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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 18 期摇 摇 2012 年 9 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
亚热带典型树种对模拟酸雨胁迫的高光谱响应 时启龙,江摇 洪,陈摇 健,等 (5621)……………………………
珠江三角洲地面风场的特征及其城市群风道的构建 孙摇 武,王义明,王越雷,等 (5630)………………………
粤北山地常绿阔叶林自然干扰后冠层结构与林下光照动态 区余端,苏志尧 (5637)……………………………
四种猎物对南方小花蝽生长发育和繁殖的影响 张昌容, 郅军锐, 莫利锋 (5646)……………………………
普洱季风常绿阔叶林次生演替中木本植物幼苗更新特征 李帅锋,刘万德,苏建荣,等 (5653)…………………
喀斯特常绿落叶阔叶混交林物种多度与丰富度空间分布的尺度效应 张忠华,胡摇 刚,祝介东,等 (5663)……
格氏栲天然林土壤养分空间异质性 苏松锦,刘金福,何中声,等 (5673)…………………………………………
种植香根草对铜尾矿废弃地基质化学和生物学性质的影响 徐德聪,詹摇 婧,陈摇 政,等 (5683)………………
灌溉对三种荒漠植物蒸腾耗水特性的影响 单立山,李摇 毅,张希明,等 (5692)…………………………………
真盐生植物盐角草对不同氮形态的响应 聂玲玲,冯娟娟,吕素莲,等 (5703)……………………………………
庞泉沟自然保护区寒温性针叶林演替优势种格局动态分析 张钦弟,毕润成,张金屯,等 (5713)………………
不同水肥条件下 AM真菌对丹参幼苗生长和营养成分的影响 贺学礼, 马摇 丽, 孟静静, 等 (5721)…………
垄沟覆膜栽培冬小麦田的土壤呼吸 上官宇先,师日鹏,韩摇 坤,等 (5729)………………………………………
不同方式处理牛粪对大豆生长和品质的影响 郭立月, 刘雪梅,战丽杰,等 (5738)……………………………
基于大气沉降与径流的乌鲁木齐河源区氮素收支模拟 王圣杰, 张明军, 王飞腾,等 (5747)…………………
基于能值理论的循环复合农业生态系统发展评价———以福建省福清星源循环农业产业示范基地为例
钟珍梅,翁伯琦, 黄勤楼,等 (5755)
………
……………………………………………………………………………
低温暴露和恢复对棘胸蛙雌性亚成体生存力及能量物质消耗的影响 凌摇 云,邵摇 晨,颉志刚,等 (5763)……
暗期干扰对棉铃虫两个不同地理种群滞育抑制作用的比较 陈元生,涂小云,陈摇 超,等 (5770)………………
水土流失治理措施对小流域土壤有机碳和全氮的影响 张彦军,郭胜利,南雅芳,等 (5777)……………………
不同管理主体对泸沽湖流域生态系统影响的比较分析 董仁才,苟亚青,李思远,等 (5786)……………………
连江鱼类群落多样性及其与环境因子的关系 李摇 捷,李新辉,贾晓平,等 (5795)………………………………
溶氧水平对鲫鱼代谢模式的影响 张摇 伟,曹振东,付世建 (5806)………………………………………………
象山港人工鱼礁区的网采浮游植物群落组成及其与环境因子的关系 江志兵,陈全震,寿摇 鹿,等 (5813)……
填海造地导致海湾生态系统服务损失的能值评估———以套子湾为例 李睿倩,孟范平 (5825)…………………
城市滨水景观的视觉环境质量评价———以合肥市为例 姚玉敏,朱晓东,徐迎碧,等 (5836)……………………
专论与综述
生态基因组学研究进展 施永彬,李钧敏,金则新 (5846)…………………………………………………………
海洋酸化生态学研究进展 汪思茹,殷克东,蔡卫君, 等 (5859)…………………………………………………
纺锤水蚤摄食生态学研究进展 胡思敏,刘摇 胜,李摇 涛,等 (5870)………………………………………………
河口生态系统氨氧化菌生态学研究进展 张秋芳,徐继荣,苏建强,等 (5878)……………………………………
嗜中性微好氧铁氧化菌研究进展 林超峰,龚摇 骏 (5889)…………………………………………………………
典型低纬度海区(南海、孟加拉湾)初级生产力比较 刘华雪, 宋星宇, 黄洪辉,等 (5900)……………………
植物叶片最大羧化速率及其对环境因子响应的研究进展 张彦敏, 周广胜 (5907)……………………………
中国大陆鸟类栖息地选择研究十年 蒋爱伍,周摇 放,覃摇 玥,等 (5918)…………………………………………
研究简报
孵化温度对赤链蛇胚胎代谢和幼体行为的影响 孙文佳,俞摇 霄,曹梦洁,等 (5924)……………………………
不同培肥茶园土壤微生物量碳氮及相关参数的变化与敏感性分析 王利民, 邱珊莲,林新坚,等 (5930)……
施肥对两种苋菜吸收积累镉的影响 李凝玉, 李志安,庄摇 萍,等 (5937)………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*322*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄09
封面图说: 冬天低空飞翔的丹顶鹤———丹顶鹤是鹤类中的一种,因头顶有“红肉冠冶而得名。 是东亚地区特有的鸟种,因体态优
雅、颜色分明,在这一地区的文化中具有吉祥、忠贞、长寿的象征,是传说中的仙鹤,国家一级保护动物。 丹顶鹤具备
鹤类的特征,即三长———嘴长、颈长、腿长。 成鸟除颈部和飞羽后端为黑色外,全身洁白,头顶皮肤裸露,呈鲜红色。
丹顶鹤每年要在繁殖地和越冬地之间进行迁徙,只有在日本北海道等地是留鸟,不进行迁徙,这可能与冬季当地人
有组织地投喂食物,食物来源充足有关。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 18 期
2012 年 9 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 18
Sep. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金资助(40771125)
收稿日期:2011鄄08鄄12; 摇 摇 修订日期:2012鄄05鄄22
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: slguo@ ms. iswc. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201108121182
张彦军,郭胜利,南雅芳,李俊超.水土流失治理措施对小流域土壤有机碳和全氮的影响.生态学报,2012,32(18):5777鄄5785.
