河西边缘绿洲荒漠沙地开垦后土壤性状演变及土壤碳积累研究

【目的】土壤养分变化及碳积累过程是评价绿洲农田生态系统结构、功能和生产力演化的重要指标。本研究的目的是通过了解西北干旱区自然荒漠开垦为灌溉农田后该指标的变化,揭示干旱区新垦农田土壤发育及演变规律,为新垦沙地持续利用提供指导。【方法】选择河西走廊中段临泽边缘绿洲0—46年开垦时间序列的沙地农田,取样分析0—60 cm土壤剖面的物理、化学性状变化及碳积累特征,通过比较2008年与2014年的耕层土壤(0—20 cm)测定结果,分析近几年土壤性状的变化。【结果】耕层土壤砂粒含量随开垦利用年限的增加而逐渐降低,但显著的变化发生在开垦16年后的农田,且最近10年土壤粒级组成变化不明显;在沙地开垦后的最初20年,耕层土壤有机碳(SOC)及全氮含量呈线性增加,20年后增加趋势减缓。开垦46年后,SOC、全氮、碱解氮、速效磷含量分别增加了9.0倍、6.3倍、6.3倍和13.5倍,耕层土壤无机碳(SIC)含量增加了77.1%;速效钾随开垦年限的增加呈先降低而后增加的趋势。20—40 cm和40—60 cm土层SOC及氮、磷、钾养分含量随开垦年限延长而逐渐增加,但变化幅度小于耕层土壤。2008—2014年的6年间,不同开垦年限的同一地块耕层土壤粒级组成未发生变化,但SOC及氮、磷、钾养分有明显的积累。沙地开垦46年后0—60 cm土层SOC、SIC和全碳的年平均固存量分别为0.75、0.79和1.47 kg·hm-2·a-1;SOC的积累主要发生在0—20 cm耕作层,而SIC的积累在40—60 cm土层。荒漠沙地转变为灌溉农田后有巨大的碳固存潜力;土壤黏粉粒增加对SOC及养分的积累和保持起重要作用。【结论】沙地开垦为灌溉农田后,随利用年限的增加,土壤肥力显著改善,但开垦46年后土壤肥力仍处于较低水平。对新垦沙地农田,要实现土地可持续利用和生产力持续提高,须采取提升土壤肥力水平的农田管理措施。

不同恢复模式对草甸草原带土壤碳积累的影响

以科尔沁沙地南缘的果-草、果-田、林地、栽培草地、天然草地及农田6种不同恢复模式的风沙土为研究对象,利用土壤有机碳密度指标分析不同利用模式对风沙土土壤碳积累的影响。结果表明,在6种恢复模式中,1m深土层农田模式的有机碳密度极显著高于其他模式的有机碳密度（P〈0.01）。6种恢复模式的碳积累呈3种特点：其一,果-草和林地模式,有机碳积累在0~60 cm没有显著变化,在60 cm以下积累能力逐渐降低。其二,果-田模式、栽培草地模式,随着土层的加深有机碳积累能力逐渐降低。其三,天然草地模式,随着土层的加深有机碳密度逐渐增加。在1 m深土层内,除了天然草地外的另外5种恢复模式的土壤中,80%以上的有机碳贮量分布在60 cm以内的土层内。

施钙量对不同花生荚果发育时期光合碳在植株-土壤系统分配的影响

探究施钙对不同花生荚果发育时期光合碳在植株-土壤系统分配的影响,有利于改善钙肥管理,提升花生产量和土壤有机碳含量。本研究选用普通大花生品种‘花育22’,设置CaO 0、75、150和300 kg hm^(-2)4个施钙梯度,分别记为T0、T1、T2、T3,于盆栽条件下研究施钙量对花生产量和不同荚果发育时期光合碳在花生植株-土壤系统中分配的影响。结果表明,不同施钙量对花生植株总干物质积累无明显影响。适宜施钙量可显著降低花生千克果数和千克仁数,提升花生出仁率、饱果率和荚果产量,在2018年和2019年,T2处理荚果产量较T0可分别提升17.5%和25.1%。基于施钙量与花生荚果和籽仁产量的拟合分析发现,当钙肥施用量为165 kg hm^(-2)和173 kg hm^(-2)时,可分别获得最高的花生荚果和籽仁产量。适宜施钙量可明显提升鸡咀幼果期和荚果膨大期花生植株光合^(13)C的积累量,提升各荚果发育时期^(13)C在花生籽仁中的分配比例,其中,在荚果定型期和籽仁充实期,T2和T3处理下^(13)C在花生籽仁中的分配比例分别可达33.4%~37.2%和38.7%~40.0%。适宜施钙量还可提高花生植株光合^(13)C在土壤中的分配比例,最高可达52.6%(T2),但随着花生荚果发育进程的推进,此分配比例逐渐降低。综上,适宜施钙量可调控不同花生荚果发育时期光合^(13)C在植株-土壤系统的分配,显著提升花生产量和光合^(13)C在花生籽仁和土壤中的分配比例;本研究条件下,推荐适宜施钙量(CaO)为173 kg hm^(-2)。

