不同复垦年限煤矸山重构土壤有机碳及其组分差异

土壤有机碳含量是土壤肥力状况的重要标志之一,其活性组分对田间管理措施反映敏感。因此,分析煤矸山复垦重构土壤有机碳含量及其组分差异对于揭示土壤碳库变化、指导复垦地田间管理措施的实施有重要意义。本研究以山西省霍州曹村煤矸山复垦后5a(R-5a)、7a(R-7a)和9a(R-9a)的果园为对象,通过与当地原地貌果园(CK)对比,分析了3种复垦样地土壤总有机碳(TOC)及其组分可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)的差异,以及与土壤环境因子间的关系。结果表明:①随复垦年限的增加,3种复垦样地土壤TOC、LFOC和HFOC含量均呈先增后减趋势,DOC含量呈增加趋势,MBC含量呈先减后增趋势;但与CK相比,3种复垦样地土壤TOC、DOC、MBC、LFOC和HFOC含量均明显偏低。②DOC/TOC和MBC/TOC在R-7a样地中最低,LFOC/TOC随复垦年限的增加呈增加趋势,HFOC/TOC呈减少趋势,表明土壤中更多的有机碳从稳定态转变为活性态。③土壤全氮、全磷、碱解氮、碳氮比、黏粒含量、pH和含水量均不同程度影响有机碳含量,其中全氮、全磷、黏粒含量和土壤pH为关键因子。     

土壤生物活性有机碳库及其表征指标的研究

土壤生物活性有机碳库 (C0)的大小和周转可以指示土壤供应养分的能力以及养分的循环状况。对浙江省 11个土壤的研究表明 ,生物活性有机碳库的变化幅度为 184.87～ 3022.41mg/kg ,占土壤总有机碳的2.91%～8.94% ,生物活性有机碳库的周转速率k为0.0070～0.0199d-1。C0与土壤总有机碳、全氮、有效氮、CEC、重铬酸钾易氧化有机碳、微生物生物量碳、微生物生物量氮、水溶性有机碳、热水提取有机碳、轻组有机碳都呈显著性正相关 ,k与这些指标均无相关性。C0与重铬酸钾易氧化有机碳、微生物生物量碳、微生物生物量氮、水溶性有机碳、热水提取有机碳、轻组有机碳占土壤总有机碳的百分比均无相关性 ,k只与水溶性有机碳占土壤总有机碳的百分比呈显著性正相关 (R2=0.4684 ,P0.025)。水溶性有机碳占土壤总有机碳的百分比是表征土壤生物活性有机碳库周转的较好指标。     

紫色土丘陵坡地植被恢复过程中土壤微生物生物量碳、微生物熵的变化

采用空间序列代替时间序列的方法,对河南省衡阳市紫色土丘陵坡地植被恢复过程中的土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物熵(qSMBC)的变化特征进行了研究。结果表明:(1)随着植被恢复的进行,SMBC和qSMBC均显著增加;(2)随着土层深度的增加,SMBC显著减小,而qSMBC显著增加;(3)草本群落阶段(Ⅱ)→灌木群落阶段(Ⅲ)→乔木群落阶段(Ⅳ),根际和非根际的SMBC显著增加,表现出根际非根际的特点,阶段Ⅱ的根际与非根际SMBC比值明显高于Ⅲ与Ⅳ。根际和非根际的qSMBC均显著增加,表现出根际非根际的特点,根际和非根际的qSMBC比值差异不显著;(4)相关分析表明,SMBC与qSMBC均与土壤有机碳、阳离子交换量呈极显著或显著正相关关系,与土壤容重呈显著负相关关系。     

喀斯特峡谷区不同恢复阶段土壤微生物量及呼吸商

土壤微生物生物量、土壤微生物呼吸及微生物商值（微生物商qMB、微生物呼吸商qCO2）是土壤质量的敏感性指标。对喀斯特峡谷区不同植被恢复阶段土壤微生物生物量、土壤微生物呼吸及其qMB、qCO2进行研究,结果表明：在植被恢复过程中,土壤微生物生物量、土壤微生物呼吸及qMB均表现为从退耕地到草本群落下降,从草本到灌木群落上升,从灌木到乔木群落略微上升或者趋于稳定;qCO2的变化规律与它们相反。在同一恢复阶段,土壤微生物生物量,土壤微生物呼吸,qMB值均随土层加深而减小。土壤微生物生物量、微生物呼吸及其qMB、qCO2与土壤总有机碳、全氮、全磷具有显著的线性相关关系（p〈0.05）,可用来评价土壤质量。     

