土地利用方式对土壤有机质及其碳库管理指数的影响

采用野外调查和室内分析的方式对子午岭不同土地利用方式下,土壤有机质、3种活性有机质及其碳库管理指数(CMI)进行了研究,结果表明,土壤有机质、3种活性土壤有机质含量均随土层的加深逐渐降低,在土壤剖面基本表现为林地、撂荒未翻耕地>撂荒翻耕地>农用地.同一土层,3种土壤活性有机质含量及其有效率表现为低活性有机质>中活性有机质>高活性有机质.不同利用方式下,活性有机质有效率随有机质活性增强,呈现撂荒未翻耕地>林地>撂荒翻耕地>农用地的趋势.不同利用方式之间的CMI的差异随有机质活性的增强而增大,且影响深度也逐渐加深.在0~30cm土层内,林地3种活性有机质的CMI高于撂荒翻耕地和农用地;而在30cm之下土层,3种利用方式低活性有机质的CMI相差不大,但中活性有机质和高活性有机质的CMI表现为林地>撂荒翻耕地>农用地.3种活性土壤有机质与其他生物化学性质之间均表现为显著或极显著相关关系,表明活性有机质可以指示土地利用方式对土壤有机质和CMI的影响.     

植被恢复对旱区表土颗粒中有机碳和氮分布的影响

采用物理分离的方法,获得植被恢复过程中不同土壤粒径的组分,并进行了各组分中有机碳和全氮含量的测定.结果表明,黏粉粒(<0.05mm)含量的增加和沙粒(0.25～0.1mm)含量的减少,共同导致表层土壤质地细粒化.土壤质地的细粒化伴随着有机碳和氮的固存效应,该效应在固沙20年以后效果显著(P<0.05).沙粒(>0.1mm)含量与有机碳和氮含量呈显著负相关(P<0.001),而极细沙(0.1～0.05mm)和黏粉粒(<0.05mm)含量与有机碳和氮含量均呈显著正相关(P<0.001).产生上述结果的原因是,表层土壤颗粒组成中各粒径结合的有机碳和氮含量均增加相关,其贡献程度为黏粉粒>极细沙>沙粒.植被恢复过程中,表层土壤中黏粉粒含量的增加对维持有机碳和氮固存起着主要的作用,土壤的物理稳定也因为土壤中有机质和黏粉粒含量的增加而增大.     

土地利用方式对土壤水溶性有机碳的影响

采集三江平原不同利用方式的土壤,测定土壤水溶性有机碳(DOC)含量,以及E₂₈₀值、E₂₅₀E₃₆₅和E₂₄₀/TOC比值,研究土地利用方式对土壤DOC的影响.结果表明,随着土地利用方式的变化,土壤DOC含量变化明显,土地开垦耕作是导致土壤DOC含量降低的主要原因.湿地土壤的开垦耕作,不仅导致土壤DOC数量的减少,而且DOC的质量也在下降.土壤DOC与土壤总有机碳含量呈正相关(R²=0.66),与游离态轻组有机碳的相关性更强(R²=0.84),与土壤重组有机碳呈明显的负相关(R²=0.52).     

崇明东滩湿地植被类型和沉积特征对土壤碳、氮分布的影响

滨海湿地碳、氮储量的分布可能受盐沼植被和外源沉积物的综合影响.本文以长江口典型滨海湿地为研究对象,分别在崇明东滩湿地北部、中部和南部设置3条样线,根据外源沉积物的区域特征研究了3种主要盐沼植被(芦苇(Phragmites australis)、互花米草(Spartina alterniflora)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter))和土壤中的有机碳(TOC)、总氮(TN)的季节变化及空间特征.结果显示,崇明东滩湿地北、中部为淤积型滩涂,南部呈侵蚀态势.盐沼植被中芦苇和互花米草生物量TOC、TN累积量均显著高于海三棱藨草带.北、中样线的相同植被类型中的土壤TOC、TN显著高于南样线.高潮滩的芦苇带土壤TOC储量高于中潮滩的互花米草带,而互花米草带土壤TN储量略高于芦苇带,海三棱藨草带和光滩土壤TOC、TN储量最低.盐沼植被类型显著影响土壤各层次TOC和TN储量的分布,其中,0~10 cm层次储量受植被类型和表层外源沉积物空间特征的交互作用影响.     

