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.     

有机物料对土壤有机磷组分及其矿化进程的影响

通过300天室内恒温(30℃)好气培养实验,研究了不同C/N有机物料(水稻秸秆、玉米秸秆、牛粪、猪粪)掺入土壤后,土壤有机P及各组分含量和有机P的矿化特征。结果表明:有机物料的添加,不同程度地增加了土壤有机P含量;添加有机物料处理,有机P矿化率高于对照处理,且在培养的前30天迅速矿化。掺入有机物料处理土壤有机P各组分含量均有所增加;对照处理有机P各组分的矿化进程都比较平稳,而添加物料处理的活性和中等活性有机P则呈增加或波动状态,中稳和高稳性有机P在腐解初期出现迅速矿化。有机物料的添加,可以促进有机P各组分间的转化,提高土壤P素的有效性。     

玉米秸秆不同构件混合分解的非加和效应及其对土壤有机碳矿化的影响

[目的]研究玉米秸秆不同构件混合分解的非加和效应及其对黄绵土土壤有机碳矿化的影响,为秸秆还田背景下坡地土壤CO2排放提供理论支撑。[方法]采用室内模拟试验,试验设置无玉米秸秆土壤对照(CK)及4种玉米秸秆添加处理:茎+土壤(CKS)、叶+土壤(CKL)、鞘+土壤(CKLS)、混合玉米秸秆+土壤(CKM)。[结果]培养结束土壤有机碳矿化累积排放量实测值显著高于预测值,且促进作用主要是由培养初期快速分解阶段(1~28d)导致的。培养结束后混合玉米秸秆剩余质量预测值明显高于实测值,且元素含量发生明显改变,其中全氮含量预测值明显低于实测值,C/N预测值明显高于实测值。培养结束后CKS处理土壤微生物碳含量明显高于其他几种处理,其他几种处理差异不显著;添加玉米秸秆处理土壤微生物量氮明显降低,相应的土壤微生物量C/N增大,CKS,CKL和CKM处理与CK处理差异达到显著水平。土壤可溶性有机碳(DOC)含量CKLS和CKM处理明显高于其他3种处理,CKS与CKL处理与对照差异不显著。[结论]玉米秸秆不同构件按比例混合对玉米秸秆分解产生协同促进作用,混合分解过程促进氮累积。     

不同施肥处理土壤及不同C/N比有机物料中有机N的矿化进程

采用室内恒温控湿好气培养试验研究长期不同施肥制度培育的土壤有机N库的供氮能力及不同C/N比有机物料掺混土壤后有机N的矿化特征与进程。结果表明:长期不同施肥制度培育的土壤有机N库的供氮能力各不相同,与不施肥处理相比,长期施用化肥或有机肥均能提高土壤的供氮能力,二者相结合可明显提高土壤供氮力;不同C/N比有机物料掺混土壤后有机N的矿化特征与物料的C/N比密切相关,有机N的矿化进程可区分为前期的快速分解和后期的缓慢分解。     

不同有机肥施用模式下黄壤稻田根际和非根际土壤有机碳的矿化特征

【目的】研究长期施用有机肥对土壤有机碳矿化特征的影响,为提高土壤碳库稳定性和培肥土壤提供理论依据。【方法】贵阳黄壤肥力与肥效长期定位试验始于1994年,种植制度为单季水稻。2021年水稻收获后,选取不施肥(CK),平衡施用化肥(NPK),25%和50%有机肥氮替代化肥氮(0.25MNPK、0.5MNPK)和单施有机肥(M) 5个处理的水稻植株,用抖根法采集根际和非根际土壤样品,分析活性碳组分含量,以采集的土样进行室内培养试验,研究有机碳矿化特征。【结果】1)与NPK相比,3个有机肥处理的根际土壤有机碳(SOC)含量提升了26%～43%,非根际土壤SOC含量提高了24%～32%;根际土壤微生物量碳(MBC)含量提升了16%～31%,且比非根际土壤高148%;非根际土壤易氧化有机碳(LOC)含量显著提升了36%～75%;0.5MNPK处理非根际土壤可溶性有机碳(DOC)含量显著提升了54%,且根际土壤的DOC含量平均高于非根际土壤10%。2)有机肥施用可明显增加黄壤稻田根际及非根际土壤有机碳矿化量,非根际土壤有机碳矿化量和矿化率分别高于根际土壤30%和33%;较CK和NPK处理,有机肥施用...     

