土壤有机质和全氮水平与土壤碳排放的相关性及估算模型

【目的】探明土壤有机质和全氮对土壤碳排放的影响及分析估算碳排放模型的可行性,为土壤固碳减排和创建简单易行、普适性高的土壤碳排放评估方法提供参考。【方法】采用田间试验和模型拟合相结合的方法,以土壤有机质9 g/kg、全氮0.4 g/kg(5~6级肥力)为CK,研究不同土壤肥力水平有机质和全氮含量[OL:有机质41.0 g/kg、全氮2.1 g/kg(1级肥力);SL:有机质31.0 g/kg、全氮1.6 g/kg(2级肥力);TL:有机质21.0 g/kg、全氮1.1 g/kg(3级肥力);FOL:有机质11.0 g/kg、全氮0.8 g/kg(4级肥力);FIL:有机质9.0 g/kg、全氮0.6 g/kg(5级肥力)]对土壤碳排放的影响,并分析以有机质和全氮含量为因子拟合模型用于土壤碳排放量估算的准确性和适用性。【结果】土壤肥力水平为1级时,土壤碳排放量与有机质和全氮含量呈负相关关系;土壤肥力水平为2级时,土壤碳排放量达峰值,为4320.22 kg/hm^(2),较CK显著提高88.81%;当土壤肥力水平为3~6级时,土壤碳排放量与有机质和全氮含量呈正相关关系。【结论】土壤碳排放量与有机质和全氮水平有一定的相关性,土壤有机质含量(x)、全氮含量(y)与土壤碳排放量(CE)的拟合公式为CE=2221.37-263.15x+6174.45y,该模型的预测性和准确性良好,可根据土壤肥力水平分级用于区域土壤的碳排放量估算。

多样化种植对土壤团聚体组成及其有机碳和全氮含量的影响

【目的】阐明东北黑土区禾本科与豆科作物多样化种植模式下土壤团聚体组成及其碳氮分布特征,为促进黑土地用养结合型种植制度优化提供理论依据与技术指导。【方法】田间试验于2016—2020年在中国农业科学院作物科学研究所公主岭试验站进行,设置玉米大豆间作(M/S)、玉米大豆轮作(M-S)、玉米花生间作(M/P)和玉米花生轮作(M-P)等多样化种植模式,以玉米连作(CM)常规种植模式为对照。2020年作物收获后采集0—20和20—40 cm土层土壤样品,分析多样化种植模式对土壤团聚体及其有机碳、全氮含量的影响。【结果】多样化种植有利于增加0—20和20—40 cm土层水稳性大团聚体(>0.25 mm)含量,降低黏粉粒(<0.053 mm)含量,4种多样化种植模式的土壤团聚体平均重量直径和平均几何直径均显著高于CM处理(P<0.05)。M/S和M-S处理0—20 cm土层>0.25 mm土壤团聚体比例分别比CM处理高17.6%和13.4%,M/S、M-S和M-P处理20—40 cm土层>0.25 mm土壤团聚体比例则分别比CM处理高10.4%、8.3%和10.5%。多样化种植增加了土壤大团聚体中有机碳和全氮含量,0—20 cm土层,M/S、M-S、M/P和M-P处理>2 mm土壤团聚体有机碳含量分别比CM处理高20.7%、24.3%、18.8%和17.8%;0—20 cm土层,M-S、M/P和M-P处理>2 mm土壤团聚体全氮含量分别比CM处理高13.0%、16.8%和14.8%。M-S和M/P处理0—20 cm土层>2 mm土壤团聚体有机碳和全氮对土壤总有机碳和全氮贡献率高于CM处理,而M/S和M-S处理<0.053 mm土壤团聚体有机碳和全氮对总有机碳和全氮的贡献率则低于CM处理。【结论】东北黑土区多样化种植提高了土壤大团聚体含量,降低了黏粉粒含量,增加了土壤团聚体稳定性及有机碳和全氮含量,有利于促进农田土壤碳氮固持。

