农田土壤固碳作用对温室气体减排的影响

温室气体排放引起的全球气候变暖和平流层臭氧空洞已成为当前人们关注的环境问题之一。土壤碳库作为地表生态系统中最活跃的碳库之一,是甲烷、二氧化碳、一氧化二氮等温室气体的重要释放源,也是重要的吸收汇。因此,寻找农田土壤系统碳管理的有效方法已经成为缓解温室效应的重要科学问题。西方发达国家已将固碳农业作为环境管理的重要导向,应用颗粒分组13CNMR或CPMAS-NMR技术对土壤碳固定的机制研究指出微团聚体与矿物-粘粒复合体的相互作用是土壤有机碳稳定存在的主要方式,揭示了土壤有机碳的腐殖质转化及其与土壤矿物、金属氧化物结合的微观水平,且从土壤物理结构、化学组成和生物学特性等多学科交叉研究土壤有机碳的固定机理及其稳定机制。长期传统的土地利用方式和管理措施所导致的土壤有机碳含量、密度及垂直分布的变化是造成土壤碳库损失的主要原因,为了增加农业生态系统土壤有机碳的含量,土地利用方式和农业管理措施应该从增加有机碳输入量和减少有机碳矿化两方面着手,加强对农业土壤固碳潜力和土壤碳库稳定性影响因素的多角度研究。     

氮素形态对泥炭沼泽土壤有机碳矿化的影响

大气氮沉降是全球变化的主要因素之一。硝态氮、氨态氮是大气氮沉降的两种主要氮素形态,且两者在大气氮沉降中的比例具有较大的空间变异性。目前,多数研究侧重于探讨氮输入量与土壤碳循环过程之间的关系,很少有研究关注不同氮素形态对沼泽湿地土壤有机碳矿化的影响。以东北地区多年冻土区及季节冻土区泥炭沼泽为例,利用室内模拟实验,在100%土壤最大持水量条件下,将土样于15℃好氧培养60 d,研究不同形态氮输入对泥炭沼泽土壤有机碳矿化的影响。结果表明,多年冻土区和季节冻土区泥炭沼泽0~30 cm深度的土壤有机碳贮量分别为17.60、13.06 kg·m-2。多年冻土区泥炭沼泽土壤有机碳的累积矿化量显著大于季节冻土区(P0.001)。同一泥炭沼泽中,表土(0~15 cm)有机碳累积矿化量显著大于下层(15~30 cm;P0.001)。氨态氮抑制土壤有机碳矿化,使多年冻土区泥炭沼泽土壤有机碳累积矿化量下降12.08%~14.90%,季节冻土区下降7.28%~12.57%,而硝态氮及硝酸氨对土壤有机碳矿化无显著影响。此外,氮素形态、土壤深度及泥炭沼泽类型对土壤有机碳矿化有显著的交互作用(P0.05)。因此,区分不同氮素形态对土壤碳排放的影响是非常有必要,有利于深入了解大气氮沉降对泥炭沼泽土壤碳库稳定性的影响。     

亚热带茶园土壤的某些生物化学性状研究

茶园土壤的有机质含量、腐殖质组成、有机碳的循环与平衡特点、酶活性及其在施肥条件下的变化情况与土壤肥力密切相关．试验结果表明：亚热带茶园土壤有机质含量水平较低，腐殖质组成中以富里酸为主，HA／FA比、酶活性均比起源土壤略低；高产茶园土壤有机碳库的循环水平较高，在不施有机肥的情况下仍能保持平衡；低产茶园土壤有机碳库的循环水平较低，输出大于输入，施用有机肥可以较快地提高茶园土壤有机质含量和酶活性水平．增施有机肥和实行茶林复合是培肥茶园土壤、提高茶园生产力的有效措施．     