不同利用方式黑钙土有机碳组分剖面分布特征

为研究土地利用方式对土壤碳库的影响,以东北黑钙土区的天然草地、人工林地和耕地为研究对象,采集0—100 cm土体中不同土层样品(A、AB、B_k、BC和C层),测定不同利用方式土壤有机碳(SOC)、水溶性有机碳(WSOC)、轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)含量。结果表明:3种利用方式SOC、LFOC和HFOC主要分布在A层,但草地WSOC含量在B_k层最多(0.27 g/kg)。由A~C层,3种土地利用方式土壤有机碳及组分有机碳含量总体均呈减少趋势,但减少程度明显不同,天然草地缓慢减少,人工林地急剧减少,耕地逐渐减少。草地转换为林地和开垦为耕地后,均造成土壤有机碳及组分有机碳含量减少,WSOC减少34%和48%,LFOC减少20%和37%,HFOC减少7%和5%,SOC减少10%和16%。草地转换为林地和开垦为耕地后,WSOC/SOC、LFOC/SOC显著降低,但HFOC/SOC却提高,说明草地被开垦后活性有机碳含量快速下降。土地利用方式和土层对SOC、WSOC和LFOC具有显著影响,且对SOC和HFOC叠加效应较强。同时,土壤理化性质也在一定程度上影响着SOC、WSOC、LFOC和HFOC。应制定合理土地利用管理政策,保护自然草地免遭破坏,减少土壤有机碳流失,发挥草地生态系统碳固存的重要作用。     

外源磷输入对农区湿地土壤碳库有效性及周转特性的影响

通过添加土壤原总磷(TP)0~60%的过磷酸钙和室内培养的技术手段,研究了外源磷素输入对农区湿地土壤碳库有效性及其周转特性的动态影响。结果表明,随外源磷素输入水平的增加,土壤可溶性有机碳(DOC)含量和微生物量碳(MBC)含量增加;土壤总有机碳(TOC)含量下降,下降率最高达23%。活性有机碳成分中,外源磷输入对高活性有机碳(HLOC)影响最显著,60%磷素输入处理HLOC含量比未施加外源磷素高54%;易氧化有机碳(ROC)含量随外源磷输入水平的增加而下降,最大下降率为22%;中活性有机碳(MLOC)含量、活性有机碳(LOC)含量无明显改变。涉碳循环生物酶中,β-葡聚糖苷酶(βG)和纤维二糖水解酶(CBH)活性均随外源磷素输入水平的增加而显著提升,但脱氢酶(DH)活性并无显著变化。此外,土壤碳矿化强度和潜在矿化势也与外源磷素输入后的土壤TP呈正相关。总体来看,外源磷素输入显著增加了湿地土壤碳库的有效性及周转速率。     

果园土壤有机碳及呼吸速率对豆科和禾本科草类的差异反应

在行间长期(连续6年)种植豆科植物毛苕子和禾本科植物黑麦草的苹果园,调查土壤不同深度的有机碳组分和表层土壤呼吸速率日变化。结果表明:间作2种植物后,行间土壤0—20,20—40cm土层总有机碳(TOC)、轻质有机碳(LFOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)、易氧化有机碳(ROC)和微生物生物量碳(MBC)含量均显著提高;在40—60cm土层,仅DOC含量明显提高;0—20cm土层的TOC和全部有机碳组分及20—40cm土层的TOC、DOC、POC和ROC的含量在种植毛苕子后均明显高于种植黑麦草。TOC与LFOC、TOC与POC、DOC与LFOC、DOC与MBC、DOC与ROC、MBC与ROC、ROC与POC、LFOC与ROC之间均呈显著正相关,土壤呼吸速率与LFOC、DOC、MBC和ROC之间也呈显著正相关。种植2种草类均显著提高土壤呼吸速率,并使呼吸速率日变化峰型更突出,其中毛苕子的作用效果比黑麦草更显著。     

