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    國(guó)內(nèi)或國(guó)外 期刊或論文

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    寧夏荒漠草原不同土地利用方式對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響

    所屬分類:農(nóng)業(yè)論文 閱讀次 時(shí)間:2021-01-21 09:58

    本文摘要:摘要:以寧夏荒漠草原不同土地利用方式(耕地、棄耕地、草地和檸條地)的土壤為研究對(duì)象,測(cè)定了不同土層土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量,分析了土壤活性有機(jī)碳占有機(jī)碳的比例,以期探尋不同土地利用方式對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響。結(jié)果表明:不同土地利用方式土壤

      摘要:以寧夏荒漠草原不同土地利用方式(耕地、棄耕地、草地和檸條地)的土壤為研究對(duì)象,測(cè)定了不同土層土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量,分析了土壤活性有機(jī)碳占有機(jī)碳的比例,以期探尋不同土地利用方式對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響。結(jié)果表明:不同土地利用方式土壤總有機(jī)碳含量范圍在1.78~6.17g·kg-1,具體表現(xiàn)為棄耕地>檸條地>草地>耕地。表層(0~5cm)土壤有機(jī)碳含量顯著高于深層(10~60cm),說(shuō)明荒漠草原土壤有機(jī)碳主要富集在表層;4種土地利用方式土壤易氧化有機(jī)碳含量為0.57~1.38mg·g-1,變化趨勢(shì)具體表現(xiàn)為檸條地>草地>耕地>棄耕地,且檸條地在每個(gè)土層都高于其它3種土地利用方式;土壤可溶性有機(jī)碳含量范圍為6.8~11.1mg·kg-1,變化趨勢(shì)表現(xiàn)為草地>耕地>檸條地>棄耕地。土壤易氧化有機(jī)碳含量占有機(jī)碳的比例范圍為13.7%~43.1%,大小排序?yàn)闄帡l地>耕地>草地>棄耕地;土壤可溶性有機(jī)碳含量占有機(jī)碳的比例范圍為0.11%~0.48%,比例大小為耕地>草地>檸條地>棄耕地,耕地和草地中土壤可溶性有機(jī)碳含量占有機(jī)碳比例隨著土壤深度的增加而減小,這與有機(jī)碳在耕地和草地中變化趨勢(shì)一致。土地利用變化可以顯著影響土壤活性有機(jī)碳的含量與分布,能夠敏感的反映土壤碳庫(kù)的變化,可以作為評(píng)價(jià)寧夏荒漠草原土壤質(zhì)量和肥力的指標(biāo)之一。

      關(guān)鍵詞:土地利用方式;土壤有機(jī)碳;易氧化有機(jī)碳;可溶性有機(jī)碳

    草原

      土壤有機(jī)碳(SOC)是土壤的重要組成部分,不是土壤質(zhì)量的重要基礎(chǔ),而且在全球碳循環(huán)中也起著至關(guān)重要的作用[1]。土地利用或管理方式的變化不僅直接改變有機(jī)碳的含量和分布,還通過(guò)影響有機(jī)碳形成及轉(zhuǎn)化的因子而間接改變有機(jī)碳的含量與分布。然而,土壤有機(jī)碳含量是土壤 中有機(jī)物質(zhì)礦化分解與合成的平衡結(jié)果,且由于土壤具有高背景值與固有的分異性因素,短期的土地利用變化所引起的土壤碳微小變化很難察覺(jué),因此很難反映土壤短期質(zhì)量變化[2]。

      研究發(fā)現(xiàn),土壤有機(jī)碳中的一些組分循環(huán)周期較短、抗干擾能力較弱且相對(duì)不穩(wěn)定,同時(shí)與土壤養(yǎng)分供給及作物生長(zhǎng)緊密相關(guān),能夠敏感地反映外部環(huán)境變化對(duì)它的影響,這部分組分被稱為活性有機(jī)碳[3]。通?捎靡籽趸袡C(jī)碳(EOC)、溶解性有機(jī)碳(DOC)等來(lái)表征[4],它雖然僅占總有機(jī)碳含量的一小部分,卻是生態(tài)系統(tǒng)中最重要的能量來(lái)源之一,能指示土壤有機(jī)質(zhì)的早期變化,且會(huì)在經(jīng)營(yíng)管理或其它土壤擾動(dòng)之后產(chǎn)生較大波動(dòng),可以在不同程度上反映土壤有機(jī)碳的有效性和土壤質(zhì)量[5]。

      土壤論文范例:簡(jiǎn)析土壤污染現(xiàn)狀與土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)進(jìn)展及發(fā)展

