土壤吸附可溶性有机碳研究进展

可溶性有机碳(DOC)是土壤有机碳(SOC)中最活跃的部分,虽然所占土壤总有机碳比例仅为0.04%~0.22%,但土壤对于DOC的吸附却被认为是深层土壤固定有机碳的主要过程。由此可见,土壤对DOC的吸附行为对于全球碳循环的研究有着深远的意义。文章以土壤对DOC的吸附行为为主体,综述了土壤对DOC的吸附特征,在此基础上总结出其吸附机理,并提出了目前研究的不足之处及对未来研究方向的展望,旨在为深入了解DOC在土壤环境中的迁移转化行为提供依据。     

稻麦轮作下秸秆还田对稻麦产量和稻田可溶性有机碳含量的影响

为阐明稻麦轮作体系下秸秆还田对作物产量与稻田可溶性有机碳（DOC）的影响,通过连续2年盆栽试验研究了两种典型土壤（壤土和黏土）在无秸秆还田、半量秸秆还田、全量秸秆还田3种处理下稻麦产量和稻季土壤溶液DOC浓度的动态变化。结果表明,秸秆还田显著增加了两种土壤大多数处理的水稻产量,增幅1.6%~11.9%,其中全量秸秆还田的增产效果大于半量秸秆还田（第1年不显著,第2年显著）。秸秆还田对小麦产量的影响因土壤类型而异,壤土中小麦产量显著增加7.2%~10.6%（第1年）或增产不显著（第2年）,但全量秸秆还田和半量秸秆还田处理之间没有显著差异;黏土中小麦显著减产（5.0%~9.3%）,其中第2年的全量秸秆还田减产效应显著大于半量秸秆还田。秸秆还田及土壤类型显著影响水稻前期（烤田之前）的土壤溶液DOC浓度,全量秸秆还田、半量秸秆还田分别比无秸秆还田处理平均增加141.7%、61.9%,壤土比黏土平均增加89.6%;间歇淹水之后,所有秸秆还田处理及土壤类型的DOC浓度均迅速降低。总体上,秸秆还田对两种土壤的水稻增产都有利,但对黏土小麦增产不利,秸秆还田显著增加了稻田前期的DOC浓度,间歇淹水可以迅速降低稻田DOC浓度。     

红壤侵蚀退化地土壤对不同来源可溶性有机碳的吸附特征

选取南方典型红壤侵蚀退化地恢复后的马尾松林为研究对象,通过在室内模拟芒萁(Dicranopteris dichotoma)和马尾松(Pinus massoniana)的鲜叶与凋落叶的浸提液在侵蚀退化地原状土柱的淋溶过程,分析了植被恢复过程中马尾松林土壤对不同来源可溶性有机碳(DOC)吸附特征及影响因素。结果表明:(1)红壤侵蚀退化地对不同来源DOC的吸附作用具有明显差异,来自马尾松鲜叶的DOC平均截留量最大为2.39mg/kg,来自芒萁鲜叶的DOC平均截留量最小为1.67mg/kg,说明马尾松鲜叶的DOC更易被表层土壤吸附,芒萁鲜叶的DOC更易进入深层土壤,不同来源DOC组成和性质的差异是其主要原因。(2)随着退化地的植被恢复,土壤渗滤液的DOC浓度增加,土壤截留DOC能力下降。土壤DOC截留量与粉粒和土壤pH呈正相关,与土壤DOC含量、土壤有机碳含量和砂粒呈负相关,其中土壤有机碳含量可以解释DOC截留量变化的51.4%,是影响土壤DOC截留能力的关键因素。(3)光谱特征表明芳香类化合物、腐殖类物质易被土壤吸附,吸附能力更强的物质可以解吸土壤中亲水性腐殖类物质。淋溶后DOC光谱特征的变化由不同来源DOC的化学组成和土壤有机碳的性质共同决定。红壤侵蚀退化地对不同植物来源的DOC吸附作用特征主要受DOC和土壤SOC性质的共同调控,对进一步认识退化红壤的固碳机制具有重要参考价值。     