Zhang Y J, Guo S L, Nan Y F, Li J C. Effects of soil erosion control measures on soil organic carbon and total nitrogen in a small watershed. Acta Ecologica
Sinica,2012,32(18):5777鄄5785.
水土流失治理措施对小流域土壤有机碳和全氮的影响
张彦军1,郭胜利1,2,*,南雅芳1,李俊超1
(1. 西北农林科技大学资源环境学院, 杨凌摇 712100;
2. 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,中国科学院水利部水土保持研究所, 杨凌摇 712100)
摘要:明确综合治理条件下小流域土壤有机碳(Soil organic carbon, SOC)和全氮(Total nitrogen, TN) 的空间分布特征及其影响
因素,对科学评价水土流失区土壤固碳潜力具有重要意义。 以黄土高原丘陵沟壑区典型小流域(砖窑沟流域)为对象,基于流
域内 3 种典型地貌类型(梁峁坡、沟坡、沟谷)和 3 种典型水土流失治理措施(水平梯田、林地和草地措施,坡耕地为对照),采集
土壤样品 737 个,研究地貌类型和水土流失治理措施对小流域 SOC和 TN变化的影响。 结果表明,同一地貌类型上,水平梯田、
林地和草地措施的 SOC和 TN(0—10 cm土层)含量均显著高于坡耕地(P<0. 1)。 梁峁坡上,水平梯田、林地和草地措施条件下
的 SOC和 TN含量较坡耕地依次提高了 18%和 24% 、70%和 59% 、25%和 21% ;沟坡上,林地和草地措施的 SOC和 TN较坡耕
地依次提高了 76%和 54% 、25%和 27% 。 同一治理措施在不同地貌类型间对 0—10 cm土层 SOC和 TN 的影响存在显著差异
(P<0. 1)。 水平梯田条件下,沟谷的 SOC和 TN含量比峁坡提高了 46%和 43% ;林地措施条件下,沟坡的 SOC和 TN含量比峁
坡提高了 18% 和 6% ;草地措施条件下,沟坡的 SOC和 TN含量比峁坡提高了 14% 和 18% 。 0—100 cm土层的 SOC或 TN在不
同地貌类型或不同治理措施间的差异与土壤水分含量(Soil moisture, SM)的变化趋势基本一致,并且 SOC 或 TN 与 SM 呈指数
关系 y= aebx(y为 SOC或 TN,x为 SM)。
关键词:地貌类型;治理措施;土壤有机碳;全氮;土壤水分
Effects of soil erosion control measures on soil organic carbon and total nitrogen
in a small watershed
ZHANG Yanjun1, GUO Shengli1,2,*, NAN Yafang1, LI Junchao1
1 College of Resource and Environment, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling, Shaanxi 712100, China
2 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dry land Farming on Loess Plateau, Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and
Ministry of Water Resource, Yangling, Shaanxi 712100, China
Abstract: It is significance of assessing soil organic carbon ( SOC) and total nitrogen ( TN) sequestration potential to
understand dynamics of soil organic carbon ( SOC) and total nitrogen ( TN) at a small watershed with comprehensive
measures in the loess region of China. Based on three topographic positions (Ridge slope, Gully slope, Valley bottom) and
three control measures for soil erosion (Level terrace,Woodland measures,Grassland measures), 737 soil samples were
collected to investigate effects of topographic positions and soil erosion control measures on soil organic carbon and total
nitrogen at Zhuan Yaogou watershed in the hilly region of Loess Plateau. Under the similar topographic positions, SOC and
TN (0—10 cm soil layer) in level terrace, woodland and grassland were significantly higher than those in cropland on
sloping land (P<0. 1) . For the ridge slope, SOC and TN in level terrace, woodland and grassland were 18% and 24% ,
70% and 59% , and 25% and 21% higher than that in cropland on sloping land, respectively; For the gully slope, SOC
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and TN in woodland and grassland were 76% and 54% , and 25% and 27% higher than that in cropland on sloping land,
respectively. The similar control measures for soil erosion produced significant differences among topographic positions (P<
0. 1) . In the 0—10 cm soil layer, For the level terrace measure, SOC and TN in valley bottom were 46% and 43% higher
than those in the ridge slope; For the woodland measures, SOC and TN in the gully slope were 18% and 6% higher than
those in the ridge slope; For the grassland measures, SOC and TN in the gully slope were 14% and 18% higher than those
in the ridge slope. In the 0—100 cm soil depth, SOC or TN had the similar change characteristics with soil moisture among
the topographic positions and the soil erosion control measures. An exponential relationships of y= aebx(y is SOC or TN and
x is soil moisture) were developed between SOC (TN) and soil moisture at the small watershed.
