土壤团聚体中有机碳研究进展

增加土壤有机碳有助于农业可持续发展, 同时对缓解温室气体增加造成的全球气候变暖等具有重要意义。土壤团聚体是土壤的重要组成部分, 影响土壤的各种物理化学性质。土壤团聚体和有机碳是不可分割的, 前者是后者存在的场所, 后者是前者存在的胶结物质。本文在综合各方面研究的基础上, 阐述了土壤团聚体和有机碳的依存关系, 影响团聚体固碳的几大因素, 团聚体对有机碳的物理保护机制以及目前应用比较广泛的团聚体内有机碳的研究方法, 为以后的研究提供理论和方法上的支持。     

土壤活性有机质组分的分类方法及其研究进展

土壤活性有机质对农田管理措施和气候变化的响应敏感且快速,是表征土壤质量变化的重要指标,成为土壤生态学及环境土壤学交叉领域的研究热点。本文系统归纳了土壤活性有机质的物理组分(轻组有机质、颗粒有机质、大团聚体有机质、酸碱提取有机质和溶解有机质),化学组分(酸水解有机质和易氧化有机质),生物学组分(微生物生物量碳和氮、潜在可矿化碳和氮)和联合分组组分(游离态团聚体有机质、物理保护有机质和游离活性有机质)的分类方法,分析了不同组分的来源、典型数量(占土壤总有机质的比例)、性质和意义,评述了相关组分的研究进程、作用和影响因素,探讨了土壤活性有机质分组方法的整合应用及其研究进展,提出了补充和验证土壤活性有机质数量测定的不确定性和难比较性的可能技术途径,以期为科学解析土壤活性有机质在土壤质量变化研究中的作用提供理论依据和技术参考。     

铁促进土壤有机碳累积作用研究进展

土壤中总有机碳的含量可反映土壤的有机质含量进而反映土壤肥力水平。在众多的有机碳累积的影响因子中,铁在土壤有机碳的累积方面发挥着"捕获"有机碳并形成"锈汇"的重要作用。本文总结了前人的研究成果,得出土壤中有机碳的固持机制主要包括团聚体的物理保护、矿物质的化学保护、微生物的生物保护以及有机碳自身的保护,并以前两者为主,且铁紧密地参与到物理、化学和生物保护机制中的结论。这说明铁在土壤有机碳累积过程中起重要作用。铁通过促进团聚体的形成、与有机碳发生共沉淀和吸附作用以及影响微生物活性的方式分别参与到物理、化学和生物保护机制中。有机碳自身的保护作用主要体现在一部分有机碳的抗分解性。建议今后更多地关注氧化还原性质活跃的、生态服务功能显著的土壤系统的有机碳固持及碳汇功能恢复机制,更加注重不同机制的定量化研究及重要性对比研究,加强模拟实验研究,更好地实现理论服务于实践。     

土壤团聚体结构与有机碳的关系、定量研究方法与展望

近些年土壤固碳研究受到广泛关注。在诸多影响土壤固碳的因素中,团聚体结构对土壤有机碳的物理保护机制是研究的焦点。土壤中原始有机碳在土壤团聚体和团聚体结构形成中发挥着不可替代的作用,土地利用方式、耕作方式以及施肥措施发生变化后,团聚体及其结构在土壤有机碳固定中的作用变得更加凸显。团聚体结构包含众多的孔隙,这些孔隙的大小、数量、形状以及空间分布等都会影响土壤中水分运移、植物根系生长、土壤生物活动以及土壤有机碳分配,它们相互作用影响土壤中有机碳的固定。本文分析了水分、植物根系以及土壤生物与团聚体孔隙结构之间的关系,阐述了这些因素在土壤有机碳变化中所起的作用,并对目前研究的不足进行了概述。同时,阐述了不同CT(Computed Tomography,CT)技术在土壤团聚体结构探测中的应用及其对结构数据的提取方法,探讨了团聚体孔隙结构对有机碳固定的影响,展望了团聚体结构对有机碳固定影响需要加强的研究内容。参66。     