川西亚高山3种典型森林土壤碳矿化特征

为了解森林转化对土壤碳矿化过程的影响,采用室内培养法对川西亚高山3种典型森林(天然林、桦木次生林和云杉人工林)土壤碳矿化过程进行219 d的动态监测.结果表明,3种森林土壤碳矿化速率随培养时间增加而下降,矿化积累量随时间增加而增加,土壤有机层碳矿化速率和积累量均显著高于对应矿质土壤层;在土壤有机层,天然林和桦木次生林土壤碳矿化速率和积累量均显著高于云杉人工林,而在矿质土壤层3种森林无显著差异.培养结束时,3种森林有机层矿化积累量占总有机碳比值分别为11%、8%和11%,矿质土壤层分别为4%、6%和4%.森林群落、土壤层次和培养时间及三者交互作用对土壤碳矿化和积累量均有显著影响.土壤生物化学特性与土壤碳矿化率和积累量显著相关.单指数模型能很好地拟合土壤碳矿化特征.综上所述,森林转化对川西亚高山土壤碳矿化影响显著,主要表现在土壤有机层.     

交替冻融对东北典型土壤腐殖质的影响

以受季节性冻融过程影响显著的东北地区的黑土、暗棕壤和水稻土为例,采用实验室模拟的方法,研究交替冻融循环过程（分别在-20℃和20℃下处理）对土壤腐殖质的影响。研究表明：交替冻融后,黑土和暗棕壤松结态腐殖质质量分数分别增加了39%和28%,HA/FA分别上升了45%和35%;水稻土松结态腐殖质质量分数和HA/FA分别下降了18%和31%。三维荧光结果进一步验证,黑土、暗棕壤在交替冻融中土壤芳香化程度增高,HA/FA上升,而水稻土则相反。黑土和暗棕壤松结态腐殖质和HA/FA升高,主要是微生物分解作用和土壤大团聚体破坏等原因造成,水稻土松结态腐殖质和HA/FA降低,主要是水稻土的缺氧环境造成。     

威廉腔环蚓（Metaphire guillelmi）对~（14）C-土壤有机质转化的研究

土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分,而大型土壤动物对土壤碳库的稳定性起着重要的决定作用。利用14C示踪技术,以14C-葡萄糖制备微生物源的土壤有机质（Soil organic matter,SOM）,以蚯蚓威廉腔环蚓（Metaphire guillelmi）为代表,研究了14C-SOM在含有蚯蚓的两种土壤、不含蚯蚓的对照土壤和不含蚯蚓的蚓粪中的矿化、残留物在土壤和蚓粪中分布以及蚯蚓对14C-SOM的吸收。结果显示,15 d的培育期内蚯蚓显著加快了14C-SOM的矿化,在土壤中的矿化量是不含蚯蚓的对照土壤中矿化量的1.5～1.7倍,然而当移出蚯蚓后,残留14C-SOM在两种土壤中40 d内的矿化都比对照土壤中低。大约有4.2%～4.8%的14C-SOM被蚯蚓吸收利用。在有蚯蚓存在的土壤中,14C-SOM残留物在胡敏素中的含量有所增高,而在溶解有机物（DOM）中的含量显著降低。14C-SOM在不含蚯蚓的蚓粪中55 d内的矿化量和矿化动力学以及残留分布与在对照土壤中均没有显著区别。这些结果表明,蚯蚓对微生物源14C-SOM转化的影响主要是蚯蚓的肠道作用,这种作用可表现在两个方面,即初期对14C-SOM矿化的促进作用以及后期对14C-SOM残留物的稳定化作用。后续工作中应进一步研究蚯蚓对其它来源SOM降解和转化的作用,阐明蚯蚓对SOM稳定性的控制机理,对揭示全球碳循环规律具有重要的意义。     