Key Words: topographic positions; soil erosion control measures; soil organic carbon; total nitrogen;soil moisture
水土流失是导致土壤有机碳库流失和土壤退化的重要因素[1]。 水土流失治理可显著改善土壤质量,提
高陆地生态系统碳积累。 据 Lal[2鄄4]估计,全球水土流失治理的固碳潜力为 1. 47—3. 04 Pg C / a。 土壤有机碳
库的恢复不仅有助于改善土壤持水性能、提高土壤质量而且有助于维护生态系统的结构与功能。 因此,了解
水土流失治理条件下土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)的变化及其影响因素,对科学评价水土流失区土壤固碳
潜力和碳循环具有重要意义。
黄土高原地区沟壑纵横、地形破碎,水土流失严重[5]。 小流域既是黄土区产流产沙的基本单元,也是该
区治理水土流失的基本单元。 在水土流失严重的丘陵沟壑区,梁峁坡、沟坡及各类沟谷中,地形严重影响着小
流域内水土流失状况[6鄄7],支配着水、热资源的空间分布[8鄄9],决定着植被群落的空间配置,从而影响水土流失
治理措施的空间配置[10鄄11]。 例如,在丘陵沟壑区的燕沟流域,依据立地条件进行综合治理,梁峁坡上建立了
乔—灌—草混交植被措施,沟坡则配置了乔—灌混交以及经济林果措施,而沟谷则建造速生用材林,水土流失
治理措施的合理配置,显著降低了流域的产沙量,提高了流域土壤生产力和土壤质量 [12]。 除地形因素外,植
被措施的差异也会显著影响 SOC和 TN的积累。 此外,即使同一植被措施条件下,也会因地形差异影响 SOC
和 TN的积累 [13鄄14]。
目前,大量的研究集中于土地利用方式的变化或单一水土流失治理措施对 SOC和 TN的影响[15鄄20]。 但从
小流域角度,研究同一治理措施在不同地形部位或同一地形部位上不同治理措施间 SOC和 TN积累的差异的
报道不多。 因此,从地形和治理措施角度研究流域内 SOC和 TN的变化有助于深入理解黄土区水土流失治理
对陆地生态系统碳循环的影响。
1摇 材料与方法
1. 1摇 研究区概况
砖窑沟流域(39毅11忆06义—39毅13忆47义 N, 111毅12忆03义—111毅19忆28义 E)位于晋西北河曲县沙坪乡,地势东高
西低,海拔 845—1244 m,主沟方向为东西向,长约 14. 2 km,支沟从南北两面汇入, 南北剖面呈凹形,分水岭
与沟底高差达 150—200 m,起伏剧烈。 流域沟壑密度为 6. 24 km / km2, 沟谷切割深度一般在 50—100m 之间,
有的高达 200m左右。 流域(黄土丘陵沟壑区)地貌类型由梁峁坡、沟坡和沟谷组成,三者在流域内所占的比
例分别为 47. 7% 、47. 3% 、5. 0% 。 流域内坡度在 0毅—15毅范围之间的土地面积占整个流域面积的 40. 40% ;
15毅—25毅之间占 29. 81% ;25毅—35毅之间占 12. 44% ;>35毅的占 17. 35% 。
流域属大陆性季风气候,年平均降水量 447. 5 mm,蒸发量 1913. 7 mm,年内降雨主要集中在 6—9月份,
其中 7 ﹑ 8 两月份占全年降水量的 52. 3% ,并多为大雨和暴雨。 逸10益的积温天数为 140 d,无霜期为 156 d,
全年日照达 2856 h。 多年平均大风日数 87. 2 d。 以春季最多,占 41. 64% 。 流域土壤侵蚀以水蚀为主,“七
五冶初年平均水蚀模数为 12000 t·km-2·a-1。 地面割裂度为 55. 1% ,年土壤侵蚀模数>20000 t / km2,属于剧烈
侵蚀。 流域的土壤以栗褐土为主,土壤层次发育不明显,多表现出母质性状,质地偏轻,有机质含量一般在
0郾 50%左右,全 N﹑全 P 仅 0. 04%和 0. 05% ,全 K含量 2. 00%左右。
8775 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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流域植被类型多样,属温暖带森林草原气候,主要农作物有糜子(Panicum miliace鄄um L. )﹑玉米(Zea
mays L. )﹑谷子(Setaria italica)等;林地包括乔木林和灌木林,乔木林地主要有刺槐(Robinia pseudoaca鄄cia)
林、小杨树 ( Populus simonii Carr. )林、沙枣 ( Elaeagnus an鄄gustifolia L. ) 林等,灌木林有柠条 ( Caragana
Korshinskii)﹑沙棘 (Hippophae rhamnoides);草地分为人工草地和天然草地两种类型,其中人工草地主要有苜
蓿(Medicago sativa L)、香蒲(Typha orientalis Presl)﹑沙打旺(Astragalus adsurgens Pall)等,天然草地主要有草
木樨 (Melilotus suaveolens Ledeb)、冰草(Agropyron cristatum L. Gaertn)等类型。
1. 2摇 测定项目及方法
图 1摇 流域典型地貌类型图
摇 Fig. 1摇 Typically landforms maps at the small watershed
1. 2. 1摇 土壤采集
基于小流域内的地貌类型和治理措施两大因素,采
用“分层次采样的方法冶,采集土壤样品。 将地貌类型
(梁峁坡﹑沟坡和沟谷) 作为一级层次,将同一地貌类
型条件下的不同治理措施 (坡耕地(对照)﹑水平梯
田、林地措施﹑草地措施) 作为二级层次。 在流域内,
以横断面思路为依据,采集土壤样品,每个采样点 3—5
次重复(“S冶型路线),并充分考虑空间异质性,在沿途
进行补点采样。 3 种地貌类型在野外的判别依据为:沟
缘线以上为梁峁坡(包括峁顶),沟缘线以下到坡脚线
以上为沟坡,多个坡脚线之间相对平坦的地区为沟谷
(图 1)。 结合砖窑沟流域的实际情况于 2010 年 9 月进
行为期 4 d的采样。 采样时利用 GPS定位,并记录每个
采样点的海拔、经纬度、地貌类型、治理措施等信息。 在流域尺度上采集不同地貌类型、不同治理措施的土壤
样本 97 个,其中 0—20 cm土层采集了 60 个土壤样本,0—40 cm土层采集了 20 个土壤样本,0—100 cm土层
采集了 17 个土壤样本。 每个样本分别取 0—10、10—20、20—40、40—60、60—80、80—100 cm共 6 个层次,共
计 737 个土壤样品。 采样土钻直径为 3 cm。
1. 2. 2摇 样品分析
新鲜样品混合均匀后,用部分样品测土壤水分 (SM) (烘干法),剩余样品在室内进行自然风干,风干样
品过 0. 25 mm筛后,测定 SOC (H2SO4 鄄K2Cr2O7 外加热法) 含量 (g / kg),TN (凯氏定氮法)含量 (g / kg) (自
动定氮仪 BUCHI322 / 343)。
1. 3摇 数据处理与统计分析
