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。      

基于上海市土地利用方式变化下的土壤有机碳储量核算研究

分析了上海市2009年以来的土地利用类型与表层土壤有机碳储量的变化以及土地利用方式变化对表层土壤有机碳储量的影响。研究结果表明:上海市2012、2016年表层土壤有机碳储量分别为1.061014×10~(10)kg、1.149566×10~(10)kg,表层土壤平均有机碳密度低于全国平均水平的4.70kg/m~2,表层土壤有机碳储量占全国表层土壤有机碳储量的0.026%;耕地、林地和园地转化为工矿仓储用地、公共设施用地、交通运输用地时造成了表层土壤有机碳的排放,而其他农用地—耕地、公共设施用地、工矿仓储用地和工矿仓储用地—耕地、公共设施用地以及其他土地—耕地、公共设施用地时有利于表层土壤有机碳的汇聚;上海市表层土壤有机碳储量增加主要来源于土地利用类型不变的土地(农用地、滩涂土地等),这些土地表层土壤有机碳储量增加是土壤碳密度(有机碳含量)普遍增高的结果。建议通过进一步加强农用地、滩涂土地的有效保护,并对建设用地上的建筑物实施立体绿化等措施,提升上海市表层土壤有机碳储量。     

土壤有机碳含量高光谱建模研究——以青藏高原三江源区为例

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,也是评价区域土壤质量、土地退化程度和作物产量的重要指标。高寒生态系统土壤有机碳含量估算,对于高寒地区土壤碳库核算和土壤质量评价等都具有重要意义。本研究以青藏高原三江源区作为研究区,基于野外采集的272个土壤样本的SOC和土壤光谱室内测试数据,首先对原始光谱数据进行一阶微分(FD)、二阶微分(SD)、倒数对数(RL)、去包络线(CR)和多元散射校正(MSC)等多种数学变换;然后基于8种光谱变换数据与SOC含量的相关性分析提取特征波段,利用多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)4种方法,分别构建SOC含量的高光谱反演模型;对各种模型的模拟精度和稳定性进行评价,明确SOC含量反演的最佳光谱变换和模型组合模式。结果表明：三江源区SOC含量较高,且不同植被类型和不同土壤类型的SOC含量差异较大;总体上,单一数学变换形式中基于一阶微分(FD)变换构建的反演模型的模拟精度最高(尤其是FD-RF组合模型,其验证集R²=0.86,RMSE=8.40,RPD=2.64);多种数...     

安徽滁州地区土壤有机碳储量分布特征研究

利用多目标区域土壤地球化学调查取得的土壤地球化学数据及安徽省第二次土壤普查数据对滁州地区土壤有机碳储量分布特征、有机碳密度及有机碳储量时空变化规律等问题进行了研究.结果表明滁州地区近30年间土壤有机碳储量减少了8.39 Mt.区内大部分地区土壤碳储量表现出“碳源”效应,仅局部地区呈现出“碳汇”效应.滁州地区0~0.2 m表层土层有机碳储量为53.74 Mt,有机碳密度平均为3.42kg/m2,略低于全国平均水平.滁州地区0~1.8 m表层土层中,72%的土壤有机碳储量赋存于0~1.0 m土壤中.通过对滁州地区不同统计单元的中层土壤有机碳储量及密度的分析,系统查明了土壤有机碳的分布特征,为土壤碳循环研究提供了参考依据.     

近50年来重庆南川市三泉镇喀斯特区农田生态系统的演替分析

农田生态系统是受人类生产活动影响显著的一种半自然人工生态系统,其演化过程是自然与人类活动共同作用的结果。喀斯特区农田生态系统具有空间分布上的破碎性、受水分限制明显、对外界影响既敏感又脆弱、人口压力巨大等特征。近50年来,南川市三泉镇农田生态系统由单纯的粮食生产系统向多种经营生态系统发展,复种指数不断上升,水田比例不断提高。随着农田生态系统组分的增多,其结构日趋复杂,农田生态环境逐步改善,农田生态系统正向良性方向发展。该区今后应因地制宜发展农业生产,加强农田基本建设,实施农业综合开发,促进农田生态系统稳定持续发展。      

