稳定13C同位素示踪技术在农田土壤碳循环和团聚体 固碳研究中的应用进展

农田土壤有机碳库是全球碳循环的重要组成部分,其积累和分解直接影响陆地生态系统碳贮藏与全球碳平衡。土壤团聚体是土壤结构的物质基础和土壤肥力的重要载体,也是土壤有机碳的固定场所。稳定~(13)C同位素示踪技术是研究土壤碳动态变化的有效手段,能够揭示新输入碳在土壤及团聚体中赋存状态、周转过程以及微生物的调节机制。本文主要归纳与阐述了稳定~(13)C同位素示踪技术在农田土壤有机碳循环及土壤团聚体固碳机理方面的研究进展,提出~(13)C同位素示踪技术在未来土壤碳循环和固碳机制方面的主要研究方向。     

植被恢复的土壤固碳效应：动态与驱动机制

植被恢复是影响土壤有机碳库动态变化的关键过程之一,阐明植被恢复过程中土壤有机碳的固持动态及其驱动机制,是全球变化下碳循环研究的热点和前沿问题。本文综述了近年来国内外关于植被恢复过程中土壤有机碳固定动态及其驱动机制方面的研究,剖析植被恢复中土壤有机碳固持动态及其影响因素,探讨植物碳输入对土壤有机碳动态变化的影响机制,揭示植被恢复中土壤有机碳固定的物理、化学和微生物驱动机制,并对目前研究中存在的问题进行总结,进而提出关于植被恢复的土壤固碳效应研究,亟需在土壤有机碳组分的动态、微生物结构和功能,以及植物—土壤—微生物对土壤有机碳固持的协同作用机制等方面进一步加强。本综述可为植被恢复与土壤固碳稳定机制研究指明未来的方向,进而为促进我国植被恢复的土壤碳循环研究,科学评价生态系统土壤固碳潜力和有效实施生态系统碳汇管理提供科学参考。     

土壤有机碳库与土壤结构稳定性关系的研究进展

土壤有机碳的形成抵押了二氧化碳的排放 ,也促进了土壤结构的形成并提高其稳定性。本文介绍土壤结构的层次性和稳定性 ,阐述不同土壤有机碳库影响土壤结构及其性质的作用机制 ,着重评述土壤活性碳库 ,颗粒有机物和可溶性有机物的数量及质量对土壤结构的层次性及其稳定性的影响机制 ,并突出土壤有机物的疏水性对土壤结构及其性质的影响等方面的研究工作。今后应深入研究不同土地利用和土壤管理措施下土壤活性碳库组成与土壤结构稳定性的关系 ;定量描述不同土壤碳库和土壤结构稳定性的形成过程 ;重视研究土壤碳库、土壤稳定性和土壤回复力三者之间的关系 ;深入研究有机碳库的性质影响土壤水分湿润速率的机制 ;应用获得的土壤有机碳库和土壤结构稳定性的新知识 ,完善土壤有机碳和水分循环模型     

土壤微生物影响土壤健康的作用机制研究进展

土壤健康是农业可持续发展的中心主题。土壤微生物参与土壤生态功能、环境功能和免疫功能协同驱动土壤生命系统运转，是维持土壤健康的核心与关键。了解不同微生物介导的土壤健康调控机制对有效利用这些核心微生物维持和改善土壤健康至关重要。本文围绕微生物参与调节土壤碳循环、养分循环，改变土壤结构、抑制植物病虫害、污染控制等主要生物过程系统梳理了微生物在调控土壤健康中的重要作用，以及微生物作为土壤健康的敏感指标对土壤健康的指示与预警作用。强调未来应加强驱动土壤健康特定功能以及多个生物过程的核心微生物组信息数据库挖掘、构建与生产应用研究，为定向利用微生物改善农业土壤生态系统功能、维持土壤健康以及保障土壤可持续发展提供科学依据。     

渭北黄土丘陵区人工林类型对土壤属性的影响

为了研究渭北黄土丘陵区人工林类型对土壤属性的影响,选取位于同一坡面上的刺槐纯林、油松纯林和苹果园土壤为研究对象,分析了土壤结构稳定性,土壤有机碳、无机碳和土壤呼吸等土壤属性在3种人工林土壤剖面的变化特征,并探讨了土壤有机碳和无机碳在水稳性团聚体形成中的作用。结果表明:3种人工林土壤团聚体破碎率均较高,各团聚体水稳性指标值、土壤有机碳含量、土壤呼吸在3个样地的顺序均为油松林刺槐林苹果园,土壤无机碳含量的顺序为刺槐林苹果园油松林。土壤有机碳和无机碳含量之间呈负相关关系,且二者分别与团聚体水稳性呈正相关和负相关关系,但同时,无机碳含量存在一个阈值,当低于或高于这一阈值时,其含量与团聚体水稳性分别呈正相关或负相关关系,因此,当无机碳含量较高时,应降低其含量,并提高土壤有机碳含量,以改善土壤结构,降低土壤遭受侵蚀的风险;土壤结构稳定性各指标之间及其与土壤有机碳含量和土壤呼吸呈极显著正相关关系。可见,人工林类型显著影响各项土壤属性,油松林在提高土壤质量方面的作用大于刺槐林。     