Effects of land use, climate, topography and soil properties on regional soil organic carbon and total nitrogen in the Upstream Watershed of Miyun Reservoir, North China

Soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) contents as well as their relationships with site characteristics are of profound importance in assessing current regional, continental and global soil C and N stocks and potentials for C sequestration and N conservation to offset anthropogenic emissions of greenhouse gases. This study investigated contents and distribution of SOC and TN under different land uses, and the quantitative relationships between SOC or TN and site characteristics in the Upstream Watershed of Miyun Reservoir, North China. Overall, both SOC and TN contents in natural secondary forests and grasslands were much higher than in plantations and croplands. Land use alone explained 37.2% and 38.4% of variations in SOC and TN contents, respectively. The optimal models for SOC and TN, achieved by multiple regression analysis combined with principal component analysis (PCA) to remove the multicollinearity among site variables, showed that elevation, slope, soil clay and water contents were the most significant factors controlling SOC and TN contents, jointly explaining 70.3% of SOC and 67.1% of TN contents variability. Only does additional 1.9% and 3% increase in the interpretations of SOC and TN contents variability respectively when land use was added to regressions, probably due to environment factors determine land use. Therefore, environmental variables were more important for SOC and TN variability than land use in the study area, and should be taken into consideration in properly evaluating effects of future land use changes on SOC and TN on a regional scale.     

Subtropical urban turfs: Carbon and nitrogen pools and the role of enzyme activity

Urban grasslands not only provide a recreational venue for urban residents, but also sequester organic carbon in vegetation and soils through photosynthesis, and release carbon dioxide through respiration, which largely contribute to carbon storage and fluxes at regional and global scales. We investigated organic carbon and nitrogen pools in subtropical turfs and found that dissolved organic carbon(DOC) and dissolved organic nitrogen(DON)were regulated by several factors including microbial activity which is indicated by soil enzymatic activity. We observed a vertical variation and different temporal patterns in both soil DOC, DON and enzyme activities, which decreased significantly with increasing soil depths. We further found that concentration of soil DON was linked with turf age. There were correlations between grass biomass and soil properties, and soil enzyme activities. In particular, soil bulk density was significantly correlated with soil moisture and soil organic carbon(SOC). In addition, DOC correlated significantly with DON. Significant negative correlations were also observed between soil total dissolved nitrogen(TDN) and grass biomass of Axonopus compressus and Zoysia matrella. Specifically, grass biomass was significantly correlated with the soil activity of urease and β-glucosidase. Soil NO3-N concentration also showed negative correlations with the activity of both β-glucosidase and protease but there were no significant correlations between cellulase and soil properties or grass biomass. Our study demonstrated a relationship between soil C and N dynamics and soil enzymes that could be modulated to enhance SOC pools through management and maintenance practices.     

红碱淖湿地不同水分条件下芦苇群落对土壤有机碳组分和无机氮含量的影响

土壤水分和植物群落特征是影响湿地土壤碳氮储存功能的重要因素.为阐明不同水分条件下植物群落类型对湿地土壤有机碳组分和无机氮含量的影响,本研究以陕西红碱淖湿地为研究对象,探究在低(5.7％±1.1％)、中(20.6％±1.9％)、高(27.5％±9.0％)3种土壤水分条件下,两种群落类型(芦苇单优和混生)的土壤有机碳组分、...     

