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。     

西南背景区冬、夏季黑碳稳定碳同位素组成及来源

为确定中国西南背景区不同季节细颗粒物中黑碳的浓度水平和来源特征,分别于2018年冬季(1月)和夏季(7月)在贵州普定喀斯特生态系统观测研究站采集细颗粒物样品,测定其水溶性离子成分、黑碳浓度及稳定碳同位素组成(δ¹³C_BC),结合贝叶斯模型探讨黑碳来源贡献。结果表明,采样期间黑碳冬季平均浓度为(1.2±0.6)μg/m³,夏季为(1.9±0.6)μg/m³,接近于其他区域背景点浓度水平。δ¹³C_BC平均值冬季为(-23.4±0.9)‰,夏季为(-24.3±0.8)‰,处于煤燃烧及机动车排放来源的δ¹³C值范围。贝叶斯模型结果表明,机动车尾气在冬、夏季节对黑碳贡献较高,分别为(45.1±14.2)%和(69.5±8.6)%,煤燃烧贡献分别为(41.7±9.8)%和(24.1±7.2)%。结合后向轨迹分析结果可知,西南背景区冬季黑碳来源受燃煤、机动车尾气排放及生物质燃烧共同影响;夏季黑碳污染源主要为机动车尾气和煤燃烧,生物质燃烧较少。     

Stable carbon isotopic analysis of sedimentary organic matter by stepped combustion

A stepped combustion technique, incremental heating in oxygen, has been used to study the carbon isotopic composition of carbonaceous sediments. This technique can afford data on the organic matter of the sediment and can give information on the structure, namely the variations in the isotopic composition of different portions, of the kerogen. Green River shale has been used as a model material and results indicate that it contains two distinct carbonaceous components, a carbonate and kerogen. Isotopic compositions for the kerogen measured by stepped combustion closely match those obtained by normal methods following preconcentration of the kerogen by mineral removal and solvent extraction.The variation in isotopic composition with combustion temperature has been used to investigate relationships with maturity and to look at its use as a possible correlation tool.     

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。      

岩溶区土壤有机质空间变异性分析

采用GIS和地统计学研究土壤有机质（SOM）的空间分布、影响因素和预测是指导农业生产、环境治理和土壤碳储计量的重要手段。基于广西马山县北部岩溶区表层土壤 (0~20 cm)的441个SOM数据,建立普通克里格(OK)、回归克里格（RK）,以及结合辅助变量的地理加权回归克里格(GWRK)、残差均值（MM_OK）和中值（MC_OK）均一化克里格的5种模型,并比较其预测精度,旨在探讨岩溶区SOM制图中地统计学方法的适用性。结果表明：（1）SOM的变异系数为37.30%,属于中等空间变异;（2）岩溶区SOM空间变异受土地利用方式、土壤类型和地形因子等因素共同影响,SOM高值区分布在西北部、西部和东部等石灰土分布的岩溶区和水田,低值区位于北部红水河沿岸的冲积土地带;（3）RK、GWRK、MM_OK和 MC_OK对SOM解释能力均较优,可用于岩溶区SOM预测制图。结合辅助变量因子的GWRK预测模型能有效消除空间变异因素的影响,克服岩溶区SOM含量的空间非平稳性,从而提高SOM含量模型的稳定性和精度,同时MC_OK模型能提高预测的准确度。     

