施用无害化污泥影响土壤碳库组分和碳库管理指数的演变

以小麦-玉米轮作体系下的沙质潮土为研究对象,选用经无害化处理后符合国家标准且在推荐量范围内的商业化污泥产品,通过2013~2015年田间定位试验,研究无害化污泥施用对沙质潮土土壤碳库组分和碳库管理指数的影响,为无害化污泥资源化利用提供理论和技术依据.结果表明,与不施无害化污泥处理(CK)相比,土壤总有机碳(TOC)、微生物量碳(SMBC)、易氧化有机碳(LOC)和可溶性有机碳(DOC)施用污泥各处理分别显著增加到了8.40~14.74 g·kg-1、164.45~257.45 mg·kg-1、3.58~4.88 g·kg-1和81.16~101.58 mg·kg-1(P0.05),其中各活性有机碳组分SMBC、LOC和DOC分别显著提高了84.00%~188.07%,26.26%~58.03%和109.58%~185.39%(P0.05),其中45 t·hm~(-2)污泥(W3)处理提升效果最明显;施污泥各处理土壤微生物量熵(SMBC/TOC)和易氧化有机碳有效率(LOC/TOC)均有升高趋势,提高范围分别为8.02%~2.77%和13.75%~46.48%,土壤可溶性有机碳有效率(DOC/TOC)施污泥各处理分别显著降低了17.06%~40.94%(P0.05),并且随污泥施用量的增大,SMBC/TOC、LOC/TOC和DOC/TOC呈下降趋势,说明施用45 t·hm~(-2)污泥增大了土壤中稳定态碳含量,导致其比值降低;施污泥各处理土壤碳库活度(L)和碳库指数(LI)随污泥施用量增大而降低,说明施用45 t·hm~(-2)污泥其土壤稳定态碳含量高,有利于沙质潮土土壤有机碳的积累;施污泥各处理土壤碳库管理指数(CMPI)显著提高了153.45%~195.40%,其中W3处理提升效果最为明显;通过相关性分析及冗余分析得出,用CMPI来表征土壤肥力的变化比用TOC更灵敏、直接,能更好地反映出土壤养分及碳库的动态变化.综上,施用15~45 t·hm~(-2)污泥可以显著提高沙质潮土土壤活性碳库各组分含量和碳库管理指数,尤以施用45 t·hm~(-2)(W3)污泥效果最为显著.     

湖北宜城陆地生态系统碳储量特征及影响因素

陆地生态系统的固碳功能对于全球碳循环具有重要意义,而不同的陆地生态系统的有机碳分布特征又不尽相同。文章以湖北宜城市4种陆地生态系统为研究对象,分析了不同生态系统植被和土壤碳库的有机碳储量和碳密度空间特征,讨论了有机碳分布的影响因素。结果表明：(1)宜城市植被碳密度较低,乔木层碳密度为4.44 t/hm²(以C计,下同),碳储量为2.22×10⁵t。草灌层在不同陆地生态系统中的有机碳分布各不相同,草灌层在森林生态系统中的有机碳密度为2.88 t/hm²,碳储量为1.43×10⁵t,在草原生态系统中的有机碳密度为7.79 t/hm²,碳储量为1.1×10⁴t,在湿地生态系统中的有机碳密度为20.84 t/hm²,碳储量为3.4×10⁴t。(2)宜城市土壤有机碳的平均含量5.5 g/kg,1 m以上土壤平均密度为66.77 t/hm²,有机碳储量为1.13×10⁷t。0～20...     

