生物质炭对土壤有机质活性的影响

为了解施用生物质炭对土壤碳组分的潜在影响,通过室内2年盆栽培养试验研究施用不同用量生物质炭对土壤有机碳积累、有机碳稳定性、微生物量碳和水溶性有机碳的影响,并与施用等碳量的小麦秸秆、酸洗生物质炭(去除生物质炭中的速效养分)及同时施用小麦秸秆与生物质炭的处理进行比较。结果表明,施用生物质炭可显著提高土壤有机碳的积累,增加土壤有机碳的氧化稳定性,降低土壤水溶性有机碳。施用生物质可在短时间内增加微生物量碳,但随着培养时间的增加,其微生物量碳逐渐下降,最终明显低于对照土壤(不施有机物料的处理)。土壤水溶性有机碳的下降可能与生物质炭对其吸附固定有关,而短时间内激发微生物量碳增加可能与施入生物质炭增加了土壤有效养分、改善土壤微生物生长环境有关。研究结果认为,长期单一施用生物质炭可能会引起土壤有机质生物活性的下降,但生物质炭与一般生物质有机肥配合施用可减免这些负影响。     

添加生物质炭对红壤水稻土有机碳矿化和微生物生物量的影响

通过室内培育试验,研究了添加生物质炭对江西红壤水稻土有机碳矿化和微生物生物量碳、氮含量的影响。结果表明:红壤有机碳矿化速率在培育第2天达最大值后迅速降低,培养7天后下降缓慢并趋于平稳;添加生物质炭降低了土壤有机碳的矿化速率和累积矿化量,培养结束时,不加生物质炭的对照处理中有机碳的累积矿化量分别比添加0.5%和1.0%生物质炭的处理高10.0%和10.8%。此外,生物质炭的加入显著提高了土壤微生物生物量,添加0.5%生物质炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高111.5%～250.6%和11.6%～97.6%,添加1.0%生物质炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高58.9%～243.6%和55.9%～110.4%。相同处理中,干旱的水分条件下(40%田间持水量)微生物生物量要高于湿润的水分条件(70%田间持水量)。同时,添加0.5%和1.0%的生物质炭使土壤代谢熵分别降低2.4%和26.8%,微生物商减少了43.7%和31.7%。     

施用生物质炭对红壤有机碳矿化及其组分的影响

采用室内培养试验研究了生物质炭种类、土壤性状和氮肥施用对红壤有机碳矿化及其组分的影响。结果表明,添加生物质炭后红壤中有机碳的矿化速率随添加生物质炭制备温度的增加而下降;在有机质中等的土壤中,添加生物质炭可促进土壤有机碳的矿化;而对于有机质特别低或较高的土壤中,添加生物质炭降低了其有机碳的矿化;施用氮肥可明显增加生物质炭添加土壤中有机碳的矿化。研究认为,生物质炭类型、土壤性状和施用氮肥对添加生物质炭土壤有机碳矿化的影响差异可能与它们对土壤活性有机碳(微生物生物量碳和水溶性碳)的影响不同有关。总体上,施用生物质炭和氮肥若能促进土壤活性有机碳的形成,则相应地其也可促进土壤有机碳的矿化。生物质炭在土壤中的稳定性也受土壤性状和氮素状况的影响。     

茶渣生物质炭对茶园土壤有机碳及其活性组分的影响

为探究生物质炭对茶园土壤有机碳含量及其稳定性的影响，将茶渣在500℃下制成生物质炭，针对雅安名山区3种典型茶园土壤（紫色土、水稻土和黄壤）进行112天的室内培养试验，包括CK，0.5%，1%，2%和4% 5种炭土比，共计15个处理，在培养的第1，2，7，30，60，112天取样测定。结果表明：茶渣生物质炭输入能显著增加紫色土、水稻土和黄壤总有机碳（TOC）含量和稳定性，且随添加比例的增加而增加，培养结束时3种土壤TOC的增幅范围依次为15.97%~96.64%，13.01%~72.36%和15.29%~321.43%，其中对黄壤TOC含量的提升作用最大；生物质炭加入后3种茶园土壤的微生物量碳（MBC）、水溶性有机碳（WSOC）和易氧化有机碳（ROC）含量也得到显著提升，到培养结束时3种土壤MBC含量变化最大的是紫色土，增幅范围为12.97%~40.35%，WSOC和ROC含量变化最大的均为黄壤，增幅范围分别为12.50%~50.00%和5.66%~54.72%；茶渣生物质炭显著提升了3种土壤有机碳的氧化稳定性，且随添加比例的增加而增强，紫色土、水稻土和黄壤的氧化稳定系数提升范围分别为28.07%~146.66%，44.79%~225.66%和447.18%~1 941.19%。     

