恒温和变温模式下不同施肥黄壤有机碳矿化特征及其影响因素

【目的】土壤有机碳(SOC)矿化是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,温度变化显著影响SOC矿化特征。研究长期不同施肥管理下SOC矿化特征及其对温度模式(恒温vs.变温)的响应,可为优化农田碳管理,减缓农业生产对气候变化的影响提供理论依据。【方法】基于贵州省农业科学院内旱作黄壤长期定位试验,在不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机无机肥配施(NPKM) 4个处理小区采集耕层土壤样品用于室内培养实验。恒温处理为保持15℃;变温处理为10℃→15℃→20℃→15℃→10℃,每6 h匀速变化5℃,24 h为一个循环周期,两温度处理积温相同,共培养32天。采用碱液吸收法测定CO₂排放通量,并分析土壤物理化学及生物学性质,阐明不同温度模式下SOC矿化特征及其主要驱动因素。【结果】恒温培养条件下,CK、NPK、M和NPKM处理SOC累积矿化量分别为201、175、262和228 mg/kg,相对于CK,M和NPKM处理的SOC累积矿化分别显著增加了30.6%和13.3%,但NPK处理显著降低了12.7%。变温培养条件下,M处理SOC累积矿化量较CK显著增加了...     

紫色丘陵区典型旱地土壤有机碳矿化对突发性变温的响应

以紫色土为供试土壤,采用室内培养的方法,设置恒温20℃(HW)、突发性降温(20℃→10℃)(BW1)和突发性升温(20℃→30℃)(BW2)3个温度处理,研究了突发性变温下紫色丘陵区典型旱地土壤(紫色土)的有机碳矿化特征。其中温度突变的具体设置为:待20℃恒温培养至土壤有机碳矿化(Soil organic carbon,SOC)速率基本平稳且维持在较低水平时(第29天),将培养温度分别突降至10℃和突升至30℃,继续培养47d。结果表明,突发性变温对紫色土SOC矿化有显著影响(P0.05),在变温当天(第30天),突发性升温(BW2)处理对紫色土SOC矿化有明显促进作用,而突发性降温(BW1)处理则会明显削弱紫色土SOC矿化,二者的SOC矿化速率分别较恒温(HW)处理提高了225.1%,降低了38.5%;变温后的培养初期(第30~44天),各温度处理间的SOC累积矿化量存在显著差异(P0.05),与HW处理相比,BW2和BW1处理中紫色土SOC累积矿化量的变幅分别为+140.5%(升高)和-55.3%(降低);随培养时间的延续,各处理间的SOC累积矿化量未发现明显差异。表明突发性变温对紫色土SOC矿化的影响具有一定的时限性,其影响时长在2周左右。结合矿化动力学分析可知,同恒温相比,突发性变温主要通过改变土壤易分解有机碳库(C0)大小进而影响紫色土SOC矿化。     

长期施肥对黄壤性水稻土有机碳矿化的影响

以贵州省农业科学院内黄壤性水稻土长期(22年)定位施肥试验为对象,采用室内模拟培养试验研究了不施肥(对照,CK)、施化肥(NPK)、低量有机无机肥配施(0.5MNPK)、施牛粪(M)和常量有机无机肥配施(MNPK)对土壤有机碳矿化的影响。结果表明:NPK处理土壤有机碳含量(21.6 g kg~(-1))与CK处理(22.8 g kg~(-1))基本相同,而0.5MNPK、M和MNPK处理的土壤有机碳含量较CK处理分别提高了30.6%、72.9%和62.2%,其中,M和MNPK处理差异达显著水平(p0.05)。模拟培养条件下,CO2产生速率在培养的第2天达到最大值,然后迅速下降,而后缓慢下降(第4~24天),后期(第24~30天)趋于稳定;各处理土壤有机碳矿化速率大小依次为:MMNPK0.5MNPKCKNPK,各处理土壤有机碳矿化速率随时间的动态变化均符合对数函数关系(p0.01)。培养结束(30 d)时,各处理土壤有机碳累积矿化量为1.23~2.37 g kg~(-1),以M处理和MNPK处理较高,较CK处理(1.46 g kg~(-1))分别增加了62.6%和44.2%(p0.05);各施肥处理土壤有机碳的累积矿化率(土壤有机碳累积矿化量/土壤有机碳含量)较CK处理(6.4%)均有所下降,以M处理和MNPK处理下降较多,降幅分别为1.2%和0.9%。土壤有机碳累积矿化量随培养天数的动态变化可以用一级动力学方程拟合(p0.01),模拟结果表明,CK处理土壤潜在可矿化有机碳量为1.55 g kg~(-1),与CK处理相比,NPK处理下降了11.6%,但差异不显著(p0.05),而有机肥处理(0.5MNPK、M和MNPK)有不同程度的提高(21.3%~73.6%),其中,M和MNPK处理提高幅度较大(p0.05);同时,MNPK处理能够提高土壤有机碳的周转速率,减少周转时间。上述结果指示黄壤性水稻土长期施用有机肥(0.5MNPK、M和MNPK)能够提高土壤有机碳的矿化速率,在促进土壤有机碳积累的同时降低其累积矿化率(单位有机碳矿化水平),增强土壤固碳能力。     

