长期施肥对红壤性水稻土碳库管理指数和双季水稻产量的影响

农业土壤碳储量和碳固定是全球变化及碳循环研究值得关注的重要问题。水稻土是我国主要的农业土地利用类型。土壤活性有机碳和碳库管理指数是描述土壤质量和评价土壤管理水平的良好指标,因此研究长期施肥对红壤性水稻土壤活性有机碳、土壤碳库管理指数及水稻产量的影响具有非常重要的实际意义。基于33年的长期田间定位试验,研究了不同施肥对红壤性水稻土碳库管理指数及双季水稻产量的影响。试验设置5个处理,即对照(CK)、氮肥(N)、氮肥与磷肥配施(NP)、氮磷钾肥配施(NPK)和无机肥与有机肥配施(NPKM)。结果表明,连续施肥33年后,不同施肥处理土壤总有机碳含量、土壤活性碳含量和碳库管理指数顺序均为NPKMNPKNPNCK。单施无机肥处理土壤有机碳增加约42.05%~60.23%,NPKM处理土壤有机碳增加约70.35%。单施无机肥对土壤活性碳含量的影响均不显著,NPKM处理对土壤活性碳含量的影响均显著;与CK相比,不同施肥处理土壤微生物量碳、可溶性有机碳、活性有机碳和颗粒有机碳含量增幅分别为13.19%~67.70%、2.11%~23.41%、2.42%~99.37%、8.18%~31.27%,且NPKM处理效果优于单施无机肥。长期施肥处理土壤碳库管理指数均有不同程度增加,单施化肥对土壤碳库管理指数均无显著影响,NPKM处理对土壤碳库管理指数影响显著。各施肥处理的双季水稻年产量顺序为NPKMNPKNPNCK,NPKM处理的双季水稻年产量增幅最大,为109.87%~118.8%,晚稻产量高于早稻产量。因此,有机肥和无机肥配施对水稻高产稳产和提升碳库管理指数有重要的作用。     

施肥对不同农田土壤微生物活性的影响

采用室内恒温培养研究了施肥对不同农田土壤微生物活性的影响。结果表明，在红壤、水稻土和潮土中，土壤微生物量、土壤酶活性大小顺序均为有机肥配施无机肥处理＞单施有机肥处理＞单施无机肥处理，但对脲酶来说，其活性大小顺序为有机肥配施无机肥处理＞单施无机肥处理＞单施有机肥处理。从土壤类型来看，土壤微生物量碳、氮和土壤酶活性大小以水稻土最大，潮土次之，红壤最小。３种土壤的微生物量、土壤酶活性在培养的４５～６０ｄ之间分别达到最大值，以后逐渐下降。部分单施无机肥处理的土壤微生物量、土壤酶活性最大值比单施有机肥处理、有机肥配施无机肥处理提前１５ｄ。相关分析表明，有机肥配施无机肥处理及单施有机肥处理，３种土壤的土壤微生物量碳、氮与土壤过氧化氢酶、转化酶、蛋白酶、脲酶及速效养分呈显著或极显著的相关性；单施无机肥处理中，土壤微生物量碳、氮与土壤过氧化氢酶、蔗糖转化酶、蛋白酶、脲酶显著或极显著相关，与部分速效养分相关不显著。     

长期施肥对大麦生育期双季稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物商的影响

长期有机无机肥配施定位试验条件下,关于不同施肥处理对稻田土壤微生物特性方面的研究目前还较少。为探明大麦(Hordaum vulgare L.)各个生育时期不同施肥处理对大麦-双季稻三熟制种植模式中稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物商的影响,以湖南宁乡长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K2SO4提取法和化学分析法系统分析了长达28年5种施肥处理之间(化肥、秸秆还田+化肥、30%有机肥+70%化肥、60%有机肥+40%化肥和无肥)稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物商及大麦产量的差异。结果表明,大麦各主要生育时期,长期施肥均能提高土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物商,各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物商均随生育期推进呈增加的变化趋势,均于齐穗期达到最大值;其中,化肥、秸秆还田、30%有机肥和60%有机肥处理土壤微生物生物量碳含量分别比无肥增加20.04%、26.47%、45.94%和51.42%,土壤微生物生物量氮含量分别比无肥增加12.87%、18.42%、32.16%和36.55%。60%有机肥和30%有机肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物商均为最高,均显著高于其他处理,其大小顺序表现为60%有机肥30%有机肥秸秆还田化肥无肥。各施肥处理大麦产量分别比无肥增产357.6、683.0、721.2和782.1 kg·hm-2。长期有机无机肥配施可以提高土壤微生物生物量碳、氮和微生物商,有机肥与化肥配施对提高土壤肥力和增产效果最好。微生物生物量碳、氮及微生物商可以反映土壤质量的变化,作为评价土壤肥力的生物学指标。     