黄土丘陵区柠条人工林土壤有机碳动态及其影响因子

以黄土丘陵区柠条人工林为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法,探讨柠条生长过程中土壤有机碳储量的变化规律。结果表明:1)土壤有机碳主要分布在0～20 cm土层,占0～50 cm土层总储量的49%～63%;2)相对于对照地,柠条林地土壤有机碳储量随柠条生长年限的增加先减小再升高最后趋于稳定,10、26、40、50 a柠条林地土壤总有机碳储量分别为1.555、3.236、2.775、2.444 kg/m2,26 a林地土壤有机碳储量最高,随林龄增大其变化趋于稳定;3)相关性分析结果表明,土壤有机碳质量分数与土壤密度之间呈显著负相关关系,各林地土壤密度随柠条生长年限的增加而减小,说明柠条可以通过改变土壤性质间接增加土壤总有机碳储量,土壤有机碳质量分数与根系生物量、土壤全氮质量分数之间呈极显著正相关关系,说明柠条的根系生长和固氮特性有助于有机碳的积累。

石漠化区植被恢复过程凋落叶分解特征及其对土壤有机碳/氮的影响——以重庆中梁山为例

运用凋落物分解袋及样品室内分析的方法,研究了石漠化脆弱生态区植被恢复不同阶段主要建群种凋落叶分解及有机碳、氮释放动态及其与土壤团聚体有机碳、氮之间的关系。结果表明：（1）各植被恢复阶段凋落叶分解系数介于0.73~1.33之间,不同阶段之间表现为,草地〈灌丛〈乔木林〈灌乔林,人工樟树林介于乔木林与灌乔林之间。（2）各植被恢复阶段凋落叶有机碳、氮净释放率介于58.5%~72.9%与21.2%~63.9%之间,有机碳在分解期间表现为净释放,有机碳、氮释放率随植被恢复年限的延长呈增加的趋势。（3）凋落叶分解与养分释放对土壤有机碳、氮含量的提高有促进作用。其中,凋落叶分解系数与0.25~1mm、〈0.25mm粒径团聚体轻组有机碳、氮之间关系密切。在植被恢复过程中,凋落叶分解速率及有机碳、氮释放率随恢复年限延长而呈增加趋势,凋落叶分解对土壤有机碳、氮有重要影响,轻组有机碳、氮优先向小粒径团聚体输入,小粒径团聚体在土壤有机碳、氮积累中有重要作用。凋落叶分解一方面能为植物生长提供养分,同时也促进土壤有机质的形成与积累,植被恢复过程中应加强水土保持、提高土壤层的养分保蓄与抗水土流失能力。

潮滩湿地植被发育年限对土壤有机碳含量及积累速率的影响

潮滩湿地海陆交互作用强烈,部分环境因子随植被发育年限快速更替,对土壤的固碳过程有着重要影响。本研究选取长江口典型潮滩湿地崇明东滩,通过遥感影像确定各植被带发育年限,利用"空间代替时间"的方法对土壤有机碳含量及积累速率进行探究。结果表明:随植被发育年限增加,土壤有机碳含量逐年增加,植被发育14年的土壤有机碳含量约为发育1年的1.3倍。同时,土壤有机碳积累速率在植被发育初期最高,随后不断降低,约在10年后趋于稳定并保持在11 g·m^(-2)·a^(-1)左右。土壤有机碳含量与国内其他滨海湿地接近,但积累速率远低于美国东海岸新生滨海湿地,很可能是过度放牧、收割等人为干扰所致。因此,保护和恢复滨海湿地对我国实现增汇减排具有重要意义。