不同石漠化等级条件下土壤性状变化规律研究——以贵州喀斯特中心普定站为例

以贵州喀斯特中心普定站土壤检测数据为基础,通过分析不同石漠化等级条件下土壤质量特征,探讨土壤质量变化与石漠化等级间的关系,揭示不同石漠化程度下土壤理化性质的变化规律。结果表明:（1）毛管孔隙及自然含水量随石漠化程度的加重而降低;（2）土壤饱和导水率随着土壤侵蚀程度的增加而增加;（3）土壤容重随着石漠化程度加剧而增大;（4）石漠化程度与土壤养分状况关系紧密,石漠化程度越高,土壤有机质、氮、磷、钾等养分含量越低。      

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。     

岩溶区土壤有机碳和团聚体的关系研究——以重庆市中梁山岩溶槽谷为例

研究了重庆市中梁山岩溶槽谷不同土地利用方式对土壤有机碳和团聚体稳定性的影响,在此基础上引入通径分析方法探讨有机碳与各粒径团聚体之问的关系.研究表明,土地利用方式对土壤有机碳、团聚体稳定性指数和团聚体保存几率影响明显:坡耕地有机碳含量仅为17.544(g/kg),分别比灌丛、橘林地、草地和菜地低61.14%、71.66%、74.43%和100.83%;团聚体稳定性指数依次为草地(2.394)>灌丛(2.383)>橘林地(2.085)>坡耕地(1.953)>菜地(0.865);团聚体稳定性与有机碳含量的相关性与土地利用方式有关,在灌丛和草地中明显正相关,在橘林地和菜地中呈负相关,而在坡耕地中相关性不明显;大粒径团聚体保存几率是决定有机碳含量的主要园子,5～10mm和3～5mm粒级的土壤团聚体对有机碳累积与稳定的决定系数分别为0.61和0.50.     

成都经济区不同地貌景观区土壤有机碳分布特征及储量估算

利用四川省成都经济区多目标区域地球化学调查获得的土壤有机碳含量数据,探讨了成都经济区不同地貌景观区土壤有机碳的分布特征。山区表层土壤有机碳含量（SOC）最高（22 g/kg左右）,较平原区、丘陵区高一倍以上,丘陵区最低（9.49 g/kg）。成都平原区和东部丘陵区深层土壤碳含量相差不大,且均低于研究区深层土壤碳含量均值（6.99 g/kg）。利用指数模型对单位土壤平均碳量（USCATOC）、有机碳储量（USCATOC,h）、有机碳丰度指数（R）进行了估算。结果表明：各地貌单元土壤碳含量、单位土壤平均碳量、有机碳储量、有机碳丰度指数（R）分布具有山区高于平原区、丘陵区最低的一致性特征。龙门山区、西南山区面积约占全区的42%,土壤有机碳储量约占全区的59%;成都平原区、丘陵区面积占58%,土壤有机碳储量约占全区的41%。单位土壤平均碳量、有机碳储量在不同地貌单元中分布的差异主要与不同地貌单元的土壤有机碳含量有关,此外还可能与成土母质、植被发育情况、土地利用方式有关。     

吉林省通榆县土壤有机碳储量及时空分布研究

利用土地利用类型法,在解译通榆县1989年、2000年和2004年TM遥感影像获得土地利用数据的基础上,结合第二次土壤普查数据与1998年、2006年和2007年的实地采样测试数据,估算了3个年份土壤有机碳储量,并分析了其时空分布.人类活动导致了耕地、草地的退化以及盐碱地、沙地面积的增加,成为土壤有机碳储量变化的主要驱动因素.研究结果表明,3个年份 0～100cm的土壤有机碳储量分别为 4931.91±86.90×104t,4708.51±86.86×104t和 4874.33±88.73×104t,15年间减少了约57.58×104t; 0～20cm的有机碳储量分别为 1390.36±9.16×104t,1342.32±12.54×104t和 1378.97±13.26×104,约减少了11.39×104t.研究区土壤有机碳储量在1989年到2000年间显著减少,在2000年到2004年间有所增加.有机碳密度较高的区域集中在西北部的湿地附近,较低的地区分布在中西部.有机碳密度较高区域的面积呈整体减少趋势,有机碳密度较低区域的面积则呈增加趋势.     