长期施肥对黑土团聚体中腐殖物质组成的影响

腐殖物质(HS)是土壤有机质的主体,在土壤固碳方面具有重要作用[1],近些年来,在土壤有机质化学研究中越来越受到重视。团聚体是土壤有机质(SOM)分解转化和HS形成的最主要“场所”,土壤中的一切生物化学活动均在这一骨架内进行(包括土壤腐殖化作用)。在正常的或特定的条件下,不仅微生物主导的腐殖化作用需要合适的“场所”,而且所形成的HS也只有在合适的“场所”或者说与土壤矿质部分相结合才能长时间保存[2-3]。这种“场所”或者说有机无机结合状况,是制约整个土壤固碳反应的关键。但至今为止关于这种“场所”(团聚体)的固碳机制尚不清楚,特别是很少注重HS化学方面。团聚体和HS二者关系密切,不可分割。可以假     

不同肥力黑土、棕壤微团聚体组成及其胶结物质的研究

本文通过对黑土、棕壤各级微团聚体组成及其胶结物质的研究表明,不同肥力水平的土壤各级微团聚体组成不同,随着肥力水平的提高,大于10μm微团聚体含量增加,增加幅度为2—5%;土壤团聚度增大,增大范围为2—8%。相关分析表明,土壤有机质含量,特别是松结合态有机质含量与大于10μm的微团聚体含量呈显著正相关,而紧结合态有机质含量及土壤中小于2μm的粘粒则与小于10μm的微团聚体含量呈正相关。去除各种胶结物质以后各级微团聚体的破坏率也证实了这一点。由此认为,各种胶结物质对不同粒级微团聚体的形成影响各异,小粒级微团聚体的形成主要受紧结合态有机质和粘粒的影响,大粒级微团聚体的形成则主要与松结合有机质以及多糖类物质有关。     

侵蚀红壤肥力退化评价指标体系研究

对 6个不同土地利用方式条件下不同侵蚀程度的红壤退化试验小区土壤的物理、化学和生物学性质进行了测定 ,应用主成分分析法对 6个试验小区的红壤肥力退化进行排序和评价。通过对 16项土壤参评因子和 4项参评因子评价结果的比较 ,得出土壤有机质、水稳性团聚体、过氧化氢酶、微生物碳量 4项肥力因子已基本上反映了土壤肥力退化的综合状况 ,并建立了红壤肥力退化程度的评价指标方程 ,从而大大地简化了评价工作     

土壤团聚体对有机碳物理保护机制研究

提升土壤中有机碳固定量在修复退化土壤,降低土壤CO2释放,增加土壤肥力,提高作物生产力方面具有重要作用。在有机碳固定方面,土壤团聚体对有机碳的物理保护是土壤固碳的重要机制之一。文章从1土壤团聚体形成概念模型;2土壤团聚体对有机碳的物理保护;3土壤团聚体物理性质与有机碳固定三个方面阐述了国内外关于土壤团聚体对有机碳物理保护机制的研究进展,并提出今后可能的研究方向。     

土壤碳循环研究及中国稻田土壤固碳研究的进展与问题

土壤碳循环是与全球气候变化密切相关的重要地球表层系统过程,是国际地学和生态学界近年来的热点领域。本文简要概述了国际土壤碳循环研究的进展和发展态势,着重讨论了中国稻田土壤固碳研究已获得的认识。提出碳循环研究越来越走向与生物学的结合,且越来越依赖于长期试验和观测。中国稻田土壤的固碳水平、潜力已有较丰富的认识和资料积累,在团聚体尺度上也开展了较多的固碳机理的研究,包括物理保护、化学结合、生物学的稳定等。无论是野外还是实验室的培养均表明稻田土壤碳矿化潜力较低,这与团聚体的物理保护有关外,还与稻田土壤中存在的碳的化学结合而稳定的机制有关;固碳与农田生态系统生产力和生态服务功能的耦合机制是当前稻田土壤固碳研究的中心内容,一些研究已经表明生物多样性可能是控制碳稳定和温室气体减排与生产力提高的关键因素。未来研究的重点是定量表征固碳中碳更新的关键环节,同时需要加强对作物-土壤微生物相互作用对碳输入、转化和固定的影响及机理的研究。中国稻田土壤固碳与农业发展意义值得进一步重视。     

