林地ROC含量(2.03g·kg-1)显著高于旱耕地(1.38g·kg-1)和荒地(1.34g·kg-1);4类利用方式下,旱耕地MBC和DOC含量均最高,荒地最低.林地ROC分配比例是荒地和旱耕地的1.3～1.6倍;旱耕地MBC和DOC的分配比例均高于其他3类利用方式,林地和荒地MBC、DOC分配比例接近.植被凋落量和管理措施是不同利用方式下ROC含量差异的主要原因,而土壤含水量和植被凋落性质是4类利用方式下MBC、DOC含量变异的主要影响因素.干热河谷ROC含量变化可以敏感地指示SOC动态,但MBC、DOC含量变化则不能反映SOC动态.     

江汉平原不同土地利用方式下土壤团聚体中有机碳的分布与积累特点

论文探讨了江汉平原果园、旱地、水田、水旱轮作等利用方式下土壤团聚体的组成、有机碳与活性有机碳的分布与积累特点。结果表明:供试土壤团聚体的组成均以2～20μm粒径为主,其次为<2μm和20～50μm粒径,<50μm粒径团聚体的含量占团聚体总量的80.8%～94.1%。不同利用方式下有机碳含量的峰值均出现在200～2000μm团聚体中,且>50μm粒径团聚体中有机碳的含量比<50μm粒径的高;但69.8%～86.6%的有机碳分布在<50μm粒径团聚体中,其中以2～20μm团聚体中有机碳所占的比例最大(35.2%～45.9%),细微团聚体固碳能力较强,而粗粒径团聚体中的有机碳对土地利用方式的变化较为敏感。土壤团聚体中的活性有机碳以2～20μm粒径的最低,<2μm和20～50μm中有机碳的活性相差不大;不同粒径的团聚体中均为水耕利用方式下(水田和水旱轮作)土壤活性有机碳的含量比旱耕利用方式下(果园和旱地)的高,但随着土壤团聚体粒径的增加,由水耕利用方式下活性有机碳所占的比例较大逐渐过渡到以旱耕利用方式下活性有机碳的比例较大。由于供试样品中2～20μm团聚体中有机碳积累最大、固定的有机碳最多,可以考虑将2～20μm团聚体作为土壤固定有机碳的特征团聚体。这些结果可为我国区域土壤有机碳的循环提供科学数据。     

缙云山不同土地利用方式对土壤活性有机碳、氮组分的影响

以位于重庆市北碚区的缙云山为研究对象,通过采集亚热带常绿阔叶林(以下简称林地)、撂荒地、果园、坡耕地0~60cm深度的土壤样品,测定其MBC(微生物生物量碳)、MBN(微生物生物量氮)、DOC(可溶性有机碳)、DON(可溶性有机氮)含量,探讨土地利用方式对土壤活性有机碳、氮组分的影响.结果表明,4种土地利用方式下土壤MBC、MBN、DOC、DON含量均随着土壤深度的增加而降低.在0~60 cm的土壤深度内,土地利用方式对土壤MBC、MBN和DON含量的影响并不明显;撂荒地DOC含量显著高于其它3种土地利用方式,说明坡耕地撂荒能显著提高土壤DOC含量.在0~60 cm土层,林地、撂荒地、果园、坡耕地间MBN、DOC、DON分配比例均无显著差异,但坡耕地MBC分配比例显著高于其它3种土地利用方式,表明坡耕地土壤有机碳具有较高的生物活性,这可能是由于坡耕地施加绿肥以及粪肥等有机肥所致.各土地利用方式下DOC/DON最高,MBC/MBN次之,SOC/TN最低,说明可溶性有机质的生物固化作用最强,而土壤总有机质的矿化作用最明显.4种土地利用方式下SOC/TN、MBC/MBN及DOC/DON均为坡耕地最低,且比值都低于20,表明坡耕地土壤有机质的矿化作用较强,容易造成土壤碳的损失.     