      近年來(lái),國(guó)內(nèi)針對(duì)土地利用變化對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響開(kāi)展了大量的研究工作,并取得了較為豐碩的研究成果,但這些研究大多集中在山地[6-7]、農(nóng)地[8-10]和流域[11-12],對(duì)于草原特別是荒漠草原不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳的分布特征和影響因素研究相對(duì)較少。SAGGAR等[13]研究耕作對(duì)土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),草地變?yōu)楦睾,土壤的有機(jī)碳含量減少了60%,微生物有機(jī)碳降低了83%。研究?jī)?nèi)蒙農(nóng)牧交錯(cuò)帶土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響發(fā)現(xiàn),退耕還灌/還草后,土壤有機(jī)碳含量較耕地均有顯著提高[14]。

      房飛等[15]研究不同土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳及其組分的影響發(fā)現(xiàn),在不同土地利用方式下,土壤有機(jī)碳含量隨著深度的增加而逐漸降低。邱璇等[16]、蒲寧寧[17]和楊合龍等[18]均發(fā)現(xiàn)放牧降低了活性有機(jī)碳占有機(jī)碳的比例,活性有機(jī)碳含量顯著低于圍封區(qū)。由于退耕還林/還草進(jìn)而禁止放牧政策的實(shí)施,近年來(lái)土地利用變化有了新的表現(xiàn)(耕地-棄耕地-草地-檸條地),草地圍欄封育建設(shè)也取得一定成效,退化草地/檸條地在排除外界人畜干擾后將進(jìn)行自我恢復(fù)[19]。無(wú)疑這些活動(dòng)對(duì)土壤活性有機(jī)碳都將產(chǎn)生一定影響,但目前還不清楚。因此該試驗(yàn)以4種不同土地利用方式下的土壤活性有機(jī)碳為研究對(duì)象,測(cè)定不同土壤層次的活性有機(jī)碳及土壤因子的含量,以期為科學(xué)的利用和保護(hù)草原資源,持續(xù)發(fā)展草原經(jīng)濟(jì)奠定理論和實(shí)際基礎(chǔ),同時(shí)為草原碳庫(kù)的經(jīng)營(yíng)和管理提供參考依據(jù)。

      1材料與方法

      1.1試驗(yàn)區(qū)概況

      試驗(yàn)區(qū)位于寧夏省鹽池縣皖記溝村(東經(jīng)107°22′~107°33′,北緯37°47′~37°57′),地貌為鄂爾多斯緩坡起伏高原,地勢(shì)南高北低,土壤主要類型為灰鈣土、風(fēng)沙土和基巖風(fēng)化殘積土等。土壤質(zhì)地以沙壤、粉沙壤和沙土為主。該地區(qū)屬于中溫帶半干旱區(qū),典型中溫帶大陸性氣候。年平均氣溫8.2℃,年平均降水量289mm,降水的年際和年內(nèi)變化劇烈,7—9月降水量占全年的60%以上,潛在年蒸發(fā)量2014mm。年無(wú)霜期為165d。

      1.2試驗(yàn)方法

      2017年10月在寧夏省鹽池縣皖記溝村選擇棄耕地、耕地、草地和檸條地4種土地利用方式。各個(gè)土地利用方式分別選取3個(gè)樣地,在每個(gè)樣地內(nèi)按照三點(diǎn)取樣法選定1m×1m樣方3個(gè),采樣時(shí)先除去地面凋落物,采集0~5、5~10、10~20、20~40cm和40~60cm土層土壤,分層均勻混合,四分法取樣,于室內(nèi)自然風(fēng)干,過(guò)2mm篩備用。

      1.3項(xiàng)目測(cè)定

      采用凱氏定氮法測(cè)定全氮含量;采用鉬銻抗比色法測(cè)定全磷含量;采用0.5mol·L-1NaH-CO3法測(cè)定速效磷含量;采用火焰光度法測(cè)定速效鉀含量;采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量[20];采用電位法測(cè)定土壤pH;采用伏安法測(cè)定電導(dǎo)率值[21];用K2CrO7氧化法測(cè)定土壤有機(jī)碳;采用333nmol·L-1KMnO4氧化比色法測(cè)定易氧化有機(jī)碳[22];土壤水溶性有機(jī)碳采用水土比為4∶1,蒸餾水浸提,在25℃下恒溫震蕩3min,用0.45μm濾膜抽濾,濾液直接在TOC-1020A分析儀上測(cè)定[23]。