长期施用有机肥对土壤有机碳、全氮及腐殖质组分的影响

本研究基于山东莱阳43年长期定位施肥试验,共设置7个处理,分别为不施肥对照(CK)、低量有机肥(M1,施用量30 t/hm^(2))、低量有机肥与低量氮肥(施氮量138 kg/hm^(2))配施(M1N1)、低量有机肥与高量氮肥(施氮量276 kg/hm^(2))配施(M1N2)、高量有机肥(M2,施用量60 t/hm^(2))、高量有机肥与低量氮肥配施(M2N1)和高量有机肥与高量氮肥配施(M2N2),研究长期施用有机肥对土壤有机碳、全氮及腐殖质组分的影响。结果表明,施用有机肥显著提高各土层土壤有机碳和全氮含量,其中M2N2处理的提升效果最好,土壤有机碳、全氮含量较CK分别提高239.02%、293.02%(0~5 cm),256.01%、319.37%(5~10 cm),247.51%、349.00%(10~20 cm)和164.67%、348.88%(20~30 cm)。长期施用有机肥后,土壤水溶性物质、可提取腐殖物质、胡敏素和胡敏酸含量有所提高,但M1N1和M2N1处理显著降低10~20 cm土层土壤富里酸含量。本试验条件下,M2N2处理对提高土壤有机碳、全氮含量及腐殖质组分效果最好。

昆明城市土壤有机碳氮含量及其稳定同位素耦合关系研究

随着城镇化的快速推进,城市土壤已成为陆地生态系统重要组成部分,不同土地利用类型土壤有机碳氮含量、稳定同位素组成分布特征及其耦合关系是了解城市土壤碳氮循环过程的重要途径.选取昆明市区受人类活动影响程度不同的公园绿地、居住绿地、道路绿地、耕地4类土壤作为研究对象,开展0—20 cm土壤有机质碳氮元素及其同位素组成的空间分异特征与影响因素研究.结果表明,昆明城市土壤有机质含量低,有机碳(SOC)和总氮(TN)含量中值分别为6.14 g·kg^(−1)和0.55 g·kg^(−1),较全国城市土壤平均水平低27.22%(C)和28.57%(N).土壤有机碳同位素(δ^(13)C)平均值为-25.22‰±1.56‰,氮同位素(δ^(15)N)则分布范围较广,为1.22‰—10.12‰,平均值为6.55‰±1.58‰,显著高于其他自然土壤δ^(15)N值. 4类土地利用类型中,耕地土壤SOC、TN含量显著偏高,δ^(13)C和δ^(15)N值显著偏正.垂向分布上,公园绿地、居住绿地、道路绿地SOC、TN含量随土层深度的增加而降低,δ^(13)C和δ^(15)N值则呈现富集趋势,表明重同位素^(13)C、^(15)N在土壤腐殖质中富集.耕地土壤因人为耕作,理化性质分层特征不明显.昆明市较低的土壤有机质含量与城市化进程导致的土地利用类型改变、绿化年限影响的成土时间较短以及昆明市气候、土质、植被类型等多因素有关.昆明城市土壤δ^(13)C值主要受昆明C_(3)、C_(4)植被覆盖度等自然环境因素影响,而δ^(15)N值由于受城市中水灌溉影响,显著偏正于自然土壤,指示人类活动已显著改变城市土壤氮循环过程,使土壤中更富集重同位素^(15)N.不同土地利用类型土壤垂向分布特征揭示有机质的分解、转化过程会对碳、氮同位素产生分馏作用,且氮同位素分馏高于碳同位素的分馏.

马尾松叶片凋落物不同输入量对土壤有机碳、全氮含量及PH产生的动态变化

研究马尾松(Pinus massoniana)叶片凋落物不同输入量对土壤有机碳的动态变化,结果表明:马尾松叶片凋落物不同输入量及分解时间对土壤有机碳含量影响显著(P<0.05)。随着凋落物输入量的增加,土壤有机碳含量、全氮含量逐渐增加,PH逐渐降低。不同输入量处理的土壤有机碳含量为500 g·m^(-2)>400 g·m^(-2)>300 g·m^(-2)>200 g·m^(-2)>100 g·m^(-2);随着分解时间的增加,土壤有机碳平均含量呈递增规律:2个月<4个月<6个月<8个月<10个月<12个月。不同输入量及分解时间土壤有机碳的增长率不同,分解时间在4个月至6个月时,土壤有机碳含量的增长最快。当凋落物输入量小于300 g·m^(-2)时,10个月后凋落物对土壤有机碳的输入停止。