生物质炭和秸秆长期还田对红壤团聚体和有机碳的影响

生物质炭和秸秆还田是提高土壤有机碳含量和改良土壤团聚体结构的有效方法,但在长期尺度上生物质炭与秸秆还田改良土壤的效率仍不清楚。本研究针对中亚热带第四纪红黏土发育的红壤,基于等碳量不同碳源投入的5 a田间定位试验,包括对照、单施化肥、秸秆还田、秸秆–猪粪配施和生物质炭还田5个处理,采用干筛和湿筛法分析了不同施肥处理对土壤团聚体组成、稳定性和有机碳分布的影响。研究表明:施用等碳量的不同有机碳源5 a后显著增加了土壤有机碳含量,其增幅顺序为:生物质炭还田秸秆–猪粪配施秸秆还田。干筛法分析结果表明:与单施化肥处理相比,秸秆–猪粪配施和生物质炭还田处理显著增加0.25 mm机械稳定性团聚体含量(R0.25)和平均重量直径(mean weight diameter,MWD);秸秆还田和生物质炭还田处理显著增加了0.25~2 mm团聚体对土壤有机碳的贡献率。湿筛法分析结果表明:与单施化肥处理相比,秸秆还田和秸秆–猪粪配施处理显著增加R_(0.25)和MWD,但生物质炭还田处理和单施化肥处理相比差异不显著;秸秆还田和秸秆–猪粪配施处理显著降低团聚体破坏率(PAD),生物质炭还田处理显著增加了PAD;秸秆配施猪粪处理和秸秆还田处理显著增加了2 mm团聚体对土壤有机碳的贡献率。总体上,秸秆配施猪粪协同提高团聚体有机碳含量和团聚体稳定性的作用比秸秆还田和生物质炭还田要强。     

添加莠去津的土壤中微生物生物量碳、氮、磷对外源有机无机物质的动态响应

研究了添加有机、无机营养物质对外加除草剂莠去津土壤(每1g土中含莠去津10mg/)中微生物生物量碳、氮和磷的动态变化过程。研究结果表明,在整个培养过程中,仅加莠去津的土壤中微生物生物量碳、氮、磷的含量均显著降低,与对照相比,分别平均降低了13.5%,10.1%,20.0%。但是,施用有机、无机营养物质的处理,土壤微生物生物量碳、氮、磷的含量均显著增加。不同处理对微生物生物量碳、氮的含量影响程度依次为:腐熟猪粪>紫云英>水稻秸秆腐熟猪粪>N、P肥配施>单施N肥>单施P肥。而对微生物生物量磷含量的影响则为:腐熟猪粪>N、P肥配施>紫云英>单施N肥>单施P肥>水稻秸秆。     

有机物料对红壤团聚体稳定性的影响

试验设置了对照(CK)、秸秆混匀(M-Str)、秸秆覆盖(Str)、生物质炭混匀(BC)和猪粪混匀(SM)5个处理,采用室内培养法研究有机物料种类与施用方式对红壤团聚体稳定性的影响。结果表明,秸秆混匀与猪粪处理下土壤有机碳(SOC)、热水溶性有机碳(HWC)、土壤抗破碎性和团聚体水稳定性(MWD)显著提高(p0.05),而秸秆覆盖对土壤有机碳和土壤团聚体形成的提升作用不明显(p0.05)。相对于对照处理,生物质炭提高了土壤有机碳含量,但对团聚体稳定性的影响不显著(p0.05)。秸秆混匀和猪粪处理下团聚体稳定性的变化与土壤累积呼吸之间存在线性关系(p0.05)。可见,有机物的性质(秸秆、猪粪和生物质炭)与还田方式(混匀和覆盖)对红壤团聚体的稳定性存在显著差异。     