      1.4數(shù)據(jù)分析

      采用SPSS21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,運(yùn)用單因素方差(One-wayANOVA)對(duì)不同土地利用方式下各土層土壤有機(jī)碳及組分含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,處理之間的顯著性差異分析均設(shè)P=0.05水平,且平均值比較采用最小顯著差異法(leastsignificantdifferernce,LSD);使用Excel2016軟件完成數(shù)據(jù)整理及制圖。

      2結(jié)果與分析

      2.1不同土地利用方式土壤總有機(jī)碳含量

      不同土地利用方式土壤總有機(jī)碳含量范圍為1.78~6.17g·kg-1,不同土地利用方式下土壤總有機(jī)碳平均含量總體表現(xiàn)為棄耕地>檸條地>草地>耕地。在0~5cm和10~20cm土層內(nèi),棄耕地、檸條地、草地和耕地土壤總有機(jī)碳含量依次減少且相互之間沒(méi)有顯著性差異(P>0.05)。

      在5~10cm土層內(nèi),土壤總有機(jī)碳含量大小表現(xiàn)為棄耕地>草地>檸條地>耕地,其中棄耕地、草地和檸條地分別比耕地高103.0%、96.6%和85.9%,差異性顯著(P<0.05)。在20~40cm土層內(nèi),棄耕地有機(jī)碳含量高于草地47.1%、耕地80.3%,差異顯著(P<0.05)。在40~60cm土層內(nèi),土壤有機(jī)碳含量大小表現(xiàn)為棄耕地>檸條地>草地>耕地,除棄耕地與檸條地,檸條地與草地,草地與耕地之間未表現(xiàn)出顯著性差異(P>0.05),其余兩兩之間差異顯著(P<0.05)。

      不同土地利用方式的表層(0~5cm土層)土壤總有機(jī)碳含量顯著高于深層(10~60cm)(P<0.05),說(shuō)明土壤有機(jī)碳主要富集在表層。在棄耕地中,0~5cm土層的總有機(jī)碳含量高于10~20cm土層59.23%、20~40cm土層50.21%和40~60cm土層45.53%,差異顯著(P<0.05)。

      在耕地中,0~5cm土層的總有機(jī)碳含量高于5~10cm土層112.92%、10~20cm土層66.62%、20~40cm土層116.10%和40~60cm土層183.49%,差異顯著(P<0.05)。10~20cm土層總有機(jī)碳含量高于20~40cm土層29.70%和40~60cm土層65.84%,差異顯著(P<0.05)。在草地中,土壤總有機(jī)碳含量表現(xiàn)出垂直分布特征,即隨著土壤深度的增加總有機(jī)碳含量降低。在檸條地中,0~5cm土層總有機(jī)碳含量高于10~20cm土層79.78%、20~40cm土層46.77%和40~60cm土層74.11%,差異顯著(P<0.05)。

      2.2不同土地利用方式土壤易氧化有機(jī)碳含量

      寧夏省荒漠草原不同土地利用方式下土壤易氧化有機(jī)碳含量范圍為0.57~1.38mg·g-1,其平均含量大小具體表現(xiàn)為檸條地>草地>耕地>棄耕地,其中檸條地的每個(gè)土層內(nèi)易氧化有機(jī)碳含量都高于其它3種土地利用方式。其中在5~10cm土層內(nèi),檸條地與草地、耕地之間差異不顯著(P>0.05),其余兩兩之間差異顯著(P<0.05)。在40~60cm土層內(nèi),耕地和棄耕地之間差異不顯著(P<0.05),其余不同土地利用方式兩兩之間差異顯著(P<0.05)。

      在0~5cm和10~20cm土層內(nèi),不同土地利用方式下土壤易氧化有機(jī)碳含量大小順序?yàn)闄帡l地>耕地>棄耕地>草地。在0~5cm土層,檸條地的易氧化有機(jī)碳含量分別比耕地、棄耕地和草地高29.8%、38.6%和53.9%,差異顯著(P<0.05)。10~20cm土層內(nèi),檸條地的土壤易氧化有機(jī)碳含量高于草地42.37%,差異顯著(P<0.05)。在20~40cm土層內(nèi),不同土地利用方式土壤易氧化有機(jī)碳含量大小為檸條地>草地>棄耕地>耕地,耕地含量最低(0.57mg·g-1),耕地和棄耕地之間差異不顯著(P<0.05),其余不同土地利用方式兩兩之間差異顯著(P<0.05)。

