臭氧污染对麦田土壤不同活性有机碳库的影响

近年来大气臭氧危害加剧,臭氧浓度升高影响植物—土壤系统进而影响土壤有机碳库周转。本研究在开放条件下,采用Chan修订的Walkley-Black方法,研究了连续5年增加稻—麦轮作系统大气臭氧浓度(较周围大气高50%)对麦季农田土壤不同活性有机碳库的影响。结果表明,大气臭氧浓度升高致使0~3 cm、10~20 cm土层土壤有机碳含量显著降低,累积导致耕层(0~20 cm)土壤有机碳含量下降18.4%(p0.05)。臭氧浓度升高显著降低了0~3、3~10、10~20 cm 3个土层中的活性有机碳含量;臭氧升高使0~3 cm土层的受保护缓性有机碳含量增加了10.8%(p0.05),并使未受保护缓性有机碳含量降低了59.7%(p0.05);臭氧升高条件下10~20 cm土层的受保护缓性有机碳含量降低了59.6%(p0.05)。臭氧升高对不同活性碳占总有机碳比例的影响受活性碳类型和土壤层次的制约,显著降低了3~10 cm土层活性有机碳所占比例(p0.05),未对耕层各层次上的稳定有机碳含量及其分配产生显著影响。臭氧升高导致土壤中占土壤有机碳比重59.3%~69.8%的活性碳库的库容变小,应是土壤有机碳库下降的直接原因。本研究表明长期大气臭氧浓度增加具有降低土壤有机碳含量并改变不同活性有机碳库分配与周转的态势。     

保护性耕作模式对黑土有机碳含量和密度的影响

以公主岭市长期（10 a）保护性耕作定位试验为研究对象,分析与传统耕作模式相比的几种保护性耕作模式对黑土固碳效应的影响。共设4种耕作模式,即秋翻秋耙匀垄、秋灭茬匀垄、全面旋耕深松和宽窄行交替休闲（又叫松带、苗带交替休闲）（后3种视为保护性耕作）。结果表明,经过10 a的耕作试验,不同的耕作模式对土壤有机碳有显著的影响。表层0～20 cm秋翻秋耙匀垄和秋灭茬匀垄模式的土壤有机碳含量最低,深层30～50 cm全面旋耕深松模式的土壤有机碳质量分数显著低于其他耕作模式13.49%～25.14%;0～50 cm耕层     

长期不同施肥和土地利用方式对塿土耕层碳储量的影响

利用土20年长期肥料定位试验研究了不同土地利用方式和施肥对土壤有机碳和无机碳储量变化的影响。试验包括休闲（Fallow, FL）、 撂荒（Setaside, SL）、 不施肥（CK）、 单施氮（N）、 氮钾（NK）、 磷钾（PK）、 氮磷（NP）、 氮磷钾（NPK）、 氮磷钾配合秸秆还田（SNPK）、 氮磷钾配合低量有机肥（M1NPK）和氮磷钾配合高量有机肥（M2NPK）11个处理。结果表明,CK和 FL 处理等质量耕层土壤有机碳储量仍维持在试验前水平,NP和 SL 处理显著提高了耕层土壤有机碳储量,年均增加分别达到 347 kg/hm2 和518 kg/hm2, 此4个处理等质量耕层土壤无机碳储量均较试验开始前（Initial soil, IniS）显著下降,尤其是NP处理显著低于其它3个处理。与IniS和CK相比,除NK处理外的所有施肥处理均显著地提高了等质量耕层土壤有机碳储量,其大小顺序为 M2NPKM1NPKSNPKNPKNPPKN,最大年均增加量为M2NPK 944 kg/hm2,最小为N 127 kg/hm2。施肥处理除PK和M2NPK处理外,其它处理等质量耕层土壤无机碳储量均较试验前明显降低,可能是由于土壤酸化所致。PK和M2NPK处理无机碳储量能够维持不下降,表明土壤无机碳和有机碳在适合条件下可能有某种关系。试验结果还显示,长期试验20年除M1NPK和M2NPK处理外,其它处理耕层土壤容重均明显高于试验开始前,表明等质量土壤碳储量与等深度碳储量相比可以更好地反映土壤碳的变化。     