江西省不同农田利用方式对土壤碳、氮和碳氮比的影响

基于江西省16582个农田耕层(0~20 cm)土壤样点数据,运用实地调查、数理统计与地统计学等分析方法,探讨了不同农田利用方式(水旱轮作、一季旱地、两季旱地、一季水田和两季水田)对土壤有机碳(SOC)、氮含量(TN)和碳氮比(C∶N)的影响.结果表明,江西省耕层土壤SOC、TN含量和C∶N比分别为5.22~34.56 g·kg~(-1)、0.26~3.06 g·kg~(-1)和2.98~52.67,均处于中等偏上水平.经半方差函数分析,江西省土壤SOC、TN和C∶N比的空间变异主要是由随机性因素引起的;方差分析显示,不同土地利用方式下耕地土壤中SOC、TN和C∶N比存在显著差异,土壤SOC和TN含量表现为两季水田水旱轮作一季水田一季旱地两季旱地,而土壤C∶N比则表现为两季水田两季旱地一季水田水旱轮作一季旱地,土壤C∶N比对估测区域土壤有机碳储量具有良好的指示作用,因此,从土壤C∶N比角度考虑,水田更有利于SOC的贮存,有利于增加土壤汇集碳氮的能力.Pearson相关性分析表明,5种利用方式下经度、纬度和海拔与土壤SOC、TN含量和C∶N比具有显著的相关关系.     

Land-use induced changes in topsoil organic carbon stock of paddy fields using MODIS and TM/ETM analysis: A case study ofWujiang County, China

Topsoil soil organic carbon (SOC) that plays an important role in mitigating atmospheric carbon dioxide (CO_2) buildup is greatly affected by human activities.To evaluate the influence of land-use changes on SOC stocks in paddy soils,a new algorithm was developed by integrating MODIS (moderate resolution imaging spectral-radiometer) and TM/ETM data for timely monitoring the land-use change in Wujiang County.Thereafter,the land-use class-maps derived from MODIS and TM/ETM analyses were further used to est...     

Soil resource availability impacts microbial response to organic carbon and inorganic nitrogen inputs

Impacts of newly added organic carbon （C） and inorganic nitrogen （N） on the microbial utilization of soil organic matter are important in determining the future C balance of terrestrial ecosystems. We examined microbial responses to cellulose and ammonium nitrate additions in three soils with very different C and N availability. These soils included an organic soil（ 14.2% total organic C, with extremely high extractable N and low labile C）, a forest soi1（4.7% total organic C, with high labile C and extremely low extractable N）, and a grassland soil（1.6% total organic C, with low extractable N and labile C）. While cellulose addition alone significantly enhanced microbial respiration and biomass C and N in the organic and grassland soils, it accelerated only the microbial respiration in the highly-N limited forest soil. These results indicated that when N was not limited, C addition enhanced soil respiration by stimulating both microbial growth and their metabolic activity, New C inputs lead to elevated C release in all three soils, and the magnitude of the enhancement was higher in the organic and grassland soils than the forest soil. The addition of cellulose plus N to the forest and grassland soils initially increased the microbial biomass and respiration rates, but decreased the rates as time progressed. Compared to cellulose addition alone, cellulose plus N additions increased the total C-released in the grassland soil, but not in the forest soil. The enhancement of total C- released induced by C and N addition was less than 50% of the added-C in the forest soil after 96 d of incubation, in contrast to 87.5% and 89.0% in the organic and grassland soils. These results indicate that indigenous soil C and N availability substantially impacts the allocation of organic C for microbial biomass growth and/or respiration, potentially regulating the turnover rates of the new organic C inputs.     

干旱沙区人工固沙植被演变过程中土壤有机碳氮储量及其分布特征

通过测定干旱沙区不同年代人工植被固沙区土壤剖面1 m深度容重和有机碳、全氮含量,估算了人工固沙植被演变过程中土壤有机碳和全氮储量特征及其垂直分布格局.研究表明,干旱沙区人工固沙植被演变过程中,0～100 cm深土壤有机碳和全氮储量均呈增加趋势;有机碳氮储量表现出了固沙初期的显著增加期(<16 a),随后的缓慢增加积累期(16～25 a),及后期的显著增加期(>25 a),该变化趋势主要体现在0～20 cm的表层.土壤有机碳氮储量增加程度随深度增加有降低趋势,并且表层土壤(0～20 cm)有机碳和全氮储量远大于深层土壤(20～100 cm);固沙初期土壤有机碳和全氮储量的增加体现在0～100 cm各个深度,而随后积累期主要体现在0～20 cm深度,固沙后期的增加也主要在0～20 cm深度,20 cm以下增加不明显;0～100 cm深土壤有机碳氮储量表聚性随固沙植被演变越来越明显.明确了降水<200 mm的沙区人工固沙过程中植被和土壤特征的改变对土壤有机碳氮储量及分布特征的影响,为更好地理解干旱人工植被区的碳循环特征和预测该生态系统与气候变化间的反馈关系奠定了基础.     