长期施肥潮土在玉米季施肥初期的有机碳矿化过程研究

以黄淮海平原长期定位试验地2007年玉米播种期土壤为研究对象,通过室内37天的培养实验并选择4个应用比较广泛的方程对土壤有机碳矿化过程进行拟合,其目的主要是为了比较研究长期不同施肥土壤在玉米季施肥初期有机碳矿化过程及主要矿化参数的差异,并评估矿化参数和主要土壤性质之间的相关关系.结果表明,37天培养期内各施肥处理土壤CO2-C累积释放量与土壤有机碳、全氮含量和微生物活度均呈显著正相关,大小依次为OM＞1/2OM+1/2NPK＞NPK＞NP＞PK＞CK＞NK,有机碳矿化过程均呈曲线形式,与Jones(1984)改进的一级动力学方程拟合效果最好.拟合所得土壤潜在可矿化有机碳量(C0)、易矿化有机碳量(C1)和初始潜在矿化速率(C0k)均表现出有机肥处理高于化肥处理,施肥处理高于不施肥处理(NK处理除外),与土壤有机碳、全氮和土壤微生物活度均呈显著正相关;有机碳矿化速率(k)和土壤潜在可矿化有机碳占土壤总有机碳的比例在处理间差异均不显著,除k与有机碳呈显著负相关外,其他与土壤性质均无显著相关性.因此,我们推测有机肥和化肥的平衡施用均能显著增强土壤有机碳的矿化作用,有利于土壤无机养分的释放,同时使部分有机碳在土壤中积累.     

外源碳输入对华北平原农田和湿地土壤有机碳矿化及其温度敏感性的影响

研究外源碳输入和气候变暖对土壤有机碳矿化的影响,对于深入理解土壤有机碳的稳定和积累机制以及其对全球变化的响应具有重要意义。通过为期35 d的室内培养试验,利用~(13)C稳定同位素标记技术,研究了华北平原典型农田和湿地土壤在15℃和25℃下的土壤有机碳矿化及激发效应。结果表明,土地利用类型(农田/湿地)、温度(15℃/25℃)和葡萄糖添加[0.4mg(C)·g~(-1)]对土壤有机碳矿化均具有显著影响。在相同培养温度下,未添加葡萄糖的农田和湿地土壤有机碳矿化无显著差异,而添加葡萄糖处理下农田土壤有机碳矿化显著高于湿地土壤。除湿地土壤在15℃下培养外,添加葡萄糖显著促进了农田和湿地土壤有机碳矿化,农田土壤有机碳矿化的激发效应显著高于湿地土壤。温度升高显著促进了农田和湿地土壤有机碳矿化,培养过程中土壤有机碳矿化温度敏感性Q10为1.2～1.6,土地利用类型和葡萄糖添加对土壤有机碳矿化温度敏感性的影响都不显著。在温度升高和外源碳输入的共同作用下,农田土壤有机碳矿化显著高于湿地土壤。     

干湿交替对水稻土碳氮矿化的影响

通过室内培育试验,研究干湿交替条件下长期不同施肥处理水稻土微生物生物量和理化性状变化对土壤C、N矿化的影响机制.结果表明,与连续淹水(Cw)处理相比,干燥处理不仅显著地提高了所有施肥处理土壤有机C的矿化速率,其幅度为78%～204%,而且也提高了各处理土壤微生物生物量C和N,其幅度分别为55%～77%和57%～72%;干燥后淹水处理土壤有机C矿化速率的提高幅度为74%～95%,呈先降低再升高的趋势.土壤N的矿化在干湿交替过程的干燥处理中降低34%～78%:干燥后淹水过程仅使NPK处理的升高21%,而CK和NPKOM处理分别降低5%和13%.在培养过程中土壤Eh值仅在-60～60 mV范围时,与土壤微生物生物量C之间有显著的负相关关系.在干湿交替的干燥过程,随土壤pH值的升高土壤微生物生物量C有增加的趋势,在淹水条件下土壤pH值则仅与NPKOM处理土壤微生物生物量C之间有明显的负相关关系.干湿交替条件下土壤 pH和 Eh 值、微生物群落组成和数量与有机质的矿化之间的相互作用关系复杂,三者间的作用机理需进一步研究.     