渭北旱塬土地利用方式对土壤团聚体稳定性及其有机碳的影响

揭示果园、农耕地两种土地利用方式对土壤团聚体分布、稳定性及有机碳含量的影响,为渭北旱塬乃至黄土高原区土壤碳库的优化管理提供科学依据.通过同步采样及湿筛法将果园和农耕地这2种土地利用方式进行土壤粒径分组,得到大团聚体( 2 mm)、中间团聚体(0. 25～2 mm)、微团聚体(0. 053～0. 25 mm)及粉黏粒(0. 053 mm)组分质量分数,测定各组分团聚体有机碳含量,并计算出0～40 cm土层各组分有机碳储量.结果表明,在0～20 cm土层,农业土地利用方式对土壤团聚体含量分布、稳定性具有显著影响.果园不同粒级团聚体( 2、0. 25～2、0. 053～0. 25和0. 053 mm)含量均值分别为12. 9%、51. 3%、28. 8%和7. 0%,农耕地土壤各粒级团聚体含量分别为8. 3%、49. 7%、33. 6%和8. 4%, 0. 25 mm团聚体含量显著高于农耕地.在0～40 cm土层,农耕地土壤平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均显著低于果园(P 0. 05).不同土地利用方式对土壤各团聚体内有机碳含量影响主要在0～10 cm土层,与农耕地相比,果园大团聚体、中间团聚体、微团聚体和粉黏粒内有机碳含量分别提高了56. 0%(P 0. 05)、57. 1%(P 0. 05)、40. 8%(P 0. 05)、13. 0%(P0. 05).各粒径团聚体内有机碳(粉黏粒除外)储量均为果园高于农耕地.果园增加了 0. 25 mm大团聚体及其有机碳含量,缓解了农耕地对土壤团聚体的破坏,并提高了有机碳的稳定性.因此,与农耕地相比,果园土壤团聚体稳定性及有机碳含量较高,提高了团聚体对土壤有机碳的物理保护作用,有利于土壤有机碳积累,促进了土壤固碳.     

陕北黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤碳剖面分布特征

黄土高原土层深厚,土壤剖面碳存储受土地利用方式影响明显.为探讨不同土地利用方式对深层土壤碳分布的影响,研究了人工经济林地(陕北米脂)、退耕还林地(神木)和防风固沙林地(榆林榆阳区)0~20.0 m土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)的分布特征和差异.结果表明,在不同土地利用方式下SOC含量:矮化枣树(2.00 g·kg~(-1))未矮化枣树(1.54 g·kg~(-1))柠条林(0.97 g·kg~(-1))退化人工草地(0.81 g·kg~(-1))樟子松林(0.70 g·kg~(-1))荒草地(0.45 g·kg~(-1)),且各剖面之间SOC含量存在显著性差异(P0.05).在不同土地利用方式下SIC含量:矮化枣树(11.66 g·kg~(-1))≥未矮化枣树(11.59g·kg~(-1))柠条林(9.62 g·kg~(-1))退化人工草地(8.07 g·kg~(-1))樟子松林(4.32 g·kg~(-1))荒草地(0.47 g·kg~(-1));人工经济林和退耕还林(草)样地内所有土壤剖面之间SIC含量无显著性差异;人工经济林、退耕还林(草)剖面和防风固沙林地剖面SIC含量存在显著性差异(P0.05).矮化枣树、未矮化枣树、柠条林、退化人工草地、樟子松林和荒草地土壤剖面无机碳密度分别是有机碳密度的6.19、7.71、10.80、10.78、5.91和1.03倍.综上可见,不同土地利用方式之间土壤碳储量存在明显差异,无机碳的含量远高于有机碳.     

缙云山土地利用方式对土壤活性有机质及其碳库管理指数的影响

通过选取缙云山向阳坡同一海拔高度处的亚热带常绿阔叶林(简称林地)、坡耕地、果园和撂荒地,测定分析0~60 cm深度土壤样品有机质及3种活性有机质组分含量,从而揭示了西南地区缙云山不同土地利用方式对土壤有机质、3种活性有机质及其有效率(ER)以及碳库管理指数(CMI)的影响.结果表明,4种土地利用方式下,土壤有机质、活性有机质含量以及ER和CMI均随土壤深度的增加而降低,其中土壤有机质、活性有机质及其CMI的剖面分布趋势相似,林地土壤有机质、活性有机质及其CMI主要富集在0~10 cm土层,果园主要富集在0~20 cm土层,而坡耕地和撂荒地从上而下的降低则比较均匀.在0~60 cm土壤深度内的土壤有机质以及3种活性有机质平均含量均为撂荒地>林地>果园>坡耕地,将林地转变为果园和坡耕地后,有机质含量分别降低了21.56%(P>0.05)和55.90%(P<0.05),将坡耕地闲置撂荒后,有机质、低、中、高活性有机质含量分别升高了238.86%(P<0.05)、144.2%(P<0.05)、153.3%(P<0.05)和242.7%(P<0.05).方差分析发现3种土壤ER在不同土地利用方式之间并无明显差异,表明土壤ER对土地利用变化并不敏感.不同土地利用方式下3种活性有机质CMI均为撂荒地最高,林地次之,果园和坡耕地最低,表明林地开垦导致土壤碳截存降低,土壤向着质量退化的方向发展,而坡耕地撂荒则增强了土壤的碳汇功能,土壤质量向着良性方向发展.3种活性有机质与全氮、速效磷和速效钾呈极显著正相关关系,与土壤容重呈极显著负相关关系,表明活性有机质与土壤理化性质关系密切,是反映土壤养分和衡量土壤质量的重要指标.     

