小流域土壤有机碳的分布和积累及土壤水分的影响

地形和土地利用决定的土壤水分和土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布格局为研究水碳关系提供了重要的线索,但土壤水分的强变异性和SOC的相对稳定性对土壤水碳关系的研究提出了挑战。研究基于陆地水量平衡角度,选择雨季后土壤水分恢复期在晋西黄土丘陵小流域尺度进行了重复采样,按照3种地貌类型(沟底、 沟坡、 峁坡)和3种土地利用方式(农地、 林地、 草地)共布置37个样点,采集0~100 cm土壤样品测定土壤水分和SOC,探讨土壤水分与SOC分布特征及其相互关系。结果表明:同一土地利用方式下,土壤水分和SOC总体上沟底>沟坡>峁坡;同一地貌类型下,土壤水分农地>草地>林地,SOC农地<草地<林地。SOC与土壤水分呈现正相关关系,二者符合指数增长(y=y₀+log a×a^x,y为SOC,x为土壤水分)关系,因地貌部位和土地利用方式的不同决定系数在7%~37%之间变化。这一结果为基于土壤水分变化预测SOC积累和分布提供了参考。     

土壤呼吸与土壤有机碳对不同秸秆还田的响应及其机制

以黄豆、玉米、水稻这3种农业秸秆为原料,崇明东滩围垦土地为试验样区,以景观植物地肤草为目标植物,研究土壤呼吸和土壤有机碳对不同秸秆还田的响应及其可能的机制.结果表明,不同秸秆直接还田的土壤呼吸和地上植物量均高于对照组;黄豆秸秆还田后土壤呼吸相对最低,土壤有机碳最高,因此黄豆秸秆还田的土壤碳封存能力高于玉米和水稻秸秆.秸秆还田显著促进土壤微生物活性,增加了土壤微生物量以及β-糖苷酶、脱氢酶活性,脱氢酶活性与土壤呼吸相关性最显著.黄豆秸秆还田脱氢酶活性最低,相应的土壤呼吸也最低.黄豆秸秆纤维素、木质素和C/N含量最高,可降解性最低,表明黄豆秸秆难以被微生物降解利用,因而还田后其土壤微生物活性最低,最终导致最低的土壤呼吸和较高的土壤有机碳.     

紫色土壤有机碳活性组分对生物炭施用量的响应

土壤有机碳(SOC)是土壤最重要的组成部分,土壤活性有机碳是引起土壤碳库变化的关键,为研究在不同施用量生物炭还田下土壤有机碳及其活性组分的影响,本试验在重庆国家紫色土肥力与肥料效益长期监测基地测定了无物料还田(CK)、生物炭还田(8 000 kg·hm-2,BC)、0.5倍生物炭还田(4 000 kg·hm-2,0.5 BC)、2倍生物炭还田(16 000 kg·hm-2,2BC)配施化肥处理下的紫色土丘陵区油菜/玉米轮作制中土壤有机碳及活性组分含量.结果表明:(1)施用生物炭可以显著提高土壤有机碳的含量(P0.05),在一定范围内,生物炭的施用量与土壤有机碳含量成正比.适量的生物炭施入土壤后,土壤微生物量碳(SMBC)含量上升,但0.5BC和2BC处理下土壤微生物量碳反而减少.生物炭不同施入量均可提高土壤可溶性碳(DOC)和土壤易氧化碳(ROC)的含量,其中0.5BC处理的含量最高,分别为198.83 g·kg-1和4.86 g·kg-1.(2)生物炭的施用均显著降低了土壤微生物熵和ROC/SOC,其中0.5BC处理最低,分别较CK处理下降了20.45%和4.11%,而2BC处理最高.0.5BC和BC处理均能提高DOC/SOC,且0.5BC处理显著高于BC处理.总体上,虽然生物炭还田微生物活性较低,但土壤有机碳及其稳定性较高,有利于土壤有机碳积累,促进土壤固碳.同时适量的生物炭还田可以持续稳定增长土壤有机碳含量,少量生物炭0.5BC处理还田可提高土壤中可溶性有机碳和易氧化有机碳含量.     