长期施肥下新疆灰漠土有机碳及作物产量演变

为明确长期不同施肥下新疆灰漠土有机碳和作物产量演变特征,依托始于1990年的灰漠土肥力长期定位监测试验,选择对照(CK,不施肥)、施氮磷肥(NP)、氮磷钾平衡施肥(NPK)、氮磷钾配合常量有机肥(NPKM)、氮磷钾配合高量有机肥(h NPKM,有机肥施用量为NPKM的2倍)、氮磷钾配合秸秆还田(NPKS)6个处理,分析不同处理下土壤有机碳和小麦、玉米产量演变特征,探讨碳投入及有机碳与作物产量的关系。结果表明:1)长期耗竭种植(CK)、连续施用NP或NPK肥,灰漠土有机碳含量持续下降,年均下降速率分别为0.094 g·kg~(-1)、0.043 g·kg~(-1)和0.053 g·kg~(-1),表明施化肥(NP、NPK)不能维持土壤有机碳含量,不利于土壤肥力的保持。NPKM和h NPKM处理,土壤有机碳显著增加,年均增加0.360 g·kg~(-1)和0.575 g·kg~(-1),增施有机肥是快速提高灰漠土肥力的重要措施。秸秆还田处理(NKPS),土壤有机碳年均增幅0.006 g·kg~(-1),与NPK处理对比,秸秆还田虽没有大幅度提高土壤有机碳,但维持了土壤肥力。2)较CK,长期化肥有机肥配施(NPKM、h NPKM)显著增加了作物产量(P0.05)。与NP和NPK比较,长期化肥有机肥配施显著提高了小麦产量(P0.05),但玉米产量与施化肥处理差异不显著(P0.05),玉米产量以平衡施肥(NPK)的增幅最高,达到220 kg·hm~(-2)·a~(-1)。小麦的产量变异系数(29.1%~43.9%)高于玉米产量变异(19.0%~32.7%)。化肥配合秸秆还田(NPKS)处理的小麦增产幅度与高量施用有机肥(h NPKM)处理接近,喻示了秸秆还田对作物增产的作用不可忽视。3)碳投入与土壤有机碳和小麦、玉米产量有显著线性正相关(P0.05)。基于以上分析,在干旱区灰漠土增加土壤碳投入(有机肥或秸秆)仍然是最基本的土壤培肥措施。     

尕海湿地植被退化过程中土壤有机碳矿化特征

为了揭示植被退化对湿地土壤碳矿化过程的影响,以甘南尕海4种不同植被退化梯度的湿地(未退化(UD)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)及重度退化(HD))为研究对象,采用室内恒温培养和碱液吸收法研究不同土层土壤有机碳(SOC)矿化速率和累积矿化量,结合一级动力学方程,分析土壤半矿化分解时间(T1/2)、有机碳矿化潜势(C0)等参数对植被退化的响应。结果表明:(1)不同植被退化梯度湿地SOC矿化速率在培养期内呈现出基本一致的变化趋势,表现为,培养初期(0~4天)矿化速率快速下降,且数值较高,培养中后期缓慢下降(4~41天)并趋于平稳;各培养温度下,不同植被退化梯度湿地土壤在各土层有机碳矿化速率大小均为UD>LD>MD>HD。(2)在整个培养期间,各植被退化梯度湿地土壤有机碳矿化速率均随土层加深而降低,表层0-10 cm的矿化速率(1.14~16.23 mg/(g·d))均显著高于10-20 cm(1.05~2.85mg/(g·d))和20-40 cm土层(0.94~1.26 mg/(g·d))。(3)4种植被退化梯度湿地在不同温度下的土壤有机碳累积矿化量均值排序为5°C(34.54 mg/g)<15°C(46.67 mg/g)<25°C(58.28 mg/g)<35°C(86.46 mg/g)。(4)一级动力学方程的C0值随植被退化程度增加呈递减趋势,而C0/SOC随着温度的升高而降低。因此,植被退化能显著降低高寒湿地土壤有机碳矿化速率,而气候变暖能够显著增加湿地土壤有机碳矿化量。     

