降水变化、氮添加对鼎湖山主要森林土壤有机碳矿化和土壤微生物碳的影响

全球变化对土壤有机碳(SOC)存贮与分解的影响在全球碳(C)循环中具有重要地位.分别通过室内土壤培养法和氯仿熏蒸法,研究了降水变化和氮(N)添加处理对鼎湖山3种不同演替阶段的季风常绿阔叶林、针阔混交林和马尾松针叶林SOC矿化和土壤微生物量碳(SMBC)的影响.结果表明:1)降水量增加能够提高森林演替晚期SOC累积矿化量和矿化速率,而对森林演替早期SOC累积矿化量和矿化速率没有显著影响(P>0.05).2)干旱条件(降水量减少)降低森林SMBC含量,且在鼎湖山季风林表层土壤(0～10 cm)中SMBC的减少达到显著水平(P<0.05).3)N添加处理对鼎湖山3种森林类型SOC累积矿化量、矿化速率以及SMBC都没有显著影响(P>0.05).未来关于SOC矿化对全球变化响应的研究,要综合考虑土壤有机质质量、C/N比例、外源性氮输入等因素的作用.图4表2参37     

速生杨人工林对土壤碳氮含量及微生物生物量的影响

以耕地为对照,在山东德州对4年生和7年生速生杨人工林下土壤有机碳、全氮和微生物生物量测定结果表明,土壤有机碳、全氮及微生物生物量主要集中分布在0-5和5-10 cm土层,林地土壤有机碳、全氮含量及微生物生物量都显著低于耕地,微生物生物量降低幅度比土壤有机碳和全氮大.10 cm以下土层检测指标在各样地间差异不显著.土壤有机碳与微生物碳、土壤全氮与微生物氮分别呈显著线性正相关,耕地转为林地后,土壤肥力下降.     

井冈山两种典型森林土壤有机碳密度及其影响因素的比较

森林土壤有机碳是土壤有机碳库的重要组成部分,研究森林土壤有机碳及其影响因素对于应对气候变化具有非常重要意义。以井冈山自然保护区两种典型森林类型（常绿阔叶林和人工杉木林）为研究对象,各选取12个样地,对比分析了两种森林土壤有机碳密度的垂直分布特征以及与年均温、年降雨量之间的相关性。结果表明：①常绿阔叶林0-100cm层平均土壤有机碳密度为（25．65±3,27）kg-^2,大于人工杉木林0-100cm层平均土壤有机碳密度为（20．37±3．37）kg·m^2;②常绿阔叶林和人工杉木林土壤有机碳密度均随土壤深度的增加显著减少;③常绿阔叶林与人工杉木林土壤有机碳密度随年均温的变化趋势差异较明显,常绿阔叶林0-100cm层土壤有机碳密度随年均温的上升呈显著增加趋势（P〈0．05）,而人工杉木林随年均温的上升先减小后增加再减小,且变化趋势显著（P〈0．05）;④常绿阔叶林与人工杉木林土壤有机碳密度随年降雨量的变化趋势差异亦明显,常绿阔叶林0-100cm层土壤有机碳密度随年降雨量的增加呈显著减小趋势（P〈O．05）,而人工杉木林随年降雨量的增加先增加后减少再增加,且变化趋势极显著（P〈0．005）;⑤森林土壤有机碳质量分数与土壤容重呈极显著负相关（P〈0．0001）。     