2022年克鲁伦河流域土壤全氮含量与土壤全磷含量数据集

克鲁伦河流域生态环境安全在中蒙两国受到越来越多关注,掌握流域土壤全氮(STN)和土壤全磷(STP)含量对于准确估算流域面源污染(NPS)负荷、研究流域资源环境状况与可持续发展具有重要意义。传统采样方法在获取大范围的STN和STP含量时耗时耗力、STN与STP存在空间异质性、STN和STP与辅助变量间的关系也存在空间异质性等。单一的全局模型无法拟合复杂的异质性关系,而局部建模方法难以克服维度灾难问题,因此本文引入了两点机器学习(TPML)方法。该方法首先基于点对差异建立全局模型,然后基于全局模型的预测差异构建局部模型,能够将样本量从n扩充至n2,可利用有限的采样点数据实现高精度大范围的STN和STP含量预测。本文结合地形、气候、土壤属性、植被及空间位置等共18个辅助变量,采用TPML方法,制作了流域STN和STP含量分布数据集。并基于十折交叉验证方法证实了TPML方法相较于普通克里格(OK)方法,预测精度提高超过10%。TPML方法预测STN含量的平均绝对误差(MAE)均值和平均均方根误差(RMSE)分别为0.309%、0.456%,随机森林(RF)、反距离加权(IDW)与OK方法预测STN含量的平均MAE分别为0.329%、0.247%与1.864%,平均RMSE分别为0.468%、0.387%、1.976%。TPML方法预测STP含量的平均MAE和平均RMSE分别为0.640%和0.861%,RF、IDW与OK方法预测STP含量的平均MAE分别为0.643%、0.396%与1.357%,平均RMSE分别为0.862%、0.523%与1.651%。

基于光谱变换的滨海湿地土壤全氮含量建模预测

基于133个滨海湿地土样的全氮(TN)含量和光谱反射率(R′)及其对数(lgR)、对数的一阶微分((lgR)')、倒数(1/R)、倒数的一阶微分((1/R)')、一阶微分(R')、平方根(R)、一阶微分的倒数(1/(R)')变换,采用偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林回归(RFR)和支持向量机回归(SVR)3种算法分别建立土壤TN含量估测模型。结果表明:①土壤TN含量与光谱变换形式相关性由高到低为:(1/R)'>R'>(lgR)'>1/R>lgR>1/(R)'>R>R,经光谱变换,土壤TN含量与变换光谱的相关性均高于R,其中与(1/R)'的Pearson相关系数最大为0.746。②PLSR和SVR基于R'、(1/R)'、(lgR)'和1/(R)'变换构建的模型、RFR方法构建的所有模型R^(2)均大于0.732,均可用于滨海湿地土壤TN含量的估算。③基于1/(R)'建立的SVR模型预测精度最高,其R^(2)为0.987,RMSE为0.057 g/kg,MAE为0.050 g/kg,是预测滨海湿地土壤TN含量的最优模型,可为准确获取滨海湿地土壤TN含量提供稳定方法。

间距对红枣间作苜蓿土壤团聚体有机碳、全氮及产量的影响

2020—2021年通过大田试验,以红枣单作(CK)和苜蓿单作(AM)为对照,设置3种间距的红枣间作苜蓿种植模式:M1(间距0.5 m)、M2(间距1 m)、M3(间距1.45 m),研究了不同间距配置下红枣间作苜蓿土壤团聚体有机碳、全氮及产量的变化特征。结果表明,土壤机械稳定性团聚体以大团聚体为优势团聚体,主要集中在0.25~1 mm粒级,变幅为23.26%~28.01%;较之CK处理,M1、M2、M3间作处理0~60 cm土层≥0.25 mm土壤机械团聚体含量和水稳定性团聚体含量分别提高了12.84%、16.46%、13.75%和42.57%、43.50%、32.13%。间作处理显著提高了0~60 cm土层土壤机械稳定性团聚体和水稳定性团聚体平均质量直径,分别比CK提高了19.53%、23.58%、14.29%和21.31%、21.50%、10.80%。不同种植模式下有机碳、全氮含量大小排序分别为M1>M2>AM>M3>CK、M2>M1>AM>M3>CK。不同粒级团聚体中<0.25 mm微团聚体有机碳、全氮含量最高,1~2 mm粒级有机碳、全氮含量最低;M1、M2处理显著提高了0~60 cm土层土壤有机碳、全氮含量。AM处理鲜草产量最高并显著高于其他处理,各间作处理中M2产量最高,M3产量最低;间作苜蓿对红枣产量无影响。间距1 m的红枣间作苜蓿处理优化了土壤结构及养分,且保证了作物产量之间的平衡,为最适的苜蓿间距配置模式。

