植被重建下煤矿排土场土壤熟化过程中碳储量变化

植被重建是治理因露天煤矿的开采而形成的大面积排土场行之有效的措施,了解植被重建模式对排土场土壤有机碳(SOC)储量的影响是筛选植被治理措施的重要因子.在内蒙古准格尔旗黑岱沟露天煤矿,选取15 a治理排土场中5种植被重建模式(自然恢复地、草地、灌木林、乔灌混交林、乔木林),16种植被配置类型,采集土壤剖面(0~100 cm)样品408个,研究不同重建模式下SOC储量的变化.结果表明:1治理排土场植被重建模式显著影响剖面SOC含量与分布(P<0.05),表层0~10 cm SOC呈草地>灌木>乔木>乔灌混交林>自然恢复地;全氮(TN)也呈相似的变化特征.2植被配置类型中,苜蓿地0~10 cm的SOC含量(5.71 g·kg-1)和TN含量(0.49 g·kg-1)均最高,比自然恢复地分别高166.7%和171.3%,且是沙棘、紫穗槐+油松、香花槐的两倍左右.3植被重建对SOC影响深度主要集中在0~20 cm,而对TN的影响可达40 cm.4与新建排土场相比,植被重建后,草地、灌木地和乔木地0~100 cm碳储量分别增加了15.47、6.93和6.95 t·hm-2,但仅相当于原地貌水平的2/3、1/2和1/2.植被重建表现出碳汇效应和巨大的固碳能力.从土壤固碳的角度考虑,建议植被重建模式以草地为主,植被类型优先考虑苜蓿.     

黄土区沟道泥沙微生物群落变化特征及其影响因素

在黄土高原沟壑区,通过16S rRNA基因片段和ITS高通量测序,研究沟道泥沙中细菌和真菌群落在上-中-下游的变化特征.结果表明：与沟头相比,把口站的细菌群落中拟杆菌门（Bacteroidetes）与厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度分别增加6.6%和10.5%,而变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度降低15.1%;真菌群落中担子菌门（Basidiomycota）的相对丰度增加7.7%,而子囊菌门（Ascomycota）降低30.2%;泥沙中黏粒含量与细菌丰富度（Chao1指数）和多样性（Shannon指数）之间显著负相关（P<0.05）,与真菌的丰富度和多样性无显著相关性;细菌和真菌群落多样性和丰富度的空间差异与SOC、Olsen-P的变化有关（P<0.05）.因此,泥沙中颗粒组成物和养分含量可能是影响沟道微生物群落变化的主要因素.     

复杂地形条件下根系对土壤有机碳的贡献

在地形条件复杂的地区,量化根系对土壤有机碳的贡献对科学评价水土流失区的土壤碳储量具有重要意义.本研究在黄土高原丘陵沟壑区的砖窑沟小流域内,基于地貌类型(梁峁坡、沟坡和沟谷)和植被措施(农田、林地和草地措施)两大因素采集土壤和根系样品,在流域尺度上研究根系密度(FRD)对土壤有机碳密度(SOCD)的贡献.在砖窑沟小流域内,地形、植被措施和土层厚度及其交互作用显著影响SOCD和FRD的空间分布. SOCD和FRD在不同地形部位下均呈现出沟谷沟坡梁峁坡的趋势,在不同植被措施下均呈现出林地措施草地措施农田措施的趋势,在不同土层厚度上均呈现出表层(0～20 cm)大于下层(20～100 cm)的趋势.此外,FRD对SOCD的影响显著(P 0. 05),SOCD随着FRD增加呈现出对数增加的趋势,且不同地形和植被措施下的根系-碳转化效率差异显著(P 0. 05).在农田措施下,沟谷(0. 87)的根系-碳转化效率均是沟坡(0. 43)和梁峁坡(0. 43)的2. 0倍;在草地措施下,沟坡(0. 57)的根系-碳转化效率分别是沟谷(0. 45)和梁峁坡(0. 27)的1. 3倍和2. 1倍;在林地措施下,梁峁坡(0. 56)的根系-碳转化效率是沟坡(0. 44)的1. 3倍.因此,在砖窑沟小流域内,从增加根系-碳转化效率的角度而言,沟谷适合进行农业生产,沟坡适宜进行退耕还草,而梁峁坡适合进行退耕还林.     

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。     

长期施氮和水热条件对夏闲期土壤呼吸的影响

在黄土高原地区,夏季休闲期既是高温多雨期也是土壤微生物强烈活动期.研究该时期土壤呼吸变化与土壤水分、温度和施氮之间关系,有助于深入理解农田生态系统土壤呼吸的时空变异性及其影响因素.本研究以1984年设立在黄土旱塬区长期田间定位试验为平台,选取了5个不同施氮处理（N0、N45、N90、N135和N180）,于2009年夏...     

地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响

研究地形和土地利用类型共同作用下表层土壤有机碳空间分布特征,对准确评估区域土壤有机碳的空间分布和变异特征具有重要意义。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域3种地形部位(峁顶、峁坡、沟底)和8种土地利用类型(农田、果园、天然与人工草地、天然与人工灌木林、天然与人工乔木林)为研究对象,采集表层(0~20 cm)314个土壤样品用于研究地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域表层土壤有机碳空间分布的影响。地形和土地利用方式极显著(P0.000 1)影响小流域表层土壤有机碳含量与分布,并且交互作用显著(P=0.051 1)。地形影响下,土壤有机碳空间分布表现为沟底峁坡峁顶的变化趋势,土壤有机碳含量沟底(8.0 g/kg)、峁坡(7.1 g/kg)分别是峁顶(4.2 g/kg)的1.9、1.7倍。土地利用方式影响下,土壤有机碳空间分布表现为天然乔木天然灌木人工乔木天然草地人工灌木人工草地农田果园的分布变化规律。地形和土地利用交互作用下,农田、果园、天然草地在坡面水土流失条件下显示出土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征,沟底有机碳含量农田(6.9 g/kg)、果园(8.8 g/kg)、天然草地(9.3 g/kg)分别是峁顶的1.9、2.0、1.9倍。林地(灌木林和乔木林)却表现为峁坡土壤有机碳含量远远高于沟底,天然乔木林且达到了显著水平,天然乔木峁坡土壤有机碳含量(24.6 g/kg)是沟底(16.4 g/kg)的1.5倍。     

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.     

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.     

半干旱区土壤微生物呼吸对极端降水的响应

了解土壤微生物呼吸对极端降水的响应对深入理解全球变暖趋势下降水格局的改变对土壤碳循环的影响具有重要意义.于2015年雨季(7~9月)在长武农田生态系统国家野外站,模拟了3种雨季降水量(最高600 mm;平均300 mm;最低150 mm)条件下两种降水形式(每次10 mm:P_(10),每次150 mm:P_(150)).利用土壤碳通量测量系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测不同降水条件下土壤微生物呼吸速率及其土壤水分、温度的变化.相同次降水量条件下,土壤微生物呼吸波动因雨季降水量变化而不同.P_(150)较P_(10)波动剧烈,600 mm降水量下土壤微生物呼吸变异系数分别为36%和33%;300 mm降水量下为28%和22%,150 mm降水量下依次为43%和29%.与P_(10)相比,P_(150)土壤微生物呼吸累积量在600 mm降水量下降低20%;但150 mm降水量下增加22%,300 mm降水量下二者无显著差异.土壤累积呼吸量与水分胁迫时间长短呈显著负相关(R2=0.75).全球变暖趋势下极端性降水事件增加对土壤微生物呼吸的影响不容忽视.     

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.