农业利用方式对土壤有机碳库大小及周转的影响研究

通过土壤样品的室内培养,运用三库一级动力学理论,以丘陵区红壤为对象,研究了水田、桔园、旱地、水旱轮作4种土地利用方式农田土壤有机碳库大小、各碳库平均周转时间及分解动态,探讨了土地利用变化对土壤有机碳的影响.结果表明,土壤有机碳分快速分解和缓慢分解两个阶段.快速分解阶段的分解速率与活性碳含量和活性碳占有机碳的百分含量相关性不明显;缓慢分解阶段的速率与缓性碳库含量呈正相关.4种土地利用类型表层和中层土壤总有机碳含量分别为4.97～12.40 g/kg,2.58～4.00 g/kg;缓性碳库表层含量的大小顺序为,水田(5.78 g/kg)>旱地(3.77 g/kg)>桔园(3.39 g/kg)>水旱轮作(2.83 g/kg)I惰性碳库表层含量的大小顺序与缓性碳相同,含量分别为6.42,5.43,2.45,2.03 g/kg,水田的缓、惰性碳库含量最高,水田更具有固碳潜力.     

不同土地利用方式下土壤有机碳矿化及其温度敏感性

通过土壤样品的室内培养,分析不同温度(5℃,15℃,25℃和35℃)培养下不同土地利用类型(水田、旱地、茶园、果园和人工林)的土壤有机碳矿化速率的变化规律,并运用双指数模型对土壤有机碳矿化过程进行拟合,探讨土地利用方式对土壤有机碳矿化特征及温度敏感性的影响。结果表明:(1)相同温度下,不同土地利用类型的土壤有机碳矿化累积释放量大小为人工林果园水田茶园旱地;(2)随着温度的升高,土壤有机碳矿化速率增大,其中活性碳分解速率变化无规律,但缓效碳分解速率呈指数增长(R20.98);(3)不同土地利用方式土壤有机碳矿化速率对温度变化的敏感程度(Q10)不同,其大小顺序为水田茶园果园旱地人工林。综上所述,土地利用方式的改变将会导致土壤有机碳矿化速率的变化,从而影响土壤有机质含量;另外,根据Q10值可预测水田土壤有机碳矿化速率对全球变暖反应更明显。     

不同土层水稻土培养条件下有机碳矿化规律研究

以湖南省桃源县水稻土为研究对象,基于土壤有机碳三库一级动力学理论,从垂直变化角度研究水稻土总有机碳(Ct)、活性碳(Ca)、缓效性碳(Cs)、惰性碳(Cp)的含量及有机碳矿化特征的相关规律。研究结果表明:1总有机碳、活性碳、缓效性碳、惰性碳含量分别与土层深度成负相关,相关系数分别为0.8431、0.8516、0.8320、0.7734(P0.01),土层越深活性碳占总有机碳比例越小,惰性碳占总有机碳比例越大。2按照CO2-C释放速率变化程度,将矿化曲线划分为快速矿化(平均约7.94 d)、缓慢矿化(平均约28 d)和平衡矿化三个阶段,其中快速矿化阶段主要为活性碳矿化。3土壤有机碳矿化速率、累积矿化量、矿化比例等都随土层加深而减小,但30~60 cm土层有机碳总量大,其有机碳矿化总量的变化对1 m深有机碳矿化总量变化的影响大。4偏相关分析表明不同土层土壤有机碳各组分含量、有机碳矿化总量与土壤全氮含量和土壤p H相关,即土壤性质影响有机碳矿化特征。由此得出,深层土壤有机碳也参与全球碳循环,并且全氮含量和p H会影响深层碳库成为碳源或是碳汇,在研究全球碳循环时应给予充分重视。     

中国土壤有机碳分解特征研究初报

通过土壤样品的室内培养,运用三库一级动力学理论,对我国典型区域土壤有机碳分解特征进行了研究,结果表明:土壤有机碳分解均呈现前期分解快速和后期分解缓慢的特点,土壤有机碳分解的平衡点大概为2个月,之后的日均分解量变化非常小。我国东部4种地带性土壤有机碳分解速率随纬度的增加而递增。不同种植方式农田土壤有机碳分解速率:菜园>水田>旱地>果园。6个地区表层土壤有机碳含量范围为2.31~81.93 g/kg;活性碳含量范围为0.09~1.04 g/kg;缓效性碳含量范围为0.90~33.39 g/kg;惰效性碳含量范围0.92~47.85 g/kg。     

