侵蝕及土地利用管理方式改變對土壤有機碳的影響

土壤有機碳庫是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)最重要的碳庫,隨著近年來土地整治規(guī)模的不斷增加,土地整治工程對土壤有機碳也產(chǎn)生了較大的影響。本文探討了2種主要土地整治工程對農(nóng)田土壤有機碳的影響,以期引起土地科技工作者對于土地整治工程固碳意義的重視,為改善區(qū)域環(huán)境提供借鑒。

土壤有機碳庫是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)最重要的碳庫,隨著近年來土地整治規(guī)模的不斷增加,土地整治工程對土壤有機碳也產(chǎn)生了較大的影響.本文探討了2種主要土地整治工程對農(nóng)田土壤有機碳的影響,以期引起土地科技工作者對于土地整治工程固碳意義的重視,為改善區(qū)域環(huán)境提供借鑒.

利用武漢市主城區(qū)1996年、2000年、2005年和2010年的tm遙感影像數(shù)據(jù)以及土壤樣品的實測數(shù)據(jù),分析了武漢市主城區(qū)1996年～2010年的土地利用/覆被變化（lucc）及其對土壤有機碳儲量的影響.結果表明：武漢市主城區(qū)的lucc表現(xiàn)為水域、耕地、林地、草地和未利用地減少,城鄉(xiāng)居民用地增加;有機碳密度為林地＞草地＞耕地＞城鄉(xiāng)居民綠化用地＞水域＞未利用地;武漢市主城區(qū)土壤有機碳總儲量先遞減后上升,各時期都是耕地和水域的有機碳儲量最高,且城鄉(xiāng)居民綠化用地的土壤有機碳儲量年年增加,而水域的有機碳儲量年年減少;土壤有機碳儲量增加的來源主要是水域轉(zhuǎn)化為耕地和城鄉(xiāng)居民綠化用地,減少的來源主要是耕地轉(zhuǎn)化為城鄉(xiāng)居民綠化用地和水域.

土地利用變化對土壤侵蝕和水質(zhì)的影響

本文以福建省山區(qū)為例,在對福建省水土保持實驗站、建甌市?？育埶帘３衷囼炚鹃L期觀測、實驗資料深入分析對比的基礎之上,探討了土地利用/土地覆被變化對土壤侵蝕的影響規(guī)律。分析結果表明,土地利用/土地覆被變化對徑流的產(chǎn)生和土壤侵蝕有重要影響,植被的覆蓋度的變化直接影響著徑流系數(shù)和土壤侵蝕模數(shù);植被的覆蓋度和徑流系數(shù)呈負線性關系,隨著覆蓋度的增加徑流系數(shù)逐漸減小;植被覆蓋度和土壤侵蝕模數(shù)為負指數(shù)關系,隨著植被覆蓋度的增大,土壤侵蝕模數(shù)急劇下降。

黃河三角洲是我國成土最快的河口三角洲之一,探索其土地利用過程中不同土地利用方式對土壤物理性質(zhì)的影響,對該區(qū)土壤肥力保持和土地資源的持續(xù)利用具有重要意義。選擇黃河三角洲棉田、麥田、葦?shù)?、堿蓬地和裸地等5種不同的土地利用方式,通過野外調(diào)查與室內(nèi)分析,研究不同土地利用方式下土壤主要物理特性的變異特征及影響因素。結果顯示,與裸地土壤相比,有植被土地利用方式土壤容重降低,土壤孔隙度、團聚體水穩(wěn)性、飽和含水量與毛管含水量也有相應的提高;土壤有機碳和速效氮、有效磷含量均有顯著增加,土壤總鹽分含量呈顯著降低趨勢。在所研究土壤中,土壤物理性質(zhì)依麥田-棉田-葦?shù)?堿蓬地-裸地的次序從最佳向最差過渡。逐步回歸分析和相關分析表明土壤容重、團聚體平均重量直徑和毛管孔隙度是土壤毛管含水量的主要影響因子,團聚體水穩(wěn)性主要由大于0.25mm水穩(wěn)性團聚體含量和毛管孔隙度決定,土壤總鹽分含量影響土壤飽和導水率;大于0.25mm水穩(wěn)性團聚體含量分別與土壤有機碳含量(r=0.8323)、速效氮含量(r=0.7558)和有效磷含量(r=0.9049)具有正相關關系。因此,黃河三角洲地區(qū)土地利用應以增加有機質(zhì)的投入,提高土壤水穩(wěn)性團聚體形成為基礎,促進土壤良好結構形成。這些結果為該區(qū)土壤肥力提高和土壤資源可持續(xù)利用提供參考依據(jù)。

