黑炭降解和氧化的温度敏感性

惰性土壤碳库的分解(矿化和碳损失的同义词)对温度的敏感性仍存争论.大量研究表明,由于气候变暖,相对于新发育的和易分解的土壤有机碳库,稳定的土壤有机碳温度敏感性持续增强.相反地,Liski等人认为惰性土壤有机碳库分解的温度敏感性弱于易分解的土壤有机碳库,Giardina和Ryan更是认为森林矿化土壤中的有机碳的分解不受温度升高的影响.     

马尾松采伐迹地火烧黑炭对土壤有机碳组分和碳转化酶活性的影响

黑炭是不完全燃烧生成的具有高度芳香化结构的含碳颗粒物,能对火烧迹地土壤生态功能产生长期影响.以中亚热带马尾松人工林采伐火烧迹地为研究对象,分析火后黑炭处理[移除(B₀)、单倍(B₁)、双倍(B₂)]、未火烧对照(UB)5 a后土壤有机碳组分[可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(ROC)、惰性有机碳(RC)、粗颗粒有机碳(CPOC)、细颗粒有机碳(FPOC)]含量和碳转化酶[葡萄糖苷酶(BG)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(POX)、纤维素酶(CBH)、蔗糖酶(SC)]活性特征.结果表明,B₁处理土壤DOC、 MBC、 CPOC、 FPOC和RC含量均显著低于UB(P<0.05).B₂处理土壤MBC和FPOC含量与UB无显著差异,但显著高于B₀处理(P<0.001).B₁和B₂处理土壤MBC/TC与UB无显著差异,而B₀处理土壤MBC/TC显著低于UB(...     

秸秆源黑炭还田对水稻土生产力和固碳的影响

为揭示秸秆源黑炭连续还田对太湖平原稻麦轮作农田土壤生产力和固碳作用的影响,设黑炭施加量为0(CK)、4.5和9.0t/hm23个处理,通过2a 4个完整稻麦轮作季的盆栽试验,研究了稻秆来源黑炭每季还田下的稻麦作物产量.养分吸收状况及土壤理化性质的变化. 结果显示,土壤w(TOC)(TOC为总有机碳)和w(全N)随黑炭施加量的增加而增加. 每季黑炭施加量为9.0t/hm2时,土壤w(TOC)和w(全N)可分别提高46.7%~113.0%和9.3%~28.3%. 黑炭施入土壤后能够提高稻麦作物地上部分生物量,籽粒产量增加11.4%~60.5%,秸秆产量增加15.0%~56.8%. 黑炭处理下稻麦作物体内N、P、K、Mg和Ca的累积量显著提高,这一现象与每季结束后土壤w(全N)以及土壤有效元素含量〔w(有效P)、w(有效K)、w(有效Mg)和w(有效Ca)〕的增加相吻合. 黑炭施入可显著提高土壤pH和CEC(阳离子交换量),尤其是黑炭施加量为9.0t/hm2时,pH最高可达6.79,CEC最高达到12.7cmol/kg. 连续三季施入黑炭后,土壤容重比不施黑炭处理降低8.0%~12.2%. 试验结果表明,秸秆来源黑炭施入太湖平原稻麦农田可起到固碳增汇、增加土壤碳库容量的作用,也能改善土壤理化性质,提高土壤生产力.      

长期不同施肥对稻田土壤有机碳矿化及激发效应的影响

通过室内模拟培养实验,结合14C同位素标记技术,研究了不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(ST)这3种施肥处理下稻田耕层土壤有机碳矿化特征及其对添加外源葡萄糖的响应特征.结果表明,56 d培养实验结束时,CK处理土壤累积矿化率(土壤原有有机碳累积矿化量/土壤总有机碳含量)达到1. 64%,而NPK和ST处理较CK处理显著降低了0. 34%和0. 39%(P 0. 05),表明长期施肥对土壤碳有一定的固持作用.长期不同施肥处理土壤对添加外源葡萄糖的响应有所不同,表现出了不同程度的激发效应.随着培养时间的推移,3种处理土壤碳矿化的激发效应由负激发效应逐渐转为正激发效应. 56 d时,ST和NPK处理土壤的负累积激发效应比CK分别显著提高了22. 07和9. 05倍(P 0. 05).结构方程模型分析表明,土壤NH+4-N和DOC含量主要通过影响土壤MBC和MBN含量间接影响土壤累积激发效应,且NH+4-N对土壤累积激发效应有直接的显著负影响.综上所述,长期施肥降低了稻田土壤原有有机碳累积矿化率,有利于增强稻田土壤碳的固持和积累,秸秆还田加化肥效果更加明显.     