氮沉降对杉木人工林生长及林下植被碳库的影响

在12年生的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林中开展5年的模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为NO(对照)、N1、N2、N3,N沉降量依次为0、60、120、240 kg·hm-2·a-1,研究氮沉降增加对林木胸径、树高生长及林下植被碳库的影响.在氮沉降试验的前3年,N0、N1、N2、N3处理样地林木平均胸径年增长率分别为3.52%、3.77%、4.32%和4.55%,表明胸径增长随氮沉降水平的增加而增加.各处理样地平均树高年增长率依次为9.95%、10.02%、9.34%和7.99%,说明中-高氮处理(N2、N3)抑制了树高的生长;在氮沉降试验的后2年,各处理样地林木平均胸径年增长率分别为3.65%、4.52%、2.46%和3.55%,树高年增长率分别为7.19%、8.28%、6.41%和6.33%,表明低氮处理(N1)促进了林木的生长,而中-高氮处理在一定程度上抑制了林木生长.各处理样地的林下植被碳储量由大到小的顺序为NO、N1、:N2、N3,与对照相比,N1、N2、N3处理使林下植被碳储量分别降低了0.164.、0.373和0.482 t·hm-2,平均每年减少C 0.041、0.093和0.120 t·hm-2,相当于N1、N2和N3处理使林下植被每年吸存的二氧化碳量减少了0.151、0.342和0.441kg·hm-2.     

典型草原不同围封年限植被-土壤系统碳氮贮量的变化

以内蒙古太仆寺旗典型草原为研究对象,研究不同围封年限下的天然草地植物和土壤有机碳、全氮贮量的变化。结果表明：与自由放牧草地相比,重度退化草地采取生长季围封恢复措施后,群落植物和土壤环境在围封8、11、14、21、25年后均得到了明显的改善,地上植物和地下根系生物量及其碳氮贮量、土壤碳氮贮量明显增加,土壤容重降低。自由放牧地和围封8、11、14、21年植物-土壤系统碳贮量分别为7 357.93、7 988.27、8 413.18、12 878.82、8 934.66 g.m-2,氮贮量分别为427.78、494.28、575.49、707.35、615.09 g.m-2。草地围封至14年植物和土壤各项理化性质达到最大值,使得植物-土壤系统的碳氮贮量分别是自由放牧地的1.75和1.65倍,说明植被与土壤间达到了良性循环的状态,退化草地正向演替。随着围封年限的继续增加,其各项指标出现下降趋势。由此可知,季节性围封措施在一定时间内可使退化草地的土壤-植物系统的碳氮贮量增加,草地在一定程度上得到恢复,但适宜的恢复时间和合理利用问题有待进一步讨论。     

我国农田土壤碳氮耦合特征的区域差异

利用中国第2次土壤普查数据,分析了稻作和旱作方式下农田耕层土壤有机碳和全氮特征及其区域差异。结果表明,水田土壤有机碳和全氮含量分别为旱地的147.8%和145.5%,但水田碳氮含量的区域变异低于旱地。全国水田和旱地土壤有机碳氮比值分别为10.8和9.9,各区域水田土壤碳氮比值普遍高于旱地,其中东北水田最高,而华东旱地和西北旱地最低。旱地碳氮比值的区域变异显著,水田则不显著。农田耕层土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关,除华北地区外,各区域无论水田还是旱地其碳氮含量之间相关系数都超过0.8,达极显著水平。由此可见,我国农田耕层土壤有机碳和全氮含量之间存在显著耦合关系,而且不同利用方式和区域之间差异显著;相同氮水平下,水田土壤可能储存更多的有机碳。     

贺兰山东坡典型植物群落土壤微生物量碳、氮沿海拔梯度的变化特征

土壤微生物量是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,在生态系统物质循环和能量转化中占有特别重要的地位。开展土壤微生物量与海拔高度的关系的研究,能促使人们对土壤微生物空间分布格局及其形成机制的认识,预测全球变化对生态系统功能的影响。本文对贺兰山不同海拔梯度具有代表性的荒漠化草原（HM）、蒙古扁桃灌丛（BT）、油松林（YS）、青海云杉林（QH）和高山草甸（CD）等5种植物群落土壤微生物生物量及其微生物商进行了研究。结果表明：表层土壤（0～20 cm）微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）大小次序为：CD〉QH〉YS〉BT〉HM,MBC、MBN随海拔梯度的升高显著增加,与土壤有机碳、氮含量有着一致的变化规律,但是微生物商（qMB）表现出沿海拔梯度先增加后减小的变化趋势,最大值出现在蒙古扁桃灌丛土壤,MBC/MBN则没有明显的变化规律。相关分析表明,不同海拔高度的土壤微生物量碳氮不仅与年均降水量、土壤含水量,而且与土壤有机碳、全氮呈显著线性正相关关系（P〈0.01）,但是与年均气温、土壤容重呈显著线性负相关关系（P〈0.01）。贺兰山土壤微生物量碳、氮随海拔高度升高而增加,降水量、气温、土壤湿度、土壤有机碳和全氮可能是影响土壤微生物量沿海拔梯度变化的关键因子。     