利用 Excel软件进行数据的预处理,用 Sigmplot 软件做 SOC 和 TN 以及 SM 相关图,用 SAS 软件的
UNIVARIATE plot normal 程序包对数据进行正态分布检验。 利用 SAS 软件 PROC reg 程序包对分析获得的
SOC(因变量)和 TN(自变量)进行回归分析,所获回归方程的斜率反映了土壤 C 颐N 的平均值[19]。 并用 SAS
软件对不同地貌类型和不同治理措施条件下的 SOC、TN和 SM进行了方差分析(GLM),当 F检验显著时在进
行 3 种地貌类型 (梁峁坡、沟坡、沟谷) 和 3 种治理措施 (坡耕地(对照)、水平梯田、林地措施、草地措施) 均
值间的 Duncan检验,对同一地貌类型条件下不同治理措施以及同一治理措施条件下不同地貌类型进行方差
分析 (GLM),当 F检验显著时,进行均值间的 Duncan检验。 所有方差分析 琢=0. 1。
2摇 结果与分析
2. 1摇 土壤有机碳、全氮、以及土壤水分变异的影响因子
流域表层 SOC 含量的变化范围为 1. 05—17. 60 g / kg,均值为 4. 39 g / kg,数据接近正态分布 (W =
0郾 8839);TN含量的的变化范围为 0. 05—1. 38 g / kg,均值为 0. 38 g / kg,近似正态分布(W = 0. 9150);SM的变
化范围为 7. 27%—19. 35% ,均值为 12. 46% ,近似正态分布(W = 0. 9759)。 治理措施、土层深度、地貌类型及
9775摇 18 期 摇 摇 摇 张彦军摇 等:水土流失治理措施对小流域土壤有机碳和全氮的影响 摇
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其交互作用对流域土壤 SOC、TN以及 SM的空间分布有显著影响 (P<0. 1) (表 1)。
表 1摇 小流域内的土壤有机碳、全氮以及土壤水分的空间分布影响因子方差分析
Table 1摇 Variance analysis of spatial distribution of soil organic carbon, total nitrogen and soil moisture in watershed
项目
Item df
土壤有机碳 SOC
SS MS F Pr>F
全氮 TN
SS MS F Pr>F
土壤水分 SM
SS MS F Pr>F
C 3 18. 39 6. 13 0. 11 0. 04 2. 85 0. 0365 3. 49 0. 0155 267. 91 89. 30 35. 62 <0. 001
D 5 505. 85 101. 17 3. 43 0. 69 54. 32 <0. 0001 57. 55 <0. 0001 2390. 77 478. 15 190. 72 <0. 001
L 2 30. 40 15. 20 0. 23 0. 11 8. 95 0. 0001 8. 65 0. 0002 550. 63 275. 32 42. 10 <0. 0001
C伊L 3 14. 26 4. 75 0. 12 0. 04 3. 26 0. 0210 2. 70 0. 0445 71. 10 23. 70 3. 62 0. 0129
C伊D 15 161. 25 10. 75 0. 99 0. 07 5. 21 <0. 0001 6. 11 <0. 0001 93. 86 6. 26 0. 96 0. 4999
D伊L 10 13. 49 1. 35 0. 15 0. 02 1. 21 0. 2834 0. 77 0. 6603 615. 25 61. 53 9. 41 <0. 0001
C伊D伊L 9 5. 47 0. 61 0. 12 0. 01 1. 05 0. 3970 0. 35 0. 9593 98. 37 10. 93 1. 67 0. 0920
摇 摇 C: 治理措施 Soil erosion control measures;D: 土层深度 Soil depth;L: 地貌类型 topographic positions;SOC: Soil organic carbon;TN: Total
nitrogen;SM: Soil moisture;df: 自由度 Degree of freedom;SS: 平方和 Sum of squares;MS: 均方 Mean square
2. 2摇 治理措施对土壤有机碳、全氮以及土壤水分的影响
同一地貌类型条件下,治理措施对 SOC、TN以及 SM都有显著影响 (P<0. 1) (图 2)。
图 2摇 治理措施对土壤有碳、全氮以及土壤水分的影响
Fig. 2摇 Effect of control measures on soil organic carbon total nitrogen and soil moisture
第一行为峁坡; 第二行为沟坡;不同小写字母表示差异显著
粱峁坡上,与坡耕地相比,在 0—10 cm土层,林地的 SOC (6. 43 g / kg) 含量提高了 70% ,但水平梯田、草
地措施在 0—10 cm土层的 SOC含量与其差异不显著 (P>0. 1);在 10—20 cm 土层,水平梯田的 SOC (4. 4 g /
kg) 含量较坡耕地的 SOC含量提高了 54% ,而林地措施和草地措施的 SOC含量与坡耕地的 SOC 含量差异不
显著 (P>0. 1);在 20—100 cm 土层,水平梯田、林地措施和草地措施的 SOC含量均与坡耕地的 SOC含量差异
不显著 (P>0. 1)。 在 0—100 cm土层,TN含量与 SOC含量的变化规律相似。
沟坡条件下,在 0—10 cm土层,林地的 SOC (7. 57 g / kg)含量较坡耕地的 SOC 含量提高了 76% ,而水平
梯田、草地措施的 SOC含量与坡耕地的 SOC含量差异不显著 (P>0. 1);在 10—20 cm 土层,林地措施的 SOC
(4. 11 g / kg)含量较坡耕地的 SOC (3. 45 g / kg)含量提高了 19% ,而水平梯田、草地措施的 SOC含量与坡耕地
的 SOC(3. 45 g / kg)含量差异不显著 (P>0. 1);在 20—100 cm 土层,水平梯田、林地措施和草地措施的 SOC
0875 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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含量与坡耕地的 SOC含量差异不显著 (P>0. 1)。 不同措施间的 TN含量在 0—100 cm土层与 SOC含量有着
近似的规律。
梁峁坡上或沟坡上生物治理措施均显著影响 SM 的空间分布 (P<0. 1)。 0—100 cm 土层,SM 呈现出水
平梯田>林地或草地措施>坡耕地的趋势(图 2)。
2. 3摇 地貌类型对土壤有机碳、全氮以及土壤水分的影响
同一治理措施条件下,SOC、TN以及 SM因地貌类型存在显著差异 (P<0. 1) (图 3)。
图 3摇 地貌类型对土壤有机碳、全氮以及土壤水分的影响
Fig. 3摇 Effect of topographic positions on soil organic carbon, total nitrogen and soil mositure