干湿交替对土壤碳库和有机碳矿化的影响

水分是影响土壤活性碳库和惰性碳库周转过程的主导因子,而土壤有机碳的周转速率会对气候变化造成潜在的重要影响。以农田水稻土为供试土壤,通过培育试验研究了干湿交替过程对土壤有机碳矿化的影响,并利用两库叠加模型对土壤不同碳库及其降解动力学进行初步评估。结果表明:干湿交替激发了土壤呼吸,增加了土壤微生物代谢活性。三次湿润过程对土壤呼吸的激发量分别为119.3%、159.5%和87.3%,激发效应随干湿交替频率的增加先升高后降低。多次干湿交替后,土壤累积CO2释放量低于恒湿土壤,湿润所引起的激发的矿化量不足以弥补干旱期降低的矿化量。在湿润的数小时内,土壤溶解性有机碳含量先升高后降低。干湿交替提升了土壤活性碳库的降解速率,降低了惰性碳库的降解速率,湿润后土壤活性碳库显著增加。多次干湿交替降低了土壤真菌/细菌比,使土壤微生物群落结构发生变化,细菌成为优势种群。     

土壤微生物生物量碳的表观周转时间测定方法

土壤微生物生物量碳周转对土壤有机质和养分循环起着决定作用。本研究建立了土壤微生物生物量碳周转时间的测定方法。培养条件下 (2 5℃、10 0 %湿度 ) ,加入14 C标记葡萄糖标记土壤微生物生物量碳 ,在 10 0d培养期内 ,每隔 2 0d测定一次14 C标记微生物生物量碳 (14 C BC) ,采用一级热力学方程拟合测定期内 (2 0～ 10 0d) 14 C BC 的周转速率常数 (k) ,由此计算土壤微生物生物量碳的表观周转时间。测定的 5个土壤在培养条件下微生物生物量碳的周转时间为 93～ 4 0 0d ,根据培养温度和实际田间年平均温度推算得到田间条件下土壤微生物生物量碳的周转时间为 1 0～ 4 1a。其主要影响因子为土壤质地 ,土壤利用方式的影响较小。土壤微生物生物量碳的周转时间能较好地反映土壤微生物生物量的周转状况及其与土壤有机质的周转和积累的关系。     

植被恢复下土壤结构与功能的关系

通过查阅有关土壤结构和土壤功能的国内外文献,对土壤结构和土壤功能的研究进展、土壤结构稳定性指标以及土壤结构的研究方法进行了阐述;讨论了土壤结构与土壤的作物生产功能、土壤水库功能、土壤碳库功能、土壤基因库功能等的关系;并对激光共聚焦扫描技术在土壤结构与孔隙特征分析中的应用及数字图像处理技术的应用如何反映土壤孔隙的真实状况,加强对土壤结构及其功能的定量关系研究等方面提出了展望。     

微塑料对农田土壤碳转化影响研究进展

近年来,微塑料的生态环境风险受到国内外广泛关注。地膜覆盖、有机肥施用、灌溉和包膜控释肥料使 用等农田管理措施导致微塑料在农田土壤中持续累积。微塑料在土壤中经过物理破碎、化学分解和生物降解等作 用发生迁移和转化,可能影响土壤碳周转,进而影响土壤碳储存和含碳气体排放。因此,通过对国内外有关文献 进行总结和整理,系统地梳理了农田土壤中微塑料的种类和来源,分析了微塑料通过提供碳源影响土壤植物呼吸, 改变酶活性和微生物群落结构,进而直接或间接影响土壤碳排放和碳转化过程,包括以下几个方面:(1)微塑料 是长碳链分子结构,进入农田对土壤有机碳含量和转化及土壤团聚体、孔隙度和含水量等理化属性造成影响; (2)土壤中真菌和细菌对不同类型微塑料的分解和碳周转作用不同;(3)微塑料通过影响植物生长、改变相关功 能基因丰度、酶活性和微生物群落组成进而影响土壤碳转换过程。基于分析微塑料在土壤中的碳转化过程,为评 估微塑料对土壤碳库的影响提供参考。     