岩溶区不同土地利用方式对土壤有机碳及其组分的影响

选择重庆市中梁山岩溶槽谷中5种土地利用方式(弃耕地、草地、菜地、橘园地和林地)为研究对象,在野外调查和室内分析的基础上,采用方差分析法对比分析了土壤总有机碳、溶解性有机碳、易氧化性碳、轻组有机碳、颗粒有机碳及矿物结合态有机碳的含量变化,并用相关分析法分析了土壤有机碳各组分之间的关系。结果表明:不同土地利用方式土壤总有机碳(TOC)含量随土层深度增加而降低,上下层土壤TOC含量在2.69~13.88g/kg之间,不同植被覆盖类型、耕作方式和施肥是影响土壤TOC分布的重要因素。不同土地利用方式下有机碳各组分(DOC、EOC、LFOC、POC和MOC)含量在垂直分布上均呈现出随土壤深度的增加而降低的趋势,但不同土地利用方式之间的差异较大,主要与植被类型、施肥管理、耕作方式以及人为干扰有关。弃耕地含量均比较低,林地和草地受人为干扰较少含量较高,菜地土壤受施肥和翻耕影响,上下层土壤含量差异不大,橘园地上下层土壤5种有机碳组分含量差异均是最大的。弃耕地受之前耕作影响,弃耕时间短,有机质输入量少,POC/MOC值相对较低,菜地受施肥和翻耕影响上下层土壤POC/MOC值相对比较稳定,草地、橘园地和林地0—20cm土壤POC/MOC值均高于20—40cm,下层土壤有机碳比较稳定。0—20cm和20—40cm土壤有机碳及组分之间存在相关关系,0—20cm土壤TOC与LFOC和MOC之间呈显著正相关,LFOC与POC之间也呈现显著正相关;20—40cm土层,土壤TOC与EOC、LFOC和MOC之间呈显著正相关性,MOC与TOC以及EOC和LFOC均呈现正相关性,LFOC与POC之间关系由表土层的显著正相关转变为极显著正相关。下层土壤比上层土壤有机碳稳定性强,尤其是土壤TOC、LFOC和MOC能够敏感地反映土壤碳库的变化,可以作为土壤有机碳稳定性的敏感性指标。     

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。     

不同森林植被下土壤有机碳的分解特征及碳库研究

分析了不同森林植被和同一植被不同林龄的人工杉木林下土壤有机碳的分解特征及土壤有机碳中的活性碳库、缓效性碳库和惰效性碳库的大小和周转时间。结果表明:不同森林植被下土壤有机碳的分解速率不同,总的趋势都是:培养前期分解速度快,后期分解速度慢,土壤剖面A层>剖面B层。在剖面A层中:不同森林植被下分解速率的大小顺序为常绿阔叶林>人工杉木林,不同林龄的人工杉木林为成熟林>中龄林>幼龄林;在剖面B层中:分解速率差异不大。不同森林植被下不同土壤剖面上的土壤活性碳库、缓效性碳库和惰效性碳库的库容和分解速率不同,土壤活性碳库碳含量一般占总有机碳的0 99%～2 89%,田间平均驻留时间为10～23天;土壤缓效性碳一般占总有机碳的17 17%～55 46%,田间平均驻留时间为1 6～24 2年;土壤惰效性碳一般占总有机碳的42 05%～80 66%,田间平均驻留时间为假定的1000年。     

不同施肥处理红壤生物活性有机碳变化及与有机碳组分的关系

采用物理分组方法对长期不同施肥处理的旱地红壤有机碳组分进行了区分,布置室内培育试验观测了培养过程中土壤有机碳的矿化动态,通过拟合一级动力学方程计算土壤生物活性有机碳库量.研究结果表明,不同施肥处理的土壤中,轻组有机碳(LF-C)、团聚体包裹的粗颗粒有机碳(iPOMc-C)及细颗粒有机碳(iPOMf-C)、矿物结合态有机碳(mSOC)分别占总有机碳的7%～10%、0.5%～1.5%、4%～7%、76%～85%,并与总有机碳(TOC)含量显著相关;厩肥处理显著增加了各组分含量,其作用优于绿肥处理和单施无机肥处理(CK);培养过程中土壤有机碳矿化动态符合一级反应动力学方程;有机无机肥配施处理的土壤生物活性有机碳库(C0)显著提高;和绿肥相比,厩肥处理中生物活性有效碳库(C0)增加幅度更大,但其周转速率常数k更小;各组分有机碳含量与C0含量均达到极显著(p＜0.01)相关,但除LF-C外其余有机碳组分占TOC的百分率均与C0达到极显著水平.     