土壤呼吸的温度敏感性和适应性研究进展

土壤呼吸的温度敏感性和适应性是影响生态系统碳、氮循环的两个关键指标。论文综述了土壤呼吸对温度变化响应的最新研究进展和存在的问题,指出土壤有机质的质量和水溶性碳含量、土壤微生物种群结构和酶活性等因素是影响土壤呼吸的温度敏感性和适应性的主要因素。这些因素对土壤呼吸温度敏感性和适应性影响的机理不同,土壤呼吸的温度敏感性主要受上述因素的状态影响,而土壤呼吸的温度适应性则主要取决于上述因素的变化过程。例如平均温度、微生物生物量、呼吸底物质量和酶活性是影响土壤呼吸温度敏感性的重要因素,而温度的变化幅度、微生物种群结构变化、呼吸底物有效性和酶的最适温度的改变则影响土壤呼吸对温度的适应性。鉴于土壤呼吸的温度敏感性和适应性是两个密切相关的生物学过程指标,建议在陆地生态系统碳循环的研究中综合考虑这两个过程的交互作用。     

混合凋落物分解非加和性效应研究进展

混合凋落物的分解是陆地自然生态系统中凋落物分解的主要形式。在许多混合凋落物的实验研究中,混合凋落物的实际分解速率往往偏离于基于单种组分凋落物计算的预期分解速率,产生非加和性效应。从混合凋落物实验的统计结果可以发现,大多数混合凋落物实验的质量损失、养分释放、微生物丰富度和活性都表现出非加和效应。混合凋落物实验不同设计方案可能会对实验结果造成影响,如各组分的初始比例、凋落袋、取样和各组分的分拣均会对实验结果造成影响。引起混合凋落物分解非加和性效应的因素是多方面的,文章从物理、化学和生物作用机制三方面综述了非加和效应的潜在机制。未来的研究应模拟野外环境下凋落物的实际分解,并与气候变化、生态恢复等研究相结合。     

工业碳减排绩效及其影响因素动态分解

进入21 世纪以来,中国工业碳排放总量仍在波动中增长。为了考查近10 a 来中国工业碳减排绩效,并定量分析影响工业碳减排的主要因素对碳减排的贡献变化情况,论文通过构建中国工业碳排放数据库并运用“精确”的Laspeyres 分解方法,对中国2001-2010 年36 个工业行业CO₂减排的影响因素进行了动态分解,研究结果表明：①虽然中国工业CO₂排放总量在不断增加,但CO₂排放增长率和工业碳排放强度双双降低,在考察周期内,CO₂排放总量从2001 年 2.89×10⁹ t 增长到2010 年7.16×10⁹ t,工业碳排放量增长率则从2003 年最高值18.86%持续下降至2009 年的5.77%,工业整体碳排放强度由2001 年的29.14 t/104元下降到2010 年的18.12 t/10⁴ 元;②工业经济规模不断增加是工业CO₂排放增加的主导因素,技术进步和结构调整则有效抑制了CO₂的增加,10 a 间规模效应对CO₂排放总量增加的贡献度年均达到191.81%,但是由于受到技术进步效应和结构调整效应的共同作用,10 a 来总效应值年均只有109.15%;③较之技术进步效应,结构调整效应对工业CO₂减排的贡献度更大,结构调整效应累计促进碳减排达2.07× 10⁹ t,而技术进步效应促进减排的总量只有1.14×10⁹ t。论文认为,着力中长期减排政策的制定,以保证技术进步在碳减排中持续发挥作用,同时充分挖掘结构调整对减排作用潜力是中国实现工业碳减排的务实选择。     

