紫色水稻土轻组有机质的季节动态研究

以位于重庆市北碚区西南大学试验农场(30°26′N,106°26′E)的紫色水稻土为研究对象,利用重液(NaI,密度1.8 g·cm-3)对土壤中轻组组分进行提取,对土壤中轻组有机质在整个油菜生长季的季节变化情况进行分析与讨论。结果表明:表层(0~30 cm)土壤轻组物质(LF)的含量为2.95%~5.51%,平均值为4.38%;土壤轻组有机碳含量(LFOC)和轻组氮含量(LFN)的变化范围分别为1.44~3.72 g·kg-1和0.08~0.17 g·kg-1,其平均值分别为2.79 g·kg-1和0.14 g·kg-1。LFOC具有明显的季节变化(P<0.05),其含量在油菜生长中期最高,其次是生长后期,而在生长初期最低;LFN的季节变化趋势与LFOC一致,但季节差异性不显著(P>0.05)。轻组有机碳分配比例(LFOC/SOC)的变化范围为9.21%~24.47%,具有明显的季节变化(P<0.05),其变化趋势与LFOC的季节变化一致;而轻组氮的分配比例(LFN/TN)变化范围为4.55%~12.58%,无明显的季节变化。轻组C/N比值季节变化范围为18.52~25.04,平均值为20.66,全土C/N比值的变化范围为9.04~14.36,平均值为11.66,说明轻组有机质的生物可利用性较土壤总有机质高。相关分析表明,轻组有机碳、氮含量分别与根系生物量、根系碳含量、根系氮含量呈极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)正相关;回归分析表明,土壤轻组有机碳、氮含量变化的40%~60%可由根系生物量、根系碳氮含量决定,说明根系是调控紫色水稻土轻组有机碳、氮季节变化的主要生态因子。     

稻秆碳氮在黑土种稻土壤颗粒有机质中的分配特征

颗粒有机质是土壤活性有机质的重要组成部分,是评估土壤有机质变化的敏感指标。东北地区气候寒冷,稻田土壤淹水期短,非淹水期长且多处于冻结状态,水稻秸秆碳氮在黑土不同种稻年限土壤颗粒有机质中的分配如何尚不清楚。通过室内培养试验,将1%双标记(¹³C/¹⁵N)水稻秸秆添加到不同种稻年限(0、12、35、62和85 a)土壤,淹水培养150 d(培养温度20℃,淹水层1 cm),去除淹水层后冻结培养150 d(培养温度–15℃,饱和水分状态),研究水稻秸秆碳(氮)在不同种稻年限土壤颗粒有机碳(Particulate organic carbon,POC)和颗粒有机氮(Particulate organic nitrogen,PON)中的分配特征。结果表明,在培养过程中,未添加和添加水稻秸秆处理,各年限稻田土壤POC和PON含量均低于对照土壤(0 a),添加秸秆处理的各年限土壤POC和PON含量在淹水培养5 d时明显增加,但其后并未表现出一致的增加趋势。秸秆碳(氮)对各年限土壤POC(PON)的相对贡献率为0.2%～13.9%(0.4%～3.8%),分配...     

耕作方式对紫色水稻土总有机碳及颗粒态有机碳的影响

为研究耕作方式对西南地区紫色水稻土总有机碳及颗粒态有机碳的影响,以1989年设立的位于西南大学农场的农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内的长期免耕试验田为对象,研究在冬水田平作（DP）、水旱轮作（SH）、垄作免耕（LM）、厢作免耕（XM）和垄作翻耕（LF）5种不同耕作方式下,土壤中总有机碳（TOC）含量、颗粒态有机碳（POC）含量、颗粒态土壤质量分数和颗粒态有机碳分配比在土壤中的分布特点。结果表明,不同的耕作方式主要对表层土壤的TOC、POC分布产生显著影响,其中LM对提高积累TOC和POC贡献最大;0-60 cm土层TOC含量变化范围为7.10～34.45 g/kg,颗粒态土壤质量分数所占比例为30.38%～45.65%,POC含量为1.31～19.39 g/kg,各数值基本变化趋势都是随土壤深度的增加而减小。TOC与POC都可作为评价耕作方式影响紫色水稻土土壤质量变化与固碳能力的有效指标,但相同耕作制度下POC变化幅度更大,对其响应也更为敏感。从TOC和POC的关系来看,不同耕作制度下有机碳的增加与土壤物理保护能力的提高有关,免耕方式有利于有机碳以及颗粒态有机碳的保护和稳定。     

