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黄土高原植被恢复中土壤有机碳稳定机制研究进展

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应用生态学报 2024年

作者：安韶山胡洋王宝荣西北农林科技大学水土保持研究所西北农林科技大学资源环境学院新疆农业大学资源与环境学院西北农林科技大学草业与草原学院

黄土高原土层深厚，蕴藏着大量的有机碳，近年来黄土高原开展的一系列生态恢复工程改变了土壤有机碳的稳定性。土壤有机碳稳定性决定了土壤固定和储存有机碳的能力，然而，目前尚未系统综述黄土高原植被恢复过程中土壤有机碳稳定性变化... 详细信息

黄土高原土层深厚，蕴藏着大量的有机碳，近年来黄土高原开展的一系列生态恢复工程改变了土壤有机碳的稳定性。土壤有机碳稳定性决定了土壤固定和储存有机碳的能力，然而，目前尚未系统综述黄土高原植被恢复过程中土壤有机碳稳定性变化特征及其相关机制。鉴于此，本文概括了黄土高原植被恢复过程中土壤有机碳稳定性的变化规律，梳理了土壤有机碳的稳定机制，主要包括矿物保护作用、物理保护作用和生物机制，并对黄土高原植被恢复过程中土壤有机碳稳定性研究未来的发展方向和研究重点进行了展望，以期为黄土高原植被恢复过程中土壤固碳、稳碳理论与技术提供科学支撑，为“双碳”目标的实现提供科学参考。

关键词：黄土高原植被恢复土壤有机碳稳定性矿物团聚体土壤生物

河湟谷地耕地土壤中有机氯农药残留特征及风险评价

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环境科学学报 2024年

作者：谢春娇黄懿梅王攀郭威安韶山西北农林科技大学资源与环境学院农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室西北农林科技大学水土保持研究所

为了明确青藏高原典型农区耕地土壤中持久性有机污染物—有机氯农药（OCPs）的残留特征、健康风险及影响因素，本文采用网格布点法，在青海省河湟谷地的典型农区，分别采集不同种植类型耕地0～20 cm和20～40 cm土层土壤样品125个和14个... 详细信息

为了明确青藏高原典型农区耕地土壤中持久性有机污染物—有机氯农药（OCPs）的残留特征、健康风险及影响因素，本文采用网格布点法，在青海省河湟谷地的典型农区，分别采集不同种植类型耕地0～20 cm和20～40 cm土层土壤样品125个和14个，通过气相色谱和克里金插值法探讨六六六（HCHs）和滴滴涕（DDTs）的含量、空间分布特征和人体健康风险，并结合种植类型、气象条件和土壤理化性质分析农药残留分布的影响因素.结果表明，研究区域60%的土壤样点检出了HCHs,77.6%的土壤样点检出了DDTs.ΣHCHs与ΣDDTs的含量范围（平均值）分别为0.19～20.61 ng·g-1(4.78 ng·g-1)和2.70～38.11 ng·g-1(7.76 ng·g-1)，二者在互助县和乐都区的土壤样点中残留量较高，在同仁县的土壤样点残留量较低；20～40 cm土层中HCHs和DDTs残留较0～20 cm土层分别低53%和16%.种植类型对土壤中ΣHCHs的残留有一定影响，油菜和土豆土壤中的残留量显著高于玉米土壤.土壤中HCHs和DDTs残留量与土壤有机质、全氮、全磷、风速、降水量和日照时数呈正相关，HCHs与含水率和气温呈负相关.HCHs和DDTs残留主要来源于工业HCHs和DDTs的使用.河湟谷地土壤检出的HCHs和DDTs含量均低于我国环境标准规定的限值，其致癌与非致癌风险值均小于阈值，对研究区人群基本不会造成健康风险.

关键词：河湟谷地种植类型六六六(HCHs) 滴滴涕(DDTs) 健康风险评价

宁南山区不同恢复年限柠条林地土壤微生物残体碳沿剖面分布特征

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应用生态学报 2024年第1期35卷 161-168页

作者：张羽涵李瑶周玥刘春晖安韶山西北农林科技大学水土保持科学与工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学资源与环境学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

微生物残体是土壤有机碳(SOC)重要且稳定的来源,已成为评价微生物对SOC转化和积累贡献的重要指标。目前尚不清楚柠条林恢复过程中深层土壤微生物残体的积累及其对SOC的贡献特征。本研究采用生物标志物方法,以宁南山区天然草地为对照,研... 详细信息