基于成像高光谱技术的露天煤矿区复垦土壤剖面有机碳和全氮预测及制图

k露天煤矿区复垦土壤在经过开采—剥离—覆盖过程后,其有机碳(SOC)和全氮(TN)的垂直分布发生巨大变化,并且直接决定植被恢复物种的选择和生态恢复效果。因此,在双碳目标下,复垦SOC和TN在0~100 cm剖面的监测及制图,是评估矿区生态恢复及复垦工程固碳的重要基础。相比于传统的化学方法,高光谱技术是一种快速而且无损,已经广泛应用于土壤属性估测的技术,成像高光谱技术相比于点位光谱测量具有图谱合一的优势。因此以我国北方干旱半干旱草原大型露天煤矿复垦土壤为研究对象,采集不同复垦工程、复垦年限的土壤剖面样本,揭示不同复垦年限和复垦方式下土壤剖面SOC和TN垂直分布规律和高光谱特征,通过深度挖掘和筛选SOC和TN特征波段和指数,构建可解释性机器学习模型,从而实现土壤剖面SOC和TN的制图,结果表明:(1)土壤光谱反射率随SOC和TN质量分数的增加而降低,通过集成皮尔森相关性分析和选择连续投影算法,对点状高光谱数据进行降维和去冗余,最终明确表征SOC质量分数的30个特征波段和表征TN质量分数的18个特征,并基于特征波段建立了SOC和TN三维光谱特征指数;(2)通过对比偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林模型(RF)和径向基函数(RBF)神经网络预测模型,发现对光谱数据进行特征波段筛选和变换,可以提高预测精度,其中随机森林模型预测SOC和TN的精度最高,对SOC的预测结果为R^(2)=0.97、RMSE=7.5 g/kg、LCCC=0.84、bias=3.70,TN预测结果为R^(2)=0.78、RMSE=0.33 g/kg、LCCC=0.74、bias=0.19;(3)利用SHAP可解释机器学习模型方法对输入特征进行重要度排序,发现提出的三维光谱指数对模型预测的贡献大于大部分特征波段;(4)使用最佳模型可以快速绘制出成像高光谱图像中每个像素的SOC和TN质量分数,实现矿山土壤剖面中SOC和TN质量分数的制图和可视化。基于成像高光谱技术绘制露天煤矿区复垦土壤剖面可以揭示复垦土壤形成和演化过程,阐明复垦年限、复垦植被类型在剖面演替过程中的驱动力,为露天煤矿区复垦土壤碳汇潜力的动态监测以及土壤固碳技术的效益评价提供重要的数据来源和技术支持。

青藏高原高寒草甸土壤有机质、全氮和全磷含量对不同土地利用格局的响应

草地土地利用格局的变化强烈影响着其土壤营养元素的含量与垂直分布。对青藏高原东北隅高寒草甸不同土地利用格局(封育植被、放牧利用和人工种植)下不同深度(0-10cm、10-20cm和20-40cm)的土壤有机质、全氮和全磷含量的对比研究表明:封育植被下土壤营养元素在表层和深层之间有显著差异(P<0.05),与土壤深度表现出一定的负线性相关(R2>0.40,P<0.05)。放牧利用和人工种植对营养元素在不同土壤层次的分布无显著影响(P均值>0.05),前者的有机质和全氮含量与土壤深度略呈负线性,后者则无此关系。放牧利用和人工种植较显著地(P均值<0.05)降低了土壤表层有机质和全氮的含量,但增加了土壤表层全磷的含量,对土壤深层的影响较小。人工种植对营养元素含量的影响效果略大于放牧利用,但两者差异不显著。

