紫色土坡耕地C、N与微生物C、N变化及其耦合特征

以紫色土坡耕地为研究对象,综合探讨不同坡度变化下植被/裸地小区以及长期不同施肥处理下紫色土坡耕地土壤C、N与微生物C、N变化及其耦合特征.结果表明:植被覆盖小区总有机碳(TOC)变化为49.0~63.9 g·kg-1,裸地TOC变化为47.4~50.8 g·kg-1,并随坡度增加逐渐下降;植被小区微生物碳(MBC)为0.9~3.45 g·kg-1,而裸地小区MBC仅为0.1~0.68 g·kg-1.不同施肥处理下坡耕地土壤TOC为57.0~64.5 g·kg-1,施加有机肥处理土壤的TOC含量高于其他施肥方式.植被小区总氮(TN)为2.6~4.2 g·kg-1,裸地小区TN含量为1.6~5.5 g·kg-1,植被小区微生物氮(MBN)高于裸地小区;不同施肥处理下TN含量随土层深度增加呈显著下降,有机肥和秸秆与化肥配施相比单一施加氮肥对土壤MBN的增加更为显著.有机肥及其与化肥配施下土壤C/N比为10~17,而秸秆及其与化肥配施土壤C/N比为8~13,单施氮肥为12左右,增施有机肥和秸秆还田有利于保持土壤C/N的稳定提高;同时,施肥有利于提高微生物熵,增加土壤中活性有机碳的比例;紫色土坡耕地MBC和TN具有显著的耦合特征(R2=0.66).     

大气CO2浓度升高对几种土壤微生物学特征的影响

利用中国扬州开放式空气CO2浓度升高(FACE)平台,研究大气CO2浓度升高对土壤微生物活性及群落功能多样性的影响.结果表明,在常氮施肥处理中,大气CO2浓度升高有增加微生物量碳的趋势,而在低氮施肥处理中大气CO2浓度升高的影响不大.在常氮、低氮施肥处理中,大气CO2浓度升高对微生物量氮均没有显著影响,有增加微生物C/N的趋势.在常氮施肥处理中,大气CO2浓度升高显著增加脱氢酶活性,而在低氮施肥处理中的影响不显著.在低氮施肥中大气CO2浓度升高显著增加酸性磷酸酶活性,在常氮施肥处理中的影响不显著.除在常氮施肥、大气CO2浓度升高时,Shannon指数、Simpson指数和微生物利用的碳源有显著变化外,其他处理中土壤微生物群落功能多样性的变化很小.     

河口水体中溶解CO_2及其稳定同位素在线同时测定的技术研究——吹扫-EA-IRMS联用法

稳定碳同位素比值(13 C/12 C)是指示碳生物地球化学行为的有效指标。本研究研制并优化了CO2及其稳定同位素测定的吹扫预处理系统,将该系统与EA-IRMS联用实现了溶解CO2、其它形式DIC及二者碳同位素比值的在线同时测定,测得河口水样中易逃逸CO2及其它形式DIC的相对标准偏差分别为3.7%和3.0%;二者的δ13 C值的标准偏差分别为0.30‰和0.15‰。运用此法对九龙江9个站位表层水中不同形态DIC的碳同位素进行测定,得出易逃逸CO2的δ13 C平均值为-12.90‰,其他形式DIC的δ13 C平均值为-5.63‰。该法为水体中无机碳及其稳定碳同位素的测定研究提供了新途径。     

Elevated CO2 facilitates C and N accumulation in a rice paddy ecosystem

Elevated CO2 can stimulate wetland carbon(C) and nitrogen(N) exports through gaseous and dissolved pathways, however, the consequent influences on the C and N pools are still not fully known. Therefore, we set up a free-air CO2 enrichment experiment in a paddy field in Eastern China. After five year fumigation, we studied C and N in the plant–water–soil system. The results showed:(1) elevated CO2 stimulated rice aboveground biomass and N accumulations by 19.1% and 12.5%, respectively.(2) Elevated CO2 significantly increased paddy soil TOC and TN contents by 12.5% and 15.5%, respectively in the 0–15 cm layer, and22.7% and 26.0% in the 15–30 cm soil layer.(3) Averaged across the rice growing period,elevated CO2 greatly increased TOC and TN contents in the surface water by 7.6% and 11.4%,respectively.(4) The TOC/TN ratio and natural δ15N value in the surface soil showed a decreasing trend under elevated CO2. The above results indicate that elevated CO2 can benefit C and N accumulation in paddy fields. Given the similarity between the paddies and natural wetlands, our results also suggest a great potential for long-term C and N accumulation in natural wetlands under future climate patterns.     