环境因子对山西太岳山土壤微生物量的影响

本文以山西太岳山两个林型(华北落叶松人工林、灌木林)下阴坡和阳坡的土壤样品为研究对象,研究了不同坡向下土壤微生物量碳、氮、土壤理化性质、土壤微生物碳氮比值的变化特征。研究结果表明:土壤有机碳、全氮、微生物量碳、氮含量在0~10 cm土层均显著高于10~20 cm土层。在华北落叶松人工林和灌木林下,土壤微生物量碳、可溶性有机碳及两者之和在阳坡均显著高于阴坡;土壤微生物量碳占两者之和的比例约为81%~87%,在不同坡向下没有显著性差异。土壤微生物量碳氮比在灌木林阳坡下为6.5~7.2,阴坡为7.3~9.9;在华北落叶松人工林阳坡下为7.3~8.6,阴坡为8.2~8.6。两种林型下土壤微生物熵在阳坡均高于阴坡。相关性分析结果表明,土壤微生物量碳、氮与土壤pH值、可溶性有机碳呈显著正相关,土壤有机碳与土壤全氮、微生物量碳、pH值和含水率均有显著正相关性。总的来说,不同坡向对土壤微生物量产生重要影响,进而使土壤微生物熵不同,阴坡土壤有机碳活性较小,碳库的稳定性较好。本文从土壤微生物量及其与环境因子相互关系的角度探讨了土壤环境对土壤微生物的影响,以期为更好的理解该地区土壤碳周转和植被恢复生态效应提供参考。     

植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展

凋落物是植物向土壤输入有机碳的主要途径,源于凋落物的碳一部分以CO₂的形式散失到大气,另一部分以有机碳的形式输入到土壤中,在土壤微生物的作用下经过一系列的周转参与稳定有机质的形成。但土壤作为“黑箱”,凋落物向土壤有机碳转移的过程和作用机理仍不明确。结合国内外该研究领域的主要成果,简要介绍了植物凋落物分解的研究方法、土壤有机碳组分及土壤有机碳稳定性,并从植物凋落物分解对土壤有机碳及其组分、土壤呼吸和激发效应、土壤微生物群落结构及酶活性的影响以及植物-土壤-微生物相互作用过程对有机碳稳定性的影响等方面进行概述,厘清植物凋落物分解与土壤稳定有机碳形成的关系,并提出了未来该领域亟待关注的研究方向和研究内容。     

微生物残体在土壤中的积累转化过程与稳定机理研究进展

近年来,关于微生物残体在土壤有机质积累和转化过程中的作用越来越受到研究者的关注。土壤有机质中微生物残体的数量和组成比例变化与土壤有机质的形成、容量大小及周转特征密切相关。对目前土壤微生物残体研究方面的相关进展进行了梳理和总结,在明确土壤微生物残体的来源及其重要性的基础上,介绍了土壤微生物残体定量和转化的表征方法,阐述了微生物残体在土壤有机质积累转化过程中的作用及其主要影响因素,探讨了微生物残体在土壤中的稳定机制,提出了微生物通过同化代谢作用驱动细胞残体积累进而促进土壤有机质积累和稳定过程中亟待探讨的科学问题。期望为进一步探究陆地生态系统土壤有机质周转与微生物过程的相互作用机理提供一定的思考。     

侵蚀区植被恢复过程中土壤有机碳稳定性的研究进展

探究土壤有机碳(SOC)的组成、来源和稳定性机制是深入认识陆地碳汇功能和应对气候变化的关键。"增加土壤碳汇"与"稳定现存土壤碳汇"都是提升陆地生态系统碳固持能力的重要方面,地位同等重要。与"增汇"研究成果丰硕相比,"稳汇"研究相对薄弱。侵蚀区进行植被恢复可以显著促进SOC积累,但由于侵蚀区存在碳素坡面侵蚀损失,其碳素积累效率低于其他生态系统类型区这一重要环节,导致目前有关侵蚀区及其水土保持植被恢复过程中SOC动态变化、稳定性及固持长期有效性等问题尚不清楚,微生物介导的SOC稳定机制尚未充分揭示。通过简要概括侵蚀区植被恢复过程中土壤碳素的积累效益和影响因素,综述植被恢复对土壤SOC及其活性组分稳定性的影响;在简要介绍土壤微生物在调控土壤碳素稳定性重要作用的基础上,梳理了基于微生物"碳泵"理论的土壤有机碳稳定性研究进展,特别是指出了随着植被恢复进程,侵蚀区土壤微生物介导的SOC动态变化,总结现有研究的不足。指出今后需要从研究对象(重点是西南石漠化区和南方红壤丘陵区)、研究内容(土壤微生物介导的SOC稳定状态和机制)、研究手段(借用微生物碳泵的理念,野外典型样地调查与室内培养手段相结合)和研究土层(20 cm以下深层次土壤)4个方面加强研究,以期对相关领域起到一定程度的推动作用。     

