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。     

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.     

土地利用方式下土壤有机碳特征及影响因素——以后寨河喀斯特小流域为例

为研究喀斯特小流域土壤有机碳空间分布与土地利用之间的关系,基于网格法在后寨河流域挖掘了2 755个土壤剖面,并采集了22 057个土壤样品。分析了后寨河流域不同土地利用方式下土壤有机碳密度特征。结果表明：后寨河流域土壤有机碳密度主要受人为干扰、土壤厚度与岩石裸露率的制约。不同利用方式土壤有机碳密度（0~100 cm）总体上呈现以下规律：水田>旱地>经果林地>园地>草地>弃耕地>坡耕地>乔灌木林地>乔木林地>荒地>灌木林地>灌草地。后寨河流域100 cm土壤有机碳平均碳密度为8.70 kg/m²,低于中国土壤有机碳平均密度10.83 kg/m²,总有机碳储量为5.39×10⁸ kg。科学合理地进行土地利用方式调整与管理,可以增大喀斯特小流域土壤有机碳储量。     

山东省土壤有机碳密度的空间分布特征及其影响因素

利用2010年完成的山东省多目标区域地球化学调查获得的双层网格化大密度、高精度土壤碳数据,估算了全省土壤表层(0～20 cm)、中上层(0～100 cm)和全层(0～160 cm)的土壤有机碳(SOC)密度及其储量,并分析不同土壤类型、地貌类型、土地利用类型下土壤有机碳密度及其储量的空间分布特征及影响因素. 结果表明:①山东省不同深度土壤碳库组成存在一定差异,其中表层土壤碳库以有机碳为主,而全层土壤碳库则以无机碳为主. ②全省表层土壤有机碳储量为350.65×106 t,平均土壤有机碳密度为2.22 kg/m2,但在不同土壤类型、地貌类型和土地利用类型之间差异显著. ③土壤中较高的w(黏粒)、w(Se)、w(TN)和稳定的C/N等土壤条件均可促使w(SOC)增加,而土壤盐渍化、高硅、富盐基离子的沙性土壤环境则不利于有机碳的积累;此外,人类活动对林地、草地的破坏,以及灌溉水田、园地、林地等土地利用方式的改变也会导致土壤有机碳流失;土壤有机碳积累受降水量影响明显,随多年平均降水量的增加而增大,但受气温影响不明显. 在各因素综合影响下,山东省表层土壤有机碳密度分布呈沿海低、鲁西北平原和胶莱盆地中等、鲁中南山地丘陵和中低山区偏高的分布特征.      

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。     

湿地土壤有机碳及其活性组分分布特征影响因素研究

红碱淖湖泊湿地是西北半干旱荒漠区重要的生态屏障,随着湖泊面积的减少以及土壤退化程度的加剧,逐渐形成5种典型的景观类型(盐碱沼泽、沼泽化草甸、草地、草原化沙地、沙地)。基于野外实地调查,选取红碱淖湖泊湿地流域蟒盖兔和尔林兔2个典型子流域,研究湖泊退化后不同景观类型土壤有机碳及其活性组分的分布特征及其影响因素。结果表明,5种景观类型土壤有机碳(SOC)、土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤易氧化态有机碳(EOC)含量均较低。土壤SOC和EOC在垂直剖面上分布特征一致,土壤EOC与土壤有机质动态变化密切相关,土壤砂砾含量高是研究区土壤有机碳含量较低的主要原因。     

滇黔桂地区土壤有机碳储量与影响因素研究

土壤有机碳(SOC)库在陆地生态系统中具有重要作用.由于土壤剖面数量和采用的土壤图比例尺等的限制,目前土壤有机碳库估箅尚存在很大不确定性.为了提高SOC库估算的精确性,利用798个土壤剖面及1:50万土壤图估算了滇黔桂地区(云南省、贵州省和广西壮族自治区)的SOC储量,并采用逐步回归分析和通径分析方法分析了影响SOC密度的主要因子.结果表明,滇黔桂地区表土层(0-20 cm)和土壤剖面(0-100 cm)的SOC储量分别为4.39 Pg和10.91 Pg;SOC密度分别为56.2Mg·hm-2和139.8 Mg·hm-2.高于全国平均水平.环境因子(海拔、经度、纬度、气温和降雨)、成土母质和土地利用方式对表土层和土壤剖面SOC密度变异性的解释度分别为37.9%和30.7%;环境因子为影响SOC密度的主要因子.环境因子中.气温对SOC密度的影响大干降雨,其中气温和降雨的变化分别主要由海拔和纬度的变化引起的.除气温和降雨外,还有其它随海拔或经纬度而变化的因子也对SOC密度产生显著影响,这种影响要大于降雨的影响.     

