川中丘陵地区近25年来农田土壤有机碳密度变化——以四川省盐亭县为例

根据盐亭县第二次全国土壤普查23个土壤剖面的采样记录,2007年采集了这23个土壤剖面样品,并分析测定其土壤有机碳含量,对比发现,盐亭县近25年来土壤平均有机碳密度上升2.70 t/hm2,上升幅度为5.65%,该县农田土壤具有微弱的碳汇效应.近25年来该县土壤有机碳密度变化复杂,不同土壤类型之间的变化差异较大.其中,水稻土、黄壤和紫色土有机碳密度均有不同程度的上升,而冲积土的有机碳密度则明显下降.而就土地利用方式而言,水田土壤的有机碳密度呈明显上升趋势(上升幅度15.38%),而旱地土壤有机碳密度则基本上保持稳定少变.该区今后应主要通过改良耕作措施,推广生态农业技术,增加土壤有机物质归还量;加强生态环境建设,搞好水土保持;灌溉水利工程建设进一步稳定和扩大水田面积等措施,以达到稳定和提高农田土壤有机碳储量的目的.     

霍山县县域范围内不同空间尺度下农田土壤有机碳变异分析

基于安徽省霍山县第二次土壤普查数据,提取2005～2008年耕地监测数据资料建成土壤有机碳含量数据库,对耕地监测的有机碳数据按县域内不同空间尺度进行了统计分析。结果表明:20年来该县农田表土有机碳含量明显提高,显示农田土壤的有机碳库积累。县域范围内耕地土壤有机碳含量的不同尺度的变异系数介于4.53%～14.91%。村民组(自然村)单元内变异性最高,有机碳含量乡镇间变异性低于行政村间变异性。因此,从县级尺度的农田土壤碳计量来说,以乡镇尺度采样研究比村级尺度可靠性要高。影响县域内农田土壤有机碳含量与变异的动力因子主要是农业利用和农田基本建设,茶、桑和水稻利用下农田土壤有机碳含量明显较高。     

珠三角核心区农田耕层土壤有机碳库储量时空变化特征及其影响因素识别

土壤有机碳库动态变化对区域乃至全球碳平衡具有显著影响,快速城市化地区社会经济迅速发展中土地利用/覆被变化剧烈,其农田耕层土壤有机碳库变化问题倍受关注。选择珠三角核心区为研究区域,基于1980与2015年农田耕层土壤有机碳含量数据,以乡镇为单元分析农田耕层土壤有机碳库储量的时空变化特征,并通过地理探测器定量识别其影响因素的主导因素。结果表明：1）珠三角核心区农田耕层土壤有机碳库储量1980―2015年间损失巨大,损失量达67.16%,同时其空间变化具有典型的城镇集群指向特征,即距离城镇集群越近,损失程度越大;2）珠三角核心区农田耕层土壤有机碳库储量的时空异质性变化受到气候变化、地形状况、水文环境、社会经济发展、土地利用变化和农田景观变化等多种因素的影响,且其影响力存在较大差异,各因素贡献力（q统计量）介于0.004~0.256之间;3）珠三角核心区农田耕层土壤有机碳库时空变化主导影响因素的贡献力表现为农田景观变化＞二三产增长胁迫＞水网密度＞土地结构变化。     

近40年甘肃省耕层土壤有机碳时空分异及影响因素

区域耕层土壤有机碳（Soil Organic Carbon, SOC）调查是明确全球土壤碳储量和认识土壤碳循环的重要任务。利用甘肃省1980s、2000s、2020s等3个时期的耕层土壤调查数据,通过计算耕层土壤有机碳密度（Soil Organic Carbon Density,SOCD）,估算了甘肃省耕层有机碳储量。结果显示：（1）1980s、2000s、2020s甘肃省耕层SOC储量分别为97.68、109.14、123.13 Tg,近40年固碳总量约为25.45 Tg,固碳速率为0.012±0.01 kg·m^-2·a^-1,说明当前的农田管理措施有利于研究区耕地土壤长期固碳;40年间河西绿洲灌区、黄土高原区和陇南山地区耕层SOC储量呈增加趋势,甘南高原呈下降趋势。（2）从不同土壤类型来看,黄棕壤固碳速率最大,栗钙土最小。（3）近40年间甘肃省耕层SOC储量总体呈递增趋势,化肥、有机肥施用量以及秸秆还田量的持续增加,提高了作物归还量,进而增加了耕层有机物质含量,最终促进了耕层SOC的累积。     