有机质分解对青海湖湖水溶解无机碳同位素（δ13CDIC）的影响及其指示意义——来自沉积物捕获器的研究

青海湖沉积物稳定碳同位素常常被用来指示古环境的变化,然而准确地解译其信号需要充分认识溶解无机碳同位素比值（δ¹³C_DIC）变化及其控制因素。本文利用沉积物捕获器连续一年收集的青海湖湖水及颗粒物,通过其中湖水的δ¹³C_DIC和细颗粒沉积物中碳酸盐稳定碳同位素（δ¹³C_carb）的同步分析,结合湖水δ¹³C_DIC的垂直分布和表层沉积物δ13Ccarb及有机碳同位素（δ¹³C_org）,探讨了有机质分解在δ¹³C_DIC和δ¹³C_carb中的调节作用。结果表明,从沉积物捕获器中获得的湖水δ¹³C_DIC的变化主要受控于与外界隔绝后（微）生物对有机质的分解作用,但这种（微）生物分解作用并不会影响到δ¹³C_carb比值。这些现象反映了（1）还原环境下（微）生物对有机质的分解作用对水体δ¹³C_DIC有重要影响和（2）青海湖自生碳酸盐主要从上层湖水沉淀,且形成后不再与周围水体发生交换作用。     

缙云山土地利用方式对土壤活性有机质及其碳库管理指数的影响

通过选取缙云山向阳坡同一海拔高度处的亚热带常绿阔叶林(简称林地)、坡耕地、果园和撂荒地,测定分析0~60 cm深度土壤样品有机质及3种活性有机质组分含量,从而揭示了西南地区缙云山不同土地利用方式对土壤有机质、3种活性有机质及其有效率(ER)以及碳库管理指数(CMI)的影响.结果表明,4种土地利用方式下,土壤有机质、活性有机质含量以及ER和CMI均随土壤深度的增加而降低,其中土壤有机质、活性有机质及其CMI的剖面分布趋势相似,林地土壤有机质、活性有机质及其CMI主要富集在0~10 cm土层,果园主要富集在0~20 cm土层,而坡耕地和撂荒地从上而下的降低则比较均匀.在0~60 cm土壤深度内的土壤有机质以及3种活性有机质平均含量均为撂荒地>林地>果园>坡耕地,将林地转变为果园和坡耕地后,有机质含量分别降低了21.56%(P>0.05)和55.90%(P<0.05),将坡耕地闲置撂荒后,有机质、低、中、高活性有机质含量分别升高了238.86%(P<0.05)、144.2%(P<0.05)、153.3%(P<0.05)和242.7%(P<0.05).方差分析发现3种土壤ER在不同土地利用方式之间并无明显差异,表明土壤ER对土地利用变化并不敏感.不同土地利用方式下3种活性有机质CMI均为撂荒地最高,林地次之,果园和坡耕地最低,表明林地开垦导致土壤碳截存降低,土壤向着质量退化的方向发展,而坡耕地撂荒则增强了土壤的碳汇功能,土壤质量向着良性方向发展.3种活性有机质与全氮、速效磷和速效钾呈极显著正相关关系,与土壤容重呈极显著负相关关系,表明活性有机质与土壤理化性质关系密切,是反映土壤养分和衡量土壤质量的重要指标.     

易分解碳输入模式对沉积物共代谢效应的影响

通过构建室内微宇宙系统,运用稳定碳同位素示踪法,解析混合处理组中各有机组分代谢释放的CO2含量,探讨相对易分解碳源的输入对湖泊沉积物有机碳矿化过程的影响.结果表明:添加相对易分解碳源的处理组中,CO2排放量明显升高,较对照组分别提高了45.49％(单次添加组)、52.61％(重复添加组)和57.65％(连续添加组),分...     

生物炭碳封存技术研究进展

生物炭(biochar)是一种在无氧或者限氧的条件下,对生物质原料进行高温热解而得到的一种细粒度、多孔性的碳质材料,其稳定的芳烃结构使之在土壤中对生物和非生物氧化具有较强的抗性,成为一种有效的碳封存技术,并受到越来越多的关注.通过对生物炭碳封存机制的阐述,重点评述了生物炭的制备、稳定性及植物生长和土壤有机碳对生物炭添加的响应等方面对生物炭碳封存潜力的影响,并初步考察了生物炭碳封存潜力和经济性等方面的研究进展.最后针对目前关于影响生物炭碳封存潜力因素以及这些因素之间相互关系等方面的研究中存在的问题和不足,提出了进一步研究的方向,为我国生物炭技术的研究和应用提供有益参考.     

