不同恢复年限退化土壤有机氮组分变化特征

为明确退化土壤在不同恢复年限下土壤有机氮组分变化规律,以福建长汀县退化红壤为研究对象,利用时空替代法,选取5个典型的不同植被恢复阶段样地,分别为裸地,恢复7、17、23、35a的马尾松(Pinusmassoniana)人工林,采用Bremner酸水解法研究土壤有机氮各组分的变化特征。结果表明,与裸地相比,恢复年限为7、17、23、35a的土壤全氮含量分别增加了2.57、3.71、4.00、5.57倍,且主要以酸解性氮形态存在。酸解性氮和非酸解性氮含量均随全氮含量的增加而显著提高(P<0.01),但植被恢复提高了非酸解氮比例,降低了酸解性氮比例。土壤氨态氮、氨基酸态氮和酸解未知态氮含量随着恢复年限的延长而提高;酸解性总氮含量与氨态氮、氨基酸态氮和酸解未知态氮含量呈显著正相关(P<0.01)。线性回归斜率表明,不同恢复年限土壤增加的酸解性总氮中12.4%为氨态氮、47.3%为氨基酸态氮、35.2%为酸解未知态氮、5.1%为氨基糖态氮。植被恢复降低了氨态氮组分占酸解性总氮的比例,提高了氨基酸态氮组分占酸解性总氮的比例。有机氮组分特征变化影响土壤氮素供应与贮存能力。该研究结果可为退化土壤恢复过程养分管理提供参考。     

长期施肥对河西灌漠土有机氮组分的影响

在长期小麦和玉米轮作的基础上,通过单施化肥以及化肥与其它有机肥料的配合使用,研究不同施肥对河西灌漠土有机氮组分的影响.采用1965年Bremner提出的土壤有机氮分级方法,对22年有机肥与化肥定位试验中的耕层土壤有机氮组成进行分级.结果表明,长期施用化肥和有机肥对河西灌漠土全氮和土壤有机氮组成有显著影响,施肥对不同形态有机氮的影响取决于肥料种类.与单施化肥相比,有机肥与化肥配合施用后显著提高了土壤全氮、酸解性氮与非酸解性氮的含量.在酸解性氮中,氨基酸态氮和酸解未知氮显著增加,氨基糖态氮含量也有所提高.与不施肥相比,施用氮肥显著提高了土壤全氮、酸解性氮与非酸解性氮的含量.在酸解性氮中,化学氮肥显著提高了铵态氮的含量,对氨基酸氮、氨基糖氮和酸解未知态氮影响较小.施用磷、钾肥对河西灌漠土全氮和有机氮各组分含量影响较小.     

秸秆还田下长期连作棉田土壤有机碳活性组分的变化特征

以棉花长期连作定位试验田为研究对象,分析了秸秆还田条件下长期连作棉田土壤有机碳活性组分及难降解组分含量的变化特征,为评价秸秆还田对长期连作棉田土壤有机碳库的稳定性及指导区域农业管理措施增强土壤固碳能力提供了科学的理论依据。试验在石河子大学农学院试验站棉花长期连作定位试验田进行,设有秸秆还田模式下5、10、15、20、25和30年棉田连作小区(标记为5、10、15、20、25和30年),无秸秆还田模式下1、5、10和15年连作小区(标记为CK1、CK5、CK10和CK15),共计10个处理,每个处理3次重复,小区土壤初始背景值相近。棉花种植品种为"新陆早46号",按"30+60+30"宽窄行距配置,采用膜下滴灌,种植密度为每公顷19.8万株。全生育期滴灌11次,滴灌总量5 400 m3·hm-2,共施纯N 495kg·hm-2,用氮肥的30%作基肥,于棉花收获后结合翻耕施入,其余70%氮肥作追肥随水滴施,其他管理措施同一般大田管理。研究结果表明:秸秆还田可以显著提高0~60 cm土层总有机碳(TOC)含量,随着连作年限的增加,TOC含量逐渐升高,连作30年棉田土壤TOC含量最高;秸秆还田处理下各连作棉田0~20和20~40 cm土层有机碳活性组分含量随着连作年限的增加而呈现明显增加后减少的趋势,而难降解组分(酸解残余碳)含量与活性组分含量呈相反的趋势。秸秆还田能够显著地增加长期连作棉田0~60 cm土层有机碳活性组分和难降解组分的含量,且各组分含量均为0~2020~4040~60 cm土层。秸秆还田处理下0~60 cm土层有机碳活性指数(LIc)均小于无秸秆还田处理,且除连作15年外,随连作年限增加LIc呈下降趋势,30年时达到最低,3个土层连作30年LIc比连作5年分别降低了42.86%、49.21%和48.45%;而秸秆还田条件下0~60 cm土层土壤有机碳难降解指数(RIc)均大于无秸秆还田处理,且表现出与活性指数(LIc)相反的趋势,随连作年限增加RIc呈增加趋势,30年时达到最大,3个土层连作30年RIc比连作5年分别增加了28.31%、35.02%和40.53%。秸秆还田能够提高长期连作棉田土壤总有机碳和难降解组分含量,减少有机碳活性组分含量,并使各组分占总有机碳比例间呈动态变化而保持TOC含量呈稳定增加趋势,使长期连作棉田土壤品质朝好的方向转化,同时增加有机碳的稳定性,有利于提高地力。     