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。     

1978年以来5个时期南四湖区土地利用格局及土壤有机碳储量北大核心CSCD

以1978年、1987年、1998年、2008年和2018年南四湖区的遥感影像为数据源,采用监督分类方法,对遥感影像进行人机交互目视解译,得到5个时期南四湖区各种土地利用类型的分布和面积数据;在沼泽、水产养殖区、水稻田和旱地中各设置了8个采样点,采集表层(0~15 cm深度)土样,测定土样中的溶解性有机碳、轻组有机碳和重组有机碳的含量,计算出各种土地利用类型表层土壤有机碳密度和碳储量。研究结果表明,受水文变化和人类活动干扰的影响,随着时间的推移,5个时期南四湖区天然湿地(湖泊、河流、沼泽)面积在不断减少,人工湿地面积(水产养殖区、水稻田、人工水渠)在不断增加;随着土地利用方式的改变,南四湖区土壤碳储量也发生了明显变化,沼泽表层土壤的溶解性有机碳密度和轻组有机碳密度都相对最大,水稻田表层土壤的重组有机碳密度相对最大。虽然水产养殖区和水稻田面积的增加,使其表层土壤重组有机碳储量增加了921.58×10~3t,但是,天然湿地的丧失,使得2018年南四湖区表层土壤碳储量比1978年减少了136.34×10~3t。     

皖江自然湿地土壤碳密度及其开垦为农田后的变化

于2005年分别采集了安徽沿江4个淡水湖泊的自然湿地及其周边围垦农田的代表性土壤剖面样品,测定了总有机碳含量,讨论了天然淡水湿地有机碳密度与深度分布特征及其开垦为农田后的变化。结果显示,湿地表层（0～30cm）和全剖面（0～100cm）中的碳密度分别为42．5～57．4t／hm^2和81．5～91．6t／hm^2;而农田则分别为22．4～48．4t／hm^2和41．4～76．5t／hm^2。湿地开垦为农田后,土壤表层和全剖面的土壤有机碳含量明显降低,且有机碳含量的变异性增大。表明湿地开垦为农田后,其碳库失去稳定性。但是,开垦的旱地土壤的有机碳含量和碳密度显著低于开垦的稻田,故湿地开垦为旱地更不利于湿地碳库保护。因而,将湿地垦殖为水田是相对较有利于湿地碳库保护的人为土地利用方式。湿地开垦的碳库损失可能是土壤的大气CO2源效应的主要途径。     

绿洲农田土壤斥水性及其影响因素

土壤斥水性（Soil Water Repellency,SWR）指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的现象,对农业水管理、土壤水入渗、农化污染物运移及土壤侵蚀有重要影响,土壤斥水性在绿洲化过程中的变化特征及其影响因素尚不明确。在甘肃临泽绿洲分别选取未开垦的沙地（0年）及开垦10、30、50、100年绿洲农田表层土壤（0~5 cm）,分别测定土壤有机碳含量、土壤质地（砂粒、粉粒、黏粒）和土壤pH,并用毛管上升法测定土壤斥水性。结果表明：土壤斥水性随着开垦年限的增加而不断增加。不同开垦年限土壤的“土-水”接触角58°~89°,差异显著（P<0.001）。土壤有机碳含量、土壤质地和土壤pH均与“土-水”接触角存在显著的回归关系（P<0.001）。逐步回归分析的结果表明,绿洲化过程中土壤有机碳含量和pH共解释了土壤斥水性72.1%的变异。因此,在绿洲农田进一步研究土壤斥水性对土壤水运动的影响应更多关注土壤有机碳和pH两大因素。     

蚌湖表层土壤有机碳的分布特征

于2016年1月21~23日,以蚌湖为研究区,在高程10~17 m区间,以1 m为落差,设置7个采样带,分别采集7个采样带0~20 cm深度的土壤样品,分析其有机碳含量。结果表明,蚌湖0~20 cm深度土壤有机碳含量具有较为明显的梯度特征,0~10 cm深度土壤有机碳含量最高值出现在高程14~15 m采样点,最低值出现在高程16~17 m采样点,变化范围为6.36~23.32 g/kg;10~20 cm深度土壤有机碳含量最高值出现在高程14~15 m采样点,最低值出现在高程15~16 m采样点,变化范围为4.74~8.88 g/kg;0~10 cm深度土壤有机碳含量比10~20 cm深度土壤有机碳含量的梯度分布更明显。0~10 cm深度土壤有机碳含量与地上生物量显著正相关(p0.05),与其它因子不相关;10~20 cm深度土壤有机碳含量与土壤含水量显著正相关(p0.05),与其它因子不相关。     