洞庭湖不同水位梯度川三蕊柳和短尖薹草土壤有机碳垂直分布特征

以洞庭湖湿地3种水位梯度(-60、-40和-20 cm,即水位在土壤表层60、40和20 cm以下)的川三蕊柳(Salix triandroides)和短尖薹草(Carex brevicuspis)为研究对象,揭示0～20、20～40、40～60、60～80 cm土壤有机碳及腐殖质碳(胡敏酸碳、富里酸碳、胡敏素碳)含量的垂直分布特征。结果表明,在3种水位下,川三蕊柳和短尖薹草群落土壤有机碳和腐殖质碳含量均以0～20 cm土壤较高。川三蕊柳0～20 cm土壤有机碳含量以高水位区较高,而20～80 cm土壤以中水位区较高;短尖薹草4层土壤有机碳含量均以中水位区较高。对土壤富里酸碳含量而言,川三蕊柳和短尖薹草群落在3种水位之间无显著差异。对土壤胡敏酸含量而言,川三蕊柳群落0～20 cm土壤以高水位区较高,20～60 cm土壤在3种水位之间无显著差异,而60～80 cm土壤以高水位区较低;短尖薹草群落0～40 cm土壤以中水位区较高,40～60 cm土壤在3种水位之间无显著差异,而60～80 cm土壤以高水位区较低。对胡敏素含量而言,川三蕊柳群落0～20 cm土壤以高水位区较高,20～80 cm土壤以高水位区较低;短尖薹草4层土壤胡敏素碳含量均以中水位区较高。与短尖薹草群落相比,川三蕊柳群落能提高低水位区0～80 cm和高水位区0～20 cm土壤有机碳及腐殖质碳含量,但降低了中水位区0～80 cm和高水位区20～60 cm土壤有机碳及腐殖质碳含量。可见,湿地土壤有机碳含量受植被类型和水位的综合影响,在洞庭湖湿地应选取高水位洲滩恢复川三蕊柳群落,以提高湿地土壤有机碳含量。     

威廉腔环蚓(Metaphire guillelmi)对~(14)C-土壤有机质转化的研究

土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分,而大型土壤动物对土壤碳库的稳定性起着重要的决定作用。利用14C示踪技术,以14C-葡萄糖制备微生物源的土壤有机质(Soil organic matter,SOM),以蚯蚓威廉腔环蚓(Metaphire guillelmi)为代表,研究了14C-SOM在含有蚯蚓的两种土壤、不含蚯蚓的对照土壤和不含蚯蚓的蚓粪中的矿化、残留物在土壤和蚓粪中分布以及蚯蚓对14C-SOM的吸收。结果显示,15 d的培育期内蚯蚓显著加快了14C-SOM的矿化,在土壤中的矿化量是不含蚯蚓的对照土壤中矿化量的1.5～1.7倍,然而当移出蚯蚓后,残留14C-SOM在两种土壤中40 d内的矿化都比对照土壤中低。大约有4.2%～4.8%的14C-SOM被蚯蚓吸收利用。在有蚯蚓存在的土壤中,14C-SOM残留物在胡敏素中的含量有所增高,而在溶解有机物(DOM)中的含量显著降低。14C-SOM在不含蚯蚓的蚓粪中55 d内的矿化量和矿化动力学以及残留分布与在对照土壤中均没有显著区别。这些结果表明,蚯蚓对微生物源14C-SOM转化的影响主要是蚯蚓的肠道作用,这种作用可表现在两个方面,即初期对14C-SOM矿化的促进作...     

长期施肥对红壤性水稻土活性碳的影响

在23年的长期田间定位试验区,研究了不同施肥对红壤性水稻土活性碳的影响。结果表明,在不施肥(CK)、无机肥(NPK)、有机肥(猪粪 紫云英绿肥)(OM)和无机肥与有机肥配施(NPKM)处理中,土壤微生物量碳含量、潜在可矿化碳含量和可溶性有机碳含量均随土层深度的增加而降低;不同施肥处理土壤微生物量碳含量、潜在可矿化碳含量和可溶性有机碳含量从高到低顺序都为:NPKM>OM>NPK>CK,长期施用肥料,特别是施有机肥与无机肥配施能提高土壤微生物量碳、潜在可矿化碳和可溶性有机碳含量,从而保持和提高土壤碳库质量。同施肥处理A层的土壤活性碳占土壤有机碳的比率显著大于P层;同施肥处理同发生层各土壤活性碳占土壤有机碳比率从高到低的顺序为:潜在可矿化碳的比率(R2)>微生物量碳的比率(R1)>可溶性有机碳的比率(R3);同施肥处理同发生层土壤活性碳占土壤有机碳比率R1、R2、R3大小顺序都为:NPKM>OM>NPK>CK。除P层微生物量碳和可溶性有机碳之间外,土壤有机碳总量与各活性碳之间以及各类活性碳之间相关性均达到极显著水平。     