秸秆对尿素氮在土壤中转化的影响

秸秆还田对提高土壤肥力具有重要意义,但是秸秆还田对氮素在土壤中的转化过程的影响还不清楚。通过室内培养研究了等量施氮条件下不同秸秆还田量对尿素态氮的水解、硝化及反硝化等氮素转化过程的影响。试验设5个处理,分别为CK,不加尿素氮不加秸秆;S0,尿素氮200 mg·kg~(-1)+秸秆量0 g·kg~(-1);S1,尿素氮200 mg·kg~(-1)+秸秆量4.44 g·kg~(-1);S2,尿素氮200 mg·kg~(-1)+秸秆量8.88 g·kg~(-1);S3,尿素氮200 mg·kg~(-1)+秸秆量13.33 g·kg~(-1)。结果表明,秸秆添加可促进尿素水解过程,24 h后,尿素的水解率从S0处理的71.9%增加至S3处理的98.0%。添加秸秆在前15天会减少土壤中铵态氮的含量,与S0相比,第3天时,S1、S2、S3的铵态氮含量分别减少了18.35%、27.09%、25.47%。S0处理和S1处理土壤中的硝态氮含量均随着培养时间的延长而升高,且在培养的第21天基本达到稳定;而S2和S3处理的硝态氮含量则呈先下降后上升的趋势。从培养3 d起添加秸秆的处理土壤中的硝态氮含量始终低于不添加秸秆的处理(P0.05),且随着秸秆用量的增加土壤中的硝态氮含量显著降低(P0.05)。添加秸秆增加了氮肥的反硝化损失,且随着秸秆用量的增加,反硝化损失率急剧增加,从S0处理的0.45%增加至S3处理的62.87%。添加秸秆处理土壤的微生物量碳(SMBC)含量和空白对照相比,均有明显的提升(P0.05),且随着秸秆用量的增加而增加。研究表明,秸秆的添加能提高SMBC的含量,进而增加了土壤氮素的同化,但同时也增加了氮素的反硝化损失,且随秸秆添加量的增大,影响效果越明显。     

长期连作及秸秆还田对棉田土壤微生物量及种群结构的影响

通过采用常规微生物培养技术分析长期不同连作年限及秸秆还田棉田土壤微生物量及种群结构变化,揭示棉花连作及秸秆还田与土壤微生物多样性关系。研究表明,随着连作年限增加,秸秆还田连作模式下真菌数量持续增加,细菌和微生物总量在连作5-20 a逐渐下降,25 a后又上升;非秸秆还田连作模式随着连作年限增加其微生物种群变化与秸秆还田连作模式变化一致,但非秸秆还田连作模式土壤细菌和微生物总量分别比秸秆还田连作模式在连作5、10和15 a降低42.9%、57.9%、70.6%和41.9%、54.7%和65.7%,而真菌数量增加28.4%、80.8%和116.7%。说明棉花秸秆还田能够增加微生物数量,改善棉田土壤微生物种群结构。连作棉田土壤Simpson指数和Shannon指数呈随连作年限增加呈增加的趋势,连作棉田土壤微生物细菌/真菌（B/F）和放线菌/真菌（A/F）比值在秸秆还田模式下先逐渐减小至连作25 a有升高,而非秸秆还田模式下持续下降。     

