吉林西部盐碱田土壤蔗糖酶活性和有机碳分布特征及其相关关系

盐碱水田生长期对大气具有碳汇作用,研究其碳循环机制对全球碳减排和全球气候变化有着重要作用和意义。为进一步探究盐碱水田生态系统碳循环过程中土壤酶对有机碳的影响,选取吉林西部盐碱水田区为对象,细化生长期的不同阶段,分别于未种植水稻时、水稻幼苗期、分蘖期、抽穗期、结实期前往吉林西部典型灌区前郭县进行0~10、10~20、20~30、30~40、40~50 cm分层采样,并马上回实验室用总有机碳分析仪测定有机碳含量,用3,5—二硝基水杨酸比色法测定土壤蔗糖酶活性,研究水稻不同生长时期土壤蔗糖酶活性及土壤有机碳在0~50 cm土层的分布特征,探讨蔗糖酶活性与土壤有机碳的关系。结果表明:表层土壤蔗糖酶活性最高,在不同生长期其活性均随着土壤剖面深度的增加显著降低,并且酶活性主要集中在0~20cm的土层中;抽穗期和结实期0~10 cm土层土壤有机碳含量分别为1.30和1.31 g·kg-1,低于10~20 cm土层1.57和1.51 g·kg-1,其余时期土壤有机碳含量随着土壤剖面深度的增加显著降低。经相关分析表明,土壤蔗糖酶活性与土壤有机碳间呈显著正相关关系,其中幼苗期蔗糖酶活性与有机碳含量的相关系数最高为0.97。吉林西部盐碱水田土壤蔗糖酶活性的剖面分异与土壤有机碳含量密切相关,土壤蔗糖酶活性对土壤有机碳库有显著的影响。     

吉林西部不同开发年份盐碱水田土壤有机碳和碳酸盐的季节动态

水稻土是中国主要的耕作土壤,在陆地土壤碳循环研究中具有重要现实意义。针对吉林西部水田土壤的特征,将无机碳库纳入土壤碳库研究,以典型灌区前郭县为例,野外采集盐碱地和已开发5、15、25、35、55年的5种不同水田表层土壤,建立实验样地,在水稻生长的幼苗期、分蘖期、长穗期和结实期采集土壤样品,用TOC仪分别测试表层土壤有机碳和碳酸盐含量,分析其季节动态规律和开发年份特征。结果表明：吉林西部盐碱水田土壤有机碳呈现“减-增-减”的季节变化规律,水稻生长的幼苗期和分蘖期有机碳含量下降,长穗期含量上升,结实期含量下降,碳酸盐季节变化规律与其相反,二者季节变化呈显著负相关;经历一个生长季后,开发5、15、25、35、55年的土壤有机碳含量分别增加了2.98%、3.53%、3.66%、2.72%、2.30%,碳酸盐含量分别增加了4.07%、2.15%、1.08%、1.61%、11.36%,说明研究区水田生长期具有碳汇作用;与未开发盐碱地相比,开发的5、15、25、35、55年生长季土壤平均总碳量分别增加了89.81%、121.03%、137.22%、188.28%,有机碳含量分别增加了284.28%、392.00%、456.37%、559.08%、666.06%,碳酸盐含量分别降低了13.49%、22.84%、32.23%、43.53%、62.40%;开发年份越长,水田土壤总碳和有机碳含量越高,碳酸盐含量越低;总碳的增加来自有机碳的增加;盐碱地开发有利于土壤碳汇。水稻生长期温度和降雨量影响土壤有机碳和碳酸盐季节变化。     

冻融对湿地土壤可溶性碳、氮和氮矿化的影响

通过室内模拟试验,研究了不同冻融循环过程(-5-5℃或-25-5 ℃)对沼泽湿地土壤可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)以及土壤有机氮矿化过程的影响.结果表明,随着冻融次数的增加,土壤DOC和DON含量呈先增加后降低趋势,土壤DOC含量在冻融1次(-5-5 ℃或-25-5 ℃冻融循环处理)后达最大值,而土壤DON分别在冻融2次(-5-5 ℃冻融循环处理)和4次(-25-5 ℃冻融循环处理)后达最大值.这说明在短期内冻融交替对土壤DOC和DON含量的影响较明显.冻结温度和冻融次数显著影响土壤有机氮矿化过程,且-25-5 ℃冻融循环比-5-5 ℃冻融循环矿化累积量高.冻融循环促进了土壤有机氮的矿化,有利于土壤有效氮的累积,为春季植物生长提供足够的氮素,对维持湿地生态系统稳定具有重要意义.     

