外源新碳对红壤团聚体及有机碳分布和稳定性的影响

以中国科学院长期定位试验站的红壤为研究对象,通过室内模拟实验,利用δ~(13)C示踪方法,将稳定同位素碳(δ13C)标记的水稻秸秆添加入红壤,研究水稻秸秆添加对红壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响,探索水稻秸秆腐解过程中有机碳在不同粒级团聚体中的动态变化以及分布规律.研究结果表明:未添加水稻秸秆的红壤(对照组),微团聚体(250μm)占主体,2000μm粒级水稳性团聚体含量最少.与对照相比,添加水稻秸秆后(试验组)促进了2000μm粒级水稳性团聚体的团聚.不同培养时期,2000μm水稳性团聚体增加了108.3%~270.3%,促使大团聚体占主体,显著提高了红壤水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、R0.25值,降低了分形维数(D)值,土壤结构明显得到改善.各粒级团聚体有机碳含量也显著得到提高,2000μm团聚体有机碳含量比对照组增加了14.7%~41.5%.土壤有机碳在53μm粒级团聚体中分布随着粒级的增大而增大,即2000μm2000~250μm250~53μm.不同粒级团聚体δ13C值动态变化显著,有机碳的周转速率增大.外源新碳前期主要分配在2000μm、250~53μm粒级团聚体中,并促进了原有机碳的分解,后期主要分配在微团聚体中.红壤大团聚体有机碳含量与团聚体稳定性呈极显著的相关关系(p0.01).     

不同施氮量下水稻分蘖期光合碳向土壤碳库的输入及其分配的量化研究：13C连续标记法

应用稳定同位素13C-CO2连续标记技术,通过室内密闭培养试验研究不同施氮处理下(依次为N0,N10,N20,N40,N60)水稻分蘖期光合碳向土壤碳库的输入及其分配特征.结果表明,连续标记培养18 d后,水稻地上部和根系的干物质累积量分别为1.58~4.35 g·plot-1和1.05~2.44 g·plot-1,水稻植株生物量受施氮处理显著影响,且随着施氮量增加而增加,即N60>N40>N20>N10>N0.水稻整个分蘖期内分别有44.0~157.6 g·plot-1和8.3~49.4 g·plot-1的光合碳进入水稻地上部和根系.不同施氮水平下,种植水稻的土壤有机碳(13C-SOC)、可溶性有机碳(13C-DOC)和微生物量碳(13C-MBC)的分配量均显著高于CK处理(不种植水稻且不施N).种植水稻的土壤13C-SOC含量范围为11.1~23.7 g·plot-1,占总净同化量的10.2%~18.1%.对于活性碳库,CK处理的土壤13C-DOC和13C-MBC含量分别为3.50μg·kg-1和88.9μg·kg-1,种植水稻处理的土壤13C-DOC、13C-MBC含量范围为4.82~14.51μg·kg-1、526.1~1 478.8μg·kg-1.土壤13C-SOC、13C-DOC和13C-MBC含量受施氮处理显著影响(P<0.05),且与植物生物量呈显著正相关关系.因此,水稻分蘖期光合碳的地下部输入有利于土壤有机碳的累积,施氮能够促进水稻新鲜根际碳的沉积,且高N水平下根际沉积碳量高于低N和中量N水平.     

不同种植模式对土壤团聚体及有机碳组分的影响

结合在有机农场近10年的定位研究,通过同步采样分析,比较了有机种植和常规种植两种不同模式下土壤团聚体组成、分配及团聚体内有机碳组分的差异.结果表明,常规种植模式下随着团聚体粒级的减小,团聚体4个粒级(1 mm、1~0.5 mm、0.5~0.25 mm和0.25 mm)的含量均值分别为23.75%、15.15%、19.98%和38.09%,而有机种植模式下各粒级团聚体(1 mm、1~0.5 mm、0.5~0.25 mm和0.25 mm)的含量分别为9.73%、18.41%、24.46%和43.90%,0.25 mm微团聚体含量显著高于常规种植.有机种植模式提高了土壤有机碳和全氮含量,平均值分别为17.95 g·kg-1和1.51 g·kg-1.有机种植模式下相同粒级间,团聚体中重组有机碳平均含量显著高于常规种植,且重组有机碳在0.25 mm这部分稳定性有机碳主要储存场所的微团聚体中富集.有机种植模式下易氧化态碳在1 mm大团聚体中的含量显著高于常规种植,其它粒级间没有显著差异,易氧化态碳在1 mm大团聚体中富集.有机种植模式增加了土壤有机碳及其组分含量,缓解了耕作对团聚体的破坏,并增强了有机碳的稳定性.有机种植有利于土壤固碳,这为进一步加快我国有机农业的发展提供了理论依据.     