紫色土可溶性有机碳的吸附-解吸特征

选择代表性的酸性、中性和石灰性紫色土为实验材料,采用平衡吸附和动力学吸附法研究了紫色土对可溶性有机碳（DOC）的吸附-解吸特征,分析了土壤理化性质与DOC吸附量之间的关系。结果表明,紫色土对DOC的吸附容量呈以下顺序：酸性紫色土〉中性紫色土〉石灰性紫色土。石灰性紫色土对DOC的解吸率明显高于酸性、中性紫色土,其迁移淋失问题值得重视。紫色土对DOC的吸附过程包括快速吸附和慢速吸附2个阶段,0~0.5 h内吸附速率最大,随后吸附速率逐渐减小,4~6 h内基本达到吸附平衡。土壤pH值、有机质、粘粒和活性铁铝氧化物含量是影响土壤DOC吸附量与解吸率的重要因素。通径分析表明,土壤理化性质对DOC吸附量的直接作用系数大小顺序为活性铝含量〉土壤pH值〉有机质,对DOC解吸率的直接作用系数大小顺序为活性铁含量〉粘粒〉有机质。多元线性回归模型能较好地预测土壤对DOC的吸附及解吸的变化。     

有机物料输入稻田提高土壤微生物碳氮及可溶性有机碳氮

土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮是土壤碳、氮库中最活跃的组分,是反应土壤被干扰程度的重要灵敏性指标,通过设置相同有机碳施用量下不同有机物料处理的田间试验,研究了有机物料添加下土壤微生物量碳（soil microbial biomass carbon,MBC）、氮（soil microbial biomass nitrogen,MBN）和可溶性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）、氮（dissolved organic nitrogen,DON）的变化特征及相互关系。结果表明化肥和生物碳、玉米秸秆、鲜牛粪或松针配施下土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮显著大于不施肥处理（no fertilization,CK）和单施化肥处理,分别比不施肥处理和单施化肥平均高23.52%和12.66%（MBC）、42.68%和24.02%（MBN）、14.70%和9.99%（DOC）、22.32%和21.79%（DON）。化肥和有机物料配施处理中,化肥+鲜牛粪处理的微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮最高,比CK高26.20%（MBC）、49.54%（MBN）、19.29%（DOC）和32.81%（DON）,其次是化肥+生物碳或化肥+玉米秸秆处理,而化肥+松针处理最低。土壤可溶性有机碳质量分数（308.87 mg/kg）小于微生物量碳（474.71 mg/kg）,而可溶性有机氮质量分数（53.07 mg/kg）要大于微生物量氮（34.79 mg/kg）。与不施肥处理相比,化肥和有机物料配施显著降低MBC/MBN和DOC/DON,降低率分别为24.57%和7.71%。MBC和DOC、MBN和DON随着土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）、全氮（total nitrogen,TN）的增加呈显著线性增加。MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC和DON+MBN之间呈极显著正相关（P<0.01）。从相关程度看,DOC+MBC和DON+MBN较MBC、DOC、MBN、DON更能反映土壤中活性有机碳和氮库的变化,成为评价土壤肥力及质量的更有效指标。结果可为提高洱海流域农田土壤肥力,增强土壤固氮效果,减少土壤中氮素流失,保护洱海水质安全提供科学依据。     

冻融次数和含水量对棕壤总有机碳和可溶性有机碳的影响

以东北地区棕壤为供试土样,采用人工控温,室内培养的方法,使土样经受不同冻融处理,研究了冻融次数和含水量对棕壤有机碳的影响。研究结果表明,冻融次数和含水量对棕壤总有机碳的影响不显著,冻融次数对可溶性有机碳的影响达到显著水平,随着冻融次数的增加土壤可溶性有机碳含量呈先降低后升高的趋势,在试验设计范围内表现为冻融降低了棕壤可溶性有机碳的含量,可溶性有机碳占总有机碳的比例随冻融作用的变化趋势与可溶性有机碳基本一致。土壤可溶性有机碳对冻融处理的反映较为敏感,可以作为反映不同冻融处理对土壤有机质影响的一个较好的指标。     