绿肥轮作对植烟土壤酶活性与微生物量碳和有机碳的影响

为探讨绿肥作物改良土壤的生态作用,试验以冬闲连作地为对照,在云南曲靖和晋宁烟草种植区,研究了小麦轮作收获后留根茬（20 cm左右）翻压后种植烟草（麦-烟）,紫花苕子收获后留根茬（30 cm左右）翻压后种植烟草（绿-烟）及豆类轮作（豆-烟）收获后根茬及秸秆全部移除地外种植烟草的4种轮作模式,结果表明：绿-烟和豆-烟复种模式下,植烟生长期内根区土壤酶活性（SEA）、土壤微生物量碳（SMBC）及土壤有机碳（SOC）均高于麦-烟复种及冬闲连作地,并且差异达显著或极显著水平;不同复种模式的SMBC、SOC及SMBC/SOC间呈显著相关性,对提高土壤SEA、SMBC与SOC质量分数影响为：绿-烟〉豆-烟〉麦-烟〉冬闲地。研究认为,SEA及SMBC/SOC可作为评价轮作模式影响烟地红壤质量变化的生物学指标。     

冻融对长白山森林土壤碳氮矿化的影响

长白山地区秋末春初常常存在冻融过程,冻融过程影响土壤水分分布而改变土壤理化性质。通过室内模拟实验,研究了冻融过程（-20~15℃）对长白山阔叶红松（Pinus koraiensis）林和白桦（Betula platyphylla）林土壤有机碳和氮矿化过程的影响。结果表明,经过3次冻融循环,冻融处理土壤矿化速率显著高于对照处理,但经过多次冻融循环过程,冻融处理抑制土壤有机碳矿化过程,对照处理土壤有机碳矿化速率高于冻融处理（P=0.019）。在培养结束后,冻融处理的阔叶红松林和白桦林土壤无机氮质量分数,分别是对照处理的1.88倍和1.96倍;冻融次数也是影响土壤有机氮矿化的一个重要因素,35次冻融循环后,阔叶红松林和白桦林土壤中无机氮分别提高了2.10倍和2.81倍。冻融循环促进了土壤有机氮的矿化,有利于土壤中有效氮的累积,为春季植物生长提供足够的氮素,但也潜在增加了土壤中无机氮流失的风险。     

温度和氮素输入对青藏高原三种高寒草地土壤碳矿化的影响

选取了海北高寒草甸、那曲高寒草原和当雄高寒湿地3种典型高寒草地生态系统类型为研究对象,采集了表层0~10 cm土壤,在实验室内进行可控温度下的碳矿化培养实验。结果表明,青藏高原土壤碳矿化在不同高寒草地类型间存在显著差异（P≤0.05）。在较低的温度下,高寒湿地土壤的碳矿化速率显著低于高寒草甸土壤,而温度在15℃左右时,高寒湿地土的碳矿化速率略高于高寒草甸土壤,当温度处于较高的水平时（〉20℃）,高寒湿地土壤碳矿化速率远高于高寒草甸土壤,高寒湿地土壤碳矿化的Q10显著大于高寒草甸。无论是低温还是较高的温度,高寒草原土壤碳矿化速率最低,数值范围也最窄。高寒草甸和高寒湿地土壤碳矿化均受温度的显著影响（P≤0.05）,其速率均跟温度呈现一级指数函数方程关系,而高寒草原土壤碳矿化速率与温度间未呈现明显的函数关系,但不同温度间的土壤碳矿化速率存在显著差异。氮素输入对高寒草甸和高寒湿地土壤碳矿化的影响不明显,但显著促进了高寒草原土壤碳矿化作用。     