生物炭与磷肥配施对棕壤中Cd形态及其有效性的影响

通过实验室模拟Cd污染棕壤,探讨单施不同量(20和40 g·kg~(-1))花生秸秆生物炭(PB)和棉花秸秆生物炭(CB)、20 g·kg~(-1)磷肥(P)以及两者配施对污染土壤p H值及5种形态Cd含量变化的影响,分析生物炭、磷肥及其联合作用对棕壤Cd生物有效性的影响机制。结果表明,单施磷肥可显著降低土壤p H值(较CK降低14.64%),单施生物炭以及两者配施均可提高土壤p H值(较CK增加0.99%~24.67%),以单施40 g·kg~(-1)花生生物炭处理土壤p H值增幅最显著。单施磷肥显著降低土壤可交换态、碳酸盐合态和铁锰氧化物结合态Cd含量,增加有机结合态和残渣态Cd含量;单施生物炭和配施处理均可使土壤可交换态Cd含量显著减少,碳酸盐结合态Cd含量显著增加(49.76%)。在相同施炭量(20 g·kg~(-1))下,配施处理土壤有效态Cd含量的降幅高于单施处理,且花生秸秆生物炭与磷肥配施处理效果优于棉花生物炭与磷肥配施,Cd活性系数分别为0.150和0.236,即20 g·kg~(-1)花生秸秆生物炭+20 g·kg~(-1)磷肥(P+PB_2)混合处理最有利于降低土壤Cd生物有效性。     

长期连作及秸秆还田棉田土壤呼吸变化特征

利用棉花长期连作定位试验田,探究秸秆还田下棉田土壤呼吸日变化和季节变化以及碳排放随着连作年限增加的变化特征,揭示长期连作棉田碳排放量与不同土层土壤有机碳和微生物量碳含量的关系,为衡量和评价长期连作及秸秆还田的生态效应提供理论依据。试验田设有连作5 a、10 a、15 a、20 a、25 a和30 a的棉花秸秆连年还田小区,采用LI-8100土壤碳通量测定仪测定棉田土壤呼吸速率的日变化和季节变化,根据棉花生育期的天数和土壤呼吸速率计算出棉花各个生育期的土壤碳排放量,并分析了土壤碳排放与有机碳和微生物量碳含量的关系。研究结果表明,秸秆还田不同连作年限棉田土壤呼吸速率日变化和季节变化差异表现为随着连作年限的增加整体上呈现增加的变化趋势,30 a最大,5 a最小;不同连作年限棉田土壤呼吸速率日变化均表现相同的规律,呈现单峰曲线,在15:00达到峰值,最小值均在凌晨05:00出现;不同连作年限棉田土壤呼吸速率随着季节的变化呈现先升高后下降的趋势,7月下旬土壤呼吸速率最高,30 a土壤呼吸速率比5、10、15、20、25 a增加4.96%、4.33%、1.98%、2.52%、1.31%。随着连作年限增加棉花各个生育期及全生育期土壤碳排放量整体上呈现逐渐增加的变化趋势,相同连作年限棉花不同生育期土壤碳排放量差异表现为铃期苗期花期蕾期絮期,铃期土壤碳排放量最高,不同连作年限棉田铃期碳排放量占全生育期总碳排放量的25.48%~25.60%。长期连作及秸秆还田棉田土壤碳排放量与0~20 cm土层土壤总有机碳含量及两个土层微生物量碳含量呈显著的线性相关关系(P0.05),与20~40 cm土层土壤总有机碳含量呈极显著的线性相关关系(P0.01),土壤碳排放与有机碳的线性相关性高于与微生物量碳的线性相关性,土壤碳排放与20~40 cm土层土壤有机碳及微生物量碳的线性相关性高于与0~20 cm土层的线性相关性。这表明秸秆还田下不同连作年限棉田土壤呼吸速率表现出明显的日变化和季节变化规律,并且随着秸秆还田年限的增加土壤碳排放量具有增加的趋势。     