秸秆还田配施石灰对酸性水稻土有机碳及碳库管理指数的影响

为探明稻秆还田配施石灰对酸性水稻土有机碳库的影响,于广东省白云区和惠阳区开展田间试验,设置常规施肥（CK）、秸秆还田+常规施肥（RS）和秸秆还田配施石灰+常规施肥（RS+L）这3个处理,分析了土壤总有机碳（TOC）、水溶性有机碳（DOC）、活性有机碳（LOC）、颗粒态有机碳（POC）、微生物量碳（MBC）、碳库指数（CPI）、稳定性有机碳（IOC）、碳库活度（L）、碳库活度指数（CPAI）和碳库管理指数（CPMI）的变化.结果表明,与CK相比,RS+L处理显著提高TOC、LOC、POC和MBC含量,增幅分别为10.24%~17.79%、34.49%~44.37%、19.27%~23.59%和33.36%~43.26%（P<0.05）.与CK相比,RS+L处理显著提高水稻生长前期（移栽后15~45 d期间）的DOC含量（P<0.05）,但对水稻生长后期的DOC无显著影响.RS+L较RS处理的TOC、LOC、POC和MBC分别提高了2.15%~6.95%、1.17%~17.90%、4.27%~8.65%和12.99%~14.53%.与CK相比,RS+L处理显著提高IOC和CPI,其增幅分别为8.32%~15.57%和14.00%~20.00%（P<0.05）.RS较CK处理显著提高CPI,其增幅为14.00%~18.00%（P<0.05）.不同处理间的L、CPAI和CPMI差异不显著.RS+L处理的土壤pH值显著高于CK处理（P<0.05）.不同处理间的水稻产量无差异.主成分分析结果表明,水稻产量主要与DOC、LOC、CPAI和CPMI相关,但对土壤有机碳和碳库管理指数变化的贡献率较低.主成分分析还表明,秸秆还田配施石灰通过改善酸性水稻土的pH值和养分含量,驱动MBC和POC等有机碳组分的形成和积累,促进SOC的提升.综上,秸秆还田配施石灰有利于酸性水稻土MBC、POC、LOC和IOC等有机碳组分的积累,从而提高土壤总有机碳含量和稳定性,是提升酸性水稻土固碳减排功能的有效途径.     

秸秆连续还田配施化肥对稻-油轮作土壤碳库及作物产量的影响

依据田间连续7 a秸秆还田定位试验,探讨秸秆还田配施化肥对巢湖地区农田土壤剖面（0~20、20~50和50~80 cm）的土壤总有机碳（TOC）、可溶性有机碳（DOC）、颗粒有机碳（POC）、活性有机碳（LOC）、碳库管理指数（CPMI）和作物产量的影响.试验设置无秸秆还田+无施肥（CK）、常规施肥（F）、秸秆还田+常规施肥（SF1）和秸秆还田+80%常规施肥（SF2）这4个处理,分析不同土层土壤总有机碳和组分含量、CPMI和油菜-水稻产量的变化规律.结果表明,以CK为参考,常规施肥和秸秆还田配施化肥均提高了垂直剖面土壤总有机碳和组分的含量,且不同土层土壤总有机碳和组分的含量随土层深度增加而逐渐降低.在0~20 cm土层,与F处理相比,SF1和SF2处理显著提高TOC、DOC、POC和LOC的含量,增幅分别为：14.23%~28.97%、7.86%~27.01%、16.46%~24.24%和5.89%~6.64%（P<0.05）;在20~50 cm土层,SF1较F处理的TOC和LOC的含量显著增加9.43%和8.34%（P<0.05）,SF2较F处理的DOC和POC的含量显著增加17.51%和65.83%（P<0.05）;在50~80 cm土层,各处理间土壤总有机碳和组分的含量均无显著差异.秸秆还田配施化肥对土壤碳库管理指数影响显著,SF1较F处理显著提高0~50 cm土层的CPMI,而F处理的CPMI在50~80 cm土层最大,但各处理间均无显著差异.秸秆还田配施化肥对作物产量具有显著提升作用,且SF1处理的产量最高,SF1较F处理的水稻、油菜和周年产量分别显著增加6.19%、7.67%和6.54%（P<0.05）.总的来说,稻-油轮作模式下秸秆还田配施化肥对提高巢湖地区土壤碳库、土壤肥力和作物产量具有重要意义.     

垄作秸秆覆盖下西南地区蚕豆田土壤呼吸与有机碳特征

土壤呼吸是土壤有机碳库输出的主要途径,为探讨垄作和不同秸秆覆盖量对旱三熟蚕豆田土壤呼吸及有机碳特征的影响,测定了平作无覆盖(T)、垄作无覆盖(R)、垄作+半量覆盖(RS1)、垄作+全量覆盖(RS2)这4个处理下的西南紫色土丘陵区蚕豆/玉米/甘薯旱三熟体系中蚕豆田土壤呼吸及有机碳变化,分析了土壤温度和水分与土壤呼吸的关系.结果表明,蚕豆生长季节农田土壤呼吸随作物生长一致,呈先增加后减弱的变化趋势,全生育期平均土壤呼吸速率差异显著,表现为RS2RS1TR,分别为3.365、2.935、2.683、2.263 g·(m~2·d)~(-1).垄作显著降低了蚕豆农田土壤呼吸速率,而秸秆覆盖显著提高土壤呼吸速率,且随着覆盖量的增加而增加.土壤呼吸速率随土壤温度(5 cm和10 cm)呈指数型增长,10 cm处的回归模型明显好于5 cm.10 cm土层Q10值表现为RS2RS1RT,分别为1.751、1.665、1.616、1.35.垄作和秸秆覆盖下土壤温度、水分与土壤呼吸速率的混合指数模型可以解释土壤呼吸速率变异的68%(R)、79%(RS1)和76%(RS2).垄作和秸秆覆盖下0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤有机碳含量均得到不同程度的提高,且随着覆盖量的增加而增加,其中5~10 cm、10~20 cm土层表现为RS2RS1RT,差异达显著水平,且5~10 cm土层有机碳含量增幅最大;但垄作和秸秆覆盖仅显著提高了颗粒有机碳0~30 cm加权平均值,对颗粒有机碳占土壤有机碳比例的影响效应不显著.     