土地利用方式对红壤和黄壤颗粒有机碳和碳黑积累的影响

颗粒有机碳和碳黑是土壤中两类性质不同的碳库,它们的数量可反映土壤有机质的稳定性。结果表明,浙江省红壤和黄壤中这两类碳库有很大的变化,并与土地利用方式存在联系。颗粒有机碳的数量及其占总有机碳的比例:林地>茶园>旱地;而碳黑占总有机碳的比例一般是:旱地、茶园>次生林地>原生林地。颗粒有机碳是土壤碳库的易变组分,易受利用方式改变而变化,颗粒有机碳占总有机碳的比例随土壤有机质的积累而增加。相同土地利用方式土壤中碳黑数量与粘粒呈正比。土壤中>1 mm水稳定性团聚体与颗粒有机碳含量相关,而土壤<0.25 mm团聚体与碳黑含量相关。     

长期施肥对黑土有机碳矿化和团聚体碳分布的影响

采用我国东北地区的连续施肥28 a的典型黑土,通过颗粒分组的方法,研究了长期不同施肥处理对土壤团聚体形成和有机碳在各级团聚体中的分布规律,以及各粒级团聚体对养分的贡献能力的影响。结果表明,施用有机肥促进了土壤中大颗粒团聚体(>0.25 mm)的形成,尤其以2~1 mm粒级增加的比例最大;而当化肥和有机肥配合施用后,主要促进土壤中<1 mm团聚体形成,尤其对0.5~0.25 mm粒级团聚体形成的促进作用最大。施肥(无论是有机肥还是化肥)能增加土壤有机碳含量,而且,化肥有机肥配合施用较单施化肥和单施有机肥的效果更好。随着团聚体粒级的降低,团聚体中有机碳的分配出现两个峰值,分别在2~1 mm和0.25~0.053 mm两个粒级中出现。单施化肥处理及化肥有机肥配施处理与无肥处理相比均增加了0.5~0.25 mm粒级团聚体对有机碳的贡献率;单施有机肥的处理与无肥处理相比增加了1~0.5 mm粒级团聚体对有机碳的贡献率。然而,对于东北的典型黑土,2~1 mm和0.25~0.053 mm两个粒级对土壤有机碳的保护作用最大,表明团聚体对有机碳的保护作用是碳分配和矿化分解作用的综合结果,通过调控施肥种类可以达到有效保护土壤质量和肥力的效果。     

有机培肥显著提升矿区复垦土壤活性有机碳含量

  【目的】  土壤有机碳作为土壤肥力的核心，其不同组分间具有高度异质性。研究不同施肥措施对煤矿区复垦土壤有机碳及其各组分提升的差异特征，可为煤矿区土壤修复提供理论依据。  【方法】  田间试验在山西煤矿复垦区进行，复垦始于2014年，种植作物为大豆 (1年) 和玉米 (2年) 轮作，采样时 (2018年) 种植作物为玉米。试验共设5个处理分别为未复垦自然恢复 (ZH)、不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、单施有机肥 (M) 和有机肥配施化肥 (MNPK)。使用物理?化学联合分组方法，将土壤有机碳分为游离活性、物理保护、化学保护和生物化学保护4个组分，分析了不同施肥处理下土壤各组分有机碳的含量，计算了各组分有机碳与总有机碳含量间的相关关系。  【结果】  相较于自然恢复处理，CK、NPK、M、MNPK处理中土壤总有机碳含量分别提高了11.8%、24.0%、49.3%和38.8%，有机肥处理又显著高于CK和NPK处理。M、MNPK处理下，游离活性有机碳含量分别为2.11 和1.68 g/kg，物理保护有机碳含量分别为0.70 和0.49 g/kg，均显著高于CK和NPK处理；化学保护和生物化学保护组分的有机碳含量在各处理间差异不显著。除了微团聚体内的轻组和粘、粉粒外，各组分质量比例在不同施肥处理间均存在显著差异，施用有机肥主要增加了大团聚体 (游离活性态和物理保护态) 的质量比例，改善了土壤结构。相关分析表明，游离态的粗颗粒和细颗粒有机碳及物理保护有机碳与总有机碳含量间呈现极显著正相关关系 (P < 0.01)，其中拟合方程的斜率表示组分碳含量随单位总有机碳含量增加而引起的变化值，最高的为游离粗颗粒有机碳组分，达到39.7%，游离细颗粒和物理保护有机碳组分的变化率分别为18.6%和21.7%；而化学保护粘、粉粒和生物化学保护粘粒组有机碳与总有机碳含量无显著相关性。  【结论】  施肥和轮作与自然恢复状态相比，短期可显著提高土壤有机碳含量，施用有机肥效果好于单施化肥。单施或者与NPK配合施有机肥主要促进了土壤大团聚体中游离活性态和物理保护态有机碳含量的提升，单施有机肥效果更佳。由于新增的土壤有机碳活性高，需要长时间持续投入才可能恢复土壤有机碳的稳定性。     

