冻融期巴音布鲁克高寒湿地雪被去除对土壤有机碳库稳定性的影响

[目的]分析冻融期降雪减少对巴音布鲁克高寒湿地土壤有机碳组分及碳库稳定性的影响,为高寒湿地应对未来气候变化及区域“碳中和”战略措施的制定提供科学数据。[方法]于2022年9月布设野外试验,设置2种处理:雪被去除与自然降雪,分别在冻融期的初冻期(11月)、冻结期(3月)、融冻期(7月)进行取样,测定土壤含水量(SWC)、电导率(EC)、pH值,有机碳含量(SOC),极不稳定有机碳组分(F_(1))、不稳定有机碳组分(F_(2))、稳定有机碳组分(F_(3))和惰性有机碳组分(F_(4))。[结果](1)雪被去除后土壤有机碳含量(SOC)在初冻期、冻结期、融冻期均无显著差异,但出现了降低的趋势。雪被去除后有机碳含量在3时期分别降低了2.87%,6.65%和4.49%。(2)初冻期雪被去除后F_(1)和F_(2)组分有机碳含量出现了显著差异(p<0.05)。相比于自然降雪两种组分有机碳含量分别降低了8.72%和12.26%。冻结期不同处理间F_(3)组分了出现显著差异(p<0.05)。雪被去除后F_(3)组分有机碳含量降低了25.57%,融冻期F_(1),F_(2)和F_(3)出现了显著差异(p<0.05),其中除雪后F_(1)和F_(3)分别降低了22.10%和25.57%,而F_(2)组分上升了34.92%。其他组分无显著差异。(3)雪被去除后,相比于自然降雪处理,碳库活度在3个时期分别上升了5.99%,9.71%和20.39%。雪被去除后土壤有机碳有降低的趋势,但土壤碳库稳定性有上升的趋势。而随着冻融进行,土壤有机碳含量呈现出先降低后上升的趋势,而土壤碳库稳定性呈现出先上升后下降的趋势。[结论]短期观测结果表明冻融循环和雪被去除对有机碳含量和碳库稳定性均无显著影响,但雪被去除对土壤的影响大于冻融变化,未来需进一步开展长期定位观测研究,以更好服务高寒湿地科学管理和助力区域碳中和战略实施。

南亚热带不同红锥混交林土壤碳库稳定性与碳库管理指数变化

[目的]研究不同类型红锥混交林土壤有机碳库及其碳库稳定性特征,以期为南亚热带不同红锥混交林碳平衡过程的评估和混交模式的筛选提供理论依据。[方法]本研究以南亚热带红锥人工纯林(HC)、红锥+湿地松人工混交林(HS)、红锥+火力楠人工混交林(HH)、红锥+米老排人工混交林(HM)为研究对象,分析不同林分类型土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(EOC)、颗粒有机碳(POC)、溶解性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)含量及碳库管理指数(CMI)的变化。[结果]4种林分类型的SOC、EOC、POC、DOC、MBC含量随着土层深度的增加而降低;SOC与EOC、POC、MBC含量呈极显著正相关(P<0.01),且与POC的相关系数最大,不同林分间SOC含量均表现为:HM>HH>HS>HC,且0~20 cm土层与0~40 cm土层的变化一致;4种林分类型0~40 cm土层的CMI表现为:HM>HH>HC>HS,且20~40 cm土层的CMI变化与0~40 cm土层的变化一致。[结论]4种林分类型SOC、EOC、POC、DOC、MBC含量主要受林分表层土的影响,CMI主要受林分下层土的影响,POC含量与SOC关系最为密切;红锥阔叶混交林较红锥针阔混交林更能提高土壤肥力,改善土壤质地,且HM的阔叶混交模式土壤碳库质量最高,在有机碳和活性碳增加的同时也有助于惰性碳的积累及碳库的稳定性。

不同利用方式土壤颗粒分形特征及其与土壤有机碳库稳定性的关系

本文研究了不同利用方式下巴音布鲁克高寒草原0-50cm土层土壤颗粒组成及其分形特征与土壤有机碳库活度的关系。结果表明：该区土壤颗粒以粉粒为主,分形维数分布在2.675-2.845之间,与0.05mm粒径关系密切。长期封育和重度放牧分形维数随土层加深而降低,且与碳库活度显著相关;短期封育和中度放牧分形维数变化小,与碳库活度无显著相关性。