长期不同施肥对太湖地区黄泥土总有机碳及颗粒态有机碳含量及深度分布的影响

研究了长期不同施肥处理(化肥与秸秆配施、化肥与猪粪配施、单施化肥和不施肥)下,水稻土总有机碳和颗粒态有机碳的深度变化。结果表明,总有机碳(TOC)和颗粒态有机碳(POC)的深度分布都符合幂函数方程(Y=aX-b);不同的施肥处理主要影响耕层土壤的TOC和POC含量,POC分配比例在土壤深度上也有差异。其中,化肥与猪粪配施处理,由于有机物质的输入其TOC和POC含量显著高于其它3种处理;不施肥处理的POC含量显著高于单施化肥和秸秆配施化肥。并且,没有观察到耕层POC含量与不同小区的作物平均产量间的显著线性关系,这意味着土壤POC仅从含量来说,与作物生物量的输入并没有直接关系。而可能与施肥中的直接输入有较大关系。同时,POC含量与大团聚体颗粒组含量间的相关性不显著,说明不同施肥处理下POC的结构和性质可能发生了变异,导致其对大团聚体颗粒组形成及其稳定性的作用存在差异。可见,不同的施肥处理并没有改变TOC和POC的深度分布格局,只是改变了它们在耕层土壤的含量以及POC的分配比例。不同施肥处理下POC的结构性质及其稳定性的变化还有待于进一步的研究。     

陇东黄土高原农田土壤微生物量碳和颗粒有机碳剖面分布特征

采用野外调查采样与室内分析相结合的方法,对陇东黄土高原农田黑垆土微生物量碳（MBC）和颗粒有机碳（POC）的剖面分布特征进行了研究。结果表明:不同剖面土壤微生物量碳和颗粒有机碳含量随土层变化差异显著或极显著,主要集中在0—20 cm和20—40 cm土层,呈明显的表聚现象;0—60 cm土层MBC含量随着土层深度增加而减小;随着海拔高度增加,0—20 cm土层MBC含量整体呈增加趋势,变化范围为180.92～282.53 mg/kg;POC含量在0—20 cm和20—40 cm土层的变化范围分别为1.02～1.68 g/kg和0.25～0.96 g/kg,40 cm以下土层颗粒有机碳含量较低;剖面中不同土层深度微生物量碳、颗粒有机碳占总有机碳（SOC）的比例在 0—20 cm和20—40 cm土层均显著或极显著高于其它土层,MBC/SOC变化范围分别为2.29%～3.70%和1.00%～2.11%,POC/SOC的变化范围分别为13.46%～19.13%和5.08%～16.16%,剖面MBC/SOC与MBC、POC/SOC与POC随土层的变化规律均一致,MBC/SOC和POC/SOC可以作为反映土壤剖面质量变化的指标。     