微生物残体是土壤有机碳(SOC)重要且稳定的来源,已成为评价微生物对SOC转化和积累贡献的重要指标。目前尚不清楚柠条林恢复过程中深层土壤微生物残体的积累及其对SOC的贡献特征。本研究采用生物标志物方法,以宁南山区天然草地为对照,研究了恢复16年、28年和38年的柠条林地沿0~100 cm剖面土壤细菌、真菌、微生物残体碳含量及其对有机碳的贡献特征。结果表明:1)沿0~100 cm土壤剖面,随着土层深度的增加,天然草地和柠条林地土壤中真菌残体碳(FNC)、细菌残体碳(BNC)和微生物残体碳(MNC)含量均显著降低;除恢复38年的柠条林土壤FNC/SOC、BNC/SOC和MNC/SOC显著降低外,其余样地FNC/SOC、MNC/SOC总体上呈现先增加后降低的趋势,BNC/SOC则逐渐降低。2)随着恢复年限增加,柠条林地土壤中FNC、BNC和MNC含量均显著降低;FNC/SOC和MNC/SOC总体上先增后减,BNC/SOC逐渐降低。3)MNC对SOC的平均贡献表现为恢复28年的柠条(35.0%)>恢复16年的柠条(33.5%)>天然草地(31.0%)>恢复38年的柠条(28.6%)。综上,与天然草地相比,当柠条林恢复年限为16年时,土壤微生物残体碳含量及其对SOC的贡献均较高,有利于SOC的固存。

关键词：植被恢复土壤剖面土壤有机碳微生物残体生物标志物

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土壤微生物碳泵概念体系2.0

应用生态学报 2024年第1期35卷 102-110页

作者：朱雪峰孔维栋黄懿梅肖可青罗煜安韶山梁超中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016 辽宁省现代保护性耕作与生态农业重点实验室沈阳110016 中国科学院青藏高原研究所北京100101 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 中国科学院生态环境研究中心北京100085 浙江大学环境与资源学院杭州310058 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

土壤微生物在陆地生态系统元素循环中扮演着关键角色,对土壤健康、粮食安全和全球气候变化发挥着重要的调节作用。土壤微生物同化代谢产物对土壤碳储存与有机质维持的贡献不容忽视。近年来,以微生物代谢和死亡残体生成过程为核心提出的... 详细信息

土壤微生物在陆地生态系统元素循环中扮演着关键角色,对土壤健康、粮食安全和全球气候变化发挥着重要的调节作用。土壤微生物同化代谢产物对土壤碳储存与有机质维持的贡献不容忽视。近年来,以微生物代谢和死亡残体生成过程为核心提出的土壤微生物碳泵概念体系得到了广泛关注,它主要描述了以土壤异养微生物代谢为驱动的土壤有机碳形成和稳定化过程,是目前陆地生态系统碳固存的重要机制体系与研究热点。本文对该体系的研究进展进行了梳理,并提出了引入自养微生物固碳通道与结合土壤矿物碳泵概念的土壤微生物碳泵概念体系2.0,以期丰富和完善现有的微生物介导的陆地生态系统土壤碳循环与固持机制,为实现我国“双碳”目标提供理论支撑。

关键词：土壤微生物碳泵微生物死亡残体自养微生物矿物碳泵碳循环

植物源和微生物源土壤有机碳转化与稳定研究进展

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应用生态学报 2024年第1期35卷 111-123页

作者：杨阳王宝荣窦艳星薛志婧孙慧王云强梁超安韶山西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室西安710061 陕西黄土高原地球关键带国家野外科学观测研究站西安710061 陕西师范大学地理科学与旅游学院西安710119 中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016

土壤有机碳库是陆地生态系统碳汇的重要组成部分,探明土壤有机碳的转化与稳定机制是深入理解陆地生态系统碳汇功能及应对气候变化的关键。近年提出的“土壤微生物碳泵”理论,即:植物残体是土壤有机碳的初始来源,微生物同化产物也是土壤... 详细信息

土壤有机碳库是陆地生态系统碳汇的重要组成部分,探明土壤有机碳的转化与稳定机制是深入理解陆地生态系统碳汇功能及应对气候变化的关键。近年提出的“土壤微生物碳泵”理论,即:植物残体是土壤有机碳的初始来源,微生物同化产物也是土壤稳定有机碳库的重要贡献者,对土壤有机碳的固存机制提出了新的见解。由于植物残体分解过程的复杂性、多变性以及参与分解过程的微生物种群的高异质性,植物残体和微生物残体向土壤有机碳的转化和稳定机理尚不十分明确。本文阐述了植物残体和微生物残体定量的表征方法以及它们在土壤中的稳定机制,探讨了植物和微生物源残体碳对土壤有机碳的贡献及其在土壤有机碳积累过程中的主要影响因素,最后对该研究领域未来的发展方向和研究重点进行展望,以期为陆地生态系统土壤固碳研究提供科学支撑。