不同形态氮输入对湿地生态系统碳循环影响的研究进展

人类活动导致湿地生态系统氮负荷明显增加,引起生态系统碳循环过程发生诸多变化。外源氮输入对湿地生态系统土壤碳库稳定性的影响已成为当今国际研究的前沿问题之一。文章综述了不同形态氮素对湿地植物固碳潜势、土壤自养与异养呼吸速率的影响、土壤甲烷排放及不同形态氮与全球变暖对土壤有机碳及其组分矿化速率的交互作用的研究进展。研究表明,(1)植物对不同形态氮素的选择性吸收,会影响植物叶片的光合速率,改变植物的固碳潜势,影响植物根系的自养呼吸速率;同时,会影响凋落物归还量,改变植物对土壤的有机碳输入;此外,还可能影响凋落物的质量(如C/N),改变凋落物的分解速率,影响土壤异养呼吸速率。(2)各种形态氮输入对土壤p H产生不同的影响,改变土壤微生物及酶活性,影响有机碳的分解及土壤异养呼吸速率。(3)土壤有机碳组分对各种形态氮素的不同响应,也会改变土壤有机碳的矿化速率。(4)植物对不同形态氮素的选择性吸收,及各种形态氮输入对土壤p H产生的不同影响,会影响土壤中可利用C、N源的供应,改变土壤的酸碱环境及氧化还原电位,影响土壤CH4排放。(5)大气氮沉降与全球变暖同时影响土壤碳循环过程,但不同形态氮素与全球变暖对湿地土壤碳循环过程的交互作用研究仍较少见。迄今为止,氮沉降对湿地土壤碳库稳定性的影响效应仍存在很大的不确定性,仅有少量研究区分氮素形态对土壤碳库稳定性的影响,而关于湿地生态系统的研究鲜有报道。今后应着重区分不同形态氮素对湿地土壤碳库稳定性的影响机理研究,以便深入了解氮沉降与湿地土壤碳库稳定性之间的关系。     

Plant Bioavailability of “natural” and “model” Humic acid‐bound [14c] Atrazine residues

The release of bound [14C] atrazine residues and their uptake by maize plants was investigated.

“Natural”; humic acids, extracted from a brown soil, and “model”; humic acids, prepared from catechol, both containing bound [14C] atrazine residues were incubated with plants in soil. After 21 days, the maize plants contained 0.7% (plants grown in soil mixed with “natural”; humic acids) to 1.7% (plants grown in soil mixed with “model”; humic acids) of the radioactivity originally introduced.

The roots contained 55 to 70% of the [14C] residues whereas the remainder was present in the shoots. A significant amount of the total [14C] residues (29 to 53%) became again bound in plant tissues, whereas the, majority of extractable [14C] residues was present in the form of conjugates.

The behaviour of “model”; humic acid‐bound residues was comparable to that of “natural”; humic acid‐bound residues or soil‐bound residues.     

污泥施用对林地土壤基本性质及酶活性的影响

以无锡卢村污水处理厂厌氧消化的脱水污泥为有机肥源,采用土培盆栽试验的方法,研究了不同用量污泥施用后土壤基本性质的变化及对土壤酶活性的影响。试验设计5种处理,污泥施用量和占土质量的比例分别为0（不施污泥的对照处理,CK）,30（3%）,60（6%）,120（12%）和240（24%）g·kg^-1。结果表明,污泥使用提高了土壤中养分元素和有机质的含量;黄棕壤中过氧化氢酶的活性平均比潮土中的高5.2%,随污泥用量的增加潮土中过氧化氢酶活性提高,而黄棕壤中的无明显变化;与对照相比,土壤脲酶活性在两种土壤上分别增加55.6%～122%（黄棕壤）和46.2%～67.5%（潮土）,且与土壤全氮、全磷、水解氮、速效磷和有机质（黄棕壤）和土壤全氮、水解氮和有机质（潮土）呈正相关;结果还显示污泥使用增加了土壤蔗糖酶活性,但不同污泥用量之间无明显差异。     