桂林毛村岩溶区不同土地利用方式土壤有机碳矿化及土壤碳结构比较

应用土壤培养法,比较分析了桂林毛村岩溶区不同土地利用方式(农田、灌丛和林地)土壤在25℃、黑暗条件下培养90d有机碳矿化速率的差异(以90d累计释放的CO2-C计)。农田土壤矿化释放的CO2-C含量分别比灌丛和林地少62.9%和56.6%。利用6mol/L的HCl酸解法得到惰性碳含量,并利用三库一级动力学方程在SAS8.2软件中通过非线性拟合得到三种土地利用方式的活性碳库、缓效性碳库的大小及其分解速率,计算得出各库驻留时间。结果表明各土地利用方式均为活性碳库含量最少,占总有机碳的比例在1.82%~2.71%之间,平均驻留时间在8.4~16.3d之间;缓效性碳库次之,占总有机碳的比例在33.91%~45.47%之间,平均驻留时间为4.8~7.7a之间;惰性碳库所占比例最大,在51.82%~64.01%之间,平均驻留时间为假定的1000a。通过固态13C交叉极化魔角自旋核磁共振(13CCPMASNMR)方法对土壤碳结构进行分析,结果表明:与灌丛和林地相比,受人类活动干扰较多的农田烷基C和芳香C的比例增加,烷氧C和羰基C的比例降低;烷基C/烷氧C和疏水C/亲水C的大小顺序均为农田>林地>灌丛,而脂族C/芳香C的大小顺序则相反,即灌丛>林地>农田。这说明农田土壤有机碳分解程度较高,难分解程度增加,难分解有机碳比例增加。      

Vertical patterns of stable carbon isotope in soils and particle-size fractions of karst areas, Southwest China

Taking limestone soil and yellow soil, the two major soil types in karst areas as examples, analyzing stable carbon isotope composition (δ¹³C value) of soil organic matter (SOM) in bulk soils and particle-size fractions of four soil profiles under three vegetable forms, the following results are reached: in the limestone soil profile, soil organic carbon contents are all above 1.0%, the highest value is 7.1% in the surface soil; however, they are between 0.3% and 4.6% in the three yellow soil profiles. From the surface to the bottom of the soil profiles, the variation of δ¹³C value of soil organic carbon for limestone soil profile is only between −24.1‰ and −23.0‰, however, it’s between −24.8‰ and −21.1‰ for yellow soil profiles. The variation range of δ¹³C value of soil organic carbon associated with particle-size separates is slight for limestone soil but is considerable for yellow soil. The contrast research indicates that the changes between the contents and the δ¹³C value of soil organic carbon with depth are complex. The vertical patterns of stable carbon isotope in soil organic matter have a distinct regional characteristic in karst areas.     

喀斯特漏斗坡地土壤有机碳特征、风化侵蚀及稀土元素分析

以西南喀斯特地区喀斯特漏斗坡地2个土壤剖面为研究对象,通过测定土壤部分物理化学属性、土壤有机碳含量分布特征、δ^13C值、几种土壤化学风化指标及稀土元素参数特征,探讨土壤侵蚀和沉积过程中土壤有机碳及其稳定碳同位素的动态变化及分布特征,同时利用土壤δ^13C值反演了C3/C4植被的变化历史。结果显示,山腰和山脚2个土壤剖面样品的土壤有机碳含量范围分别为4.17%~8.91%和2.37%~6.33%,山腰含量较高;δ^13C值变化范围分别为.18.9‰^-15.6‰和.22.1‰^-17.0‰,均随土壤深度的增加先增大后减小;利用土壤δ^13C值反演C3/C4植被的变化历史,2个剖面表现出相似的变化趋势;Na/K比值与ICIA的变化特征呈显著的负相关关系,R^2分别为0.67和0.98,表明该类红土中Na/K比值不仅能代表风化强度,且可能与侵蚀大小有关;常用的土壤风化发育指标表现为很好的协同作用,显示剖面土壤的形成是由基岩化学风化而成;稀土元素球粒陨石标准化之后显示Ce异常,Eu负异常,2个剖面δCe变化趋势基本一致,表明2个剖面经历了相似的风化迁移过程。     

重庆地区岩溶地下河水溶解无机碳及其稳定同位素特征

稳定碳同位素是指示岩溶动力系统碳来源及转化的重要指标。为揭示重庆地区岩溶地下水中溶解无机碳基本特征和碳来源,本文对该地区63条岩溶地下河水样进行了水化学和碳同位素分析。研究结果表明,重庆地区地下河水溶解无机碳主要表现形式为HCO3-,雨季由于稀释作用其浓度低于旱季。重庆岩溶地下河水δ13C-DIC（V-PDB）旱季变化范围为-15.34 ‰～-5.89 ‰,雨季变化范围为-17.40 ‰～-4.23 ‰。根据δ13C同位素质量平衡方法,计算得到重庆地下河旱季碳酸盐岩溶蚀对DIC贡献为45.1 % ～79.7 %,雨季平均为34.6 %～82.1 % 。计算结果表明,在人类活动不断增强的情况下,岩溶水体DIC通量中碳酸盐岩溶解来源的DIC和其参与岩溶地下水δ13C值的形成并不一定是岩溶作用理论方程中所计算的50 %,而是有一定的变化范围。因此在计算岩溶作用碳汇时,建议通过δ13C值扣除碳酸盐岩溶蚀形成DIC的通量后再来推算岩溶作用形成的碳汇量。     