稻田微氧层和还原层土壤有机碳矿化对氮素添加的响应

田间条件下,淹水稻田由于上覆水中溶解氧的扩散作用,使其表层土壤存在约1 cm厚的微氧层,这个特殊层次中碳氮转化的特征尚未明晰.以亚热带典型稻田土壤为对象,采用100 d室内模拟培养试验,结合¹³C稳定同位素示踪和磷脂脂肪酸(PLFA)分析技术,研究稻田土壤微氧层(0～1 cm)和还原层(1～5 cm)外源新鲜有机碳(¹³C-水稻秸秆)和原有土壤有机碳矿化对氮肥施用[(NH₄)₂SO₄]的响应规律及其微生物过程.结果表明,氮素添加使土壤总CO₂和¹³C-CO₂累积排放量分别提高11.4%和12.3%;培养结束时,氮素添加下还原层比微氧层土壤总有机碳含量和¹³C回收率分别降低2.4%和9.2%.培养前期(5 d),氮素添加提高还原层微生物总PLFAs,且细菌和真菌PLFAs响应一致,但对微氧层微生物丰度无显著影响;氮素添加对微氧层和还原层总¹³C-PLFAs丰度均无显著影响...     

近40年来福建省水稻土有效磷富集效应及潜在生态风险评估

水稻土磷素流失引起的水体富营养化等生态风险已受到普遍关注,而明确其动态变化和富集效应是制定合理防控措施的基础.以福建省1.8×10⁶ hm²水稻土为研究对象,以1982年全国第二次土壤普查1 471个、 2008年农业农村部测土配方施肥项目215 534个和2018年农业农村部耕地质量监测项目2 895个表层水稻土样点建立的1∶5万三期大比例尺土壤数据库为基础,分析全省水稻土有效磷含量近40年来的富集效应及潜在生态风险.结果表明,1982～2018年间福建省水稻土有效磷含量增加了47 mg·kg^-1,富集面积达到1.65×10⁶ hm²,占全省水稻土总面积的91%;其中,1982～2008年福建省水稻土有效磷含量增加了28 mg·kg^-1,富集面积为1.47×10⁶ hm²,占全省水稻土总面积的82%; 2008～2018年福建省水稻土有效磷含量增加了19 mg·kg^-1,富集面积为1.22...     

红壤丘陵区土壤有机碳组分对土地利用方式的响应特征

土地利用方式影响土壤有机碳(SOC)及其组分,进而决定了碳库的稳定性.以林地为参照,分析我国红壤丘陵区农田(水田和旱地)SOC及其活性组分[可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)和颗粒有机碳(POC)]和惰性组分[矿物结合态有机碳(MAOC)]含量,探讨土壤有机碳组分对土地利用方式的响应特征.结果表明,与旱地和林地相比,水田SOC、 MBC、 POC和MAOC含量均为最高.DOC含量以林地显著高于旱地和水田(P<0.001).SOC各组分占SOC的比例,即DOC/SOC、 MBC/SOC、 POC/SOC和MAOC/SOC范围分别为0.22%～0.93%、 1.62%～2.70%、 31.08%～40.00%和43.22%～56.82%.活性组分(MBC和POC)含量与占比趋势一致,均以水田>林地>旱地.MAOC含量以水田最高、旱地最低,MAOC/SOC则以旱地最高、水田最低.相关分析表明,水田、旱地和林地中MBC、 POC和MAOC分别与SOC呈极显著正相关(P<0.001),而DOC与SOC及其它组分均无显著相关性(P>0.05);旱地、林地...     

土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展

研究土地利用变化对土壤有机碳及其动态变化规律,有助于掌握全球气候变化与土地利用变化之间的关系。本文分别从土地利用及其管理方式变化的角度,综合阐述了土地利用变化对土壤有机碳的影响过程与机理。     

不同耕作措施下土壤有机碳含量的模拟研究

应用甘肃农业大学定西旱农综合试验站的2001-2008年长期定位实验数据对DNDC模型进行验证,4个处理的相对误差均小于±10%,均方根误差在6.41%~12.96%之间,模型模拟值与实测值表现出较强的一致性,证明DNDC在模拟预测该地区土壤有机碳储量上是可行的。对定位试验的4个处理的长期(100 a)模拟表明,免耕覆盖秸秆(NTS)和传统耕作+秸秆还田(TS)能够较大幅度地提高土壤有机碳含量,其土壤有机碳含量分别较初始值增加了74.76%和71.13%,免耕(NT)处理下土壤有机碳含量增加了39.18%,趋势较为平缓。而传统耕作不覆盖(T)处理下土壤有机碳呈下降趋势,较初始值减少了35.54%。土壤有机碳含量对土壤性状以及耕作管理措施变化的响应模拟研究表明,秸秆还田和施用有机肥是最有效的提高土壤有机碳含量的耕作措施,而土壤性状,尤其是初始有机碳含量是影响土壤有机碳变化的最主要敏感因素。DNDC模型模拟得出,实行秸秆覆盖或还田及免耕等耕作措施将有效持续地增加土壤有机碳含量,提高土壤的可持续利用能力。     