向海洪泛湿地土壤全氮、全磷和有机质含量及相关性分析

对霍林河流域向海国家级自然保护区内天然洪泛湿地在距主河道不同距离处分层采集土壤样品 ,对其全氮、全磷和有机质含量的空间变化规律进行分析探讨。结果显示 ,全氮、全磷和有机质的含量在空间上的变化趋势为随距离河道距离的增加和采样土层深度的增加而降低 ,表明洪泛作用对洪泛湿地土壤中全氮、全磷和有机质含量的影响随着距离河道距离的增加和土层深度的增加而降低。对全氮、全磷和有机质含量的相关性进行了分析 。

采伐剩余物管理措施对二代杉木人工林土壤全碳、全氮含量的长期效应

根据福建省南平市峡阳国有林场二代杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook)人工林5种采伐剩余物管理措施(收获采伐剩余物和地被层、全树收获、仅收获树干和树皮以及加倍采伐剩余物、炼山)下0—40 cm深度土壤全碳、全氮含量15a的监测数据,研究了采伐剩余物管理措施对杉木林土壤碳氮含量的影响。结果显示,加倍采伐剩余物处理样地5次取样年份(造林第3年、第6年、第9年、第12年和第15年)0—10 cm土层土壤全碳、全氮含量均高于其他处理样地,但单因素方差分析显示,采伐剩余物管理措施在5次取样年份对0—10 cm、10—20 cm和20—40 cm土层全碳、全氮含量均没有显著影响(P>0.05)。重复测量方差分析显示,杉木造林15a期间土壤全碳、全氮含量随年份显著变化(P<0.01),但处理措施以及处理措施与取样年份的交互作用对3个土层土壤全碳、全氮含量影响不显著(P>0.05)。杉木林15年生时,不同处理样地3个土层碳储量差异不显著(P>0.05),0—40 cm土层平均值为88.71 Mg/hm2。表明采伐剩余物管理措施对亚热带杉木人工林土壤全碳、全氮含量的长期效应并不显著。

浑河上游典型植被河岸带土壤有机碳、全氮和全磷分布特征

河岸带是陆地生态系统和水生生态系统的过渡区,也是一个敏感和脆弱的生态区域。河岸带生态系统由于人类活动的干扰而严重退化,因而严重影响了河岸带土壤碳氮磷的循环过程。本文分析了浑河上游典型河岸带土壤有机碳、全氮和全磷含量及其空间分布特征,结果表明:1河岸带的灌丛草地、次生林、人工松林与玉米地相比,均能有效地提高0～40 cm土层的有机碳、全氮和全磷含量。2土壤有机碳、全氮和全磷含量随着土层的加深呈现降低的趋势,灌丛草地和次生林的土壤有机碳、全氮、全磷含量随着土层加深而降低的速率明显高于玉米地土壤。3在0～40 cm土壤剖面上,土壤有机碳平均含量从高到低依次为次生林(47.50 g/kg)、灌丛草地(44.50 g/kg)、人工松林(34.72 g/kg)、玉米地(15.09 g/kg);土壤全氮平均含量从高到低依次为次生林(2.53 g/kg)、灌丛草地(2.50 g/kg)、人工松林(2.40 g/kg)、玉米地(0.84 g/kg);土壤全磷平均含量从高到低依次为次生林(1.07 g/kg)、灌丛草地(1.05 g/kg)、人工松林(0.92 g/kg)、玉米地(0.65 g/kg)。

沙冬青群落土壤有机碳和全氮含量的空间异质性

应用地统计学的基本原理与方法，分析了干旱荒漠地带沙冬青群落0～5和50—70cm土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）及C／N空间异质性．结果表明，0～5cm的SOC和TN的平均含量分别为0．744和0．259g·kg^-1，平均变异系数分别为0．280和0．213；50～70cm的SOC和TN的平均含量分别为1．425和0．295g·kg^-1，平均变异系数分别为0．195和0．206，反映出该植被区土壤肥力较为贫瘠．该沙生植被区土壤SOC和TN含量存在高度空间异质性，其空间异质性主要由自相关因素引起．0～5cm土层SOC和TN含量空间变异尺度分别为20．99和29．19m；50～70cm土层分别为42．9和62．1m．变异尺度未集中在沙冬青冠幅范围，未反映出荒漠地带沙生植物种的“肥岛”效应，为其他物种的入侵创造了障碍．这种空间分布格局和尺度为维持沙冬青存干旱蒂漳沙毕桔袖反的优势度提供了保障，解释了其长期存在的机制．