施肥对不同农田土壤微生物活性的影响

采用室内恒温培养研究了施肥对不同农田土壤微生物活性的影响。结果表明，在红壤，水稻土和潮土中，土壤微生物量，土壤活性大小顺序均为有机肥配施无机肥处理〉单施有机肥处理〉单施无机肥处理，但对脲酶来说，其活性大小中顺序为有机肥配施无机肥处理〉单施无机肥处理〉单施有机肥处理。     

施氮对不同有机碳水平桉树林土壤微生物群落结构和功能的影响

碳、氮是影响土壤微生物群落结构和功能的2种重要生源要素,但研究施氮对人工林土壤微生物群落影响时很少考虑土壤有机碳水平。本研究以我国南方桉树Eucalyptus人工林为对象,研究施氮水平(对照:0 kg·hm-2,常规施氮水平166.8kg·hm-2,施二倍氮素水平333.7 kg·hm-2)对不同有机碳水平桉树林土壤微生物群落结构(磷脂脂肪酸构成)和功能(土壤酶活性及可溶性土壤有机碳含量)的影响,结果表明:施氮显著降低土壤微生物群落磷脂脂肪酸总量以及细菌、真菌、放线菌磷脂脂肪酸量和真菌/细菌比值(P0.05);区分不同处理的土壤微生物磷脂脂肪酸主要是:真菌特征脂肪酸16:1ω5c、18:1ω9c、18:2ω9c及细菌特征脂肪酸16:1ω7c、i17:0和放线菌特征脂肪酸10Me18:0;施氮显著增加了土壤纤维素酶、酚氧化酶活性及土壤可溶性有机碳含量(P0.05);尽管高土壤有机碳水平样地的土壤微生物磷脂脂肪酸量、土壤酶活性以及可溶性有机碳含量显著高于低土壤有机碳水平样地,但低、高土壤有机碳水平样地的土壤微生物群落结构和功能对施氮的响应不一致,土壤细菌、真菌、放线菌磷脂脂肪酸量以及酚氧化酶活性和土壤可溶性有机碳含量在低土壤有机碳水平样地中对施氮的响应更敏感,而这些指标在高土壤有机碳水平样地中只有在施二倍氮素处理中才显著降低或不变化。该研究结果表明不同土壤有机碳水平中的土壤微生物群落对施氮的响应不一致,强调了在全面认识氮肥施用对土壤微生物群落的影响时,需要充分考虑土壤有机碳水平。     

刈割对草原生态系统土壤微生物量碳含量及其土壤有机碳矿化的影响

采用室内培养试验,研究了不同刈割处理对草原生态系统土壤微生物量碳含量及其土壤有机碳矿化的影响。结果表明,微生物量碳含量大小关系顺序是M2M5MCKM10M15。MCK、M2、M5、M10、M15土壤的微生物量碳占有机碳比率分别为0.93%～1.76%、0.49%～1.76、0.91%～1.72、0.87%～1.51和0.75%～1.42。27d恒温培养过程中,土壤有机碳矿化速率随培养时间的延长而下降。     

川西高寒山地灌丛草甸不同海拔土壤碳矿化特征

研究不同海拔土壤碳矿化特征对深入认识不同海拔高寒灌丛草甸土壤有机碳动态变化有重要作用.以折多山3 800 m、4 000 m、4 200 m的半阴坡和半阳坡土壤为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法对不同海拔土壤碳矿化差异进行探讨.结果表明:各海拔土壤有机碳矿化速率随着培养时间的推移逐渐降低,且前21 d降低幅度明显高于后21 d,土壤有机碳矿化速率和累积碳矿化量在坡向上和土层中大体呈现出半阴坡高于半阳坡,0-20 cm土层高于20-40 cm土层且差异显著(P 0.05),但在海拔上没有一致变化规律.一级动态方程均能很好地拟合各海拔土壤累积矿化量,各海拔土壤潜在可矿化有机碳量(C_0)、C_0/SOC值均表现出半阴坡高于半阳坡,且都在3 800 m灰化土达到最大,表明在相同的环境温度背景下,半阴坡土壤固碳能力低于半阳坡,且灰化土固碳能力最弱.各海拔土壤活性有机碳含量占总有机碳含量比例呈现出半阴坡大于半阳坡,说明与半阳坡相比半阴坡土壤有机碳质量更高.除3 800 m灰化土以外,土壤有机碳、活性碳含量均表现0-20 cm土层高于20-40 cm土层且差异显著(P 0.05).土壤碳矿化速率、累积矿化量与土壤有机碳、活性碳显著相关,且活性碳更能直接影响有机碳矿化.综上所述,高寒地区阴阳坡土壤有机碳矿化存在差异,阴坡有机碳矿化量高于阳坡.(图2表4参33)     