黑土有机碳、氮及其活性对长期施肥的响应

以长期定位试验为基础,研究不同长期施肥模式对中国东北黑土表层(0～20 cm)及亚表层(20～40 cm)土壤碳、氮的影响.结果表明,有机肥的施入显著提高了表层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量,其中以有机无机配施处理最为显著.与不施肥相比,常量和高量有机无机配施分别增加了表层SOC含量24.6%和25.1%,分别增加了表层土壤TN含量29.5%和32.8%,亚表层土壤SOC和TN含量对施肥无响应.尽管常量及高量有机无机配施分别增加了黑土0～40 cm土壤碳储量11.6%和7.6%、氮储量17.3%和12.7%,但各处理之间无显著差异,仅增加了黑土碳、氮储量的变异性.与不施肥相比,有机肥的施用不仅显著增加了表层和亚表层土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)及可溶性碳、氮(DOC、DN)的含量,且显著提高了这些组分在总有机碳、全氮中所占的比例.有机无机配施处理能使表层土壤SMBC/SOC、SMBN/TN值分别提高0.36～0.59和1.21～1.95个百分点,而DOC/SOC、DN/TN也分别达到0.53%～0.72%和1.41%～1.78%.土壤微生物生物量碳氮、可溶性碳氮及其在总有机碳、氮中所占的比例对于施肥的响应在土壤剖面上表现更为敏感,更能反映土壤肥力对于长期施肥的响应.有机肥的施入尤其是有机无机配施能显著提高黑土表层和亚表层土壤有机碳、氮活性,有利于提升土壤肥力和养分供应能力,但同时也导致了农田系统碳、氮的大量损失,容易引起潜在的环境污染.     

气候变暖对四川盆地水稻土有机碳含量变化的影响

气候变暖会提高土壤温度从而导致土壤碳释放,但也可以通过提高初级生产力增加土壤有机碳.农田土壤被认为具有巨大的固碳潜力,然而大区域尺度上气候变暖如何影响农田土壤有机碳变化尚缺少直接观测.水稻土是我国重要的耕作土壤之一,基于1980～1985年全国第二次土壤普查获得的2 217个样点数据和2017～2019年2 382个实地采样数据,分析了四川盆地水稻土表层土壤有机碳含量的变化特征,并探究了水稻土有机碳含量变化与气温、降雨量、农田利用方式、施肥强度和粮食产量的关系.结果表明,近40年间四川盆地水稻土表层有机碳含量从13.33 g·kg^-1上升到15.96 g·kg^-1,增长了2.63 g·kg^-1,呈“碳汇”效应;不同地貌区和不同二级流域水稻土有机碳含量变化幅度不同.水稻土有机碳含量增加量与年均气温呈正相关关系,与年均降雨量呈负相关关系,与年均施肥量及其增长速率、年均粮食产量及增长率则均呈先增加后降低的抛物线关系.不同农田利用方式下水稻土有机碳含量增加量与年均气温增长率关系不同,年均气温增长率的增加仅在水旱轮作下对有机碳增长...     

