1980s-2010s中国陆地生态系统土壤碳储量的变化

土壤作为陆地生态系统有机碳库的主体,在全球碳循环中起着重要作用。然而,当前区域土壤有机碳储量的变化情况及其碳源/汇功能仍然不清楚。利用中国1980s （1979-1985年）第二次土壤普查数据,同时收集整理2010s（2004-2014年）已发表的有关中国土壤有机碳储量（0~20 cm和0~100 cm）的文献数据,综合评估了1980s-2010s中国土壤有机碳储量的变化情况,并分析森林、草地、农田和湿地等生态系统土壤碳源/汇功能;同时结合现有的中国植被碳储量变化研究,进一步探讨了1980s-2010s中国陆地生态系统的碳源/汇效应。研究发现：① 1980s-2010s中国土壤（0~100 cm）有机碳储量净增长3.04±1.65 Pg C,增长速率为0.101±0.055 Pg C yr^-1,其中表层土壤（0~20 cm）的碳汇效应明显;② 森林土壤是固碳主体,净增长2.52±0.77 Pg C,而草地和农田土壤增长有限,分别为0.40±0.78和0.07±0.31 Pg C;③ 湿地有机碳储量净减少0.76±0.29 Pg C;④ 中国陆地生态系统的碳汇效应较强,总碳汇量相当于同期（1980-2009年）化石燃料和水泥生产排放CO₂总量的14.85%~27.79%。随着中国森林和草地生态系统植被和土壤的进一步保护、恢复和重建,中国陆地生态系统具有较大的碳汇潜力,在未来全球碳平衡中将发挥更大的作用。     

黄土丘陵区带状柠条锦鸡儿林地深层土壤干化及根系分布

针对黄土丘陵区带状柠条锦鸡儿人工林地根系、土壤水分特征及深层土壤干化研究薄弱问题,以宁夏南部山区20 a雨养带状人工柠条锦鸡儿林地为研究对象,选取相似的旱作农田为对照,对0～1000 cm深度土壤水分、柠条锦鸡儿根系垂直分布及其相关性进行分析。结果表明：（1）20 a人工柠条锦鸡儿林地0～1000 cm深度土壤干化,柠条锦鸡儿林地带内和带间土壤水分含量低于农田;0～1000 cm土层带内土壤水分含量较带间降低1.46%。（2）在300～1000 cm土层范围内,20 a人工柠条锦鸡儿林地出现了不同的亏缺程度与干燥化程度,带间、带内水分有效性分别为0.21和0.02,供水系数平均值分别为0.49和0.33。（3）柠条锦鸡儿林地根系主要集中在0～80 cm土层,0～80cm土层带间、带内根干重分别占总根重的46.33%和45.56%,根表面积密度分别占总根表面积密度的66.58%和63.51%,根长密度分别占总根长密度的59.54%和58.45%。该研究对于深入了解半干旱黄土区人工柠条锦鸡儿林地根系、水分具有积极意义。     

辽西北风沙地不同林草措施土壤水文效应研究

选取辽西北沙地典型农牧交错地带为研究区域,以荒草地作为对照,研究樟子松林地、杨树林地、灌木林地、人工草地4种植被恢复措施下0~100 cm土层内土壤容重、孔隙度、蓄水能力和土壤饱和导水率（K_fs）等土壤水分物理性质的变化特征。结果表明：杨树林地表层土壤容重最小,其次是灌木林地、樟子松林地、人工草地,荒草地最大;随土层的递增,土壤容重均表现出增大的趋势。各样地土壤毛管孔隙度随着土壤深度的增加均呈现出明显的下降趋势,与土壤容重呈显著负相关关系（p=-0.583^*,n=5）。不同植被恢复措施土壤蓄水容量具有一定差异,其范围在3 761.59~4 366.94 t·hm^-2之间,其中蓄水容量最高的是杨树林地,达到了4 366.94 t·hm^-2,蓄水容量最低的是荒草地,为3 761.59 t·hm^-2。不同植被恢复措施有效蓄容位于1 315.50~2 047.62 t·hm^-2之间,其中以杨树林地最大,樟子松林地最小。5种沙地类型K_fs排序为灌木林地（2.49 mm·min^-1）>人工草地（1.81 mm·min^-1）>荒草地（1.73 mm·min^-1）>樟子松林地（1.61 mm·min^-1）>杨树林地（1.44 mm·min^-1）,人工草地和荒草地的K_fs随土层增加先减小后增大,樟子松林地、杨树林地和灌木林地先增大后减小。该地区林木恢复措施效果优于草地,应着重发展林木恢复措施。     

腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区表层土壤有机碳矿化对凋落物添加的响应

土壤有机碳矿化是调控土壤碳库时空格局、土壤碳收支平衡和植物养分供应的重要过程，植物残体和凋落物分解释放CO₂直接影响着土壤有机碳矿化。研究了不同类型凋落物对腾格里沙漠东南缘建植于1956年的人工固沙植被区土壤有机碳矿化过程及其对水分和温度的响应特征。结果表明：凋落物添加显著促进了有机碳矿化，添加柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）、油蒿（Artemisia ordosica）、小画眉草（Eragrostis minor）凋落物后，CO₂-C最大矿化速率分别增大了6.94、5.17、3.46倍，0~5 cm层土壤是5~10 cm层土壤的1.09、1.55、1.22倍；CO₂-C累积释放量分别增加了3.73、3.38、2.34倍，0~5 cm层土壤是5~10 cm层土壤的1.17、1.30、1.57倍。凋落物对有机碳矿化的促进作用与温度和水分密切相关，25℃时，CO₂-C平均释放速率、最大释放速率、累积碳释放量分别是10℃的2.21、3.60、2.21倍，而含水量10%时，CO₂-C平均释放速率、最大释放速率和累积碳释放量分别是含水量5%时的1.25、1.20、1.25倍。相关性分析表明，凋落物碳氮含量、碳氮比、木质素比氮和土壤有机碳以及全氮是影响有机碳矿化的主要因子。凋落添加土壤后潜在可矿化碳表现为柠条锦鸡儿>油蒿>小画眉草>对照。凋落物添加显著促进了有机碳矿化过程及碳周转，植被恢复过程中草本植物凋落物的输入更有利于土壤碳固存，凋落物对土壤碳库的调控作用受土壤理化性质和水热等环境因子的共同作用影响。     

开垦对高寒草甸土壤有机碳影响的初步研究

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区,选择高寒草甸开垦后形成的一年生人工草地作为研究对象,开垦年限分别为0、1、11、16和20年,利用土壤有机碳密度分组法,进行了0~40cm土层土壤有机碳及不同组分（轻组有机碳,重组有机碳）含量及随开垦年限变化关系的研究。结果表明：高寒草甸开垦后其土壤有机碳的变化主要发生在0~10cm土层,土壤中SOC、LFOC和HFOC呈下降趋势,至20年时分别下降了10.5 %、26.7%、8.1 %,主要原因为当地较为强烈的风蚀作用、耕作侵蚀和开垦加剧了表层（0 ~10cm）土壤有机质的氧化分解,表层土壤中的粗有机物质在降水淋溶作用下,在土体下部重新淀积。而0 ~40 cm土体内,SOC、LFOC和HFOC略有增加,开垦20年,他们的累积速率分别为0.08 t C·hm-2·yr-1、0.07 t C·hm-2·yr-1、0.14 t C·hm-2·yr-1。人工草地长期种植虽然没有改变高寒草甸作为碳汇的基本功能,但却大大降低了其碳汇效应,植物-土壤系统年固定碳量由未开垦前的7.38t C·hm-2·yr-1下降至6.89 t C·hm-2·yr-1。     

