生物质炭及过氧化钙对旱地红壤CH4、CO2和N2O排放的影响

采用室内培养实验,在旱地红壤中添加生物质炭和过氧化钙,探究生物质炭和过氧化钙对旱地红壤CH_4、CO_2和N_2O排放及微生物活性的影响。本试验共设置4个处理,即CK(对照)、Ca(过氧化钙,1.72 g·kg~(-1))、C(生物质炭,21.46 g·kg~(-1))、C+Ca(生物质炭,21.46 g·kg~(-1);过氧化钙,1.72 g·kg~(-1))。结果表明:生物质炭和过氧化钙单施能够减少CO_2和N_2O通量,配施(C+Ca)对CH_4、CO_2和N_2O气体减排的效果更显著;从温室气体增温潜势(GWP)变化可以看出改良剂对温室效应具有明显的减轻作用。生物质炭和过氧化钙在一定程度上增加土壤pH、土壤微生物量碳和可溶性有机碳含量。土壤中添加生物质炭和过氧化钙均可以提高蔗糖酶、淀粉酶以及脲酶活性,其中配施(C+Ca)效果最好。因此,生物质炭和过氧化钙配施能够有效降低旱地红壤温室气体的排放量,对旱地红壤的减排可以起到一定作用。     

有机肥处理对旱地红壤细菌群落及玉米生产力的影响

为探明旱地红壤细菌群落特征及玉米生产力对不同有机肥处理的响应，基于自2002年设置在中国科学院鹰潭红壤生态实验站的有机培肥长期定位试验，采用Illumina高通量测序，研究不同有机肥（不施肥，M0；低量有机肥，M1；高量有机肥，M2；高量有机肥加石灰，M3）处理下土壤细菌群落多样性和结构以及玉米生产力的变化.结果发现，与M0相比，土壤pH、有机质（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）含量和玉米生产力在不同有机肥（M1、M2和M3）处理下均显著增加，其中M3处理的提升效果最佳.施用有机肥显著提高了土壤细菌群落的Shannon、Evenness、Chao1与ACE指数，重塑了细菌群落结构.基于随机森林模型分析，土壤性质中的pH和TP显著影响土壤细菌多样性，而pH、SOM、TP和TN对土壤细菌群落结构影响显著.相关性分析和结构方程模型分析表明，土壤TP和SOM可以通过改变土壤细菌多样性和群落组成间接影响玉米生产力.研究结果从指导我国南方红壤区农田合理施肥的角度，为农田土壤质量提高及耕地产能提升提供科学依据.     

长期施肥对红壤稻田耕层土壤碳储量的影响

以红壤性稻田土壤为对象,研究了长期施肥（1990～2006年）对稻田表层土壤碳储量及固碳潜力的影响,讨论了耕层厚度变化对碳储量估算及处理间差异的影响.研究发现,与长期施用化肥相比,有机物的循环利用能显著提高红壤性稻田土壤碳储量,其碳储量为57.7～66.2 t/hm²,比试验前高出18.7～27.2 t/hm²,而长期施用化肥碳储量提高幅度平均为5.4 t/hm².红壤性稻田土壤饱和固碳量为84.0 t/hm²,与目前碳储量相比还有17.8～43.7 t/hm²的固碳潜力.研究证实,土壤碳储量与土壤容重和表层土壤厚度的变化密切相关,以20 cm或23 cm作为统计厚度估算表层土壤的碳储量将分别低估20.6％和11.3％,其中有机物施用处理碳储量低估幅度最大（分别为26.8％和18.9％）;另外,用相同统计厚度进行碳储量估算减小了不同施肥处理间的差异.从稻田土壤碳储量及固碳潜力来考虑,有机物配合化肥施用是红壤稻田较优的施肥方式.     