第一行为坡耕地;第二行为水平梯田措施;第三行为林地措施;第四行为草地措施
坡耕地条件下,与梁峁坡相比,在 0—100 cm 土层,沟坡的 SOC和 TN的含量与其差异不显著 (P>0. 1)。
水平梯田措施条件下,与梁峁坡相比,在 0—10 cm土层, 沟谷的 SOC (6. 54 g / kg) 含量提高了 46% ,而沟坡
的 SOC (4. 43g / kg)含量与梁峁坡的 SOC (4. 47 g / kg)含量差异不显著 (P>0. 1);在 10—20 cm土层,沟坡的
SOC (3. 23 g / kg)含量较梁峁坡的 SOC (4. 4 g / kg)含量减少了 27% ,而沟谷的 SOC(4. 28 g / kg)含量与梁峁坡
的 SOC(4. 4 g / kg)含量差异不显著 (P>0. 1);在 20—40 cm 土层,沟谷和沟坡的 SOC 含量都均与梁峁坡的
1875摇 18 期 摇 摇 摇 张彦军摇 等:水土流失治理措施对小流域土壤有机碳和全氮的影响 摇
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SOC含量差异不显著(P>0. 1);在 40—60 cm 土层,沟谷的 SOC (2. 63 g / kg) 含量较梁峁坡的 SOC(1. 91 g /
kg)含量提高了 38% ,而沟坡的 SOC(1. 87 g / kg)含量与梁峁坡的 SOC(1. 91 g / kg)含量差异不显著 (P>
0郾 1);在 60—80 cm 土层,沟谷的 SOC (2. 63 g / kg) 较梁峁坡的 SOC(1. 91 g / kg)含量提高了 38% ,而沟坡的
SOC (1. 22 g / kg) 的含量较梁峁坡的 SOC(1. 91 g / kg)含量减少了 36% ;在 80—100 cm 土层,沟谷的 SOC
(2郾 37 g / kg) 较梁峁坡的 SOC(1. 86 g / kg)提高了 27% ,而沟坡的 SOC (1. 09 g / kg) 的含量较梁峁坡的 SOC
(1. 86 g / kg)含量减少了 41% 。 在 0—40 cm 土层,地貌类型间的 TN含量与 SOC 含量的变化规律类似,但地
貌类型间的 TN含量的变化规律在 40—100 cm 土层与 SOC变化不一致。
林地措施条件下,与梁峁坡相比,在 0—10 cm和 20—40 cm土层,沟坡的 SOC含量与其差异不显著 (P>
0. 1);但在 10—20 cm土层,沟坡的 SOC (4. 11 g / kg) 含量较梁峁坡的 SOC (3. 04 g / kg)含量提高了 35% 。
在 0—40 cm 土层,TN含量与 SOC的变化规律一致。 草地措施条件下,与梁峁坡相比,在 0—10 cm土层,沟坡
的 SOC (5. 38 g / kg)含量较梁峁坡的 SOC(4. 73 g / kg)含量提高了 14% ;在 10—20 cm 土层, 沟坡的 SOC
(3郾 66 g / kg) 含量较梁峁坡的 SOC(3. 15 g / kg)含量提高了 16% ;在 20—40 cm 土层,沟坡的 SOC (2. 56 g /
kg) 含量较梁峁坡的 SOC(2. 12 g / kg)含量提高了 21% ;在 40—100 cm 土层,沟坡的 SOC 含量与梁峁坡的
SOC含量差异不显著 (P>0. 1)。 TN在 0—100 cm 土层与 SOC的变化规律一致。
地貌类型也显著影响流域 SM的空间分布(P<0. 1) (图 3)。 0—100 cm土层,坡耕地、林地以及草地治理
措施条件下,SM均呈现出沟坡>峁坡的趋势;在水平梯田条件下,SM则呈现出沟谷>沟坡>峁坡的趋势。
3摇 讨论
流域的 SOC和 TN含量因治理措施而不同(图 2)。 无论梁峁坡还是沟坡,与坡耕地相比较而言,水平梯
田、林地措施和草地措施均提高了 SOC和 TN的含量。 这一结果与已有报道基本一致[15鄄17,19鄄20]。 在水土流失
区,治理措施的减沙、减流可能是导致 SOC和 TN改善的重要原因[21鄄22],同时植被的性状对 SOC和 TN影响也
不容忽视[23鄄26]。 据本流域野外观测资料显示(1988—1989 年),3 次特大暴雨的裸露沟坡和治理沟坡平均产
沙量分别为 1252 t / km2 和 1. 8 t / km2,产流量分别为 10910 m3 / km2 和 109 m3 / km2;在坡度、坡长、小区面积近
似的条件下,水平梯田和林地措施以及坡耕地的土壤侵蚀模数分别为 0、21、1147 t / km2 [22]。 林地措施或草地
措施的 SOC和 TN含量高于坡耕地的 SOC和 TN含量,可能与不同措施间归还到土壤中的有机物的输入量、
性质的差异有关:(1)林地和草地的有机物输入量高于农田,例如,林地总输入量为 242. 5 t / hm2;草地总输入
量为为 28. 0 t / hm2;农田总输入量为 20. 1 t / hm2 [23鄄24]。 (2)林地、草地条件下输入土壤的有机物降解性要难
于坡耕地,例如黄土高原丘陵沟壑区,林地、草地、农田的 C 颐N 分别为 11. 46、10. 26 和 9. 78 [25]。 (3)不同种
类有机物质的生化特征不同[26]。
同一治理措施在不同地貌类型间的作用存在着差异(图 3)。 流域尺度上,由于峁坡、沟坡以及沟谷的不
同坡度导致了水分及其水土流失的分异。 例如,同一林草措施条件下,在 0—40cm土层,沟坡的 SM为 12. 4%
而峁坡的 SM为 10. 6% (图 3);在干旱半干旱的黄土高原地区,水分的差异通过影响植物的生长状况[27鄄28],从
而进一步影响有机物向土壤中的归还量[29]和 SOC(TN)的积累[26,30]。 研究认为 25毅是黄土高原地区梁峁坡和
沟坡的分界线[31],也是该地区发生土壤侵蚀的临界坡度[32],因此,沟坡承接了来自梁峁坡上流失的水、土,从
而使沟坡的水土流失量却低于梁峁坡,继而造成梁峁坡和沟坡上 SOC 和 TN 的积累不同,呈现出梁峁坡低于
沟坡的趋势(图 3)。
在黄土高原地区,水分因地形或治理措施在流域空间分布上发生显著变化(图 2、图 3),不同地形部位间
或不同治理措施条件下的 SOC(TN)含量均与 SM具有显著的指数关系(表 2)。 在半干旱地区,水分是植被生
长的主要限制性因素,低洼地形部位相对适宜的水分条件促进了植被的生长和有机物向土壤的归还量,进而
提高了 SOC和 TN的含量。 但流域内土壤水碳、氮成指数增加关系的具体机理有待进一步研究。
地貌类型或治理措施对流域土壤 C 颐N影响显著(P<0. 1) (表 3),同一地貌类型条件下,均呈现出林地措
施>草地措施>坡耕地>水平梯田的趋势,究其原因可能与碳氮的积累速度以及有机物本身的化学性质的差异
2875 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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有关[19,33];在同一治理措施条件下,水平梯田条件下土壤 C 颐N 呈现出沟坡>梁峁坡>沟谷的趋势,在坡耕地、