太湖地区3种水稻土不同温度培养中有机碳库变化及其对升温的响应

全球变暖下土壤有机碳储存的变化是土壤与全球变化研究的热点问题.本研究选择了3种太湖地区代表性水稻土的表层土壤,分别进行20℃和25℃的室内恒温培养,监测培养过程中总有机碳、溶解性有机碳和微生物量碳的变化动态,试图了解这些土壤的有机碳分解过程对全球变暖的响应特点.结果表明,这些土壤培养中总有机碳变化可以用一级衰变动力学方程或对数衰减方程描述,但动力学特征依培养温度的不同而异.升温大大促进了铁渗水耕人为土和潜育水耕人为土中有机碳的分解与呼吸损失,而铁聚水耕人为土没有显著变化.供试土壤总有机碳损失的Q₁₀系数分别为:潜育水耕人为土(11.1～14.1)＞铁渗水耕人为土(4.4～6.4)＞铁聚水耕人为土(0.63～0.73).这一方面说明温度敏感性在同一地带的不同土壤间的差异超过文献上报道的不同气候带的差异,但另一方面揭示了水稻土可能是一类对全球升温敏感响应的人为土.溶解性有机碳和微生物量的碳的变化还提示不同温度培养下水稻土微生物群落结构可能改变,因而影响到土壤有机碳库的生物有效性在温度条件下的变化.可以认为,土壤升温下有机碳的变化不但与土壤有机碳的性质有关,而且与土壤性质控制下的生物条件的改变有关.故土壤升温下有机碳的损失不仅仅是温度对分解过程的反应速度的影响.当然,对于不同土壤间的这种差异还需从有机碳-土壤环境-土壤生物的相互关系上做进一步的工作.     

塔里木盆地南缘典型绿洲土壤有机碳、无机碳与环境因子的相关性

以塔里木盆地南缘的于田绿洲为靶区,结合经典统计方法分析研究区灌漠土、棕漠土、盐土和风沙土的土壤有机碳、无机碳含量与环境因子的分异规律,利用冗余分析探讨了土壤有机碳、无机碳含量与环境因子的相关性.经典统计结果表明,研究区土壤有机碳、无机碳含量均值分别为2.51 g·kg-1和25.63 g·kg-1,其中灌漠土的有机碳含量显著高于棕漠土、盐土和风沙土,风沙土的无机碳含量显著高于其他土壤类型;灌漠土的土壤含水量及养分含量最高,风沙土最低;除灌漠土外,各土壤类型盐碱化程度较高.冗余分析结果显示:环境因子对土壤碳含量影响的重要性排序为:全氮有效磷土壤含水量地下水埋深速效钾pH全盐.其中全氮、有效磷、土壤含水量和地下水埋深与土壤碳含量呈极显著相关性(P0.01);速效钾、pH与土壤碳含量表现为显著相关性(P0.05);其他环境因子与土壤碳含量的相关性均不显著(P0.05).     