不同施肥管理措施对土壤碳含量及基础呼吸的影响

连续7年试验研究了施用15t/hm2和7.5t/hm2有机肥(包括EM堆肥、EM鸡粪肥和传统堆肥)、化肥和对照处理对土壤碳含量与基础呼吸的影响,结果表明:随有机肥施用量的提高,土壤可溶性碳、总有机碳、微生物生物量碳和土壤的基础呼吸随之增加。施用化肥可一定程度提高土壤可溶性碳、总有机碳、微生物生物量碳和土壤的基础呼吸。不同施肥措施对土壤有机碳、微生物生物量碳和土壤基础呼吸的影响趋势为EM堆肥处理>传统堆肥处理>化肥处理>对照,施肥对土壤微生物代谢商的影响趋势为EM堆肥处理<传统堆肥处理<化肥处理<对照。土壤微生物生物量碳与可溶性碳、总有机碳及土壤基础呼吸之间呈极显著正相关。土壤微生物代谢商与土壤可溶性碳、总有机碳、微生物生物量碳及基础呼吸之间呈极显著负相关。     

有机培肥对连作花生土壤肥力及活性有机碳库的影响

  目的  针对花生连作及化肥滥用导致土壤肥力下降、土壤碳库失衡等问题,开展有机培肥改善连作花生田土壤质量研究。  方法  实验选取连作5年的花生田建立四个完全随机区组,设置蚯蚓粪配施化肥（VM）、“NMM”菌肥配施化肥（BF）、单施化肥（CF）和无施入对照（CK）四个处理,在花生结荚期取样并比较土壤综合肥力指数、土壤活性有机碳含量及有效率、土壤碳库管理指数的变化。  结果  与CK和CF相比,有机培肥显著提高了土壤综合肥力指数、土壤有机碳及易氧化有机碳、微生物生物量碳、可矿化有机碳含量和碳库管理指数（P < 0.05）,其中VM处理效果最佳;有机培肥土壤微生物生物量碳、可矿化有机碳和可溶性有机碳有效率较CK和CF显著降低。冗余分析和相关性分析表明有机培肥与土壤总有机碳及各活性有机碳含量显著正相关,与除了易氧化有机碳有效率以外的其他土壤活性有机碳有效率呈负相关;碳库管理指数与易氧化有机碳、微生物量碳、可溶性有机碳、可矿化有机碳显著（P < 0.05）或极显著（P < 0.01）正相关。  结论  合理有机培肥能够提高土壤活性有机碳含量,同时有助于土壤非活性有机碳的积累。有机培肥对提高连作花生田土壤综合肥力和土壤碳库储量、缓解连作障碍有显著作用。     

华北平原典型农田土壤微生物生物量碳氮磷库的县域分布特征——以河北省曲周县为例

土壤微生物生物量是土壤中的活性养分库,直接参与土壤碳氮磷硫等元素的形态转化与生物地球化学循环过程,是反映土壤肥力与质量的重要生物指标。基于网格法采样,运用地统计学方法分析华北平原典型农田土壤微生物生物量碳氮磷库的空间分布特征及影响因子。结果表明:河北省曲周县域农田耕层(0~30 cm)土壤微生物生物量库在空间上呈斑块状分布,具有中等变异强度和明显的空间自相关性,微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)库储量分别为(C)64.14×10³t、(N)24.55×10³t、(P)2.80×10³t,作物产量与MBC和MBN存在显著正相关关系。不同种植体系下单位质量土壤MBC、MBN、MBP的量存在显著差异,小麦/玉米轮作体系下单位质量土壤微生物生物量的平均量高于棉花连作。土壤微生物生物量库的大小和空间分布均受种植体系和土壤肥力的影响,其中土壤有机碳含量是影响土壤微生物生物量库容及空间分布的一个主要因子。研究结果表明土壤微生物生物量库是我国北方典型农田土壤中不可忽视的潜在有效养分库。     

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.     

植被恢复对岩溶石漠化区土壤有机碳及轻组有机碳的影响

[目的]通过分析石漠化治理区不同植被恢复年限对土壤有机碳(SOC)及其组分影响,为该地区石漠化的治理提供一定的基础数据。[方法]以重度石漠化土地作为对照,运用空间代替时间的方法,研究了广西壮族自治区平果县果化岩溶石漠化区植被恢复5,10,15,20a后土壤(0—30cm)SOC和土壤轻组有机碳(LFOC)的变化。[结果]石漠化土地在进行植被恢复后,SOC和LFOC含量明显增加;植被恢复使表层0—10cm的SOC和LFOC储量明显增加,且随着恢复时间的增长逐渐变大,同时植被恢复对表层(0—10cm)SOC和LFOC储量的影响要远高于下层(20—30cm);植被恢复后LFOC储量的增幅远高于SOC储量。[结论]在石漠化区进行植被自然恢复可以有效防止土地石漠化,增加碳的流通。     

