冻融作用对土壤有机碳库及微生物的影响研究进展

冻融交替是作用于土壤的非生物应力,对土壤的理化和生物学性质均产生直接或间接影响.在气候变暖条件下,冻融作用对冻土区土壤碳库关键生物地球化学循环过程的影响已成为当前研究的热点.经过室内冻融模拟结合野外观测,大量研究结果表明不同冻融温度、速率、次数对土壤有机碳和微生物的影响不同.冻融作用能改变土壤理化性质,降低土壤团聚体稳...     

冻融交替对砒砂岩与沙复配土壤团粒结构的影响

为研究冻融交替对砒砂岩与沙复配土壤团粒结构的影响,采用室内模拟冻融实验方法,研究了不同冻融周期和黏粒含量对复配土壤团粒结构的影响.结果表明:冻融周期、黏粒含量及二者的交互作用对复配土壤各级团粒结构组成均具有显著或极显著的影响.复配土壤黏粒含量越高,团粒结构的稳定性越高;在冻融作用下,随着复配土壤中沙比例的增大,大团粒结构含量总体呈降低趋势,降低速率先减小后增大,且砒砂岩与沙比例为1:1时大团粒结构降低的速率最小.结果说明冻融交替作用降低了土壤团粒结构的稳定性,将较大颗粒团粒结构崩解破碎成小粒级颗粒,更易于砒砂岩和沙复配成土.     

土壤冻融过程对祁连山森林土壤碳氮的影响

利用祁连山区3个气象站常年监测的冻土与温度资料,研究了0~60 cm层次土壤有机碳和全氮分布及与海拔高度、土壤温度的关系,并在室内模拟研究了冻融过程（-20~15 ℃）对祁连山青海云杉林和高山灌丛林土壤有机碳和氮矿化过程的影响. 结果表明：土壤的有机碳和全氮含量随海拔上升呈增加趋势,土壤有机碳和全氮含量与海拔呈显著正相关关系,与土壤温度呈显著负相关关系. 室内模拟实验表明,经过多次冻融循环过程,冻融处理抑制了土壤有机碳矿化过程,对照处理土壤有机碳矿化速率高于冻融处理. 冻融次数也是影响土壤有机氮矿化的一个重要因素,经过42次冻融,青海云杉林和高山灌丛林土壤中有机氮质量分数分别提高了2.42倍和2.82倍. 土壤冻融过程促进了土壤有机氮的矿化,有利于土壤中有效氮的累积.     

喀斯特石漠化治理措施对土壤颗粒有机碳与团聚体有机碳的影响

文章以耕地为对照,分析不同石漠化治理措施（花椒林和次生林）对土壤0~20 cm土层有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)、矿物结合有机碳(MOC)和团聚体有机碳的影响,探讨POC、MOC与SOC、团聚体有机碳的关系。结果表明：与耕地相比,花椒林和次生林均不同程度提高SOC、POC、MOC和团聚体有机碳含量。0~10 cm土层次生林SOC含量和各粒径团聚体有机碳含量均显著高于耕地和花椒林,在10~20 cm土层无显著差异;0~20 cm土层花椒林和次生林土壤POC含量显著高于耕地,MOC无显著差异。POC/SOC范围为20.38%~45.27%,花椒林和次生林显著高于耕地。相反,MOC/SOC为耕地显著高于花椒林和次生林 。退耕为花椒林和次生林后,SOC含量的增加主要以POC含量增加为主。次生林和花椒林>2 mm粒径对SOC贡献率显著高于耕地,但0.25~2 mm粒径、0.053~0.25 mm粒径和 < 0.053 mm粒径对SOC贡献率显著低于耕地。其相关分析表明：POC、MOC与SOC、团聚体有机碳的关系均呈正相关,表现为次生林 > 花椒林 > 耕地。退耕恢复为花椒林和次生林后,SOC、POC和MOC增加量与团聚体有机碳增加量显著相关,其以次生林的相关性较强。石漠化治理措施改变SOC物理组分及其组成以及它们之间的关系,从而促进有机碳的积累。     

