水力侵蚀过程中土壤有机碳循环研究进展

水力侵蚀(水蚀)是土壤侵蚀研究的焦点和热点领域,研究水蚀作用下侵蚀与沉积过程中土壤有机碳的动态变化对于评估土壤碳的“源/汇”效应具有重要意义。笔者总结了水蚀过程中土壤碳循环的研究现状,从侵蚀过程中土壤有机碳流失的定量研究、有机碳迁移与再分配以及有机碳矿化的影响等3个方面明确了土壤水蚀过程中土壤有机碳动态,并对国内外土壤水蚀过程中的有机碳主要研究成果进行了对比分析。建议未来研究中先对水蚀过程中有机碳的破坏、搬运和沉积等全过程进行精准解析和量化,在此基础上揭示其物理、化学及生物等共同作用下碳矿化特征的响应机制,全面探究水蚀过程中土壤碳收支的动态,量化土壤侵蚀对全球土壤碳循环的贡献率。     

侵蚀背景下湘中红壤丘陵区土地利用方式对土壤活性有机碳分布特征的影响研究

以红壤丘陵区典型区域为对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法,研究了侵蚀背景下红壤丘陵区不同土地利用方式对土壤活性有机碳的影响规律.结果表明,1)土地利用方式影响土壤活性有机碳主要体现在表层土壤.不同土地利用方式下表层土壤活性有机碳含量差异显著,而在表层以下的土壤中没有显著性差异;2)土地利用方式对不同侵蚀部位活性有机碳影响较大.不同土地利用方式下侵蚀部位土壤活性有机碳含量差异性明显高于沉积部位;3)不同土地利用方式之间活性有机碳的垂向分布规律基本一致,表现为表层活性有机碳含量最高,随着土层深度的增加,含量逐渐减小.     

长汀县红壤侵蚀区土壤生态化学计量学特征

土壤碳氮磷生态化学计量比可以很好地体现土壤肥力特征和微生物生命活动特征.福建省长汀县朱溪小流域是我国南方红壤侵蚀区的典型代表,通过对朱溪小流域土壤碳、氮和磷养分的数据分析,发现朱溪小流域侵蚀区的土壤有机质质量分数变化范围为0.29~67.38g/kg,平均值(±标准偏差)为(22.40±17.28)g/kg,低于全国平均水平.不同样地之间有机质质量分数差异较大;氮的变化范围为0.04~1.30g/kg,平均值(±标准偏差)为(0.42±0.34)g/kg;磷的变化范围为0.04~0.80g/kg,平均值(±标准偏差)为(0.24±0.23)g/kg.计算土壤生态化学计量比,发现侵蚀区土壤C/N、C/P和N/P的变化范围分别为3.31~91.80、1.65~248.23和0.31~6.06;平均值(±标准偏差)分别为(34.94±13.17)、(69.60±52.06)和(2.02±1.30).     

东北黑土区乌裕尔河流域侵蚀沟变化过程及影响因素

【目的】分析黑土区侵蚀沟数量、面积和侵蚀程度的变化特点,确定侵蚀沟变化过程的影响因素及其对侵蚀沟变化的影响程度。【方法】依据1965年美国CORONA卫星、2005年法国SPOT5卫星及2012年中国卫星所拍摄的3期乌裕尔河流域遥感影像,提取侵蚀沟信息的变化数据。结合地质地貌、土壤因素、气候特点、土地利用覆盖信息和人为活动状况,分析侵蚀沟的变化过程及主要影响因素。【结果】与1965相比,2012年乌裕尔河流域的侵蚀沟数量增加4.03倍,侵蚀沟长度增加2.67倍,侵蚀沟面积增加6.62倍,平均侵蚀沟裂度增加6.61倍。1965—2005年,侵蚀沟裂度平均每年增加77.45 m~2/km~2;2005—2012年,侵蚀沟裂度平均每年增加143.51 m~2/km~2。2005—2012年侵蚀沟裂度增加的速率是1965—2005年的1.85倍。影响乌裕尔河流域侵蚀沟发展过程的主要因素为降水、地形、土壤、土地利用类型和人类活动。其中,侵蚀沟裂度的变化受降水侵蚀力和距居民点距离的影响最大。降水侵蚀力大于120 MJ·mm/(hm~2·h)后,侵蚀沟裂度显著变大;研究区轻度风险侵蚀沟和中度风险侵蚀沟占83%,强烈风险侵蚀沟占16%,极强烈及剧烈风险侵蚀沟占1%。【结论】在黑土区经营过程中,应注意土地资源的保护,按侵蚀沟险度进行科学治理,实现土地资源的可持续利用。     