不同水平外源碳在稻田土壤中转化与分配的微生物响应特征

外源碳会改变土壤有机质的转化以及土壤微生物的活性,不同水平的易利用有机碳在稻田土壤中转化与分配的微生物响应特征尚不明确.为阐释外源碳周转过程中的微生物响应特征,选取葡萄糖为典型易利用外源碳,采用13C稳定同位素标记技术,在室内模拟培养实验,基于土壤微生物生物量碳(MBC)设置不同水平葡萄糖碳(0×MBC、0. 5×MBC、1×MBC、3×MBC和5×MBC共5个MBC倍数梯度水平),明确其转化与分配规律;并利用96微孔酶标板荧光分析法,测定参与土壤碳转化过程关键酶纤维二糖水解酶(CBH)和β-葡萄糖苷酶(β-Glu)活性.结果表明,培养2 d时,葡萄糖碳(13C)占可溶性有机碳(13C-DOC)和土壤有机碳(13C-SOC)的比例与其添加量成显著正相关;向13C-MBC的分配在3×MBC处理时达到最大值(18. 96 mg·kg-1),随后降低;13C分配率主要与MBC、Olsen-P和DOC存在显著正相关关系. 60 d时,土壤13C-DOC、13C-MBC和13C-SOC显著下降,分别小于或等于0. 02、2和10 mg·kg-1;与CK相比,添加葡萄糖后CBH酶活性显著提高,其中3×MBC处理提高了22. 6倍,显著高于其它处理(P 0. 05);高量葡萄糖(3×MBC和5×MBC)添加促进了β-Glu酶活性,但促进效果随葡萄糖添加量的增加而减少; NH+4-N、p H、β-Glu和CBH成为13C分配率的主要影响因子.综上,外源碳向土壤有机碳的转化随添加量的增加而增加,改变了土壤酶活性,但微生物对外源碳的利用可能存在一个饱和阈值,饱和阈值之内,有机质的转化速率与添加量成正比;超出饱和阈值,有机质的转化速率反而变慢.因此,适量地添加外源碳有利于提高稻田土壤有机碳,优化作物生长环境质量.     

吉林前郭水田土壤有机碳垂向分布规律和储量研究

以吉林省前郭水田区为研究对象,空间尺度代替时间尺度方法,采用开发时间4～55 a共7个不同年限的土壤实测数据,研究1 m水田剖面土壤有机碳含量(SOC)的垂向分布规律,探讨近20年来水田土壤碳源、汇,估算了前郭水田土壤有机碳库储量,并结合吉林西部第二次土壤普查数据,进行不同土地利用类型土壤SOC的差异特征对比分析.结果表明,水田SOC自上而下逐层递减,随着开发年限的增加总体呈增长趋势,表土层(0～30 cm)有机碳储量(1 820.79 t)占1 m深土壤总有机碳储量(3 885.05 t)的46.87%,不同土地利用类型的土壤有机碳密度(SOCD)差异很大,从大到小依次为水田、旱田、盐碱地,水田开发是一个SOC积累的碳汇过程,有利于实现有机碳由表土层向底土层的转移.     

紫色土旱坡地不同坡位土壤有机碳组分含量对施肥管理的响应

紫色土旱坡地作为三峡地区的主要耕地类型,其土壤肥力直接决定着作物产量.为探究不同施肥处理对紫色土旱坡地不同坡位土壤有机碳组分含量的影响,在中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所三峡库区试验站开展田间试验,设置5个处理:不施肥(CK)、常规施肥(T₁)、优化施肥(T₂)、85%优化施肥配施生物炭(T₃)和85%优化施肥配施秸秆(T₄),研究不同施肥处理下土壤团聚体组成及不同坡位土壤总有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳含量间的差异.结果表明:(1)施肥均能增加土壤大团聚体含量,提高土壤有机碳含量,以T₃和T₄处理尤为显著.(2) CK、T₁和T₂处理的土壤有机碳含量均表现为:下坡位>中坡位>上坡位,而T₃和T₄处理土壤有机碳均是在中坡位含量最大.(3)随着坡位的降低,CK、T₁、T₂和T₃处理土壤...     

气候变暖对四川盆地水稻土有机碳含量变化的影响

气候变暖会提高土壤温度从而导致土壤碳释放,但也可以通过提高初级生产力增加土壤有机碳.农田土壤被认为具有巨大的固碳潜力,然而大区域尺度上气候变暖如何影响农田土壤有机碳变化尚缺少直接观测.水稻土是我国重要的耕作土壤之一,基于1980～1985年全国第二次土壤普查获得的2 217个样点数据和2017～2019年2 382个实地采样数据,分析了四川盆地水稻土表层土壤有机碳含量的变化特征,并探究了水稻土有机碳含量变化与气温、降雨量、农田利用方式、施肥强度和粮食产量的关系.结果表明,近40年间四川盆地水稻土表层有机碳含量从13.33 g·kg^-1上升到15.96 g·kg^-1,增长了2.63 g·kg^-1,呈“碳汇”效应;不同地貌区和不同二级流域水稻土有机碳含量变化幅度不同.水稻土有机碳含量增加量与年均气温呈正相关关系,与年均降雨量呈负相关关系,与年均施肥量及其增长速率、年均粮食产量及增长率则均呈先增加后降低的抛物线关系.不同农田利用方式下水稻土有机碳含量增加量与年均气温增长率关系不同,年均气温增长率的增加仅在水旱轮作下对有机碳增长...     