增温施肥对稻麦农田土壤有机碳及其活性组分的影响

农田是重要的陆地生态系统土壤碳库和作物生长的有机养分库.为明确气候变暖对稻麦轮作农田土壤碳库的影响,利用田间开放式增温平台,分析了增温、施肥和其交互作用对土壤有机碳和其活性组分的影响,并评估了土壤碳库管理指数的变化.结果表明,增温、施肥对土壤有机碳含量和其活性有机碳组分的影响均无显著交互作用.增温增加了土壤有机碳含量,且总有机碳(TOC)和惰性有机碳(ROC)含量差异显著.与不增温对照相比,增温处理的TOC、 ROC和活性有机碳(LOC)含量分别增加了7.72%、7.42%和10.11%.土壤微生物量碳(MBC)含量的增加(20.4%)和颗粒有机碳(POC)含量的降低(36.51%)可能是增温下土壤有机碳含量变化的主要原因.增温对土壤可溶性有机碳(DOC)含量无显著影响,但显著降低了其可溶性微生物副产物组分含量(41.89%).结果同时表明,施肥对土壤有机碳含量均无显著影响,但显著降低了活性碳组分的DOC和POC含量,增加了MBC含量.与不施肥对照相比,施肥处理的土壤DOC和POC含量分别降低了35.44%和28.33%,MBC含量增加了33.38%.此外,施肥有增加可溶性有机物中人为...     

三江平原湿地沉积有机碳密度和碳储量变异分析

论文研究了东北三江平原3类典型湿地共16个沉积物剖面有机碳的分布特征。结果表明,沼泽化草甸、腐殖质沼泽和泥炭沼泽的储碳层厚度分别为11～29、18～58和70～130cm;其有机碳含量(单个剖面平均)分别为29～75、124～348和187～389g/kg(干物质计);有机碳密度(单个剖面平均)分别为31～48、35～59和49～94kg/m³。3类湿地淀积层的有机碳含量和密度都很低且较稳定。由于有机碳含量的差异,不仅3类湿地之间而且同一类型湿地的不同剖面间有机碳密度的差异也十分明显。储碳层厚度及有机碳密度的空间变异性是导致湿地有机碳储量估算不确定性的主要原因。根据研究结果估算,沼泽化草甸、腐殖质沼泽和泥炭沼泽储碳层单位面积碳储量分别约为8×10³、18×10³和72×10³t/km²,其变异系数分别约为40%、49%和34%;“储碳层+1m淀积层”的单位面积碳储量分别约为17×10³、27×10³和83×10³t/km²,其变异系数分别约为16%、39%和27%。表明以“储碳层+1m淀积层”深度来估算碳储量能较合理地反映湿地沉积物有机碳的蓄积特征。结果还表明,以1m作为统计深度将在很大程度上低估湿地的碳储量。     

中国西北地区多情景土地利用优化与碳储量评估

土地利用/覆盖变化(LUCC)是导致陆地生态系统碳储量变化的主要因素,研究未来不同情景下的土地利用和碳储量变化过程,有助于制定科学的土地利用政策和提高区域陆地生态系统碳储量.研究构建了GMMOP-PLUS-InVEST模型,通过多源数据分析了2000～2020年中国西北地区土地利用和碳储量的变化特征,并预测了自然发展(ND)、经济发展(ED)、生态保护(EP)和综合发展(CD)情景下的2030年中国西北地区土地利用和碳储量.结果表明：(1)2000～2020年,草地面积减少了1 680.99×10⁴ hm²,耕地、林地、水域、湿地、建筑用地和未利用地面积分别增加了201.19×10⁴、 208.47×10⁴、 91.54×10⁴、 51.30×10⁴、 157.40×10⁴和971.09×10⁴ hm².(2)2000～2020年,土壤和地下碳储量减少,死亡有机物和地上碳储量增加,总碳储量减...     