湿地土壤全氮和全磷含量高光谱模型研究

氮磷是湿地生态系统土壤中的重要营养元素,其对湿地植被生长、湿地生态系统生产力、区域富营养化变化、湿地环境生态净化功能等具有重要的影响作用。研究氮磷营养物质在湿地土壤中的分布变化特征,对湿地生态系统评估、恢复和管理具有重要的意义。以中国高纬度地区面积最大的滨海芦苇湿地——盘锦湿地为研究区,采用不同建模方法(再抽样多元逐步回归模型bootstrap SMLR和再抽样偏最小二乘回归模型bootstrap PLSR)和光谱变换技术(包络线去除CR、光谱一阶微分FD和光谱倒数的对数LR),分别建立了湿地土壤全氮和全磷含量的估算模型。基于湿地土壤实测光谱,模拟高光谱Hyperion数据和多光谱TM数据,在此基础上进行湿地土壤营养元素含量估算。对比所建反演模型的估算精度,探讨高光谱遥感技术对湿地土壤营养元素组分的估算能力和适用性。研究结果表明:bootstrap PLSR相比于bootstrap SMLR建模方法,其对研究区湿地土壤全氮和全磷含量的估算获得了较高精度;对盘锦湿地土壤全氮含量的估算,最高估算精度产生于CR光谱变换技术结合bootstrap PLSR建模;对湿地土壤全磷含量的估算,最高估算精度产生于原光谱数据结合bootstrap PLSR建模;模拟高光谱数据Hyperion对湿地土壤全氮和全磷含量的估算精度均高于模拟多光谱数据TM,模拟Hyperion的估算精度更接近于实测光谱的估算精度。

环境因素对密云水库上游流域土壤有机碳和全氮含量影响的通径分析

土壤是全球重要的碳库和氮库,在全球碳氮循环中具有重要地位。密云水库是华北地区最大的水库和北京市最重要的地表水水源地,其上游流域山地广布,地形复杂,气候变化明显,土壤类型和植被类型多样,影响土壤碳氮库的环境因素具有较强的变异性。为揭示环境因素对密云水库上游流域土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)和全氮(total nitrogen,TN)含量的作用效应,采用野外采样、实验室分析与逐步回归分析和通径分析相结合的方法,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值和粘粒含量)等环境因素对流域SOC和TN含量的影响。结果表明:温度、土壤容重、含水量、pH值和粘粒含量对SOC含量的影响显著(P<0.001),其中各因子的直接通径系数依次为:土壤含水量(0.439)>土壤容重(-0.324)>pH值(-0.238)>温度(-0.209)>土壤粘粒含量(0.092),间接通径系数依次为:土壤容重(-0.425)>土壤粘粒含量(0.305)>土壤含水量(0.287)>pH值(-0.179)>温度(-0.043),因此,土壤含水量、pH值和温度主要通过直接作用影响SOC含量,而土壤容重和粘粒含量则主要通过其它因子的作用间接影响SOC含量。海拔、土壤容重、含水量、pH值和粘粒含量对TN含量的影响显著(P<0.001),其中各因子的直接通径系数依次为:土壤含水量(0.456)>海拔(0.234)>土壤容重(-0.228)>pH值(-0.190)>土壤粘粒含量(0.094),间接通径系数依次为:土壤容重(-0.484)>土壤粘粒含量(0.301)>海拔(0.247)>土壤含水量(0.257)>pH值(-0.202),因此,土壤含水量主要通过直接作用影响TN含量,而土壤容重和粘粒含量主要通过土壤含水量的作用间接影响TN含量,海拔和土壤pH值的直接作用与间接作用相当。气候、地形、土壤理化性质等环境因子能够联合解释SOC和TN含量变异性的75.0%和71.2%,但其它影响因子的剩余通径系数仍较大,分别为0.50和0.54,说明还有未考虑的其它重要影响因素,如成土母质、土地利用方式、耕作管理等,需要进一步深入分析。