红壤有机无机复合状况及氮素形态分布与肥力的关系

不同肥力红壤有机无机复合状况及氮素形态分布的研究结果表明，土壤肥力水平提高，有机无机复合量增大．复合量与土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和ＣＥＣ呈显著或极显著正相关，与速效钾、缓效钾的相关性不显著；复合度与上述肥力性状的相关性均不显著．因此，可以用复合量来评价肥力状况．红壤酸解性氮占全氮７７％－８６％；在酸解性氮中，各组分氮所占比例为氨基酸态氮＞酸解氨态氮＞酸解未鉴别态氮＞氨基糖态氮．氨基酸态氮占酸解性氮的比率为高肥力红壤大于低肥力红壤，且与土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷里显著正相关，也可作为衡量土壤肥力状况的指标之一．     

不同方式秸秆还田条件下土壤对Cd2+的吸附性能及固定机制研究

秸秆还田作为广泛推行的农业废弃物资源化利用措施,不仅能培肥地力,增加作物产量,还能固碳减排,修复农田重金属污染。为进一步探明秸秆还田对土壤吸附固定重金属的影响,选择我国黑土(BS)、水稻土(PS)、砖红壤(LS)和红壤(RS)4种典型土壤,开展吸附等温试验,考察粉碎处理(S)、焚烧处理(D)和发酵处理(F)等秸秆还田方式下4种土壤对Cd~(2+)的吸附性能及固定作用。Langmuir拟合结果显示所用土壤对Cd~(2+)吸附量由大到小依次为黑土(4 703～10 598 mg·kg~(-1))、水稻土(2 804～4 100 mg·kg~(-1))和砖红壤(2 387～3 906 mg·kg~(-1));Freundlich拟合参数n值由小到大依次为砖红壤(0.13～0.19)、水稻土(0.28～0.43)、黑土(0.27～0.65)和红壤(0.91～2.74),这表明砖红壤、水稻土、黑土和红壤对Cd~(2+)的亲和力逐渐减弱。不同秸秆还田方式中,就黑土而言,不添加秸秆的对照组Cd~(2+)吸附量最高,为10 598 mg·kg~(-1);就水稻土和砖红壤而言,秸秆焚烧处理Cd~(2+)吸附量(3 109～4 100 mg·kg~(-1))高于其他秸秆处理(2 387～3 290 mg·kg~(-1))和对照组(2 444～2 872 mg·kg~(-1))。就黑土而言,秸秆焚烧处理Cd~(2+)吸附能(-6.40～-5.01 kJ·mol~(-1))最小;就水稻土、砖红壤和红壤而言,秸秆焚烧处理Cd~(2+)吸附能(-16.67～-3.13 kJ·mol~(-1))对照(-10.54～-2.35 kJ·mol~(-1))其他秸秆处理(-10.66～-2.17 kJ·mol~(-1))。由于灰分中含有无机矿物成分且能增加土壤pH,秸秆焚烧处理可以显著增加土壤对重金属的吸附量和亲和力。针对4种供试土壤,粉碎处理、焚烧处理和发酵处理秸秆还田方式均不适合黑土,比较适合有机质含量较低的土壤。添加焚烧处理秸秆可以有效增加土壤对Cd~(2+)的固定量和亲和力。     

添加秸秆生物质炭对酸化茶园土壤N_2O和CO_2排放的短期影响研究

为明确秸秆生物质炭对酸化茶园土壤改良及温室气体排放的影响,采用室内培养试验方法,研究了小麦秸秆生物质炭添加(对照CK:0 g·kg~(-1);低生物质炭B1:8 g·kg~(-1);中生物质炭B2:24 g·kg~(-1);高生物质炭B3:48 g·kg~(-1))对茶园土壤pH值和温室气体排放的影响。结果表明,与对照组CK相比,添加生物质炭显著抑制了酸性茶园土壤N2O的排放(P=0.000),但抑制效应并未随生物质炭添加量的增加而加强,培养期间各处理N2O累积排放量分别为:CK 2.366 mg·kg~(-1),B1 0.444mg·kg~(-1),B2 0.142 mg·kg~(-1),B3 0.207 mg·kg~(-1)。低生物质炭(8 g·kg~(-1))和中生物质炭(24 g·kg~(-1))处理的综合增温潜势(GWP)分别比对照组CK降低了33.45%和25.77%,而高生物质炭处理(48 g·kg~(-1))与对照处理差异不显著。这表明施用中低量生物质炭更有利于茶园土壤的固碳减排。此外,生物质炭显著提高了酸化茶园土壤p H值,生物质炭添加比例越大,p H值越高,故施用作物秸秆生物质炭有利于酸化土壤改良。相关性分析结果表明,土壤N_2O排放与pH值之间呈显著负相关关系,土壤p H值的升高可能是引起N_2O排放量降低的重要原因。     