栗钙土不同土地利用方式下有机碳和无机碳剖面分布特征

栗钙土是半干旱地区典型的地带性土壤,主要分布在内蒙古自治区。文章以内蒙古自治区乌兰察布盟(简称乌盟)和锡林河流域为例,分析了栗钙土有机碳和无机碳含量及其密度的剖面分布特征,旨在了解不同土地利用方式下土壤碳库的储量和分布特点及其成因与机理。结果表明:土壤无机碳在剖面上的分布有两种类型:高—低—(高)—(低)型和低—高—(低)—(高)型,后者可能是由于土壤侵蚀引起的碳酸盐再分布所形成的。100cm深的土壤有机碳密度的平均值为8.48kg·m-2,退耕地>耕地>干旱半干旱草原>典型草原,主要分布在表层,0～30cm土壤有机碳密度为0～100cm的43%左右;而土壤无机碳密度的平均值为7.10kg·m-2,退耕地>典型草原>耕地>干旱半干旱草原,主要分布在下层土壤,50～100cm无机碳密度为0～100cm的58%左右。     

喀斯特土壤微生物和活性有机碳对生态恢复的快速响应

喀斯特地区普遍面临生态退化的问题,退耕还林作为其重要的生态恢复措施之一而备受关注。土壤活性有机碳通常较总有机碳对环境变化和干扰更加敏感,此外土壤微生物对环境变化和干扰亦十分敏感。然而,关于喀斯特不同时间尺度退耕还林土壤活性有机碳和微生物的系统研究尚少见报导。为了揭示土壤活性有机碳和微生物对喀斯特生态恢复的快速指示作用,为喀斯特生态恢复评价和生态环境治理提供科学依据,以广西古周村典型喀斯特景观为代表,采用空间代替时间的方法,选取不同年限（2 a、4 a、8 a、12 a）退耕还林地和玉米耕地对照样地,研究了表层土壤微生物指标和活性有机碳指标随退耕还林的变化特征。研究结果显示,较耕地对照相比,退耕还林8 a后,土壤总有机碳（TOC）质量分数才发生显著变化,提升24%;而还林2 a后,土壤水溶性有机碳（WSOC）、颗粒有机碳（POC）和易氧化有机碳（KMnO4-C）的绝对含量便分别显著提高62%、36%和38%,相对含量分别显著提升60%、34%和36%,且随还林年限的延长呈升高趋势;退耕还林2 a后,土壤微生物生物量碳（MBC）、基础呼吸（BR）和微生物商（MBC︰TOC）分别显著增加56%、27%和54%,并随还林年限的延长呈逐渐升高趋势;土壤微生物代谢熵（qCO2）在退耕还林2 a后显著降低19%,之后随还林年限延长呈下降趋势。本研究表明,土壤活性有机碳及土壤微生物指标可以作为喀斯特生态恢复的早期指示者。     

水旱长期耕作下土壤团聚体及有机碳动态变化

分析比较新疆水旱长期耕作不同年限下土壤团聚体组成及其各粒级团聚体有机碳的动态变化,探讨水田和旱地土壤团聚体有机碳的赋存能力。采用湿筛法对新疆水田和旱地的土壤团聚体及其有机碳的变化进行研究。研究发现,(1)水田和旱地土壤有机碳随着种植时间的延长呈现增加趋势,旱地显著低于水田土壤有机碳的增加。(2)水田种植100 a内,53—250μm微团聚体和>250μm水稳性团聚体增加了199.80 g·kg^-1和321.60 g·kg^-1,<53μm团聚体则逐步减少;旱地种植下,53—250μm微团聚体在0—5 a间快速增加了231.21 g·kg^-1,5 a后基本维持在一个相对稳定的水平;<53μm团聚体0—10 a间快速下降后,维持在230.67—252.33 g·kg^-1之间的稳定水平。(3)团聚体有机碳水田显著大于旱地,100 a间水田>250μm水稳性团聚体有机碳质量分数,与荒地相比增加了22.95 g·kg^-1;而旱地则在种植0—10 a间表现出增加的趋势...     