植物残体向土壤有机质转化过程及其稳定机制的研究进展

土壤有机质的数量和质量不仅是衡量土壤肥力状况的核心要素,其形成、转化及稳定过程还与全球气候变化密切相关。植物残体是土壤有机质的初始来源,但由于其腐解过程的复杂、多变性以及土壤有机质、微生物的高度异质性,植物残体向土壤有机质的转化和稳定机理尚不十分明确。本文介绍并讨论了近年来关于植物残体向土壤有机质转化相关研究的新发现,探讨了微生物源和植物源有机质对土壤有机质的贡献,概述了土壤有机质形成的微生物驱动机制,并综述了植物残体输入后土壤有机质稳定性的相关研究,最后对该研究领域未来的发展进行展望,以期能够为科学地提高土壤的固碳能力提供参考。     

干湿交替对土壤呼吸和土壤有机碳矿化的影响述评

土壤干湿交替循环对土壤呼吸的“激发效应”被证实在干旱、半干旱和地中海气候区普遍存在。土壤干湿交替被认为是影响土壤呼吸的重要因素。土壤物理、化学、生物性状会在干湿交替过程中发生一系列变化,引发土壤CO₂排放量显著激增而引起“Birch效应”。随着未来气候变化下极端降水天气事件发生频率的增加,降雨强度和频率的改变将导致部分地区的土壤经受更广泛和频繁的干湿交替作用,加剧土壤干湿循环,影响土壤呼吸。重点论述了干湿交替对土壤碳素循环各个关键过程(尤其是土壤呼吸和SOC矿化)的影响效应,归纳总结了干湿交替对土壤碳素循环的影响机制,从土壤团聚体、根系呼吸、微生物呼吸等方面阐述了干湿交替对土壤呼吸和土壤有机碳(SOC)矿化激发效应的影响及其机理。综合生理学说与物理学说观点,认为干湿交替主要通过土壤结构、SOC的分解速率、土壤微生物群落的结构与稳定性等的改变来影响土壤呼吸和SOC矿化过程。目前,关于干湿交替对土壤碳素循环关键过程影响的研究结果还不尽一致,其影响机制尚不明晰,研究方法也还有一些不足之处。简要指出了目前研究过程中存在的一些不足,并对未来研究中值得深入研究的科学问题进行了探讨与展望。     

水土保持措施对红壤缓坡地土壤活性有机碳及酶活性的影响

基于植物篱和稻草覆盖控制红壤坡耕地水土流失的长期定位试验,以花生常规等高种植为对照(CK),研究红壤缓坡地香根草篱(H)、稻草覆盖(M)、稻草覆盖+香根草篱(HM)3种水保措施下旱、雨季土壤活性有机碳含量及土壤酶活性变化特征,探讨不同水保措施对土壤活性有机碳含量及土壤酶活性的影响。结果表明∶(1)稻草覆盖、香根草篱处理均能显著提高土壤微生物生物量碳含量(p0.05),其中稻草覆盖和香根草篱相结合效果最佳,且在旱季提升效果优于雨季;而稻草覆盖是提高土壤可溶性有机碳含量的主要影响因素;(2)稻草覆盖和稻草覆盖+香根草篱2种水土保持措施均能显著提高雨季土壤酶活性(p0.05),其中稻草覆盖起决定作用;各水土保持措施对旱季土壤酶活性的影响较小。(3)相关性分析表明,土壤β-葡(萄)糖苷酶和纤维素酶活性与土壤活性有机碳含量呈现良好的相关性(p0.05),对于评价红壤缓坡地水土保持措施土壤环境质量功能、指导实际生产等方面具有重要意义。     

土壤有机碳稳定性及其影响因素

土壤有机碳库在全球碳循环中起着重要作用。利用文献资料,阐明土壤有机碳稳定性理论及其影响因素。土壤有机碳稳定性指土壤有机碳在当前条件下抵抗干扰和恢复原有水平的能力。它是由土壤的理化性质所决定的,是自然因素和人为因素共同作用的结果。土壤有机碳的降解包括生物降解作用和物理化学降解作用等,生物降解作用是主要的过程。把土壤有机碳库分成活性碳库、慢性碳库、惰性碳库,能较好地与土壤微生物的生物降解过程相对应。构建土壤有机碳稳定性概念模型,能更系统地理解有机碳在土壤中的稳定机制。