关键词：土壤有机碳土壤微生物植物残体微生物残体微生物碳泵

黄土高原不同人工林型微生物残体碳对土壤有机碳组分的积累贡献及影响因素

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生态学报 2024年第13期 5494-5507页

作者：窦艳星王宝荣廖娇娇薛志婧侯琳安韶山张硕新西北农林科技大学林学院陕西秦岭森林生态系统国家野外科学观测研究站西北农林科技大学草业与草原学院西北农林科技大学资源与环境学院陕西师范大学地理科学与旅游学院西北农林科技大学水土保持科学与工程学院(水土保持研究所)

为探究不同人工林型微生物残体碳(Microbial necromass carbon, MNC)对土壤有机碳组分的积累贡献及影响因素，在黄土高原选取刺槐林、山杏林、油松林为研究对象，分析了三种人工林0—60 cm土层真菌残体碳(Fungal necromass carbon, FNC... 详细信息

为探究不同人工林型微生物残体碳(Microbial necromass carbon, MNC)对土壤有机碳组分的积累贡献及影响因素，在黄土高原选取刺槐林、山杏林、油松林为研究对象，分析了三种人工林0—60 cm土层真菌残体碳(Fungal necromass carbon, FNC)、细菌残体碳(Bacterial necromass carbon, BNC)、MNC对颗粒态有机碳(Particulate organic carbon, POC)和矿物结合态有机碳(Mineral—associated organic carbon, MAOC)的积累贡献及其影响因素。结果表明：(1)三种人工林POC、MAOC中FNC、BNC、MNC含量均随土层深度的增加而降低；(2)刺槐林和山杏林MNC对MAOC的积累贡献(60.9%,52.0%)高于POC(33.5%,49.5%),其中FNC对MAOC的积累贡献分别是BNC的4.4和2.5倍，油松林在0—10 cm土层MNC对POC的积累贡献(73.8%)高于MAOC(48.2%),其中FNC对POC的积累贡献是BNC的3.5倍，而在10—60 cm土层MNC对MAOC的积累贡献(30.9%)高于POC(24.4%),其中FNC对MAOC的积累贡献是BNC的3.4倍；(3)总有机碳和全氮含量与MNC/POC、MNC/MAOC呈显著正相关关系(P<0.05),黏粒含量与MNC/MAOC呈显著正相关关系(P<0.05),pH值、砂粒含量与MNC/MAOC呈显著负相关关系(P<0.05)。说明黄土高原三种人工林0—60 cm土层MNC主要贡献MAOC的积累，油松林0—10cm土层除外，且与细菌残体碳相比，真菌残体碳在土壤有机碳组分积累中的贡献更大，土壤总有机碳、全氮、黏粒、砂粒含量、pH值是影响该区不同人工林型微生物残体碳贡献土壤有机碳组分积累的主要因素。

关键词：微生物残体碳颗粒态有机碳矿物结合态有机碳人工林黄土高原

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黄土高原宁南山区土壤养分空间分布特征

水土保持研究 2024年第3期31卷 101-107页

作者：廖娇娇窦艳星刘良旭王宝荣安韶山西北农林科技大学资源与环境学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100 中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000 西北农林科技大学草业与草原学院陕西杨凌712100

[目的]土壤养分含量及其空间分布状况是陆地生态系统健康与可持续发展的重要评价因素,因此分析土壤养分及其空间特征对该区域的土壤养分管理以及土地可持续利用意义重大。[方法]在半干旱的宁南山区选取不同土地利用类型为研究对象,采用... 详细信息

[目的]土壤养分含量及其空间分布状况是陆地生态系统健康与可持续发展的重要评价因素,因此分析土壤养分及其空间特征对该区域的土壤养分管理以及土地可持续利用意义重大。[方法]在半干旱的宁南山区选取不同土地利用类型为研究对象,采用地统计学空间插值分析了土壤养分含量及其空间分布特征。[结果]黄土丘陵不同土地利用类型土壤全量养分均处于中等偏下的水平,表层0—20 cm土壤养分含量均高于20—40 cm土层,“表聚效应”明显。整体上,土壤养分含量基本表现为天然草地>柠条>山杏>裸地>梯田>退耕草地,其中天然草地显著高于其他植被类型(p<0.05)。从土壤养分的空间分布可知,土壤有机碳含量呈中部低、南北高的状态;土壤速效磷含量呈中部高,南北低的状态;土壤硝态氮和铵态氮含量变化趋势则是从南到北逐渐递增。[结论]人工种植柠条和山杏有利于改善该地区土壤综合质量水平;因此,退耕还林(草)的生态恢复措施能够持续、有效改善当地的土壤质量状况。

关键词：黄土丘陵土地利用土壤养分空间分布

青藏高原典型冰川小流域土壤微生物生物量及胞外酶活性分布特征

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生态学报 2024年第4期44卷 1700-1716页

作者：敖登贺琬婷冯程龙陈圆佳王宝荣李会军安韶山西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100 西北农林科技大学草业与草原学院杨凌712100 中国科学院大学北京100049 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