土地利用方式对土壤有机碳和团聚体组分特征的影响

以广东省内第四纪红色黏土、玄武岩和花岗岩母质发育的土壤为研究对象,采集不同土地利用方式（水田、旱地、林地、果园/草地）下表层（0~15 cm）和亚表层（15~30 cm）土壤,研究土壤有机碳及其组分（腐殖质碳、易氧化有机碳）、土壤团聚体及其稳定性,分析土壤有机碳及其组分与土壤团聚体及其稳定性之间的相互关系。结果表明：土地利用类型、成土母质等影响土壤有机碳及其组分。3种母质发育的土壤中,各腐殖质组分占有机碳的比例是胡敏酸碳（HAC）＜富里酸碳（FAC）＜胡敏素碳（HMC）,第四纪红色黏土母质发育土壤腐殖酸碳（HAC＋FAC）以草地最高、水田最低;玄武岩、花岗岩母质发育土壤腐殖酸碳以果园最高。土壤中易氧化有机碳所占比例均高于惰性态,第四纪红色黏土母质发育土壤易氧化有机碳占有机碳比例以草地最高、旱地最低;玄武岩、花岗岩为果园最高、林地最低。3种母质发育土壤团聚体（湿筛）主要以＜0.25 mm微团聚体为主,表层土壤＞0.25 mm团聚体所占比例、团聚体平均重量直径（MWD）、团聚体破坏率（PAD）大于亚表层。土壤有机碳各组分均随着有机碳质量分数的增加而增加,＞0.25 mm团聚体质量分数和团聚体MWD随着土壤有机碳及其组分质量分数的增加而增大;PAD随着土壤易氧化碳组分质量分数增加而降低,易氧化有机碳组分有利于土壤中形成较大的团聚体,并增加团聚体水稳性。     

放牧对浑善达克沙地丘间低地植被群落及土壤的影响

为探究放牧对丘间低地植被群落及土壤的影响，分析了浑善达克沙地丘间低地在重度和轻度放牧下植被的地上生物量、物种重要值、物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson生态优势度指数及0~10 cm土壤中黏粒、粉粒、砂粒、有机碳和全氮含量。结果表明：（1）植被地上生物量、土壤黏粒、粉粒、砂粒、土壤有机碳和全氮含量在不同放牧程度下存在极显著差异（P<0.01），物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数在不同放牧程度下差异不显著（P>0.05），Simpson生态优势度指数在不同放牧程度下差异显著（P<0.05）。（2）放牧区植被以禾本科为主，禾本科植被地上生物量占整个植被群落的54.88%~57.76%；重度放牧区植被地上生物量为63.59 g·m^-2，比轻度放牧区低26.61%。（3）羊草（Leymus chinensis）和狗尾草（Setaria viridis）是放牧区的优势种，其重要值依次为14.16%（重度放牧区）和19.10%（轻度放牧区）、13.40%（重度放牧区）和15.42%（轻度放牧区），重度放牧下雾滨藜（Bassia dasyphylla）、克氏针茅（Stipa krylovii）和猪毛蒿（Artemisia scoparia）的重要值较显著高于轻度放牧区，而羊草则低于轻度放牧区。（4）重度放牧加剧了土壤沙漠化，使砂粒含量增加，草地生产力下降，土壤有机碳和全氮含量降低。     

高寒草甸土壤有机碳储量及其垂直分布特征

青藏高原是全球变化的敏感区。高寒草甸草原是青藏高原上最主要的放牧利用草地资源之一。选择青藏高原东北隅海北站内具有代表性的高寒草甸土壤进行高分辨率采样,测定土壤根系和有机碳含量。研究得出,青藏高原高寒草甸土壤贮存有巨大的根系生物量 (23544.60 kg ha^-1~27947 kg ha^-1) 和土壤有机碳 (21.52 GtC);自然土壤表层 (0~10 cm) 储存了整个剖面土壤有机碳总量的30%左右。比较发现,高寒草甸土壤的有机碳平均贮存量 (23.17×10⁴ kgCha^-1) (0~60 cm) 较相应深度的热带森林土壤、灌丛土壤和草地土壤的有机碳贮存量高约1~5倍多。在全球碳预算研究中,青藏高原高寒草甸土壤有机碳库不可忽视。随着全球变暖,表层土壤有机碳分解释放的CO₂将增加。为了减少高寒草甸生态系统的碳排放,应加强高寒草甸土壤地表覆被的保护,合理种植深根系植物。这对减缓全球大气CO₂浓度升高的速率以及可持续开发高寒草甸的生态服务功能都具有重要意义。     

