沙化问题是影响草原地区生产与牧民生活的重要环境问题.草原作为重要碳库和养分库,沙化过程可能会对其土壤碳、氮库产生重要影响.为探讨沙化过程对高寒草地土壤碳、氮储量的影响,采用空间序列代替时间演替的方法研究了藏北高原高寒草地沙化过程中驱动土壤碳、氮储量变化的因素.研究发现:(1)轻度、中度和重度沙化阶段土壤总碳、全氮储量无变化,而极重度沙化阶段碳氮流失严重(分别下降69％和55％,P＜0.05).(2)群落地上生物量随沙化程度加重逐渐降低,重度和极重度沙化草地根系生物量显著下降(分别下降47％和99％,P＜0.05).土壤容重、砾石含量随沙化程度加重呈逐渐增加趋势,而总碳、全氮含量和含水量逐渐下降,说明沙化过程导致土壤粗粒化和贫瘠化.(3)进一步分析发现,影响土壤总碳储量的因子中排前三位依次是土壤砾石含量、土壤含水量和植物地上生物量,影响土壤氮储量的因子依次是土壤砾石含量、含水量和土壤微生物丰度.综合这些研究结果,沙化过程植物群落生产力的改变对土壤碳、氮影响较小,主要受土壤砾石含量与含水量等因子驱动.沙化过程中土壤碳、氮储量存在转化阈值(重度到极重度沙化阶段),故潜在沙化高寒草地的早期防护有利于土壤碳汇的维持.

黄土高原不同小流域由于环境特点和植被恢复方式的不同,导致其生态效益存在地带性差异.为了研究不同环境和植被恢复方式下土壤理化性质的差异性及影响机制,选取黄土高原两个小流域不同植被恢复方式(油松人工林、侧柏人工林和自然恢复对照)作为研究对象,对比分析植被恢复方式和环境特点对土壤养分储量和水分状况,以及植被生长状态等生态恢复效益的影响和贡献.结果表明:(1)吉县自然恢复下全氮含量最高,均值为0.79g/kg;有机碳均值含量表现为定西油松最高,吉县对照次之,其均值分别是16.91g/kg,13.46g/kg;全磷含量和全钾含量最高的是吉县油松样地和定西的侧柏样地,其均值为2.40g/kg和23.43g/kg.(2)土壤速效氮、速效磷、速效钾的含量,吉县的油松样地、侧柏样地和自然对照样地分别高于定西2.89％,81.03％和7.49％.(3)基于主成分分析(PCA)和方差分解(VP)结果,在不同小流域影响土壤养分和水分含量的主要因素有所差异.其中吉县和定西小流域影响土壤养分的主要因素分别为土壤物理性质和植被属性,解释度分别为79.92％、55.3％;而土壤含水量主要受降水量和土壤-植被共同影响,其解释度分别为87.06％、43.53％.综上结果表明,多雨条件的吉县地区植被适合自然恢复,而相对干旱的定西地区植被则适合人工恢复.考虑黄土高原植被恢复的人工和自然恢复方式,结果证明不同小流域的降水量与土壤含水量等环境特点影响植被生长状态和植被恢复的生态效益,可为因地制宜的科学植被恢复策略提供数据和理论支持.

为明确砂田表层土壤养分对连作的响应规律,深入揭示砂田性能逐年退化机理,文章基于国内外已发表的16篇相关文献的586组有效数据,借助Meta-analysis方法进行整合定量研究,定量分析覆砂1-3年农田与其他连作年限砂田(4-6年、7-9年、10-12年、13-15年、16-20年)在表层土壤水分状况(SWC)、养分特性(有机质SOM、全氮TN、全磷TP、全钾TK、碱解氮AN、速效磷AP、速效钾AK、全盐TSS)和酸碱环境(pH)方面的差异效应,系统阐释砂田表层土壤养分特性逐年变异的发生路径及驱动因素,进而综合评估其肥力水平.结果表明:伴随种植年限的增加,砂田表层土壤水分储量和养分强度整体呈现下降态势(P＜0.05),4-20 年的土壤 SWC、SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK 含量分别较 1-3 年减少 39.06％、14.21％、14.96％、10.06％、8.20％、15.87％、37.01％、18.60％(P＜0.05).表层土壤 SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK 主要于 10-12 年开始大幅流失(P＜0.05),而4-6年土壤SOM、TP、TK、AK含量的相对变化则不显著(P＞0.05).砂田在耕作12年内具有显著压盐效果,12年以后的表层土壤TSS含量则开始呈现逐年增加的发展趋向(P＜0.05),其土壤pH整体增加1.29％(P＜0.05).连作年限是砂田表层土壤TN、TP和AK变异的关键因子;SWC则为土壤SOM、AP和TSS演化的主导要素.总体而言,砂田在连作10年左右即可出现明显的养分亏缺状态.因此,亟需提出科学合理的农田管理措施,以有效提升退化砂田的土壤肥力水平.