环境因子对沙坡头人工植被区碳通量的影响

基于腾格里沙漠东南缘沙坡头人工植被区涡度相关通量观测数据,对人工植被区碳通量及环境因子进行分析.研究表明:碳通量的月均日变化和季节变化趋势明显.该生态系统在生长季(4-10月)各月均为碳汇,6月份碳吸收最多,日吸收量最大值也出现在6月份.由于遭遇严重干旱、持续高温、强辐射和大饱和水汽压差,使叶片的气孔阻力较大,抑制了植物的光合作用,盛夏7月净生态系统CO_2交换量较相邻月份小.采用通径分析方法解析了光量子通量密度、净辐射、饱和水汽压差、空气温度、空气相对湿度、5 cm土壤温度、5 cm土壤含水量和风速等环境因子与碳通量的关联性,结果发现白天碳通量的影响因子以光量子通量密度和饱和水汽压差为主,光量子通量密度是影响净生态系统CO_2交换量的最主要因子,饱和水汽压差次之.光量子通量密度与碳通量呈直角双曲线的关系,净生态系统CO_2交换量随光量子通量密度的增加而减小,但当饱和水汽压差大于1.5 kPa时,这种减小关系的程度有所减弱.不同月份的光响应模型参数光饱和时的最大光合速率、表观初始光能利用率和白天生态系统暗呼吸速率不同,三者的最大值都出现在6月份.夜间生态系统呼吸的主导因子为空气温度,次要因子为5cm土壤含水量.当土壤干旱(土壤含水量小于3.5%)时空气温度超过21.25℃后会降低夜间生态系统呼吸速率.     

长江口滨海湿地有机碳循环过程及影响因素研究进展

滨海湿地是“蓝碳生态系统”的重要组成部分。综述了长江口滨海湿地土壤有机碳时空分布及含量、碳汇速率、有机碳横向输入输出通量及量化方法、有机碳循环定量分析模型以及有机碳储量和组分对不同影响因素所做出的动态响应规律,发现在土壤有机碳水平空间分布上,崇西湿地＞崇明东滩＞九段沙＞南汇潮滩;有机碳通量和浓度变化主要受到植物生物量和结构、水和土壤的理化性质、陆源输入和潮汐动力、间隙水交换以及人类活动和全球气候变化的影响。未来应加强长江口湿地土壤碳库和有机碳输运通量统一观测,准确量化各主要因素对有机碳的贡献,这对研究盐沼湿地的碳循环机理和碳汇评估具有重要意义。     

热带香蕉园地土壤呼吸变化特征及其与环境因子的关系

香蕉园是海南重要的农田生态系统类型。为了探明香蕉园地土壤呼吸的变化特征及其与环境因子之间的关系,2016年11月—2017年10月运用LI-8100A土壤呼吸测量系统对海南澄迈香蕉园地行间与株间的土壤呼吸进行系统监测分析。结果表明:香蕉园地行间、株间土壤CO_2通量日变化均呈现出昼高夜低的特点,但株间土壤CO_2通量日最大值出现时间较行间要晚1.5 h左右,株间土壤CO_2通量高于行间,二者之间存在显著差异(p 0.05);香蕉园地月尺度行间与株间的土壤CO_2通量均存在显著差异(p 0.05),行间各月土壤CO_2通量均值为1.17～2.19μmol·(m~2·s)~(-1),而株间为2.02～5.96μmol·(m~2·s)~(-1);日尺度香蕉园地行间土壤CO_2通量与土壤温度、大气温度、土壤体积含水量存在极显著正相关关系(p 0.01),株间土壤CO_2通量与土壤温度、大气温度存在极显著正相关关系(p 0.01),与土壤体积含水量相关性不显著(p 0.05);月尺度土壤温度对行间土壤CO_2通量变化有显著影响(p 0.05),香蕉植株生长对株间土壤CO_2通量变化影响显著(p 0.01),而其他因子的影响均未达到显著水平。研究结果丰富了热带农田土壤CO_2通量研究资料,为热带农田土壤碳源–汇的准确评估提供了数据支持。     