可溶性有机碳的含量动态及其与土壤有机碳矿化的关系

采用我国东部地区的黑土、潮土、黄泥土和红壤水稻土,通过室内分析和培育试验,研究了不同水分条件下可溶性有机碳含量及土壤有机碳矿化量的动态变化,分析了淹水导致可溶性有机碳含量的变化程度及其对土壤有机碳矿化量的可能影响.结果表明,可溶性有机碳含量与水土比呈直线相关关系,累计提取量随浸提时间增加,单次提取量随提取次数降低.在8周的培养期内,淹水处理的可溶性有机碳含量均显著高于好气处理,黄泥土一号高46%～117%(p＜0.05),黄泥土二号高112%～285%(p＜0.001),潴育黄泥田高21%～73%(p＜0.05).在培养的前3周(黄泥土一号)或前4周(黄泥土二号),不同水分处理的日均土壤有机碳矿化量有极显著差异(p＜0.01),其后,差异不显著;但在整个培养过程中,淹水处理的累计土壤有机碳矿化量均极显著高于好气处理(p＜0.01).培养过程中,土壤有机碳的矿化速率动态与可溶性有机碳含量的变化趋势相一致,特别是黄泥土二号,可溶性有机碳含量与土壤有机碳日均矿化量达到极显著的相关关系(好气相关系数0.942,淹水相关系数0.975).结果还表明,两种黄泥土有机碳矿化量(包括日均矿化量和累计矿化量)的差异并不与全土有机碳含量相关,而主要是其可溶性有机碳含量明显不同所致.因此,对于原土可溶性有机碳含量较高的土壤,淹水显著提高可溶性有机碳量是导致其土壤有机碳矿化量高于好气处理的主要原因.     

施用秸秆对土壤可溶性有机碳氮及矿质氮的影响

为了研究施用秸秆对土壤可溶性有机碳氮及矿质态氮含量的影响,设置CK（对照）,M₂,M₄,M₆共4个处理,处理中每100 g干土中加入秸秆量分别为0,2,4,6 g。在室温为25℃、土壤含水量为田间持水量的70%的条件下进行培养试验,分别在15,30,45,60,105,150 d时,采取各处理中的土壤样品,观测土壤可溶性有机碳氮及矿质氮的动态变化。结果表明:4个处理的土壤可溶性有机碳、氮具有相同的变化趋势,表现为随着培养时间的推移,先增加,再减小,然后经过一段时间的波动后趋于平稳。在培养的整个过程中,M₄与M₆处理的土壤可溶性有机碳、氮明显高于CK中的含量,表明了施用秸秆可以促进土壤可溶性有机碳氮的累积。在相同时间段内,各处理之间铵态氮含量无明显差异,与对照相比,加入秸秆后,土壤中硝态氮的含量明显下降。     

黄河三角洲盐碱地不同混交林土壤可溶性有机碳氮的研究

对黄河三角洲盐碱地刺槐纯林、刺槐+白蜡、刺槐+白榆和刺槐+臭椿混交林土壤可溶性有机碳(DOC)和土壤可溶性氮(TNS)进行了研究。结果表明,4种人工林中,腐殖质层DOC和TSN含量显著大于0-20和20-40cm层土壤。刺槐+臭椿混交林的DOC含量最高,为257.70mg/kg。另外,总氮(TN)和TSN含量分别为1065.79和55.80mg/kg,均显著高于其他三种林型。各层土壤DOC和TSN含量由高到底的顺序依次为：刺槐+臭椿混交林 > 刺槐+白榆混交林 > 刺槐纯林 > 刺槐+白蜡混交林。相关分析结果表明,土壤DOC和TSN与土壤的全氮、有效磷、速效钾和含盐量相关性显著。     

秸秆还田对稻田土壤溶液中溶解性有机质的影响

研究了麦秆不同方式还田、施用无机氮肥及不同移栽时间对水稻田土壤溶液中溶解性有机碳（DOC）、溶解性有机氮（DON）浓度的影响。结果表明，淹水后土壤溶液中DOC浓度在淹水初期明显增加，而后逐渐下降。添加麦秆这一有机物料，在水稻生长期前2个月内显著提高了DOC，对DON在一段时间内也表现出促进作用，其后差异不显著。施用无机氮肥降低了土壤溶液中DOC、DON浓度。DON的浓度与施肥量呈负相关。水稻推迟移栽，土壤溶液中溶解性有机质（DOM）均显著降低。     