西南地区紫色水稻土活性碳库的季节动态

以西南大学农业部紫色土生态环境重点野外科学观测试验站试验田为研究对象,探讨了土壤有机碳(soil organiccarbon,SOC)、易氧化有机碳(readily oxidized carbon,ROC)、可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和微生物生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)的季节变化。结果表明,在油菜生长季,紫色水稻土SOC、ROC及MBC含量具有相似的季节变化特征,表现为在油菜生长初期和末期含量高,而在生长中期含量低;三者的含量均在生长末期达到最高,分别为16.20g.kg-1、3.58 g.kg-1及309.70 mg.kg-1.DOC含量的季节变化模态为单峰型,在植物生长中期达到最高值37.64 mg.kg-1.各活性有机碳组分的分配比例与其含量的季节变化趋势大致相同,ROC、DOC分配比例以及微生物商的季节变化范围分别为15.49%～23.93%、0.11%～0.32%和1.44%～2.06%.SOC及ROC含量主要取决于地下5 cm处温度、土壤N含量及pH值,MBC含量的主要影响因子为地下5 cm处温度、根系生物量及根系C、N含量,DOC含量主要受土壤水分含量的限制.     

湖南省稻田表层土壤固碳潜力模拟研究

稻田土壤有机碳的储存对于缓解大气温室效应具有不可忽视的作用。我国作为水稻产量最大的国家,迫切需要掌握稻田生态系统固碳现状及相应固碳措施。文章利用自主建立的土壤有机碳模型对湖南省稻田生态系统不同有机物投入方式下土壤有机碳的变化进行了模拟研究。结果表明,常规施肥(现状)方式下稻田表层土壤有机碳的饱和固碳量为39.75～64.90th/m₂,半数模拟点已基本饱和,其余点仍具有3.38～4.19th/m₂的固碳潜力;50%秸秆还田效果低于常规施肥方式,而50%秸秆+绿肥效果高于常规方式(平均高10.94th/m₂);全量秸秆还田(冬闲)情况下稻田表层土壤饱和固碳量在55.57～94.25th/m₂之间,与稻田现有碳储量比较有4.15～33.46th/m₂的潜在提高幅度。如果全量秸秆还田结合冬季种植绿肥,土壤饱和固碳量则可以在稻田土壤现有碳储量的基础上平均提高65.77%。模拟结果还表明,湖南稻田土壤中,每年投入1th/m₂的新鲜有机碳可最终形成土壤有机碳饱和固碳量约12th/m₂。研究表明,稻田土壤的饱和固碳量可以通过人为措施进行调控,增加有机物质的投入量(秸秆还田)和冬季绿肥种植是提高稻田土壤固碳能力的有效途径。     

不同碳负荷梯度下稻田土壤有机碳矿化特征

易利用态有机碳是土壤微生物的重要碳源,影响土壤有机碳的矿化和累积过程,而易利用态碳源的输入量尤其是相对于土壤微生物生物量碳的不同输入负荷,对土壤有机碳的矿化影响机制尚不明确.因此,本研究采取室内模拟培养实验,选择不同浓度梯度添加[0. 5、1、3、5倍微生物量碳(MBC)]~(13)C-葡萄糖,分析葡萄糖-C的矿化特征及其激发效应.结果表明,葡萄糖-C矿化率随着外源碳添加量的增加而显著增加;葡萄糖-C向快库、慢库分配的比例也分别与碳添加量呈指数关系(R~2=0. 99,P 0. 05和R~2=0. 99,P 0. 05).在高添加量处理(3×MBC、5×MBC)中,葡萄糖的添加抑制土壤原有有机碳的矿化,即表现出负激发效应;而在低添加量处理(0. 5×MBC、1×MBC)中,表现为正激发效应,60 d培养结束后累积激发效应分别为160. 0 mg·kg~(-1)和325. 1 mg·kg~(-1).相关性分析结果表明在培养实验前期,累积激发效应主要受MBC、MBN和DOC的影响,而在后期主要β-葡糖苷酶、几丁质酶和铵态氮的影响.因此,稻田土壤有机碳矿化和激发效应与易利用态有机碳添加的碳负荷密切相关,并通过微生物量和酶活性调控土壤碳的矿化过程.本研究对于揭示稻田有机碳累积行为与推动农业可持续发展具有重要的科学意义.