红壤稻田土壤溶解有机碳含量动态及其生物降解特征

本通过田间采样分析和室内培育试验,研究了不同利用年限的3种红壤水田土壤中溶解有机C(DOC)的含量动态和生物降解特征。结果表明：土壤DOC的含量随土壤深度而降低,二具有显负相关性。0-30cm土壤DOC的含量及其占总C比例随土壤有机C含量的升高而增大。DOC的季节变化明显,主要与气候因素有关：降雨和灌水可显提高DOC的含量,是落干时含量的1．44-2．50倍。淋溶试验结果表明,从试验开始,淋滤液中DOC的浓度呈增加趋势,至2l天时达到最大,其后又趋下降。在49天的培养期内,DOC的分解速率为3l％-58％,其中低分子量组分能在数天内降解掉。不同土壤间DOC的分解速率有明显差异。     

冻融循环条件下水分和氮添加对黑土有机碳矿化的影响

土壤有机碳矿化是影响土壤碳循环及碳库大小的重要过程之一。冻融循环是东北黑土区初春和秋末普遍存在的自然现象,对土壤有机碳矿化有重要影响。而冻融循环条件下,土壤水分和氮素水平的变化对土壤有机碳矿化的影响还不明确。本研究以东北地区典型黑土为研究对象,采用室内模拟培养试验,设置4个处理:60%土壤田间持水量(WHC)+不添加氮、80%WHC+不添加氮、60%WHC+添加氮和80%WHC+添加氮,研究了冻融循环条件(-10~10℃)下土壤水分、氮添加及其交互作用对土壤无机氮含量、微生物量和有机碳矿化的影响。结果表明,与冻融前相比,经过19天的冻融循环后,水分和氮添加对土壤NO_3~--N含量均没有显著影响,而氮添加显著提高了土壤NH_4~+-N含量。在冻融循环条件下,土壤含水量变化对土壤微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)含量的影响并不显著;氮添加显著增加了60%WHC含水量条件下的土壤MBC含量和80%WHC含水量条件下的土壤MBN含量。在整个冻融循环期,融化期和冻结期的土壤有机碳的矿化量分别占总矿化量的54%和46%。水分添加抑制了融化期的土壤有机碳矿化作用,而氮素和水分同时添加处理显著促进了冻结期的土壤有机碳矿化。在整个冻融循环期,土壤含水量与氮添加对土壤有机碳矿化量有显著的交互影响,无论是否有氮添加,水分添加对土壤有机碳矿化均无显著影响;氮添加显著降低了60%WHC条件下的土壤有机碳矿化量,而在80%WHC条件下,氮添加对土壤有机碳矿化无显著影响。因此,土壤含水量和氮素水平对冻融循环条件下黑土有机碳矿化有重要的影响。     

水热对三峡水库消落带退耕稻田土壤有机碳矿化的影响

采用模拟培养的方法,研究了不同水热条件对三峡水库消落带退耕稻田土壤有机碳(SOC)矿化的影响。试验共设3个培养温度(10、20和30℃)和4个水分梯度(40%田间持水量(WHC)、70%WHC、100%WHC和浅层淹水)。结果表明:1在66天培养期内,各培养温度(10~30℃)下,70%WHC、100%WHC和浅层淹水处理之间的SOC累积矿化量均无明显差异,其中10℃培养时40%WHC处理下的累积矿化量要显著低于70%WHC和100%WHC水分处理(P0.05),但与浅层淹水无明显差异,而20℃和30℃培养时40%WHC处理下的累积矿化量则要显著低于其他水分处理,表明相较于70%WHC的水分处理,40%WHC水分处理会抑制消落带退耕稻田SOC矿化,而高水分(100%WHC和浅层淹水)对SOC矿化则无明显促进和抑制作用。2在相同水分条件下,消落带退耕稻田SOC累积矿化量均随培养温度升高而增加。3高温下各水分处理之间的温度敏感性无显著差异,而低温下水分对温度敏感性有显著影响,低温浅层淹水处理下的Q10为2.33,显著高于40%WHC处理,与70%WHC和100%WHC处理之间无明显差异。且随着温度升高,浅层淹水下消落带退耕稻田SOC矿化的温度敏感性显著降低,而在土壤含水量≤100%WHC下则无明显变化。温度和水分均能显著影响SOC矿化,但二者无明显的交互效应。4双库一级矿化动力学模型拟合结果表明,水分和温度通过影响消落带退耕稻田土壤易分解有机碳含量和难分解有机碳的矿化速率,从而影响SOC矿化。     