西藏色季拉山典型植被类型土壤活性有机碳分布特征

研究土壤活性有机碳含量及分配比例是揭示土壤有机碳库周转及调控机理的重要途径。为探讨不同森林植被类型对土壤活性有机碳库的影响,以西藏色季拉山(西坡)的高山灌丛(AS)、杜鹃林(RF)、急尖长苞冷杉林(AGSF)和林芝云杉林(PLLF)为试验对象,研究了林地土壤总有机碳、总氮含量、各活性有机碳组分及其分配比例。结果表明：高海拔植被类型具有较高的土壤活性有机碳含量和分配比例。在不同植被类型的生态系统中,土壤总有机碳含量、土壤颗粒有机碳和土壤易氧化碳含量均呈现出随土层深度增加而递减的变化趋势。土壤颗粒有机碳含量占土壤总有机碳含量和土壤易氧化有机碳含量占土壤总有机碳含量的比率范围不同,且随土层深度增加比率减小,且颗粒有机碳分配比例表现的更为明显。土壤颗粒有机碳含量和土壤易氧化有机碳含量与土壤总有机碳含量和总氮之间的相关性均达到了极显著水平(p＜0.05),土壤颗粒有机碳含量和土壤易氧化有机碳含量的相关性在在不同土层表现出显著性。     

喀斯特石漠化过程中的土壤物理组分有机碳氮研究

以贵州省花江峡谷区典型喀斯特石漠化小流域为研究区域,对潜在、轻度、中度、强度石漠化等级样地代表性土壤物理组分有机碳氮进行了研究.结果表明,石漠化过程中土壤轻组和颗粒组分有机碳和全氮含量都高于矿质组分,轻组和颗粒组分的C/N值都高于全土;轻组、颗粒和矿质组分的有机碳氮含量随石漠化程度的增加而降低,与石漠化过程有一致性,颗粒组分数量和有机碳氮分配比例还与石漠化等级有同步性,而轻组组分数量和有机碳氮分配比例与石漠化等级没有同步性;轻组和颗粒组分中有机碳和氮的富集系数和分配比例不一致,在石漠化过程中轻组和颗粒组分SOC的下降明显快于氮;樵采石漠化的颗粒组分主要是有机质与黏粉粒结合成的有机无机复合体,其中的有机质易被保护;开垦石漠化中的颗粒组分大部分都是有机质与砂粒的结合,其中有机质腐殖化程度低,易被分解.     

长期免耕旱作对冬小麦生长季土壤剖面有机碳含量的影响

依托21a长期免耕秸秆还田定位试验，探究长期免耕加秸秆还田的田间管理方式对冬小麦生长季0−60cm土层内土壤有机碳（SOC）和土壤活性有机碳（MBC、POC、DOC）的影响。试验共设长期免耕秸秆还田（NT）与常规耕作（CT）两种耕作模式，分析0−60cm土层内土壤总有机碳（SOC）、土壤微生物量碳（MBC）、土壤颗粒有机碳（POC）、土壤可溶性碳（DOC）含量的变化。结果表明，在0−20cm土层，NT处理SOC含量显著高于CT处理，其中0−5cm和5−10cm土层平均SOC含量分别增加了81.2 %和52.9 %，冬小麦不同生育期内土壤SOC含量变化不显著；在0−30cm土层内，与CT处理相比，NT显著改变了土壤MBC、POC及DOC在播种前、越冬前、拔节期、开花期和成熟期5个生育阶段的分布情况，且显著提高了5个生育阶段内土壤活性有机碳的含量（P＜0.05），其中0−5cm土层内，土壤MBC、POC及DOC含量在各个时期相较于CT处理分别增长60.8%～161.4%、71.8%～141.1%和21.9%～104.4%。0−60cm土层内，两种耕作方式下的SOC、MBC、POC、DOC均随着土壤深度的增大呈下降趋势。说明长期免耕可提高耕作层土壤有机碳含量和小麦生长季活性有机碳的水平，这为旱地土壤有机碳的高效固存提供了理论依据。     

