农田土壤有机碳库研究述评

农田土壤作为陆地生态系统的重要组成部分,是受人为活动干扰严重但又可在较短时间内调节的碳库,在全球碳循环中占据着非常重要的地位。深入探讨分析农田土壤有机碳库及其影响因素对全球生态系统碳平衡以及农田土壤利用的可持续性都具有十分重要的意义。笔者以农田土壤有机碳库基本问题为核心,对国内外有关农田土壤有机碳库的分类与组成、有机碳固定潜力以及有机碳固定影响因素的研究进展进行了总结。最后指出今后的重点研究方向包括全球不同地区农田土壤有机碳的固定周转机制、有机碳固定潜力,农田土壤有机碳库受各种因素的影响程度,农田土壤碳循环过程与地球表层过程的耦合机制以及如何设计合理有效的农田管理措施以达到最大的固碳潜力等几个方面。     

侵蚀及土地利用管理方式改变对土壤有机碳的影响

土壤侵蚀是重要的环境公害,侵蚀造成土壤有机碳的大量迁移、转化和流失,产生严重的环境问题,相关机理研究尚不清楚。本文阐述了水蚀和风蚀两种主要方式对土壤有机碳库的影响,侵蚀和二氧化碳温室气体排放的关系。介绍了林地转为农田、草地以及草地转为农田等土地利用方式的改变对土壤有机碳库的影响,免耕提高土壤固碳能力。提出了控制侵蚀,减少土壤碳流失的措施。     

凋落物分解对森林土壤碳库影响的研究进展

凋落物分解是陆地生态系统物质循环和能量转换的主要途径,是森林生态系统重要功能之一。凋落物作为外源有机物质,进入土壤后其分解不但会增加土壤中碳源,改变土壤理化性质,而且还会增加土壤中各种微生物的数量,改变土壤微生物群落结构,加速土壤有机碳矿化速率,从而对土壤有机碳库动态变化产生重要影响。土壤是陆地生态系统的核心,研究土壤碳库动态对正确评价土壤在陆地生态系统碳循环以及全球变化中的作用有重要意义。本文就凋落物分解过程及对土壤碳库中土壤呼吸、土壤有机碳、土壤微生物量碳、土壤碳矿化及理化性质等影响进行综述,为土壤碳库周转动态研究提供参考。     

土壤有机碳固定研究进展

农田土壤的固碳潜力有助于评估农田土壤作为大气二氧化碳的“源”或“汇”的功能,进而正确评价农田土壤对全球气候变暖的影响。土壤有机碳固定和损失的研究是目前国际上前沿研究领域之一,然而土壤有机碳的动态变化还存在许多不确定性,这就为测定农田土壤碳的固定潜力带来了困难。本文围绕土壤有机固碳的基本问题,总结了农田土壤有机碳固定及其影响因素的国内外研究进展。     

不同尺度土壤有机碳空间分布特征研究综述

土壤有机碳库是陆地生态系统中最大的碳库。本文从土壤团聚体、土壤剖面、区域及全球尺度上对土壤有机碳分布特征进行了综合论述。土壤新增加的有机碳主要是被固定在?0.01mm的团聚体中,农业管理实践影响到有机碳在土壤中的分布格局;中国大陆土壤有机碳储量大约介于80Gt~100Gt之间,土壤有机碳分布具有高度的空间变异性,受气候、植被和土壤类型影响,区域差异明显,其总趋势是东南区大于西北干旱区;而全球土壤有机碳分布特征存在很大争议,主要是碳源/汇的大小和位置存在不确定性。     

土壤有机碳稳定性的影响

土壤有机碳是土壤的核心组成,对碳的循环很重要。土壤有机碳的稳定性不仅影响植物的生长状况,还影响生态环境。通过对国内外对土壤组分、活性有机碳的认识以及对土壤稳定性、土壤团聚体的研究,综述了影响土壤有机碳稳定的因素,以期为以后有机碳稳定性研究提供参考。     