基于地理探测器的区域土壤耕层有机碳含量 多元复合模型构建——以珠三角核心区为例

区域土壤耕层有机碳含量的精确测算,对于研究全球碳循环至关重要,但其影响因素多,空间变异性强,现有插值测算方法精度偏低。从提高测算精度出发,基于地理探测器技术,改进传统的协同克里格插值方法,构建多元复合模型进行区域土壤耕层有机碳含量的测算,并以珠三角核心区为例进行实际验证。结果表明：1）珠三角核心区土壤耕层有机碳含量空间变异与地形、水文、土壤和农田利用方式等有关,不同因素的贡献力存在较大差异,各因素贡献力（q统计量）在0.076~0.201之间,其中土壤理化性状与农田利用方式的贡献力大于地形、水文,区别不同因素的贡献力进行土壤耕层有机碳含量的精确测算应是客观要求。2）依照地理探测器分析结果,基于不同因素贡献力构建土壤耕层有机碳含量多元复合模型,插值测算精度明显提升,在珠三角核心区普通克里格、地理加权回归克里格和BP神经网络克里格的土壤耕层有机碳含量插值结果精度较多元复合模型下降16.62%、23.86%和37.33% 。由结果发现,多元复合模型突破了现有算法中辅助因素数量的局限,有效抑制了区域SOCC测算过程中的影响因素耦合噪声,降低了测算结果的不确定性。     

新垦沙地农田土壤有机碳时空变异特征

针对河西走廊临泽绿洲边缘区域的新垦沙地农田,采用传统统计学和地统计学相结合的方法研究田块尺度的土壤有机碳时空变异特征。结果表明：（1）在本研究的空间尺度内,土壤有机碳含量在2.66～6.90 g·kg-1范围之间变化,平均值为4.45 g·kg-1,变异系数为24.5%;其空间分布呈明显的斑块状,最佳的变异函数理论模型为指数模型,其块金值和基台值分别为0.13和1.28,偏基台值和基台值的比值及变程分别为0.90及18.24 m;土壤有机碳空间分布与全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量及电导率显著正相关（p＜0.01）,与pH值显著负相关（p＜0.05）。（2）在本研究的监测时间尺度内（2004-2010年）,土壤有机碳年平均值在3.81～4.71 g·kg-1幅度内变化,变异系数为6.8%,无明显的变化趋势;土壤有机碳含量年际间变化与播种量显著正相关,与作物产量显著负相关,而与施氮量、灌溉量和地上部生物量相关不显著。综上所述,新垦沙地农田土壤有机碳含量较区域水平低,其田块尺度的空间异质性是由成土母质、地形等区域因素作用的结果,而对农田管理影响下的新垦沙地农田土壤有机碳含量演变规律的研究需建立在更长时间尺度的土壤监测数据基础上。     

Spatial Differentiation of the Coupling Characteristics of Soil Carbon and Nitrogen on Mulberry Plantations in China

Soil is the most important carbon pool of the mulberry plantation ecosystem, so understanding the characteristics of the soil carbon pool in mulberry plantations provides an important basis for the research of carbon sinks in economic forest ecosystems and farmland ecosystems. In order to explore the spatial differentiation pattern of the relationship between carbon and nitrogen in mulberry plantation soil, this study analyzed the organic carbon content and total nitrogen content of the surface soil layer (0-20 cm) and the subsurface soil layer (20-40 cm) of 475 mulberry plantations in five major regions of China, Southwest China (SWC), Central South China (CSC), East China (EC), North China (NC), and Northwest China (NWC). The research showed seven key aspects of this system. (1) The soil organic carbon of mulberry plantations was significantly different at the two soil depths. The average content of organic carbon in the surface layer of mulberry plantation soil was 10.71±7.01g kg^?1, which was 37.13% higher than that of the subsurface layer. (2) The soil organic carbon of mulberry plantations had significant differences in spatial differentiation, which was manifested as SWC>CSC>EC>NC>NWC. (3) The total nitrogen content in mulberry plantation soil had significant responses to the region, the soil layer depth, and the interaction between the region and soil layer depth. Among the regions, NWC had no significant difference between the surface layer and subsurface layer of the soil. EC had the maximum difference in total nitrogen content, with the total nitrogen content in the surface soil layer being 56.68% higher than that of the subsurface soil layer. The total nitrogen contents of the surface soil layers in the SWC and NC were 34.27% and 20.79% higher than those of the respective subsurface soil layers. (4) The mulberry plantation soil C/N ratios had a significant response to regional differences, as NWC>SWC> EC>CSC>NC, but this ratio had no significant response to soil depth. (5) Soil pH had significant spatial differentiation in relation to soil organic carbon and total nitrogen content in mulberry plantations. NWC had no significant correlation between pH and organic carbon or total nitrogen content, while CSC had a significant positive correlation between pH and both soil organic carbon and total nitrogen content. Other regions showed significant negative correlations between pH and both organic carbon and total nitrogen content. (6) There was a significant negative correlation between the C/N ratio of the surface soil layer and pH in mulberry plantations, which was mainly contributed by SWC, while the other regions’ surface soil layers had no significant correlations between C/N ratio and pH. (7) There was no significant correlation between the C/N ratio and pH in the subsurface soil layer in mulberry plantations. These results reveal that in either the research on mulberry plantation carbon pools or the innovation of green and low-carbon planting technology in mulberry plantations, the spatial differentiation characteristics of soil must be considered. Furthermore, the spatial differentiation of soil organic carbon can be used as the basic foundation for the planning and design of mulberry afforestation or ecological restoration projects.     

