侵蚀红壤区植被恢复对表层与深层土壤有机碳矿化的影响

试验研究了典型红壤侵蚀区不同植被恢复年限(0,11,31a)的表层(0—10cm)和深层(60—80cm)土壤有机碳矿化特征。结果表明:深层土壤有机碳84d累积矿化量或潜在矿化量显著低于表层土壤,植被恢复则显著增加了表层和深层土壤累积矿化量或潜在矿化量(P0.05),相关分析显示土壤有机碳累积矿化量或潜在矿化量与WSOC、MBC和SOC显著(P0.05)或极显著(P0.01)相关,表明碳矿化底物数量是决定土壤碳累积矿化量或潜在矿化量的主导因子;对照表层土壤的矿化速率常数(k)高于深层土壤的,植被恢复降低了表层土壤的k值(P0.05),对深层土壤的k值却没有显著影响;而深层土壤矿化率显著高于表层土壤,且植被恢复后均显著降低(P0.05),相关分析显示土壤有机碳矿化率与微生物代谢熵呈极显著的正相关(P0.01),表明微生物碳利用效率是影响土壤碳矿化率的重要因素,而深层土壤微生物碳利用效率显著低于表层土壤,但植被恢复可以改善侵蚀红壤的环境条件,提高土壤微生物的碳利用效率,从而增强土壤固碳能力。     

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。     

长期施肥对红壤稻田剖面土壤碳氮累积的影响

为了研究长期施肥对红壤稻田剖面土壤碳氮累积的影响,基于中国生态系统研究网络(CERN)桃源农业生态试验站网络监测数据,分析了不施肥(CK)、高量氮磷钾肥(NPK)、减量化肥加秸秆还田优化施肥(OF)对红壤水稻土剖面有机碳、全氮含量及其储量的影响。结果表明:(1)OF处理土壤碳氮含量及其储量随着土层深度的增加呈显著下降趋势(p<0.05)。(2)11 a施肥后,各处理表层(0-20 cm)土壤有机碳含量及碳储量差异显著,且OF>NPK>CK;表层全氮含量及氮储量在NPK与OF处理中无显著差异;40-80 cm土壤氮储量NPK处理显著大于OF处理。(3)各处理0-80 cm土体总有机碳储量差异不显著,NPK处理全氮储量显著大于OF处理。(4)与试验初期相比,各处理在20-40 cm土层,各指标含量增加幅度最大。(5)0-80 cm土体中,有机碳和全氮储量存在极显著正相关关系(y=11.644 x-0.8737,R²=0.9759)。综上所述,红壤稻田土壤有机碳、全氮及碳氮储量对长期不同施肥措施的响应在表层更灵敏;在20-40 cm土层碳氮累积速率最大,并有向深层累积的趋势;OF处理更显著增加表层土壤有机碳氮储量,而NPK处理对深层土壤碳氮储量增加较多。因此,长期高量化肥使用增加了氮素向土壤深处迁移的风险,减量施肥配以秸秆还田措施对保持红壤水稻土碳氮可持续变化更有利。     

施用生物质炭对红壤有机碳矿化及其组分的影响

采用室内培养试验研究了生物质炭种类、土壤性状和氮肥施用对红壤有机碳矿化及其组分的影响。结果表明,添加生物质炭后红壤中有机碳的矿化速率随添加生物质炭制备温度的增加而下降;在有机质中等的土壤中,添加生物质炭可促进土壤有机碳的矿化;而对于有机质特别低或较高的土壤中,添加生物质炭降低了其有机碳的矿化;施用氮肥可明显增加生物质炭添加土壤中有机碳的矿化。研究认为,生物质炭类型、土壤性状和施用氮肥对添加生物质炭土壤有机碳矿化的影响差异可能与它们对土壤活性有机碳(微生物生物量碳和水溶性碳)的影响不同有关。总体上,施用生物质炭和氮肥若能促进土壤活性有机碳的形成,则相应地其也可促进土壤有机碳的矿化。生物质炭在土壤中的稳定性也受土壤性状和氮素状况的影响。     

外源碳氮输入对元阳梯田土壤有机氮厌氧矿化的影响

采用室内培养法研究了元阳梯田3个海拔梯度(高海拔为1626~1672 m、中海拔为1532~1537 m和低海拔为1445~1459 m)表层(0~30 cm)土壤和同一海拔3个土壤层次(0~30 cm、30~60 cm和60~90 cm)氮素在厌氧条件下的矿化特征。结果表明:4种矿化处理(对照、加碳、加氮和加碳氮)20天的培养,净矿化量均随海拔高度的降低而降低,随土层深度的增加而降低。矿化速率随培养时间呈现出下降的趋势,后期矿化量变幅缓慢。四种处理净矿化量与土壤有机碳(TOC)、全氮(TN)、溶解性有机碳氮(DOC和DON)、微生物量碳(MBC)、易氧化碳(ROC)及轻组碳氮(LFC和LFN)均呈显著性正相关(P0.05)。20天的培养期内的净矿化量总体表现为:对照和加氮处理大于加碳和加碳氮处理。表明有机碳的投入降低了净矿化,可减少氮的损失,元阳梯田土壤中的碳可能对土壤中有限氮素资源具有良好的保蓄作用。     

