不同耕作措施下陇中黄土高原旱作农田土壤活性有机碳组分及其与酶活性间的关系

通过设置在陇中黄土高原半干旱雨养农业区15年的不同保护性耕作措施长期定位试验,研究了传统耕作(T)、免耕(NT)、免耕结合秸秆覆盖(NTS)、传统耕作结合秸秆还田(TS)4种不同耕作措施下不同土层的土壤总有机碳、土壤活性有机碳、土壤微生物量、碳库管理指数和土壤蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶和过氧化物酶等4种参与碳循环土壤酶,并分析了土壤有机碳及其活性碳组分与土壤酶之间的相关关系。结果表明:0~30 cm土层,NTS处理可显著提高土壤有机碳、土壤活性有机碳、土壤微生物量碳及碳库管理指数,分别较T处理增加了16.3%、28.26%、41.88%、37.04%,NT、TS处理较T处理各指标也均有不同程度提高;在0~30 cm土层,NTS、TS、NT处理与T处理相比,蔗糖酶分别提高了33.84%、21.59%、25.15%,淀粉酶活性分别提高了20.90%、13.43%、12.69%,纤维素酶活性分别提高了39.13%、17.39%、4.34%,过氧化物酶活性分别提高了7.81%、2.08%、3.65%;土壤蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶、过氧化物酶与各形态有机碳及碳库管理指数均表现为显著或极显著正相关关系;蔗糖酶活性增加对有机碳积累作用最显著,有助于土壤总有机碳、活性有机碳、微生物量碳含量提高,土壤纤维素酶对土壤总有机碳和活性有机碳含量的增加有促进作用,过氧化物酶有利于总有机碳的积累。免耕结合秸秆覆盖是适宜该地区农田生态系统健康稳定发展,减少碳库损失的重要途径。     

不同耕作措施对麦—豆轮作条件下土壤有机碳库与微生物商的影响

以长期定位试验为基础,对麦-豆轮作次序下不同耕作措施间的土壤有机碳、易氧化碳以及微生物生物量碳进行了测定,计算了土壤微生物商在各个序列中变化并对土壤各级有机碳库进行了相关分析.结果表明:两种轮作次序下传统耕作结合秸秆还田、免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖与传统耕作不覆盖相比更有利于土壤有机碳库含量的提高,同时各处理表层有机碳含量明显高于其它层次并且随着土层的增加而递减.相关分析结果显示,土壤活性有机碳较大程度上依赖土壤有机碳的含量,同时也说明易氧化碳与微生物都在一定程度上表征了土壤中活性较高部分的有机碳含量.不同耕作处理的土壤微生物商均表现为NTS、NT、TS处理大于T处理,和不同耕作处理下土壤总有机碳含量的变化趋势一致.相较于其它处理免耕秸秆覆盖的土壤微生物商在各个序列中变化最明显,说明免耕秸秆覆盖对土壤有机碳含量的增加和土壤有机质的累积的贡献最大.     

连续14年保护性耕作对土壤总有机碳和轻组有机碳的影响

依托于2001年布设在陇中黄土高原半干旱雨养农业区的保护性耕作定位试验,于2014年测定了5种保护性耕作(免耕+秸秆覆盖NTS、免耕NT、传统耕作+秸秆翻埋TS、传统耕作+地膜覆盖TP和免耕+地膜覆盖NTP)和传统耕作T处理下小麦-豌豆双序列轮作中表层土壤(0~5、5~10、10~30 cm)总有机碳(SOC)和轻组有机碳(LFOC)在作物生育期前后的变化。结果表明:土壤总有机碳和轻组有机碳在土壤剖面上均随着土层深度的增加而降低;相比传统耕作T,NTS和TS处理能显著提高0~30 cm土层中SOC、LFOC的含量,在作物播种前较T分别提高了19.51%、64.58%和13.36%、42.08%,在收获后分别提高了28.00%、85.37%和18.61%、77.82%,而SOC、LFOC含量NT和TP处理与T处理间差异不显著;从作物播种前至收获后,各处理下0~30 cm土层SOC含量均有减小趋势,其中NTS和TS处理变化量最小,NT和TP处理加大了作物生育期间SOC和LFOC的消耗;LFOC可以灵敏地反应出土壤有机碳的变化。因此,在该区推行以免耕、秸秆覆盖为主的保护性耕作措施更有利于碳的积累和土壤质量的改善,促进该区农业的可持续发展。     