近年来,受气候变化和人为活动的影响,滇西北高原湿地土地利用方式发生了改变.然而,关于土地利用方式对滇西北高原湿地土壤碳、氮储量的影响及机制尚不明确.本研究选取纳帕海的湿地、草甸和耕地为对象,分析不同土地利用方式和不同土层深度土壤有机碳(TOC)、全氮(TN)含量和储量的变化特征,阐明不同土地利用方式土壤碳、氮储量与生物量和土壤理化性质之间的耦合关系,探讨纳帕海土地利用方式对土壤碳氮储量影响的机制及主控因子.结果表明:湿地土壤的含水率、TOC、TN含量、地上生物量和地下生物量均显著高于耕地和草甸(P＜0.05),容重则显著低于耕地和草甸(P＜0.05).0～100 cm 土层深度,湿地、耕地和草甸土壤碳、氮储量总体上均随土层深度的增加而减少,湿地土壤碳、氮储量均最高,草甸碳、氮储量均最低.土壤有机碳储量与TOC、碳氮比、地上生物量均呈显著正相关(P＜0.01);土壤全氮储量与含水率、TOC、TN、地上生物量均呈显著正相关(P＜0.01),与容重、碳氮比呈显著负相关(P＜0.05).土地利用方式、含水率、容重和TOC含量直接影响土壤碳储量,土壤深度、土地利用方式、碳氮比和TN含量直接影响土壤氮储量.综上,容重、含水率、碳氮比、地上生物量和地下生物量是影响纳帕海土壤碳、氮储量的主要因素,土壤碳和氮储量均表现为湿地＞耕地＞草甸,表明湿地排水疏干变为草甸或开垦为耕地,将导致纳帕海土壤碳和氮的损失.

选择闽江河口短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地为研究对象,基于野外氮负荷增强模拟实验,探讨了不同氮负荷水平下(NNT对照处理,0 g N m-2 a-1;LNT低氮处理,12.5 g N m-2 a-1;MNT中氮处理,25.0 g N m-2 a-1;HNT高氮处理,75.0 g N m-2 a-1)湿地植物-土壤系统的氮累积与分配特征.结果表明,不同氮负荷处理下湿地土壤(TN)、NH4+-N和NO-3-N含量均发生了明显改变.相较于NNT,LNT 和 MNT 的 TN、NH4+-N 和 NO-3-N 含量均明显增加,增幅分别为 9.44%、3.57%、11.99%(LNT)和6.71%、9.37%、46.50%(MNT).与之不同,HNT的TN含量相比NNT增幅不大,而其NH4+-N、NO-3-N含量均显著降低,降幅分别为9.26%和40.77%.不同氮负荷处理下土壤氮含量的垂直分布特征亦发生了明显变化.除HNT外,LNT和MNT的TN、NH4+-N和NO-3-N含量均以表层土壤最高.不同氮负荷处理下的TN和NH4+-N含量分布主要受SOM的影响,而NO-3-N含量分布主要受植物吸收和垂直淋失的影响.氮负荷增强条件下植物不同器官的TN含量整体表现为叶＞茎＞根.不同氮负荷处理下植物-土壤系统的氮储量整体以LNT和MNT较高,而HNT最低.研究发现,短叶茳芏在中低氮负荷条件下可能将更多的氮优先分配给根系,进而以拓展地下空间和提高地下生物量的方式来适应环境;而在高氮负荷条件下,其可能通过增强"自疏效应",并通过拓展地上空间的方式来适应环境.