铜绿微囊藻生长过程中CO_2通量及其影响因素分析

采用静态箱-气相色谱法对铜绿微囊藻生长过程中水-气界面CO2通量进行18 d连续观测,同时监测表层水体相关指标。实验结果表明:铜绿微囊藻生长过程中表层水体经历了"碳源"到"碳汇",CO2通量值在4天后出现大幅变化且由正转负,水体表现为较强的固碳能力,其最大值出现在第7天,吸收通量为-8.89 mg/(m2·min),实验期间CO2通量均值为-4.1 mg/(m2·min)。利用偏最小二乘回归分析法对各监测数据进行回归分析:CO2通量主要影响因素有比增值速率、氨氮与p H。CO2通量与p H呈负相关关系,CO2通量与氨氮呈现正相关关系,铜绿微囊藻在低氨氮浓度下能够更好地生长。铜绿微囊藻的增值作用是控制CO2通量的关键因素。     

不同空间尺度下植被覆盖对土壤有机碳流失的影响研究进展

土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分.土壤有机碳的流失不仅造成了土地生产力的降低,而且在一定程度上也加剧了全球变暖的趋势.土壤中有机碳的流失在水土流失及其治理研究中受到越来越多的关注.植被覆盖作为影响水土流失的重要因子,在土壤有机碳的流失中起着至关重要的作用.文章从斑块、坡面、小流域等3个空间尺度分析和总结了植被覆盖对土壤有机碳流失的影响方式及程度.植被的斑块特征(覆盖度、类型、根系分布等)可以抑制径流冲刷以减轻降雨对土壤颗粒的侵蚀作用,因控制有机碳赖以附着的物理载体而有效防止了土壤中有机碳的流失;坡度、坡位、坡向等坡面特征通过影响植被的生长与分布格局,进而影响土壤中有机碳的流失;小流域尺度下植被对土壤有机碳流失的影响表现为景观格局对土壤有机碳分布和流域水文过程的控制特征.在对前人研究成果全面梳理的基础上,作者提出了不同尺度植被覆盖下土壤中有机碳流失研究存在的问题,并对本研究方向未来的发展趋势进行了初步分析.     

基于~(137)Cs示踪和WaTEM/SEDEM模型的黑土区小流域侵蚀产沙模拟

以位于东北典型黑土区的黑龙江省拜泉县双阳河中上游24个水库控制流域为研究对象,将137Cs核素示踪得到的土壤侵蚀强度数据用于WaTEM/SEDEM模型参数的校正,并利用24个水库流域的产沙数据进行验证。齐心水库流域25个不同土地利用土样点的土壤侵蚀强度表明,耕地侵蚀强度大,平均侵蚀强度为24.5t/(hm2·a),灌木林和草地侵蚀强度居中,平均侵蚀强度分别为5.6和9.5t/(hm2·a);林地侵蚀强度最小,平均侵蚀强度为1.1t/(hm2·a)。WaTEM/SEDEM模型校正得到了泥沙输移能力系数(Ktc)最低值和最高值的最佳组合为4m和8m,此时模型效率系数cNS达到最大值0.62。对24个水库流域模拟得到的年产沙量和产沙模数与实际产沙相关系数均达0.70以上。此核素示踪技术和模型模拟的有效结合,可为水沙资料稀缺的黑土区或类似地区的土壤侵蚀研究及水土保持合理实施提供理论指导。     