選取桂西北喀斯特石灰?guī)r和砂頁巖典型土地利用方式的土壤為研究對象,揭示土地利用方式和巖性對土壤肥力的影響.選取土壤的11項肥力指標進行因子分析,并對各樣地的因子得分進行pca排序和聚類分析.因子分析將11項指標歸納為土壤的綜合肥力、土壤ph和全磷、有效磷和全鉀4個因子.pca排序和聚類分析結果表明:土壤的綜合肥力主要受土地利用方式的影響,撂荒有利于土壤綜合肥力的提高;土壤ph和全磷主要受母巖性質(zhì)的影響,沙頁巖發(fā)育的紅壤ph和全磷含量都低于石灰土;有效磷和全鉀主要受施肥的影響.與全國總體水平相比,桂西北喀斯特石灰?guī)r和砂頁巖土壤均很缺乏有效磷和全鉀.石灰土可通過施用銨態(tài)氮肥提高磷的有效性,紅壤可通過施用石灰提高有效磷含量.另外,喀斯特石灰?guī)r和紅壤區(qū)都需注重施用鉀肥以改善土壤肥力.

西南岔河為湯旺河一級支流,隨著人類活動對下墊面的影響,河道內(nèi)的懸移質(zhì)泥沙含量逐年增多。本文應用swat(soilandwaterassessmenttool)分布式水文模型構建了流域水沙模型,研究分析了西南岔河流域1995—2015年土地利用空間變化對土壤侵蝕的影響,模擬分析了綠化對減輕水土流失的作用,為當?shù)厮帘３诌x擇灌木品種和種植規(guī)模提供依據(jù)。

利用usle方程和徑流場對大姚縣水土保持生態(tài)修復區(qū)土壤侵蝕進行監(jiān)測,旨在探討采取退耕還林、封禁、坡改梯等修復措施后,土地利用變化對修復區(qū)土壤侵蝕的影響。研究結果表明:高強度土壤侵蝕主要發(fā)生在坡耕地特別是陡坡耕地,而林地和梯地少有發(fā)生;經(jīng)過退耕還林增加林地面積和坡改梯后,土壤侵蝕現(xiàn)象得到緩解,流失面積減少2867.35hm2。

為更好地理解礦區(qū)土壤退化機理,選擇焦作采煤沉陷區(qū)4種代表性土壤景觀即有裂縫耕地、無裂縫耕地、有裂縫林地、無裂縫林地,評價土地利用與裂縫對沉陷土壤養(yǎng)分的影響.沉陷區(qū)耕地與林地2種利用方式中土壤有機碳(soc)、全氮(tn)、全磷(tp)含量差異不顯著(p＞0.05),但裂縫有無對這3個養(yǎng)分參數(shù)影響顯著(p＜0.05);土地利用方式(耕地、林地)與裂縫因素(裂縫有無)之間的交互作用對soc含量影響顯著(p＜0.05).沉陷區(qū)soc,tn,tp含量均表現(xiàn)為:無裂縫的林地與耕地＞有裂縫的林地與耕地(p＜0.05).與對照區(qū)相比,4種景觀的soc含量均顯著下降(p＜0.05),tn,tp僅在有裂縫的耕地與林地顯著降低(p＜0.05).研究結果表明,裂縫加劇了沉陷區(qū)耕地與林地的土壤c,n,p庫損失,尤其是c庫損失.在有裂縫情況下,沉陷耕地-林地轉(zhuǎn)變降低土壤c庫損失,但在無裂縫情況下,該轉(zhuǎn)變加劇土壤c庫損失.