花椒林在喀斯特石漠化治理中的碳汇效益

[目的]评价石漠化地区花椒林的碳汇功能,为石漠化治理工程的碳汇效益提供技术示范与参考。[方法]以贵州省花江喀斯特石漠化治理示范区生态环境综合治理模式下顶坛花椒(Zanthoxylum planispinum)为研究对象,依据当地的石漠化现状,通过测定强度、中度和轻度石漠化和不同龄级的花椒林生物量、土壤深度和持土量,对花椒林碳汇量进行估算。[结果]石漠化程度越高,花椒林碳汇量越低,反之,石漠化程度越低,花椒林碳汇量越大,其中轻度石漠化花椒林碳密度为3.24t/hm2,中度石漠化为3.12t/hm~2,强度石漠化为2.81t/hm~2,轻度中度强度;随着土壤深度和持土量的增加,花椒林碳汇量也呈现增加的趋势。[结论]花椒林的平均碳密度为3.06t/hm~2,花椒林的综合最优碳汇经济效益为1.92×10~4~2.56×10~4元/hm~2。     

追施不同量尿素下麦后复种油菜对耕层土壤有机碳及微生物量碳氮的影响

[目的]研究不同追施尿素量对麦后复种油菜生物产量和耕层土壤有机碳、土壤微生物量碳氮及碳库管理指数的影响,为麦后复种油菜尿素施用量提供依据。[方法]在古浪县进行小区试验,设置5个试验水平:追施尿素0,90,120,150,180kg/hm2。[结果]追肥可提高麦后复种油菜的生物产量;土壤有机碳、微生物量碳、微生物氮以及碳库管理指数均随追肥量的增加呈抛物线型变化的趋势;碳库指数和碳库管理指数的变化趋势同有机碳的变化趋势;有机碳、微生物量碳与碳库管理指数显著相关,有机碳与碳库管理指数极显著相关,微生物量碳与有机碳含量虽呈现正相关关系,但未达到显著相关性。[结论]综合油菜生物产量和土壤微生物量等指标,古浪县麦后复种油菜的施肥量以追施尿素120~150kg/hm2为宜。     

Carbon pools and soil biochemical properties in manure‐based organic farming systems of semi‐arid New Mexico

The economic benefits of organic agriculture and its wide adoption are well documented, but the impact of that practice on soil C dynamics in irrigated croplands of semi‐arid regions is less well understood. In manure‐based organic production systems, land applications of animal wastes not only provide nutrients but could also contribute to soil carbon sequestration. A study was conducted in irrigated cotton (Gossypium arboreum L) agro‐ecosystems of New Mexico (USA) under conventional (CONV; 100 kg N/ha as urea and NH₄NO₃) and organic farming practices (OF for 3–9 yr; 50 Mg dry manure/ha) to assess the effect of OF on soil C stocks (organic, inorganic) and biochemical indices [microbial biomass C (MBC); respiration; metabolic quotient (qCO₂)]. In the plough layer (0–30 cm), soil organic carbon (SOC) stocks tended to be higher (although not statistically) under OF (35.9 Mg C/ha) than CONV (33.5 Mg C/ha). However, when the entire 100‐cm soil profile was considered, the total SOC under CONV exceeded that under OF by 39.8 Mg C/ha, but this may be influenced by other factors. Accounting for 52% of the total C stock, inorganic C was significantly higher under CONV than OF and was positively correlated with soil respiration and the H/C ratio of soil organic matter. While OF duration had no consistent effect on soil biochemical properties, MBC was significantly higher (1.5 times) and the qCO₂ (3–6 times) was lower in the organically fertilized soils than under CONV. These results suggest the development, under OF, of a soil microbial community that is larger and processes added C substrates more efficiently compared with the community present in CONV practices.     