渝东南岩溶山地土地利用方式对土壤有机碳时空分布特征的影响

通过野外调查、采样和分析,运用地统计学方法,选择旱地、稻田、菜园和果园四种地利用方式,分析了渝东南秀山、黔江、酉阳三地土壤有机碳(SOC)的时间和空间分布特征。结果表明:空间上,在耕作层和心土层SOC含量都是菜园最大,旱地最小,且差异显著;而底土层果园最大,稻田最小,差异不显著;不同的土地利用方式对土壤剖面SOC含量的影响一致,自上而下依次降低,均为耕作层SOC含量最高,底土层最低,稻田降幅最大,旱地最小,且差异显著;时间上,与1984年第二次土壤普查相比,除旱地外20多年来渝东南岩溶区0~20cm耕层SOC含量普遍升高,其中菜园的增加幅度最大,稻田最小。但总的来说,研究区岩溶山地土壤有机质含量普遍较低,建议通过人为施肥提高有机质的含量,探索和推广应用免耕、少耕、秸秆还田等耕作措施,增加农田土壤固碳能力。      

根系分泌的有机酸及其对喀斯特植物、土壤碳汇的影响

根系分泌的有机酸是土壤有机酸的重要动态来源,来源于光合作用固定的碳,是土壤碳流动的最活跃形式。根系分泌的有机酸是一种具有调节作用的植物和土壤碳汇。一方面,在喀斯特土壤环境中,植物根系分泌有机酸的含量增加,影响碳汇的产生和流动,直接调节植物与土壤的固碳增汇能力;另一方面,根系分泌的有机酸通过影响土壤中一系列的动态化学和生物学过程,对土壤养分有效性和养分循环以及微生物的活性产生深刻影响,直接影响土壤的固碳增汇能力,从而间接影响植物的固碳增汇能力。因此,根系分泌的有机酸在喀斯特生态系统的固碳增汇中起着重要作用。      

喀斯特地区不同植被下小生境土壤矿物组成及有机碳含量空间异质性初步研究

通过对喀斯特地区乔木林、灌木林和草丛不同植被类型覆盖下的土面、石面、石缝、石沟、石洞、石槽和石坑7类小生境土壤样品分析测定,探讨了小生境土壤矿物组成及有机碳的空间异质性特征。结果表明:(1)不同植被类型下土壤矿物组成存在明显差异,即从草丛→灌木林→乔木林,小生境土壤中的石英、高岭石基本保持不变,但草丛土壤中的白云石矿物全部消失,灌木林、乔木林土壤中逐渐出现绿泥石;(2)随着植被正向演替,土壤有机碳含量显著增加,小生境土壤有机碳含量在不同植被类型条件下存在明显的异质性,表现为草丛>乔木林>灌木林。与此同时,以小生境土壤有机碳含量及变异系数为评价因子,分别对乔木林、灌木林及草丛中小生境有机碳进行聚类分析,结果显示,小生境微地貌特征是土壤有机碳含量及空间变异性的重要影响因子。对于土壤有机碳保护,草丛及灌木林区应以提高植被覆盖率为主;乔木林区则主要是保持现有良好的植被状况,减少人为干扰。      

