黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳的分布特征

为研究黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳含量和δ~(13) C值的分布特征,探讨黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳的分布和稳定性,为该地区黑土的合理利用及土壤的合理培肥提供理论依据,以黑土区不同有机碳含量的水稻土为研究对象,利用湿筛法和物理分组技术分离提取各级团聚体及其颗粒有机物,采用~(13) C稳定同位素质谱技术分析有机碳含量及其δ~(13) C值。结果表明,黑土区水稻土以2~0.25mm团聚体为主,土壤有机碳主要富集在0.25mm团聚体中,尤其是2~0.25mm团聚体中;团聚体有机碳的δ~(13) C值随团聚体粒级的减小而增大,2mm和2~0.25mm团聚体中有机碳的δ~(13) C值均小于土壤有机碳的δ~(13) C值,具有碳截获或碳固定能力,而0.25~0.053mm和0.053mm团聚体中有机碳的δ~(13) C值均大于土壤有机碳的δ~(13) C值,具有碳固持或稳定的能力;除B-2土样外,各土样均以2~0.25mm团聚体中的颗粒有机碳含量为最大,以0.25~0.053mm团聚体中的颗粒有机碳含量为最小,且该团聚体中颗粒有机碳含量与土壤有机碳含量呈显著正相关关系(r=0.917,P0.01),表明微团聚体闭蓄态的颗粒有机碳对土壤有机碳的固持和稳定发挥重要作用。土壤颗粒有机碳及各级团聚体中颗粒有机碳的δ~(13) C值均小于土壤有机碳及各粒级团聚体中有机碳的δ~(13) C值,团聚体颗粒有机碳的δ~(13) C值也随团聚体粒级的减小而增大。因此,黑土区水稻土中0.25mm的水稳性团聚体是有机碳的主要载体,团聚体颗粒有机碳作为活性碳库,较总有机碳更易反映黑土区水稻土有机碳的周转变化,其敏感性随团聚体粒级的增大而增强。     

连续种植超级稻对土壤有机碳及团聚体稳定性的影响

分别在长江中下游地区3处超级稻育种试验基地,选择多年连续种植超级稻和未种植超级稻的稻田,于水稻收获后采集表土未破坏土壤样品,采用低能量超声波分散法分离得到不同粒径的团聚体颗粒组,研究超级稻连续种植后有机碳含量变化及其有机碳在团聚体颗粒组中的分配,探讨连续种植超级稻对土壤有机碳和团聚体稳定性的影响。结果表明：连续种植超级稻后,水稻土表土有机碳含量均下降,降幅介于3％-14％;团聚体颗粒组组成以2000-200μm和200～20μm粒径为主,有机碳在2000—200μm和〈2μm两个粒级中最高;连续种植超级稻后2000～200μm大团聚体颗粒组质量分数提高,土壤团聚体稳定性增强。连续种植超级稻后有机碳含量下降可能是土壤短期的一种响应机制,长期来看并不改变水稻土的固碳潜力。     

南方三种典型水稻土长期试验下有机碳积累机制研究Ⅰ.团聚体物理保护作用

选取我国南方三种典型水稻土的长期试验田,采集长期不同处理下的未破坏土壤样品,采用低能量超声波分散法分离得到不同粒径的团聚体颗粒组,研究不同处理下这些团聚体颗粒组中的有机碳(Soil organic carbon,SOC)含量及其分配变化,探讨土壤有机碳积累与团聚体物理保护的关系。结果表明:供试三种水稻土团聚体颗粒组的组成以200~20μm和20~2μm粒径为主,分别占22%~43%和27%~44%,微团聚化作用较强。SOC含量以2 000~200μm和<2μm粒组中最高;而易氧化态碳(Labile organic car-bon,LOC)主要富集于2 000~200μm粗团聚体颗粒组中,其占SOC的比例(LOC/SOC)也是以该粒径中明显最高。直径为2 000~200μm的粗团聚体颗粒组作为新增有机碳的主要载体,随不同耕作和施肥等长期处理的变化最为强烈,其中又以红壤性水稻土的SOC和LOC随不同施肥的变化最为强烈,说明其良好管理下的有机碳累积效应最为显著。统计分析表明,全土的有机碳积累量与2 000~200μm粗团聚体的有机碳积累量之间的关系可用抛物线拟合(R2=0.95,n=8)。由此看来,长期试验下新固定的有机碳积累及其粗团聚体保护可能存在某种饱和机理。计算表明,供试水稻土的粗团聚体保护在长期试验期内还未达到其饱和限,本研究结果支持了我国学者对于近20年来南方水稻土特别是红壤丘陵区水稻土有机碳固定速率较高的认识。同时,红壤性水稻土的粗团聚体保护作用最强,仍然具有明显的固碳潜力,这也提示土壤中氧化铁对水稻土中有机碳的固定和化学稳定可能有重要贡献,水稻土固碳的团聚体保护作用与团聚体中有机碳的化学结合机制有关。     