稻田水体可溶性有机碳与可溶性氮对大气CO2浓度增高的响应

为了增强对全球变化背景下湿地生态系统碳氮循环的整体认识,采用稻田FACE(Free Air CO2Enrichment)试验(位于江苏省江都市,始于2004年)方法,研究了2006年位于江都市的稻田水体中总有机碳、总氮、可溶性有机碳、可溶性氮的动态变化.结果表明:大气CO2浓度升高显著提高了稻田水体中以上各指标含量(p<0.01),其中各有机碳的增幅均大于相应的氮.与对照相比,FACE田块水体中总有机碳、总氮、可溶性有机碳和可溶性氮分别平均提高了31.2%、25.9%、28.3%和25.6%.不同生育时期各指标含量存在显著差异(p<0.01).上述结果还表明,大气CO2浓度增高不仅会通过富营养化稻田水体来影响水稻安全生产,而且还会提高其中可溶性碳氮含量,进而可能通过田间排水尤其是水稻生长前期暴雨导致的洪涝来增加稻田碳氮向周边水域的输送,从而影响到稻田生态系统的碳氮循环和土壤生产力.     

Soil temperature and moisture sensitivities of soil CO2 efflux before and after tillage in a wheat field of Loess Plateau, China

As a conventional farming practice,tillage has lasted for thousands of years in Loess Plateau,China.Although recent studies show that tillage is a prominent culprit to soil carbon loss in croplands,few studies have investigated the influences of tillage on the responses of soil CO2 efflux(SCE) to soil temperature and moisture.Using a multi-channel automated CO2 efflux chamber system,we measured SCE in situ continuously before and after the conventional tillage in a rain fed wheat field of Loess Plateau,Chin...     

Soil temperature and moisture sensitivities of soil CO2 e ux before and after tillage in a wheat field of Loess Plateau, China

As a conventional farming practice, tillage has lasted for thousands of years in Loess Plateau, China. Although recent studies show that tillage is a prominent culprit to soil carbon loss in croplands, few studies have investigated the influences of tillage on the responses of soil CO2 e ux (SCE) to soil temperature and moisture. Using a multi-channel automated CO2 e ux chamber system, we measured SCE in situ continuously before and after the conventional tillage in a rain fed wheat field of Loess Plateau, China. The changes in soil temperature and moisture sensitivities of SCE, denoted by the Q10 value and linear regression slope respectively, were compared in the same range of soil temperature and moisture before and after the tillage. The results showed that, after the tillage, SCE increased by 1.2–2.2 times; the soil temperature sensitivity increased by 36.1%–37.5%; and the soil moisture sensitivity increased by 140%–166%. Thus, the tillage-induced increase in SCE might partially be attributed to the increases in temperature and moisture sensitivity of SCE.     

Soil CO2 flux in relation to dissolved organic carbon, soil temperature and moisture in a subtropical arable soil of China

IntroductionCarbondioxide(CO2 ) ,concentrationofwhichinatmosphereisincreasingat 0 5%annually ,isthemostimportantgreenhousegascausingglobalwarming(Lal,1 995) .SoilCO2 evolutionfromsoilsisoneoftheimportantsourcesofatmosphericCO2 aswellasamainoutputpathwayofsoilorganiccarbonpool(SOC) (Eswaran ,1 993 ;Batjes,1 996;Mosier,1 998) .ApartfromcontributingCtotheatmosphere ,soilCO2 evolutioncanalsobeusedasanindexofunder groundprocesses,andoftheCcyclingcapacityofsoilecosystems.SoilCO2 evolutionge…     

Cd对欧美杂交杨生长紫色土和冲积土微生物多样性的影响

研究了现实环境中cd污染水平对长江流域典型土壤微生物多样性的影响,分析了现实Cd浓度胁迫对盆栽欧美杂交杨（Populus deltoides×Populus nigra）生长的紫色土和冲积土中可培养的微生物数量、生物量和细菌群落多样性的影响．结果表明,cd处理显著增加了栽植杨树的紫色土中可培养细菌和放线菌数量,降低了可...     