外源有机碳对黑土有机碳及颗粒有机碳的影响

为了阐释外源有机碳在土壤有机碳运转中的作用机制,以黑土为供试材料,进行了5年的室外培养试验,并结合室内全土及颗粒组分单独矿化培养试验,研究了不同外源有机碳对黑土有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)含量及其矿化特征的影响。试验包括单施化肥、牛粪配施化肥、鸡粪配施化肥、秸秆配施化肥和树叶配施化肥5个处理。结果表明:(1)单施化肥黑土SOC的损失主要来源于POC的损失,外源有机碳有利于SOC和POC的累积,与对照相比,禽畜粪便处理的SOC和POC平均增加幅度分别为16.6%和27.8%,植物残体处理的SOC和POC平均增加幅度分别为27.0%和46.4%;(2)一级动力学方程能较好地描述SOC和POC的矿化动态(R~20.9),且POC比SOC易矿化,POC的60d累积矿化量是SOC的3倍以上;(3)禽畜粪便处理和植物残体处理的POC平均矿化率分别为31.5%和29.8%,禽畜粪便处理的POC更易矿化;(4)外源有机碳有效降低了黑土有机碳的矿化,尤其是牛粪,其SOC矿化率为1.9%,比对照低了3.4%,其POC矿化率为24.8%,比对照低17.4%;(5)外源有机碳在黑土中的碳累积能力表现为树叶秸秆牛粪鸡粪。     

黄土高原生物土壤结皮发育过程中颗粒态和矿物结合态有机碳变化特征

土壤颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)是重要的土壤碳库,其比例的变化决定土壤有机碳的周转速率及稳定性。探讨沙地生物土壤结皮发育过程中颗粒态有机碳和矿物结合态有机碳的含量、分配比例和差异性特征,对于深刻认识初始土壤形成过程中有机碳库形成、稳定机制具有重要意义。选择神木市六道沟流域生物土壤结皮4个发育阶段(藻结皮、藻结皮+少量藓结皮、藓结皮+少量藻结皮、藓结皮)为研究对象,裸沙作为对照,研究生物结皮层及结皮层下层0—2 cm, 2—10 cm, 10—20 cm土层土壤颗粒态和矿物结合态有机碳的变化特征。结果表明：(1)在BSCs土层,POC的增加速率大于MAOC,MAOC处于饱和状态;(2)在BSCs和0—2 cm土层,以微生物源有机碳为主导的MAOC主要贡献有机碳积累,在2—10 cm和10—20 cm土层,以植物源有机碳为主导的POC主要贡献有机碳积累;(3) POC和MAOC含量随土层增加而降低,随着生物土壤结皮发育而增加;(4) POC和MAOC与SOC均有显著的正相关关系,表明结皮定殖和发育显著促进了土壤有机碳积累。这些结果表明生物土壤结皮的定殖和发育能够显著...     

苜蓿对旱地土壤有机碳氮变化的驱动作用

根据旱地长期定位试验和分离土壤有机质中微粒有机质及矿物结合有机质的方法,研究了长期生长苜蓿对土壤有机碳、全氮变化的驱动作用。结果表明:不施肥条件下,苜蓿地土壤有机碳、全氮的含量比裸地土壤中的含量明显增加,土壤有机碳和氮库中的微粒有机碳、氮的含量没有显著增加,而增加的有机碳、氮主要分布在矿物结合有机碳、氮组分中。在施用有机肥及氮、磷化肥条件下,苜蓿地土壤有机碳和全氮的含量显著地提高,增加的有机碳、氮几乎平均地分布在微粒有机碳、氮和矿物结合有机碳、氮组分中。由此表明,保持适宜的苜蓿生产力并采用合理的施肥措施,长期生长苜蓿能够有效地驱动土壤固定有机碳和氮素,从而保持和提高土壤肥力。     