Influence of Dissolved Organic Matter On the Bio-Availability and Toxicity of Metals in Soils and Aquatic Systems

Cations in soil are essential for the growth of plants and micro-organisms. Their availability is dependent on soil organic matter. Soil organic matter (SOM) is heterogeneous comprising amino, aliphatic and phenolic acids, but particularly humic substances. All these substances can complex cations selectively. Mechanisms of complexation with dissolved organic matter are discussed. Such complexation can lead to the apparently contradictory observations that dissolved organic matter (DOM) can either increase the concentration of some less soluble nutrients, making them more available for plant uptake, or make them less available and hence less toxic. the importance of DOM is discussed in relation to soil solution, particularly the rhizosphere, and also in relation to aquatic systems. the latter systems contain mainly dissolved humic substances whereas in the soil, non-humic substances assume a greater importance.

SOM in the rhizosphere is derived from plant, microbial and animal remains but much, especially the water-soluble compounds, are acquired through root exudation. Exudation has important consequences for enhanced nutrient availability as a result of the production of non-humic substances such as amino, aliphatic and phenolic acids. in future, the role of root exudation in relation to DOM and nutrient availability should be investigated more fully, particularly as predicted elevated CO₂ levels are likely to have a major impact on root exudation, nutrient availability, and possibly ecosystem community structure and functioning. It is likely that more information will become available on aquatic systems as more highly sensitive techniques and equipment capable of dealing with low concentrations of DOM in these systems become available.     

腐殖酸存在下镉和铅对土壤脱氢酶活性的影响

采用室内培养试验研究Cd和Pb污染红壤添加不同组分腐殖酸后,其脱氢酶活性的变化,结果表明,红壤遭受镉和铅污染后,脱氢酶活性显著降低,然而腐殖酸特别是胡敏酸的存在能够使脱氢酶活性得到显著回升,说明腐殖酸与重金属的相互作用对重金属污染土壤微生物活性的改善和修复功能,对土壤有一定的去污降毒作用.不同腐殖酸组分的效应大小为:灰色胡敏酸(GHA)>棕色胡敏酸(BHA)>富里酸(FA),表明分子量愈大、芳构化程度愈高的腐殖酸组分,其对重金属的钝化愈强,从而解除土壤重金属对生物毒害的能力愈强.     

Influence of Dissolved Organic Matter On the Bio-Availability and Toxicity of Metals in Soils and Aquatic Systems

Cations in soil are essential for the growth of plants and micro-organisms. Their availability is dependent on soil organic matter. Soil organic matter (SOM) is heterogeneous comprising amino, aliphatic and phenolic acids, but particularly humic substances. All these substances can complex cations selectively. Mechanisms of complexation with dissolved organic matter are discussed. Such complexation can lead to the apparently contradictory observations that dissolved organic matter (DOM) can either increase the concentration of some less soluble nutrients, making them more available for plant uptake, or make them less available and hence less toxic. the importance of DOM is discussed in relation to soil solution, particularly the rhizosphere, and also in relation to aquatic systems. the latter systems contain mainly dissolved humic substances whereas in the soil, non-humic substances assume a greater importance.

SOM in the rhizosphere is derived from plant, microbial and animal remains but much, especially the water-soluble compounds, are acquired through root exudation. Exudation has important consequences for enhanced nutrient availability as a result of the production of non-humic substances such as amino, aliphatic and phenolic acids. in future, the role of root exudation in relation to DOM and nutrient availability should be investigated more fully, particularly as predicted elevated CO₂ levels are likely to have a major impact on root exudation, nutrient availability, and possibly ecosystem community structure and functioning. It is likely that more information will become available on aquatic systems as more highly sensitive techniques and equipment capable of dealing with low concentrations of DOM in these systems become available.     