桂林会仙喀斯特湿地水位梯度下不同植物群落土壤有机碳及其组分特征

选择桂林会仙喀斯特湿地不同水位梯度下9种植物群落的土壤为研究对象,通过研究0～30 cm不同深度的土壤理化性质、土壤有机碳(SOC)、轻组有机碳(LFOC)、重组有机碳(HFOC)、易氧化有机碳(EOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)、微生物生物量碳(MBC)含量等变化趋势,以揭示水位梯度下不同植物群落土壤有机碳组分的分布特征及其影响因子.结果表明:①会仙湿地土壤0～30cm LFOC、HFOC占SOC的质量分数分别为11. 10%,88. 90%,土壤轻组分分配比相对较低,重组分分配比较高;②各群落土壤DOC,EOC; POC和MBC(除铺地黍群落外)含量均随土层深度的增加而减少;与SOC含量变化趋势基本一致,各群落DOC、EOC、POC占SOC的比例随土层变化均呈减小趋势;③华克拉莎群落的SOC、LFOC、HFOC、MBC、DOC、EOC、POC含量在各土层中均为最高,且显著高于其它植物群落;④SOC、全氮(TN)与土壤有机碳各组分含量显著正相关(P 0. 01),土壤pH与LFOC、HFOC、DOC和POC显著正相关,土壤容重与LFOC、HFOC、DOC、EOC和POC显著负相关(P 0. 01),黏粒含量与LFOC、HFOC、DOC、POC和MBC显著负相关;⑤土壤全氮、砂粒含量、pH和土壤含水量对HFOC含量的主要贡献均表现为通过影响其它因子而产生的间接作用效应;土壤TN对EOC、DOC和POC含量具有较强的直接正作用效应;土壤含水量对MBC含量的直接负作用最大.土壤理化特征因子之间的相互作用共同影响着LFOC、HFOC及有机碳各组分含量的变化.     

花江小流域石漠化过程中的土壤有机碳氮的变化

以花江峡谷区1.2 km2小流域为研究对象,通过设置不同喀斯特石漠化强度的样地,研究不同等级石漠化样地的土壤有机碳、全氮含量在石漠化过程中的变化。结果表明,喀斯特生境中土壤具有高度异质性,人为干扰方式对土壤有机碳、全氮含量变异性的影响很大;樵采石漠化样地小生境土壤有机碳、全氮含量维持在较高水平,开垦石漠化样地小生境土壤有机碳、全氮含量较低;随着石漠化程度的加剧,樵采和开垦系列样地土壤有机碳、全氮含量呈现不断降低的趋势,这在一定程度上体现了石漠化过程的土壤退化本质。小流域内石漠化成因类型的划分对揭示石漠化过程中的土壤退化是必须的。     

种植花椒对喀斯特石漠化地区土壤有机碳矿化及活性有机碳的影响

以贵州西南部典型石漠化治理示范区内5年、17年、30年生花椒林和乔木林(约60年)土壤为对象,采用室内模拟培养方法研究了0~15、15~30、30~50 cm这3个剖面土壤有机碳的矿化特征及活性有机碳的含量变化.结果表明,30年生花椒林土壤有机碳累计矿化量在各层土壤中均高于对应的乔木林土壤,而5年、17年生花椒林地各层土壤则均低于对应的乔木林土壤,3种花椒林土壤有机碳累计矿化量分配比在各层均高于对应的乔木林土壤.长期种植花椒增加了土壤有机碳的矿化量,降低了土壤有机碳的稳定性.乔木林土壤易氧化有机碳和颗粒有机碳在各层均显著高于对应的3种花椒林土壤(P0.05).随花椒种植年限增加,土壤易氧化有机碳和颗粒有机碳含量在0~15 cm和15~30 cm土层先增加后减少,在30~50cm土层则为先减少后增加.短期花椒种植有利于土壤活性有机碳的增加,长期则降低了0~15 cm和15~30 cm层土壤活性有机碳含量,花椒种植有利于深层(30~50 cm)土壤活性有机碳的积累.     

干旱区三工河流域土壤有机碳储量及空间分布特征

精确估算干旱区流域生态系统土壤有机碳库是进行干旱区土壤碳循环研究的重要前提。论文利用改进的土壤类型法--基于网格的土壤类型法,以干旱区典型的三工河流域为例,精确估算流域土壤碳储量,分析土壤碳密度的空间分布特征,为干旱区土壤碳循环研究提供数据支撑。研究结果显示,三工河流域0~20cm土壤有机碳储量为14.35Tg,平均土壤有机碳密度为6.70kgC/m²,其中山地灰褐土土壤有机碳密度最大,这主要是受中山带较低的气温和丰富的森林凋落物的影响;流域土壤有机碳密度表现出了明显的垂直地带性和水平地带性特征,即碳密度从山地区、丘陵区、绿洲区到荒漠区呈逐渐减小的趋势,且随海拔高度的降低碳密度逐渐减小。     