不同施肥措施对双季稻田土壤和大麦植株镉累积的影响

施肥措施是影响稻田土壤和作物重金属镉(Cd)累积的关键因素之一,探讨长期定位施肥后稻田土壤和作物Cd累积的变化特征,为双季稻区科学施肥和土壤环境保护提供科学理论依据。以双季稻田长期定位施肥试验为研究平台(31年),分析了5种施肥措施[化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(LOM)、60%有机肥+40%化肥(HOM)和无肥(CK)]对土壤和大麦植株Cd累积的影响。结果表明,与CK处理相比,HOM和LOM处理均显著提高了大麦成熟期稻田耕层(0~20cm)土壤Cd全量和有效态含量,分别提高了36.67%、80.91%和141.86%、79.07%。大麦植株Cd积累量和富集系数均以根系为最高,其次是叶和茎,籽粒为最低。LOM处理提高了大麦植株根系、叶和籽粒Cd含量,分别比CK处理增加0.270、0.235和0.039 mg·kg~(-1);RF处理提高了植株茎Cd含量,比CK处理增加0.076 mg·kg~(-1)。各施肥处理稻田土壤重金属Cd单项污染指数变幅在1.100~1.990之间,其PCd均大于1,表现为HOMLOMCKMFRF,其中LOM和HOM处理PCd均显著高于其他处理(P0.05);MF、RF和CK处理间PCd均无显著性差异。以上结果表明,长期施用化肥和秸秆还田条件下,稻田土壤未见明显的Cd积累,但有机肥施用条件下稻田土壤呈现显著Cd积累。     

秸秆还田对连作棉田土壤酶活性的影响

新疆棉区普遍实行秸秆还田,棉田土壤酶活性受到连作障碍的负面效应与长期秸秆还田培肥地力的正面效应的双重影响;通过定点微区实验,对比秸秆还田和未秸秆还田土壤酶活性的变化趋势,研究连作条件下秸秆还田与否对棉田土壤酶活性的影响。结果表明：实行秸秆还田后,土壤脲酶活性随着连作年限的延长先降后升,连作不超过10 a,土壤脲酶活性呈现下降趋势,超过10 a逐渐上升;实行秸秆还田后蔗糖酶活性在R5和R10处理较R1有较大幅度的下降,降幅分别为48.4%和44.8%,连作10 a后蔗糖酶活性增强,土壤状况趋于好转;过氧化氢酶活性随连作年限的延长先降低后升高,短期连作土壤过氧化氢酶活性较低,过氧化氢分解受阻,影响棉花的正常生长,连作年限超过10 a过氧化氢酶活性升高,解毒能力较强,加快分解过氧化氢,有利于减轻过氧化氢的毒害作用;过氧化物酶活性随着连作年限的延长持续上升,其中R5、R10、R15和R20过氧化物酶活性分别比R1增加了4.8%、7.9%、19%和29.6%。     