沙土不同有机组分对磷的解吸特征影响

采用平衡解吸法研究了沙土不同有机组分对磷的解吸附特征影响。结果表明,通过过氧化氢去除有机质后的沙土使磷的解吸比例（Dr=0.94）大幅度增加,解吸迟滞性指数（TⅡ=0.05）显著降低;有机质是影响磷在沙土上解吸特征的重要因素;磷在橡胶态胶体（轻组有机组分）上的表面分配作用吸附是导致解吸比例（Dr=0.81）增大,解吸迟滞性指数（TⅡ=0.05）减小的原因;稳结态腐殖质中的胡敏酸在对磷的吸着和滞留过程中发挥重要作用,HⅡ＋HⅢ组（Dr=0.57、TⅡ=0.30）;磷在紧结态腐殖质所形成的团聚体结构中引起的团聚体结构不可逆形变是导致磷的解吸比例（HⅢ组Dr=0.24）降低,解吸迟滞性指数（HⅢ组TⅡ=0.49）增大的根本原因,考查土壤磷的解吸特征不但要考虑有机质的含量,更要考虑有机质的存在形态,它也是影响土壤磷解吸特征的重要因素,轻组有机组分、重组有机组分、以及重组有机组分中的稳结态腐殖质、紧结态腐殖质所携载的吸附态磷进入水体后对上覆水体的释放通量可分别按其饱和吸附量的81%、66%、57%和24%进行估算。     

长期施肥对土壤有机质积累的影响

20年的NPK施肥定位试验,有利于深刻揭示土壤肥力特征与营养平衡规律。以位于黄淮海平原的中国科学院禹城综合试验站为例,探讨和估算了长期定量施肥对冬小麦（TriticuspaestvumL．）、夏玉米（ZeaMaysL．）生长和土壤有机质（SOM）的影响。结果表明,长期的N、P肥配施或N、P、K均衡施肥,可显著增加SOM储量,并且后者要优于前者;SOM增加主要集中在0-20cm深度的土层,40-60cm基本不变;生物量对SOM储量变化影响明显,NPK,NP处理作物生长良好,作物残体输人明显优于其他处理;0-40cm可以代表该区用以计算土壤固碳潜力,并且在N、P、K均衡施肥条件下,0-40cm土层中SOM储量长期以来持续增加,并未达到上限,每年的平均固碳速率（以C计）达182．8kg·hm-1,约是全球平均水平的1．5倍,全国平均水平的1．1倍。华北平原若按N、P、K均衡施肥,农田土壤每年固碳潜力将达到1．6-2．4Tg·a-1。     

Rapid incorporation and short-term distribution of a nonylphenol isomer and the herbicide MCPA in soil-derived organo-clay complexes

Organo-clay complexes in soil are a major sink for xenobiotics and, thus, often enhance their persistence dramatically. However, the knowledge on environmental processes of non-extractable residue formation on a short time scale is very restricted. Therefore, this study examined the distribution of 4-(3,5-dimethylhept-3-yl)phenol (NP) and 4-chloro-2-methylphenoxyacetic acid (MCPA) in soil over a short time period of 48 h and in different soil sub-fractions. The overall proportion of organo-clay-associated bound residues was not only abundant but also in the same range for both substances (MCPA: 8%; NP: 11% of applied ¹⁴C-radioactivity). However, a more detailed view revealed two different distribution patterns: a higher proportion of clay-associated NP was accompanied by a lower content of bound residues, whereas a smaller fraction of clay-associated MCPA was characterized by a higher proportion of non-extractable residues. Further on, a selective accumulation of bound residues among clay-associated humic fractions was observed. NP residues were linked predominantly to humic acids, whereas MCPA residues tended to be incorporated more into fulvic acids. It was evident that the overall distribution was influenced primarily by the physico-chemical properties of the contaminants. This study demonstrates in detail a rapid initial incorporation accompanied by a specific distribution into soil sub-fractions for selected xenobiotics in soil and points to a complex interaction of clay-associated organic matter with low molecular weight compounds.