秸秆与氮肥配施下土壤碳库周转和稳定性研究进展

为了解秸秆与氮肥配施对土壤碳库周转和稳定性的影响,本文综述了秸秆与氮肥配施对土壤CO_(2)排放、碳固持和周转、有机碳库稳定性的影响。秸秆还田配施氮肥可调节土壤碳氮比,具有激发效应,土壤CO_(2)累积释放量较高;配施氮肥可促进还田秸秆的腐解,提高土壤碳库中新碳储量,影响土壤有机碳固持和周转;秸秆腐解后以不同组分的形式存在于土壤,配施氮肥可以增加土壤有效养分,影响土壤有机碳变化,有利于土壤有机碳库的稳定性。

16年保护性耕作措施对粮草轮作系统土壤碳库及稳定性的影响

土壤碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,对维持全球碳平衡及气候变化具有重要作用,其变化除了受气候和环境因素的影响外,还受农业耕作措施的影响。为研究长期保护性耕作措施对黄土高原陇东地区玉米(Zea mays L.)-小麦(Triticum aestivum L.)-箭筈豌豆(Vicia sativa L.)轮作系统土壤碳库及碳库变化的影响,利用已进行16年传统耕作(T)、传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕(NT)、免耕+秸秆还田(NTS)的保护性耕作定位试验,探究0—200 cm土层土壤全碳、有机碳、易氧化有机碳、碳库指数、碳库管理指数、碳库活度指数的变化。结果表明:连续进行16年保护性耕作措施能够显著增加0—5 cm土层土壤有机碳及易氧化有机碳含量(P<0.05),对深层土壤有机碳和易氧化有机碳影响不显著,相比T,TS、NT、NTS处理能够使土壤有机碳含量分别升高59.74%,58.43%,80.56%,使易氧化有机碳含量分别升高49.80%,49.65%,53.17%。保护性耕作措施对土壤碳库变化的影响随土层深度改变,其中TS、NT和NTS处理土壤碳库指数在0—10 cm土层显著高于10—20 cm土层,而土壤碳库活度指数和碳库管理指数在10—20 cm土层显著高于0—10 cm土层,土壤易氧化有机碳含量是决定土壤碳库活度指数和土壤碳库管理指数变化的主要原因。通过16年的长期试验证明,免耕+秸秆还田处理是提升农田表层土壤碳库及稳定性的有效措施,研究结果可为探讨土壤固碳机理、优化黄土高原地区农田管理措施提供理论指导。

毛乌素沙地固沙林发育过程中土壤有机碳库稳定性特征

为揭示固沙林发育过程中土壤固碳效应与有机碳库稳定性特征,基于时空替代法,采集陕北毛乌素沙地治沙区从半固定沙地到林龄分别为22、32、53年乔木和灌木林地表层土壤,分析了土壤总有机碳、氧化活性碳和惰性有机碳含量,以及矿化碳排放、分解比例的变异特征.结果表明:相比半固定沙地,22~53年灌木和乔木林土壤总有机碳增幅来自惰性碳,分别为3.5~6.2和3.2~7.7 g·kg^-1,来自氧化活性碳的分别为2.8~3.4和1.3~2.8 g·kg^-1,并且灌木和乔木林土壤氧化活性碳所占比例未发生显著变化,分别维持在37.0%和26.8%,但土样经恒温培养60 d后,该比例分别下降至25.7%和17.4%.培养结束时,2种林地22~53年土壤有机碳矿化率无显著差异;所有固沙林样地矿化碳的损失有76.9%~98.7%来自于氧化活性碳,仅1.3%~23.5%来自于惰性碳.与最高碳分解速率相比,土壤碳累积释放量与β-葡萄糖苷酶、脱氢酶活性的相关性更强,但酶活性在32~53年林地无显著差异.综上,随着固沙林林龄增加,土壤有机碳趋向少排多存碳的稳定性特征,乔木固沙林固碳效果优于灌木固沙林.