温度对大兴安岭北坡多年冻土湿地泥炭有机碳矿化的影响

温度是影响湿地土壤有机碳累积和分解的主要环境因子之一.通过室内培养实验分析温度对大兴安岭北坡连续多年冻土区湿地泥炭有机碳矿化的影响,其中采样点北极村、图强和壮林(52°45'～53°12'N,122°16'～122°46'E)位于大兴安岭的西北坡,而飞虎山和呼中(51°45'～52°09'N,122°57'～123°02'E)位于大兴安岭的东北坡.室内培养实验在4个温度梯度下(5℃,10℃,15℃和20℃)进行,湿地土壤有机碳矿化释放的CO2采用碱液吸收法测量.结果表明随着温度的升高,有机碳的矿化具有增加的趋势,在40天的培养期内,泥炭总的矿化量变化范围为 24.87～112.92mg/g; 同一温度下,泥炭矿化率随着培养时间具有先降低后稳定的趋势,两层泥炭(10～20cm和 20～30cm)对温度的响应趋势基本相同,不过表层泥炭的矿化率和矿化量要高于深层泥炭.有机碳矿化温度敏感性系数Q10值变化范围为 2.03～2.41,而深层泥炭的Q10值相对较大,表明冻土湿地深层泥炭对增温的响应也较敏感,并且大兴安岭东北坡冻土湿地的Q10值要大于西北坡的冻土湿地,表明大兴安岭东北坡的冻土湿地对于气候变暖的响应将更强烈.并且基于Q10值的二元动力学方程很好的反映了大兴安岭北坡冻土湿地泥炭矿化随温度和时间的动态变化.     

岩溶山区土地利用方式对土壤活性有机碳及其分布的影响

对重庆中梁山不同土地利用方式下的0～50cm土壤活性有机碳含量和分布进行研究。结果表明:不同利用方式土壤有机碳(SOC)含量大小顺序为:竹林＞菜地＞草地＞林地＞园地＞弃耕地,且均表现为0～20cm层大于20～50cm层;土壤溶解性有机碳(DOC)含量平均值大小顺序为:林地＞竹林＞弃耕地＞草地＞园地＞菜地,土壤溶解性有机碳占土壤有机碳的比例随土层深度增加而增加;土壤易氧化有机碳(EOC)含量及其剖面分布与土壤有机碳含量变化相一致,相关分析表明,两者的相关性达到极显著水平(R=0.852,P＜0.0001),对土壤有机碳变化反应敏感。      

土壤中有机碳含量对三氯乙烯的吸附影响实验

采用某地区土壤样品,利用批实验的方法,研究不同有机碳含量的土壤样品对三氯乙烯(TCE) 的吸附行为.研究表明,土壤样品中,由于有机碳含量不同,有机污染物三氯乙烯(TEC)的吸附量不同,存在有机碳含量的阈值区间(foc*).最小foc*=0.702%,最大foc*=1.831%,当foc<0.702%时,TCE吸附量随土壤样品的有机碳含量变化较小,基本不随foc变化而发生较大变化;在0.702%1.831%时,TCE吸附量随土壤样品的有机碳含量变化又变得平缓,基本上又不随foc升高而发生较大的变化.     

岩溶断陷盆不同深度土壤微生物量碳氮对植被演替的响应

为了解岩溶断陷盆地底部不同植被类型土壤微生物量碳氮（MBC、MBN）含量的变化,以中国西南典型生态脆弱区云南省岩溶断陷盆地底部原始森林、草地、人工林、灌丛和玉米地土壤为研究对象,探究土壤微生物量碳氮对植被类型的响应。结果表明：灌丛类型土壤微生物量碳氮含量最高,微生物量碳氮含量随植被正向演替呈现先增大后减小的趋势;各植被类型土壤微生物量碳含量随土层深度增加而降低。多因素方差分析出土层深度和植被类型是土壤微生物量碳含量的显著影响因素（P＜0.05）,其中土层深度是土壤微生物量碳含量的极显著影响因素（P＜0.01）。     

三峡水库建设对长江下游颗粒有机碳通量及碳同位素组成的影响

2008年4月至2009年4月,在南通长江干流每周采集一次表层悬浮物样品,共51个,分析了其粒度、颗粒有机碳(POC)、颗粒氮(PN)含量以及有机碳同位素(δ13Corg)组成,研究了下游干流颗粒有机碳组成的季节性变化特征.悬浮物的平均粒径在一年内变化不明显,而POC和PN含量呈现洪季缓慢减小,枯季增加的趋势;δ13C...     