秸秆与生物炭还田对土壤团聚体及固碳特征的影响

揭示秸秆与生物炭还田对团聚体有机碳含量、分布、稳定性以及相对贡献率的影响,有利于明确秸秆与生物炭还田下土壤碳库的稳定性及其保护机制.采用田间试验方法研究了油菜/玉米轮作模式下,秸秆与生物炭还田对土壤团聚体及固碳特征的影响.结果表明:(1)秸秆与生物炭还田各处理均能提高土壤有机碳含量,其中生物炭还田(BC、16.88 g·kg~(-1))、秸秆+生物炭还田(CSBC、17.37 g·kg~(-1))效果优于秸秆还田(CS、13.76 g·kg~(-1))和秸秆+速腐剂还田(CSD、14.68 g·kg~(-1)).(2)与对照(CK)处理相比,CS、CSD处理能显著地提高大团聚体(2 mm)含量,增加率为94.00%~117.78%,同时显著提高了水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、R0.25,降低了分形维数(D),提高了团聚体稳定性(P0.05).(3)随着团聚体粒径的增大,团聚体有机碳含量呈现先降低再增高然后再降低,且粉黏粒(0.053 mm)对土壤有机碳贡献率最高(29.61%~42.18%),大团聚体有机碳贡献率最低(9.19%~17.81%).除CSD处理外,CS、BC、CSBC处理降低了较大团聚体(2~0.25 mm)和微团聚体(0.25~0.053 mm)有机碳贡献率.秸秆还田促进土壤团聚作用效果优于生物炭还田,而生物炭还田提高团聚体有机碳含量效果优于秸秆还田,秸秆新碳主要向大团聚体内分配,秸秆+速腐剂还田还能促进较大团聚体内不同组分结合新碳,生物炭、秸秆+生物炭还田主要向微团聚体中富集.     

生物质炭和秸秆配合施用对土壤有机碳转化的影响

为探讨生物质炭和秸秆碳输入对土壤碳构成和转化的影响,通过室内培养试验,研究了单施生物质炭、秸秆及两者配合施入下土壤二氧化碳的释放特征以及土壤微生物碳和有机碳的变化.结果表明,秸秆有机碳在土壤中的矿化率为21.50%(2%添加水平),远大于等量生物质炭的矿化率(8.09%);施用等量(占4%土重)生物质炭和秸秆,培养200 d后土壤有机碳含量分别为24.40 g·kg~(-1)、17.40 g·kg~(-1),表明生物质炭对有机碳的提升作用大于秸秆的.施用生物质炭对土壤固有有机碳有一定的保护作用,生物质炭与秸秆配合施用促进了秸秆的矿化,对有机碳矿化影响的交互效应为正值.施用秸秆能大幅度增加土壤微生物碳,而生物质炭对土壤微生物碳影响小;秸秆和生物质炭配合也增加了土壤微生物碳,但其交互效应与培养时间、施用量等有关,可正可负.     

生物质炭对果园土壤团聚体分布及保水性的影响

向土壤中施用生物质炭是增加碳吸存和改善土壤理化性质的一种重要途径.利用干筛法获得土壤不同级别团聚体,探究了果园施用不同水平、不同性质生物质炭对土壤团聚体分布及其有机碳含量、土壤孔隙度和田间持水量的影响.结果表明,与不施生物质炭的处理(CK)相比,施用生物质炭在0~10 cm土层主要减少了土壤5~8 mm、0.25 mm团聚体含量,增加了1~2 mm、2~5 mm级别团聚体含量,其中1~2 mm团聚体随生物质炭施用量增加而显著增加.施用生物质炭使0~10cm土层土壤团聚体的平均质量直径有所减小,稳定性降低.与CK相比,添加生物质炭显著增加了土壤团聚体中有机碳含量,其中1~2 mm团聚体有机碳提高幅度最大,达70%以上.施用生物质炭显著提高了1 mm级别团聚体的吸湿系数,增加了土壤总孔隙度和田间持水量.     