海南儋州不同林龄橡胶林土壤碳和全氮特征

为研究热带人工林巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)生态系统不同林龄土壤碳、全氮特征,对热带地区种植橡胶及其更新进行生态效益评估,文章分析了海南儋州地区幼林早期(2龄)、幼林晚期(7龄)、开割树(16龄)和老龄即将更新树(30龄)4种不同林龄的橡胶林土壤碳、氮质量分数垂直分布特征.结果如下,(1)不同林龄橡胶林胶园土壤有机碳质量分数存在极显著差异,其大小排列顺序为幼林晚期(7龄)>老龄即将更新树(30龄)>幼林早期(2龄)>开割树(16龄),各土壤层次土壤有机碳质量分数的空间垂直分布大体随着土层的深人而降低,其垂直分布的变异系数由大到小排列顺序为7龄幼林晚期(37.54%)>16龄开割树(26.48%)>30龄老龄即将更新树(24.44%)>2龄幼林早期(18.99%);(2)不同林龄橡胶林胶园土壤全氮质量分数存在显著差异,其大小排列顺序为幼林晚期(7龄)>幼林早期(2龄)>老龄即将更新树(30龄)>开割树(16龄),各土壤层次土壤全氮质量分数的空间垂直分布大体随着土层的深入而降低,其垂直分布的变异系数由大到小排列顺序为16龄开割树(34.32%)>7龄幼林晚期(30.98%)>30龄老龄即将更新树(21.09%)>2龄幼林早期(14.37%);(3)不同林龄胶林土壤碳氮(C/N)比存在极显著差异,其大小排列顺序为开割树(16龄)>老龄即将更新树(30龄)>幼林晚期(7龄)>幼林早期(2龄),各胶林土壤有机碳质量分数与土壤全氮质量分数之间均存在极显著线性正相关关系(R2≥0.5839,p<0.01).本研究可为研究热带土地利用与覆盖变化对全球碳循环及橡胶林生长碳氮耦合提供基础数据,为我国热区进行天然橡胶种植提供理论依据.     

西江水体悬浮物颗粒有机碳稳定同位素组成及时空变化

通过对西江下游马口水文站多年的定点观测以及对虎门、梧州、江口等全流域多个河流断面悬浮物样品的稳定碳同位素分析,报道了近年来人类活动对西江流域影响的观测结果.研究发现:西江水体悬浮物颗粒有机碳稳定同位素组成从中游的-26.6‰到河口-19.8‰,逐渐变"重",此结果基本反映了流域植被覆盖及土壤侵蚀状况;西江马口水文站1999-2005年悬浮物样品δ13C值的季节循环值为(-23.4±1.3)‰,其波动与流域侵蚀、物源组成相关.根据观测结果,西江流域土壤侵蚀主要发生于下游以及源头区域,悬浮物稳定同位素比值较"重",而中游区域则相对较"轻".河口地区的同位素值可能受工农业生产及生活废水影响较大,同位素值异化,其物质来源与河流上游和海洋不同.     