亚热带土壤反硝化过程中NO-3-N对CH4排放的影响

研究了发育于不同成土母质和不同土地利用方式下的45个亚热带土壤样本,在反硝化严格厌氧培养条件下（密闭、淹水、充N₂）,加入KNO₃的处理（加入N量为200 mg·kg^-1）和不加KNO₃的空白对照对CH₄产生和排放的影响.结果表明,厌氧培养条件下无论加入KNO₃与否,CH₄的产生和排放首先取决于土壤有机碳总量水平及其有效性.对照土壤中花岗岩母质发育的土壤和KNO₃处理土壤中稻田利用方式下的土壤CH₄排放量最高.加入KNO₃显著抑制了CH₄的产生和排放,NO^-₃-N对CH₄产生的抑制效应可能较N₂O对CH₄产生的抑制效应更大.加入KNO₃处理中厌氧培养第1周内的NO^-₃-反硝化量和降低速率是决定CH₄排放量的关键因素.不加KNO₃的对照土壤中,73％的土样表现为 Fe²⁺的产生和CH₄的排放之间呈指数关系增长,表明Fe³⁺和CO₂的还原可同步进行.NO^-₃-N不仅显著抑制了CH₄的产生和排放,也抑制了Fe³⁺的还原.     

鄂南4种典型土地利用方式红壤CO2排放及其影响因素

以湖北省咸宁地区分布的红壤为研究对象,采用静态箱法对4种典型土地利用方式（水稻-油菜轮作田,旱地,林地,果园）土壤CO₂的排放特征及其相关影响因子进行了观测研究.结果表明,4种利用方式土壤CO₂的年排放总量从高到低分别为水稻-油菜轮作田1 129 g/(m²·a),果园828 g/(m²·a),旱地632 g/(m²·a),林地533 g/(m²·a).土壤CO₂排放通量呈现明显的季节性变异,水田夏季淹水期排放低,而其它3种土壤都是夏季最高,春秋次之,冬季最低,并与对应的大气温度、土壤温度变化趋势基本一致.其中5 cm地温与4种土壤CO₂排放通量均成极显著的相关关系,且以林地的相关性最大.除水田外,其它土壤CO₂排放通量与大气温度均呈显著正相关关系.根据5 cm地温与CO₂排放通量的相关方程计算得出,4种利用方式红壤的Q₁₀分别为水田1.51,果园1.88,林地2.08,旱地2.7.土壤CO₂排放通量与土壤WFPS之间并没有明显的相关关系.土壤可溶性有机碳（DOC）含量与CO₂排放通量的变化趋势基本一致,且DOC在降水或淹水的情况下显著增大.     

亚热带土壤氮素反硝化过程中N2O的排放和还原

将采集于江西鹰潭的45个发育于不同成土母质和不同利用方式的土壤样本,在密闭、淹水、充N2的严格厌氧条件下进行了28d的培养试验(30℃),在培育过程中,定期测定NO3--N(加入量为200mg·kg-1)含量和培养瓶上部空间N2O的含量变化.实验结果表明,N2O含量(N)随培养时间t的变化可用方程N=A×(1-exp(-k1 t))-B×exp(k2 t)拟合(A表示培养过程中N2O总排放量;B为常数;k1和k2分别为N2O排放速率常数和还原速率常数,拟合值和实测值之间回归方程的决定系数R2=0.84±0.11).不同土壤之间培养期间N2O总排放量(A)的变异可以用培养7d内被反硝化的NO3--N量和N2O排放率(A值与28d内被反硝化的NO3--N总量的百分比)进行解释(R2=0.829,p＜0.01).被反硝化的NO3--N量则主要受土壤有机碳含量或有机氮矿化量控制,N2O排放率则随k2的增大而呈指数下降(p＜0.01).由此可见,在该实验条件下,还原N2O能力强的土壤,在相同量的NO3--N被反硝化的情形下,排放的N2O可能较少.但影响k2值的主要因素还有待进一步研究.     