土壤微生物释放的胞外酶是决定碳(C)、氮(N)、磷(P)生物地球化学循环的关键因素,为了阐明青藏高原典型小流域土壤微生物生物量和胞外酶活性沿海拔和土层的分布特征并揭示影响该分布格局的主要养分限制状况,于2021年8月采集了青藏高原廓... 详细信息

土壤微生物释放的胞外酶是决定碳(C)、氮(N)、磷(P)生物地球化学循环的关键因素,为了阐明青藏高原典型小流域土壤微生物生物量和胞外酶活性沿海拔和土层的分布特征并揭示影响该分布格局的主要养分限制状况,于2021年8月采集了青藏高原廓琼岗日冰川小流域5个海拔梯度(4900 m;5000 m;5100 m;5200 m;5300 m)中4个土壤发生层(A层:腐殖质层、E层:淋溶层、B层:淀积层和C层:母质层)的土壤样品,定量分析了土壤基本理化性质、微生物生物量、胞外酶活性等指标。结果表明:1)微生物生物量碳氮磷的海拔差异变化规律不同,随着土层加深微生物生物量碳氮磷随海拔变化越小。同时,各海拔之间微生物生物量均有随土层加深而显著降低的趋势(P<0.05);2)四种酶活性的海拔间变化规律各异,但整体呈现随海拔升高而升高的趋势且在表层(A和E层)增长趋势更明显,而且随土层加深显著降低(P<0.05);3)该区域土壤微生物受到碳和磷共同限制,土层越深限制越高,而且海拔越高C限制越强,但P限制降低;4)青藏高原典型冰川小流域土壤微生物生物量和胞外酶活性在海拔和土层之间存在较明显的差异,可能是由于土壤养分含量的差别造成的。整体而言,青藏高原典型冰川小流域土壤养分含量影响土壤微生物生物量和胞外酶活性在海拔和土层之间的分布特征。为深入理解青藏高原冰川小流域土壤养分循环提供了数据基础和科学依据。

关键词：青藏高原微生物生物量胞外酶活性微生物碳利用效率养分限制土壤养分

黄土丘陵沟壑区典型小流域生态系统服务权衡与协同关系研究

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生态学报 2022年第20期42卷 8152-8168页

作者：杨阳窦艳星王云强安韶山中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室西安710061 中国科学院第四纪科学与全球变化卓越创新中心西安710061 陕西黄土商原地球关键带国家野外科学观测研究站西安710061 西北农林科技大学林学院杨凌712100 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

黄土高原植被恢复状况制约生态系统服务的提升,本研究依托中国科学院水利部水土保持研究所安塞国家科学野外观测站的基础土壤、植被、气象和水文等数据,在黄土丘陵沟壑区选取纸坊沟和坊塌2个典型小流域,通过购买1998、2008和2018年遥感... 详细信息

黄土高原植被恢复状况制约生态系统服务的提升,本研究依托中国科学院水利部水土保持研究所安塞国家科学野外观测站的基础土壤、植被、气象和水文等数据,在黄土丘陵沟壑区选取纸坊沟和坊塌2个典型小流域,通过购买1998、2008和2018年遥感影像,采用InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)模型对生态服务(碳储量、土壤保持量、生境质量和产水量)进行评估,探究植被恢复过程中生态系统服务的协同效应和权衡关系。通过对比得知:随着植被的恢复,坊塌和纸坊沟各生态服务(碳储量、土壤保持量、生境质量和产水量)均得到了大幅度的提升,其中2008—2018年增加幅度较小,而1998—2008年增加幅度较大,主要原因在于该阶段(1998—2008年)是退耕还林还草的初始10年,林地及草地面积增长较多,而后10年为退耕的延续阶段,退耕面积增长减缓。从1998—2018年,受自然因素和人为因素的影响,坊塌和纸坊沟流域生态系统服务表现出协同和权衡关系。对于坊塌流域,2008年生态系统服务主要表现为协同关系,1998、2018年以权衡关系为主;对于纸坊沟流域,1998年生态系统服务主要表现为协同关系,2008和2018年以权衡关系为主。相同生态系统服务在不同年份有所差别,土地利用类型相同生态系统服务也可能不同。综合来看,2个典型小流域的碳储量、产水量和土壤保持量均以协同关系为主,伴随区域的权衡关系;主要是由于在植被恢复过程中,生态系统服务在时空上增加的幅度不同;因此,在黄土丘陵沟壑区的植被恢复过程中,应综合考虑生态系统服务的协同与权衡,因地制宜的划分和制定合适的保护策略。

关键词：生态系统服务权衡与协同黄土丘陵沟壑区小流域 InVEST模型