氮沉降对森林土壤碳收支机制的影响

森林土壤储存着全球陆地生态系统大约45%的碳,在维持全球碳平衡方面具有重要的作用。不断加剧的全球氮沉降对森林生态系统碳循环和碳吸存产生了深刻的影响,进而改变了森林生态系统的生产力和生物量积累。本文以欧洲和北美温带地区开展的有关氮沉降对森林生态系统影响的研究为基础,提炼出最可能决定加氮影响碳输入、输出效应方向和大小的因素：凋落物分解、细根周转、外生菌根真菌、土壤呼吸及可溶性有机碳淋失,并探讨了森林生态系统碳动态对氮沉降响应的不确定性。陆地生态系统碳氮循环密切相关,由于氮循环的复杂性,尽管以往碳循环研究都考虑了氮对碳循环的限制作用,但在碳氮循环耦合机理方面的研究还比较少见。在未来研究中,应通过探寻森林土壤碳氮相互作用特征,及土壤微生物、土壤酶等与土壤碳氮过程的互动机制,来增进氮沉降对森林碳储量和碳通量的理解。     

Seasonal variation of soil carbon and nitrogen under five typical Pinus massoniana forests

Five different typical Pinus massoniana forests were sampled in the Guizhou Province to evaluate the effects of seasons on soil organic carbon (SOC), total nitrogen (STN), and inorganic nitrogen (SIN) in these forests. More seasonal variation occurred in the topsoil than in lower layers. The SOC and STN contents varied the least amongst the soil layers, but the SIN contents had the largest values and ranges during autumn. Carbon-to-nitrogen ratio (C/N) exhibited neither a vertical change nor a seasonal trend. C/N was either maximal or minimal depending upon the sites during autumn, indicating that ecological process during summer soils would strongly change this. More gravel content resulted in higher litter stock, SOC, and STN level in low-productivity forests. A low phosphorus level might result in low SOC and STN contents in clay-rich soils. Low litter stock and clay content will result in low SOC and STN levels in coniferous and broad-leaved mixed forests in contrast to pure forests. The SOC and soil N contents in P. massoniana forests are apparently affected by different sampling seasons, particularly in topsoil. This should be taken into account when evaluating C and N contents and their respective storages in other forest types.     

芦芽山土壤有机碳和全氮沿海拔梯度变化规律

研究不同海拔梯度和坡向的土壤碳氮分布,能在较小的空间尺度上反映不同气候状况下土壤碳氮分布规律,揭示多个互相关联的环境因子对土壤碳氮分布规律的综合影响。对山西省北部芦芽山芦芽山沿海拔梯度土壤有机碳和全氮含量的变化规律进行了分析。自海拔1703.1 m至2756.3 m每上升约50 m设置一个样带（共计21块）,每样带内布设30 m＆#215;30 m样地3个,每个样地内“S”形布点,分3层（0~10、10~25、25~40 cm）钻取土样。结果表明,在研究海拔范围内土壤垂直剖面自表层向下有机碳质量分数分别为（35.71±13.32）、（29.18±12.85）和（26.39±12.74） g＆#183; kg-1,全氮质量分数分别为（2.83±0.93）、（2.38±0.84）和（2.12±0.80） g＆#183; kg-1。土壤有机碳和全氮含量的分布特征均表现为随海拔升高而增加的趋势,与海拔呈极显著的线性正相关。土壤有机碳含量与海拔线性模型的回归系数在10~25 cm土层最大,而全氮与海拔线性模型的回归系数随土层深度增加而递减。土壤有机碳含量最高值出现在较高海拔处寒温性针叶林下,而土壤全氮含量最高值出现在最高海拔的亚高山草甸。碳氮含量的剖面分布呈现为表层（0~10 cm）最高,随深度下降而递减。研究区土壤C/N值介于5~19,最小值为海拔最高（2756.3 m）的亚高山草甸,而最大值为较高海拔分布的寒温性针叶林（2332.6 m）,沿海拔梯度表现呈“Λ”型的变化趋势。     