不同耕作和秸秆还田模式对紫云英-双季稻土壤微生物生物量碳、氮含量的影响

土壤微生物能够灵敏、准确地反映土壤质量变化,可综合反映土壤肥力和环境质量状况。为探明南方双季稻区不同耕作和秸秆还田模式对水稻(Oryza sativa L.)根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量的影响,以紫云英(Astragalus sinicus L.)-双季稻种植模式大田定位试验为平台,设双季水稻翻耕+秸秆还田(CT)、双季水稻旋耕+秸秆还田(RT)、双季水稻免耕+秸秆还田(NT)、双季水稻旋耕+秸秆不还田(对照,RTO)4种土壤耕作处理,于2017年和2018年系统分析了不同土壤耕作处理对双季稻各个主要生育时期根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵及水稻产量的影响。研究结果表明,早、晚稻各个主要生育时期,各处理根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均表现为先增加再降低的变化趋势,均于齐穗期达到最大值;2个年份早、晚稻各个主要生育时期,各处理根际与非根际土壤微生物生物量碳平均含量变化范围分别为317.2-822.4、276.9-616.8 mg·kg~(-1)和286.8-792.0、281.1-617.8 mg·kg~(-1);根际与非根际土壤微生物生物量氮平均含量变化范围分别为38.6-64.5、33.1-50.6 mg·kg~(-1)和37.8-64.6、33.2-50.6 mg·kg~(-1);根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量大小顺序均表现为:CTRTNTRTO。早、晚稻各个主要生育时期,CT处理根际土壤微生物生物量碳氮比和微生物熵均显著高于NT处理(P0.05)。秸秆还田处理(CT、RT和NT)根际与非根际土壤微生物熵均显著高于RTO处理(P0.05)。CT和RT处理早稻和晚稻产量均显著高于RTO处理(P0.05)。总的来说,耕作方式和秸秆还田对南方双季稻区稻田根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量均具有明显的影响,采用土壤翻耕、旋耕和秸秆还田模式对于增加水稻根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量、微生物熵和水稻产量的效果为最佳。     

基于粒度的土壤团聚体中砷的形态分布特征

为明确土壤团聚体对砷分布和形态的影响,探讨污染农田中砷的可移动性及其环境风险,采集辽宁省某冶炼厂周边污染与非污染(对照)农田表土,采用湿筛法获得2 mm、2~0.25 mm、0.25~0.053 mm和0.053 mm 4个粒级的团聚体,分析明确了污染与对照土壤团聚体中全砷及污染土壤团聚体中各提取态砷的分布特征。结果表明,污染土壤0.25 mm粒级团聚体含量(78.49%)以及其中砷的分配量(80.83%)均显著高于对照土壤(64.33%、67.8%),其中0.25~0.053 mm粒级团聚体中砷的分配量最高(43.13%)。2 mm、0.25~0.053 mm以及0.053 mm粒级团聚体中各形态砷分布规律一致:残渣态(20.21~99.10 mg·kg~(-1))铁锰氧化物结合态(13.38~26.39 mg·kg~(-1))专性吸附态(5.19~8.86 mg·kg~(-1))非专性吸附态(1.13~2.94mg·kg~(-1))。而2~0.25 mm粒级团聚体中各形态砷为:残渣态(85.91 mg·kg~(-1))专性吸附态(28.48 mg·kg~(-1))铁锰氧化物结合态(25.63 mg·kg~(-1))非专性吸附态(6.00 mg·kg~(-1))。非专性吸附态和专性吸附态砷在0.25 mm粒级团聚体中的含量显著高于0.25 mm粒级团聚体。     

秸秆与氮肥配施对辽西旱区土壤酶活性与土壤养分的影响

通过田间试验研究了玉米（Zea mays L.）秸秆与氮肥配施对耕层土壤酶活性及土壤养分的影响。试验设4个秸秆还田量水平,2个施氮量水平。结果表明：在秸秆配施氮肥条件下,耕层土壤中性磷酸酶、脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性以及有机质和全氮质量分数均表现为随着玉米秸秆还田量的增加而提高,而硝态氮（3NO-N）和铵态氮（＋4NH-N）质量分数则表现为随着玉米秸秆还田量的增加而减少,4种土壤酶活性与土壤有机质和全氮质量分数均呈显著正相关,与土壤硝态氮和铵态氮质量分数则呈显著负相关。玉米秸秆还田量9 000 kg.hm-2配施氮肥量420 kg.hm-2是辽西风沙半干旱区效果较好的技术措施。     