广西玉林市大气PM10和PM2.5中有机碳和元素碳污染特征分析

2015年7月~2016年3月期间在广西玉林市3个空气监测点位共采集环境大气颗粒物PM_(10)样品218份,PM_(2.5)样品202份,利用多波段热/光碳分析仪分析其颗粒物中有机碳和(OC)和元素碳(EC)浓度水平、时空变化、污染特征及可能来源.结果表明,玉林市PM_(10)中OC和EC质量浓度分别为10.99μg·m~(-3)和5.11μg·m~(-3);PM_(2.5)中OC和EC质量浓度分别为7.51μg·m~(-3)和4.70μg·m~(-3).3个监测点位大气中PM_(10)和PM_(2.5)冬季的OC和EC浓度水平均高于其他季节,PM_(10)、PM_(2.5)中OC和EC的相关性较好,R2分别为0.58和0.60(P均小于0.01).应用最小OC/EC比值法对二次有机碳(SOC)含量进行了估算,冬季大气PM_(10)和PM_(2.5)中SOC平均质量浓度分别为14.50μg·m~(-3)和6.74μg·m~(-3),高于其他季节.PM_(10)和PM_(2.5)中SOC/OC比值均0.5,玉林市大气中粗细颗粒物均以SOC为主.夏季PM_(10)和PM_(2.5)中SOC/OC分别为80.6%和77.7%,为四季最高值,与夏季温度较高、光照强烈、有利于光化学反应将OC转化为SOC有关.     

水稻碳氮吸收、分配与积累对施肥的响应

以亚热带典型稻田生态系统长期定位试验为对象,研究等氮条件下不同施肥方式对水稻植株碳氮吸收、分配与积累的影响,分析了水稻碳氮的积累关系.结果表明,低量有机肥结合化肥配施能有效促进碳素在水稻植株体内的分配.有机-无机肥配施处理下水稻茎叶和籽实中氮含量相对较高,分别为8.9～10.2 g·kg-1和11.9～14.8 g·k...     

南京北郊冬夏季大气PM2.5中碳质组分浓度及同位素组成研究

为研究南京北郊不同季节PM_(2.5)中碳质组分的主要来源,分别在2014年1月1—23日和2014年7月3—22日进行PM_(2.5)样品采集,并分析其中有机碳(OC)、元素碳(EC)浓度及总碳同位素组成.结果表明,冬季PM_(2.5)浓度高于夏季,平均值为(146.69±64.67)μg·m-3,OC、EC浓度较高,分别为(14.77±5.58)μg·m-3与(9.01±4.74)μg·m-3;而夏季PM_(2.5)浓度为(57.69±23.80)μg·m-3,OC、EC浓度分别为(5.94±2.20)μg·m-3和(2.78±1.25)μg·m-3.二次有机碳(SOC)占OC比重较小,冬、夏两季分别为36.99%与27.37%,这与采样点紧邻公路主干道使颗粒物未得到充分的二次反应有关.南京北郊冬季δ13C平均值为-25.38‰±0.36‰,夏季为-26.50‰±0.58‰,通过与潜在污染源的δ13C值对比,推断出采样期间冬季主要的潜在碳质污染源为煤炭燃烧及机动车尾气,夏季主要的潜在碳质污染源为生物质燃烧及汽车尾气.     

乌梁素海和岱海沉积物有机碳的形态特征

以富营养化类型不同的乌梁素海和岱海为对象,开展湖泊沉积物中有机碳的形态特征研究,对比分析了2个湖泊沉积物有机碳的形态特征及其差异性.结果表明,乌梁素海沉积物中总有机碳(TOC)含量范围为4.50～22.83 g·kg-1,平均11.80g·kg-1;重组碳(HFOC)含量范围为3.38～21.67 g·kg-1,平均1...     