岩溶区不同土地利用方式对土壤有机碳碳库及周转时间的影响

通过土壤样品的室内培养,运用三库一级动力学理论,分析桂林毛村典型岩溶区旱地、灌丛、果园、林地4种不同土地利用类型下石灰土有机碳库容大小、各碳库平均周转时间及其影响因素。结果表明:4种土地利用类型土壤有机碳含量分别为15.41～20.10g/kg,13.07～31.16g/kg,9.38～14.74g/kg,30.82～37.52g/kg。活性有机碳占总有机碳的比例最小,分别为0.61%～0.93%,0.95%～1.24%,0.77%～1.00%,1.49%～1.66%。缓效性有机碳库分别占总有机碳含量的21.13%～30.18%,13.58%～23.46%,29.54%～46.58%,30.39%～33.84%。平均周转时间分别为7,8,7,12年。惰性有机碳占总有机碳的比例最高,分别为69.18%～78.26%,75.27%～85.47%,56.63%～69.70%,64.64%～68.12%。延长缓效性碳库驻留时间在一定程度上是提高土壤有机碳库的关键因素。相关分析表明,土壤有机碳总量、土壤碳酸钙含量、总钙量、土壤pH值、全氮含量、C/N与土壤有机碳各库库容及周转时间存在显著的正相关,腐殖质含量与土壤有机碳库及周转时间呈极显著正相关,土壤过氧化氢酶及脲酶活性显著影响土壤有机碳库含量及周转时间。     

稻草还田条件下水田和旱地土壤有机碳矿化特征与差异

采用14C示踪技术,通过100 d的原状土柱室内模拟试验,得出以下研究结果:培养100 d后,有34.74%(水田覆盖)、17.85%(水田翻埋)、35.68%(旱地覆盖)和36.06%(旱地翻埋)的稻草碳被矿化,水田和旱地土壤分别有0.99%～1.17%和2.25%～2.53%的原有有机碳被矿化。土地利用和稻草还田方式及两因素的交互作用,对添加稻草碳的矿化速率和累积矿化率均有显著影响(p<0.01),但对于土壤原有有机碳的矿化速率和累积矿化量,只有土地利用方式对其有显著影响(p<0.01);添加稻草后,土壤总累积矿化量没有发生显著变化(旱地翻埋除外),因为稻草还田抑制了土壤原有有机碳的降解,使100 d的累积矿化量相对于各自对照减少了13.95%(水田覆盖)、15.68%(水田翻埋)、11.04%(旱地覆盖)和3.34%(旱地翻埋)。水田翻埋和旱地覆盖是稻草资源合理利用的较好方式,更有利于土壤有机碳的积累;添加的稻草碳和土壤原有有机碳在水田的矿化速率均显著低于旱地,是水田有机碳含量通常高于同一景观单元旱地的主要原因之一。     

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。     

黑碳添加对土壤活性有机碳和原有机碳的影响

通过室内培养实验,向土壤(甘蔗土)中分别添加不同用量的黑碳(BC,350℃热解水稻秸秆),添加量分别为0(BC0)、1％(BC1)、2％(BC2)、3％(BC3)、4％(BC4)和5％(BC5),研究黑碳添加量对土壤活性有机碳和原有机碳的影响.结果表明,在25℃培养条件下,土壤易矿化碳(Cm)随黑碳添加量的增加而增加;土壤微生物生物量碳含量亦随添加量的增加呈增加趋势(BC3处理除外).土壤可溶性有机碳含量在BC1、BC2和BC3处理之间的差异不显著,并显著低于对照土壤(BC0);应用δ13C自然丰度方法研究发现,BC1处理抑制了土壤原有机碳分解,而BC2、BC3、BC4和BC5处理促进了土壤原有机碳的分解,但统计上未达显著水平.     

不同植被覆盖对土壤有机碳矿化及团聚体碳分布的影响

植被覆盖通过其输入有机物料的差异影响着土壤养分和微生物活性,进而对其土壤的团聚过程和有机碳的矿化产生影响。该文通过对重庆缙云山四种植被类型覆盖(灌草丛、楠竹林、常绿阔叶林、针阔混交林)下土壤团聚体碳分布以及土壤有机碳矿化的分析,探讨了植被覆盖对这两者的影响以及两者的相互联系。植被覆盖影响着土壤有机碳矿化过程和团聚体碳分布。就土壤有机碳矿化累积量(42天)而言,表现为灌草丛常绿阔叶林针阔混交林楠竹林。不同植被覆盖土壤有机碳日均矿化速率在培养前期(前8天)差异较大,之后则趋于一致。除灌草丛土壤外,楠竹林、常绿阔叶林和针阔混交林覆盖土壤团聚体均以0.25～2 mm和0.25 mm团聚体为主,其总量达到65%以上。土壤团聚体平均重量直径表明灌草丛土壤结构稳定性要优于其它植被覆盖土壤,而楠竹林土壤结构稳定性最差。除灌草丛土壤外,0.25 mm团聚体是土壤有机碳的主要载体;其次是0.25～2 mm团聚体。简单相关和多元回归分析,表明土壤有机碳矿化系数与0.25 mm团聚体含量成负相关,与5 mm团聚体有机碳库成正比。因此,土壤团聚体对有机碳保护作用是土壤有机碳分配和矿化分解综合作用的结果。     