岩溶山地土壤有机碳的分布特征及表层土壤有机碳的影响因素分析——以重庆市北碚区为例

通过野外采样调查分析,运用地统计学方法,分析了北碚区土壤有机碳（SOC）的分布特征和表层土壤有机碳的影响因素。结果表明:空间上,从表土层到底土层SOC含量依次降低,且差异显著,降幅依次为35.02 %和47.12 %;时间上,与1984年第二次土壤普查相比,从表土层到底土层土壤有机碳的含量呈增加趋势,增加幅度分别为:4.36 %,31.92 %和14.74 %。对表层土壤有机碳的影响因素进行了分析,发现SOC含量随着土壤中全氮、碱解氮、黏粒含量的增加而增加;含有碎屑岩的碳酸盐岩比纯碳酸盐岩形成的土壤有机碳含量高;随着海拔的升高SOC含量增大,表现为:山顶(21.94 g/kg)＞平坝(19.53 g/kg)＞槽谷(15.60 g/kg)＞山腰(13.40 g/kg);不同土地利用方式下的SOC含量高低顺序为:林地(26.16 g/kg)＞草坡(21.95 g/kg)＞菜地(16.75 g/kg)＞果园(15.31 g/kg)＞耕地(12.85 g/kg)。传统的耕作方式容易造成SOC损失,建议在岩溶山地通过退耕还林还草、坡改梯、增施有机肥增加土壤有机碳;推广应用免耕、少耕、秸秆还田等耕作措施,增加农田土壤固碳能力。      

喀斯特石漠化综合治理区表层土壤有机碳时空动态特征与趋势探讨

以中国南方喀斯特地区具有代表性的贵州为例,选取三个典型石漠化综合治理示范区,以2006年4月野外监测和2009年4月重复采样的数据为基础,分析喀斯特脆弱生态区实施石漠化综合治理工程的土壤有机碳时空动态特征和发展趋势。结果表明:经过3年的石漠化综合治理,不同等级石漠化样地表层土壤有机碳密度增幅不一,其中轻、中度石漠化样地提升幅度最大,无、潜在石漠化样地次之,强度石漠化样地最小;不同工程措施下表层土壤有机碳密度特征表现为:封山育林育草>退耕还林还草>坡改梯;增幅表现为:退耕还林还草>封山育林育草>坡改梯。石漠化治理过程中,随着轻度以上石漠化土地面积的减少,表土碳储量进一步增大,而且表层土壤有机碳多分布于潜在和无石漠化区。随着石漠化综合治理进程的推进,表土有机碳密度可能呈S型曲线增长,但由于潜在、无石漠化区多为基本农田,土壤有机碳密度将在较长时间内保持相对平稳的状态。而轻、中度石漠化样地在治理初期其表土有机碳密度增幅将最快。因此,采取有效的土地利用方式与加强可持续管理对提高表层土壤的固碳潜力具有非常重要的意义。      

西南岩溶区水土流失与石漠化的变化关系研究——以重庆南川岩溶区为例

以重庆南川区为例,利用TM遥感影像、Arcgis和Erdas软件,运用地图代数原理,采用图像数据转移矩阵计算,结果表明从1988年到2000年水土流失增强面积为9 605.89 hm2,减弱面积为79 947.85 hm2;石漠化强度增强面积为15 078.92 hm2,减弱面积为12 492.53 hm2。石漠化是水土流失长期作用的结果,水土流失是石漠化形成过程的阶段性表现,二者在成因上存在因果关系,但在生态治理恢复的过程中,水土流失减弱面积与石漠化减弱面积的变化不同步,在时间上存在滞后关系。造成这种滞后的现象,原因是石漠化土地生态的恢复过程较水土流失土地的长。      

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...     

Stable carbon isotope characteristics of different plant species and surface soil in arid regions

The stable carbon isotope composition in surface soil organic matter (δ¹³Csoil) contains integrative information on the carbon isotope composition of the standing terrestrial plants (δ¹³Cleaf). In order to obtain valuable vegetation information from the δ¹³C of terrestrial sediment, it is necessary to understand the relationship between the δ¹³C value in modern surface soil and the standing vegetation. In this paper, we studied the δ¹³C value in modern surface soil organic matter and standing vegetation in arid areas in China, Australia and the United States. The isotopic discrepancy between δ¹³Csoil and δ¹³Cleaf of the standing dominant vegetation was examined in those different arid regions. The results show that the δ¹³Csoil values were consistently enriched compared to the δ¹³Cleaf. The δ¹³Cleaf values were positively correlated with δ¹³Csoil, which suggests that the interference of microorganisms and hydrophytes on the isotopic composition of surface soil organic matter during soil organic matter formation could be ignored in arid regions. The averaged discrepancy between δ¹³Csoil and δ¹³Cleaf is about 1.71%in Tamarix L. in the Tarim Basin in China, 1.50% in Eucalytus near Orange in Australia and 1.22% in Artemisia in Saratoga in the United States, which are different from the results of other studies. The results indicate that the discrepancies in the δ¹³C value between surface soil organic matter and standing vegetation were highly influenced by the differences in geophysical location and the dominant species of the studied ecosystems. We suggest that caution should be taken when organic matter δ¹³C in terrestrial sediment is used to extract paleovegetation information (C₃/C₄ vegetation composition), as the δ¹³C in soil organic matter is not only determined by the ratio of C₃/C₄ species, but also profoundly affected by climate change induced variation in the δ¹³C in dominant species.     