裂解温度对新疆棉秆生物炭物理化学性质的影响

生物质的裂解温度影响其所生产的生物炭炭的物理和化学性质,进而影响其田间应用效果。棉花秸秆是干旱区特别是新疆地区的主要农业生物质资源,其生物炭利用途径有望克服现有秸秆利用途径的不足,但对棉秆生物炭理化性质及其变化的认识还很缺乏。本文在不同的裂解温度下对新疆棉秆生物炭物理和化学性质进行研究,发现随着裂解温度的升高,生物炭的产率、阳离子交换量、O/C和H/C值降低,p H、电导和持水性能提高,Na+、K+趋势不明显,Cl-和SO2-4等盐碱化离子以及Ca~(2+)、Mg~(2+)营养元素含量随温度的升高降低;C、N、S、C/N和灰分等均提高,NH+4-N在550℃碳化条件下含量最高。因此在田间应用中,应针对土壤特点和解决的问题,调控碳化温度,从而达到趋利避害的目的。     

多年施用生物炭对河南烤烟种植区土壤呼吸的影响

为探究生物炭施用对土壤呼吸的影响,采用5 a定位试验(2013～2017年)研究了不施生物炭(CK)、施用1. 5 t·hm-2生物炭(T1)、施用15 t·hm-2生物炭(T2)、施用45 t·hm-2生物炭(T3)这4种处理下土壤呼吸及土壤水热因子的动态变化规律.结果表明:(1)在土壤中连续5a施入中剂量生物炭(T2:15 t·hm-2)显著降低了烤烟生长季土壤呼吸速率,降幅为25. 89%;当施入量增至45 t·hm-2(T3)时土壤呼吸速率显著增加,增幅为21. 48%(P 0. 05).(2)长期中剂量生物炭的添加显著降低了土壤异养呼吸速率和自养呼吸速率,降幅分别为29. 80%和28. 75%;大剂量生物炭(T3:45 t·hm-2)的施入显著增加了土壤异养呼吸速率,增幅为28. 88%.低剂量生物炭(T1:1. 5 t·hm-2)和中剂量生物炭均显著增加土壤呼吸中自养呼吸的比例,大剂量生物炭的施入显著增加了异养呼吸的比例(P 0. 05).(3)低剂量生物炭显著降低了烤烟生长季土壤5 cm温度;大剂量生物炭显著降低了土壤5 cm湿度.土壤呼吸与土壤5 cm温度之间呈显著指数相关,与土壤5 cm湿度之间未表现出显著相关(P 0. 05).综上,连续5a低剂量生物炭的施用对土壤呼吸无影响,适量生物炭的施用具有固碳减排效应,大剂量生物炭施用则会适得其反,建议生物炭施用范围应控制在15 t·hm-2以内.     

生物炭施用对农田土壤团聚体及有机碳影响的整合分析

生物炭作为一种土壤改良剂,已广泛用于农田土壤的改善.为明确生物炭对我国农田土壤固碳效应的影响,基于已公开发表的文献数据,利用Meta分析法研究生物炭施用在不同试验条件下对土壤团聚体、团聚体碳和土壤有机碳的响应.结果表明,与不施生物炭相比,施用生物炭显著增加土壤大团聚体比例（10.8%）和平均重量直径（MWD,13.3%）,对土壤微团聚体和粉黏粒组分无显著作用;施用生物炭能够显著增加土壤各粒径团聚体碳和土壤总有机碳含量,土壤有机碳增幅为56.9%.通过亚组分析和Meta回归分析表明,华北地区施用生物炭土壤有机碳增幅最大（39.4%）;不同试验类型下施用生物炭均能显著提高土壤有机碳含量;相比不施肥,施肥条件下施用生物炭能显著改善土壤结构,提升土壤肥力;生物炭在施用>2 a条件下,能显著提高大团聚体比例（15.7%）、MWD （21.2%）、大团聚体碳（31.7%）和土壤有机碳含量（40.0%）;相比木材、木屑等原料制备的生物炭,农作物秸秆制备的生物炭对土壤的改良效果更佳;在高氮土壤中施用生物炭更有利于提高土壤团聚体稳定性.综上所述,生物炭施用可以改善土壤团聚结构,促进土壤有机碳积累,对农田肥力维持与提升具有重要意义.     