岩溶水库藻源性有机质来源对表层沉积物有机碳矿化过程的影响

岩溶水生环境富含HCO-3,有利于内源藻类发生生物碳泵作用,形成大量藻源有机质沉积到库底。丰富的藻源性有机质在沉积物中发生矿化作用,影响有机质埋藏过程,影响岩溶水生环境碳循环过程和碳汇潜力。为探究藻源性有机质对矿化作用的影响和岩溶水生环境碳循环稳定性的影响,以岩溶地下水补给型水库(广西大龙洞水库)为研究对象,初步分析从上游到下游不同区域藻源有机质对表层沉积物有机质矿化过程的影响。结果表明:大龙洞水库有机质主要来源为内源藻类(20.9%~65%)和外源土壤(11.8%~53.4%)且具有一定的空间差异,水库上游以土壤来源为主,下游以藻类来源为主。大龙洞水库表层沉积物矿化过程在空间上呈现上游潜在矿化量高于下游潜在矿化量,产生差异的主要因素是在岩溶高溶解无机碳水环境中,藻源性有机碳对微生物矿化过程具有抑制性,降低矿化强度。在生物碳泵作用和无机碳保护下,以藻源性来源为主的岩溶水库表层沉积物有机碳潜在埋藏总量略高于岩溶区土壤的潜在埋藏总量,表明岩溶水库沉积物有着稳定的有机成分积累。

黄土高原撂荒草地土壤碳库对两年增温增雨的响应

阐明暖湿的气候趋势下黄土高原土壤有机碳库不同活性组分和碳库稳定性的变化特征,对脆弱生态区碳库的可持续发展以及评估区域生态效益具有重要意义。以黄土丘陵区自然撂荒草地为研究对象,人工模拟增温和增雨,分析了在增温(W)、增雨(P50%)及其交互作用(WP50%)下植被群落变化特征、土壤有机碳库组分含量、碳库组分的分配比例以及碳库稳定性的变化特征。结果发现:(1)增雨显著增加了植被丰富度指数,而增温和增温增雨显著降低了植被丰富度指数。(2)增雨处理下土壤有机碳、酸解有机碳、易氧化有机碳、溶解性有机碳含量及分配比例在两个取样年均显著高于对照;增温增雨处理则进一步增加了土壤易氧化有机碳和微生物生物量碳含量以及分配比例。相关性分析表明,土壤有机碳与各个活性碳组分之间存在显著相关性。(3)增温增雨处理下土壤碳库活度、碳库活度指数以及碳库管理指数均高于其他处理。酸解有机碳和微生物生物量碳的敏感指数在气候变化处理下相对较高。综上所述,暖湿化的气候背景下黄土丘陵区撂荒草地土壤有机碳、有机碳活性组分含量和分配比例以及碳库稳定性显著提高,有助于碳库良性发展,酸解有机碳和微生物生物量碳可作为未来土壤有机碳变化的重要指示。

三江源地带性土壤铁(铝)键合碳分布特征

为了解青藏高原腹地天然草地土壤稳定性碳储量,掌握其固碳能力和增汇潜力,将三江源地区土壤按地域空间和3种典型草地类型进行划分,以活动层土壤为对象,进行土壤总有机碳(TOC)及铁(铝)键合碳[Fe(Al)-C]分析,并与地理、气候资料建立关系模型,反演近60年(1961-2020年)时空变化规律。结果表明:(1)三江源地区Fe(Al)-C平均含量6.07 g·kg^(-1),[Fe(Al)-C]/TOC平均16.87%,其含量分布地带性特征明显,中、东部地区显著高于西部地区(P<0.05);(2)3种草地类型Fe(Al)-C含量在2.35~8.81 g·kg^(-1)之间,[Fe(Al)-C]/TOC为11.99%~20.52%,高山灌丛草甸和高寒草甸均显著高于高寒草原(P<0.05);3种高寒草地Fe(Al)-C与TOC呈极显著正相关(P<0.01);(3)模拟数字化制图结果显示,近20年(2001-2020年)三江源地区Fe(Al)-C分布面积变化相比过去两个时段(1961-1980年和1981-2000年,其含量≥5.75 g·kg^(-1)的分布面积平均增加了1.64%),整体处于碳汇状态,三江源地区土壤铁(铝)键合碳在土壤稳定中的固碳潜力不容忽视。