為更好地理解礦區(qū)土壤退化機理,選擇焦作采煤沉陷區(qū)4種代表性土壤景觀即有裂縫耕地、無裂縫耕地、有裂縫林地、無裂縫林地,評價土地利用與裂縫對沉陷土壤養(yǎng)分的影響.沉陷區(qū)耕地與林地2種利用方式中土壤有機碳（s0c）、全氮（tn）、全磷（tp）含量差異不顯著〉0.05）,但裂縫有無對這3個養(yǎng)分參數(shù)影響顯著〈0.05）;土地利用方式（耕地、林地）與裂縫因素（裂縫有無）之間的交互作用對s0c含量影響顯著（p〈0.05）.沉陷區(qū)s0c,tn,tp含量均表現(xiàn)為：無裂縫的林地與耕地〉有裂縫的林地與耕地〈0.05）.與對照區(qū)相比,4種景觀的s0c含量均顯著下降〈0.05）,tn,tp僅在有裂縫的耕地與林地顯著降低〈0.05）.研究結果表明,裂縫加劇了沉陷區(qū)耕地與林地的土壤c,n,p庫損失,尤其是c庫損失.在有裂縫情況下,沉陷耕地-林地轉(zhuǎn)變降低土壤c庫損失,但在無裂縫情況下,該轉(zhuǎn)變加劇土壤c庫損失.

土壤是人類生存和發(fā)展的必要物質(zhì)基礎,土地利用方式的改變直接影響土壤性質(zhì)。從土壤理化性質(zhì)和微生物特性兩個方面,綜述了土地利用變化對土壤性質(zhì)的影響,旨在為土地有效利用及可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

采用gis空間分析與傳統(tǒng)統(tǒng)計分析相結合的方法,通過在arcgis8.1的grid模塊中,對瀾滄江流域南段土地的柵格(grid)圖進行地圖代數(shù)運算,形成具有復合數(shù)據(jù)的新grid數(shù)據(jù)表;對新生成grid屬性表的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算,獲得研究時段內(nèi)不同空間范圍的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣數(shù)據(jù)及各類用地上的土壤侵蝕數(shù)據(jù);通過土壤侵蝕綜合指數(shù)(index)的計算,反映了不同區(qū)域、不同土地利用類型上的土壤侵蝕程度及其變化.研究結果表明,耕地、其它林地、低覆蓋度草地上土壤受侵蝕的可能性較其它用地類型大;耕地、中覆蓋度草地、水域的土壤侵蝕強度較其它用地類型大;土地利用變化對土壤侵蝕變化的影響在瀾滄江中游和下游區(qū)域表現(xiàn)較為明顯,而在上游區(qū)域不明顯;上游區(qū)域土壤侵蝕的主導因素不是土地利用及其變化,而是地形、氣候等其它因素.

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分,其較小幅度的變化即影響到陸地植被的養(yǎng)分供應,同時可能影響到碳向大氣的排放而加劇全球氣候變化。本文概述了國內(nèi)外土壤碳庫和碳吸存的研究概況,并對土地利用和覆被變化對土壤碳庫和碳循環(huán)影響的最新研究進展進行了詳盡的闡述,旨在對科學地利用和保護有限的土壤資源,減緩土壤中溫室氣體排放、增加土壤碳截存,提高土壤質(zhì)量,對退化土地的生態(tài)恢復及環(huán)境治理和保護提供理論參考。