黄淮海平原不同土地利用方式对土壤有机碳及微生物呼吸的影响

土壤是陆地生态系统最大的碳库,有机碳通过微生物分解作用向大气释放CO_2,土壤碳库的微小变化将会对大气CO_2浓度和全球碳循环产生巨大的影响。在当前人类活动频繁和土地利用与土地覆被变化的背景下,研究不同土地利用方式对土壤有机碳等理化性质和土壤微生物呼吸等功能的影响,可以阐明影响土壤碳汇功能的关键因子,为未来土地利用管理提供科学依据。以开封市为例,研究了黄淮海平原不同土地利用方式(包括弃耕地、草地、果园、农田和森林)下土壤湿度、pH值、铵态氮、硝态氮、总碳、总氮、有机碳、可溶性有机碳、微生物生物量碳氮、微生物呼吸及其温度敏感性的变化规律。研究结果表明,(1)森林土壤湿度、总碳、总氮、有机碳(1.48%)、微生物生物量碳氮含量显著高于其他土地利用方式,但其微生物呼吸(101.06 mg·kg~(-1)·d~(-1))和温度敏感性(1.18)最小。(2)农田土壤的总碳、总氮、有机碳、微生物生物量碳氮含量均次于森林且高于其他土地利用方式,微生物呼吸速率较大(128.55 mg·kg~(-1)·d~(-1))。(3)弃耕地、草地和果园土壤碳氮和微生物碳氮较小。(4)结构方程模型表明土地利用方式可以直接解释土壤有机碳积累的68%,且可通过土壤湿度间接地影响土壤有机碳和微生物呼吸。土壤有机碳和微生物呼吸分别被土壤湿度和硝态氮含量等因子解释了93%和54%。该研究表明森林生态系统利于土壤有机碳固持,其较小的微生物呼吸温度敏感性对应对未来全球气候变化具有重大意义;农田占地面积广大,农业经营中在保障粮食生产的同时要采取免耕或秸秆还田等措施充分发挥其碳汇作用。     

秸秆还田少免耕对冲积土微生物多样性及微生物碳氮的影响

土壤微生物是耕地质量的重要指标,为阐明秸秆还田少免耕对土壤质量的影响及其机理,在成都平原(温江)冲积水稻土区,开展了水稻–小麦/油菜轮作秸秆还田培肥定位试验(2003～2008年),在小麦生长季节,系统研究了土壤耕层微生物数量和微生物生物量的变化特征.结果表明,秸秆还田翻耕与秸秆还田免耕的土壤耕层微生物总量分别增加了51.7%、12.8%,土壤微生物数量增加主要来自土壤细菌数量的增加;从小麦全生育期看,在小麦分蘖期的增加幅度高于小麦播种期和小麦收获后,有利于促进小麦养分吸收与生长发育.秸秆还田少免耕显著增加了微生物生物量,秸秆还田翻耕和秸秆还田免耕处理土壤微生物碳总量分别比对照提高74.1%、25.8%,土壤微生物氮分别提高60.2%和12.1%.秸秆还田循环利用显著增加了土壤微生物数量和生物量,有利于土壤养分循环与转化,有利于提高土壤有机质含量并改善有机质质量,是耕地质量建设的重要途径.     

不同耕作模式对双季稻田生态系统净碳汇效应及收益的影响

耕作措施是影响稻田生态系统净碳汇效应和经济收益的关键因素。为探明南方双季稻区不同耕作模式下稻田耕层土壤(0—20 cm)固碳速率和土壤碳密度、年碳汇平衡和经济收益的变化特征,开展紫云英(Astragalus sinicus L.)-双季稻大田定位试验,设双季水稻翻耕+秸秆还田(CT)、双季水稻旋耕+秸秆还田(RT)、双季水稻免耕+秸秆还田(NT)、双季水稻旋耕+秸秆不还田(RTO,对照)4种耕作处理,系统分析了不同耕作方式对稻田耕层土壤固碳速率和土壤碳密度、年碳汇平衡和经济收益的影响。研究结果表明,各处理稻田耕层土壤的固碳速率变化范围为2.98—3.43 t·hm~(-2)·a~(-1),耕层土壤碳密度为29.77—34.33 t·hm~(-2),其大小顺序均表现为CTRTNTRTO。不同耕作处理稻田生态系统作物的净碳固定变化范围为5.27—7.43 t·hm~(-2)·a~(-1),其大小顺序表现为CTRTNTRTO;CT和RT处理土壤的净碳汇量分别比NT处理增加40.26%和3.90%。不同处理稻田生态系统物质投入的碳成本为0.03—0.85 t·hm~(-2)·a~(-1),年经济收益为7.11—8.81×10~3 CNY·hm~(-2)·a~(-1),稻田生态系统经济效益大小顺序表现为CTRTNTRTO。总之,翻耕、旋耕结合秸秆还田处理均有利于提高双季稻田耕层土壤的固碳速率、碳汇效应和经济收益,是增加耕层土壤有机碳库贮量的有效措施。     