林地措施、草地措施条件下则呈现出沟坡>梁峁坡的趋势,可能与流域土层内土壤微生物的群落结构、数量以
及活性的差异有关[34鄄35]。
表 2摇 流域内土壤水分与土壤有机碳、全氮的关系
Table 2摇 Relationships between soil moisture and soil organic carbon or total nitrogen in small watershed of Loess Plateau
治理措施
Soil erosion
control measures
地貌类型
Topographic
positions
土壤水分和土壤有机碳的关系
Relationships between soil moisture
and soil organic carbon
回归方程
Regression
equations
样本数
Numbers
of samples
R2 Pr>F
土壤水分和土壤全氮的关系
Relationships between soil moisture
and total nitrogen
回归方程
Regression
equations
样本数
Numbers
of samples
R2 Pr>F
坡耕地 Cropland on 梁峁坡 y=0. 6765e0. 1729x 15 0. 53 0. 0022 y=0. 0548e0. 1754x 15 0. 55 0. 0015
cultivated slope鄄land 沟坡 y=2. 2765e0. 0501x 19 0. 42 0. 0028 y=0. 2038e0. 0459x 19 0. 34 0. 0085
水平梯田 梁峁坡 y=1. 1252e0. 0854x 47 0. 40 <0. 0001 y=0. 0769e0. 1024x 47 0. 44 <0. 0001
Level terrace 沟坡 y=0. 4596e0. 1281x 15 0. 61 0. 0006 y=0. 0889e0. 0825x 15 0. 71 <0. 0001
沟谷 y=1. 6254e0. 0496x 34 0. 27 0. 0016 y=0. 0859e0. 0805x 36 0. 27 0. 0013
林地措施 梁峁坡 y=0. 8286e0. 1443x 65 0. 55 <0. 0001 y=0. 0778e0. 1270x 66 0. 46 <0. 0001
Woodland measures 沟坡 y=0. 8929e0. 1027x 11 0. 12 0. 3014 y=0. 0387e0. 1628x 11 0. 41 0. 0351
草地措施 梁峁坡 y=0. 9990e0. 0995x 57 0. 46 <0. 0001 y=0. 0751e0. 1193x 61 0. 48 <0. 0001
Grassland measures 沟坡 y=1. 5995e0. 0615x 103 0. 18 <0. 0001 y=0. 1276e0. 0691x 101 0. 27 <0. 0001
表 3摇 地貌类型和治理措施对土壤碳氮比的影响
Table 3摇 Effects of topographic positions and control measurements on soil carbon to nitrogen ratio
治理措施
Soil erosion
control measures
地貌类型
Topographic
positions
回归方程
Regression
equations
样本数
Numbers of
samples
相关系数 R2
Correlation
coefficients
Pr>F
坡耕地 Cropland on 梁峁坡 y=10. 74x+0. 28 66 0. 92 <0. 0001
cultivated slope鄄land 沟坡 y=12. 37x-0. 40 44 0. 90 <0. 0001
水平梯田 梁峁坡 y=10. 00x+0. 40 113 0. 90 <0. 0001
Level terrace 沟坡 y=12. 27x-0. 67 24 0. 86 <0. 0001
沟谷 y=8. 54x+0. 90 56 0. 86 <0. 0001
林地措施 梁峁坡 y=11. 96x+0. 11 109 0. 97 <0. 0001
Woodland measures 沟坡 y=13. 24x-0. 33 34 0. 94 <0. 0001
草地措施 梁峁坡 y=11. 00x+0. 13 131 0. 89 <0. 0001
Grassland measures 沟坡 y=12. 44x-0. 26 180 0. 92 <0. 0001
4摇 结论
治理措施、土层深度、地貌类型及其交互作用对流域 SOC、TN、SM的空间分布有显著影响 (P<0. 1)。 同
一地貌类型条件下,与坡耕地相比,水平梯田、林地措施、草地措施对 SOC 和 TN 影响显著(P<0. 1)。 与坡耕
地相比较而言,同一治理措施不仅提高了 SOC 和 TN 含量而且其含量在不同地貌类型间存在显著差异(P<
0郾 1)。 流域内水碳、水氮呈指数增加趋势。 在地形复杂的黄土高原地区,充分考虑地形与治理措施及其相互
作用对 SOC和 TN的影响对准确预测或估算区域尺度 SOC和 TN变化具有重要意义。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 18 September,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Hyperspectral characteristics of typical subtopical trees at different levels of simulated acid rain
SHI Qilong, JIANG Hong, CHEN Jian, et al (5621)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Wind fields and the development of wind corridors in the urban metropolis of the Pearl River Delta
SUN Wu, WANG Yiming, WANG Yuelei, et al (5630)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Dynamics of canopy structure and understory light in montane evergreen broadleaved forest following a natural disturbance in
North Guangdong OU Yuduan, SU Zhiyao (5637)…………………………………………………………………………………
The influence of 4 species of preys on the development and fecundity of Orius similis Zheng