桂林毛村岩溶区自然植被土壤团聚体中腐殖质组成初步研究

探索土壤有机碳物理保护与化学保护的关系,有助于揭示土壤固碳和培肥机理,明确不同粒级团聚体和不同腐殖物质组分对土壤固碳和肥力的贡献。本研究对岩溶区自然植被土壤团聚体中腐殖质含量进行了研究,结果表明:(1)灌丛和林地土壤团聚体中有机碳含量总体上均表现为随着土层深度的增加逐渐下降,而在不同土层深度随着团聚体粒径范围的变化则有机碳含量的变化规律则不同,无明显一致的规律;(2)两种土地利用方式各粒径团聚体中胡敏酸和富里酸均比全土小。这可能是由于在湿筛分离团聚体的过程中溶于水的那部分胡敏酸和富里酸成分被损失掉;(3)各腐殖质组分随着团聚体粒径范围的减小在两种自然植被上均无明显一致的规律,但胡敏酸和富里酸总量则基本表现为随着团聚体粒径范围的减小而逐渐升高,即在0.25mm和0.5~0.25mm粒径范围团聚体中最大;(4)两种自然植被土壤各土层中和各团聚体中胡敏酸/富里酸(HA/FA)基本上表现为小于1,这主要是因为研究区温度相对较高,湿度较大,植被覆盖度大,微生物降解作用强所致。     

乌裕尔河流域颗粒有机碳的来源：碳同位素证据

以2008、2009年所采集的乌裕尔河9个点位水体中的悬浮物为研究对象,对丰、枯水期颗粒有机碳（POC）含量、碳同位素组成（^13C、^14C）及表观年龄进行了系统测试与分析,以期探讨河流中颗粒有机碳来源与流域土壤侵蚀的关系。研究结果表明,该河流中颗粒有机碳（POC）主要来源于未受玉米残体及根系输入影响的深层土壤,且土...     

近30年黔西喀斯特区典型县域农田土壤有机碳动态研究——以贵州普定县为例

文章选取贵州省普定县作为黔西喀斯特区的典型县域,依据1980年第二次土壤普查数据和2011年实测土壤数据,运用土壤类型法,计算该县域近30年（1980-2011年）农田表层（0～20 cm）土壤有机碳（SOC）储量和密度的变化,并借助逐步回归分析,对该县域近30年农田表层SOC动因进行分析,结果表明:（1）普定县近30年来农田0～20 cm表土有机碳库总体表现为基本持平且略有上升的趋势,增幅为0.95%,年均变化量15.31 kg C·hm-2·a-1;（2）不同类型农田土壤的表层有机碳储量和密度变化较大,其中水稻土固碳幅度最大,为28.95%,而山地灌丛草甸土的丢碳最为严重,降幅达70.22%;（3）农田表层SOC密度年均变化量在空间分布上总体表现为县城中部、南部和三岔河及夜郎湖地区呈增加趋势,而在县城以西、以东及斗篷山大部分区域则为下降态势,这主要受土壤类型空间分布差异所致;（4）影响普定县农田表层SOC变化的主要因素有SOC密度初始值（1980年）、C/N、砾石体积比和速效K密度等,其中SOC密度年均变化量与SOC密度初始值和砾石体积比呈负相关,与C/N和速效K密度呈正相关。总的来看,近30年的人为活动对普定县农田表土有机碳总库存未产生负面影响。