农田生态系统中土壤有机碳与团聚体相互作用机制的研究进展

土壤有机碳和土壤结构是衡量土壤地力的重要指标,同时也是影响土壤稳定性和生产力的主要因素之一。土壤有机碳对团聚体的形成和稳定具有重要作用,而土壤团聚结构对土壤有机碳的累积与分解具有显著影响。本文回顾了有机碳影响团聚体形成稳定作用的模式模型;归纳了土壤团聚体对有机碳累积的保护作用机制。在总结土壤有机碳和土壤团聚体相互作用机制的基础上,探讨了农田管理措施对土壤有机碳和团聚体的影响,并概括了目前国际上相关研究的新技术。并在此基础上,提出了在该领域研究中存在的问题,以期为我国土壤地力的持续提升研究提供参考。     

耕作方式对潮土有机碳及碳库管理指数的影响

为了探明华北潮土区农田耕作方式对土壤有机碳库及碳库管理指数的影响,应用田间试验,研究撂荒、翻耕、免耕和旋耕4种方式下,耕层(0~20 cm)土壤总有机碳和不同态活性有机碳含量的变化,对比分析不同耕作方式对土壤碳库管理指数的影响。结果表明：免耕和旋耕均有利于土壤有机碳累积,与撂荒相比,免耕和旋耕处理土壤总有机碳含量分别增加26.42%和12.52%;土壤活性有机碳对不同耕作措施的响应不同,与撂荒相比,翻耕、免耕和旋耕处理,土壤易氧化有机碳含量分别提高23.72%,44.34%和27.84%,水溶性有机碳含量分别降低了24.11%,24.56%和43.89%。土壤微生物量碳含量仅在免耕方式下提高了109%,其他耕作方式下没有显著变化;免耕、旋耕和翻耕处理下,土壤碳库活度、碳库指数均显著增加,碳库管理指数分别比撂荒处理提高47.82%,27.18%和30.47%,可见耕作对优化土壤碳库管理具有显著促进作用。     

土壤有机碳研究进展及在农田生产中的应用

土壤有机碳在全球变化研究中具有重要地位,其固存与排放对全球气候变化有重要影响。文章回顾了国内外土壤有机碳研究进展及趋势,阐述了全球土壤有机碳库存量及分布、全球碳循环过程、影响土壤有机碳库存量的因素、农田土壤有机碳组成及其影响因素、农田土壤有机碳转化规律及影响因素,指出了我国在土壤有机碳研究方面存在的问题及今后的发展方向。     

草地土壤有机碳储量影响因素研究进展

草地土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分,其储量的高低与大气CO2浓度密切相关。笔者综述了近几年有关草地土壤有机碳储量影响因素研究进展,主要介绍了气候条件,草地土壤理化性质以及人为干扰等3方面对草地土壤有机碳储量的影响,阐明了研究影响草地土壤有机碳储量因素的重要意义,为研究如何增加草地土壤有机碳储量提供参考,以有效应对全球气候变化。     

洞庭湖湿地草地不同利用方式对土壤碳储量的影响

为研究不同利用方式对湿地草地土壤有机碳储量的影响,通过不同时段的土壤剖面有机碳含量的测定数据,分析不同利用方式下土壤碳储量的变化。结果表明：苔草地营造杨树林,对土壤有机碳储量的影响是一个骤变过程,可以引起土壤40 cm甚至以下土层有机碳的损失;造林8年后,原来储存在土壤中的有机碳损失了33.89 t/hm2;每年取走地上产品对土壤有机碳储量的影响是一个逐渐变化的过程,主要影响土壤表层尤其是0~10 cm深土壤碳的积累量,与未受人为干扰的苔草地相比,8年内土壤有机碳的积累量只少1.95 t/hm2。不论何种人为利用方式都减少了湿地草地土壤有机碳的积累量。     

火干扰对喀纳斯泰加林土壤有机碳的影响

为了研究不同火干扰烈度对喀纳斯泰加林土壤有机碳含量及碳储量的影响,以喀纳斯泰加林同一火烧时间不同火干扰烈度的火烧迹地为研究对象,对不同土层(0~10 cm,10~25 cm)有机碳含量进行测定并估算其碳储量,采用单因素方差分析及LSD多重比较进行差异显著性分析。结果表明,相同火干扰烈度下0~10 cm土层土壤有机碳及碳储量均大于10~25 cm土层。0~10 cm土层中碳储量表现为：未火烧>轻度火干扰>中度火干扰>重度火干扰,在10~25 cm土层中碳储量表现为：轻度火干扰>中度火干扰>未火烧>重度火干扰。0~10 cm土层的土壤有机碳含量和碳储量以及10~25 cm土层的有机碳含量损失程度会随着火干扰烈度的增加而增加。10~25 cm土层碳储量会在轻度和中度火干扰后出现增加。     