有机无机肥配施对旱地塿土碳氮的影响

在陕西关中塿土区,通过田间试验研究旱地小麦-玉米轮作条件下有机无机肥配施对表层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和土壤微生物量碳(SMBC)、氮(SMBN)以及土壤剖面硝态氮(NO3--N)分布和累积的影响。结果表明,与单施化肥处理(NP)相比,化肥配施有机肥处理(M1)土壤剖面NO3--N累积量差异不显著,化肥配施生物炭处理(M3)显著降低35.2%,而化肥配施秸秆处理(M2)则显著增加32.1%。与NP和CK处理相比,各有机无机肥配施处理(M1、M2和M3)表层SOC和SMBC、SMBN含量均显著提高(P0.05),土壤TN含量和C/N比增加(P0.05)。与NP处理相比,M3处理SOC含量增加26%,TN含量增加14%;M2处理SMBC和SMBN含量分别增加32%和23%。与CK处理相比,NP、M1和M2处理表层土壤p H值显著降低,而M3处理则无显著差别。在塿土区旱地小麦-玉米轮作条件下,M3处理既可以降低土壤剖面NO3--N累积量和淋溶风险,又可以提高SOC、TN和SMBC、SMBN含量,是一种值得推广的施肥方式。     

长期有机无机肥配合施用土壤中添加不同肥料养分后土壤微生物短期变化

为了阐明改变肥料养分投入后土壤微生物特性的短期变化,采集长期定位有机无机肥配施的红壤水稻土,通过室内培育试验,观测添加不同肥料养分后土壤微生物生物量碳及BIOLOG群落功能多样性的变化.结果表明,长期有机无机肥配施土壤中添加无机肥料养分短期内( 185 d)降低了15％～22％的微生物生物量碳含量和55.6％的微生物群落平均光密度；添加有机肥料养分短期内提高了8％～42％的微生物生物量碳含量和992％的微生物群落平均光密度；而不添加肥料养分短期内提高了501％的微生物群落平均光密度,降低了微生物群落均一性,但对微生物生物量碳含量影响不大.此外,添加不同肥料养分均改变了土壤微生物群落碳源代谢模式.长期配施有机无机肥土壤中添加不同肥料养分后土壤微生物生态特征发生明显变化,其差异体现在微生物生物量碳与微生物碳源利用特性的变化上.     

长期施肥对双季稻田根际土壤氮素的影响

土壤有机氮含量是评价土壤质量变化的重要肥力指标,土壤氮矿化及其微生物数量易受不同施肥措施的影响。为明确南方双季稻区长期不同施肥模式对根际土壤氮矿化及其微生物数量的影响,以长期（37年）定位施肥试验田为平台,系统分析了不同施肥模式[单独施用化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(OM)和无肥对照(CK)]下双季稻田根际土壤微生物量氮含量、氮素矿化、硝化和氨化速率、氮循环微生物数量的变化特征,及土壤氮转化与理化特性、微生物相关性。结果表明,OM处理根际土壤有机碳、总氮、碱解氮、硝态氮、氨态氮和无机氮含量均显著（P<0.05）高于RF、MF和CK处理。OM处理根际土壤微生物量氮含量最高,比CK处理增加24.1%。OM处理根际土壤有氧氮矿化率、厌氧氮矿化率和氨化速率均为最高,均显著高于MF和CK处理（P<0.05）;MF处理根际土壤硝化速率为最高,显著高于RF、OM和CK处理（P<0.05）。OM处理根际土壤硝化细菌、反硝化细菌和氨化细菌数量均显著高于RF、OM和CK处理（P<0.05）;RF处理根际土壤固氮菌数量显著高于MF、OM和CK处理（P...     