为证实坡面微地形改造措施—等高反坡阶(CRT)对坡耕地的生态修复功能,揭示CRT对球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)含量及土壤碳氮储量贡献的影响与机制至关重要.通过分析原状(CK)和CRT处理下旱季和雨季坡耕地 0-5、5-15、15-30 cm土层中总GRSP(T-GRSP)、易提取GRSP(EE-GRSP)、土壤有机碳(SOC)与土壤全氮(TN)在CRT阶上和阶下及CK对应位置处的时空分布特征,探讨CRT措施下GRSP 对土壤碳氮储量的贡献,揭示相关机制.结果表明:(1)CRT坡耕地土壤T-GRSP、EE-GRSP、SOC和 TN 的含量较 CK 显著提高(P＜0.05),增幅分别为 16.6%—189%、7.28%—102%、1%—68.3%和7.29%—79.7%.且CRT对坡耕地 GRSP 含量的提升效果总体表现为雨季强于旱季、表层(0-5 cm)土壤高于深层(15-30 cm)、阶下优于阶上.(2)相比CK,CRT坡耕地旱季和雨季SOC储量分别提高 8.06%和 13.5%,TN储量提高 7.01%和 12.1%.T-GRSP对SOC和TN储量的贡献率较CK分别提高8.5%—141%和2.58%—133%,EE-GRSP对SOC和TN储量的贡献率较CK分别提高1.38%—82%和5.25%—87.2%.且CRT对坡耕地SOC和TN储量提升效果雨季优于旱季,对表层土壤T-GRSP对SOC和TN贡献率的提升效果表现为雨季强于旱季、阶下强于阶上.(3)CRT极大提高了坡耕地T-GRSP与土壤孔隙度、SOC和TN的正相关性.相比CK,相关系数(R2)分别由 0.17、0.26 和 0.29 增至 0.51、0.66 和 0.64.因此,CRT措施不仅降低了坡耕地SOC和TN的流失,还通过提高有机质含量改善土壤通气透水性,进而提高坡耕地GRSP的分泌与累积,同时提高GRSP对碳氮的贡献率,促进了土壤碳氮的固持与封存.

河口湿地具有显著的咸淡水交互特征和长期持续的固碳能力.本研究以黄河口咸淡水交互区芦苇湿地作为研究对象,在弱强度交互区、中等强度交互区、较高强度交互区和高强度交互区布设60个研究点位,分析咸淡水交互作用对土壤有机碳空间分异的影响.结果表明:黄河口咸淡水交互区芦苇湿地面积占比为17.8％,主要分布在弱强度交互区和中等强度交互区.咸淡水交互区芦苇湿地0～60cm 土层有机碳含量在1.09～3.65 g·kg-1,有机碳密度在1.85～5.84 kg·m-2,有机碳总储量为(17.32±3.64)x 104 t,有机碳含量与密度均随着咸淡水交互作用的增强而降低.咸淡水交互区分区间表层土壤有机碳含量差异显著,随着咸淡水交互强度的增大,表层土壤有机碳含量明显减低.有机碳密度与土壤有机碳、总氮、铵态氮及生物量呈显著正相关,而与盐离子、土壤容重、pH及电导率呈显著负相关.0～30 cm 土层有机碳储量占0～60 cm土层有机碳储量的50.9％～64.2％,0～60 cm 土层有机碳储量占0～400 cm 土层有机碳总储量的19.1％～37.7％.研究结果可为准确评估河口湿地碳储量、提升碳汇功能及湿地管理提供科学依据.

探究黄河三角洲高效生态经济区生态系统服务权衡与协同关系,对区域生态系统服务功能分区和高质量发展具有重要的现实意义.本研究利用InVEST模型、空间 自相关和权衡协同度(ESTD)模型,分析黄河三角洲高效生态经济区2000-2020年生境质量、碳储存、土壤保持、水源涵养和水质净化5种生态系统服务在乡镇尺度上的时空变化特征及其权衡协同关系.结果表明:2000-2020年,研究区生境质量、碳储量和氮、磷输出量整体递减,土壤保持量和水源涵养量波动递增;生境质量呈现北高南低的分布格局,碳储存、氮、磷输出、土壤保持和水源涵养大致呈北低南高的格局.研究期间,研究区5种生态系统服务间在时间截面和时段上均以协同关系为主,但仍存在差异,在时间截面上协同关系主要存在于碳储存与其他服务之间,在时段上协同关系主要存在于生境质量与其他服务之间.研究结果可为黄河三角洲高效生态经济区生态系统服务的提升及生态系统功能分区提供理论指导与实践借鉴,并为国土空间格局优化提供基础支撑.