Organic matter in volcanic soils in Chile: Chemical and biochemical characterization

Abstract

Determinations were made of total soil organic matter (SOM), stable and labile organic fractions, biomass carbon (C), and chemical composition of several humus‐soil‐fractions in Chilean volcanic soils, Andosols and Ultisols. Their physico‐chemical properties and humification degree at different stages in edaphic evolution were also assessed. In addition, organic matter models were obtained by chemical and biological syntheses and the structures and properties of natural and synthetic humic materials were compared with SOM. Results indicate that Andosols have higher SOM levels than Ultisols, but the fraction distribution in the latter suggests a shift of the more stable fractions to the more labile ones. Moreover, contents of humines, and humic and fulvic acids suggest that Chilean volcanic soil SOM is highly humified. On the other hand, among the SOM labile fractions, carbohydrate and biomass are about 15% of the SOM which are one of the most important fractions in soil fertility.     

施用有机肥煤矿复垦耕地有机碳的固持效率及组分变化

  [【目的】]  研究长期施用不同量有机肥下复垦耕地总有机碳 (SOC) 及其各组分的固碳效率变化,为煤矿区复垦土壤肥力快速提升提供理论依据。  [【方法】]  山西煤矿塌陷区复垦长期定位试验始于2008年,设置不施肥(CK)、施用化肥(F)、化肥配施低量有机肥(LMF)和化肥配施高量有机肥(HMF) 4个处理。2019年玉米收获前,采集0—20 cm土层土壤样品,采用物理?化学联合分组方法,测定土壤总有机碳(SOC)及各组分有机碳含量,分析碳投入与土壤总有机碳及各组分有机碳含量之间的关系。  [【结果】]  复垦11年后,与CK相比,F、LMF和HMF处理SOC含量分别显著增加了23.8%、39.6%和82.1% (P<0.05),固碳速率分别达到 0.57、0.83和1.28 t/(hm2·a)。复垦土壤的固碳效率为20.9%,游离态颗粒有机碳组分的固碳效率最大(9.0%),是土壤固碳的主要形式。与CK相比,F处理的土壤游离态颗粒有机碳、化学保护粘粒组有机碳和生物化学保护粘粒组有机碳储量分别提高37.1%、52.3%和93.5%,而LMF和HMF处理提高了土壤游离态粗颗粒有机碳组分、物理保护有机碳、化学保护粉粒组和粘粒组有机碳及生物化学保护粘粒组有机碳储量。与CK相比,HMF处理对上述各组分的提升幅度分别为66.1%、179.6%、59.7%、48.6%及63.0%;与LMF处理相比,HMF处理对各组分的提升幅度分别为19.6%、32.1%、28.5%、5.3%和7.3%。与CK和F处理相比, LMF和HMF处理显著提高了土壤物理保护有机碳在总有机碳中的分配比例。复垦土壤有机碳年均固定量均与年均碳投入量之间极显著正相关,复垦土壤各组分有机碳年均固定量与年均碳投入量之间极显著正相关(P<0.01)。  [【结论】]  复垦土壤有机碳年均固定量与碳投入量之间极显著正相关,在复垦11年后,复垦土壤仍有很大的固碳潜力,固存的有机碳主要以游离态颗粒有机碳为主。施用高量有机肥是快速恢复煤矿区复垦土壤有机碳含量的有效措施。     