添加牛粪对长期不同施肥潮土有机碳矿化的影响及激发效应

为了探讨长期不同施肥潮土有机碳矿化对添加牛粪的响应特征及添加牛粪对长期不同施肥潮土有机碳矿化的激发效应,以始建于1986年的长期定位试验为平台,通过室内恒温培养的方法研究添加等氮量牛粪后长期不同施肥(不施肥,CK;常量有机肥,SMA;常量化肥,SMF;常量有机无机配施,1/2(SMA+SMF))潮土有机碳矿化、土壤有机碳及活性碳库组分(微生物量碳、可溶性有机碳、颗粒有机碳和易氧化有机碳)含量的变化特征。结果表明:无论添加牛粪与否,长期不同施肥潮土有机碳矿化过程均符合一级动力学方程,而牛粪的添加显著增加了长期不施肥、长期单施化肥和长期有机无机配施土壤的有机碳矿化速率常数,增长幅度分别为21.74%、35.00%和45.00%;添加牛粪提高了长期不同施肥潮土有机碳、微生物量碳、颗粒有机碳和易氧化有机碳含量,却显著降低了可溶性有机碳含量;牛粪对长期不施肥、长期施用常量有机肥、常量化肥和常量有机无机配施潮土有机碳矿化的正激发效应分别达到了48.56%、3.60%、48.43%和3.92%,且对长期不施肥及长期施用常量化肥潮土的激发效应显著高于对长期施用常量有机肥及长期有机无机配施土壤;冗余分析显示添加牛粪对长期不同施肥土壤有机碳矿化的激发效应与土壤活性组分碳氮比呈正相关,与土壤养分含量呈负相关。该研究不仅为合理施用有机肥和实现农田生态系统的可持续发展提供理论依据,还有利于实现农业资源再利用及其效益最大化。     

有机肥氮素矿化及影响因素研究进展

本文综述了有机肥氮素矿化和影响因素的研究进展。有机肥氮素矿化的研究方法主要有室内培养法和田间原位培养法。非淋洗通气培养法和原状土柱培养法虽不破坏土壤结构,但可能低估有机氮的矿化潜力;间歇淋洗通气培养法可模拟植物吸收不断移除矿质氮,适合大批样品的快速测定,但可能高估有机氮的矿化潜力。田间原位培养法包括聚乙烯袋培养法、顶盖埋管培养法和离子交换树脂法。聚乙烯袋培养法目前使用最广泛,但具有不透水、破坏土壤结构、矿质氮损失等缺点,顶盖埋管培养法虽可透水且不易被损坏,但可引起矿化氮流失。离子交换树脂芯法在不破坏土壤原状的条件下进行培养,虽费时、费力,但对土壤温度、湿度、通气状况反应灵敏,并可消除矿质氮累积的影响。影响有机肥氮素矿化的因素主要包括有机肥特性、温度、水分、土壤质地、施肥等因素。关于畜禽粪便的种类、熟化程度、C/N比、碳氮化合物组成等影响有机肥的矿化量和矿化动力学特征的研究较多。用有效积温来表示有机肥的矿化与温度之间的关系更为合理。目前,关于水分的影响,主要集中在干湿交替对有机氮矿化的影响;关于土壤质地的影响,主要集中在研究粘粒含量与有机质矿化的关系;关于施肥的影响,则重点研究氮肥、钾肥对有机氮矿化和粘土矿物固定氮的影响。今后,研究重点应放在有机肥矿化与有机氮组分关系、与植物有效性关系、有机肥替代化肥当量和替代率以及室内研究结果如何应用到田间指导合理施肥。     