ZHANG Changrong, ZHI Junrui, MO Lifeng (5646)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Woody seedling regeneration in secondary succession of monsoon broad鄄leaved evergreen forest in Puer, Yunnan, Southwest
China LI Shuaifeng, LIU Wande, SU Jianrong, et al (5653)……………………………………………………………………
Scale鄄dependent spatial variation of species abundance and richness in two mixed evergreen鄄deciduous broad鄄leaved karst forests,
Southwest China ZHANG Zhonghua, HU Gang, ZHU Jiedong, et al (5663)……………………………………………………
The spatial heterogeneity of soil nutrients in a mid鄄subtropical Castanopsis kawakamii natural forest
SU Songjin,LIU Jinfu,HE Zhongsheng,et al (5673)
…………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of Vetiveria zizanioides L. growth on chemical and biological properties of copper mine tailing wastelands
XU Decong, ZHAN Jing, CHEN Zheng, et al (5683)
……………………
………………………………………………………………………………
Effects of different irrigation regimes on characteristics of transpiring water鄄consumption of three desert species
SHAN Lishan, LI Yi, ZHANG Ximing, et al (5692)
………………………
………………………………………………………………………………
The response of euhalophyte Salicornia europaea L. to different nitrogen forms
NIE Lingling, FENG Juanjuan, L譈 Sulian, et al (5703)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Dynamic analysis on spatial pattern of dominant tree species of cold鄄temperate coniferous forest in the succession process in
the Pangquangou Nature Reserve ZHANG Qindi, BI Runcheng, ZHANG Jintun, et al (5713)…………………………………
Effects of AM fungi on the growth and nutrients of Salvia miltiorrhiza Bge. under different soil water and fertilizer conditions
HE Xueli,MA Li,MENG Jingjing,et al (5721)
………
……………………………………………………………………………………
The dynamics of soil respiration in a winter wheat field with plastic mulched鄄ridges and unmulched furrows
SHANGGUAN Yuxian, SHI Ripeng, HAN Kun, et al (5729)
…………………………
……………………………………………………………………
Cattle dung composted by different methods had different effects on the growth and quality of soybean
GUO Liyue, LIU XueMei, ZHAN Lijie, et al (5738)
………………………………
………………………………………………………………………………
Nitrogen budget modelling at the headwaters of Urumqi River Based on the atmospheric deposition and runoff
WANG Shengjie, ZHANG Mingjun, WANG Feiteng, et al (5747)
………………………
…………………………………………………………………
Evaluating the ecosystem sustainability of circular agriculture based on the emergy theory: a case study of the Xingyuan circular
agriculture demonstration site in Fuqing City, Fujian ZHONG Zhenmei, WENG Boqi, HUANG Qinlou, et al (5755)…………
Effects of cold exposure and recovery on viability and energy consumption in the sub鄄adult female giant spiny frogs (Paa spinosa)
LING Yun, SHAO Chen, XIE Zhigang, et al (5763)
…
………………………………………………………………………………
A comparison of night鄄interruption on diapause鄄averting among two populations of the cotton bollworm, Helicoverpa armigera
CHEN Yuansheng, TU Xiaoyun, CHEN Chao, et al (5770)
………
………………………………………………………………………
Effects of soil erosion control measures on soil organic carbon and total nitrogen in a small watershed