太湖百渎港湿地植物群落沉积物中碳、氮的空间变化研究

采用地统计学与GIS相结合的方法,以太湖百渎港湿地植被恢复区为研究区,研究湿地植物群落沉积物中有机碳、全氮和碳氮比的空间分布.结果表明:(1)研究区有机碳变化范围为1.53～63.42 g·kg-1,全氮变化范围为0.37～5.42g·kg-1,碳氮比变化范围为1.55-77.50,全氮、有机碳和碳氮比都存在空间上中等程度的变异性.(2)有机碳含量整体上最高是在沉水植物群落和芦苇群落分布区,茭草群落、荷花群落分布区次之,最低在香蒲群落分布区和对照区;全氮分布与有机碳具有一定的相似性,整体最高在芦苇群落分布区,最低在对照区.     

宁波市PM2.5中碳组分的时空分布特征和二次有机碳估算

为了研究PM2.5中碳质组分的时空分布特征,于2012年12月至2013年10月4个季度典型时段在宁波市5个采样点采集环境大气中的PM2.5,分析了样品中有机碳(OC)和元素碳(EC)的质量浓度,并估算二次有机碳(SOC)对OC的贡献.结果表明:1宁波市PM2.5年均质量浓度为51.6μg·m-3,其中OC和EC的比例分别为17%和6%.反向轨迹模型的分析结果表明,来自内陆地区的区域传输可能是冬季和春季PM2.5浓度较高的主要原因.2OC/EC比值和OC与EC的相关性分析结果表明,夏季有大量SOC生成,而冬季则可能受华北地区燃煤供暖的显著影响.3用EC示踪法对宁波市的SOC进行了估算,结果表明宁波冬季和春季受到区域传输的显著影响,污染源较不稳定,不宜使用该估算方法.夏季和秋季的SOC质量浓度分别为2.5μg·m-3和2.3μg·m-3,占OC的42%和28%.     

菏泽市PM2.5碳组分季节变化特征

于2015年8月到2016年4月在菏泽市城区采集PM_(2.5)颗粒,利用热/光碳分析仪测定了颗粒物中8种碳组分,获得了有机碳(OC)和元素碳(EC)的质量浓度,分析了OC与EC的比值、相关性,使用OC/EC比值法估算了二次有机碳(SOC)的浓度,并使用主成分分析法研究8种碳组分含量.结果表明,(1)PM_(2.5)中OC、EC的年质量浓度变化范围分别为1.2~60.6μg·m~(-3)、0.6~24.8μg·m~(-3),OC/PM_(2.5)、EC/PM_(2.5)的季节分布特征相似:冬季春季秋季夏季;(2)OC/EC的年平均值为2.6±1.0,春夏秋冬OC、EC的相关系数分别为0.91、0.56、0.86、0.75,估算的SOC年平均浓度为(4.7±5.0)μg·m~(-3);(3)不同季节8种碳组分质量分数均为EC1最高,EC3最低.主成分分析结果显示,春秋冬这3个季节碳组分的主要来源为燃煤、机动车和生物质燃烧.     

湖南典型农田土壤有机碳含量及其演变趋势

以湖南省沅江市(28°42′～29°11′N、112°16′～112°56′E)为代表,通过典型样区密集取样分析和同一区域的历史资料比较,研究了洞庭湖区农业用地土壤有机碳的演变趋势,发现稻田土壤有机碳在最近25a中稳步增加,而改为旱地的土壤有机碳含量减少.2004年典型样区土壤有机碳均值为(26.66±4.93)g·kg^-1,主要分布区间为20～35g·kg^-1,比1979提高22.64%;其中耕作制度为双季稻的土壤有机碳含量,由1979年的20.29g·kg^-1提高到了2004年的28.12g·kg^-1,年均增加量约313.5mg·kg^-1(年递增率为1.15%);耕作制度为一季稻的土壤有机碳含量,由1979年的20.29g·kg^-1提高到了2004年的27.25g·kg^-1,年均增加量约278.3mg·kg^-1(年递增率为1.16%),耕作制度为水旱轮作的土壤有机碳含量,由1979年的20.29g·kg^-1提高到了2004年的23.90g·kg^-1,年均增加量约144.5mg·kg^-1(年递增率为0.78%),而改为旱地的土壤有机碳含量,由1979年的20.29 g·kg^-1降低到了2004年的18.40g·kg^-1,年均减少量约75.48mg·kg^-1(年递减率为0.37%).方差分析表明,稻田土壤有机碳的增加达到了极显著水平,改为旱地的土壤有机碳含量的减少未达到了显著水平.表明洞庭湖区不同利用类型的土地均是重要的固碳场所,农业用地的土壤有机碳库是大气CO₂循环的“汇”,而不是“源”.     