长期施肥措施下土壤有机碳矿化特征研究

研究长期不同施肥措施下旱作农田土壤有机碳的矿化特征及其温度敏感性可为加深理解土壤碳循环过程提供理论依据。本文以半干旱黄土区粮-豆轮作体系为研究对象,通过两种不同温度(15℃和25℃)的室内培养试验,分析了长期不同施肥措施下土壤有机碳矿化的动力学特征及其温度敏感性。研究结果表明,土壤有机碳矿化速率在培养初期较高,之后缓慢下降。施肥措施和培养温度对土壤有机碳矿化均具有显著影响。与不施肥对照(CK)相比,在15℃培养条件下,长期单施磷肥(P)、氮磷配施(NP)和氮磷有机肥配施(NPM)处理的土壤有机碳累积矿化量(C_(min))分别增加41%、85%和89%,在25℃培养条件下,分别增加7%、46%和77%。另外,与CK处理相比,P、NP和NPM处理土壤有机碳矿化的温度敏感性(Q_(10))分别降低25%、21%和6%。施肥改变了土壤有机碳矿化的动力学参数,其改变程度与施肥种类和培养温度有关。与CK处理相比,在15℃培养条件下,P、NP和NPM处理的土壤潜在矿化有机碳量(C_p)分别增加29%、65%和48%;在25℃培养条件下,NP和NPM处理的C_p分别增加2%和21%,而P处理则减少36%。不同施肥处理土壤有机碳矿化速率常数(k)在15℃培养条件下变化较小,在25℃培养条件下则有较大幅度的增加。在25℃培养条件下,C_(min)和Cp随土壤有机碳和全氮含量的增加而显著增加。可见,长期施肥显著促进了半干旱黄土区粮-豆轮作体系土壤有机碳的矿化,减弱了土壤有机碳矿化的温度敏感性。     

不同培养温度下长期施肥红壤水稻土有机碳矿化特征研究

以长期不同施肥处理红壤水稻土为研究对象,布置不同温度下(15、25和35℃)的室内培养试验,研究有机碳矿化的温度敏感性及施肥对土壤有机碳矿化的影响,并分析土壤有机碳矿化与土壤理化性质和不同形态碳素之间的关系。结果表明,培养前期(0～7 d),土壤有机碳矿化速率快速下降,之后逐渐降低并最终趋于稳定。温度升高提高了土壤有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率。磷肥和有机肥的施用提高了土壤有机碳累积矿化量。各处理土壤有机碳矿化的温度敏感性系数Q10为1.31～1.75,施肥提高了土壤有机碳矿化的温度敏感性。Q10与有机碳、全量和速效氮磷、微生物生物量碳、易氧化有机碳和胡敏酸碳呈显著或极显著的正相关关系。3种培养温度下土壤有机碳累积矿化量均与pH呈显著负相关,与有机碳和全氮呈显著或极显著正相关。25℃和35℃培养时,土壤有机碳累积矿化量与微生物生物量碳、胡敏酸碳和富里酸碳显著或极显著正相关。     