冻融作用下寒温带针叶林土壤碳氮矿化过程研究

以大兴安岭落叶松林土壤为研究对象,设置8℃恒温和-5-8℃冻融循环（1个冻融循环为在-5℃培养24 h,后在8℃培养24 h）2个处理,进行30 d的室内培养实验,探讨了寒温带针叶林土壤在冻融交替时期的碳氮矿化过程及其相互关系。结果表明,培养温度和培养时间对土壤碳矿化速率和碳矿化累积量均有显著影响。第1次和第5次冻融循环后,冻融处理土壤的碳矿化速率显著高于恒温培养下土壤的碳矿化速率;第7次和第15次冻融循环后,冻融土壤碳矿化累积量显著低于恒温土壤的碳矿化累积量。土壤氮矿化速率没有受到培养温度、培养时间以及二者交互作用的影响,但培养时间和培养温度对土壤净氮矿化累积量有显著的影响。第5、7、15次冻融循环后,冻融处理的土壤无机氮净矿化累积量低于恒温培养的土壤无机氮净矿化累积量。经过30 d的培养,恒温处理下的土壤碳、氮矿化累积量（碳累积量：92.82μg·g-1,氮累积量73.76 mg·kg-1）是冻融处理下（碳累积量：65.51μg·g-1,氮累积量33.45 mg·kg-1）的1.42倍和2.21倍。土壤碳矿化累积量与土壤净氮矿化累积量均为正相关关系,但在相同的碳释放量下冻融循环处理土壤累积的无机氮较少。以上结果表明,冻融循环减少了大兴安岭寒温带落叶松林土壤碳排放和无机氮的累积,有利于土壤碳的固持和减少养分的流失。     

长期不同施肥措施对红壤水稻土有机碳和养分含量的影响

将红壤丘陵地区的荒地开垦为水田不仅可以防治土壤侵蚀,而且能增加土壤肥力,提高农田生产力.本文研究了红壤荒地垦殖为稻田,长期定位施肥15年后不同施肥措施下水稻土的有机碳和养分含量特征.结果表明:不同施肥措施包括不施肥条件下,15年水稻垦殖都提高了土壤肥力.不同施肥措施水稻土的pH提高了0.9～1.3个单位.耕层土壤有机碳含龟达到8.19～1O.13 g·kg-1,全氮含量达到0.89～1.20 g·kg-1,有机碳与全氮含最都有明显提高,且有机碳和全氮含量之间相关性极显著.水稻土耕层全磷含量在0.25～0360 g·kg-1之间,有效磷含量在2.2～20.9 mg·kg-1之间,化学磷肥的培肥效果好于有机肥(猪粪),有机无机磷肥配施能显著提高土壤全磷和有效磷库.土壤全钾还未有明显变化,土壤速效钾含量在40.4～142.5 mg·kg-1之间,不同施肥措施除氮钾肥处理外都造成了土壤速效钾含量下降,秸秆还田到目前为止对于土壤速效钾含量还没有明显作用.     

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。     

吉林西部草地生态系统不同退化演替阶段土壤有机碳变化研究

草地盐碱化是吉林西部典型的生态环境问题。针对吉林西部具有＂羊草群落（Leymus chinense）→羊草-虎尾草群落（Carex duiuscula）→羊草-碱茅群落（Puccinellia distans）→碱蓬群落（Suaeda glauca）＂直至退化为盐碱地的逆向演替规律,本文选取大安市姜家甸草场为典型区进行野外样地调查,收集不同演替阶段植物样品30份,土壤剖面样品100份,表土样品40份,监测群落生态特征、土壤理化性质,计算土壤有机碳储量。分析结果表明：随着退化演替的进行,羊草-虎尾草群落的多样性指数、植被生物量、土壤有机质最高,土壤含水率及全N指数逐渐降低,土壤的pH值及土壤容重升高,土壤有机碳含量在0～100cm各土层呈现出先升高再降低的趋势,其中0～40cm内变化显著,50～100cm内相差不大,1m土壤有机碳密度从羊草群落的75.37t·hm-2升高到羊草-虎尾草群落的76.11t·hm-2,至盐碱地减少到52.21t·hm-2,约减少30%。研究结果对吉林省合理放牧、草地固碳量的增加和土壤碳储量的提高都有指导意义。     