Quantitative Measurement of Organic Carbon in Mine Wastes: Methods Comparison for Inorganic Carbon Removal and Organic Carbon Recovery

The present study aims to evaluate carbon recovery and analytical precision of two methods based on dry combustion for organic carbon (OC) quantification in base metal mine tailings: (1) IC subtraction method (inorganic C(IC) measured and subtracted from total C) and (2) direct OC quantification after acid pretreatment. Results showed IC subtraction method effectively hydrolyzed a range of IC minerals [calcium carbonate (CaCO₃), magnesium carbonate (MgCO₃), dolomite, magnesite, calcite] with satisfactory IC (as CO₂ released) recovery (87–103 percent). In the direct OC quantification method, 5 M hydrochloric acid (HCl) pretreatment resulted in a satisfactory recovery (76–92 percent) of most organic compounds [ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), cellulose, plant litter, and charcoal], except for water-soluble OC (sucrose, 40 percent recovery). The precision of both methods declined when C levels were <5 g kg^?1 with RSD (Relative Standard Deviation) > 10 percent. The OC values in test samples of base metal mine tailings were comparable between the two methods. However, IC subtraction method is not applicable for tailings with low OC levels (<5 g kg^?1) until the precision is substantially improved. Moreover, compared to the IC subtraction method, OC values are significantly lower in direct OC quantification method for tailings with high OC levels.     

长期施肥对黑土水溶性碳含量和碳矿化的影响

以农业部哈尔滨黑土生态环境重点野外科学观测试验站长期定位试验为平台,研究了长期施肥对黑土水溶性碳（WSOC）和矿化碳的影响。结果表明,施肥对土壤WSOC的含量有很大影响,比较而言,单施化肥对WSOC含量无明显影响,而施加有机肥可使黑土WSOC含量增加。土壤对水溶性有机碳的吸附量与平衡前水溶性有机碳的浓度显著相关。有机肥与无机肥料配施可以提高土壤矿化碳含量。     

耕作年限对棉田土壤颗粒及矿物结合态有机碳的影响

研究耕作年限对棉田土壤颗粒及矿物结合态有机碳的影响.以相应荒地为对照,选取南北疆兰州湾、31团和普惠农场3个典型绿洲不同耕作年限土壤为研究对象,应用物理分组方法研究颗粒及矿物结合态有机碳的变化规律.结果表明:耕作有利于棉田土壤总有机碳的积累,耕作(0～5年)总有机碳增加迅速,年均增加在0.65 g/kg以上;颗粒有机物、有机碳和颗粒有机碳的分配比例在耕作0～10年间增加,较荒地分别增加50.12％,263.64％,79.79％,10年后下降.矿物结合态有机碳含量则随耕作年限的延长递增,矿物结合态有机物含量变化趋势与颗粒有机物相反.土壤有机碳在耕作1～10年增加,有利于土壤质量的提高,是荒漠区土壤碳汇,是合理的耕作年限.     

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。     

土壤颗粒有机碳和矿质结合有机碳对4种耕作措施的响应

以陕西关中平原中部耕作定位试验为研究对象,研究深松、旋耕、免耕和统耕作4种耕作方式在秸秆还田和不还田条件下对土壤颗粒有机碳和矿质结合态有机碳的影响。结果表明,相对于传统耕作,深松、旋耕和免耕处理都使土壤颗粒碳(POC)含量增加,但在秸秆还田下相应增加幅度更大,在0-10cm土层颗粒碳增加20.71%～69.25%,表现出深松>旋耕>免耕>传统耕作的顺序,而对其他10-20cm,20-30cm,30-40cm土层的颗粒碳影响较小。在同一种耕作模式下,秸秆还田的与无秸秆还田的相比,深松、旋耕、传统耕作使土壤POC增加了9.17%～26.61%,其中以传统耕作措施的提高幅度最大。在秸秆不还田条件下,各耕作处理矿质结合态有机碳的差异较小,但在秸秆还田条件下,旋耕促进了土壤矿质结合态有机碳(MOC)的增加,比对照(传统耕作)提高了22.98%。从土壤有机碳的角度考虑,深松和旋耕并结合秸秆还田是较适合于当地土壤条件的耕作模式。     

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。