黑河中游山前平原区退耕地土壤有机碳库特征

采用野外调查测定、野外定位研究和室内分析相结合的方法,在黑河中游山前平原区选择邻近相同海拔和土壤类型的退耕(退耕1 a、5 a、10 a)造林地为研究对象,研究了山前平原区退耕地不同退耕年限的土壤碳动态,结果表明:退耕1 a、退耕5 a、退耕10 a和退耕造林地的土壤有机碳含量变化分别为16.89 gC/kg,8.24 gC/kg,8.56gC/kg和9.98 gC/kg,平均土壤有机碳密度分别为8.05 kg/m2,4.78 kg/m2,5.02 kg/m2和6.52 kg/m2。平均土壤有机碳周转时间分别为23 a,25 a,26 a和33 a;不同植被类型土壤CO2通量依次为退耕1 a土壤530.8 gC/(m2.a);退耕5 a土壤316.9 gC/(m2.a);退耕10 a土壤266.1 gC/(m2.a);退耕地造林(杨树林)286.9 gC/(m2.a)。同一类型退耕地中,土壤有机碳含量和土壤碳密度随土壤深度增加而降低,而土壤有机碳周转时间则随深度增加而增大。     

退耕还林对黄土高原地区土壤有机碳影响预测

土壤碳是全球碳循环中的重要组成部分，土地利用方式的改变对土壤碳的源和汇具有很大的影响。黄土高原地区进行的大规模退耕还林必然会通过影响土壤有机碳含量对区域碳循环产生重要影响。通过野外调查采样分析，结合使用全国土壤普查及黄土高原地区其它土地资源数据资料，研究计算了黄土高原地区的土壤有机碳量，并对实施退耕还林后土壤碳储量变化进行了预测。黄土高原地区土壤有机碳含量较低，平均土壤有机碳密度为2．49kg／m^2，仅为全国平均土壤有机碳密度的23．65％，土壤有机碳总储量为1068Tg，只占全国总有机碳量的1.16％。实施退耕还林后，土壤有机碳储量将明显增加。分步优化实施退耕30年后，黄土高原土壤有机碳储量可增至1266．8Tg，有机碳储量总体可增长19．21％。土壤有机碳储量的增加，对区域气候变化及土壤和水环境都将产生影响.     

河北坝上农田、退耕地和天然草地土壤的可风蚀性

对河北坝上农田、退耕地和天然草地土壤干团聚体稳定性（DASt）、土壤可蚀度（EF）和理化性质进行分析,讨论了这3种土地利用类型土壤风蚀可蚀性的差异及其与土壤理化性质的关系。结果表明：农田和天然草地EF与DASt值差异性显著（P<0.05）,天然草地和退耕地、退耕地和农田差异性不显著,对于EF和DASt,天然草地 > 退耕地> 农田;对于平均粒径,农田≈退耕地>天然草地;对于土壤机械组成黏粒与粉粒含量,天然草地 > 退耕地 > 农田;对于砾石含量,农田 > 退耕地 > 天然草地;对于土壤有机质和全氮含量,天然草地 > 退耕地 > 农田。农田、退耕地、天然草地的DASt、EF系数与砾石含量、平均粒径有着显著相关性,有机质、全氮含量和DASt在天然草地上极显著负相关;EF与有机质、全氮含量在3种地类显著负相关。坝上地区草地和退耕地土壤肥力较高,但表层土壤具有很高的风蚀潜力,因此要限制开垦草地,在必要的地区继续退耕还林还草,提高地表植被的覆盖度,防风固沙,提高土壤肥力,减少土壤风蚀。     