黄土高原草地和农田生态系统碳滞留时间及固碳潜力

采用概率反演分析法估算黄土高原草地和农田生态系统各碳库滞留时间及固碳潜力。结果表明:除农田植物地上部分外,植物地上部分、地下部分、代谢性凋落物及土壤活性有机碳库滞留时间最短,为25~203d;惰性凋落物碳库滞留时间为2.4~3a;慢性有机碳库和惰性有机碳库滞留时间最长,分别为57.4~79.6a和593~598a。多年生草地的根系滞留时间显著高于农田;而农田代谢性凋落物碳库和慢性有机碳库的滞留时间显著高于草地。根据反演所得参数模拟,在当前气候和土壤条件下,农田和草地系统土壤有机碳在250a左右时达稳定状态,农田系统固碳潜力约为2 680g C·m^-2,草地约为3 130g C·m^-2。农田有机肥的输入能使土壤有机碳多固定4 000g C·m^-2。有机肥的输入及土壤有机碳周转缓慢使耕作农田比草地更有利于土壤有机碳积累。     

京津风沙源浑善达克沙地治理区退耕还林地的植被变化

本文选择京津风沙源区浑善达克沙地治理区大兴安岭南部亚区2004年退耕的榆树-小叶锦鸡儿林及山杏林和浑善达克沙地亚区2002年退耕的榆树-小叶锦鸡儿、小叶锦鸡儿退耕林及榆树疏林沙地设置监测样地,对植被盖度、生物量、物种多样性等进行了连续4年的监测调查,结果表明:在大兴安岭南部亚区,退耕后4~7年,榆树-小叶锦鸡儿林总盖度和总生物量均极显著高于对照的蒿类草地(p<0.01),且呈逐年上升趋势;山杏人工林总盖度在前期低于天然胡枝子灌丛,但后期优于对照;山杏人工林总生物量逐年增加,并在2010年和2011年显著大于胡枝子灌丛(p<0.05)。榆树-小叶锦鸡儿和山杏人工林及其对照样地的Shannon-Wiener指数均呈波状变化,差异不显著。在浑善达克沙地亚区,退耕后6~9年,榆树-小叶锦鸡儿林地的总盖度显著高于小叶锦鸡儿和榆树疏林沙地(p<0.05),但榆树疏林沙地在年际间的变化更稳定,榆树疏林沙地总生物量在2008-2010年间均高于榆树-小叶锦鸡儿和小叶锦鸡儿人工林,但人工林逐年增加的趋势更明显。小叶锦鸡儿人工林和榆树疏林沙地的Shannon-Wiener指数明显高于榆树-小叶锦鸡儿林地,并且都呈波状增加趋势,而榆树-小叶锦鸡儿林地的Shannon-Wiener指数表现出与降雨变化同样的趋势。     

呼伦贝尔草原沙漠化土地的综合整治区划

呼伦贝尔草原的沙漠化土地现在多处于由级向级发展的阶段,有很大的发展潜力和危险性,必须对其进行综合整治。其主要成因是过度放牧,过度放牧不仅直接使砂质草原发生沙漠化,而且还严重影响天然樟子松的天然更新和扩展,因此必须对放牧进行科学的规划和管理。作者遵循地带性和非地带性相结合原则、发生学原则、主导性原则、与已有的相关区划相统一原则,把呼伦贝尔草原划分为2个综合整治亚区和5个综合整治小区,并提出了相应的综合整治对策。     

河北坝上风蚀沙化地区固沙造林植物种的选择

通过对河北坝上沙地植被的调查和固沙造林植物种的引种栽植试验,指出适于坝上沙地固沙造林的植物种有9种。适应性强的有褐沙蒿、山竹子两个乡土植物种和华北落叶松、樟子松、沙棘、黄柳;适应性中等的有小叶锦鸡儿、沙柳、花棒;适应性弱的有沙地柏、紫穗槐。     

沙地小叶锦鸡儿群落持续经营的对策

主要研究了极度干旱对小叶锦鸡儿生长的影响及小叶锦鸡儿人工固沙林的密度和现有林的经营利用对策,探讨了干旱条件下土壤水分与植株密度、植被盖度的关系。结果表明:天然群落表现出对干旱条件极强的适应性,人工群落则出现了生长衰退甚至大面积枯萎现象,这主要是由于人工群落密度过大所造成的。轻度放牧可以增加小叶锦鸡儿可食部分,是持续经营利用小叶锦鸡儿群落的有效途径。     