大兴安岭天然林不同林分溶解有机碳变化特征

为确定不同林分和季节变化对森林碳库影响。在内蒙古大兴安岭根河林业局境内选取具有代表性的林分,即白桦林、白桦落叶松混交林以及落叶松林为研究对象。收集并测定了树干径流、有机质层和0-30 cm土层中DOC浓度,并分析了DOC变化特征以及不同月份对DOC的影响。结果表明:不同林分中树干径流中DOC平均浓度分别为60.12,172.77,205.02 mg/L;有机质层中DOC平均浓度分别为35.32,39.64,34.45 mg/L;0-30 cm土层中DOC平均浓度分别为26.23,37.08,26.53 mg/L。结果表明:不同林分中DOC浓度表现为树干径流 > 有机质层 > 0-30 cm土层,落叶松林树干径流DOC浓度明显高于白桦林（p<0.05）,且落叶松树干比白桦树干淋溶DOC强;不同林分中有机质层和0-30 cm土层表现为白桦落叶松混交林>白桦林、落叶松林,但无明显的差异（p>0.05）,而且有机质层和土层对DOC有吸附固定作用;不同林分6-9月份树干径流中DOC浓度呈现先升高后降低的趋势,7月份达到最大,机质层和0-30 cm土层中DOC浓度6月份最高,7月、8月最低,而9月份又升高。不同林分和月份的变化,影响了天然林中DOC浓度分布。     

CO2红外分析仪在土壤有机碳矿化中的测试与应用研究

以LICOR-6262红外分析仪为测定土壤有机碳矿化的主体,改进附加密闭气路系统,着重探讨了密闭气路系统假定的平衡时间和测试环境温度等对测定结果的影响。结果表明:①密闭气路系统假定的平衡时间长短对测试结果的影响较大,且随着假定平衡时间的延长,测试结果呈不同程度的降低;②土壤样品的测试环境温度对土壤呼吸测定结果影响较大。相对测试要求的环境温度(25℃)而言,较低温度(20℃)对测定结果的降低影响达到显著水平(P<0．05),而较高温度(30℃)对其的增加影响不显著(P>0．05)。     

水稻秸秆施用后土壤溶解性有机碳的变化与土壤CO_2排放

为了进一步认识水稻秸秆还田后土壤有机碳固定机制,以浙江两种典型水稻土淡涂泥、青紫泥为研究对象,并以不加秸秆为对照,研究秸秆施用下土壤溶解性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)含量以及CO_2产生速率的动态变化,以及秸秆分解产生DOC在土壤中的吸附作用。结果表明,添加秸杆显著增加了土壤CO_2排放,总矿化碳量表现为10%>5%>2%>CK;土壤CO_2产生速率的变化与DOC含量变化具有高度一致性,都表现为先快速上升-急剧下降-缓慢下降-趋于稳定的变化模式,两者呈显著正相关(P<0.01),但在石英砂处理中两者则无明显相关性。DOC吸附实验表明随着秸秆分解时间延长,所产生的DOC在土壤中的吸附作用增强。pH和本底DOC较低的青紫泥对DOC具有更强的吸附作用,其CO_2排放速率和总矿化碳量均显著低于淡涂泥,青紫泥更有利于秸秆还田有机碳的保留和稳定。该结果表明秸秆分解前期产生DOC主要以CO_2形式释放,分解后期产生DOC更倾向于土壤有机碳固定,增加土壤对DOC的吸附作用有利于土壤固碳。     

Surface Active Substances (SAS) and Dissolved Organic Matter (DOC) in Atmospheric Precipitation of Urban Area of Croatia (ZAGREB)

We report measurements of surface active substances (SAS) in atmospheric bulk precipitation on the basis of adsorption characteristics on the mercury electrode by using phase sensitive alternating current voltammetry (out-of-phase measurement). Samples collected during the 1998–1999 at an urban area of Croatia. The obtained surfactant activity values were within the range of 0.09–0.37 mg dm^–3 eq. Triton X-100. Concentrations of dissolved organic carbon (DOC) in the same samples were in the range of 0.78–4.39 mg dm^–3. In this paper, we also used Pb²⁺ ion as an electrochemical probe for additional characterization of the properties of the organic matter in precipitation, which may be important in various atmospheric processes.     

大气温度和CO2增加对黑土有机碳稳定性的影响

[目的]从有机碳分子结构角度来揭示气候变化对黑土有机碳(SOC)稳定性的影响,阐明未来气候变化对黑土有机碳稳定性以及土壤肥力的影响。[方法]以中国科学院海伦农业生态试验站长期定位模拟气候变化开顶箱(OTC)试验为平台,对当前大气温度和CO₂浓度(aTaCO₂),增温2℃和当前大气CO₂浓度(eTaCO₂),增温2℃和CO₂浓度增为(700±25)μmol/mol(eTeCO₂)3个处理条件下0—20 cm黑土耕层土壤的团聚体和密度组分的有机碳含量和红外光谱特征进行分析。[结果]与aTaCO₂相比,eTaCO₂和eTeCO₂均未对全土有机碳含量产生显著影响(p>0.05),但是eTaCO₂使<0.053 mm团聚体和闭蓄态轻组(occluded light fractionation, OF)中SOC含量分别增加了13.45%和52.89%(p<0.05...     