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.     

缙云山不同土地利用方式对土壤活性有机碳、氮组分的影响

以位于重庆市北碚区的缙云山为研究对象,通过采集亚热带常绿阔叶林(以下简称林地)、撂荒地、果园、坡耕地0~60cm深度的土壤样品,测定其MBC(微生物生物量碳)、MBN(微生物生物量氮)、DOC(可溶性有机碳)、DON(可溶性有机氮)含量,探讨土地利用方式对土壤活性有机碳、氮组分的影响.结果表明,4种土地利用方式下土壤MBC、MBN、DOC、DON含量均随着土壤深度的增加而降低.在0~60 cm的土壤深度内,土地利用方式对土壤MBC、MBN和DON含量的影响并不明显;撂荒地DOC含量显著高于其它3种土地利用方式,说明坡耕地撂荒能显著提高土壤DOC含量.在0~60 cm土层,林地、撂荒地、果园、坡耕地间MBN、DOC、DON分配比例均无显著差异,但坡耕地MBC分配比例显著高于其它3种土地利用方式,表明坡耕地土壤有机碳具有较高的生物活性,这可能是由于坡耕地施加绿肥以及粪肥等有机肥所致.各土地利用方式下DOC/DON最高,MBC/MBN次之,SOC/TN最低,说明可溶性有机质的生物固化作用最强,而土壤总有机质的矿化作用最明显.4种土地利用方式下SOC/TN、MBC/MBN及DOC/DON均为坡耕地最低,且比值都低于20,表明坡耕地土壤有机质的矿化作用较强,容易造成土壤碳的损失.     

杉木幼林土壤垂直剖面CO2通量对土壤增温的响应

研究土壤垂直剖面CO_2通量的分布是了解生态系统碳循环的重要环节.本研究以亚热带杉木幼林为研究对象,于2014年5月至2015年5月,采用气井法结合Fick扩散法则和扩散系数模型计算15、30、60 cm各层土壤的CO_2通量,探讨增温对其影响.结果表明:杉木幼林土壤增温影响可至60 cm土层,增温显著降低了各层土壤含水量(p0.05).增温显著增加了杉木幼林土壤CO_2通量(p0.05),深层尤为显著;增温处理(W)后15、30、60 cm土层的土壤CO_2通量年均值分别为1.35、0.73和0.36μmol·m-2·s-1,比对照(CT)相应增加了36%、180%和192%,并且增温显著影响了土壤基础呼吸速率F10和土壤温度敏感性指数Q10(p0.05).土壤温度和含水量能够共同解释各层土壤CO_2通量季节变异的62%~87%,且增温处理后其R2增大.双因子模型拟合结果优于单因子模型.增温能够增加土壤呼吸,对全球大气CO_2浓度升高具有正反馈作用.     

增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响

CO2减排和土壤污染修复是我国实现经济和环境可持续发展必须解决的两大难题.基于生物固碳对根际微环境的影响,本研究提出通过增施CO2强化土壤有机污染的植物修复过程,为同时解决CO2减排和土壤污染植物修复面临的困境提供新思路.在模拟的CO2增施环境中,以C3植物菜豆和C4植物玉米为供试植物,以氯氰菊酯为目标污染物,研究增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响.结果表明,增施CO2可显著增加C3植物菜豆的地上和地下干重,在氯氰菊酯添加浓度为0、20、40 mg.kg-1时地下干重分别比自然CO2水平时增加了54.3%、31.9%和30.0%.增施CO2提高了未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量,但降低了添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量.增施CO2对未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际氯氰菊酯残留浓度没有显著影响,但降低了菜豆根际氯氰菊酯的残留浓度,分别比自然CO2水平时下降24.0%（20mg.kg-1）和16.9%（40 mg.kg-1）.然而,对C4植物玉米而言,增施CO2对植物生物量、根际微生物、根际氯氰菊酯残留浓度下降没有明显促进作用,甚至有抑制作用.本实验表明,增施CO2降低了C3植物根际氯氰菊酯残留浓度,可以考虑将增施CO2作为C3植物修复土壤污染的强化措施,但对C4植物的影响还有待进一步研究.     