官厅水库底泥中碳的分布及累积特征

水库的拦蓄作用显著改变了天然河流的输运过程,库区底部成为重要的碳积蓄场所.本文通过野外调查和实验测量,研究了官厅水库4个典型区域(近岸区、河口区、浅水区和深水区)底泥柱状样中碳的组成、分布特征以及累积现状.结果表明,不同区域底泥碳含量的差别较大,从大到小依次为近岸区(3.04%)河口区(2.48%)浅水区(1.52%)深水区(1.49%),其中有机碳所占的比例分别为64%、52%、56%和55%.四个区域间无机碳含量的分布没有明显差别,而有机碳含量差异显著.河口区底泥沉积受上游河流淤积作用的影响,有机碳含量随深度变化波动,而其它区域有机碳含量都表现出随深度逐渐减小的特点.受不同区域泥沙淤积、植被类型以及水动力条件变化的影响,底泥的碳埋藏率差别很大,分别为河口区(1300g/(m2·a))、近岸区(156g/(m2·a))、浅水区(70g/(m2·a))和深水区(40g/(m2·a)).     

我国温带地区无机碳源对土壤二氧化碳释放的贡献及驱动因子

无机碳作为干旱区域土壤碳库的主要形式,约占土壤总碳库的33%。长期以来,在讨论土壤与大气碳交换时忽略了无机碳作为潜在CO₂来源的影响。本研究选取我国温带地区沿经向分布的13个样点,分层采集土壤样品,在室内统一标准下进行培养,并利用碳稳定同位素技术分离土壤碳排放中有机和无机来源的CO₂通量。结果显示,土壤碳排放中存在无机来源的CO₂通量,且无机碳源对土壤碳释放的贡献有明显的水平空间和沿剖面深度分布特征。总体而言,土壤无机CO₂通量占比为0.02%～12.94%,由东到西呈现增大趋势;无机碳贡献随土层深度增加显著增大（P<0.05）。随着培养温度的升高和土壤含水量的降低,无机碳源有更大的CO₂释放通量。主成分分析表明干旱度和土壤无机碳含量是无机碳源对土壤碳释放贡献最重要的两个驱动因子。本研究结果表明,在未来对土壤碳过程的研究中,应考虑土壤无机碳过程,这将有助于准确评估全球碳收支。     

黑土区农田防护林带对小流域土壤侵蚀和泥沙沉积的影响

采用137Cs和210Pbex双核素示踪方法,结合GIS技术,在典型黑土区面积为28.5hm2的小流域上,研究了林带对小流域土壤侵蚀和泥沙沉积的影响。结果发现:小流域内的林带能在一定程度上减少土壤流失,林带前、后特别是带前表现为泥沙沉积,而带后一定距离上,土壤侵蚀会加剧;坡面较缓和等高线与林带夹角较小的林带拦沙效益高;在小流域两条防护林带和沟口地埂的作用下,小流域呈现侵蚀-沉积-侵蚀-沉积的模式。近50年来,平均每年沉积在两条林带前后60m范围内的泥沙占小流域总泥沙沉积量的18.8%;在100年的时间尺度上,平均每年沉积在林带前后的泥沙占流域年泥沙总沉积量的7%左右。在50年和100年的时间尺度上,小流域的泥沙输移比分别为53%和78%。     