生物炭添加对两种类型土壤DOC淋失影响

生物炭能增加土壤碳库贮量,对全球碳的生物地球化学循环和缓解全球气候变化起到不可忽视的作用。可溶性有机碳(DOC)是土壤碳库中十分重要的组分,研究生物炭对DOC淋失影响对深入了解生物炭对土壤有机碳循环具有重要意义。本文以新疆和河南两种土壤为对象,通过室内土柱淋滤试验研究生物炭添加对不同类型土壤中溶解性有机碳(DOC)淋失影响以及添加不同生物炭对同种土壤淋滤液中DOC淋失影响特征。结果表明,新疆和河南土壤淋滤液DOC浓度和淋失量随着生物炭添加比例增加(1%,5%,10%)而减少。与玉米秸秆和锯末混合物为原料制成生物炭相比,玉米秸秆生物炭能显著降低新疆土壤淋滤液中DOC浓度。     

生物炭对塿土土壤容重和团聚体的影响

通过比较生物炭施入土壤2 a和5 a的试验结果,研究随年限的增长生物炭的添加对塿土容重和土壤团聚体含量及稳定性的影响.采用田间定位试验和室内分析,试验设生物炭用量为0 t·hm~(-2)(B0)、20 t·hm~(-2)(B20)、40 t·hm~(-2)(B40)、60t·hm~(-2)(B60)和80 t·hm~(-2)(B80)这5个处理,将果树树干、枝条生物炭(450℃、限氧条件下)施入土壤,与耕层土壤混匀.经过5 a,分3层测定0～30 cm土层(即0～10、10～20和20～30 cm)的土壤容重、团聚体及有机碳含量.结果表明:①生物炭施入土壤5 a与施入2 a的结果相比,其对0～10 cm和10～20 cm土层团聚体影响相对减弱,对20～30 cm土层土壤容重和团聚体的影响显著增强.②随着年限的增长,在0～10 cm土层,生物炭施用量为40 t·hm~(-2)时, 0. 25 mm团聚体的含量及团聚体稳定性显著增强,容重显著减小;在10～20 cm和20～30 cm土层,生物炭施用量为60～80 t·hm~(-2)时, 0. 25 mm团聚体的含量及团聚体稳定性显著增强,容重显著减小.③当生物炭施用量为60 t·hm~(-2)时,对土壤有机碳的增加效果表现最优.说明生物炭对土壤团聚体的影响是一个渐进的过程.生物炭施入土壤5 a,其对深层土壤的影响更为显著,20～30 cm土层的土壤容重显著降低, 0. 25 mm团聚体的含量及团聚体稳定性显著增强.从经济效益和改善效果综合考虑,在耕层土壤施入40～60 t·hm~(-2)的生物炭最适.     

生物质炭影响下土壤呼吸温度敏感性及细菌群落结构的变化

为探究生物质炭对土壤呼吸及微生物群落结构的影响,在不同生物质炭用量及不同温度条件下进行室内土壤培养试验,分析土壤CO₂释放规律、不同有机碳组分的变化以及土壤细菌群落结构特征.结果表明：①生物质炭处理对各温度条件下的土壤呼吸均表现为前期激发和后期抑制的效应,且在培养14 d之后,生物质炭处理显著降低了土壤呼吸温度敏感性Q₁₀值.②就土壤有机碳而言,未添加生物质炭的CK处理土壤惰性有机碳含量的下降幅度随温度升高而增大,对温度变化较敏感,但生物质炭的输入显著降低了土壤惰性有机碳的温度敏感性,使各温度条件下土壤惰性有机碳的降幅收窄,且降幅并未随温度的升高而增大.③16S rDNA高通量测序结果显示,至培养末期,CK处理土壤中马赛菌属（Massilia）的相对丰度随温度升高而降低,且生物质炭的输入显著提高了马赛菌属的温度敏感性,使其相对丰度随温度升高降幅增大.与马赛菌属相反,CK处理土壤中嗜盐囊菌属（Haliangium）的相对丰度随温度的升高显著增加,生物质炭的输入降低了其温度敏感性,使温度梯度间相对丰度差异不显著.本研究表明,生物质炭的输入可显著降低土壤呼吸温度敏感性,这与土壤惰性有机碳温度敏感性的降低及马赛菌属和嗜盐囊菌属相对丰度的改变有关.