缙云山土地利用方式对土壤轻组及颗粒态有机碳氮的影响

选取缙云山阳坡同一海拔处亚热带常绿阔叶林(以下简称林地)、果园、坡耕地和撂荒地这4种不同土地利用类型,在0~60 cm深度内每隔10 cm采集一个土样,测定土壤轻组有机碳氮(LFOC、LFON)和颗粒态有机碳氮(POC、PON)含量,并计算其分配比例和碳氮比.结果表明,在0~60 cm土壤深度范围内,林地转变为坡耕地后,LFOC及LFON含量分别降低了71.42%和38.46%(P0.05),转变为果园后变化不明显,坡耕地撂荒后其含量分别升高了3.77倍和1.38倍(P0.05);林地转变为坡耕地或果园后,POC及PON含量均无明显变化,而坡耕地撂荒后其含量分别增加了4.12和1.25倍(P0.05).林地转变为坡耕地后土壤LFOC及LFON分配比例显著降低,转变为果园后则明显升高,而POC及PON分配比例变化均不明显;坡耕地撂荒后,LFOC、LFON、POC、PON分配比例均显著增加.土壤SOC/TN为撂荒地(12.93)林地(8.53)果园(7.52)坡耕地(4.40),LFOC/LFON为撂荒地(16.32)林地(14.29)果园(11.32)坡耕地(7.60),POC/PON为撂荒地(23.41)坡耕地(13.85)林地(10.30)果园(9.64).以上研究结果表明林地开垦为果园或坡耕地后容易导致土壤轻组有机碳氮的损失,而坡耕地撂荒则有利于土壤活性有机碳氮的积累;林地转变为坡耕地减弱了土壤有机碳氮的活性,而林地转变为果园以及坡耕地撂荒均使土壤有机碳氮活性增强;林地转变为坡耕地和果园加剧了土壤有机质的矿化,相对而言,坡耕地撂荒后有利于土壤有机质的固定.     

缙云山不同林分下土壤有机碳及矿化特征

土壤有机碳库是陆地最大的有机碳储存库,其微弱的变化就能影响大气CO2浓度的显著变化,其中森林土壤碳库约占全球土壤碳库的70%,因此如何实现森林生态系统土壤有机碳库的高效管理成为目前的研究热点.本研究以缙云山5种典型林分:阔叶林、针叶林、针阔叶混交林、竹林及研究区内弃耕15 a的荒草地(对照土壤)为对象,采用矿化培养实验,分析了不同林分的土壤在不同土层(0～20、20～40、40～60、60～100 cm)中的有机碳矿化特征.结果表明,林分类型、培养时长和土层深度均对土壤有机碳矿化速率有显著影响.不同林分土壤有机碳矿化速率均随着土层加深而降低,其中0～20 cm土层的矿化速率[11. 97～25. 12 mg·(kg·d)-1]均显著高于其他土层(P 0. 05),其他土层间矿化速率[4. 79～6. 51mg·(kg·d)-1]无显著性差异. 5种林分的土壤有机碳累积矿化量均随着土层加深而降低,0～20 cm土层中竹林和阔叶林土壤有机碳累积矿化量最高,分别为177. 66 mg·kg~(-1)和120. 38 mg·kg~(-1),随着土层加深在60～100 cm土层中,针叶林累计矿化量最高达到了46. 96 mg·kg~(-1).双库一级动力学方程可以较好地拟合缙云山不同林分下土壤有机碳矿化过程,不同林分下土壤易分解有机碳含量均随土层加深而降低,针叶林土壤矿化能力较强,对难分解有机碳库的利用程度较高,而竹林和阔叶林土壤微生物活性较高,可以有效促进碳循环,提高土壤固碳能力.