间伐对杉木人工林土壤碳氮及其组分特征的影响

为探究不同间伐强度对杉木人工林土壤碳氮及其组分特征的影响,以福建省三明市官庄国有林场11年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,采用弱度间伐(LIT)、中度间伐(MIT)、强度间伐(HIT)等3种间伐强度,研究不同间伐强度林分0—10,10—20,20—40,40—60,60—80,80—100 cm土层总有机碳(SOC)、全氮(TN)及易氧化有机碳(ROC)、硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)、微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、微生物熵碳(qMBC)、微生物熵氮(qMBN)的变化特征,以探讨不同间伐强度对杉木人工林土壤碳氮及其组分特征的影响。结果表明:间伐降低了土壤SOC和TN的含量,降低幅度分别为1.4%～36.9%,3.1%～45.7%。间伐增加了土壤MBC、NO_3~--N的含量,而对ROC、NH_4~+-N和MBN的程度在不同土层有差异,qMBC和qMBN随着间伐强度的增加而增大。相关性分析表明,土壤SOC分别与TN、qMBC、ROC、NH_4~+-N、MBC、MBN呈极显著正相关(P0.01);TN与qMBN、ROC、NH_4~+-N、MBC、MBN呈极显著正相关(P0.01)。杉木人工林间伐处理降低了土壤表层SOC和TN含量,增加了土壤SMBC和qMBC、qMBN,同时也增加了土壤表层(0—10 cm)SMBN。抚育间伐导致土壤SOC和TN含量降低主要是由于活性碳、氮含量的增加,提高土壤中有机质分解速率,最终导致土壤SOC和TN含量降低。     

植被自然恢复过程中土壤有机碳密度与微生物量碳动态变化

以黄土丘陵区典型草原带宁夏固原地区为例,研究了退耕地在植被自然恢复过程中土壤有机碳密度及微生物量碳的动态变化。结果表明,植被自然恢复过程中,土壤有机碳(SOC)和微生物量碳(SMBC)表现为0-5cm土层5-10cm土层10-20cm土层,且在不同土层之间的差异性达到极显著水平(P0.01)。SOC和SMBC在植被自然恢复过程中亦表现出一定的表聚性。土壤剖面各土层SOC和SMBC皆随植被恢复年限的增加总呈上升趋势,且与恢复年限之间呈极显著的对数函数关系。植被恢复0～23a期间,表层土壤(0-5cm)SOC和SMBC年增长率分别为4.81%和6.96%,增加幅度较大;植被恢复23～75a期间,表层土壤SOC和SMBC的年增长率均为0.25%,增加趋势减缓。土壤剖面各土层微生物熵(SMQ)变化于2.113～4.375。土壤有机碳周转速率在恢复前期(0～12a)较快,恢复后期(12～75a)趋于稳定,土壤有机碳积累与转化主要发生在土壤表层。SOC和SMBC之间有极显著的线性正相关关系。植被恢复0～23a期间,与对照农地相比,0-20cm土层土壤有机碳密度增加了85.23%,增加速率较快;而在植被恢复23～75a期间,有机碳密度仅增加了6.60%,增幅减缓。表明植被自然恢复有助于黄土丘陵区土壤有机碳储量的增加,促进土壤碳固定。     

Responses of soil organic carbon components and their sensitivity to karst rocky desertification control measures in Southwest China

Journal of Soils and Sediments - Adequate karst rocky desertification control measures are very important in enhancing the soil quality and soil organic carbon (SOC) sequestration in the karst...     

Variations of SOC and MBC observed in an incubated brown loam soil managed under different tillage systems for 12 years

To assess changes in organic carbon pools, an incubation experiment was conducted under different temperatures and field moisture capacity (FMC) on a brown loam soil from three tillage practices used for 12 years: no‐till (NT), subsoiling (ST) and conventional tillage (CT). Total microbial respiration was measured for incubated soil with and without the input of straw. Results indicated that soil organic carbon (SOC) and microbial biomass carbon (MBC) under ST, NT and CT was higher in soil with straw input than that without, while the microbial quotient (MQ or MBC: SOC) and metabolic quotient (qCO₂) content under CT followed the opposite trend. Lower temperature, lower moisture and with straw input contributed to the increases in SOC concentration, especially under NT and ST systems. The SOC concentrations under ST, with temperatures of 30 and 35°C after incubation at 55% FMC, were greater than those under CT by 28.4% and 30.6%, respectively. The increase in MBC was highest at 35°C for 55%, 65% and 75% FMC; in soil under ST, MBC was greater than that under CT by 199.3%, 50.7% and 23.8%, respectively. At 30°C, the lower qCO₂ was obtained in soil incubated under NT and ST. The highest MQ among three tillage practices was measured under ST at 55% FMC, NT at 65% FMC and CT at 75% FMC with straw input. These data indicate the benefits of enhancing the MQ; the low FMC was beneficial to ST treatment. Under higher temperature and drought stress conditions, the adaptive capacity of ST and NT is better than that of CT.