不同实验条件对早新生代沉积物有机碳同位素的影响

利用沉积物中有机质碳同位素相对丰度变化重建古环境、古植被已成为有效的方法和手段,然而由于实验方法、所用仪器及测试环境不同,使有机碳同位素测量结果与真实值之间存在较大偏差.对于年代较老地层的样品来说,影响其有机质碳同位素的因素更为复杂,而实验条件的研究相对较少,从而限制了有机碳同位素在老地层中的应用.为此,我们以早新生代沉积物为对象,针对实验材料、不同仪器和实验温度等可能影响实验结果的因素进行了系统的对比实验分析.结果表明:(1)PC离心管在低温环境下对样品δ13C值无影响,与利用玻璃烧杯的结果没有差别.(2)EA-IRMS在线技术整体比MAT-252离线技术δ13C值高2‰~4‰,氧化温度和仪器测试环境的不同是导致偏差的关键.(3)对于老地层样品来说,850℃的氧化温度不能使其完全氧化,平行样品结果的重现性较差,说明样品氧化没有达到稳定状态,随着氧化温度的升高,δ13C 值有偏正的趋势;1020℃能使其完全氧化,平行样品测试结果重现性较好,达到稳定状态.(4)含石膏样品进行测试时,应注意及时去除石膏加热时产生的水汽,以减少水汽的不利影响.     

冻融循环对土结构性影响的机理与定量研究方法

冻融循环对不同土的结构性具有不同的影响效果,通过探讨冻融循环对土结构性影响的机理,认为土的三相组成是水分相变和水分迁移的基础;在冻融过程中,土的三相比例与分布在不断地发生变化,导致土的结构性随冻融循环发生改变.对土的结构性要素进行了讨论,建立了适于定量分析的结构性要素层次划分体系,定义"冻融结构势"作为土体结构性的定量参数,提出用结构性要素在冻融循环过程中的变化率来估计土体的损伤比,初步探索了冻融循环对土结构性影响的定量研究方法.     

贵阳次生林不同演替阶段土壤微生物生物量与反硝化酶活性的研究

土壤营养元素赋存状态和微生物活性是喀斯特地区生态恢复的关键质量指标,温室气体N2O的排放是全球变暖的重要因子。研究了雨季贵阳不同演替阶段森林表层土壤（0～10cm）微生物生物量（SMB）、反硝化酶活性（DEA）、无机氮（N）库和N转化特征,并与玉米地、茂兰喀斯特原始森林土壤做了对比分析。结果表明,微生物群落对土壤水分条件响应强烈,土壤有效N的增加有助于微生物群落的增长,土壤N转化速率越快,微生物N同化作用越低。人为干扰（火烧和农业活动）会增加或降低土壤SMB、增加潜在的气态N流失。总的来说,不同演替阶段土壤SMB、DEA和土壤N库均有显著差异,随植被恢复土壤SMB呈上升趋势,温室气体N2O的排放量呈下降趋势,气态N流失形态从N2O转变为N2,N循环过程趋于优化,表明自发演替是退化喀斯特森林恢复的可靠方式。     

重庆西部表层土壤有机碳储量与密度分布

利用多目标区域地球化学调查数据,估算了重庆西部地区表层土壤有机碳密度和储量。结果表明,重庆西部地区表层(0~20 cm)土壤有机碳储量为41 038 589 t,平均密度为2 929 t·km-2。从地貌类型看,低山(2 984 t·km-2)和中山(2 986 t·km-2)区土壤有机碳密度较高,丘陵区(2 628 t·km-2)最低,山地土壤有机碳储量最丰富。不同类型土壤中,石灰土有机碳平均密度最高(5 043 t·km-2),其次为黄壤(3 756 t·km-2),紫色土最低(2 329 t·km-2),紫色土有机碳储量最大。就土地利用方式而言,林地土壤有机碳平均密度最高(4 071 t·km-2),耕地土壤处于中等水平(2 752 t·km-2),居民及建筑用地有机碳密度最低(2 416 t·km-2),耕地土壤有机碳储量最大。与第二次土壤普查数据对比发现,该区土壤有机碳储量和密度呈降低趋势,表层土壤作为碳源向大气释放碳,尤其是江津、潼南地区土壤有机碳密度分别降低了56.7%、45.1%。     