植被恢复对侵蚀型红壤碳吸存及活性有机碳的影响

依托江西水土保持生态科技园,研究了侵蚀型红壤退化裸地恢复为百喜草地、柑橘果园和湿地松林后,0~100 cm深度范围内不同土层(0~10、>10~20、>20~40、>40~70和>70~100 cm)中w(TOC)(TOC为总有机碳)以及表层(0~40 cm)土壤中活性有机碳组分含量的变化. 结果表明:①退化裸地土壤中w(TOC)和有机碳库储量分别仅为4.73 g/kg和48.41 t/hm2,均处于较低水平,w(TOC)的垂直分布特征也不明显;恢复为百喜草地和柑橘园后,w(TOC)分别增至7.08和7.69 g/kg,有机碳库储量分别增至55.09和70.78 t/hm2,并且植被恢复对表层土壤中w(TOC)影响显著,而对深层(>40 cm)土壤影响有限. ②以退化裸地为对照,百喜草地和柑橘果园土壤碳吸存量分别为6.68和22.36 t/hm2,平均碳吸存速率分别为0.51和1.72 t/(hm2·a);以保存较好的湿地松林为参照,退化裸地、百喜草地和柑橘果园土壤碳吸存潜力分别为23.71、17.03和1.34 t/hm2,说明严重侵蚀地的碳吸存潜力巨大. ③侵蚀型红壤退化裸地的植被恢复可积极促进表层土壤中DOC(水溶性有机碳)、MBC(微生物生物量碳)和POC(颗粒有机碳)的积累,同时该影响存在表聚效应,即植被恢复后土壤表层中活性有机碳组分含量在w(TOC)中所占比例增大.      

短期氮添加对黄土高原人工刺槐林土壤有机碳组分的影响

人类活动背景下,氮(N)沉降持续影响着生态系统的碳循环.氮沉降对土壤有机碳的影响与不同碳组分的差异性响应有关.为探究短期氮沉降背景下土壤有机碳组分变化及其影响因素,基于野外氮添加试验,以刺槐人工林为研究对象,共设置4个氮添加梯度：0(CK)、1.5(N1)、3(N2)和6(N3) g·(m²·a)^-1,分别在6月和9月进行取样,测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性.结果表明：(1)外源氮输入降低了土壤pH,促进可溶性有机碳含量的增加,增加了土壤氮素有效性.(2)短期氮添加显著降低了土壤有机碳含量,且有机碳各组分对氮添加响应不同.其中,易氧化有机碳含量显著降低,且在N2处理下达到最低,与对照相比分别降低了54.4%和48.2%,惰性有机碳含量增加,但增加不显著.氮添加降低了土壤碳库活度,提高了土壤碳库的稳定性.土壤碳库活度分别在N3和N2处理下达到最低,与对照相比分别降低了53.3%和52.80%.(3)随机森林模型表明,短期氮添加下土壤微生物生物量化学计量比、微生物生物量碳和AP是驱动土壤有机碳活度变化的关键因子,分别解释了易氧化有机碳和惰...     

秸秆还田模式对农田土壤碳库特性及产量的影响

为探明南方稻麦两熟制农田秸秆还田模式对土壤总有机碳、活性有机碳、碳库管理指数和稻麦产量的影响,论文通过8 a的水稻-小麦轮作田间定位试验,设置了4个秸秆还田模式处理：秸秆不还田（CK）、秸秆稻麦季均还田（RW）、仅麦秸稻季还田（W）、仅稻秸麦季还田（R）。结果表明,与CK处理相比,秸秆还田显著提高了0~20 cm土壤的总有机碳、活性有机碳、稳定态有机碳（P<0.05）;不同秸秆还田模式处理之间的土壤总有机碳、稳定态有机碳差异均不显著（P>0.05）,RW处理的活性有机碳、碳库活度指数、碳库管理指数与R处理无显著差异性（P>0.05）,显著大于W处理（P<0.05）;RW与R处理的水稻产量均值无显著差异性（P>0.05）,显著大于W处理;活性有机碳、碳库管理指数与水稻产量均值呈极显著相关（P<0.01）,与小麦产量均值关系不密切（P>0.05）;上述结果表明,与稻麦两季还田模式相比,南方稻麦两熟制农田实施仅稻秆麦季还田模式,并不影响作物稳产性与土壤地力的提升。     