中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展

草地为陆地生态系统的主体,是陆地上最主要的碳储库和碳吸收汇之一。近年来,随着“草原承包责任制”、“退耕还林还草”和“封育禁牧”等重大生态工程项目的实施及草地生态系统的恢复和草地生产力的提升,草地生态系统碳储量、固持潜力、土壤碳循环机制及稳定性机制越来越受到学术界的关切。文章全面综述了近年来我国草地生态系统碳储量及其碳过程的研究工作,总结了不同研究中,我国不同草地类型碳库的特征及其储量、分析了草地生态系统碳过程等,评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,指出了当前草地生态系统土壤碳储量及碳过程的研究进展、存在的问题,分析了未来草地生态系统土壤碳研究的重点研究方向和发展趋势。研究表明：草地生态系统在调节碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于草地类型的多样性、结构的复杂性以及草地对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对草地生态系统碳储量和变率的科学估算,以及草地生态系统土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限,随着高分辨率的MODIS、TM数据、数学模型及不同草地类型实测点的建立,以及通过枯落物碳库将植物碳库与土壤碳库的有机连接,草地生态系统的土壤碳储量及固持潜力取得了重要进展;土壤有机碳来源、组成,有机碳化学结构以及环境因子是影响土壤有机碳稳定性的重要因素,而固体赫兹共振、碳同位素示踪等对破解有机碳稳定性提供了重要手段。未来,还将进一步厘清草地生态系统土壤固碳的驱动机制,构建草地生态系统土壤固碳量化方法体系等。     

不同土地利用方式对土壤有机碳及其组分影响研究

测定了5种土地利用方式下（人工草地、围封样地、一年耕地、弃耕地、自由放牧样地）土壤有机碳、土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳组分含量特征,比较分析土地利用变化对典型草原土壤起源下土壤有机碳组分的变化。结果表明,1）人工草地土壤有机碳含量为（14．98±3．47）g·kg-1,围封样地的为（12．41±6．40）g·kg-1,一年耕地的为（12．20±5．59）g·kg-1,弃耕样地的为（10．39±5．08）g·kg-1,自由放牧样地的为（9．45±3．19）g·kg-1。人工草地土壤有机碳含量明显高于其他样地,围封样地和一年耕地的含量相似,自由放牧样地的含量最小。2）土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳的含量在不同土地利用方式下的变化趋势与土壤有机碳含量的变化趋势基本一致。土壤有机碳及其组分含量在土壤剖面上,随着土层深度的增加而逐渐降低。3）土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳的平均分配比率在不同类型样地范围分别为0．24％～0．66％、0．002％～0．019％和0．05％-0．25％,显示出各组分对土壤环境变化的敏感度不同,其中土壤微生物生物量碳更能反映土壤有机碳的早期变化,可以作为表征土壤有机碳变化和土壤肥力的敏感指标。     

保护性耕作对农田土壤有机碳库的影响

农田土壤有机碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,对维持全球碳平衡具有重要意义。有机碳库的储量除了受气候和环境因素的影响外,还受农业耕作措施的影响。综述了保护性耕作对土壤有机碳库的影响,并从碳输入、碳分解和碳固持3个方面讨论了保护性耕作影响有机碳库的途径。大量实验结果表明,保护性耕作在表层土壤中能提高作物根系生物量1.0%~142.9%;增加土壤微生物的生物量2.2%~140%。免耕还显著降低土壤的呼吸强度,在0.9%~72.6%之间,从而减少碳的损失。免耕还提高了土壤团聚体数量,从而有利于有机碳在土壤中的固持。今后的研究应该在如下几方面加强：（1）加强区域性对比研究;（2）加强长期定位研究;（3）加强对固碳机理的研究;（4）建立模型加强对多种因子综合效应的研究。     

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。     

中国沿海地区农田生态系统部分碳源/汇时空差异

运用1981-2001年作物产量、农业投入等统计数据,对沿海10个省市自治区农田生态系统部分碳源/汇进行了估算,得到以下主要结论:(1)总碳吸收从1981年以来呈波动增加趋势,总碳排放则呈明显增长趋势.二者相比,碳排放明显低于碳吸收,但由主要途径农业投入导致的间接碳排放的增长速度(94%)超过了作物生育期碳吸收的增长速度(44%).(2)各省市自治区碳吸收、碳排放变化的区域差异显著,单位面积碳吸收、碳排放变化的差异也十分明显.其中,各省市自治区总碳排放和单位面积碳排放基本上逐年增加,表明沿海发达地区农业投入较高;而碳吸收变动幅度较大,发达地区(如浙江、福建和上海等)碳吸收呈下降趋势,反映沿海地区农作物种植面积下降致使农作物生育期总碳吸收量降低.(3)沿海地区农田生态系统主要粮食作物碳吸收占全国比例有所下降,说明沿海地区农业种植面积减少和农业投入增加削弱了农田生态系统的碳汇功能.     