黄河口典型潮沟土壤碳氮分布特征规律

为探究黄河三角洲盐沼土壤碳氮含量在潮沟水系中的时空分布特征,选取黄河口一条典型的潮沟系统,采集一、二、三级潮沟表层土壤,探寻土壤有机碳、总氮与土壤容重、盐度、pH等理化因子的相关关系。结果表明:土壤有机碳和总氮在时空尺度上表现出极大的异质性特征。时间尺度上,土壤有机碳和总氮出现先上升后下降的趋势。空间尺度上,一级潮沟土壤有机碳和总氮平均值(2.9 g·kg-1、0.36 g·kg-1)大于二级(1.4 g·kg-1、0.18 g·kg-1)、三级(1.6 g·kg-1、0.21 g·kg-1)潮沟。相关分析表明,土壤有机碳和总氮与盐度呈显著正相关(P<0.01),与容重呈显著负相关(P<0.01)。盐沼湿地土壤碳氮含量受土壤水盐条件的影响,而潮沟水系的树状结构对水盐条件的影响是导致土壤碳氮含量时空差异分布的重要因素。     

垦殖方式对小叶章湿地表土团聚体有机碳分布的影响

研究了2种垦殖方式对三江平原小叶章湿地表土团聚体及其有机碳分布的影响.结果表明,垦殖后,粒径>0.25mm的大团聚体呈降低趋势,大豆田中0.053~0.25mm微团聚体增加;水稻田中主要增加的是1mm及0.053~0.25mm团聚体有机碳含量降幅均呈现大豆田大于水稻田,水稻田>大豆田,小叶章湿地>大豆田>水稻田.水稻田比大豆田土壤有机碳储量稍高,但其微团聚体有机碳储量及其占土壤有机碳储量的比例低于大豆田,开垦为大豆田比开垦为水稻田有利于土壤有机碳长期存留.     

氮、硫输入对河口湿地土壤有机碳矿化的实验研究

通过室内培养实验,研究了氮、硫输入对闽江河口湿地土壤有机碳矿化和土壤理化性质的影响.结果表明:NH_4Cl(N1)、NH_4NO_3(N3)、K_2SO_4(S)和NH_4Cl+K_2SO_4(NS1)处理显著促进了湿地土壤有机碳矿化速率(p0.05),较对照分别提高了76.57%、60.09%、83.20%和52.59%,并且不同处理下土壤有机碳矿化速率均表现为随培养时间的增加而递减.氮、硫输入在不同时间对湿地土壤有机碳矿化的影响不尽一致,在前6 d各处理的促进作用最明显.湿地土壤有机碳累积矿化量在不同处理下均表现为随培养时间逐渐增加,其增长速率在培养初始阶段较快,而后逐渐减慢;不同培养时间有机碳累积矿化量在N1、N3、S和NS1处理下与对照处理间均存在显著差异(p0.05).短期培养结束后,N3、NS1处理显著增加了湿地土壤DOC含量(p0.05);N1、N3、NS1和NH_4NO_3+K_2SO_4(NS3)处理均显著增加了土壤NH_4~+-N含量(p0.05);KNO_3(N2)、N3、NS2和NS3处理均显著增加了土壤NO_3~--N含量(p0.05);S、NS1、NS2和NS3处理均显著增加了土壤SO_4~(2-)含量(p0.05).不同处理下湿地土壤Cl-、pH、EC具有微弱的波动变化特征,但在不同处理组间均不存在显著差异(p0.05).多元回归分析显示,DOC、NH_4~+-N和SO_4~(2-)是氮、硫输入处理下影响闽江河口湿地土壤有机碳矿化速率的主要控制因素.     

泉州湾海岸湿地沉积物C、N的空间变化

在泉州湾不同类型海岸湿地采集了6根短柱状样,利用激光粒度仪分析了沉积物的粒度并计算了中值粒径,利用元素分析仪分析了沉积物中的总有机碳（TOC）、总无机碳（TIC）和总氮（TN）含量.结果显示,泉州湾海岸湿地的沉积物以粉砂和粘土质粉砂为主,中值粒径介于9.2～18.5 μm之间;水头光滩湿地沉积物TIC含量约为0.137%,高于附近互花米草湿地的含量（0.014%～0.038%）,TIC主要集中在粗颗粒部分.沉积物TOC、TN含量分别介于0.939%～2.057%和0.163%～0.260%之间,互花米草对C、N具有很强的富集能力,红树林对C、N的富集能力很弱;周边的排污活动使水头地区的TOC含量明显高于洛阳江河口地区.沉积物TOC、TN含量与中值粒径之间的相关性很弱,TOC与TN之间具有显著的正相关关系,互花米草湿地TN含量与C/N、互花米草湿地和光滩湿地的TOC与C/N均表现为显著的正相关,这些初步说明泉州湾海岸湿地沉积物的TOC主要来源于周边污染物的排放及植被自身生产.     