南方红壤丘陵区粮食生产的完全成本 ——以湖南省祁阳县为例

针对目前我国农业生产中的资源环境问题,指出粮食生产成本核算的不完整性,粮食生产造成的资源耗减和环境降级得不到补偿。运用环境经济学原理和可持续发展理论对粮食生产的完全成本进行分析,提出粮食生产的完全成本除包括直接生产成本外,还应包括粮食生产的资源环境成本。论文以南方红壤丘陵区的湖南省祁阳县为研究对象进行案例分析,研究表明,2008年该区域粮食生产的资源环境成本相当于当年农业总产值的36.55%;早、中、晚稻的完全成本分别达到4.27、3.84和4.40元·kg^-1,其中资源环境成本分别为1.38、 1.65和1.64元·kg^-1,直接生产成本分别为2.89、 2.19和2.76元·kg^-1,而实际市场价格分别仅有1.76、 1.90和1.84元·kg^-1。研究结果对有关部门制定相关农业政策、调整粮食生产布局、促进区域粮食生产和可持续发展具有一定的参考价值。     

模拟降雨径流作用下红壤坡面侵蚀水动力学机制

土壤侵蚀过程受控于侵蚀外营力和土壤抗侵蚀性能,深入理解坡面流水动力学特性及其侵蚀动力是研究土壤侵蚀动力学机制的基础。利用可变坡土槽,通过不同雨强(60、90和120 mm/h)和径流冲刷(10、15和20 L/min)组合模拟试验,研究了第四纪黏土红壤坡面水流的水动力学特征参数及其与土壤侵蚀量间的关系。结果显示:降雨和径流冲刷影响了坡面产流产沙过程和坡面流水力学特性,其中平均流速v、平均水深h、雷诺数Re和水流功率ω均随降雨强度和上方来水流量的增加而增大,相对水深曼宁糙率n/h则减小,其水力学他参数(弗如德数Fr、阻力系数f和水流剪切力τ)变化规律不明显。坡面水流平均速度取值范围为0.21~0.45 m/s,平均水深取值范围为5.6~9.4 mm,在试验条件下红壤坡面侵蚀水流流态大部分均处于"紊流-急流区"。不论从径流角度看或是从泥沙角度分析,由相对水深和曼宁糙率系数两种水动力因子共同组成的复合水动力特征参数-相对水深曼宁糙率,是表征不同上方来水流量和降雨强度条件下第四纪粘土红壤坡面侵蚀特征的水动力参数。     

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).     

亚热带红壤丘陵区浅层地下水氮淋失特征研究

土壤养分累积引起的氮素(N)淋失是导致农区地下水污染的重要原因,也是农业面源污染的重要形式.本文以湖南省长沙县典型亚热带红壤丘陵流域为研究对象,通过连续定位观测,研究了林地、稻田、菜地和茶园4种代表性土地利用类型浅层(130~150 cm)地下水中N浓度的逐月动态变化特征.连续3年(2010—2013年)的观测结果表明:4种土地利用类型下浅层地下水总氮(TN)平均浓度差异显著(p0.05),其中,林地最低(0.85 mg·L-1),茶园最高(7.64 mg·L-1);从N的形态构成来看,林地、菜地和茶园浅层地下水中N形态以硝态氮(NO-3-N)为主,分别占TN的46.7%、70.2%和72.8%,而稻田浅层地下水N形态则以铵态氮(NH+4-N)为主,占TN 43.5%,表明土壤淹水条件是影响地下水N淋失形态的关键因子.地下水各形态N浓度的动态变化在不同土地利用下也迥然不同:林地地下水各形态N的含量低、变幅小,而稻田、菜地和茶园地下水N浓度变幅较大;采用单因子方法对不同土地利用下地下水的水质进行评价,结果表明:研究区浅层地下水中TN和NO-3-N无显著污染,NH+4-N污染较为严重,而综合指数法(F值法)进一步表明研究区浅层地下水污染主要出现在稻田和茶园,因此,控制稻田和茶园N肥的施用量是预防亚热带红壤丘陵区地下水N污染的关键.