南方三种典型水稻土长期试验下有机碳积累机制研究I．团聚体物理保护作用

选取我国南方三种典型水稻土的长期试验田,采集长期不同处理下的未破坏土壤样品,采用低能量超声波分散法分离得到不同粒径的团聚体颗粒组,研究不同处理下这些团聚体颗粒组中的有机碳（Soil organic carbon,SOC）含量及其分配变化,探讨土壤有机碳积累与团聚体物理保护的关系。结果表明：供试三种水稻土团聚体颗粒组的组成以200—20μm和20～2μm粒径为主,分别占22％～43％和27％一44％,微团聚化作用较强。SOC含量以2000—200μm和〈2μm粒组中最高;而易氧化态碳（Labile organic carbon,LOC）主要富集于2000～200μm粗团聚体颗粒组中,其占SOC的比例（LOC／SOC）也是以该粒径中明显最高。直径为2000—200μm的粗团聚体颗粒组作为新增有机碳的主要载体,随不同耕作和施肥等长期处理的变化最为强烈,其中又以红壤性水稻土的SOC和LOC随不同施肥的变化最为强烈,说明其良好管理下的有机碳累积效应最为显著。统计分析表明,全土的有机碳积累量与2000～200μm粗团聚体的有机碳积累量之间的关系可用抛物线拟合（R2=0．95,n=8）。由此看来,长期试验下新固定的有机碳积累及其粗团聚体保护可能存在某种饱和机理。计算表明,供试水稻土的粗团聚体保护在长期试验期内还未达到其饱和限,本研究结果支持了我国学者对于近20年来南方水稻土特别是红壤丘陵区水稻土有机碳固定速率较高的认识。同时,红壤性水稻土的粗团聚体保护作用最强,仍然具有明显的固碳潜力,这也提示土壤中氧化铁对水稻土中有机碳的固定和化学稳定可能有重要贡献,水稻土固碳的团聚体保护作用与团聚体中有机碳的化学结合机制有关。     

保护性耕作对丘陵区水稻土团聚体稳定性的影响

长期保护性耕作通过增加土壤有机碳而成为稻田土壤结构改良的一项有效措施,而保护性耕作对土壤团聚体稳定机制的影响尚未完全清楚。本文供试土样采自耕作制定位试验水旱轮作、冬水免耕、垄作免耕和厢作免耕耕层（0～ 20 cm）土壤,土样经过糊化作用、湿润作用和再次糊化作用等预处理,用以阐明稻田土壤团聚体的破碎机制。研究结果表明：糊化作用和湿润作用后紫色水稻土团聚体稳定性差异不明显,而保护性耕作显著影响团聚体的稳定性。糊化作用后团聚体水稳性强弱顺序为：垄作免耕＞厢作免耕＞冬水免耕＞水旱轮作,湿润作用后团聚体水稳性强弱顺序为：厢作免耕＞垄作免耕＞冬水免耕＞水旱轮作。糊化作用下团聚体稳定性与有机碳浓度相关性不显著（r＝0.432,p＞0.05）,湿润作用下团聚体稳定性与有机碳浓度呈极显著正相关（r＝0.626,p＜0.01）。因此,研究结果说明保护性耕作有利于紫色水稻土大团聚体有机碳含量提高,进而增强团聚体的水稳性。     

长期耕作水稻土的有机碳分布和稳定碳同位素特征

对浙江慈溪100，500，1000a水稻土的有机碳分布及其稳定性碳同位素特征进行了研究。结果表明，经百年耕种以后，水稻土耕作层有机碳含量受耕作年限影响很小。随着耕作年限的延长，水稻土剖面不同土层的有机碳含量变异性逐渐降低，下层土壤有机碳储量有逐渐增加的趋势；另外，随着耕作年限的增加，水稻土剖面下层的δ^13C值，有降低趋势，表明种植水稻带入土体的低δ^13C有机碳会随着耕作年限的增加，不断向下层迁移并固定起来。不同年限稻田耕作层土壤中，〈50μm粒级复合体的有机碳含量由高到低的顺序均为：〈2μm，2～10μm，10～50μm；不同粒级复合体有机碳δ^13C值随着粒级的增大而不断降低，新增的碳主要集中在粗粒中，而细粒中的碳为降解的老碳；对于某一粒级复合体来说，δ^13C值顺序均为：1000a〉500a〉100a；〈2μm复合体有机碳属于低活性碳库，耕种上百年后，基本达到饱和。     

免耕对土壤团聚体特征以及有机碳储量的影响

以实施7年的中国科学院禹城综合试验站冬小麦夏玉米轮作免耕长期定位试验场为对象,研究免耕条件下土壤水稳性团聚体和有机碳储量的变化,为进一步评价免耕措施对黄淮海平原土壤结构和质量的影响提供科学依据。设置免耕(NT)、免耕秸秆不还田(NTRR)、常规耕作(CT)3种处理,分析土壤表层(0~20 cm)及深层(20~60 cm)水稳性团聚体分布特征、土壤有机碳以及团聚体有机碳的变化和相互关系。研究结果表明:由于减少了对土壤的破坏以及增加了秸秆还田和有机肥的施用,与常规耕作相比,NT和NTRR可提高表层土壤有机碳含量和储量、水稳性团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),以及大团聚体有机碳的含量和储量。其中,秸秆覆盖比施用有机肥对表层土壤有机碳储量和0.25~2 mm团聚体有机碳储量的提高具有更显著的作用。与表层不同,深层土壤有机碳和大团聚体有机碳的含量和储量表现为NT相似文献   