贵州省主要森林类型土壤有机碳密度特征及其影响因素

森林土壤有机碳是全球土壤有机碳库的重要组成部分,研究森林土壤有机碳对于减缓大气中CO2浓度持续升高具有重要的意义。本研究采用野外调查和室内分析相结合的方法,以贵州桦木、栎类、柏木、云南松、杉木、马尾松、华山松等7种主要森林类型为主要对象,分析贵州主要森林类型土壤有机碳密度特征,探讨不同植被类型和环境因子对其的影响。结果表明:(1)贵州森林土壤有机碳密度约为180.62Mg/hm2,高于同纬度地区江西省森林土壤平均有机碳密度102.1Mg/hm2,表现出贵州森林土壤具有较高的固碳能力;(2)不同森林类型土壤有机碳密度变化范围为:114.52~388.29Mg/hm2,且差异显著(P0.05)。各种森林类型土壤有机碳密度大小为:华山松林杉木林柏木林栎类林马尾松林桦木林云南松林;(3)不同植被类型下各层土壤有机碳密度大小均以表层土壤为最大,且随土壤深度增加而降低;(4)在立地条件上,贵州森林土壤有机碳密度与海拔显著相关,与坡度、经度、纬度相关关系均不显著。     

岩溶流域地下水TOC输出及影响因素分析:以重庆丰都雪玉洞地下河流域为例

2014年8月至2015年9月通过野外在线监测获取岩溶流域连续、高精度的气象、地下水TOC和水文地球化学等数据,利用主成分回归模型探讨流域地下水TOC在不同时间尺度上的输出及影响因素.结果表明在季节时间尺度上,气温和地下水电导率(Sp C)夏季高,冬季低,p H则相反;TOC和浊度冬、夏季高,春、秋季低;地下水TOC和水文地球化学指标对降雨表现出明显的响应过程,但地下水TOC对不同降雨强度的响应时间和过程有明显差异,整体来说,TOC在降雨过程中表现出上升的趋势,而暴雨过后受稀释效应影响呈现下降趋势.主成分回归分析发现降雨、流量和浊度对TOC有正向促进作用,而气温和p H对TOC有负向的影响.     

成都平原区水稻土有机碳剖面分布特征及影响因素

了解环境因素对土壤有机碳剖面分布的影响,是准确拟合土壤有机碳在垂直方向上的连续变化、开展其三维空间分布模拟和估算区域土壤有机碳储量的基础.基于171个土壤剖面采样数据,利用指数递减函数拟合土壤有机碳剖面分布,分析成都平原区水稻土有机碳剖面分布的空间变异特征,并探讨成土母质、土壤类型(亚类和土属)、海拔、与河流距离和土地利用方式对其空间变异的影响作用,进而揭示环境因素对土壤有机碳剖面分布的影响.结果表明,0~20、20~40、40~60和60~100 cm土壤有机碳均值分别为19.42、9.59、5.99和5.20 g·kg-1,表现出显著的剖面递减趋势.土壤有机碳含量主要集中在40 cm以上,占整个土壤剖面的质量分数为72.17%,是研究成都平原区水稻土碳源/汇的关键部分.拟合土壤有机碳剖面分布的指数递减函数的2类参数呈现出一致的空间分布格局,具有空间相关性;参数C和k的块金系数分别为55.400%和47.671%,表明成都平原区水稻土壤有机碳剖面分布受结构性因素和随机性因素共同影响.回归分析揭示,成土母质和土属是影响研究区土壤有机碳剖面分布的主控因素,但海拔、与河流距离和土地利用的作用不容忽视.在拟合成都平原区水稻土有机碳剖面分布、构建其三维空间预测模型和估算土壤有机碳储量时,应重点考虑成土母质和土属的作用.     

黄土高原沟壑区小流域土壤有机碳与环境因素的关系

研究不同环境要素共同作用下的土壤有机碳分布特征及其与环境因素的关系对于全面准确评估黄土高原地区土壤有机碳状况和土壤碳循环具有重要意义.结合野外调查和室内分析,研究了黄土高原沟壑区典型小流域土壤不同组分有机碳分布特征及其与地形条件、土地利用方式和土壤类型之间的关系.结果表明,黄土沟壑区小流域土壤总有机碳变异较小(变异系数为34%),高活性有机碳变异较大(变异系数为43%),有机碳的变异性随其活性的增强而增大.各组分有机碳之间极显著正相关,而且在不同环境条件下的含量顺序一致.各组分有机碳在不同地形条件下以塬面土壤最高,沟道土壤最低:在不同土地利用方式下以林地和农田土壤较高,草地土壤较低;在不同土壤类型中则以黑垆土最高,红土最低.不同环境条件下各组分有机碳之间的关系分析表明,环境条件不但直接影响有机碳的分布,还通过影响有机碳不同组分之间的关系来改变其分布特征.研究区总有机碳与活性有机碳之问的关系受环境条件影响最大,中活性与高活性有机碳之间的关系受环境条件影响最小.     