模拟氮沉降对木荷人工幼林地土壤氮素、碳素和微生物量垂直分布的影响

以NH4NO3作为氮源,对广州东北郊木荷（Schima superba）人工幼林地进行模拟氮沉降处理,共设置3个氮沉降水平,分别为N0（N：0 g·m-2·a-1）、N5（N：5 g·m-2·a-1）以及N10（N：10 g·m-2·a-1）,每月进行喷施。在连续施氮22个月（当月当次施氮5天后）对土壤氮素（硝氮、氨氮、总氮）、碳素（总碳）以及微生物量（脂磷）在0~60 cm土层中的垂直分布进行研究。结果显示：在3个氮沉降水平下,随着土层加深,pH呈现出下降的趋势,氮沉降存在加剧土壤酸化的风险;在N0、N5、N10水平下,土壤全氮和总碳的垂直分布趋势大体一致,随着土层加深,其含量下降,但在深层土壤（40~60 cm）中,施氮与对照比较,总碳呈现一定的增加趋势;除40~50 cm土层,N5、N10水平下的硝态氮含量在各个深度土壤中都表现为比对照组要高,氮沉降导致土壤一定程度上硝态氮的积累;在浅层土壤（0~20 cm）中,铵态氮水平较低并且其含量明显低于对照组,而在较深的土层中铵态氮有较多的积累,说明存在污染地下水的风险;N5和N10水平下,无机氮比例（无机氮含量与总氮含量之比）在各个深度土壤中总体高于N0水平;用脂磷含量表征土壤微生物含量,结果表明外加氮源对微生物含量有显著性影响,在N5、N10水平下,微生物含量在30~40 cm土层中出现峰值。     

土地利用方式对紫色土丘陵区土壤剖面碳、氮影响

采取野外调查与室内分析相结合的方法研究了紫色土丘陵区林地、撂荒地、水田、旱地土壤剖面(0～40 cm)有机碳、全氮变化特征.结果表明.有机碳、全氮均随土层深度增加而逐渐减小,且林地、撂荒地有机碳递减幅度高于水田、旱地.相对于撂荒地和旱地,水田、林地更利于有机碳、全氮的积累.林地有机碳和全氮在0～5 cm土层表现出绝对优势;随土层递增,与水田、撂荒地和旱地的差异逐渐减小.水田有机碳和全氮在大于10 cm土层显示最大值.而撂荒地有机碳和全氮仅在土壤表层高于旱地.有机碳与全氮存在显著正相关关系;w(C)/w(N)随土层深度增加而降低,且林地、撂荒地降低幅度较大.因此相对于水田、旱地,林地和撂荒地w(C)/w(N)仅在0～10 cm显示较大值.可见,土地利用方式对陆地生态系统碳、氮蓄积有明显影响,通过旱地还林或撂荒可以增加土壤特别是表层土壤对碳、氮的积累.     

岩溶生态系统中土壤微生物量氮含量及其变化规律

选择果树园和林地两种土地利用类型来研究土壤微生物量氮(Soil microbial biomass nitrogen,SMBN)含量及其与土壤溶解有机氮(Soil dissolved organic nitrogen,DON)、碱解氮的关系。结果表明:SMBN含量范围在5.33~34.61kg·hm-2之间,平均为14.81kg·hm-2,仅为文献中报道的SMBN的3%~37%。SMBN占土壤全氮的比例较小,为0.25%~1.5%,平均为0.754%。SMBN与DON及土壤有机碳等指标变化趋势一致。SMBN易矿化,与碱解氮关系密切,但由于岩溶山区这种特殊的生态环境,使得这种关系不像文献中报道的呈极强的正相关关系,这对于研究岩溶区特定条件下SMBN的变化以及对当地的土地利用类型有一定的参考价值和现实意义。     