南亚热带森林植被恢复演替中土壤有机碳组分及其稳定性

以鼎湖山森林植被恢复演替过程中的松林(初期)、混交林(中期)和季风林(后期)为研究对象,通过测定其土壤总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(ROC)和不易氧化有机碳(NROC)及凋落物13C-NMR分析,以期阐明森林植被恢复演替过程中土壤有机碳组分变化规律及其原因。结果表明:(1)3个森林土壤ROC含量差异不显著;由松林向季风林演替过程中,ROC占TOC的比例下降。松林新鲜凋落物层的烷氧基碳含量(57.03%)高于季风林(49.10%)和混交林(54.50%)。(2)3个森林土壤NROC含量差异显著,大小顺序为:季风林>混交林>松林。混交林和季风林凋落物半分解层和已分解层的惰性指数明显高于松林。TOC趋势与NROC一致。南亚热带森林由松林向季风林恢复演替过程中,土壤有机碳的稳定性增加,惰性有机碳的持续积累可能是季风林和混交林土壤TOC积累的一个重要过程。

Age-related Changes of Carbon Accumulation and Allocation in Plants and Soil of Black Locust Forest on Loess Plateau in Ansai County, Shaanxi Province of China

The effects of reforestation on carbon （C） sequestration in China＇s Loess Plateau ecosystem have attracted much research attention in recent years. Black locust trees （Robinia pseudoacacia L.） are valued for their important use in reforestation and water and soil conservation efforts. This forest type is widespread across the Loess Plateau, and must he an essential component of any planning for C sequestration efforts in this fragile ecological region. The long-term effects of stand age on C accumulation and allocation after reforestation remains uncertain. We examined an age-sequence of black locust forest （5, 9, 20, 30, 38, and 56 yr since planting） on the Loess Plateau to evaluate C accumulation and allocation in plants （trees, shrubs, herbages, and leaf litter） and soil （0-100 cm）. Allometric equations were developed for estimating the biomass of tree components （leaf, branch, stem without bark, bark and root） with a de- structive sampling method. Our results demonstrated that black locust forest ecosystem accumulated C constantly, from 31.42 Mg C/ha （1 Mg = 106 g） at 5 yr to 79.44 Mg C/haat 38 yr. At the ＇old forest＇ stage （38 to 56 yr）, the amount of C in plant biomass significantly decreased （from 45.32 to 34.52 Mg C/ha） due to the high mortality of trees. However, old forest was able to accumulate C continuously in soil （from 33.66 to 41.00 Mg C/ha）. The C in shrub biomass increased with stand age, while the C stock in the herbage layer and leaf litter was age-independent. Reforestation resulted in C re-allocation in the forest soil. The topsoil （0-20 cm） C stock increased constantly with stand age. However, C storage in sub-top soil, in the 20-30, 30-50, 50-100, and 20-100 cm layers, was age-independent. These results suggest that succession, as a temporal factor, plays a key role in C accumulation and re-allocation in black locust forests and also in regional C dynamics in vegetation.

Distribution and Accumulation of Soil Carbon in Temperate Wetland, Northeast China

Estimating carbon sequestration and nutrient accumulation rates in Northeast China are important to assess wetlands function as carbon sink buffering greenhouse gas increasing in North Asia. The objectives of this study were to estimate accreting rates of carbon and nutrients in typical temperate wetlands. Results indicated that average soil organic carbon(SOC), total nitrogen(TN) and total phosphorus(TP) contents were 37.81%, 1.59% and 0.08% in peatlands, 5.33%, 0.25% and 0.05% in marshes, 2.92%, 0.27% and 0.10% in marshy meadows, respectively. Chronologies reconstructed by 210 Pb in the present work were acceptable and reliable, and the average time to yield 0–40 cm depth sediment cores was 150 years. Average carbon sequestration rate(Carbonsq), nitrogen and phosphorus accumulation rates were 219.4 g C/(m^2·yr), 9.16 g N/(m^2·yr) and 0.46 g P/(m^2·yr) for peatland; 57.13 g C/(m^2·yr), 5.42 g N/(m^2·yr) and 2.16 g P/(m^2·yr) for marshy meadow; 78.35 g C/(m^2·yr), 8.70 g N/(m^2·yr) and 0.71 g P/(m2·yr) for marshy; respectively. Positive relations existed between Carbonsq with nitrogen and precipitations, indicating that Carbonsq might be strengthened in future climate scenarios.