侵蚀逆境下土壤有机碳的迁移

土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分。土地利用和土地覆盖变化使得土壤中有机碳的含量发生很大的变化。土壤侵蚀是陆地碳库衰减的主要动力之一，也是陆地碳汇与海洋碳汇相互作用的重要过程。文章对土壤活性有机碳以及不同土地利用方式对土壤有机碳的影响作了介绍。     

Applicability of Montreal Process Criterion 5 — maintenance of rangeland contribution to global carbon cycles

SUMMARY

Within the Montreal Process, Criterion 5 — Maintenance of Forest Contribution to the Global Carbon Cycle — encompasses: Indicator 26, biomass and carbon pools; Indicator 27, carbon fluxes from these pools; and Indicator 28, contribution of forest products. I have reviewed the applicability of each indicator to rangelands, the potential limitations of these indicators for rangelands ecosystems, the data available to quantify these indicators and have identified research needs. Indicator 26, and 27 are applicable to rangeland ecosystems. Estimation of the total ecosystem biomass and carbon pools from rangelands is currently feasible, albeit precision is limited by data availability. Simulation models quantify fluxes from rangeland ecosystems, however, belowground dynamics, particularly under changing management, are not well known. For Indicator 28, rangeland products do not constitute a large potential for carbon sequestration.     

Evaluation of micro- and nano-carbon-based adsorbents for the removal of phenol from aqueous solutions

This work reports on the adsorption efficiency of two classes of adsorbents: nano-adsorbents including carbon nanotubes (CNTs) and carbon nanofibers (CNFs); and micro-adsorbents including activated carbon (AC) and fly ash (FA). The materials were characterized by thermogravimetric analysis, transmission electron microscopy, Brunauer–Emmett–Teller (BET) specific surface area, zeta potential, field emission scanning electron microscopy, and UV spectroscopy. The adsorption experimental conditions such as pH of the solution, agitation speed, contact time, initial concentration of phenol, and adsorbent dosage were optimized for their influence on the phenol. The removal efficiency of the studied adsorbents has the following order: AC > CNTs > FA > CNFs. The capacity obtained from Langmuir isotherm was found to be 1.348, 1.098, 1.007, and 0.842 mg/g of AC, CNTs, FA, and CNFs, respectively, at 2 hours of contact time, pH 7, an adsorbent dosage of 50 mg, and a speed of 150 rpm. The higher adsorption of phenol on AC can be attributed to its high surface area and its dispersion in water. The optimum values of these variables for maximum removal of phenol were also determined. The experimental data were fitted well to Langmuir than Freundlich isotherm models.     

1987-2008年南四湖湿地植被碳储量时空变化特征

利用研究区1987、1997和2008年的LandsatTM／ETM＋卫星遥感数据,结合实地采样调查和收集的资料,计算3个时期山东省南四湖湿地各植被类型的面积和碳储量;同时依照不同覆被类型（植被类型）的平均碳储量将各覆被类型的斑块划分为不同储碳等级,绘制3个时期的南四湖湿地植被碳格局图,分析植被碳储量的时空变化特征、变化产生的原因和变化对湿地的潜在影响。研究结果表明：研究前期（1987年）植被储碳格局存在着明显的植被碳储量以湖南北中心线向两岸增大的带状特征,研究中后期（1997-2008年）带状储碳格局不断破碎化并最终消失。整个研究期高储碳等级的斑块面积不断减小,低储碳等级的斑块面积增加。湿地植被碳储量呈现前期基本稳定后期显著减少的特征,1987、1997和2008年湿地植被碳储量均值分别为1．07、1．08和O．64TgC,1987-1997年湿地植被碳储量平均年增加0．001TgC,变化幅度不大;1997-2008年年减少0．04TgC,下降较明显。其中自然植被碳储量在整个研究期内持续减少,人工植被碳储量呈现先增加后减少的波动变化特征,分析认为这一变化特征产生的主要原因是南四湖地区多因子驱动的土地覆被变化活动。通过区域湿地植被的碳平衡动态分析认为,植被碳储量（碳库）的减少可能会导致整个湿地碳储量的入不敷出,使整个湿地碳汇能力下降甚至可能变为碳源。