陇中旱地不同保护性耕作方式表层土壤结构和有机碳含量比较分析

在陇中黄土高原半干旱区进行保护性耕作定位试验,研究了不同保护性耕作措施对表层土壤结构和有机碳含量的影响。结果表明:与传统耕作(T)、传统耕作结合秸秆还田(TS)相比,免耕秸秆覆盖(NTS)土壤容重在作物生长期保持稳定;虽然两种序列NTS处理土壤总孔度较低,但其>30μm的非毛管孔度显著高于其它三种处理,W→P→W序列(2002年小麦→2003年豌豆→2004年小麦)NTS处理分别比T处理、TS处理和NT处理提高3.605%、4.749%、3.338%;P→W→P序列(2002年豌豆→2003年小麦→2004年豌豆)NTS处理分别比T处理、TS处理和NT处理提高2.834%、4.023%、2.728%;就大团聚体(>0.25 mm)含量而言,W→P→W序列下T处理、TS处理、NT处理和NTS处理分别为7.412%、9.493%、9.098%、10.577%,P→W→P序列下分别为7.600%、10.027%、8.085%、9.933%,且统计分析表明两种序列下NTS处理均与T和TS两处理差异显著。同时发现,NTS处理可显著增加土壤有机碳含量,两种序列下分别比T处理增加0.958 g/kg和1.045 g/kg,而单一的免耕(NT)或覆盖(TS)效果并不显著。     

秸秆覆盖对宁南早作农田活性有机质及碳库管理指数的影响

在宁南半干旱区早作农田连续进行了4 a不同秸秆覆盖量的冬小麦栽培试验,对不同秸秆覆盖量下的土壤碳库活度(A)、碳库活度指数(AI)、碳库指数(CPI)和土壤碳库管理指数(CMPI)进行了分析.结果表明:与不覆盖(CK)相比,0.9-0.6万kg/hm2覆盖量下0～20 cm土层土壤总有机碳含量显著提高1.46～1.01...     

不同耕作措施对(土娄)土土壤有机碳形态及活性的影响

为了探明不同耕作措施对土壤有机碳形态和活性的影响,以关中地区小麦、玉米轮作条件下,历时7 a不同耕作方式(深松、旋耕、免耕、传统耕作)的定位试验为研究对象,测定了不同土层土壤的总有机碳,高、中活性有机碳含量以及松结态、稳结态、紧接态有机碳含量,并计算了松结态有机碳与紧结态有机碳的比值(松/紧)。结果表明,与传统耕作比较,在小麦秸秆高留茬情况下,无论玉米秸秆是否还田,旋耕、深松和免耕处理均既能提高土壤有机碳含量,又能提高土壤的活性有机碳和松结态有机碳含量,并提高松结态有机碳与紧结态有机碳的比值,而深松和旋耕的效果比免耕明显,是关中地区比较理想的耕作模式。     

不同保护性耕作措施对黄土高原旱作农田土壤物理结构的影响

选取黄土高原半干旱区连续4年进行保护性耕作的玉米样地,定位试验,研究了不同耕作方式对耕层土壤理化性质的影响。结果表明:免耕秸秆覆盖(NTS)可显著降低0~5 cm表层土壤容重,传统耕作秸秆粉粹还田(TS)和NTS处理可显著降低5~10 cm、10~30 cm土层的土壤容重;NTS处理可显著增大0~5 cm表层土壤孔隙度,TS和NTS处理可显著提高5~10 cm1、0~30 cm土层的土壤孔隙度;NTS处理可显著降低各层土壤的坚实度,其它处理对表层0~5 cm无显著影响,免耕无秸秆覆盖(NT)处理显著增加了5 cm以下的土壤坚实度;NTS处理0~5 cm表层土壤水分入渗率显著加强,而NT处理则显著减弱;土壤水稳性大团聚体含量均为:NTSNTTS传统耕作(T)。本试验中NT处理对土壤结构的改良效应不明显,NTS处理对于黄土高原土壤结构改良效果最佳。     