不同有机厩肥输入量对土壤团聚体有机碳组分的影响

土壤是重要的有机碳库,其微小变化可能引起大气CO2浓度水平的较大变异。土壤团聚体对土壤有机碳具有物理保护作用。有机厩肥的输入既可以提高土壤有机碳含量,又可以促进土壤团聚体的形成,对土壤有机碳的截获和保持有重要意义。本实验采用湿筛的方法分离土壤团聚体,并对团聚体进行有机碳组分分离。通过对连续8年施加不同量有机厩肥试验的研究发现:适量的有机厩肥施用可以显著地提高土壤的平均质量直径(MWD),改善土壤结构;过量施用有机厩肥则明显降低了>2 000μm团聚体含量。潮棕壤有机碳主要分布在250～53μm和2 000～250μm团聚体中,两者相加约占有机碳全量的73.7%～78.5%。并且随着有机碳输入量的增加,土壤有机碳主要贮存在2 000～250μm团聚体中。有机厩肥的施加明显地加快了>2 000μm团聚体的更新速率。土壤轻组分有机碳含量也随有机厩肥输入量的增加而不断增加,高量有机厩肥下占全量的22.1%。土壤固定有机碳的能力有限,存在明显的等级饱和现象。因此,在有机质匮乏的土壤施用有机肥意义重大,应尽量减少向高有机质土壤输入有机碳。     

化肥配施不同剂量有机肥对黑土团聚体中有机碳与腐殖酸分布的影响

【目的】 团聚体的形成为土壤有机碳的稳定提供了重要的物理保护，施用有机肥影响着土壤团聚体的形成，量化有机肥施用剂量与团聚体有机碳稳定性之间的关系对于阐明农田土壤有机碳的固碳机制具有重要意义。 【方法】 以黑龙江省海伦市国家野外科学观测研究站为平台，选择连续10年进行化肥配施不同剂量有机肥处理[0、7.5、15、22.5 t/(hm2·a)]的黑土为研究对象，将团聚体分组与腐殖酸提取相结合，分析了不同粒径团聚体中有机碳和腐殖酸的含量与光学特性。 【结果】 1)与单施化肥相比，化肥配施有机肥增加了大团聚体( > 0.25 mm)的分配比例与团聚体的平均重量直径，二者均随着有机肥剂量的增加而逐渐升高，回归拟合分析表明，团聚体的平均重量直径与有机肥剂量之间呈现显著的正相关关系(P=0.03)。2) 2~0.25 mm团聚体是黑土有机碳的主要贮存场所，约占有机碳总量的64.8%~68.8%，大团聚体中有机碳的含量与储量均随着有机肥剂量的增加而逐渐升高， < 0.053 mm团聚体中有机碳含量与储量则维持在较稳定的水平。3)各粒级团聚体中腐殖酸碳含量以0.25~0.053 mm团聚体最高，各粒级团聚体中腐殖酸碳占有机碳百分比之间的差异不显著。化肥配施有机肥提高了各粒级团聚体中腐殖酸碳的含量，使团聚体对有机碳的固持能力增加，且各粒级团聚体中腐殖酸碳的含量随着有机肥剂量的增加逐渐升高。4)化肥配施有机肥增加了各粒级团聚体中腐殖酸的E4/E6比值，表明其分子结构简单化，且以 > 2 mm和0.25~0.053 mm团聚体中腐殖酸E4/E6比值的增加最显著。 【结论】 在黑土中，长期连续进行化肥配施有机肥，促进了团聚体的形成，改善了耕层土壤结构，增加了团聚体中有机碳的积累与固持能力，并使各粒级团聚体中腐殖酸的结构“年轻化”，这种促进作用在高剂量有机肥施用下更为显著。实际生产中，在短期内可通过适当提高有机肥的施用量以提高黑土肥力及其固碳能力。     

Aggregate stability and physical protection of soil organic carbon in semi‐arid steppe soils