长期施肥下红壤性水稻土固碳效应特征

明确长期施肥红壤稻田碳投入与碳储量、碳含量与产量间的关系,以及不同施肥措施的固碳效率差异。以红壤稻田长期定位施肥试验为试材,用连续监测的方法,测得长期不同施肥水稻产量、土壤有机碳含量和储量,水稻产量数据。所有处理土壤有机碳含量均呈上升趋势,37年后NPKM处理分别比CK、NPK、NPK2高30.5%、23.4%、24.7%;有机碳储量均随碳投入的增加而显著升高;NPK、NPK2和NPKM处理的固碳效率分别为32.7%、25.9%、35.0%;水稻产量与土壤有机碳含量显著直线正相关。双季稻种植模式下,施肥与不施肥处理土壤碳含量和储量均呈上升趋势;化肥与有机肥配施显著提高固碳效率;有机碳含量与水稻产量间显著正相关。     

土壤有机碳储量估算结果精度分析——以广东省为例

土壤有机碳库是陆地碳库的重要组成部分,其变化对气候变化及全球碳循环有着重要的作用,而对土壤有机碳储量(SOCS)的精确估算是研究的基础。以广东省为例,以常规土壤剖面及土壤类型图数据估算表层SOCS,以相同方法,利用基于大量土壤采样数据制作的有机质含量图数据估算表层SOCS的范围,分析常规数据估算结果的精度。结果显示,采用土壤剖面数据计算出的SOCS要比采用有机质含量图算出的SOCS均值高出24.81%,达1.360×10⁸ t,广东省典型的赤红壤和水稻土分别高0.739×10⁸ t、0.469×10⁸ t。可以推断,利用有限样本量的土壤剖面数据估算结果可能会高估SOCS的真实储量。不同数据源有各自的局限和优势,利用土壤有机质含量图来估算SOCS,不仅为SOCS估算方法进行了有力的补充,同时为SOCS真实值提供了必要的参考。     

保护性耕作对潮土碳、氮含量的影响

为了探明保护性耕作条件下有机碳循环与农田地力提升机制,为保护性耕作技术的推广应用提供科学理论支撑,笔者以保护性耕作长期试验地为平台,研究不同耕作处理对总有机碳、全氮及其不同组分在潮土中含量的影响。笔者通过研究不同耕作处理下土壤总有机碳、全氮、溶解性有机碳、溶解性有机氮、微生物量碳、易氧化有机碳在不同土层深度中的分布情况,揭示保护性耕作措施对潮土碳、氮含量的影响。结果表明：相比于常规翻耕,2年或4年翻耕1次的间歇性翻耕和全免耕处理0~5cm土层土壤总有机碳含量分别提高了2.40%、2.80%、16.00%,全氮含量分别提高了-1.23%、1.32%、11.11%,免耕处理下10~20cm土层中总有机碳、全氮含量显著低于其它处理;秸秆还田条件下,实施间歇性翻耕和免耕能显著提升0~5cm、5~10cm土层中土壤溶解性有机碳、氮含量;相比于常规翻耕,间歇性翻耕、免耕处理下0~5cm土层土壤微生物量碳与易氧化有机碳含量均有不同程度地升高,免耕处理下10~20cm土层中微生物量碳含量显著低于其它处理;秸秆还田对0~10cm土层土壤总有机碳、全氮、溶解性有机氮及其它活性有机碳组分含量均有不同程度的提升作用。总体来看,保护性耕作措施有利于表层0~5cm土层中碳、氮储量的增加,免耕条件下“养分表聚”的负面效应可通过间歇性翻耕得到改善。     