大兴安岭不同林草过渡区土壤碳库活度的研究

为了研究大兴安岭森林过渡区活性有机碳库的分布特征,以森林、林线、树线过渡区为研究对象,选取了27个土壤剖面,分析了活性有机碳、碳库活度与环境因子之间的关系。结果表明:不同过渡区土壤活性有机碳的含量大小为森林>林线>树线,表层(0~10 cm)含量最高,随着剖面深度的增加,活性有机碳含量逐渐降低。碳库活度与活性有机碳含量变化一致。随着植被覆盖度的增加,土壤碳库稳定性逐渐减弱。碳库活度与海拔有负相关关系,与林分密度有显著的相关关系(P<0.05),与乔木生物量没有显著的相关关系。

升金湖枯水期滩地土壤CO_2-C释放通量及有机碳稳定性研究

湿地是陆地生态系统的重要组成部分,在陆地碳库和固碳中具有重要作用。全球湿地碳库的稳定对减少土地利用变化引起的温室气体释放及减缓气候变化具有重要意义。以升金湖国家级自然保护区的典型滩地为研究对象,采用静态箱—气相色谱法对土壤CO_2释放通量进行观测和测定,并进一步分析土壤有机碳库的分布,探讨了滩地土壤呼吸动态和碳库稳定性。研究结果表明,升金湖0～20 cm滩地土壤有机碳含量为11.47～22.25 g/kg,有机碳密度为3.78～4.58 kg/m^2,平均有机碳密度为4.11 kg/m^2,土壤CO_2-C释放通量为111.7～499.5mg/(m^2.h);滩地土壤有机碳密度和CO_2-C释放通量高于周边地区的水稻土土壤,且其有机碳稳定系数偏低,这表明升金湖滩地土壤有机碳库自身具有较高的稳定性,这是滩地土壤有机碳保持的一种机制,在气候变暖背景下,滩地土壤有机碳库的脆弱性将增加。

荒漠土壤微生物碳垂直分布规律对有机碳库的表征作用

以古尔班通古特沙漠南缘原始盐漠为研究对象,测定不同深度的土壤有机碳和土壤微生物碳含量,以分析它们之间的响应关系。结果表明:(1)在土壤垂直剖面上,土壤微生物碳(SMC)含量与有机碳(SOC)含量呈现极显著正线性相关(R2=0.63,p=0.0003)。(2)SMC出现了2个明显的改变界面(20cm,80cm),0～20、20～80、80～500cm值分别为:2.24～3.06、0.19～0.72、0.0017～0.0097mg.kg-1;0～20cm和20～80cm的SMC差异极显著(p<0.0001),20～80cm和80～500cm的SMC差异显著(p<0.05)。(3)对应于SMC的土壤层划分,SOC在0～20cm、20～80cm和80～500cm同样具有一定的分层性。(4)我们把具有不同微生物活性的有机碳层分别定义为活性、惰性、稳定性有机碳库,土壤垂直剖面上微生物碳的分布很好地表征了土壤中活性、惰性、稳定性有机碳库的分布;通过对这3种碳库所在土层进行合理划分,可以定量分析土壤中3种有机碳库的储量。

祁连山南坡典型区域不同粒径土壤颗粒有机碳δ^(13)C特征

为探讨高寒地区不同植被类型土壤颗粒有机碳分解特征,本研究以祁连山南坡典型区域的高寒草甸、灌丛、林地和耕地4种植被类型为对象,对其土壤颗粒组成、土壤颗粒有机碳含量以及颗粒有机碳稳定同位素组成特征进行了研究。结果表明:该区域不同植被类型土壤中砂粒含量最高,介于58.3%~78.2%,其次为粉粒,含量介于20.2%~32.2%,黏粒含量最低,介于1.6%~6.3%;土壤颗粒有机碳含量随着粒径减小而增加,砂粒有机碳含量介于21.6~74.5 g·kg^(-1),粉粒有机碳含量介于64.8~163.9 g·kg^(-1),黏粒有机碳含量介于60.3~196.4 g·kg^(-1);3种粒径土壤颗粒δ^(13)C值的变化范围在-27.5‰~-23.8‰,随着粒径变小,δ^(13)C值逐渐增大,砂粒δ^(13)C值<粉粒δ^(13)C值<黏粒δ^(13)C值。随着土壤颗粒粒径变小,土壤颗粒有机碳含量增多,有机质分解程度变高,分解速率变慢;粉粒和黏粒有机碳含量高,分解速度慢,是影响有机碳库稳定性的重要因素。