為了探明土地利用方式對土壤微生物性質(zhì)的影響,研究了湘中丘陵區(qū)6種土地利用方式(石櫟+青岡常綠闊葉次生林、杉木人工林、毛竹林、苗圃、農(nóng)用旱地、水田)土壤微生物指標(微生物生物量碳cmic、氮nmic含量、微生物熵、微生物生物量碳氮比、土壤基礎呼吸強度、土壤微生物代謝熵)。結果表明,土地利用方式明顯影響了土壤cmic、nmic含量,6種土地利用方式各土層cmic、nmic含量的變化趨勢基本一致,與青岡+石櫟常綠闊葉林相比,毛竹林、水田土壤cmic、nmic含量顯著提高,而杉木人工林、苗圃、農(nóng)用旱地卻顯著下降;6種土地利用方式各土層微生物熵的變化不一致,毛竹林、苗圃、農(nóng)用旱地、水田土壤微生物熵普遍高于青岡+石櫟常綠闊葉林,而杉木人工林最低;水田土壤cmic/nmic最高(9.35以上),青岡+石櫟常綠闊葉林最低;青岡+石櫟常綠闊葉林土壤基礎呼吸強度、代謝熵最高,水田土壤基礎呼吸強度較高,代謝熵最低,表明湘中丘陵區(qū)土壤微生物生物量主要受土壤有機碳源的制約,青岡+石櫟常綠闊葉林土壤具有較多活性微生物種群,有機碳利用率較低,有利于土壤有機碳的積累,水田有機碳利用率較高。

通過對比晉西黃土區(qū)蔡家川流域人工刺槐林地、人工油松林地、退耕荒草地和農(nóng)地土壤有機碳和總氮含量的差異性,探討了土地利用變化對該流域土壤碳氮儲量的影響。結果表明：（1）4種土地利用類型下,土壤有機碳和總氮均表現(xiàn)出表聚效應,且荒草地垂向降幅最大,各樣地土壤有機碳和總氮均呈極顯著線性正相關;（2）油松林地0—48cm土層有機碳含量高于其他樣地,刺槐林地0—48cm土層總氮含量顯著高于其他樣地,而4種土地利用類型在48—96cm土層和96—160cm土層中有機碳和總氮含量差異不顯著;（3）從蔡家川流域退耕土壤固碳和固氮效應整體而言,退耕林地具有顯著的土壤碳氮固存效應,隨著人工林地面積占比的增加,流域土壤總有機碳和總氮儲量相應增加。

通過對比晉西黃土區(qū)蔡家川流域人工刺槐林地、人工油松林地、退耕荒草地和農(nóng)地土壤有機碳和總氮含量的差異性,探討了土地利用變化對該流域土壤碳氮儲量的影響。結果表明：（1）4種土地利用類型下,土壤有機碳和總氮均表現(xiàn)出表聚效應,且荒草地垂向降幅最大,各樣地土壤有機碳和總氮均呈極顯著線性正相關;（2）油松林地0—48cm土層有機碳含量高于其他樣地,刺槐林地0—48cm土層總氮含量顯著高于其他樣地,而4種土地利用類型在48—96cm土層和96—160cm土層中有機碳和總氮含量差異不顯著;（3）從蔡家川流域退耕土壤固碳和固氮效應整體而言,退耕林地具有顯著的土壤碳氮固存效應,隨著人工林地面積占比的增加,流域土壤總有機碳和總氮儲量相應增加。

選取湘東丘陵區(qū)花崗巖紅壤4種典型土地利用方式(天然林以及由此轉(zhuǎn)變而來的杉木人工林、板栗園和坡耕地),挖掘土壤剖面深至1m,研究土壤顆粒有機碳(poc)及其組分(粗顆粒有機碳:cpoc和細顆粒有機碳:fpoc)的儲量,分析poc及其組分與土壤有機碳(soc)的關系。結果表明,4種土地利用方式土壤poc儲量介于5.46~7.17t·hm~(-2),以淺層表土最高。天然林改為其他土地利用方式后,poc儲量僅僅在0~40cm表土層顯著降低。土壤cpoc和fpoc儲量分別介于0.23~1.39t·hm-2和0.24~1.57t·hm~(-2)。天然林轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌梅绞胶?cpoc儲量未有顯著變化,但天然林改為板栗園和坡耕地后,fpoc儲量大幅降低(29%~38%)。表土fpoc敏感地反映soc儲量的變化,可用作土地利用過程中土壤c庫緩慢變化的\"指示器\"。poc占soc的比例(poc/soc)介于6%~8%,天然林和杉木人工林poc/soc在40cm以下底土中迅速降低,但板栗園和坡耕地土壤剖面上的poc/soc差別不大。天然林和杉木人工林土壤poc中以fpoc為主,而板栗園和坡耕地皆以cpoc為主。本研究表明,有必要區(qū)別看待poc及其組分對土地利用變化響應的敏感度。