中国农田土壤有机碳变化:I驱动因素分析

农业不仅是温室气体的主要排放源之一,同时也可能是温室气体的吸收汇.探明中国农田土壤碳库变化趋势以及农田土壤碳库的源、汇功能对农业减缓和应对气候变暖具有重要意义.本文研究根据中国第一次和第二次土壤普查数据,以及大量文献资料中长期定位点试验数据整理分析,对20世纪60年代以来中国农田土壤碳库时空演变格局,以及农田土壤有机碳变化的驱动因素进行了探讨.研究表明,1960～2000年期间中国农田土壤有机碳含量的增减与气候变化的相关性较弱,其间农田用地类型和管理措施的改变是影响农田土壤碳库源、汇功能的主要驱动因素.1960～1980年期间,农田耕层土壤有机碳含量从23 g·kg-1下降到15 g·kg-1;而1980～2000年期间,由于中国农田保护性耕作等措施的实施,农田耕层有机碳含量从15 g·kg-1增长到21 g·kg-1.中国农田耕层土壤有机碳含量的年均变化速率与初始含碳量呈负相关.尽管20世纪80年代后期,中国农田土壤有机碳源转为碳汇,但不可忽视的是自60年代以来中国已有60%农田耕层土壤有机碳含量出现下降趋势.     

耕作方式对华北农田土壤固碳效应的影响

研究不同耕作方式对华北农田土壤固碳及碳库管理指数的影响,可为探寻有利于农田固碳的耕作方式提供科学依据。该研究在中国农业大学吴桥实验站进行,试验于2008年设置了免耕秸秆不还田(NT0)、翻耕秸秆不还田(CT0)、免耕秸秆还田(NT)、翻耕秸秆还田(CT)和旋耕秸秆还田(RT)5个处理。研究测定分析了土壤容重、有机碳、易氧化有机碳含量及不同耕作方式下的碳库管理指数。通过对不同耕作方式下0～110cm土壤的分析,结果表明,随着土层的加深,土壤有机碳含量不断下降,NT显著增加了表层(0～10cm)土壤有机碳含量,而>10～50cm有机碳含量较其他处理(NT0除外)有所下降,深层(>50～110cm)处理间差异不明显;土壤容重与有机碳含量呈显著的负相关关系(P<0.01);0～30cm土层有机碳储量以NT最高,CT与其无明显差异,二者较CT0分别高出13.1%和11.0%,而至0～50cm土层,CT的碳储量最高,但与NT无显著差异(P<0.05);与CT0相比,NT0降低了各层土壤易氧化有机碳含量,而NT则在0～10cm土层表现为增加;RT、CT分别显著增加了0～10、>10～30cm土层的碳库管理指数。结果表明,秸秆还田可改善土壤质量,提高农田碳库管理指数,同时碳库管理指数受耕作方式的影响也较大,尤其是CT和RT;NT通过减少土壤扰动、增加有机质的输入,可提高上层土壤有机碳的储量。     