黄土丘陵区土地利用变化对深层土壤有机碳储量的影响

通过研究黄土丘陵子午岭林区5种典型土地利用类型土壤剖面有机碳分布特征,分析了天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为农田及撂荒后土壤有机碳变化特征.同时,以浅层(0~100 cm)土壤为对照,探讨了土地利用变化对深层(100~200cm)土壤有机碳储量的影响.结果表明,在0~200 cm剖面上,天然乔木林、天然灌木林、人工乔木林、撂荒地、农田土壤有机碳含量分别为5.85、3.96、4.98、3.09、3.20 g·kg-1,天然乔木林、人工乔木林土壤有机碳含量显著高于天然灌木林、撂荒地和农田(p0.05).各土地利用类型下浅层和深层土壤有机碳含量分别占0~200 cm土壤有机碳含量的58%~73%和27%~42%,不同土地利用类型间浅层土壤有机碳含量差异显著,但深层土壤有机碳含量差异不大.土地利用变化对土壤有机碳储量影响显著.天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为撂荒地、天然灌木林转变为农田4种土地利用转变方式0~200 cm土壤有机碳储量分别减少了9.68、52.90、20.20、12.49 t·hm-2,减幅为7%、39%、21%、13%,其中,浅层土壤减少了2%~48%,深层土壤减少了12%~22%.相对于林地开垦为农田而言,农田退耕还林后土壤有机碳的恢复要慢得多.研究结果揭示了浅层和深层土壤有机碳对土地利用变化的敏感性,反映了深层土壤有机碳具有较大的稳定性.     

不同水分梯度下UV-B辐射对2个稻田土壤碳氮转化的影响

UV-B辐射对土壤碳氮转化的影响与土壤物理化学性质有关,为明确土壤水分状态对UV-B辐射的影响,以有机质含量不同的两个水稻土(有机质含量低的记为L,高的记为H)为研究材料,在室内研究了含水量为25%(W1)、50%(W2)和100%(W3)时,UV-B辐射对土壤总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)以及累积净矿化氮量的影响.结果表明:120 h后,与避光(对照,CK)相比,UV-B辐射显著降低了土壤TOC的含量(P0.05);UV-B辐射下,水分从低到高,L土壤的TOC分别降低了9.9%、4.5%和6.3%,H土壤降低了10.9%、5.6%和6.3%.但与对照相比,UV-B辐射却促使土壤DOC增加;且在UV-B辐射下水分为100%的处理中,土壤DOC含量高于25%和50%的处理,120 h时,L土壤的DOC分别增加了21.5%(W1)、9.4(W2)和26.3%(W3),H土壤分别降低了26.7%(W1)、14.2%(W2)和33.8%(W3).与对照相比,UV-B辐射使NH_4~+-N含量有所下降;且在UV-B辐射中,NH_4~+-N含量的变化幅度在不同水分条件下的整体表现为W1W2W3.较对照处理,UV-B辐射促进NO_3~--N的累积,NO_3~--N变化幅度在不同水分条件下的表现为:W1W3W2.24 h后与对照相比,UV-B辐射对土壤累积净矿化氮量有显著影响(P0.05),且UV-B辐射下累积净矿化氮量在不同水分之间差异显著(P0.05).这表明光降解在土壤有机质的稳定中扮演着重要角色,UV-B辐射会加速土壤有机碳的损失,影响土壤矿质态氮的转化,且水分不同,UV-B辐射对土壤碳氮转化的影响存在一定差异.     

泥样的总有机碳测定中无机碳的确定

利用非分散虹外吸收分析仪器来测定泥样品中的总有机碳,对其中泥样中的无机碳的确定进行探讨.