以福州市南臺島為例,研究了不同土地利用/覆被變化對土壤全碳、全氮含量的影響。結果表明:1)不同土地利用方式下土壤全碳(totalcarbon,tc)、全氮(totalnitrogen,tn)含量均存在顯著差異(p0.05)。總體而言,城市化地區(qū)的土壤具有較大的變異性,存在明顯的人為干擾痕跡。

依據(jù)史料和已有研究,恢復了洛川塬土地利用的演變過程及其對土壤侵蝕的影響。研究表明,清至民國時期是一個由土地墾殖的初步恢復到土地墾殖力度的增強、墾殖范圍的擴大,再至戰(zhàn)亂、自然災害后期的重建以及民國時期土地墾殖發(fā)展的過程。地貌的復雜性、降水的不穩(wěn)定性,對土地開墾造成客觀限制;政策制度的推行對土地開墾起到主導作用;而人口因素是土地開墾的根本動力。土地開墾面積隨不同時期的人口變化而呈現(xiàn)顯著差異,即土地開墾面積和人口數(shù)量之間成正相關關系。洛川塬環(huán)境伴隨著人口增長、土地利用強度增強而逐步惡化。這種惡化是地理環(huán)境系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力減弱,繼而引發(fā)土壤侵蝕加劇,并呈現(xiàn)為人為加速侵蝕和自然侵蝕交相混合的共同作用。

土地利用/土地覆被變化及其環(huán)境效應研究成為當前土地變化科學研究的熱點領域。我國西南喀斯特山區(qū)山高坡陡,地形破碎,土壤侵蝕嚴重,不合理的土地利用方式是造成喀斯特山區(qū)土壤侵蝕的主要人文因素。本文采用\"3s\"技術和rusle模型,分析了近30年來貴州省貓?zhí)恿饔蛲恋乩?覆被變化的時空特征,模擬了不同土地利用空間格局下的土壤侵蝕狀況,探討了土地利用變化對土壤侵蝕的影響。結果表明:近30年來流域內(nèi)土地利用/覆被發(fā)生了顯著變化,1973年~1990年,水田、灌木林、其他林地、灌草地均在減少,旱地、有林地、水域、建設用地、裸巖地均在增加;1990年~2002年,水田、有林地、灌木林、灌草地、水域、城鎮(zhèn)農(nóng)村居民點建設用地均明顯增加,旱地和裸巖地均大幅度減少。流域土壤侵蝕模數(shù)由1973年的30.88t/(hm2.年)上升到1990年的35.08t/(hm2.年),2002年下降到28.16t/(hm2.年)。旱地和灌草地是流域發(fā)生土壤侵蝕的主要土地利用類型。封山育林、植樹造林和退耕還林,減少陡坡旱地,是流域進行水土流失治理的有效措施。

為掌握黃土高原刺槐造林后對土壤有機碳儲量的影響,本文以黃土高原刺槐人工林為研究對象,分別對其10a,26a和35a林地土壤有機碳儲量進行了調(diào)查分析。結果表明,黃土高原刺槐造林顯著改變了有機碳在土層的垂直分布,主要表現(xiàn)為有機碳的表聚現(xiàn)象以及其在10~30cm土層范圍內(nèi)的顯著減少;造林26a內(nèi)土壤有機碳密度均小于對照荒地,且都會隨著林齡的增大而減小,但在35a時顯著大于荒地,說明黃土高原刺槐林在造林后期會對土壤有機碳儲量的增長貢獻顯著。