温度对贵州喀斯特黄色石灰土有机碳矿化、水稻秸秆激发效应和Q10的影响

为定量揭示温度和秸秆还田对贵州喀斯特黄色石灰土土壤有机碳矿化、激发效应和温度敏感性的影响。以贵州喀斯特地区典型黄色石灰土为研究对象,采用¹³C稳定性同位素标记的水稻秸秆和土壤培养试验研究了15,25,35 ℃培养温度下土壤原有有机碳矿化速率、累积矿化量、激发效应和温度系数Q₁₀对水稻秸秆输入和温度的响应。结果表明:15~35 ℃温度范围和0~60天培养时间内,贵州喀斯特黄色石灰土土壤有机碳、总有机碳、水稻秸秆有机碳和土壤原有有机碳矿化速率均培养1天达到峰值,培养1~30天土壤总有机碳、水稻秸秆有机碳和土壤原有有机碳矿化速率快速下降,30~60天逐渐趋于平缓。温度升高显著增加土壤有机碳、水稻秸秆输入土壤总有机碳、土壤原有有机碳和输入的水稻秸秆有机碳的矿化速率和累积矿化量。培养期间水稻秸秆对土壤有机碳矿化均产生显著正激发效应,且正激发效应随温度升高而强化。培养结束时15,25,35 ℃下其对土壤原有有机碳矿化速率激发效应表现为随温度升高激发效应升高、降低、升高和先升高后降低的温度响应规律,因表征方法不同而不同。15,25,35 ℃培养温度下水稻秸秆对土壤总有机碳矿化速率和累积矿化量的贡献率均随培养时间延长先减小后增大再减小,但2种表征方法和3个培养温度拐点发生时间不同;培养1天时水稻秸秆对土壤总有机碳矿化速率和累积矿化量的贡献率15,25 ℃基本相同且显著高于35 ℃,5天时25,35 ℃基本相当且显著大于15 ℃,其他时间均是25 ℃显著大于35 ℃和35 ℃显著大于15 ℃。15~25 ℃和25~35 ℃ 2个温度体系中水稻秸秆不输入石灰土土壤有机碳矿化速率温度敏感系数Q_10,V分别为1.01~2.60和1.39~3.12,Q_10,F分别为1.50~2.60和1.39~2.17;水稻秸秆输入石灰土土壤总有机碳矿化速率温度敏感系数Q_10,V分别为1.09~2.18和1.05~1.90,Q_10,F分别为1.09~1.73和1.05~1.49;水稻秸秆输入抑制土壤原有有机碳矿化的温度敏感性,水稻秸秆输入导致土壤原有有机碳矿化温度敏感性随温度升高而升高转变为总体上随温度升高而降低在一定程度上可缓冲全球变暖所致的CO₂排放增加。温度对土壤有机碳矿化温度敏感性的影响因表征温度敏感性指标和培养时间长短不同而不同,建立不同培养时间的矿化速率和累积矿化量温度敏感系数的温度函数可精确表征其对温度的响应。研究结果对贵州喀斯特农田土壤秸秆还田、土壤固碳减排、土壤有机碳管理和土壤有机碳库预测等提供参考和借鉴,对丰富土壤有机碳激发效应和温度系数Q₁₀的表征和深入理解具有重要意义。     

不同培养温度下长期施肥红壤水稻土有机碳矿化特征研究

以长期不同施肥处理红壤水稻土为研究对象,布置不同温度下(15、25和35℃)的室内培养试验,研究有机碳矿化的温度敏感性及施肥对土壤有机碳矿化的影响,并分析土壤有机碳矿化与土壤理化性质和不同形态碳素之间的关系。结果表明,培养前期(0～7 d),土壤有机碳矿化速率快速下降,之后逐渐降低并最终趋于稳定。温度升高提高了土壤有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率。磷肥和有机肥的施用提高了土壤有机碳累积矿化量。各处理土壤有机碳矿化的温度敏感性系数Q10为1.31～1.75,施肥提高了土壤有机碳矿化的温度敏感性。Q10与有机碳、全量和速效氮磷、微生物生物量碳、易氧化有机碳和胡敏酸碳呈显著或极显著的正相关关系。3种培养温度下土壤有机碳累积矿化量均与pH呈显著负相关,与有机碳和全氮呈显著或极显著正相关。25℃和35℃培养时,土壤有机碳累积矿化量与微生物生物量碳、胡敏酸碳和富里酸碳显著或极显著正相关。     