基于RUSLE的黄土洼小流域土壤侵蚀与水土保持研究

采用修订的通用水土流失方程(RUSLE)、调查还原法和淹没分析等方法,对天然淤地坝多年平均拦截泥沙量和天然淤地坝所在黄土洼小流域侵蚀空间分布进行研究。结果表明:2000—2011年坝淤地及上游丘陵沟壑区平均土壤侵蚀模数为8 116.14t/(km2·a);RUSLE模拟的淤地坝及上游丘陵沟壑侵蚀区土壤侵蚀模数为7 714.73t/(km2·a),通过与实测值对比,模拟精度为95%。模拟的黄土洼小流域强烈侵蚀、极强烈侵蚀和剧烈侵蚀区域占流域面积的53.18%,研究区土壤侵蚀严重;黄土洼天然坝地的泥沙主要来源于坡度大于15°的粱峁耕种区、沟间地和坝地边缘。黄土洼小流域进行人工水土保持措施后侵蚀模数降低26.15%;天然淤地坝将周围控制区域的泥沙全部拦截,对黄土洼小流域泥沙拦截贡献率高达77%,水土保持效益明显。黄土洼天然淤地坝在没有人为干扰的情况下,还可淤积泥沙体积约为2.303×106 m3。     

东北黑土区小流域侵蚀产沙影响因素分析

利用东北黑土区拜泉县17个水库控制流域作为分析样本,提取水库控制流域侵蚀产沙及相关影响因子,采用相关性分析、多元线性回归分析和主成分分析等方法,开展小流域产沙及其影响因素研究。研究得出:该研究区产沙模数变异大,与流域面积相关性不显著,而在0.01水平上与流域平均坡度、最大高程、高程差和降雨侵蚀力等呈显著正相关,与水土保持因子和聚集指数呈显著负相关;构建的多因素产沙模数回归方程中,水土保持措施因子和地形起伏度2个因素对悬移质产沙模数SSY的解释度达到68.0%。流域景观水平因子、流域形态因子、地形因子和土壤可蚀性因子对流域产沙的贡献率分别为25.1%、13.8%、7.1%和26.1%,这4个主成分对SSY的解释程度为72.2%。研究表明,在东北黑土区设法减小流域坡度、高差和土地的破碎化是控制土壤侵蚀的有效办法之一。     

四川省土壤侵蚀类型的探讨

四川省面积为57万平方多公里,丘陵、山地和高原占总面积的97.7%,坡耕地(10°以上)占全省耕地70%左右。由于森林破坏,陡坡开垦,年降雨量1000毫米左右,多阵雨造成严重水土流失,使土层变薄,肥力降低,在全国被列为强度侵蚀区。 一、四川省土壤侵蚀类划分原则、 (一)划分原则、 1.发生学原则:考虑土壤侵蚀营力(水、风、重力、温度等)形成不同的土壤侵蚀类型。 2.生产性原则:土壤侵蚀程度影响土地利用和改良方向。 (二)划分依据及分级单元、 根据以上原则将我省土壤侵蚀类型分成三级、 第一级、土壤侵蚀型:按土壤侵蚀发生成因及性质分为水蚀、重力侵蚀、风蚀、冻融侵蚀等。 第二级土壤侵蚀类:在土壤侵蚀型之下,按土壤侵蚀后地表形态及土壤存留面积划分、水蚀包括面蚀、滑坡、沟蚀,隐匿侵蚀、溶蚀:重力侵蚀包括崩塌、震蚀、泥石流;风蚀;冻融侵蚀包括冰蚀。 第三级土壤侵蚀亚类:在土壤侵蚀类之内,按侵蚀程度分为微蚀、轻蚀、中蚀和强度侵蚀。 二、四川省土壤侵蚀类型概述、 四川东部盆地区耕地土壤有紫色土、水稻土、潮土、黄壤、红壤等,以紫色土占的面积最大。紫色土由侏罗系、白垩系紫色砂岩、泥岩风化发育而成。紫色岩石松软、节理发育、机械风化快,以面蚀为主,沟蚀次之。水田由于水分下渗造成隐匿侵蚀。川西     

潢川金桂夏季光合特性分析

采用Li-6400XT便携式光合作用测定仪对潢川金桂成年树光合特性进行研究。结果表明:夏季潢川金桂净光合速率日变化呈明显的双峰型,最高峰出现在9:00,其净光合速率为10.05μmol/(m~2·s),次高峰出现13:00,其净光合速率为8.980μmol/(m~2·s),有明显的光合午休现象。根据光响应曲线可以得出潢川金桂的光饱和点(LSP)为1290μmol/(m~2·s),光补偿点(LCP)为74.21μmol/(m~2·s),表观光量子效率为0.0267,由CO_2响应曲线可以得出CO_2饱和点(CSP)为530μmol/mol,CO_2补偿点为61.24μmol/mol,羧化效率为0.0433。潢川金桂具有较高的CO_2补偿点和光饱和点说明潢川金桂是喜光的阳性植物。     