长期施肥下三种旱作土壤有机碳含量及其矿化势比较研究

  【目的】  通过研究长期施肥下旱作农田土壤有机碳含量和有机碳矿化势的变化及其影响因素,以期明确影响土壤有机碳贮存的可控因素,为进一步增加土壤有机碳贮存和农田可持续利用提供理论依据。  【方法】  选取黑龙江省、河南省和江西省的黑土、潮土和红壤长期定位试验的不施肥处理(CK)、单施化肥处理(CF)和有机肥化肥配施处理 (MCF),测定土壤有机碳(SOC)、微生物量碳含量(MBC),拟合土壤有机碳矿化势(C₀)和动力学常数(K_c)。并根据长期定位试验土壤有机碳的变化,采用RothC模型模拟计算碳投入量和有机碳贮存速率。  【结果】  3种土壤MCF处理的有机碳含量及其矿化势最高。黑土中,MCF处理有机碳含量及其矿化势分别比CK显著增加了4.17%、33.94% (P<0.05),MCF处理有机碳含量与CF处理差异不显著,但有机碳矿化势比CF处理显著增加了31.73% (P<0.05)。潮土中,MCF处理有机碳含量比CK和CF处理分别显著增加了40.59%、21.94% (P<0.05);MCF处理有机碳矿化势与CF处理差异不显著,是CK处理的3.14倍。红壤中,MCF处理有机碳含量比CK和CF处理分别显著增加了64.35%、43.10% (P<0.05),有机碳矿化势分别显著增加了22.20%、15.69% (P<0.05)。黑土和红壤MCF处理微生物熵(MBC∶SOC)及矿化熵(C₀∶SOC)显著高于CK处理,潮土CF处理微生物熵及矿化熵显著高于MCF和CK处理(P<0.05)。方差分析表明,土壤类型和施肥措施及其相互作用对土壤有机碳含量和矿化参数总体上有极显著影响(P<0.01)。偏相关分析表明,分别控制温度、降水和蒸发条件下,土壤有机碳与碱解氮、速效磷含量显著正相关;土壤有机碳矿化势与碳投入、全氮和速效磷含量显著正相关,与动力学常数显著负相关;分别控制温度和降水条件下,土壤有机碳与其矿化势、碳投入、全氮、碱解氮、速效磷显著正相关(P<0.05)。逐步回归分析表明,增加全氮含量以及降低年平均温度和蒸发量可以增加土壤有机碳含量;提高土壤速效磷、速效钾含量,降低土壤pH和年平均蒸发量可以增加土壤有机碳矿化势。  【结论】  综合3种农田土壤,长期有机肥化肥配施提高土壤有机碳含量及其矿化势,降低土壤pH和土壤水分蒸发能够增加土壤有机碳矿化势,因此,通过合理的施肥措施增加土壤有机碳的同时,结合调节土壤pH和土壤水分的农艺措施增加土壤有机碳矿化势,能进一步增加土壤有机碳贮存。     

黑土有机碳变化的DNDC模拟预测

为探讨黑土有机碳的长期变化规律及DNDC模型在土壤有机碳预测方面的适用性,本文利用吉林省公主岭地区黑土不同施肥措施下的长期定位试验数据,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、配施有机肥(NPKM)和增施有机肥(M2+NPK)4个处理进行土壤有机碳分析,并将数据用作DNDC模型验证。验证结果表明:各处理DNDC验证中RMSE值均小于10%(分别为5.09%、6.11%、9.38%、8.36%),说明模拟值与观测值一致性良好,模型可用于该地区土壤有机碳模拟。选取了化肥施用、有机肥施用、秸秆还田比率、温度及降水5个因子进行模型的敏感性分析,结果表明:有机肥的施用对土壤有机碳含量的影响最显著,且这种影响具有持久性。最后模拟了4种施肥情境下未来(至2100年)的土壤有机碳变化情况。结果表明:对照不施肥处理(CK)土壤有机碳含量略有下降,至2100年土壤有机碳含量为11.55 g·kg-1,较试验前土壤初始有机碳(13.2 g·kg-1)下降约12.5%。单施化肥处理(NPK)土壤有机碳含量较为稳定,并未出现土壤有机碳含量下降。配施有机肥(NPKM)和增施有机肥(M2+NPK)处理土壤有机碳含量增加明显,至2100年土壤有机碳含量为24.4 g·kg-1和27.6 g·kg-1,分别较初始有机碳含量上升84.8%和109.1%。     

长期施肥对红壤有机碳矿化及微生物活性的影响?

为评价不同施肥条件下红壤有机碳矿化和微生物活性及两者之间的关系,对长期定位试验施有机肥（M）、施用氮、磷、钾化肥（NPK）、有机肥配合化肥（NPKM）、秸秆配合化肥（NPKS）和不施肥（CK）共5个处理的红壤进行室内培养,分析不同施肥处理下红壤有机碳矿化的CO2释放量﹑微生物数量及微生物碳源代谢特征。结果表明,不同施肥处理的土壤有机碳矿化释放CO2量差异显著,由一级反应动力学方程拟合计算出土壤潜在有机碳矿化释放CO2–C量的大小顺序：M > NPKM > NPK ≈NPKS > CK,其值分别为180.3﹑88.5﹑47.6﹑43.4和34.5 mg/kg 。培养初期微生物活性较弱时CO2的释放速率最高,微生物数量的增长落后于有机碳矿化速率变化,但培养14﹑35和69 d 时3种微生物数量大小顺序为M > NPKM > NPK≈NPKS≈ CK,处理间差异显著且与CO2释放量显著相关。不同施肥处理间微生物群落结构差异显著,其趋势与有机碳矿化相符合。说明长期施肥特别是长期施用有机肥能影响微生物的群落结构,提高红壤微生物活性,进而促进微生物对有机碳的矿化。