采伐干扰对东北温带次生林土壤碳矿化和活性有机碳的影响

在黑龙江东部的张广才岭选择典型次生杂木林进行不同采伐处理,一个生长季后测定了土壤潜在碳矿化速率和活性有机碳含量.结果表明:在28℃条件下经过90d的培养,土壤潜在碳矿化速率和碳矿化总量在所测定的土层中(0-10 cm,10-20 cm,20-30 cm)均表现为:50%强度采伐>皆伐后农作>25%强度采伐≌对照>皆伐后造林的变化趋势,但各处理间差异不显著.土壤易氧化碳含量在3个土层50%强度采伐均显著高于对照.土壤微生物碳含量在0-10 cm和10-20 cm土层,50%强度采伐显著高于对照.在0-10 cm土层,皆伐后造林显著低于对照.水溶性有机碳含量在0-10 cm和10-20 cm土层,50%强度采伐显著高于对照,在20-30cm土层,皆伐后造林显著低于对照,这说明在东北温带次生林中,较大强度的择伐短期内可增加土壤活性有机碳含量.而皆伐后造林可导致土壤活性有机碳出现下降趋势.     

南方红壤严重侵蚀地不同恢复年限马尾松人工林生态系统碳储量特征

[目的]研究南方红壤侵蚀地不同恢复年限植被生态系统碳库储量,为该地区马尾松人工林制定合理的森林经营方式提供理论支持。[方法]以福建省长汀县河田镇裸地、不同恢复年限(10,20,30a生)马尾松人工林和天然次生林为研究对象,测定不同恢复阶段林地植被和土壤碳库储量。[结果]马尾松人工林植被恢复能够显著提高植被和土壤碳库储量。10a,20a,30a生马尾松人工林与裸地相比生态系统碳库储量分别增加2.80,3.54,8.56倍,但依然低于天然次生林;马尾松人工林植被恢复能够显著提高表层(0—10cm)土壤碳库储量,而对深层土壤碳库储量影响不显著;不同恢复阶段植被和土壤碳库增加速率不同,呈现非线性增加。[结论]南方红壤严重侵蚀地植被恢复能够增加生态系统碳库储量,但该地区土壤碳库的恢复是长期的缓慢过程。今后应加强南方红壤地区森林植被的保护,避免植被过度干扰和破坏而引起严重土壤侵蚀。     

不同放牧对滇西北高原典型湿地土壤碳、氮空间分布的差异影响

土壤中的碳、氮含量是湿地"汇"功能的基础。滇西北高原湿地具有重要的"汇"功能,但不同放牧对其"汇"功能的影响是否存在差异尚缺乏研究。以滇西北高原典型湿地纳帕海为研究对象,对践踏型(牛羊践踏STD)、扰动型(藏香猪翻拱扰动PDD)放牧影响下,以及长期禁牧(NG)草甸土壤容重、表面紧实度及其碳、氮空间分布进行研究。结果表明:(1)土壤容重随土层深度(0~40 cm)的增加均呈增加的趋势,但不同放牧对表层(0~20 cm)土壤容重的影响存在显著差异,其中,STDNGPDD。随着土层深度(20~40 cm)的增加,这种影响差异不断减小至无差异。不同放牧干扰对草甸土壤表面紧实度的影响存在显著差异,其中,STDNGPDD。(2)不同放牧干扰下,土壤总有机碳(SOC)含量随土层深度的增加均呈现逐渐减少的趋势。但不同放牧干扰下,表层(0~20 cm)土壤SOC含量存在显著差异,其中,NGSTDPDD。随着土层深度(20~40 cm)的增加,不同放牧干扰对土壤SOC含量的影响不存在显著差异。(3)不同放牧干扰下,土壤全氮(TN)含量均随土层深度(0~40 cm)的增加呈现逐渐减少的趋势。但不同放牧干扰对表层(0~20 cm)土壤TN含量的影响存在显著差异,其中,NGSTDPDD。到20~30 cm,PDD放牧下的土壤TN含量显著高于NG和STD放牧的。随着土层深度的增加,不同放牧干扰对土壤TN含量的影响不存在显著差异。本研究表明了放牧对湿地表层土壤(0~20 cm)物理性状及其碳、氮营养物质积累存在显著影响,不同放牧对其影响存在差异,进而对湿地生态系统"汇"功能产生影响。研究为加强滇西北高原湿地放牧的分类管理、维护湿地生态系统"汇"的生态服务功能提供了一定的理论依据。