桂林红壤侵蚀区植被恢复过程的土壤理化性质变化

在广西桂林兴安县红壤侵蚀区人工设置4种植被恢复模式(阔叶树区、药材区、果树区和毛竹杉木区),研究不同人工植被恢复模式下林地土壤的理化性质与变化趋势,并与桂林灵川县境内自然植被演替过程的草丛阶段、灌丛阶段、针阔混交林阶段和常绿阔叶林阶段的土壤理化特性进行对比分析。结果表明,4种人工植被恢复模式下的土壤容重明显降低,含水量明显增加,与自然演替4个阶段的土壤容重和含水量变化一致。植被恢复过程中人工恢复模式和外套自然演替的土壤pH值均趋向增加,有机质含量和氮素含量均呈现增加趋势,但是土壤钾素含量与磷素含量都偏低,需要通过施肥加以缓解。在红壤侵蚀区通过人工手段进行植被恢复,能够改良土壤,提高土壤保肥培肥功能,对加速侵蚀区植被恢复有意义。     

天气状况对富营养化池塘水-气界面冬季二氧化碳通量的影响

为揭示富营养化浅水池塘冬季不同天气状况的昼夜性温室气体通量特征,利用静态浮箱法连续7d监测了宜昌市富营养化池塘冬季水-气界面昼夜性CO_2通量,7d内的天气状况各异,包括晴天、阴天和雨天,能较好的代表冬季池塘通量特征.观测点在7d内的平均CO_2通量为7.09mg·m~(-2)·h~(-1);单日CO_2通量最大为11.26mg·m~(-2)·h~(-1),最小为-3.20mg·m~(-2)·h~(-1).阴雨天CO_2的排放通量为9.76mg·m~(-2)·h~(-1),约是晴天的两倍,且全天CO_2均呈向大气排放状态.晴天时CO_2通量在冬季表现为极弱的排放,3d平均通量约为3.76mg·m~(-2)·h~(-1),白天水体表现为CO_2的汇.在观测期间内CO_2扩散通量昼夜性变化明显,晴天时扩散通量与水温、叶绿素、溶解氧、pH呈显著负相关,与气压呈正相关,水体中的藻类等浮游植物在晴天的光合作用强度大于呼吸作用,导致在白天(10:00~18:00)池塘表现为吸收大气中的CO_2.阴雨天气通量与气温、水温呈负相关,与溶解氧、叶绿素、风速、气压呈显著正相关.不同的天气状况下环境因子昼夜性变化,导致了气体通量的昼夜性变化特征.     

南宁市南湖湿地秋季水-气界面温室气体(CO_2/CH_4)通量及其影响因子

城市湿地是湿地生态系统碳循环的重要组成部分,研究城市湿地温室气体(CO_2/CH_4)排放特征及其影响因素对区域的碳平衡估算以及控制温室气体排放具有重要的意义。于2019年11月到2020年1月(秋季)利用密闭箱-气相色谱法对南湖湿地水气界面(CO_2/CH_4)通量进行了观测,结果表明,南湖秋季水-气界面CO_2平均通量为-184.73±400.14 mg CO_2/m~2·h,整体为大气CO_2的汇,南湖秋季水-气界面CH_4平均通量为0.96±2.2 mg CH_4/m~2·h,整体为大气CH_4的源。水体溶解性无机碳是影响南湖秋季水气界面CO_2通量最重要的影响因子,溶解性总磷是影响南湖秋季水气界面CH_4通量最重要的影响因子,南湖湿地秋季固定249.96t CO_2当量的含碳温室气体。