岩溶山地不同土地利用方式土壤颗粒有机碳和矿物结合态有机碳的分布特征

对重庆中梁山岩溶山地不同土地利用方式下0-40cm土壤颗粒有机碳和矿物结合态有机碳的含量和分布特征进行了研究.结果表明:不同土地利用方式土壤有机碳含量平均值表现为:林地>菜地>草地>橘园地>弃耕地.除橘园地外,其它各土地利用类型土壤细颗粒有机碳(FPOC)含量大于粗颗粒有机碳(CPOC).不同利用方式土壤颗粒有机碳含量在剖面层次中表现不同.0-20cm表层土壤CPOC含量表现为:橘园地>草地>菜地>林地>弃耕地,差异较大.土壤FPOC含量表现为:林地>草地>菜地>橘园地>弃耕地;20-40cm土壤CPOC和FPOC最高值出现在菜地,最低值出现在弃耕地.不同土地利用方式土壤矿物结合态有机碳(MOC)含量和土壤有机碳含量分布特征一致.除橘园地外土壤各组分有机碳分配比例大致表现为:MOC/SOC>CPOC/SOC>FPOC/SOC.相关分析表明,不同土地利用方式土壤SOC和POC呈正相关,相关性不一致.林地和草地呈极显著相关(P<0.01),弃耕地呈显著相关(P<0.05),菜地和橘园地相关性不显著.表明人为干扰和耕作措施会影响POC对SOC的贡献.     

红壤区植被恢复团聚体POC变化归因分析

研究植被恢复条件下土壤水稳性团聚体颗粒有机碳的分布特征及影响因素,为退化红壤区生态系统重建与土壤质量改善提供理论依据。在江西省泰和县植被恢复与重建基地,选取立地条件基本一致的马尾松纯林、湿地松纯林、木荷纯林、马尾松补植木荷、湿地松补植木荷、湿地松—木荷原始混交林6种恢复模式,于2019年通过调查取样和试验分析,探索不同植被恢复模式土壤各粒级水稳性团聚体颗粒有机碳(POC agg)、土壤物理化学性质变化特征及相互关系。结果表明:(1)退化红壤以水稳性大团聚体(>0.25 mm)为主(百分比含量为87%),木荷纯林、马尾松补植木荷林土壤大团聚体含量最低。表层(0—10 cm)土壤POC agg受恢复模式影响最显著(P<0.05),以湿地松纯林POC agg含量为最高(14.44 g/kg);(2)土壤物理化学性质因恢复模式的不同而呈显著性差异,其中湿地松补植木荷林下土壤有机质(SOM)、木荷纯林下土壤全氮(TN)、湿地松纯林下土壤全磷(TP)含量分别为最高;(3)人工针叶纯林中团聚体组成对POC agg影响最大,团聚体组成、SOM和TN是影响POC agg的重要因素(P<0.01),且土层越深关联度显著增加(P<0.01);其中微团聚体(<0.25 mm)POC agg受其直接或间接效应均较高,TN在<0.053 mm粒级团聚体POC agg的影响最大。木荷纯林能明显改善土壤结构和肥力,且湿地松对林下土壤养分尤其是POC agg固持能力较高。结合退化红壤区生态修复实践,以湿地松纯林作为先锋树种进行植被恢复,抚育过程中补植木荷可能会更好地改善土壤性质。     

地膜覆盖对黄土高原旱作春玉米田土壤碳氮组分的影响

基于2年田间试验,研究了地膜覆盖对旱作春玉米田土壤有机碳、全氮及其组分的影响,试验包括地膜覆盖玉米田、无覆盖玉米田和裸地休闲3个处理,分层测定了0—40cm土层有机碳、全氮、颗粒有机碳氮、潜在矿化碳氮和微生物量碳氮含量。结果表明:在0—40cm土层,各处理间土壤有机碳和全氮含量均无显著差异。与不覆盖相比,地膜覆盖处理0—40cm土层颗粒有机碳氮及其所占比例分别降低了29.0%,33.3%,29.9%,35.7%;0—10cm土层潜在可矿化碳及其所占比例分别降低了17.8%和16.1%,潜在可矿化氮和微生物量碳及其所占比例无显著差异,但在0—10cm土层地膜覆盖微生物量氮含量及其所占比例分别较不覆盖处理提高了10.6%和10.5%(p0.05)。与裸地休闲相比,无覆盖处理0—40cm土层潜在可矿化碳氮分别提高了12.8%和14.7%,地膜覆盖处理则分别提高了7.8%和6.5%(p0.05),但种植玉米降低了微生物量碳氮含量及其所占比例。在0—40cm土层覆盖与否对潜在可矿化碳氮和微生物量碳氮影响不显著。总体来看,地膜覆盖能够在一定程度上提高表土微生物量氮组分及其所占比例,但显著降低了中活性碳氮组分含量及其比例,不利于长期的土壤碳氮固定。     