Spatial inaccessibility of soil organic carbon (SOC) for microbial decay within soil aggregates is an important stabilization mechanism. However, little is known about the stability of aggregates in semiarid grasslands and their sensitivity to intensive grazing. In this study, a combined approach using soil chemical and physical analytical methods was applied to investigate the effect of grazing and grazing exclusion on the amount and stability of soil aggregates and the associated physical protection of SOC. Topsoils from continuously grazed (CG) and ungrazed sites where grazing was excluded from 1979 onwards (UG79) were sampled for two steppe types in Inner Mongolia, northern China. All samples were analysed for basic soil properties and separated into free and aggregate‐occluded light fractions (fLF, oLF) and mineral‐associated fractions. Tensile strength of soil aggregates was measured by crushing tests. Undisturbed as well as artificially compacted samples, where aggregates were destroyed mechanically by compression, were incubated and the mineralization of SOC was measured. For undisturbed samples, the cumulative release of CO₂‐C was greater for CG compared with UG79 for both steppe types. A considerably greater amount of oLF was found in UG79 than in CG soils, but the stabilities of 10–20‐mm aggregates were less for ungrazed sites. Compacted samples showed only a slightly larger carbon release with CG but a considerably enhanced mineralization with UG79. We assume that the continuous trampling of grazing animals together with a smaller input of organic matter leads to the formation of mechanically compacted stable ‘clods’, which do not provide an effective physical protection for SOC in the grazed plots. In UG79 sites, a greater input of organic matter acting as binding agents in combination with an exclusion of animal trampling enhances the formation of soil aggregates. Thus, grazing exclusion promotes the physical protection of SOC by increasing soil aggregation and is hence a management option to enhance the C sequestration potential of degraded steppe soils.     

Disruption of soil aggregates by varied amounts of ultrasonic energy in fractionation of organic matter of a clay Latosol: carbon,nitrogen and δ13C distribution in particle‐size fractions

Ultrasonic energy has been widely used to disrupt soil aggregates before fractionating soil physically when studying soil organic matter (SOM). Nevertheless, there is no consensus about the optimum energy desirable to disrupt the soil. We therefore aimed (i) to quantify the effect of varied ultrasonic energies on the recovery of each particle‐size fraction and their C, N and δ¹³C distribution, and (ii) to determine an ideal energy to fractionate SOM of a specific soil. Our results show that the 2000–100 μm particle‐size fraction was composed mainly of unstable aggregates and the 100–2 μm fraction of stable aggregates. Energies of 260–275 J ml^?1 were sufficient to disrupt most of the unstable aggregates and leave stable aggregates. The use of this threshold energy combined with particle‐size fractionation was not satisfactory for all purposes, since litter‐like material and relatively recalcitrant organic carbon present in stable aggregates > 100 μm were recovered in the same pool. An ultrasonic energy of 825 J ml^?1 was not sufficient to stabilize the redistribution of soil mass and organic matter among particle‐size fractions, but at energies exceeding 260–275 J ml^?1 relatively stable aggregates would fall apart and cause a mixture of carbon with varied nature in the clay fraction.     

Impacts of plantation forest management on soil organic matter quality

Purpose  

Light fraction soil organic matter is characterized by rapid mineralization due to the labile nature of its chemical constituents and to the lack of protection by soil colloids. The changes in the size of light fraction soil organic matter constituents are useful early indicators of management-related carbon (C) and nutrient changes. However, previous studies have not assessed the impacts of forest management practices on the chemical composition and sources of organic matter in the light fraction. The change in the chemistry of light fraction soil organic matter may significantly affect turnover rate of organic matter in the whole soil and soil fertility. The aim of this study was to assess how different forest management practices would affect the chemical composition of light fraction soil organic matter.     

添加玉米秸秆对白浆土重组有机碳及团聚体组成的影响

研究添加有机物料后,土壤重组有机碳含量变化及其对土壤团聚体组成的影响,对于科学评价秸秆还田对土壤的培肥作用及其环境效应具有重要意义。采用室内培养试验,培养120 d,研究耕作白浆土耕层土壤和母质层中添加不同比例秸秆对土壤重组有机碳积累量、团聚体组成及各粒级团聚体中有机碳分布的影响。结果表明:随秸秆施用量增加,耕层土壤和母质的重组有机碳含量均呈同步增加趋势,耕层土壤和母质相比,重组有机碳增量差异不大,两者增量差值仅为0.34 g kg-1,但两者的有机碳增率差异很大,耕层土壤仅为85.51%,母质则高达556.23%。说明在成土过程中,耕层土壤中有机质的累积会降低其固碳潜力,而在母质层中,其固碳"位点"处于"空置"状态,因此有很强的固碳潜力。同时,秸秆的添加,促进了土壤中小粒径团聚体(0.25 mm)向大团聚体(0.25mm)的转化,耕层土壤和母质土壤在秸秆添加量为3%和2%时大团聚体中有机碳的贡献率最高,分别为69.90%和65.48%。在白浆土中添加玉米秸秆培养后,其母质的固碳能力大于耕层土壤。