转变耕作方式对长期旋免耕农田土壤有机碳库的影响

土壤深松是解决长期旋免耕农田耕层浅薄化、亚表层（>15～30 cm）容重增加等问题的有效方法之一,而将长期旋免耕农田进行深松必然导致农业生态系统中土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）及碳固定速率的变化。因此,为对比将长期旋免耕转变为深松前后农田土壤有机碳库变化,该研究利用连续12a 的旋耕和免耕长期定位试验以及在此基础上连续6 a旋耕-深松和免耕-深松定位试验,对比了转变耕作方式对农田土壤0～30 cm有机碳含量、周年累积速率及其固碳量的影响。研究结果表明,经过连续12 a的旋耕和免耕处理（2002－2014）,2014年免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比试验初期（2002年）提高38%,旋耕处理降低了30%,而对照常规处理无显著差异。免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比旋耕处理高约2.6倍（2014年）。长期免耕显著提高了土壤0～30 cm的有机碳含量,2002~2014年其土壤0～30 cm固碳量为16.69 t/hm2,但长期旋耕导致土壤0～30 cm SOC含量显著降低,表现为土壤有机碳的净损耗,年损耗速率为?0.75 t/hm2。而长期旋耕后进行深松（旋耕-深松处理）6年其土壤0～30 cm的有机碳含量较原旋耕处理提高32%～67%,且显著提高了土壤固碳量及周年累积速率;免耕-深松土壤0～30 cm的有机碳周年累积速率较免耕处理下降了42%。长期旋耕造成有机碳水平下降的条件下,将旋耕处理转变为深松处理在短期内更有利于促进土壤有机碳的积累,而将长期免耕处理转变为深松措施,降低了土壤有机碳的累积速率和固碳量。     

不同肥料管理对三熟制高产稻田土壤有机碳消长与平衡的影响

采用田间长期定位试验,研究了不同施肥条件下浙江省三熟制高产稻田土壤有机碳的消长和平衡。结果表明,浙江省三熟制高产稻田耕层(0～20cm)土壤有机碳(C)的年自然矿化量在1800～2000kg/hm2;作物根茬有机碳量与子粒产量密切相关。两者的比值相当稳定,分别为0.30(单施化肥)和0.32(化肥有机肥配施),这便于估算耕层的根茬有机碳量。试验结果还表明,根茬有饥碳对维持耕层土壤有机碳的平衡有相当大的贡献,但在单施化肥时大多不足以补充矿化消牦;在不施肥时,根茬生物量和有机碳量均逐年下降。试验发现,可以利用土壤有机碳的年自然矿化量、矿化因数、子粒产量和(或)有机碳施入量来测算耕层土壤有机碳的消长和有机碳的平衡施用量。测算结果表明,浙江省三熟制高产稻田有机碳(C)的年平衡施用量一般不大于1600kg/hm2,折成水稻秸秆约为4000kg/hm2,相当于全年水稻秸杆总生物量的三分之一左右,可作为推荐有机肥用量之参考。     

粉碎与颗粒秸秆高量还田对黑土亚耕层土壤有机碳的提升效应

针对东北黑土亚耕层有机碳匮乏,且秸秆体量大、利用困难的问题,于2015—2018年开展田间定位实验,以秸秆不还田为对照(CK),探究粉碎秸秆(FS)与秸秆颗粒(KL)处理下1倍量(15 t·hm~(–2))、3倍量(45 t·hm~(–2))、5倍量(75 t·hm~(–2))的深埋还田对土壤有机碳含量、有机碳结构以及土壤养分比例的影响,旨在通过"变废为宝"促进黑土地可持续发展。结果表明:1)秸秆还田对20～40 cm土壤亚耕层有机碳提升效果显著,随着秸秆倍量的增加,亚耕层土壤有机碳在2%～20%(1 a)、5%～27%(2 a)、1%～18%(3 a)之间变化,高倍量还田优势显著;秸秆还田2 a土壤有机碳增长率最高,表明还田第2年是有机碳的主要积累时期,且秸秆倍量是影响有机碳变化更重要的因素。2)秸秆还田3 a后,FS5处理的脂化度较高而KL5处理的芳香度较高,粉碎秸秆高量还田更易促进烷基碳链型有机碳合成,而KL5处理易促进芳香烃类有机碳合成。3)高量还田后亚耕层土壤碳氮比与碳磷比增幅大于10%,碳钾比增幅大于20%,且秸秆颗粒还田对养分元素比例的提高具有短期快速效应,而粉碎秸秆具有长期缓释效应。秸秆高量深埋还田显著提高亚耕层土壤有机碳含量,平衡碳与氮、磷、钾养分元素比例关系,是增厚培肥黑土层以及解决东北秸秆还田问题的可行方法。     