华东地区农田土壤有机碳动态模拟研究——模型的验证与灵敏度分析

以建成的农田土壤有机碳动态模拟模型为基础,增加土壤pH值影响函数,利用3组土壤pH值迥异的长期定位试验数据对模型进行验证。这些定位试验在地理位置、气象条件、农作方式和土壤性质等方面都具有较大差异。结果表明:修正后的模型可以较好地模拟不同pH值条件下土壤有机碳的变化趋势,模拟值和观测值间的线性相关系数(r2)为0.96(n=137);模型输入参数的敏感程度为温度>外源有机碳>土壤pH值>难分解组分初值>降水>土壤粘粒。     

我国耕地土壤相对湿度时空分异（英文）

Based on the data of relative soil moisture in 653 agricultural meteorological stations during the period of 1993-2013 in China, the characteristics and regularity of spatial and temporal variation of relative soil moisture in China's farmland were analyzed and discussed using geostatistical methods. The results showed that the relative soil moisture of China's farmland has shown a fluctuant increasing trend since 1993. The relative soil moisture of China's farmland is more than 60% in general, its distribution area has been expanded northward and westward with the summer monsoon since mid-April and began to shrink eastward and southward in late October. The value of relative soil moisture increases with the increase of soil depth. On an interannual scale, the relative soil moisture of farmland increased fastest in summer and autumn, and its variation range decreased with the increase of soil depth. The relative soil moisture was positively correlated with precipitation, and negatively correlated with potential evaporation and temperature. The correlation between relative soil moisture and various meteorological factors weakened as soil depth increased. The meteorological factors have a great influence on relative soil moisture of dry land in spring, summer and autumn and they also have a greater impact on relative soil moisture of paddy fields in winter.     

中国半干旱区农田土壤碳、氮、磷含量对玉米生产的影响

中国干旱半干旱区占据陆地大片区域,主体位于内蒙古高原、黄土高原、新疆及青藏高原。半干旱区处于季风和非季风的边缘,降水稀少,生态环境脆弱,对气候变化敏感。探究半干旱区农田生态系统有机碳对作物生产和碳储存的影响机制及固碳潜力,对提高区域作物生产水平和生态安全具有重要意义。本研究区位于中国宁夏南部典型半干旱区,基于2017—2019年主要粮食作物玉米生产对土壤有机碳以及氮磷的响应,运用农田生态系统调查取样的方法,开展耕层土壤有机碳（SOC）、全氮（STN）、全磷（STP）及碳氮比（C/N）对玉米生产水平及有机碳储存的影响研究,分析农田SOC的合理贮存范围。结果表明：（1）SOC、STN、STP含量对玉米产量影响差异显著。一定阈值内SOC、STN、STP含量及土壤C/N对玉米产量表现出积极的正效应,而当SOC、STN、STP以及C/N分别超出10.00 g·kg^-1、1.00 g·kg^-1、0.85 g·kg^-1、8.50的阈值后,玉米产量的增长出现减缓,甚至下降趋势;（2）研究区域SOC含量从3.00 g·kg^-1增加至13.00 g·kg^-1的阈值,对籽粒有机碳、蛋白质、淀粉、粗脂肪、可溶性糖等含量的提升呈现积极的正效应,分别增长43.47%、77.13%、52.16%、56.92%、116.71%,均呈先快速增长,后逐渐趋于平缓趋势。而SOC对籽粒全氮和全磷呈现倒U型变化趋势。STN、STP对玉米品质的影响相对较弱;（3）研究区作物耕层SOC、STN、STP含量与生态系统固碳潜力具有较强的正相关性,而SOC、STN、STP含量过高,作物固碳潜力基本保持稳定。研究结果较好反映了研究时间段内SOC、STN、STP含量与作物生产水平及提高SOC储存的关系。本研究认为宁夏南部半干旱区,农田SOC、STN、STP、C/N的合理阈值分别为10.00—12.00 g·kg^-1、0.80—1.10 g·kg^-1、0.70—0.85 g·kg^-1、8.00—9.00。