Effects of elevated CO2 concentration and nitrogen supply on biomass and active carbon of freshwater marsh after two growing seasons in Sanjiang Plain, Northeast China

An experiments were carried out with treatments di ering in nitrogen supply (0, 5 and 15 g N/m2) and CO2 levels (350 and 700 mol/mol) using OTC (open top chamber) equipment to investigate the biomass of Calamagrostis angustifolia and soil active carbon contents after two years. The results showed that elevated CO2 concentration increased the biomass of C. angustifolia and the magnitude of response varied with each growth period. Elevated CO2 concentration has increased aboveground biomass by 16.7% and 17.6% during the jointing and heading periods and only 3.5% and 9.4% during dough and maturity periods. The increases in belowground biomass due to CO2 elevation was 26.5%, 34.0% and 28.7% during the heading, dough and maturity periods, respectively. The responses of biomass to enhanced CO2 concentrations are di ered in N levels. Both the increase of aboveground biomass and belowground biomass were greater under high level of N supply (15 g N/m2). Elevated CO2 concentration also increased the allocation of biomass and carbon in root. Under elevated CO2 concentration, the average values of active carbon tended to increase. The increases of soil active soil contents followed the sequence of microbial biomass carbon (10.6%) > dissolved organic carbon (7.5%) > labile oxidable carbon (6.6%) > carbohydrate carbon (4.1%). Stepwise regressions indicated there were significant correlations between the soil active carbon contents and plant biomass. Particularly, microbial biomass carbon, labile oxidable carbon and carbohydrate carbon were found to be correlated with belowground biomass, while dissolved organic carbon has correlation with aboveground biomass. Therefore, increased biomass was regarded as the main driving force for the increase in soil active organic carbon under elevated CO2 concentration.     

Effect of N and P addition on soil organic C potential mineralization in forest soils in South China

Atmospheric nitrogen deposition is at a high level in some forests of South China. The effects of addition of exogenous N and P on soil organic carbon mineralization were studied to address: (1) if the atmospheric N deposition promotes soil C storage through decreasing mineralization; (2) if the soil available P is a limitation to organic carbon mineralization. Soils (0-10 cm) was sampled from monsoon evergreen broad-leaved forest (MEBF), coniferous and broad-leaved mixed forest (CBMF), and Pinus massoniana...     

二维电场中微生物群落动态及混合有机物降解特征

以正十六烷、环十二烷和芘组成的混合有机污染物为研究对象,在二维对称电场修复平台上,采用电动-微生物联合修复(BIO-EK)的方式,通过分析微生物群落时空动态及混合有机物降解的时空特征,探讨了二维电场中电场强度、微生物群落和污染物降解特征之间的相关性.结果表明,BIO-EK处理过程中,土壤pH和温度在时间和空间上均没有发生明显的变化,微生物群落结构和数量均主要随处理时间而变化,未发生明显的空间上的变化;电场的施加可提高微生物数量,对污染物降解有积极影响,相对于单独的微生物(BIO)和单独的电动(EK)处理,BIO-EK对污染物处理效率最高;不同类型污染物去除率与电场强度均呈正相关.     

不同部位玉米秸秆对两种质地黑土CO2排放和微生物量的影响

秸秆还田后作物残体的分解是农田生态系统碳循环及养分周转平衡的一个至关重要环节.为了探索秸秆化学性质和土壤质地对黑土区土壤CO2排放和微生物量的影响,本文通过室内恒温培养实验研究了添加不同植株部位玉米秸秆(根、茎下部、茎顶部、叶)进入黑土区两种质地土壤(砂壤土和黏壤土)后的CO2排放、微生物量,并分析了它们与秸秆C/N、木质素含量的关系.结果表明,添加不同部位秸秆一致增加土壤CO2排放量,激发效应值介于216.53~335.17μmol·g-1,黏壤土大于砂壤土.激发效应值与木质素/N之间的线性回归关系明显好于激发效应与木质素含量、C/N、含氮量之间的线性关系.添加秸秆增加MBC和MBN含量,降低MBC/MBN,微生物群落氮固持的速率高于碳固持.添加秸秆后,砂壤土微生物量增加的幅度大于黏壤土,总溶解性氮含量小于黏壤土.结果说明,秸秆的木质素和氮含量均会对它的分解和CO2排放产生影响,木质素/N比木质素含量、C/N等更好地说明秸秆分解和CO2排放的差异;与黏壤土相比,在砂壤土中实施秸秆还田可以取得更好的土壤碳固存、微生物量和氮素保持效果.     