芦芽山亚高山草甸、云杉林土壤有机碳、全氮含量的小尺度空间异质性

分析比较了山西芦芽山不同海拔处分布的亚高山草甸(样地A,海拔2756.3 m;样地B,海拔2542.3 m)和云杉林(样地C,海拔2656.8 m;样地D,海拔2387.2 m)土壤有机碳和全氮的小尺度空间异质性特征。结果表明:相同植被类型下海拔较高的样地有机碳含量较高(A:49.84 g/kg,B:38.33 g/kg,C:47.06 g/kg,D:40.67 g/kg),而较低海拔的样地土壤有机碳含量的异质性较高;除样地A以外的其他3个样地均表现为高度空间依赖性。亚高山草甸土壤全氮含量的异质性远远高于云杉纯林,四个样地中均表现出强的空间自相关性。亚高山草甸样地土壤有机碳和全氮含量均在较大尺度上空间自相关,云杉纯林样地则表现为较小尺度的空间自相关变异。

不同草地利用方式对土壤有机碳、全氮和全磷的影响

以青海省共和县塔拉滩封育芨芨草(Achnatherum splendens)草原、过牧芨芨草草原、取土坑、人工草地和农田为研究对象,对不同利用方式及不同深度下土壤有机碳、全氮、全磷含量进行了分析研究。结果表明:0～10cm和10～20cm土层土壤有机碳含量顺序均为封育芨芨草草原>退化过牧芨芨草草原>取土坑>农田>人工草地,说明退化和开垦均导致表层土壤有机碳含量的下降。在同一土层内,农田和人工草地(退耕地)的有机碳含量差异不显著(P>0.05)。在0～10,10～20和20～40cm的3个土层,农田的全氮含量最高,人工草地次之,主要是由于人为施加氮肥和翻压枯草等因素造成,取土坑的全氮含量最低;同时,0～40cm的土层,封育芨芨草草原的土壤全氮含量高于退化过牧芨芨草草原,40～80cm的土层,封育芨芨草草原的土壤全氮含量低于退化过牧芨芨草草原,说明封育使土壤上层的全氮含量增加,而草原退化导致氮向下层转移。全磷含量的变化规律与全氮相似。各草地的有机碳、全氮和全磷含量随土壤深度增加而下降。

草地退化对三江源国家公园高寒草甸表层土壤有机碳、全氮、全磷的空间驱动

草地退化显著削弱了三江源高寒草甸的土壤肥力及生态承载功能,但空间尺度上的驱动强度和环境调控尚不清晰。在2020年7—8月,基于三江源国家公园高寒草甸典型分布区原生植被和退化植被的60个配对采样,研究表层(0—30 cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量对草地退化的空间响应特征。三江源国家公园高寒草甸原生植被SOC和TN含量分别为(2.45±2.05)%(平均值±标准差,下同)和(0.25±0.20)%,配对样本t-检验的结果表明草地退化导致SOC和TN分别极显著(P<0.001)下降了44.0%和35.6%。TP对草地退化无显著响应(P=0.22)。原生植被的土壤C∶N∶P平均为59.6∶6.2∶1.0,草地退化导致化学计量值平均下降28.3%。一般线性模型的结果表明草地退化对SOC和TN及土壤生态化学计量特征的空间降低强度主要取决于纬度和海拔(P<0.01),与经度和土壤深度关系较弱(P>0.30),即低纬度高海拔的高寒草甸响应相对强烈。草地退化导致三江源国家公园高寒草甸土壤碳氮损失严重,降低了土壤生态化学计量。研究结果可为三江源退化高寒草甸土壤营养功能的治理和恢复提供理论支撑。

高寒农牧交错带植被恢复对土壤有机碳、全氮含量的影响

以耕地为对照,研究了高寒农牧交错带种植老芒麦草和撂荒2种植被恢复措施对土壤有机碳和全氮含量的影响.结果表明,与耕地相比较种植老芒麦草和撂荒使0-30 cm土层土壤总有机碳含量分别增加了19.7%-22.4%和7.3%-10.6%,颗粒有机碳(0.05-2.00 mm)含量分别增加了43.0%-52.3%和28.7%-59.8%,土壤全氮含量分别增加了12.0%-20.6%和5.4%-13.7%.这一结果说明,在高寒农牧交错带通过种植老芒麦草或者撂荒植被恢复措施,对于提高土壤有机质含量和全氮含量、恢复土壤质量具有非常显著的效果.