团聚体作为土壤基本结构单元,其各粒级全氮(TN)含量对土壤TN储量的贡献各不相同,而草地恢复过程中地上植被会影响土壤团聚体组成与各粒级TN的分布,这必然会对团聚体稳定性和土壤氮素累积产生影响.因此,以恢复10a、20a、30a、40a和50a草地和对照农田(CK)为研究对象,探究草地恢复过程中土壤团聚体氮素累积规律.结果表明:1)50年恢复过程中草地群落经历了茵陈蒿(Artemisia capillaries)茵陈蒿+铁杆蒿(Artemisia stechmanniana)铁杆蒿+兴安胡枝子(Lespedeza davurica)→铁杆蒿+本氏针茅(Stipa bungeanaTrin)→铁杆蒿+白羊草(Bothriochloa ischaemum)的演替过程,且草地群落物种多样性指数随恢复年限的增加呈先升后降的趋势,地上植物、细根和凋落物的碳和氮含量呈先上升后下降趋势.2)草地恢复过程中土壤pH和容重呈下降趋势,而土壤含水量呈先降后增趋势,土壤有机碳含量在恢复过程中显著增加(P＜0.05),土壤TN含量随恢复年限呈先增后降的趋势,而TN储量呈逐年增加趋势,恢复10-50a草地与CK相比增加了 8.10％-118.92％.3)不同恢复年限草地群落土壤微团聚体(0.053-0.25 mm)占比最大,但随恢复年限增加呈下降趋势,而大团聚体(＞2 mm)和中团聚体(0.25-2 mm)占比以及平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)呈上升趋势.4)不同恢复年限草地群落中团聚体TN含量最高,且各粒级团聚体TN含量随恢复年限呈先下降后上升趋势;草地群落微团聚体TN储量最高,大、中团聚体TN储量随恢复年限增加呈上升趋势,微、粘粉粒团聚体(＜0.053 mm)TN储量随恢复年限增加出现波动;各粒级团聚体TN储量与地上植物、细根和凋落物生物量以及碳氮含量显著相关(P＜0.05).5)草地恢复过程中大团聚体对土壤TN储量的贡献率达70％,且大团聚体占比增加是大团聚体贡献率高的主要原因.总之,草地恢复有利于土壤稳定以及氮素累积.

为探明土壤有机碳沉积对热带森林恢复的响应过程与机理,选取西双版纳处于不同恢复阶段的热带森林类型(前期的白背桐群落、中期的崖豆藤群落、后期的高檐蒲桃群落)为研究对象,探讨土壤有机碳库各组分积累与分配(微生物量碳储量/总有机碳储量、易氧化有机碳储量/总有机碳储量、惰性有机碳储量/总有机碳储量)的时空变化规律,分析乔木与林下物种的丰富度和多样性、土壤温湿度、容重、pH及氮库(全氮、水解氮、铵氮、硝氮)对土壤有机碳库组分积累与分配的影响.结果表明:(1)热带森林恢复显著促进土壤碳库各组分的蓄积(P＜0.05),相较于恢复前期,恢复中后期土壤总有机碳、微生物量碳、易氧化有机碳、惰性有机碳储量增幅达9.25％—50.84％;恢复促进了土壤微生物量碳和易氧化有机碳的分配(8.98％—25.36％)(P＜0.05),但对惰性有机碳分配无显著影响;(2)不同恢复阶段热带森林土壤碳组分积累与分配的时空变化存在一定的差异.其中上述4种碳组分积累最大值均出现在6月、垂直变化均沿土层递减;土壤易氧化有机碳和微生物量碳分配最大值出现在6月、惰性有机碳分配则在12月最大,易氧化有机碳和微生物量碳分配沿土层递减、惰性有机碳分配无显著垂直变化;(3)土壤微生物量碳、易氧化有机碳、惰性有机碳的储量在土壤碳库储量的分配占比分别维持在2.40％—5.00％、18.22％—39.34％、18.50％—26.55％,土壤有机碳组分对总有机碳储量变化的解释率表现为:微生物量碳(83.71％)＞惰性有机碳(82.17％)＞易氧化有机碳(78.54％);(4)相较于恢复初期,恢复后期乔木与林下物种丰富度和Shannon多样性提升了 42.78％—490.82％,氮库(全氮、水解氮、铵氮、硝氮)含量仅提升了 12.73％-25.51％;(5)冗余分析表明,林下物种丰富度、温湿度、水解氮是影响土壤有机碳组分积累的主要驱动因子,而乔木香农多样性、湿度、容重则是影响土壤有机碳库组分分配的主控因子.因此,西双版纳热带森林恢复进程显著促进了土壤有机碳库组分积累与分配,影响程度取决于样地林下物种丰富度、乔木香农多样性、土壤温湿度、容重与水解氮的状况.