生物质炭对稻田土壤有机碳组分的持效影响

生物质炭的应用已经被认为是以碳封存形式减轻气候变化的有效手段。本研究以一次性施用生物质炭3年后水稻土为对象,分析土壤总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒态有机碳(POC)、易氧化态有机碳(ROC)和微生物量碳(MBC)含量的变化,研究施用生物质炭对土壤有机碳和组分的后续影响。结果表明,在10 t hm-2、20 t hm-2和40 t hm-2的生物质炭施用水平下,显著提高土壤有机碳储量,增幅达9.15¹5.49%。施用生物质炭可长期稳定提高土壤TOC、ROC、POC和MBC分别达12.75%15.49%。施用生物质炭可长期稳定提高土壤TOC、ROC、POC和MBC分别达12.75%²3.36%、12.60%23.36%、12.60%²8.00%、10.88%28.00%、10.88%³4.00%和7.97%34.00%和7.97%¹2.35%,且土壤TOC与ROC、MBC极显著正相关,ROC与POC、MBC也存在极显著正相关,这可能与生物质炭可改善土壤结构、促进作物生长有关。因此,施用生物质炭是长期提高水稻土土壤碳储量和活性有机碳含量的有效措施。。     

生物炭对两种典型植烟土壤养分、碳库及烤烟产质量的影响

为探讨生物炭对江西植烟土壤肥力和烤烟致香物的影响,2015年在江西省信丰县西牛镇进行水稻土和紫色土田间试验,生物炭穴施增施量设置为T1(0 kg hm~(-2))、T2(450 kg hm~(-2))、T3(900 kg hm~(-2))、T4(1350 kg hm~(-2))、T5(1800 kg hm~(-2))五个水平。结果表明:(1)增施生物炭后,水稻土和紫色土速效养分含量,全碳、有机碳、水溶性碳、C/N都有所增加。(2)水稻土pH随着生物炭施用量的增加而增加,T2降低了紫色土pH。(3)增施生物炭提高了紫色土易氧化态碳含量和碳库管理指数,以T2处理效果最为显著,水稻土除T3处理外,其他处理易氧化态碳含量和碳库管理指数均低于T1处理。(4)增施生物炭提高了水稻土有机碳氧化稳定性,降低了紫色土有机碳有机碳氧化稳定性,生物炭在水稻土中更加稳定。(5)施用生物炭对两种土壤不同部位烟叶中性致香物影响不同。(6)施用生物炭后水稻土和紫色土烤烟分别最高增产52.94%和122.75%。综上所述,在水稻土和紫色土中增施生物炭可以提高土壤质量和烤烟产质量,分别以常规施肥增施900 kg hm~(-2)和450 kg hm~(-2)时效果最好。     

不同有机肥料对土壤生物活性有机质组分的动态影响

研究了红砂土中加入稻草秸秆和猪粪后土壤中微生物生物量碳、水溶性有机碳、溶解性酚等活性有机质组分的动态变化。有机肥处理一周后 ,微生物生物量碳、水溶性有机碳、溶解性酚等都达到最高值。随着培养时间的推移 ,不同处理的土壤中微生物生物量碳和水溶性有机碳含量都逐渐下降 ,而溶解性酚含量在整个培养过程中基本保持不变。相关分析表明 ,土壤中微生物生物量碳与水溶性有机碳和溶解性酚的含量都呈极显著正相关 ,而水溶性有机碳和溶解性酚的含量不相关。     

不同施肥方式对灌漠土土壤有机碳、无机碳和微生物量碳的影响

利用武威市白云试验站18a长期定位试验资料,研究了不同施肥条件下,土壤有机碳、无机碳和微生物量碳在0-40 cm土层的变化状况.结果表明,氮肥与有机肥长期配合施用和长期施用农肥可以在0 20 cm土层增加土壤有机碳含量,减少土壤中的无机碳含量,增加土壤微生物量碳含量;单施秸秆可增加土壤有机碳,而对无机碳和微生物量碳影响无明显差异;长期施用氮肥对土壤的有机碳、无机碳和微生物量碳均无明显差异.土壤有机碳与土壤无机碳含量呈显著负相关关系,而与土壤微生物量碳呈显著正相关关系.     

雅安紫色土小流域土壤有机碳及碳组分分布特征

以四川省雅安市和平小流域紫色土为研究对象,研究不同侵蚀强度紫色土小流域土壤有机碳分布特征。结果表明:自小流域上部向下部土壤侵蚀强度逐渐降低,土壤有机碳含量逐渐升高,且下部与上部和中部相比差异性极显著（P<0.05）;小流域内同一坡面不同坡位土壤总有机碳及碳组分含量均呈现坡脚>坡顶>坡中这一分布特征。小流域内阴坡和阳坡在土壤总有机碳及碳组分含量上有显著差异,具体表现为阳坡<阴坡。小流域内不同土层深度土壤总有机碳及碳组分含量均随土层的加深而降低。研究土壤碳的空间分布规律对该区退耕还林还草工程具有重要的指导意义。     