气候变暖对多年冻土区土壤有机碳库的影响

多年冻土区存储了大量土壤有机碳。气候变暖、 多年冻土退化导致其长期封存的有机碳逐渐或快速释放, 进入大气圈或水系统, 改变原有多年冻土区碳循环, 并可能显著加速气候变暖。通过综述气候变暖对多年冻土区碳库的影响研究进展, 主要包括多年冻土碳库储量、 降解机理及变化预测, 研究表明： 北半球多年冻土区的碳储量巨大, 但不确定性很高, 尤其是海底多年冻土和水合物碳库储量的评估; 多年冻土碳库对气候变暖的响应速度受土壤水热特性、 土壤有机质C/N比、 有机碳含量和微生物群落特征等多种环境因素的控制或影响; 目前, 关于北半球多年冻土碳库对气候变暖响应模拟结果说明, 多年冻土退化短期内不会导致经济和生产方面的灾难性后果。但是, 无论是针对多年冻土碳库评估, 还是多年冻土有机碳库对气候变暖的响应模拟研究结果, 都有较大的不确定性。未来多年冻土碳库变化的模拟和预测研究应更多考虑多年冻土快速退化和多年冻土区水合物分解, 如中小尺度热喀斯特的生态环境和碳的源汇效应。准确的多年冻土区有机碳排放模拟可为未来多年冻土碳与气候反馈的预估提供重要支持。     

有机质对海相软土物理力学特性的影响效应分析

有机质是海相软土的重要组成部分,其对土体物理力学性质的影响有待深入研究。以连云港地区全新世海相软土为例,进行百组土体有机质物理力学试验。结果表明,研究区软土有机质含量平均值为0.98%,在0.90%~1.00%这个区间分布最为广泛。有机质含量在空间上分布不均,平行海岸线较垂直海岸线土体有机质含量变化小,自上向下变化规律复杂,但随着深度的增加有机质含量有增加的趋势;有机质含量与土体天然含水率、塑限、液限在0.01水平上显著正相关,与土体天然密度、干密度和比重在0.01水平上显著负相关,与土体粉粒含量在0.05水平上显著正相关,与土体黏粒含量相关性差;有机质含量与固结压力≤400 kPa阶段的孔隙比在0.01水平上显著正相关,与固结压力>400 kPa时的孔隙比相关性变差,这与有机质形成的复合体被破坏有关;海相软土黏土矿物、含盐量及含水率高,有机质与黏土矿物在碱性环境多通过阳离子键桥的方式来结合,形成有机复合体,可能参与千年及万年尺度的碳循环;研究土层最大埋深达30 m,符合有机质深埋的演化规律,而研究土体沉积时间距今最高才约8000 a,推测研究土体有机质还未达到平衡状态,还在进一步的循环演化过程当中。上述相关研究成果对海相软土分布区工程建设具有一定的参考价值。     

马衔山多年冻土与季节冻土区土壤微生物量及酶活性的季节动态

为了研究马衔山多年冻土区和非多年冻土区土壤微生物碳氮、土壤酶活性的差异,选取多年冻土区、季节冻土区和交界区为对象,分析了0~30 cm土层微生物碳氮和转化酶、脲酶、中性磷酸酶、淀粉酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶酶活性不同季节的变化特征。结果表明：全氮、总有机碳、微生物量碳氮与多数土壤酶之间呈显著相关关系。在不同区域,土壤微生物碳氮均在0~10 cm含量最高,10~20 cm次之,20~30 cm最低。土壤微生物碳氮在生长季表现为含量逐渐增加,但是多年冻土区与季节冻土区差异不大。土壤酶活性在深度方面表现与微生物碳氮含量变化一致。土壤酶并无的季节变化规律。在多年冻土区,转化酶、多酚氧化酶和磷酸酶活性明显高于非多年冻土区。本研究表明,尽管多年冻土区的植被和土壤总有机碳明显高于非多年冻土区,其土壤微生物碳氮含量相当,且一些土壤酶活性也相当。说明非多年冻土区土壤的生物地球化学相对强度较大。因此,多年冻土退化后可能会导致生态系统的退化。