ZHANG Yanjun, GUO Shengli, NAN Yafang, et al (5777)
…………………………………
………………………………………………………………………
Comparative analysis of Lugu Lake watershed ecosystem function under different management authorities
DONG Rencai, GOU Yaqing, LI Siyuan,et al (5786)
……………………………
………………………………………………………………………………
Relationship between fish community diversity and environmental factors in the Lianjiang River, Guangdong, China
LI Jie, LI Xinhui, JIA Xiaoping, et al (5795)
…………………
……………………………………………………………………………………
Effect of dissolved oxygen level on metabolic mode in juvenile crucian carp ZHANG Wei, CAO Zhendong, FU Shijian (5806)……
Community composition of net鄄phytoplankton and its relationship with the environmental factors at artificial reef area in Xiang鄄
shan Bay JIANG Zhibing, CHEN Quanzhen, SHOU Lu, et al (5813)……………………………………………………………
Emergy appraisal on the loss of ecosystem service caused by marine reclamation: a case study in the Taozi Bay
LI Ruiqian,MENG Fanping (5825)
……………………
…………………………………………………………………………………………………
Assessing the visual quality of urban waterfront landscapes:the case of Hefei, China
YAO Yumin, ZHU Xiaodong, XU Yingbi,et al (5836)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
Advances in ecological genomics SHI Yongbin, LI Junmin, JIN Zexin (5846)…………………………………………………………
Advances in studies of ecological effects of ocean acidification WANG Siru, YIN Kedong, CAI Weijun, et al (5859)………………
Advances in feeding ecology of Acartia HU Simin, LIU Sheng, LI Tao, et al (5870)…………………………………………………
Research progress on ammonia鄄oxidizing microorganisms in estuarine ecosystem
ZHANG Qiufang, XU Jirong, SU Jianqiang, et al (5878)
………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Recent progress in research on neutrophilic, microaerophilic iron(域)鄄oxidizing bacteria LIN Chaofeng, GONG Jun (5889)…………
A comparison study on primary production in typical low鄄latitude seas (South China Sea and Bay of Bengal)
LIU Huaxue, SONG Xingyu, HUANG Honghui, et al (5900)
…………………………
………………………………………………………………………
Advances in leaf maximum carboxylation rate and its response to environmental factors
ZHANG Yanmin, ZHOU Guangsheng (5907)
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10鄄years of bird habitat selection studies in mainland China: a review JIANG Aiwu, ZHOU Fang, QIN Yue, et al (5918)…………
Scientific Note
The effects of incubation temperature on embryonic metabolism and hatchling behavior in the Red鄄banded Snake, Dinodon
rufozonatum SUN Wenjia, YU Xiao, CAO Mengjie, et al (5924)…………………………………………………………………
Sensitivity analysis and dynamics of soil microbial biomass carbon, nitrogen and related parameters in red鄄yellow soil of tea garden
with different fertilization practices WANG Limin, QIU Shanlian, LIN Xinjian, et al (5930)……………………………………
Effect of fertilizers on cd uptake of two edible amaranthus herbs LI Ningyu, LI Zhian,ZHUANG Ping, et al (5937)…………………
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 18 期摇 (2012 年 9 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 32摇 No郾 18 (September, 2012)
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