碳库管理指数对退耕还林土壤有机碳库变化的指示作用

探讨了黄土丘陵区退耕种植10~40a柠条、沙棘、刺槐林地土壤有机碳库和相关指标的变化特征.结果表明,随退耕期延长,100cm深土层总有机碳及活性有机碳均呈显著增加趋势,但退耕10a 0~40cm浅层土有机碳库既有显著增加,40~100cm深层有机碳库到退耕20~40a才显著提高.3种还林地碳库活度和活性有机碳占总有机碳比例并未随土壤有机碳库增加而持续增长,而是在各土层间分别维持在0.35~0.75和0.25~0.42;碳库管理指数不仅随退耕期延长与土壤有机碳库变化一致, 即在浅层土呈直线快速增加,在深层土以指数函数相对缓慢增长,而且与有机碳库变化呈极显著正相关关系.此外,对比其他碳库指标,到退耕40a时仅碳库管理指数与土壤总有机碳及活性有机碳在不同林地差异变化一致,均为刺槐>沙棘>柠条,说明碳库管理指数能够良好的指示退耕还林土壤有机碳库的变化.     

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.      

施用生物炭对土壤呼吸以及土壤有机碳组分的影响

为确定生物炭对土壤呼吸速率以及土壤碳组分的影响,采用田间小区试验,以苹果果树枝条生物炭为试验材料,研究了添加0、20、40、60、80 t/hm2的苹果果树枝条生物炭后,小麦生态系统呼吸（R_e）、土壤呼吸（R_s）、植物呼吸（R_p）、土壤TOC（总有机碳）、土壤POC（颗粒有机碳）、WSOC（土壤水溶性有机碳）和土壤AOC（易氧化有机碳）的变化以及各指标之间的相关性.结果表明,添加生物炭显著提高了小麦生态系统呼吸速率、土壤呼吸速率和植物呼吸速率,与对照相比分别增加了9.98%~27.57%、9.33%~19.47%和10.18%~30.14%,并且生物炭施用量为20和40 t/hm2时土壤呼吸速率显著高于其他两个处理,而对于小麦生态系统呼吸速率和植物呼吸速率来说,施用40 t/hm2生物炭时其值最高.对于土壤碳组分,施用生物炭显著提高了0~20 cm土层中土壤w（TOC）、w（POC）和w（AOC）,并且土壤w（TOC）和w（POC）与生物炭施用量呈极显著正相关.对于WSOC而言,当生物炭施用量高于40 t/hm2时其值显著降低,与对照相比,0~10、>10~20和>20~30 cm三个土层中w（WSOC）分别降低了21.82%~28.37%、35.88%~36.58%和32.28%~44.07%.研究显示,适量施用生物炭能够提高土壤w（TOC）、w（POC）和w（AOC）而降低了w（WSOC）,但同时也增加了小麦生态系统呼吸速率.      

不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌群落、有机碳矿化及玉米产量的影响

为探讨长期不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌群落、有机碳矿化及玉米产量的影响,基于中国科学院鹰潭红壤生态实验站设置的不同秸秆还田方式长期定位试验(9 a),选取不施肥(CK)、单施化肥(N)、化肥+秸秆(NS)、化肥+秸秆猪粪配施(NSM)和化肥+生物质炭(NB)这5个处理,通过高通量测序技术研究旱地红壤细菌多样性和群落结构差异,揭示了细菌群落对土壤有机碳矿化和玉米产量的影响机制.结果表明:①不同秸秆还田处理下,红壤化学性质发生显著变化,其中NSM处理对旱地红壤肥力的综合提升效果最好,并显著提高了玉米产量.②相比于CK和N处理,秸秆还田处理均提高了细菌多样性.主成分分析发现,秸秆还田处理改变了土壤细菌群落结构.③秸秆还田处理提高了土壤有机碳矿化能力,NSM处理的土壤有机碳矿化速率和累积矿化量最高.④相关性分析表明土壤AN/AP比值显著改变了细菌群落结构,结构方程模型结果表明,土壤AN/AP比可能通过影响土壤细菌多样性和群落结构,间接提高了土壤有机碳矿化能力和玉米产量.本研究结果为协同提升旱地红壤生物多样性和耕地地力水平,保障健康红壤生态系统和粮食安全提供了科学依据.