不同耕作方式对玉米田土壤有机碳含量的影响

在华北夏玉米生产体系中,采用田间试验,研究了撂荒、翻耕、免耕和旋耕4种耕作方式下,玉米4个生育期(苗期、拔节期、灌浆期、成熟期)耕层(0~20 cm)土壤总有机碳质量分数、活性有机碳质量分数和碳库管理指数的变化.结果表明:在观测期间,玉米不同生育期(0~20 cm)土层有机碳质量分数和活性有机碳质量分数均呈明显的动态变化,就3种耕作方式来讲,土壤总有机碳和活性有机碳均表现为免耕最高,翻耕和旋耕次之;成熟期免耕、旋耕、翻耕3种处理的土壤碳库管理指数比撂荒分别提高了47.38%、30.43%、27.00%;土壤活性有机碳与总有机碳、碳库管理指数均存在显著相关关系,玉米产量与土壤总有机碳质量分数存在显著相关性,与土壤活性有机碳质量分数和土壤碳库管理指数无明显相关性.综合考虑以上因素,免耕有利于提高土壤有机碳质量分数和土壤碳库管理指数,改善土壤质量,提高土壤肥力.     

不同林分土壤有机碳密度研究

在全球气候变化背景下,森林土壤有机碳作为土壤碳库的重要组成部分,已成为森林生态系统碳循环研究的重点之一;而森林土壤有机碳在剖面上具有明显的垂直分布差异,根据土壤发生层次特点,分别研究各层土壤有机碳含量分布规律,对于准确确定森林土壤碳储量具有重要意义。2008年7月在北京西山妙峰山林区侧柏（Platycladus orientalis）林、刺槐（Robinia pseudoacacia）林、栓皮栎（Quercus variabilis）林和侧柏、油松（Pinus tabulaeformis）混交林内,分别随机选取3个位置挖土壤剖面,然后根据土壤发生层次性特点,把各剖面划分为四个土层（0～10 cm,10～20 cm,20～40 cm和40～60 cm）,每层用环刀取样测定土壤容重,用土壤袋采集1 000 g的土壤样品,经除杂、风干、过筛等程序后,对土样的有机碳含量和碳密度进行了测定和初步研究。结果表明：4种林分下土壤有机碳平均含量和土壤有机碳密度不同,不同林分土壤0～10 cm有机碳含量和碳密度最高,并且均随土壤深度增加呈降低的趋势;其土壤有机碳密度的大小顺序为：栓皮栎林〉侧柏、油松林〉侧柏林〉刺槐林。4种林分类型0～20 cm土层单位面积有机碳储量占总有机碳储量分别为：栓皮栎林51.1%,刺槐林44.2%,侧柏林43.0%,侧柏、油松混交林37.7%,平均为44.0%。     