洞庭湖湿地有机碳垂直分布与组成特征

以洞庭湖3类湿地的9个典型剖面为代表,研究了洞庭湖湿地有机碳垂直分布和组成特征.结果表明,湖草滩地表层(0～10cm)有机碳含量(>40g/kg)明显高于芦苇滩地(20±2.8) g/kg和垦殖水田(28±8.6) g/kg .0～30cm内,湖草和芦苇滩地有机碳含量随深度的增加而下降,30cm以下有机碳含量基本稳定.垦殖水田的3个剖面间有机碳含量存在较大变异.湖草滩地表层0～10cm轻组碳占总有机碳的20%以上,而芦苇滩地和垦殖水田表层0～10cm的有机碳以稳定的重组碳为主(>90 %) .同一类型湿地垂直方向上,受有机碳来源复杂性的影响,轻组碳占总有机碳的比例具有明显的层次性.分组试验还表明,重组碳与总有机碳、容重与总有机碳、重组碳与重组氮之间具有极显著的相关关系(p<0.01).     

长期施肥对水稻土耕层微生物生物量氮和有机氮组分的影响

以亚热带2个国家级稻田土壤肥力变化长期定位监测点的土样为对象,研究了长期施肥对土壤微生物生物量氮(B_N)和有机氮组分的影响.采用氯仿熏蒸-K₂SO₄提取法和酸水解-蒸馏法分别对耕层土壤微生物生物量氮和有机氮组分进行了测定.结果表明,经过17a的有机无机肥配合施用,土壤氮含量水平较低的宁乡点,土壤全氮平均每年增加约40 　mg·kg^－1,而土壤氮含量水平较高的南县点,平均每年增加约55 　mg·kg^－1.有机无机肥长期配合施用也提高了土壤微生物生物量氮和微生物生物量氮占全氮的比例;同时也显著增加酸解性氮及氨基酸态氮、酸解未知氮的含量.此外,土壤酸解性氮及其组分均与微生物生物量氮存在极显著的正相关关系,其中氨基酸态氮和酸解未知氮对微生物生物量氮的影响最大.研究表明,有机无机肥配施是使稻田土壤氮素含量提高的重要措施,有机无机肥配施促进了土壤氮库的积累,即易矿化和较难矿化2部分氮库同时增加.     

生物质炭对双季稻水稻土微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳氮的影响

生物质炭可影响土壤微生物量,但生物质炭对双季稻田土壤微生物生物量碳、氮(MBC、MBN)及可溶性有机碳、氮(DOC、DON)的影响还不清楚.基于此,本研究选取亚热带2种典型双季稻田土壤(花岗岩母质发育的水稻土S1和第四纪红壤发育的水稻土S2)作为研究对象,开展室内培养试验来研究不施氮肥条件下生物质炭添加对土壤微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响.每种土壤设置3个小麦秸秆生物质炭添加量,即土重的0%、1%和2%,分别用CK、LB和HB表示.培养70 d后,2种水稻土的MBC均值:S1为877. 03、832. 11和849. 30 mg·kg~(-1),S2为902. 94、874. 19和883. 22mg·kg~(-1). S1+LB、S1+HB和S2+LB均显著降低了土壤MBC均值(P 0. 05),这可能是由生物质炭吸附土壤有机碳及其他有机物,阻碍了微生物的生长而造成的. S1土壤中低生物质炭添加量较对照显著降低了土壤MBN均值(P 0. 05),降幅达9. 45%.生物质炭对S1土壤MBC/MBN均值影响不明显,但LB降低了S2土壤MBC/MBN均值(P 0. 05).由于生物质炭本身含有部分可溶性有机碳及其高p H值,添加到2种水稻土中均增加了土壤DOC均值,增幅分别达4. 42%～22. 20%和10. 57%～35. 47%.但生物质炭(除S2+HB处理)显著降低了土壤DON均值,这可能归因于生物质炭对土壤有机氮的吸附作用及生物质炭本身有机碳分解过程中对N的消耗作用.生物质炭显著增加了2种水稻土的DOC/DON均值,且随着生物质炭添加量的增加而增加.综上所述,在双季稻田土壤中单施生物质炭虽然可增加土壤可溶性有机碳,但对土壤微生物量有一定的降低作用,且会加重土壤氮亏缺状况.因此,在亚热带双季稻田中生物质炭应与化肥等配合施用.     