青藏高原高寒草地土壤pH值的大尺度格局及其与气候、土壤因子的关系

Soil acidity is an important parameter that can regulate ecosystem structure and function. However, a quantitative understanding of the relationships between soil pH and environmental factors remains unavailable. In this study, relationships of soil pH with both climatic and edaphic factors in alpine grasslands on the Tibetan Plateau, China were quantified using data obtained from a regional soil survey during 2001-2004. Our results showed that soil pH decreased along the gradient of both mean annual temperature and precipitation. Likewise, soil pH exhibited consistent negative correlations with soil moisture and silt content. However, soil organic and inorganic carbon contents played opposite roles in shaping patterns of soil pH： the accumulation of soil organic matter led to higher soil acidity, while the existence of soil inorganic matter was favorable for maintaining higher soil alkalinity. The variation partitioning analysis indicated that the combination of climatic and edaphic variables explained 74.3% of the variation in soil acidity. These results suggest that soil pH could be predicted from routinely-measured variables, allowing a robust pedotransfer function to be developed. The pedotransfer function may facilitate land surface models to generate more reliable predictions on ecosystem structure and function around the world.     

黄土丘陵区不同恢复年限对天然草地土壤碳库动态的影响

[目的]揭示不同恢复年限的天然草地土壤碳库动态变化及其剖面分布特征,全面认识和理解天然草地恢复下土壤有机库、无机碳库的动态特征。[方法]采用野外调查与室内试验分析相结合的方法,以农田为对照,对黄土丘陵区不同恢复年限(11,16,22和35a)的天然草地土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、总碳(STC)的动态变化及其剖面分布特征进行了探讨。[结果](1)天然草地恢复过程中表层(0—10cm)SOC含量随植被恢复年限显著增加,下层(10—100cm)SOC含量随植被恢复年限变化不明显;0—100cm土层SOC储量呈先减少后增加趋势,但仍未达到农田SOC储量的水平。(2)天然草地0—20cm土层SIC含量呈相对脱钙现象,0—100cm土层SIC库储量约为SOC库储量的2.7~4.5倍。土壤无机碳库随植被恢复年限的增加无明显变化,但SIC的剖面分布深度发生改变。(3)土壤总碳库随恢复年限增加无明显变化,0—100cm土层SIC储量在STC库中所占比例约为75.6%~86.0%。[结论]短时间内天然草地的土壤碳汇效应并不明显,碳库增汇效应需要长期的过程。     

吉林西部盐碱地区稻田土壤有机碳矿化特征

以吉林西部盐碱地区(前郭灌区)土壤为研究对象,选取不同盐碱程度的4块水田(P1、P2、P3和P4),采用野外实地调研采样与室内模拟试验相结合的方法,分别在培养期的第1,4,7,10,14,21,28,35,70天测定土壤CO_2气体的排放通量,结合土壤基本理化性质,分析盐碱稻田矿化模拟培养过程中CO_2通量的动态变化,研究土壤盐碱化程度对有机碳矿化过程的影响。结果表明:P1、P2、P3为弱碱化土,P4为强碱化土;各样地土壤有机碳(SOC)含量差异显著,并存在表层富集现象,与碱化度(ESP)呈显著负相关关系(r=-0.945);SOC矿化量累积过程与培养时间符合一级动力学模型C_t=C_0(1-e^-kt),各样地土壤在矿化培养初期CO_2释放量较大,释放强度降低较快,矿化速率随时间延长呈缓慢平稳下降,在培养期结束时降至最低。SOC矿化过程受多种因子共同作用,ESP是该过程的主要影响因子。土壤的盐碱化抑制了土壤碳循环的速度,相对于碳源过程而言,对碳汇的影响更大。伴随SOC含量增加,SOC矿化反应强度和矿化反应的完全程度加强,矿化反应累积量增加,反之,随ESP程度增加而减弱。     

长白山森林土壤有机碳库大小及周转研究

主要分析不同森林植被下有机碳的分解动态和土壤碳库各组分大小、周转时间。结果表明：土壤样品培养90天，CO2累计释放量表层大致为1723～5065mg／kg、下层大致为178～642mg／kg。分解速率总的趋势是前期快，后期慢，表层明显大于下层。大小顺序为：冷杉林〉针阔混交林和阔叶林〉针叶林。在不同植被下的表层和下层土壤中，活性碳占总有机碳的0．54％～1．67％，0．45％～5．48％．平均驻留时间为11～56天、60～88天；缓效性碳占总有机碳的23．0％～63．3％，33．2％～72．2％，平均驻留时间为4～70年、24～161年；惰效性碳占总有机碳的35．5％～75．5％．26．0％～65．%。表层土壤的总有机碳、活性碳、缓效性碳和惰效性碳含量都明显大于下层。凋落物的化学组成主要决定活性碳库、缓效性碳库含量，土壤的粘粒含量等性质主要决定惰效性碳库含量。     