      3討論

      3.1不同土地利用方式對(duì)土壤總有機(jī)碳的影響

      土壤有機(jī)碳含量及動(dòng)態(tài)平衡直接影響著土壤肥力和生產(chǎn)力以及土壤質(zhì)量重要的評(píng)價(jià)指標(biāo),而且顯著影響全球碳循環(huán)和全球氣候變化[24]。土壤有機(jī)碳含量是土壤、植被覆蓋、母質(zhì)、氣候和人類活動(dòng)等因素綜合作用下有機(jī)碳輸入與輸出之間動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果[25]。土地利用方式的不同不僅導(dǎo)致進(jìn)入土壤植物殘?bào)w的數(shù)量和性質(zhì)發(fā)生差異,而且會(huì)引起植被覆蓋類型、耕作方式等管理措施的差異,從而引起土壤性質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)作用過(guò)程的變化,因此必將影響和改變土壤有機(jī)碳的含量。

      4種土地利用方式中棄耕地的土壤有機(jī)碳含量最高,這與陳高起等[26]和房飛等[15]的研究結(jié)果相悖,而與李鑒霖等[30]對(duì)于縉云山區(qū)棄耕地土壤研究中有機(jī)碳含量最高結(jié)果一致。由于該研究中的棄耕地閑置比較短,ROBLES等[27]對(duì)懷俄明州的耕地進(jìn)行研究后,發(fā)現(xiàn)休6年后土壤有機(jī)碳含量并沒(méi)有顯著增加,說(shuō)明土壤有機(jī)碳含量的恢復(fù)需要較長(zhǎng)的時(shí)間。

      因此就排除了有機(jī)碳恢復(fù)使得棄耕地土壤有機(jī)碳含量升高的可能性,那么原因可能是棄耕地之前使用了有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合肥料[28],人為增加了土壤中有機(jī)碳的含量,又加上寧夏省全區(qū)退耕還林還草,禁止放牧的政策頒布,使得棄耕地的土壤有機(jī)碳得到保留,因此棄耕地在0~60cm土層下土壤有機(jī)碳含量最高。檸條地和草地土壤有機(jī)碳含量較高,原因可能是草地和檸條地受人類活動(dòng)影響較少,地表植被凋落物可通過(guò)分解補(bǔ)充土壤碳庫(kù),根系是下層土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)的重要驅(qū)動(dòng)力,是將光合產(chǎn)物直接輸入到地下的唯一途徑[29],而且灌木和草本植物根系的轉(zhuǎn)化也是土壤碳的主要來(lái)源[30]。

      5~10cm土層草地的有機(jī)碳含量高于檸條地,這可能是草本植物的根系特別是細(xì)根分布較淺,根系的腐解轉(zhuǎn)化快,而灌木地表的根系較為粗大難以分解[31]。耕地的土壤有機(jī)碳含量最低,這是由于耕作活動(dòng),土壤團(tuán)聚體遭到了破壞,增加了土壤的通透性,土壤有機(jī)碳失去了保護(hù),加劇了土壤有機(jī)碳的礦化。又因農(nóng)作物的收獲,使得植物中的碳不能還田,這些都不利于土壤有機(jī)碳含量的積累。該研究還發(fā)現(xiàn)0~5cm土層內(nèi)的有機(jī)碳含量顯著高于其它3層,這說(shuō)明了土壤有機(jī)碳主要富集在表層,這與大多數(shù)的研究結(jié)果一致[7,19,30]。

      3.2不同土地利用方式對(duì)活性有機(jī)碳的影響

      土壤活性有機(jī)碳受環(huán)境條件影響強(qiáng)烈,是對(duì)土地利用變化較為敏感的部分,與土壤內(nèi)在生產(chǎn)力高度相關(guān)。通?捎盟苄杂袡C(jī)碳和易氧化有機(jī)碳等來(lái)表征。土地利用變化對(duì)活性土壤有機(jī)碳的影響趨勢(shì)與對(duì)有機(jī)碳的影響并不一致,可能與影響這些組分的因素復(fù)雜有關(guān)[16]。土地利用變化主要通過(guò)影響土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定[37]、土壤有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量[38]和土壤微生物的功能多樣性[39]而影響土壤有機(jī)碳的分解。如何解釋土地利用方式對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響機(jī)制并 不十分清楚,還需要更深入的研究,但是依舊看出土壤易氧化有機(jī)碳和土壤水溶性有機(jī)碳都是評(píng)價(jià)土地利用和管理方式變化引起土壤有機(jī)碳變化的有效指標(biāo)[35],可以在早期預(yù)測(cè)土壤有機(jī)碳的變化趨勢(shì)[40-41],在一定程度上反映土壤有機(jī)碳的有效性和土壤質(zhì)量。

      參考文獻(xiàn)

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      作者:李學(xué)斌1,2,李月飛1,2,陳林1,2,蘇瑩1,2,祝忠有1,2

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