城市化过程中黑碳的土壤记录及其环境指示意义

以南京市为对象,通过3组共计10个土壤剖面的采样,用湿化学氧化法分析了土壤有机碳（organic carbon,OC）和黑碳（black carbon,BC）的含量.研究发现,南京城市土壤剖面中黑碳含量的变幅为0.22～32.19 g·kg^-1,平均值为4.35 g·kg^-1.第1组城市土壤剖面中黑碳含量的平均值为0.91 g·kg^-1,第2组为8.62 g·kg^-1,第3组为3.72 g·kg^-1.城市土壤剖面中BC/OC值的变幅为0.03～1.59,平均值为0.29,其中BC/OC平均值的大小顺序是：受古代工业活动影响的第2组最大,受现代工业和交通人为活动影响的第3组次之,受古代居民生活影响的第1组最低.研究认为,在城市化过程中,由于工业和交通等人类活动引起的生物物质和矿物燃料（煤、石油等）燃烧产生的BC在土壤中都有不同程度的沉积和记录.BC含量和BC/OC值的大小可能在一定程度上反映了不同人为影响过程和城市土壤的污染程度.城市区域BC的主要来源是矿物燃料燃烧,其中表层（现代层）主要来自交通车辆（尤其是柴油为动力的机车）排放的颗粒物质,而在古代（文化层）可能与燃烧用煤历史有关.     

Sorption of pyrene on two paddy soils and their particle-size fractions

In the present study, the sorption of pyrene on two kinds of bulk paddy soils, Gleyic Stagnic Anthrosols, and Ferric accumulic Stagnic Anthrosols as well as their particle-size fractions was investigated. The sorption isotherms fitted well with Freundlich equation. For both soils, the clay fraction（ 〈 2μm） and coarse sand fraction（2000-250μm） had higher sorption capacity than fine sand fraction（250-20 μm） and silt fraction（20-2 μm）. The IogKoc values obtained of each soil and its particle-size fractions were similar, proving that SOM content was a key factor affecting pyrene sorption. The Kd values showed a significant correlation with contents of dithionite-extractable Fe in both paddy soils and a good relationship with CEC in Gleyic Stagnic Anthrosols, indicating possible effects of surface properties of particle-size fractions on the sorption of pyrene.     

喀斯特地区坡地土壤可溶性有机碳的分布特征

以广西喀斯特地区2个不同退化程度的典型坡地作为研究对象,测定了坡地表层和不同地形部位(坡肩、坡背、坡腰和坡脚)剖面土壤可溶性有机碳(DOC)含量和δ13CDOC值,分析了土壤中DOC的迁移变化规律及影响因素.结果表明,DOC含量主要受到有机质输入?地形和土壤质量等因素影响.灌丛坡地表层土壤中DOC含量要高于草丛坡地,2个坡地表层土壤中DOC含量均随坡面向下而升高,与土壤有机碳(SOC)变化呈相反趋势.而在坡地各个地形剖面中,除灌丛坡地的坡肩和坡背2个剖面土壤中DOC含量随土层深度表现出一定的升高趋势,其他剖面中DOC含量均随土层深度增加而降低.灌丛坡地表层土壤中δ13CDOC值变化幅度明显高于草丛坡地,范围在-15.1‰~-22.1‰,与坡地植被和δ13CSOC值变化密切相关;而草丛坡地表层土壤δ13CDOC值范围在-19.98‰~-20.96‰,其变化幅度很小,与土壤δ13CSOC值变化相似,但与地表植被变化关系不明显,表明了DOC来源主要受到SOC的影响;而各个地形剖面中δ13CDOC值变化较为复杂,但灌丛坡地各剖面变化幅度明显高于草丛坡地相应剖面.剖面中有机质分解程度和输入量决定了δ13CDOC值变幅大小,因此土壤剖面中δ13CDOC值随深度变化的趋势,能够很好地反映剖面土壤中DOC迁移转化过程.     