黄土区果园和刺槐林生态系统土壤有机碳变化及影响因素

果园和刺槐是黄土区小流域综合治理中两种典型土地利用方式,对比分析二者土壤固碳功能变化有助于深入了解小流域综合治理条件下陆地生态系统土壤碳循环过程及其影响因素.在中国科学院长武黄土高原农业生态试验站,针对20世纪80年代以来综合治理的王东沟小流域,选取坡地上不同生长年限苹果园和刺槐林群落,测定表层(0~20 cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)以及根系生物量和地表凋落物含量,研究不同治理措施下SOC的变化特征及其影响因素.结果表明:1随生长年限的增加,苹果园中SOC、TN含量呈降低趋势,而刺槐林中呈增加趋势.与农地(对照)相比,3年、8年、12年、18年苹果园SOC、TN含量分别降低了3.26%、10.54%、18.08%、22.55%和-8.08%、-0.48%、4.97%、16.91%,12年、18年、25年刺槐林SOC、TN含量分别增加了5.31%、32.36%、44.13%和2.49%、15.75%、24.22%;23年、8年、12年、18年苹果园细根生物量,分别为农地(对照)的25.97%、66.23%、85.71%和96.10%,凋落物量均为0 g·m-2,而12年、18年、25年刺槐林细根生物量相较农地(对照),分别增加了23.53%、79.41%、157.35%,凋落物输入量分别为194、298、433g·(m2·a)-1;3有机物输入差异是导致果园和刺槐生态系统土壤固碳功能差异化的重要原因.     

贵州喀斯特区域土壤有机质的分布与演化特征

中国西南喀斯特区域是全球最大的喀斯特生态区域之一,该区生态环境脆弱,水土流失严重,石漠化趋势严峻。土壤有机质是极为重要的保持土壤结构与质量的物质,深刻认识喀斯特区域土壤有机质的特征与演化是防治和改善我国西南喀斯特区域石漠化现状的迫切需求。本文以贵州省为例,总结归纳前人的研究成果,阐述了该区土壤有机质的分布规律与演化特征,探讨了影响该区土壤有机质分布的因素,以期提出更好的石漠化防治策略。中国西南喀斯特区域土壤受该区多山地形的限制,具有水平地带性以及垂直地带性特征,同时受到喀斯特地质地貌的控制,发育各种非地带性土壤,本区土壤类型多、成因复杂;土壤有机质的分布、演化特征与土壤类型密切相关,具有明显的区域特点。贵州省分布广泛的主要土壤有黄壤、石灰土、红壤、紫色土、黄棕壤、棕壤以及水稻土等。其中,棕壤有机质含量最高,原因可能是棕壤存在区域海拔高,气温低,抑制微生物活动,土壤有机质分解过程比较缓慢;石灰土有机质含量高,原因可能是土壤中钙的含量较高,有机质的保存可能受益于腐殖酸钙及碳酸盐沉淀的包裹保护;而黄壤和红壤等酸性土壤有机质主要是与R_2O_3结合,有机质的活性高于石灰土;黄棕壤有机质含量介于棕壤和黄壤之间;紫色土由于土壤质地的原因,有机质含量最低。     

密云水库上游流域土壤有机碳和全氮密度影响因素研究

为揭示影响密云水库上游流域土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)和全氮(total nitrogen,TN)密度的主要因子,采用野外采样、实验室分析和数理统计分析相结合的方法,研究了气候(温度和降水)、地形(海拔和坡度)、土壤理化性质(土壤容重、含水量、pH值和黏粒含量)以及土地利用方式等因素对SOC和TN密度的影响.结果表明,密云水库上游流域森林、草地、农田这3种土地利用类型表层(0～20 cm)SOC密度分别为4.77、6.79和2.90 kg.m-2,TN密度分别为0.41、0.69和0.30kg.m-2,3种土地利用类型之间SOC和TN密度差异显著(P<0.05);土壤含水量、土地利用方式、坡度、土壤pH值和黏粒含量是影响SOC密度的主要因子,土地利用方式、土壤黏粒含量和含水量则是影响TN密度的主要因子;气候、地形、土壤理化性质等区域环境因子共同解释了SOC和TN密度变异性的63.6%和53.4%,而环境因子和土地利用方式对SOC和TN密度变异性的综合解释程度分别为67.6%和57.8%.土地利用对SOC和TN密度变异性的贡献相对于环境因子而言较小,因此,建立高空间分辨率的区域环境因子数据库将是精确估算区域土壤碳氮贮量的关键环节.