湘中丘陵区4种森林土壤水溶性有机碳含量及其与土壤养分的关系

为了解亚热带天然次生林保护对森林土壤有机碳库的影响,研究了湘中丘陵区杉木人工林和3种天然次生林(马尾松+石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、石栎+青冈常绿阔叶林)土壤水溶性有机碳(DOC)含量季节动态及其与土壤自然含水率、p H、养分含量的相关性。结果表明:土壤DOC含量0~15 cm土层高于15~30 cm土层,秋季土层之间的含量差异最小,土壤DOC的分配比例15~30 cm土层高于0~15 cm土层;马尾松+石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、石栎+青冈常绿阔叶林土壤DOC含量分别较杉木人工林高3.15%~9.81%,3.85%~8.19%和11.24%~12.00%,夏季不同森林类型之间的含量差异最大;4种森林土壤DOC的分配比例在2.00%~2.54%之间,杉木人工林土壤DOC的分配比例高于3种次生林;4种森林土壤DOC含量季节变化明显,均表现为:春、夏、冬季较高,秋季最低,秋季与春(除杉木人工林外)、夏季之间差异显著;各森林土壤DOC含量与土壤自然含水率、有机碳(SOC)、全N、全P、全K、水解N、有效P、速效K含量之间呈极显著或显著正相关。可见,地带性常绿阔叶林或天然次生林转变为杉木人工林后,土壤DOC含量下降,土壤DOC含量可作为衡量土壤潜在生产力的敏感指标。     

不同措施对滨海盐渍土壤呼吸、电导率和有机碳的影响

在苏北滩涂围垦区的轻度和中度盐渍土上,通过田间试验,研究了不同农田管理措施(传统耕作、施用有机肥、氮肥增施、秸秆还田和免耕)对土壤盐分、呼吸和有机碳等的影响。结果表明,0~40cm土层平均电导率在玉米种植季明显升高,小麦种植季出现小幅降低,轻度盐渍土的电导率为4.57~8.20 d S m~(~(-1)) ,中度盐渍土为4.89~10.13 d S m~(~(-1)) ,处理之间秸秆还田最低,免耕最高,秸秆还田和施用有机肥有效减少了土壤盐分含量。与中度盐渍土相比,轻度盐渍土的呼吸强度较高,在夏玉米和冬小麦种植季节分别高约16%和18%。有机肥、氮肥增施、秸秆还田处理的土壤呼吸均高于对照,而免耕较低。两组试验的土壤有机碳和微生物生物量碳均有缓慢增加,其中施用有机肥和秸秆还田可以大幅提高其含量。轻度盐渍土壤代谢熵高于中度盐渍土,总体上对照最高,免耕最低。     

不同坡度下玉米生长期紫色土坡面径流及其可溶性有机碳流失特征

为探明紫色土横垄坡面径流与可溶性有机碳流失对不同坡度的响应特征,通过径流小区和野外人工模拟降雨相结合的方法,探讨了不同坡度条件下玉米各生育期地表径流、壤中流及其可溶性有机碳(DOC)流失特征。结果表明:玉米各生育期同一降雨时间段地表径流量均表现为20°>15°>10°,壤中流径流量却表现为10°>15°>20°。不同坡度下,玉米生育期地表径流量大小总体表现为苗期>成熟期>拔节期>抽雄期,壤中流量整体表现为抽雄期>拔节期>苗期>成熟期。玉米各生育期地表径流DOC质量浓度均表现为20°>15°>10°,不同坡度下玉米生育期地表径流DOC质量浓度表现为苗期>拔节期>成熟期>抽雄期。苗期、拔节期和成熟期壤中流DOC质量浓度大小表现为10°>15°>20°,不同坡度下玉米生育期壤中流DOC质量浓度的总体表现为苗期最大,抽雄期最小。玉米各生育期地表径流DOC迁移通量大小均表现为20°>15°>10°,不同坡度地表径流DOC迁移通量均表现为苗期>成熟期>拔节期>抽雄期;玉米各生育期壤中流DOC迁移通量大小均表现为10°>15°>20°,不同坡度下壤中流DOC迁移通量与地表径流一致。研究结果可为不同坡度条件下玉米生长期坡面径流损失和有机碳流失调控提供理论依据。