松辽平原玉米带高产土壤有机无机复合体组成及有机碳分布的研究

为了探讨不同施肥和耕作方式对土壤有机无机复合体组成及有机碳分布的影响,采用超声波分散、颗粒大小分组法对松辽平原玉米高产土壤进行研究。结果表明,土壤中有机无机复合体以细砂复合体为主,约占40%~70%,粘粒、粉粒复合体次之;与对照相比,高产土壤粘粒复合体含量较小,平均差值为5.05%和7.60%;结合无机颗粒对比,粉粒、细砂复合体有所增多,增幅为0.1%~3.7%,粉粒增幅大于细砂,粘粒复合体减少,约为0.1%~5%,高产土壤减小量大于对照。有机碳主要存在于小粒级复合体中,随着复合体粒径的增大,有机碳各组分的相对含量减少(A1>A2>A3);与对照相比,高产土壤中各级复合体有机碳含量均高于对照（1号>6号,10号>14号）,而有机碳贮量在高产土壤粘粒复合体中低于对照（1号<6号,10号<14号）,在粉粒复合体中明显高于对照（1号>6号,10号>14号）。     

土壤团聚体有机碳研究进展

土壤有机碳是衡量土壤肥力的重要指标,对于促进土壤养分循环、增加养分有效性有重要作用。土壤团聚体是土壤的重要组成部分,是组成土壤结构的最小单元,受到自然因素和人为因素的影响,其形成转化过程与土壤固碳过程息息相关,因而研究团聚体和有机碳的关系及团聚体有机碳影响因素对于土壤结构的改善和土壤质量的提升具有重要意义。本文通过对文献的总结,明晰了土壤团聚体和有机碳的关系,阐述了土壤类型、施肥方式、土地利用和矿区复垦对土壤团聚体有机碳的影响,并从生物质炭的长期定位研究和复垦矿区的土壤修复两方面对土壤团聚体有机碳的研究进行展望,研究结果可为合理的农业生产提供科学依据。     

云南哀牢山湿性常绿阔叶林土壤碳分布特征

通过调查亚热带森林生态系统中各类属性土壤碳在2种不同类型土壤剖面中的分布规律,分析和探讨原生土和淤积土在森林土壤碳循环过程中发挥的重要作用。本研究地点位于云南省哀牢山亚热带中山湿性常绿阔叶原生林生态系统,以海拔高度较高的上游森林原生土和海拔高度较低的下游灌草淤积土为采样点,沿着土壤剖面分层取样,重点研究土壤剖面根层(0~45 cm)土壤中全碳、活性有机碳、微生物量碳、可溶性碳和水溶性碳的垂直分布规律。研究结果表明：本研究过程中所调查的5类不同属性土壤碳在两种不同类型土壤剖面中均呈衰减指数式分布。土壤全碳、活性有机碳和水溶性碳在淤积土中的平均含量均显著高于原生土;土壤微生物量碳在2种类型土壤剖面中的平均含量差异不显著;而土壤可溶性碳在淤积土中的含量显著低于原生土,说明在哀牢山亚热带中山湿性常绿阔叶原生林生态系统中原生土和淤积土在储存不同属性土壤碳和碳循环方面发挥着不同作用。本研究结果充分证明不同属性土壤碳在同一亚热带森林生态系统不同类型土壤剖面中虽然垂直分布规律一致,但是平均储量存在着明显的空间异质性,这为全球热带和亚热带森林生态系统中土壤碳库不同属性土壤碳的估算和不同类型土壤碳循环的研究提供新的理论依据和研究方向。     

黑河绿洲区耕作土壤有机碳及其活性和非活性组分固碳潜力研究

土壤有机碳固碳潜力研究是陆地生态系统碳循环中的前沿领域,可为区域农业碳管理和温室气体减排提供依据。文中选择黑河绿洲区水田为研究对象,采用实地土壤样品采集、室内指标分析和模型模拟方法,研究了表层0-20cm土壤不同粒径与土壤TOC、AOC、NOC之间的关系,在此基础上建立了土壤TOC、AOC和NOC物理化学固碳潜力模型并估算固碳潜力。结果显示：绿洲农田土壤存在较大的固碳空间,TOC、AOC、NOC固碳潜力平均值分别为0.75%、0.14%、0.56%。并以中游绿洲水田为例,计算了土壤TOC、AOC、NOC碳密度、碳储量及其潜力,水田中TOC、AOC、NOC碳密度的潜力为0.18 g/cm2、0.03 g/cm2、0.15 g/cm2,水田中TOC、AOC、NOC碳储量的潜力为7.12 Tg、1.13 Tg、5.79 Tg。分析发现水田中NOC的碳密度和碳储量提升的空间明显高于AOC,说明NOC的提高是TOC固碳的关键。