中国水稻土有机和无机碳的空间分布特征

农业土壤碳库对陆地生态系统碳循环的研究具有重要意义。水稻土是中国主要的耕作土壤,在土壤碳固定研究中具有现实意义。文章根据最近建成的中国1∶100万数字化土壤图和全国1490个水稻土剖面数据,估算我国水稻土碳密度和储量,并进一步分亚类和区域研究了水稻土碳库的分布特征。结果表明,中国水稻土面积为45.69×104km2,占我国土壤总面积的4.92%。中国水稻土无机碳的分布面积为5.93×104km2,仅占水稻土总面积的13%。水稻土碳密度具有高度的空间变异性,水稻土剖面0~100cm有机碳密度介于0.53kg·m-2~446.2kg·m-2之间,无机碳密度介于0.05kg·m-2~90.03kg·m-2。水稻土表层0~20cm有机碳密度介于0.17kg·m-2~55.38kg·m-2之间,无机碳密度介于0.01kg·m-2~21.85kg·m-2。中国水稻土剖面0~100cm和表层0~20cm碳总储量分别为5.39Pg和1.79Pg。水稻土碳储量以有机碳为主,约占水稻土碳总储量的95%,水稻土剖面0~100cm和表层0~20cm有机碳储量分别为5.09Pg和1.72Pg。水稻土无机碳储量较低,仅占水稻土碳总储量的5%左右,水稻土剖面0~100cm和表层0~20cm无机碳储量分别为0.30Pg和0.07Pg。     

围湖造田不同土地利用方式土壤有机碳和易氧化碳

围湖造田是我国20世纪50年代后期开始大量出现的与水争地的人类干扰活动。以太湖流域肖甸湖区为试验地,测定分析了该围湖造田区香樟（Cinnamomum camphora）林、水杉（Metasequoia glyptostroboides）林、毛竹（Phyllostachys heterocycla）林和农田4种不同典型土地利用方式35年后0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm土壤有机碳和易氧化碳含量的差异,以及土壤易氧化碳的季节动态。结果表明：表层（0～10 cm）土壤有机碳含量林地显著高于农田,阔叶林高于针叶林。土壤易氧化碳含量随季节与土层深度的变化而变化,香樟林与毛竹林春夏季节大于冬季,水杉林与农田季节波动较平缓。4种土地利用方式下土壤有机碳和易氧化碳均随土层增加含量递减。与围湖地区内的溪流底泥相比,林地与农田表层土壤有机碳含量均有明显增加;与旱地发育的植被土壤相比,围湖后的土壤有机碳含量较低,易氧化碳含量较高,土壤有机碳稳定性较差。围湖造田作为人类对自然生态系统的一种干扰方式,显著改变了原有生态系统的碳循环特征,因此在研究全球碳循环中,围湖造田对生态系统碳循环的影响应该给予充分考虑。     

盐碱土壤基质人工湿地对低浓度氮磷废水的净化效果

采用实验室模拟研究了以盐碱土壤为基质的不同湿地植物人工湿地系统以及对水中低质量浓度氮和磷的去除效率。实验表明，芦苇系统、香蒲系统、车钱草系统和无植物系统均对水中低质量浓度的N具有净化效果。3种植物系统相比，香蒲系统的净化效果较其他二者较佳，芦苇系统与车钱草的净化效果相当；同时实验也表明4种湿地系统对低质量浓度的P不具有净化效果，随着水力停留时间的增加，系统中的P质量浓度反而会有所增加。     

土地利用方式对紫色土丘陵区土壤剖面碳、氮影响

采取野外调查与室内分析相结合的方法研究了紫色土丘陵区林地、撂荒地、水田、旱地土壤剖面(0～40 cm)有机碳、全氮变化特征.结果表明.有机碳、全氮均随土层深度增加而逐渐减小,且林地、撂荒地有机碳递减幅度高于水田、旱地.相对于撂荒地和旱地,水田、林地更利于有机碳、全氮的积累.林地有机碳和全氮在0～5 cm土层表现出绝对优势;随土层递增,与水田、撂荒地和旱地的差异逐渐减小.水田有机碳和全氮在大于10 cm土层显示最大值.而撂荒地有机碳和全氮仅在土壤表层高于旱地.有机碳与全氮存在显著正相关关系;w(C)/w(N)随土层深度增加而降低,且林地、撂荒地降低幅度较大.因此相对于水田、旱地,林地和撂荒地w(C)/w(N)仅在0～10 cm显示较大值.可见,土地利用方式对陆地生态系统碳、氮蓄积有明显影响,通过旱地还林或撂荒可以增加土壤特别是表层土壤对碳、氮的积累.