Long-term fertilization and plastic film mulching modify temporal incorporation of 13C/15N-labelled particulate organic matter

Plastic film mulching (PFM) is critical for agricultural planting and maximizing production in semiarid and arid areas. Particulate organic matter (POM) is assumed to be a sensitive indicator for evaluating the effects of different agricultural practices on soil fertility and the soil organic carbon (SOC) pool. Soil aggregates have the function of ‘wrap’ and protect the POM stored in them. However, there is limited information regarding how PFM and fertilization jointly influence the dynamic changes of newly added stalk-derived POM in brown earth. Consequently, an in-depth study of the fate of carbon (C) and nitrogen (N) derived from maize stalk residues within the particulate organic carbon (POC) and particulate organic nitrogen (PON) fractions in soil aggregates was undertaken. Its outcome would contribute to better predictions on the active organic matter components sequestered in the soil. The dynamics and accumulation of newly added maize stalk C and N as POC and PON in different soil aggregates (using the dry sieving method divided into >2, 1–2, 0.25–1 and <0.25 mm) were analysed by an in situ ¹³C/¹⁵N-tracing technique under PFM and different fertilization treatments. Over 360 days of cultivation, the POC and PON contents were significantly (p < 0.05) larger in the nitrogen (N) and organic manure (M) treatments than in the MN (manure combined with nitrogen) and Control treatments. The PFM treatment accelerated the decomposition of maize stalk C in the N fertilizer treatment, with an increase of 64% in stalk-derived POC after the 1-day cultivation period. Stalk-derived POM tended to accumulate in <0.25 mm microaggregates in the early cultivation period and then decreased rapidly with the extension of the cultivation period affected by PFM coupled with fertilization. However, stalk-derived POM accumulation in macroaggregates (>0.25 mm) fluctuated over the 360-day cultivation period. Accordingly, PFM application and fertilization practices had important effects on the accumulation of newly added stalk-derived POM in soil aggregates. We conclude that the accumulation of maize residue POM was primarily affected by soil fertilization type, rather than by the presence or absence of PFM. These results provide new insights into agricultural management strategies for improving soil carbon sequestration capacity.     

Effects of tillage, organic resources and nitrogen fertiliser on soil carbon dynamics and crop nitrogen uptake in semi-arid West Africa

Tillage, organic resources and fertiliser effects on soil carbon (C) dynamics were investigated in 2000 and 2001 in Burkina Faso (West Africa). A split plot design with four replications was laid-out on a loamy-sand Ferric Lixisol with till and no-till as main treatments and fertiliser types as sub-treatments. Soil was fractionated physically into coarse (0.250–2 mm), medium (0.053–0.250 mm) and fine fractions (< 0.053 mm). Particulate organic carbon (POC) accounted for 47–53% of total soil organic carbon (SOC) concentration and particulate organic nitrogen (PON) for 30–37% of total soil nitrogen concentration. The POC decreased from 53% of total SOC in 2000 to 47% of total SOC in 2001. Tillage increased the contribution of POC to SOC. No-till led to the lowest loss in SOC in the fine fraction compared to tilled plots. Well-decomposed compost and single urea application in tilled as well as in no-till plots induced loss in POC. Crop N uptake was enhanced in tilled plots and may be up to 226 kg N ha⁻¹ against a maximum of 146 kg N ha⁻¹ in no-till plots. Combining crop residues and urea enhanced incorporation of new organic matter in the coarse fraction and the reduction of soil carbon mineralisation from the fine fraction. The PON and crop N uptake are strongly correlated in both till and no-till plots. Mineral-associated N is more correlated to N uptake by crop in tilled than in no-till plots. Combining recalcitrant organic resources and nitrogen fertiliser is the best option for sustaining crop production and reducing soil carbon decline in the more stabilised soil fraction in the semi-arid West Africa.