不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响

为了探明不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响,2014-2017年在连续翻耕8a的玉米地上设置翻耕(CT)、旋耕(RT)、深松(ST)、免耕(NT)4个单一耕作处理和翻耕-免耕(CT-NT)、深松-免耕(ST-NT)2个轮耕处理开展了研究。结果表明,连续免耕(NT)显著增加了0～40cm土层有机碳含量和有机碳储量(P0.05),平均比CT增加4.45%和5.27%,比RT增加7.23%和8.50%;连续深松(ST)也有较好的固碳效果,在4个单一耕作措施中仅次于NT;连续翻耕(CT)和旋耕(RT)显著降低了土壤有机碳含量和有机碳储量(P0.05),RT的降低幅度大于CT。CT-NT和ST-NT2个轮耕处理既有较好的固碳效果,又符合当地农民操作习惯,有机碳含量分别比CT增加2.44%和4.82%,比RT增加5.12%和7.55%;有机碳储量比CT增加2.50%和5.47%,比RT增加5.64%和8.70%。不同耕作制度会使土壤有机碳发生层化,但有机碳含量的层化更多表现在不同土层之间,相同层次各处理之间变化不大;而有机碳储量只在耕层以下发生了层化,相同土层各处理之间也表现出比较明显的层化特征。因此,综合分析认为,任何一个单一耕作措施都有其局限性,CT-NT和ST-NT是比较理想的耕作模式,在该区域农业可持续发展中具有一定的应用价值。     

黄土高原草地土壤有机碳分布及其影响因素

以黄土高原水平方向的4种主要草地类型为研究对象,分析了不同草地类型土壤有机碳(SOC)的分布特征及其影响因素。结果表明:土壤有机碳含量随土壤深度的增加而降低,其中0～20 cm土壤有机碳含量与20～40、40～60、60～80、80～100 cm有机碳含量差异显著。4种草地类型土壤有机碳含量分布规律:0～40 cm为高山草甸草原>典型草原>森林草原>荒漠草原,40～100 cm为高山草甸草原>森林草原>典型草原>荒漠草原;4种草地类型中各土层土壤有机碳含量最高的是高寒草甸,其空间变异最大,最小的是荒漠草原,其变异最小。黄土高原上高寒草甸草原、森林草原、典型草原土壤有机碳均集中分布在浅表层0～40 cm,分别占0～100 cm的71%、50%、46%,而荒漠草原各层分布较均匀;黄土高原土壤有机碳含量与海拔高度呈显著正相关(p<0.01);0～40 cm土壤有机碳含量与土壤含水量呈显著正相关(p<0.01);与全氮有极显著的正相关性,相关系数达0.984 3;与年均温呈极显著负相关(p<0.01),几种草地类型100 cm深土壤有机碳含量与年降水量无明显相关。     

Tillage effect on organic carbon in a purple paddy soil

The distribution and storage of soil organic carbon （SOC） based on a long-term experiment with various tillage systems were studied in a paddy soil derived from purple soil in Chongqing, China. Organic carbon storage in the 0-20 and 0-40 cm soil layers under different tillage systems were in an order： ridge tillage with rice-rape rotation （RT-rr） 〉 conventional tillage with rice only （CT-r） 〉 ridge tillage with rice only （RT-r） 〉 conventional tillage with rice-rape rotation （CT-rr）. The RT-rr system had significantly higher levels of soil organic carbon in the 0-40 cm topsoil, while the proportion of the total remaining organic carbon in the total soil organic carbon in the 0-10 cm layer was greatest in the RT-rr system. This was the reason why the RT-rr system enhanced soil organic carbon storage. These showed that tillage system type was crucial for carbon storage. Carbon levels in soil humus and crop-yield results showed that the RT-rr system enhanced soil fertility and crop productivity. Adoption of this tillage system would be beneficial both for environmental protection and economic development.     