Impact of land use conversion on soil organic carbon stocks in an agro-pastoral ecotone of Inner Mongolia

Soil organic carbon (SOC) stocks in terrestrial ecosystems vary considerably with land use types. Grassland, forest, and cropland coexist in the agro-pastoral ecotone of Inner Mongolia, China. Using SOC data compiled from literature and field investigations, this study compared SOC stocks and their vertical distributions among three types of ecosystems. The results indicate that grassland had the largest SOC stock, which was 1.5- and 1.8-folds more than stocks in forest and cropland, respectively. Relative to the stock in 0–100 cm depth, grassland held more than 40% of its SOC stock in the upper 20 cm soil layer; forest and cropland both held over 30% of their respective SOC stocks in the upper 20 cm soil layer. SOC stocks in grazed grasslands were remarkably promoted after ≥20 years of grazing exclusion. Conservational cultivation substantially increased the SOC stocks in cropland, especially in the 0–40 cm depth. Stand ages, tree species, and forest types did not have obvious impacts on forest SOC stocks in the study area likely due to the younger stand ages. Our study implies that soil carbon loss should be taken into account during the implementation of ecological projects, such as reclamation and afforestation, in the arid and semi-arid regions of China.     

科尔沁沙地生态系统典型土壤养分空间分布特征

通过对位于科尔沁沙地中南部的奈曼旗中部沙地灌溉农田、旱作农田和流动沙丘土壤有机C和全N含量空间分布特征的分析发现:由灌溉农田、旱作农田到流动沙丘,土壤10cm深度内有机C和全N的含量与相对高度的变化密切相关。随着相对高度的增加,上述土壤的有机C和全N的含量逐渐减少,而且全N含量比有机C含量与相对高度的相关性更为显著。从旱作农田到流动沙丘有机C和全N的含量随着相对高度的减小而减少。如果不考虑灌溉农田和流动沙地土壤,旱作农田土壤有机C和全N含量与相对高度的相关性显著程度更高。科尔沁沙地中部沙质灌溉农田土壤全N和有机C含量的垂直分布呈锯齿状,表现为明显的多'峰谷'性,这种变化与土壤的粘土层/有机质层和沙层交错分布的特点有关。尽管研究区的土壤发生了明显的空间变化,但是土壤的全N含量和有机C含量之间依然存在着显著的相关性     

海南岛东部地区土地利用方式对土壤有机碳与 易氧化有机碳的影响

以海南岛东部地区的4种土地利用方式（水田、抛荒地、果园、橡胶林地）的土壤为研究对象，通过对其SOC（土壤有机碳）和ROC（土壤易氧化有机碳）质量分数的测定，分析不同土地利用方式下SOC以及ROC的分布特征。结果表明：研究区的土地利用方式对SOC与ROC具有显著影响，土地利用方式通过影响植被凋落物、根系以及耕作方式、施肥收割等管理措施影响SOC及ROC的分布特征。就整个土壤剖面（0~30 cm）而言，不同土地利用方式下SOC质量分数的分布特征表现为水田＞抛荒地＞果园＞橡胶林地；各土地利用方式下SOC在表层土壤中质量分数最高，并随着土壤层的加深逐渐递减。水田、果园和橡胶林地土壤的ROC质量分数随着土壤深度的加深而逐渐降低，抛荒地呈现出先减少后增加的趋势。不同土地利用方式下土壤ROC质量分数表现为抛荒地＞水田＞果园＞橡胶林地。ROC质量分数的高低顺序与SOC质量分数基本相同。土壤的SOC质量分数是影响ROC质量分数变化的重要因素，相关性分析结果表明：水田、抛荒地和橡胶林地的SOC与ROC质量分数呈极显著正相关，而果园的SOC与ROC质量分数呈显著正相关。4种土地利用方式中水田土壤ROC的分配比例较低，说明水田的SOC稳定性相对于其他土地利用方式较高，有利于土壤碳的储存。     