不同水分条件下添加白云石对酸性水稻土有机碳矿化的影响

施用石灰改良酸性土壤是常用的农艺措施之一。施用石灰影响土壤理化性质,进而影响土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)矿化。而SOC矿化与土壤肥力保持和有机碳库的大小存在紧密联系。因此,明晰施用石灰对酸性土壤有机碳矿化的影响具有重要的理论和现实意义。该研究以2种母质的酸性水稻土为对象,在50%、90%和130%土壤最大田间持水量(Water Holding Capacity,WHC)条件下添加和不添加白云石,再进行为期45 d的室内培养试验,探讨白云石和水分对SOC矿化的影响。研究结果表明,添加白云石显著影响2种土壤有机碳矿化速率,但白云石添加和水分的交互作用不显著。土壤含水量较低时(50%WHC),2种土壤有机碳矿化均受到抑制。在较高土壤含水量情况下(90%～130%WHC),白云石添加和水分的共同作用对SOC矿化的影响因土壤质地不同而异,淹水条件下(130%WHC)棕红壤有机碳矿化量高于湿润条件(90%WHC),而红壤中的情况正好相反。白云石添加和水分均显著影响SOC累计矿化量,但二者交互作用仅在棕红壤中显著。添加白云石后,2种土壤pH值随着水分含量的增加而提高;土壤含水量较低时(50%WHC),土壤pH值即可达到或接近目标值(pH值6.5)。这些结果表明,在评估施用白云石对SOC矿化的影响时,需要考虑土壤含水量和土壤本身的性质,以便为农业生产实践中合理施用白云石提供指导和建议。     

Temperature, water content and wet-dry cycle effects on DOC production and carbon mineralization in agricultural peat soils

Agricultural peat soils in the Sacramento-San Joaquin Delta, California have been identified as an important source of dissolved organic carbon (DOC) and trihalomethane precursors in waters exported for drinking. The objectives of this study were to examine the primary sources of DOC from soil profiles (surface vs. subsurface), factors (temperature, soil water content and wet-dry cycles) controlling DOC production, and the relationship between C mineralization and DOC concentration in cultivated peat soils. Surface and subsurface peat soils were incubated for 60 d under a range of temperature (10, 20, and 30 °C) and soil water contents (0.3-10.0 g-water g-soil⁻¹). Both CO₂-C and DOC were monitored during the incubation period. Results showed that significant amount of DOC was produced only in the surface soil under constantly flooded conditions or flooding/non-flooding cycles. The DOC production was independent of temperature and soil water content under non-flooded condition, although CO₂ evolution was highly correlated with these parameters. Aromatic carbon and hydrophobic acid contents in surface DOC were increased with wetter incubation treatments. In addition, positive linear correlations (r²=0.87) between CO₂-C mineralization rate and DOC concentration were observed in the surface soil, but negative linear correlations (r²=0.70) were observed in the subsurface soil. Results imply that mineralization of soil organic carbon by microbes prevailed in the subsurface soil. A conceptual model using a kinetic approach is proposed to describe the relationships between CO₂-C mineralization rate and DOC concentration in these soils.     

Gaseous carbon emission in relation to soil carbon fractions and microbial diversities as affected by organic amendments in tropical rice soil

The interactive effects of moisture and organic amendments (farmyard manure (FYM), crop residue (CR) and green manure (GM) (Sesbania aculeata) on gaseous carbon (C) emission, soil labile C fractions, enzymatic activities and microbial diversity in tropical, flooded rice soil were investigated. The amendments were applied on equal C basis in two moisture regimes, that is, aerobic and submergence conditions. The CO₂ production was significantly higher by 22% in aerobic than in submergence condition; on the contrary, the CH₄ production was 27% higher under submergence condition. The labile C fractions were significantly higher in GM by 26% under aerobic and 30% under submergence conditions, respectively, than control (without any kind of fertilizer or amendments). Eubacterial diversity identified by PCR-DGGE method (polymerase chain reaction coupled with denaturant gradient gel electrophoresis) was higher under GM followed by FYM, CR, and control and it is pronounced in submerged condition. GM favored the labile C accumulation and biological activities under both submergence and aerobic conditions, which makes it most active for soil–plant interactions compared to other organic amendments. Considering environmental sustainability, the use of GM is the better adoptable option, which could enhance labile C pools, microbial diversities in soil and keep soil biologically more active.     

土样制备和保存方法对亚热带土壤反硝化的影响

比较了两种土样制备和保存方法对厌氧培养1周内土壤反硝化及矿化的动态影响。试验结果表明,强烈风干后并经长期存放过的土样显著促进了NO3--N浓度降低速率和N2O排放速率的提高,其反硝化速率和矿化速率分别较稍微风干后无存放时间(即立即开始培养试验)的土样提高了47.3%和31.0%。强烈风干土有机C矿化作用的增强以及易矿化有效态C含量的提高是促进反硝化作用增强的主要原因。风干程度和存放时间对反硝化的促进程度取决于其对有机质矿化影响的相对大小,对有机质矿化的影响越大,反硝化强度增加的幅度也越大。由试验结果可推测,利用风干土的实验室培养方法测定得到的土壤反硝化势可能会过高估计田间原位测定的反硝化势。