Priming effect and its regulating factors for fast and slow soil organic carbon pools: A meta-analysis

The priming effect (PE) plays a critical role in the control of soil carbon (C) cycling and influences the alteration of soil organic C (SOC) decomposition by fresh C input.However,drivers of PE for the fast and slow SOC pools remain unclear because of the varying results from individual studies.Using meta-analysis in combination with boosted regression tree (BRT) analysis,we evaluated the relative contribution of multiple drivers of PE with substrate and their patterns across each driver gradient.The results showed that the variability of PE was larger for the fast SOC pool than for the slow SOC pool.Based on the BRT analysis,67%and 34%of the variation in PE were explained for the fast and slow SOC pools,respectively.There were seven determinants of PE for the fast SOC pool,with soil total nitrogen (N) content being the most important,followed by,in a descending order,substrate C:N ratio,soil moisture,soil clay content,soil pH,substrate addition rate,and SOC content.The directions of PE were negative when soil total N content and substrate C:N ratio were below 2 g kg~(-1)and 20,respectively,but the directions changed from negative to positive with increasing levels of this two factors.Soils with optimal water content (50%–70%of the water-holding capacity) or moderately low pH (5–6) were prone to producing a greater PE.For the slow SOC pool,soil p H and soil total N content substantially explained the variation in PE.The magnitude of PE was likely to decrease with increasing soil pH for the slow SOC pool.In addition,the magnitude of PE slightly fluctuated with soil N content for the slow SOC pool.Overall,this meta-analysis provided new insights into the distinctive PEs for different SOC pools and indicated knowledge gaps between PE and its regulating factors for the slow SOC pool.     

长期不同施肥措施下黑土有机碳的固存效应

利用开始于1979年的黑土长期定位试验,研究长期不同施肥措施下土壤有机碳含量演变特征、固碳效应及外源碳输入对土壤固碳的贡献。结果表明:长期单施化肥土壤有机碳含量较试验前下降了11.6%~16.1%,有机肥与化肥配施土壤有机碳含量呈上升趋势,常量有机肥化肥配施(MNP、MNPK)土壤有机碳含量分别上升了6.5%和8.4%,二倍量有机肥化肥配施(M2N2、M2N2P2)土壤有机碳含量分别上升了7.7%和11.6%。不施肥和施化肥土壤有机碳储量呈现亏缺,亏缺量在3.5~6.1t/hm2。有机肥与化肥配施土壤有机碳储量表现为盈余,M2N2P2处理盈余量最高,达到1.9t/hm2。年均有机碳投入量与土壤固碳速率呈显著的线性正相关,表明黑土仍具有一定的固碳潜力。黑土碳投入的转化效率为34.1%,若要维持黑土有机碳库平衡,则每年至少投入1.416t/hm2有机碳。可见,在黑土区增加土壤碳投入(有机肥)仍然是最有效的土壤固碳措施。     

Use of the RothC model to estimate the carbon sequestration potential of organic matter application in Japanese arable soils

Abstract

We estimated the carbon (C) sequestration potential of organic matter application in Japanese arable soils at a country scale by applying the Rothamsted carbon (RothC) model at a 1-km resolution. After establishing the baseline soil organic carbon (SOC) content for 1990, a 25-year simulation was run for four management scenarios: A (minimum organic matter application), B (farmyard manure application), C (double cropping for paddy fields) and D (both B and C). The total SOC decreased during the simulation in all four scenarios because the C input in all four scenarios was lower than that required to maintain the baseline 1990 SOC level. Scenario A resulted in the greatest depletion, reflecting the effects of increased organic matter application in the other scenarios. The 25-year difference in SOC accumulation between scenario A and scenarios B, C and D was 32.3, 11.1 and 43.4?Mt?C, respectively. The annual SOC accumulation per unit area was similar to a previous estimate, and the 25-year averages were 0.30, 0.10 and 0.41?t?C?ha^?1?year^?1 for scenarios B, C and D, respectively. The system we developed in the present study, that is, linking the RothC model and soil spatial data, can be useful for estimating the potential C sequestration resulting from an increase in organic matter input to Japanese arable soils, although more feasible scenarios need to be developed to enable more realistic estimation.