中亚热带山区土地利用变化 对土壤有机碳储量和质量的影响

通过对中亚热带山区天然林、人工林(用材林和经济林)、次生林、果园和坡耕地等7 种典型土地利用方式的土壤有机碳储量及质量的研究, 结果表明: 中亚热带山区天然林转变 为其他土地利用类型后, 土壤有机碳储量下降了25.6%~51.2%, 而表层0~20 cm 土壤有机碳 储量下降了45.1%~74.8%, 比底层土壤有机碳对土地利用变化的响应更为敏感。土壤轻组有机碳储量(0~60 cm) 下降了52.2%~84.2%, 轻组有机碳占总有机碳比例从13.3%降到3.0% ~10.7%, 比土壤总有机碳对土地利用变化更为敏感。天然林转变为其他土地利用类型后土壤 有机碳损失巨大的原因主要与凋落物归还数量及质量, 水土流失和经营措施对土壤(特别是表层土壤) 的扰动引起土壤有机质加速分解等因素有关。坡耕地人为干扰最严重, 土壤有机 碳下降幅度最大。中亚热带山区土地利用变化引起土壤有机碳储量下降幅度高于全球平均水平, 主要与区域降水和地貌条件有关。因此, 保护山区脆弱生态环境, 加强天然林保护和植 被恢复, 合理营造人工林, 减少耕作, 对山区土壤碳吸存、减缓大气CO₂ 浓度升高和气候变化以及促进山区可持续开发的生态服务功能发展都具有重要意义。     

毛乌素沙地南缘人工植被区生物结皮发育特征

防沙治沙和生态修复工程实施之后,有植物定植的沙丘表面广泛发育了生物结皮。揭示不同类型人工植被与生物结皮发育特征之间的关系对受损荒漠系统的生态修复具有重要的参考价值。采用野外调查的方法,对毛乌素沙地南缘沙区不同类型人工植被区(羊柴Hedysarum mongdicum、小叶杨Populus simonii、沙柳Salix psammophila+羊柴、紫穗槐Amorpha fruticosa和沙地柏Sabina vulgaris)生物结皮厚度、抗剪强度、总盖度及分盖度进行了测定。结果表明:不同类型人工植被区生物结皮发育特征表现出较大差异,小叶杨样地生物结皮厚度、抗剪强度和总盖度均显著高于其他类型人工植被区(P<0.05),羊柴、沙柳+羊柴样地生物结皮的盖度较低。分盖度的调查结果表明,小叶杨样地生物结皮以藓类结皮为主,其余样地则以藻类结皮为主。生物结皮盖度随植被盖度的增加而减少,随表层(0~5cm)土壤含水量的增加而增加。小叶杨的建植有利于生物结皮的扩殖,沙柳行带间栽植羊柴则不利于生物结皮的发育。     

贝壳砂生境典型灌草植被的土壤水分生态特征

为探讨黄河三角洲贝壳堤岛典型灌草植被的土壤蓄水及持水性能,选取贝壳砂生境的酸枣（Ziziphus jujuba var.spinosa）、杠柳（Periploca sepium）和二色补血草（Limonium bicolor）3种典型植被,以裸地作为对照,测定分析不同植被类型下的土壤颗粒组成、水分物理参数和土壤水分特征曲线,以明确贝壳砂生境不同植被类型的土壤水分生态特征。结果表明：（1）贝壳砂生境下,不同灌草植被均具有减少石砾和粗砂粒、增加细砂粒和粉黏粒含量的作用,其中酸枣林可显著减少粗砂粒、增加粉黏粒含量;杠柳林可显著减少石砾、增加细沙粒含量;草本对减少粗砂粒和石砾含量、增加细沙粒和粉黏粒含量的作用较弱。（2）灌草植被可显著提高贝壳砂的蓄水能力,其中酸枣林最强,杠柳林次之,草本最差。0~30 cm土层的有效含蓄量和含蓄降雨量均值均表现为酸枣林 > 杠柳林 > 草地 > 裸地。（3）0~30 cm的酸枣林贝壳砂持水能力最强,杠柳林次之,草本最差;同一植被类型下0~15 cm贝壳砂的持水能力显著高于15~30 cm的持水能力。贝壳砂生境3种植被类型改善土壤物理性质及蓄水保土功能表现为灌木林优于草地,其中酸枣林的蓄持水分能力最强,杠柳林次之,草本最差。酸枣更适于贝壳砂生境退化生态系统的植被恢复。