古水稻土中多环芳烃的分布特征及其来源判定

测定了马家浜文化(距今约6 000a)遗址2个剖面表层土壤、古代水稻土和古代旱地土壤、以及底层土壤中15种多环芳烃的含量,并对其可能来源进行了判定.结果表明,表层土壤中PAHs的含量分别为202.9μg·kg^-1和207.7μg·kg^-1,主要来源于大气沉降;古水稻土中PAHs含量明显降低,仅为56.0μg·kg^-1,但高于古旱地土壤及底层土壤。古旱地土壤及底层土壤PAHs含量在32.0～36.9μg·kg^-1.古水稻土中,2环和3环所占比例较大,达63%,萘和菲含量最高,而4环以上的多环芳烃含量较低.Phe/Ant和BaA/Chr比值和有机质¹³C-NMR图谱显示,古水稻土中的多环芳烃主要来源于水稻秸秆的焚烧,同时还原条件下的生物合成可能是其另一个重要来源.     

POPs污染物莠去津在长期定位施肥土壤中的残留动态

在建立土壤中莠去津残留分析方法的基础上,采用室内培养法研究了该药在长期定位施肥处理土壤中的降解动态.土壤中的莠去津残留物用丙酮提取,经液-液分配和柱层析净化后,气相色谱检测.莠去津的最低检出量为6.4×10^-12　g,在土壤中的最低检出浓度为6.4×10^-9　g·kg^-1,土壤中0.11、1.1、11.0 mg·kg^-1这3个浓度的添加回收率分别为91.41%±4.36％、93.58%±4.54％、 90.35%±3.59％,符合农药残留分析要求.运用该残留分析方法研究了莠去津在长期定位施肥处理土壤中的残留动态.结果表明,莠去津在土壤中的降解遵循一级动力学方程,其在CK、NPK、NPK+M、NPK+S施肥处理土壤中的降解半衰期分别为20.6、 23.0、 28.5、 33.2 d,由LSR分析可知,NPK肥和有机肥的施入明显加快了莠去津在土壤中的降解.单独回归及逐步回归分析均证实莠去津在土壤中的降解半衰期与土壤中的碱解氮、有机质和全氮含量之间存在良好的正相关,其相关系数分别为0.998?3、0.982?6和0.952?1,原因可能是这些土壤养分为土壤微生物的活动提供了足够的碳素和氮素,微生物活性较高,从而致使莠去津在土壤中降解加快.     

亚热带典型景观单元土壤有机碳含量和密度特征

以我国亚热带四类典型景观单元表层土壤为对象,对比分析了土壤有机碳（SOC）含量和密度特征.结果表明,四类景观单元SOC含量加权平均值差异明显,以平原湖区加权平均值最高（25.10 g·kg^-1）,其次为喀斯特低山（20.84 g·kg^-1）和红壤低山（17.75 g·kg^-1）,红壤丘陵平均值最低（12.07 g·kg^-1）.四类景观单元SOC含量变异系数在24.06%～43.76%之间,均属于中等程度变异.平原湖区景观SOC含量主要分布区高于20 g·kg^-1,其它三类景观单元主要分布区则相反.四类景观单元SOC密度加权平均值大小顺序与SOC含量高低极为一致,其顺序为平原湖区（6.12 kg·m^-2）> 喀斯特低山（4.30 kg·m^-2）> 红壤低山（4.25 kg·m^-2）> 红壤丘陵（3.04 kg·m^-2）.研究结果揭示成土母质、耕作强度、地形差异和土地利用方式比例是SOC含量景观变异的主要原因,亚热带地区典型景观单元土壤可能是我国重要的碳库.