有机物料对稻田土壤团聚体及有机碳分布的影响

通过连续5年定位试验,以紫云英、秸秆和商品有机肥等有机物料还田的稻田土壤为对象,研究有机物料还田后不同物理分组下土壤组成特点和有机碳变化特征。结果表明,稻田土壤团聚体主要分布在2~0.25mm与0.25~0.053mm粒级,团聚体颗粒有机碳含量随着粒径的减小而减少。有机物料还田可提高0.25~0.053mm和0.053mm粒级团聚体有机碳的含量,紫云英、秸秆、商品有机肥等有机物料可通过提高土壤微团聚体有机碳含量而增加土壤碳库。有机物料施用增加土壤轻组组分颗粒含量,减少重组组分颗粒含量,有助于土壤轻组组分的形成。稻田土壤轻组颗粒有机碳含量与0.25mm和0.053mm团聚体颗粒有机碳含量呈显著相关,与2~0.25mm团聚体颗粒有机碳含量呈极显著相关。稻田土壤施用紫云英、秸秆和商品有机肥等有机物料,可有效提高土壤微团聚体和轻组成分颗粒含量,增加土壤微团聚体和轻组有机碳含量,改变稻田土壤有机碳库组成特征。     

间作对土壤团聚体有机碳储量的影响及其氮调控效应

基于5年的田间小区定位试验,采用干筛法对不同施氮水平下的玉米单作、马铃薯单作和玉米马铃薯间作土壤进行团聚体分级并测定各粒级团聚体有机碳含量,研究间作对土壤团聚体有机碳储量的影响及其氮调控效应。结果表明:92%以上的土壤有机碳储藏在土壤大颗粒团聚体(2 mm)和小颗粒团聚体(2～0.25 mm)中。间作提高了土壤大颗粒团聚体(2 mm)和小颗粒团聚体(2～0.25 mm)的比例,但对不同粒级团聚体有机碳含量的影响与施氮量相关。对比2种单作,间作在低氮(N1)和常规施氮(N2)下增加了土壤总有机碳储量,在不施氮(N0)和高氮(N3)下无显著影响或降低有机碳储量。其中,间作通过增加土壤大颗粒团聚体(2 mm)的比例及其有机碳含量,在低氮(N1)时产生最强的间作固碳优势,土壤总有机碳储量分别较玉米单作和马铃薯单作提高24.8%和5.7%。因此,适量施用氮肥可以充分发挥间作效应,有效提高土壤有机碳储量。     

三种南方典型水稻土长期试验下有机碳积累机制研究Ⅱ.团聚体内有机碳的化学结合机制

在对我国南方3种典型的水稻土有机碳团聚体分布研究的基础上,对用低能量超声波分散法分离得到的团聚体颗粒组进一步进行有机碳键合形态分析,考察不同键合态有机碳在不同粒径团聚体的分布,由此探讨这些水稻土中有机碳积累中物理作用基础上的化学机制。结果表明:钙键合态有机碳(Ca-SOC)多分布于2 000～200μm的粗团聚体颗粒组中,且在紫色水稻土中含量最高(达到9 g kg-1左右),而红壤性水稻土中最低(不到3 g kg-1);相反,铁铝键合态有机碳(Fe(Al)-SOC)趋向于在细团聚体颗粒组集中,是<2μm颗粒组中有机碳的优势组分,且以红壤性水稻土中最高(介于20～30 g kg-1之间),紫色水稻土中最低(仅为10 g kg-1左右),这与该团聚体颗粒组中铁铝氧化物的含量分布相吻合。统计分析表明,易氧化态碳(LOC)占有机碳(SOC)的比值与Ca-SOC占SOC的比值表现为正相关关系,而与Fe(Al)-SOC占SOC的比值表现为反相关关系。直径为2 000～200μm的粗团聚体中的Ca-SOC和Fe(Al)-SOC对长期不同耕作和施肥的响应最为敏感,良好的耕作施肥下水稻土有机碳的积累主要表现为Fe(Al)-SOC的增加。氧化铁铝的含量与SOC和LOC的含量之间存在一定的依变关系,说明这些土壤发生的无机组成分在有机碳的保护与稳定中发挥着重要作用,并且以红壤性水稻土粗团聚体中的氧化铁铝对有机碳的保护作用最强。由此看来,团聚体更新中物理保护的有机碳在细团聚体形成中进一步与氧化铁铝的键合可能是这些水稻土中有机碳稳定的重要机制。