稻秸的不同组分对水稻土甲烷和二氧化碳排放的影响

在水稻土中添加稻秸(稻草)的不同组分后对其甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)的排放特征及土壤的微生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)进行了观测,并分析其相关关系,以探讨稻秸的不同组分对CH_4和CO_2排放的影响,揭示秸秆还田稻田温室气体排放的机制和来源机理,以期为合理进行秸秆还田,减少温室气体排放提供科学依据。采用室内恒温培养试验,向水稻土中添加稻秸的4种不同组分(原稻秸、腐解稻秸、可溶性有机物和去活稻秸),培养期间定期采样分析CH_4和CO_2的浓度及MBC和DOC的动态变化。结果表明:添加稻秸各组分后,在培养的前20 d各处理CO_2排放速率较高并出现排放高峰,在20 d后基本趋于稳定。整个培养期间,CO2排放量高低顺序为:稻秸处理(2.82 g·kg~(-1))可溶性有机物处理(2.24 g·kg~(-1))去活稻秸处理(1.97 g·kg~(-1))腐解稻秸处理(1.86 g·kg~(-1));整个培养期间,各处理CH4排放速率呈现波动变化,CH_4排放量高低顺序为:原稻秸处理(83.58 mg·kg~(-1))去活稻秸处理(75.94 mg·kg~(-1))腐解稻秸处理(57.66 mg·kg~(-1))可溶性有机物处理(20.08 mg·kg~(-1))。CO_2排放速率与DOC、稻秸组分C/N呈显著相关;CH_4排放速率与MBC呈显著相关。稻秸组分施入水稻土后均能显著提高土壤CH_4的排放速率和排放量,对土壤原有有机碳存在激发效应,以原稻秸激发效应最大;不同外源有机物对土壤有机碳的激发效应不同;CO_2的排放主要集中在稻秸中易分解物质的快速分解阶段;在稻秸的易分解物质的快速分解阶段和难分解物质的缓慢分解阶段,均有CH_4产生,缓慢分解阶段产生的CH_4不容忽视。     

椰纤维生物炭对砖红壤水稻土Pb形态及水稻产量和品质的影响

为研究椰纤维生物炭(CFB)对铅(Pb)污染水稻土中Pb形态和生物有效性的影响,以及对水稻(Oryza sativa L.)生长和品质的调控效果,以热带(海南)具有代表性的花岗岩和玄武岩母质发育的砖红壤水稻土为供试土壤,在6种Pb污染土壤(Pb质量分数为0、50、250、500、2 500、5 000 mg·kg~(-1))中添加质量分数为3%的CFB,并进行水稻盆栽试验,分析土壤EDTA有效态Pb含量和Pb形态,及糙米Pb含量、水稻产量和农艺性状的变化。结果表明:随Pb污染量的增加,两种水稻土中各化学形态和有效态Pb含量显著增加(P0.05);CFB的施用降低了土壤交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb含量,增加了有机结合态和残渣态含量;降低了供试土壤有效态Pb含量,且玄武岩母质水稻土较花岗岩母质水稻土效果更显著。Pb质量分数(250、500 mg·kg~(-1))未超过国家农业用地风险管制值(GB15618—2018;≤500 mg·kg~(-1))时,花岗岩水稻土、玄武岩水稻土中糙米Pb含量依次超过食品安全国家标准(0.2mg·kg~(-1));Pb胁迫未对水稻生长和农艺性状造成明显影响;而质量分数为5 000 mg·kg~(-1)时,Pb胁迫抑制水稻生长、降低农艺性状,此时花岗岩和玄武岩中糙米Pb含量分别超过国家食品安全标准14、10倍。CFB能够缓解Pb对水稻产量和品质的影响;Pb质量分数为500mg·kg~(-1)时,CFB的施用使玄武岩水稻土中糙米Pb含量降低38.4%,符合食品安全国家标准。因此,椰纤维生物炭能够促使土壤中Pb向水稻难吸收的有机结合态和残渣态转化,降低有效态Pb含量,减轻Pb对水稻生长的毒害及在糙米中的累积。