不同耕作方式对中国东北黑土有机碳的短期影响

A tillage experiment, consisting of moldboard plow （MP）, ridge tillage （RT）, and no-tillage （NT）, was performed in a randomized complete block design with four replicates to study the effect of 3-year tillage management on SOC content and its distribution in surface layer （30 cm） of a clay loam soil in northeast China. NT did not lead to significant increase of SOC in topsoil （0-5 cm） compared with MP and RT; however, the SOC content in NT soil was remarkably reduced at a depth of 5-20 cm. Accordingly, short-term （3-year） NT management tended to stratify SOC concentration, but not necessarily increase its storage in the plow layer for the soil.     

耕作措施对双季稻田土壤碳及有机碳储量的影响

针对不同耕作措施对双季稻田的固碳效应和固碳潜力问题,选择湖南省宁乡县的双季稻区试验点进行了有机碳、活性有机碳以及耕层有机碳储量的研究,以期为制定适合于稻田条件下的合理耕作方式提供理论依据。结果表明,耕作措施和秸秆还田对有机碳（SOC）和活性有机碳（AOC）含量均产生不同程度的影响。免耕处理下,有机碳和活性有机碳含量皆随土壤深度的增加而减少,土壤0～5cm的SOC和AOC的含量最高,且与其他层次达到显著性差异水平（P＆lt;0.05）,具有明显的表层富集现象。与免耕相比,旋耕和翻耕则更利于5～10cm和10～20cm土层的有机碳和活性有机碳的积累。比较秸秆还田对SOC和AOC的影响表明,秸秆还田有效地提高了0～10cm有机碳含量,但对10～20cm并未产生显著影响,秸秆的输入并未增加土壤活性有机碳的含量。采用等质量方法计算了耕层土壤有机碳储量,结果显示旋耕秸秆还田使有机碳储量明显增加,而免耕只增加了土壤0～5cm和5～10cm土层有机碳储量,10～20cm有机碳储量有所降低,但耕作措施对有机碳储量的长效作用还有待于进一步研究。     

保护性耕作下农田表土有机碳含量变化特征分析——基于中国农业生态系统长期试验资料

本文收集整理1979--2008年有关中国保护性耕作的长期试验文献，整合分析了长期保护性耕作下中国农田表土有机碳的变化特征。采用的48篇有效文献涉及18个省（区、市）的59个长期试验点，涵盖12种土类。总样本88个（其中早地51个，水田37个）。结果表明，保护性耕作处理下旱地和水田表土有机碳年变化分别介于一0．30～0．75g·kg^-1·a^-1和-0．20～2．71g·kg^-1·a^-1，平均增幅分别达0．21g·kg^-1·a^-1和0．51g·kg^-1·a^-1。可见长期保护性耕作下，农田表土有机碳含量总体呈上升趋势，水田下增长高于旱地。和少免耕相比，秸秆还田更有利于促进表土有机碳的积累。统计分析还表明，结合秸秆还田的综合保护性耕作措施可以使水田和早地的有效固碳期限分别持续27a和23a，水田在保持较高固碳速率的同时，延长了有效固碳年限。耕地表土有机碳含量在保护性耕作下特别是秸秆还田可以较大幅度地提高，实行保护性耕作可以具有农业稳产与土壤固碳的双重意义。     

连续秸秆还田和免耕对土壤团聚体及有机碳的影响

选取湖北省武穴市8年田间定位试验中的传统耕作(CT)、秸秆还田配合传统耕作(CTS)、免耕(NT)和秸秆还田配合免耕(NTS)4种处理,研究连续秸秆还田和免耕措施对表层(0—20cm)和亚表层(20—40cm)土壤团聚体稳定性及有机碳(SOC)的影响。结果表明:CTS、NT和NTS均显著增加了表层5mm水稳性团聚体的含量和团聚体平均重量直径(MWD),秸秆还田显著增加了亚表层土壤水稳性团聚体的MWD。与CT比较,CTS、NT、NTS处理的SOC含量分别增加20.83%,21.98%,32.76%。CTS和NTS处理显著提高了表层5,5~2,0.25mm团聚体中SOC含量,NT则显著提高了5,5~2mm团聚体中SOC含量;CTS显著增加了亚表层0.25 mm团聚体中SOC的含量。秸秆还田增加了表层土壤的碳(C)、氢(H)、氮(N)和氧(O)的含量,免耕降低了H的含量,增加了其他3种元素的含量,但是免耕处理增加了亚表层土壤中H的含量。NT和NTS处理较CT和CTS处理降低了土壤的H/C值,表明土壤的脂肪族成分在不断增加。秸秆还田主要增加了土壤中醇、酚类,芳香类,脂肪族化合物和碳水化合物的含量,而免耕主要增加脂肪族化合物的含量。这些有机组分的增加有助于团聚体稳定性的增强。     