水稻小麦种植模式下长期定位施肥土壤氮的垂直变化及氮储量

为了研究不同的施肥方式对土壤全氮变化及氮储量的影响,1981年在湖北省农业科学院南湖试验站设置了施用有机肥与化肥的长期定位田间试验,2006年水稻收获后田间取样分析每个处理不同土层的全氮含量与氮储量。研究结果表明：与对照相比,单施化肥与单施有机肥0～20cm土层土壤的容重下降,化肥添加有机肥比相应的单施化肥的容重要低一些。除了对照之外,其它处理都是0～20cm土层土壤全氮含量高于其它土层,氮肥配施有机肥处理0～20cm土层土壤全氮含量最高。除了氮磷钾肥配施过量有机肥处理外,化肥配施有机肥处理土壤的全氮含量都高于单施化肥或单施有机肥处理,20～40cm土层土壤全氮含量具有相似的规律。在0～20cm土层,与对照相比,单施氮肥及氮磷肥不能增加土壤全氮储量,但是化肥配施有机肥能够增加土壤全氮的储量。单施氮磷钾肥及单施有机肥也能够增加土壤全氮的储量。在0～20cm土层,氮肥配施有机肥处理的土壤全氮储量最多,达8.82t·hm-2,而氮肥处理的氮储量最低,仅为5.38t·hm-2。在100cm深度,与单施化肥及单施有机肥相比,化肥配施有机肥都增加了土壤全氮的储量。     

Vertical distributions of soil carbon and nitrogen fractions as affected by land-uses in the Ili River Valley

In this study, soil samples were collected to a depth of 100?cm from different land-uses, including maize field (MZ), wheat field (WT), paddy field (PD), apple orchard (OC), grassland (GL) and wetland (WL) in the Ili River Valley in northwest China, to investigate the effects of land-use on vertical distributions of soil carbon (C) and nitrogen (N) fractions, and examine whether such effects were different between topsoil (0–40?cm) and subsoil (40–100?cm). The results showed that soil organic C, water-extractable organic C, microbial biomass C, total N and microbial biomass N of croplands (MZ, WT, PD and OC) were significantly lower than those of natural lands (GL and WL) in both topsoil and subsoil, indicating that contents of soil C and N fractions can be reduced by agricultural land-uses, and the reductions are not limited to topsoil. However, the contents of soil ammonium N and nitrate N showed complex trends under different land-uses, possibly due to that the plant species and agricultural practices (e.g. application rate of fertiliser and irrigation) are considerably different among land-uses. Therefore, we suggest that more nutrient inputs should be applied to croplands to improve soil fertility in the Ili River Valley.     

贵州西部4种林型土壤有机碳及其剖面分布特征

在气候变化背景下,森林土壤碳库已成为全球碳循环研究重点之一。以贵州西部桦木（Betula luminifera H.Wilk.）、柳杉（Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr.）、华山松（Pinus armandii Franch.）和杉木（Cunninghamia lanceilata（Lamb.）Hook.）4种主要森林类型为对象,对其土壤有机碳、碳密度及其垂直分配特征等进行了研究。结果表明：4种林型土壤有机碳含量和碳密度均表现为华山松林（51.09 g.kg-1,30.56 kg.m-2）〉杉木林（39.47 g.kg-1,22.97 kg.m-2）〉柳杉林（37.49g.kg-1,21.00 kg.m-2）〉桦木林（36.31 g.kg-1,20.13 kg.m-2）,华山松林土壤有机碳含量和碳密度显著大于其它三种林型,而另外三种林型间差异不明显;4种林型土壤有机碳含量和碳密度均随土层深度增加而逐渐降低,土壤有机碳含量均为0-10 cm最大,分别是剖面均值的1.45-1.61倍,而0-20 cm层土壤碳密度占整个土壤剖面的32.69%-38.08%,显著高于其他各层,大于20 cm的土层中,各层间的变化较小,土壤碳密度具有一定程度的表聚性;4种林型土壤有机碳含量与土壤pH均表现极强的负相关,与土壤全N和碱解N均表现极强的正相关,与全P、速效P、全K、速效K和阳离子交换量的相关性不尽一致,建立的方程具有较高的回归精度,土壤N和P状况对4种林型土壤有机碳含量有重要影响。