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。     

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。      

Stable carbon isotopic composition of soil organic matter in the karst areas of Southwest China

This study dealt with the distribution characteristics of soil organic carbon （SOC） and the variation of stable carbon isotopic composition （δ^13C values） with depth in six soil profiles, including two soil types and three vegetation forms in the karst areas of Southwest China. The δ^13C values of plant-dominant species, leaf litter and soils were measured using the sealed-tube high-temperature combustion method. Soil organic carbon contents of the limestone soil profiles are all above 11.4 g/kg, with the highest value of 71.1 g/kg in the surface soil. However, the contents vary between 2.9 g/kg and 46.0 g/kg in three yellow soil profiles. The difference between the maximum and minimum δ^13C values of soil organic matter （SOM） changes from 2.2‰ to 2.9‰ for the three yellow soil profiles. But it changes from 0.8‰ to 1.6‰ for the limestone soil profiles. The contrast research indicated that there existed significant difference in vertical pattems of organic carbon and δ^13C values of SOM between yellow soil and limestone soil. This difference may reflect site-specific factors, such as soil type, vegetation form, soil pH value, and clay content, etc., which control the contents of different organic components comprising SOM and soil carbon turnover rates in the profiles. The vertical variation patterns of stable carbon isotope in SOM have a distinct regional character in the karst areas.     

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。      

喀斯特石漠化地区土壤地下漏失的机理研究——以贵州普定县陈旗小流域为例

土壤的地下漏失是喀斯特石漠化地区一种特殊的水土流失方式。本文以喀斯特石漠化严重地区——贵州普定县陈旗小流域为例,阐明了土壤地下漏失的过程及其机理。研究结果表明喀斯特地区特殊的地质环境为土壤的地下漏失创造了有利的空间条件;地表降水的大量渗漏为土壤的地下漏失提供了侵蚀的水动力条件;风干的土壤团聚体遇水易崩解,离散出的细粒物质可沿土间孔隙和岩溶裂隙向地下空间迁移;岩溶洞隙内填积的粘土在流水的浸润软化下呈可塑、软塑甚至流塑状,可向其下的溶洞、地下河蠕滑搬运,最终导致地表土壤漏失。      

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%。     

基于综合法的岩溶山区生态系统脆弱性评价——以贵州省普定县为例

基于主成分分析法,以贵州省普定县区域内的13个行政村落为例,对影响该区生态系统脆弱度的9个变量进行分析,并利用欧式距离公式确定系统的脆弱性.结果表明,耕地面积是影响生态系统脆弱度的最主要因素,占的权重值为0.189,其次是石山地区的平均坡度;在研究区域中有7个村落达到强度脆弱或极强度脆弱,其中偏坡村的潜在脆弱性和胁迫脆弱性为最大;作为一个整体评价单元,研究区的生态系统脆弱度为0.653,属于强度脆弱区.为此,今后应该积极采取相应的治理措施,尤其是注意从控制耕地开发利用规模上来恢复生态环境.     

喀斯特山区不同石漠化等级下土壤养分贮量与价值评估——以乌箐、偏岩等岩溶小流域为例

为探讨石漠化等级对土壤养分贮量与经济价值的影响,以贵州省金沙县喀斯特山区无石漠化农耕地(Ⅰ)为对照,在研究潜在(Ⅱ)、轻度(Ⅲ)、中度(Ⅳ)、重度(Ⅴ)石漠化土壤养分含量变化的基础上,采用土壤养分库贮量计算方法和价值替代法计算评估了不同石漠化等级下土壤养分贮量及其潜在价值。结果表明:(1)0~40cm土层有机质、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾含量分别为32.31~104.12g/kg、1.35~2.87g/kg、76.90~124.00mg/kg、0.49~1.12g/kg、1.03~10.71mg/kg,12.25~26.22g/kg、114.35~245.35mg/kg;(2)土壤养分总贮量和有机质、全氮、全磷、全钾贮量依次为3.79~61.41t/hm2和2.55~48.56t/hm2、0.13~1.36t/hm2、0.04~0.52t/hm2、1.07~10.97t/hm2;(3)土壤养分总价值和有机质、全氮、全磷、全钾价值分别为0.86~9.80万元/hm2和0.08~1.55万元/hm2、0.29~3.08万元/hm2、0.04~0.53万元/hm2、0.45~4.64万元/hm2;(4)土壤养分贮量、价值均以Ⅰ最高,Ⅴ最低,随着石漠化程度加剧,土壤养分含量、贮量和价值均下降。