耕作方式对干旱绿洲滴灌复播大豆农田土壤有机碳的影响

为探讨不同耕作措施对不同层次土壤碳的影响,从而评价出滴灌条件下最有利于复播大豆农田固碳的耕作方式,于2012-2014年开展了冬小麦收获后土壤采取翻耕覆膜(tillage plough,TP)、翻耕(tillage,T)、旋耕(rotary tillage,RT)和免耕(no-till,NT)4种不同耕作方式的复播大豆田间试验,研究麦后不同土壤耕作方式对复播大豆农田0~100 cm土层土壤容重、总有机碳(soil organic carbon,SOC)及碳库管理指数(carbon pool management index,CPMI)的影响。结果表明,各处理土壤SOC和易氧化有机碳(easily oxidized organic carbon,EOC)含量随着土层的加深基本呈不断下降趋势。免耕、旋耕处理显著增加了表层0~10 cm土壤的SOC和EOC含量,而TP处理显著增加了耕层20~30 cm的SOC和EOC含量,60~100 cm土层TP处理的SOC含量显著低于其他处理,但各处理间EOC含量差异不显著;土壤容重与总有机碳含量呈显著负相关关系(P0.01);0~60 cm土层不同耕作方式CPMI平均值以免耕处理最高,分别比旋耕、翻耕覆膜、翻耕处理的增加了4.41%、9.90%、22.06%,表明免耕、旋耕能够提高0~60 cm土壤的总体CPMI,而耕翻覆膜显著提高20~30 cm耕层土壤CPMI值。该研究为干旱绿洲滴灌条件下选择最有利于复播大豆农田固碳的耕作方式提供了理论依据。     

土壤润湿性受土壤特性及土地使用的影响

Depth distribution of soil wettability and its correlations with vegetation type, soil texture, and pH were investigated under various land use (cropland, grassland, and forestland) and soil management systems. Wettability was evaluated by contact angle with the Wilhelmy plate method. Water repellency was likely to be present under permanently vegetated land, but less common on tilled agricultural land. It was mostly prevalent in the topsoil, especially in coarse-textured soils, and decreased in the subsoil. However, the depth dependency of wettability could not be derived from the investigated wide range of soils. The correlation and multiple regression analysis revealed that the wettability in repellent soils was affected more by soil organic carbon (SOC) than by soil texture and pH, whereas in wettable soils, soil texture and pH were more effective than SOC. Furthermore, the quality of SOC seemed to be more important in determining wettability than its quantity, as proofed by stronger hydrophobicity under coniferous than under deciduous forestland. Soil management had a minor effect on wettability if conventional and conservation tillage or different grazing intensities were considered.     

Total and mineralizable soil carbon as affected by tillage in the Argentinean Pampas

This study was carried out in experimental plots established at Marcos Juárez, in the Pampean Region (center of Argentina) on Typic Argiudolls, with high silt content. The aim of this work was to study the effects of two tillage systems (reduced tillage and no-tillage) on the amount of total organic C, potentially mineralizable C, C released by respiration, and C stock in the topsoil of a corn (Zea mays L.)–wheat (Triticum aestivum L.)/soybean (Glycine max L. Merr.)–soybean rotation. No-tillage showed C stock greater than reduced tillage only at 0–5 cm depth, but not at 0–20 cm, even though in situ respiration was lower. As a consequence, no tillage did not show a differential capacity for C sequestration in comparison with reduced tillage.