黄绵土中碳酸钙含量和有机肥施用对土壤有机碳组分及CO2排放的影响

为探讨碳酸钙(CaCO_3)和有机肥对土壤有机碳矿化和CO_2排放的影响,本研究通过向一种黄绵土中分别添加0、30、50 g·kg~(-1)CaCO_3模拟陕西省境内具有不同CaCO_3含量(9%~15%)的黄绵土,随后再添加0、20 g·kg~(-1)有机肥(M),交互组合设L0、L0-M、L30、L30-M、L50和L50-M等6个处理进行室内培养试验(105 d),测定了土壤pH、微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、颗粒碳(POC)、易氧化有机碳(ROC)和CO_2释放量.结果表明:未施用有机肥时,土壤pH和MBC含量随CaCO_3含量的增加而增加,但CaCO_3含量对DOC、POC、ROC和有机碳氧化稳定性(Kos)无显著影响,其差异亦不会对土壤CO_2排放产生显著影响.当施用有机肥后,随着土壤CaCO_3含量增加,土壤pH上升、活性有机碳(MBC、DOC、POC和ROC)含量增加、Kos降低,土壤CO_2排放也随之增加.CaCO_3不仅能促进有机肥的矿化分解,而且它和有机肥会对土壤CO_2排放产生显著的交互效应,其效果与CaCO_3含量密切相关.低量CaCO_3和有机肥对土壤CO_2的释放具有负的表观交互效应,但高量CaCO_3和有机肥对其产生正的表观交互效应.因此,CaCO_3对土壤有机碳转化的影响不能一概而论,它与土壤中CaCO_3含量密切相关.在农业管理中,根据土壤CaCO_3含量合理施用有机肥对土壤碳素循环和温室气体(CO_2)排放都具有重要意义.     

草原土壤的碳氮分布与CO2排放通量的相关性分析

利用静态暗箱法,对内蒙古锡林河流域的贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)、克氏针茅(Stipa krylovii)等草原群落样地的CO₂排放通量进行了测定;同时采集各样地的不同层次土壤混合样,分析其中有机碳和全氮的含量,探讨其与CO₂排放的相关性.结果发现:不同样地群落的CO₂排放与其土壤中不同层次的有机碳和全氮含量呈高度正相关,相关系数(R)均0.8以上,说明在环境因子相对稳定的情况下,土壤有机碳和全氮含量直接或间接地决定生态系统CO₂排放通量的变化.另外,土壤不同层次的有机碳和全氮含量随深度增加递减,其中70%以上集中在0～30cm土层中,说明它们主要是来自地表有机质的分解;在0～100cm的土层中,土壤有机碳和全氮的总含量从贝加尔针茅草原、大针茅草原、羊草草原和克氏针茅草原依次减少,表明降水量、蒸发量和干燥度是影响土壤有机碳、全氮分布的重要因子.     

夏季渤海NOx、O3、SO2和CO浓度观测特征

利用2000-08～2000-09渤海海上观测资料,初次揭示了渤海污染物浓度的时间变化特点,分析了光照、天气等因素对NO_x、O₃、SO₂和CO气体浓度的影响.SO₂浓度比较稳定,浓度平均值在0.006 mg·m^-3左右.O₃浓度变化主要受辐射影响.在弱天气形势下,CO和NO_x浓度分别在2.5～3.5 mg·m^-3.和0.1 mg·m^-3左右,台风天气会造成浓度在短时间内的剧烈增长.文中还简要说明了渤海大气污染与陆地污染的差异,评价了渤海夏季的空气质量.