灌淤土农田土壤有机碳及碳库管理指数对施肥措施的响应

为了探讨施肥对灌淤土水旱轮作农田土壤有机碳和碳库管理指数的影响特征,寻求合适的土壤增碳措施,在宁夏引黄灌区水稻-春小麦-春玉米轮作体系中,通过3 a田间定位试验研究了不施肥(CK)、平衡施用化肥(NPK)、单施有机肥(M)、化肥+有机肥配施(NPK+M)、化肥+玉米秸秆(NPK+S)和农民习惯施肥(CON)6个不同施肥措施对0~20 cm耕层土壤总有机碳、活性有机碳含量及碳库管理指数的影响。结果表明,在同等氮素供应水平下,无论水田或旱地,NPK、M、NPK+M和NPK+S处理都能达到土壤增碳效果,3年的土壤培肥后,其土壤总有机碳和活性有机碳含量分别达10.03~10.60 g·kg~(-1)和3.00~4.35 g·kg~(-1),与试验前(9.92 g·kg~(-1)和2.48g·kg~(-1))相比分别提高了1.2%~6.8%和20.8%~75.2%,M处理显著高于CK。施用有机肥3 a以上,才能显著提高土壤碳库、碳库活度、活度指数和碳库管理指数。因此,从土壤总有机碳及其活性组分提升的角度考虑,应在平衡施用NPK的基础上,提倡水旱轮作农田长期增施有机肥来提高土壤碳库管理指数。     

种植枸杞对次生盐渍化土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响

以次生盐渍化弃耕地为对照,研究种植枸杞对次生盐渍化土壤有机碳、活性有机碳、非活性有机碳及碳库管理指数的影响。结果表明:与弃耕地相比,4 a、7 a、11 a枸杞地0~100 cm土壤有机碳分别增加41.6%、46.5%、51.1%,活性有机碳分别增加57.1%、57.9%、54.4%,非活性有机碳分别增加24.0%、33.2%、47.3%,增加量在0~10 cm和60~80 cm土层最为明显;次生盐渍化土地种植枸杞后碳库活度和碳库活度指数有所增加,碳库指数和碳库管理指数明显增加,土壤质量得到改善。土壤总有机碳、活性有机碳、非活性有机碳和碳库指数与土壤肥力提高、含盐量和p H的降低密切相关,可作为表征次生盐渍化土壤质量改善的指标。     

绿洲农田土壤团聚体组成及有机碳和全氮分布对秸秆还田方式的响应

通过田间定位试验，在甘肃干旱灌区，研究了不同小麦秸秆还田方式(NTSS: 25~30 cm 高茬收割立茬免耕; NTS: 25~30 cm高茬秸秆覆盖免耕; TIS: 25~30 cm 高茬秸秆深翻耕; CT: 传统不留茬深翻耕—对照) 对农田土壤团聚体及有机碳和全氮分布特征的影响，以期为优化试区种植模式与提高农业可持续发展提供依据。结果表明：免耕秸秆还田处理(NTSS、NTS)≥0.25 mm团聚体含量较高，与CT相比，在0~10、10~20、20~30 cm土层分别提高5.4%与12.5%、13.3%与14.1%、11.1%与19.2%，以NTS提高幅度较大。NTSS、NTS提高了0~10、20~30 cm土壤团聚体的平均重量直径，较CT处理分别提高6.7%与11.6%、7.6%与8.1%，以NTS提高效果最明显。NTSS、NTS处理土壤有机碳和全氮含量均高于 CT 处理，在0~10、10~20、20~30 cm土层，有机碳含量分别增大8.1%与13.3%、7.4%与11.4%、7.8%与12.8%；全氮含量分别提高14.6%与17.9%、14.5%与17.9%、16.2%与20.5%，同样，以NTS提高土壤有机碳及全氮程度较大。各级别团聚体中有机碳和全氮含量均随土层深度增加而减小，团聚体中有机碳和全氮含量随团聚体直径减小而增加，NTS处理在各土层各级别团聚体均保持较高的土壤有机碳及全氮含量。因此，前茬小麦25~30 cm秸秆覆盖免耕还田是干旱灌区增强土壤团聚体形成、提高土壤有机碳及全氮含量的适宜栽培措施。     

有机污染水灌溉对土壤有机碳状况的影响

以长期采用有机污染型水灌溉的陕西交口灌区的农田土壤作为研究对象,并以气候条件、土壤条件以及耕作制度基本一致,长期采用未污染的地下水灌溉的农田土壤作为对照,分别测定土壤剖面上总有机碳含量、有机碳组成等指标,结合第二次全国土壤普查资料,分析长期采用有机污染水灌溉对土壤有机碳累积速率及有机碳密度的影响,探讨关中土壤"环境碳容量"水平及提升土壤有机碳潜力的途径。结果表明:长期采用有机污染水灌溉,土壤有机碳主要在耕层(0~20 cm)极显著地增加,且增加部分主要是活性有机碳组分,其累积速率是对照灌区的近3倍,非活性有机碳处于相对平衡状态。土壤有机碳的剖面分布发生了明显的分化现象,活性有机碳的变化比总有机碳的变化更为显著。有机污染水灌溉的土壤有机碳密度显著高于对照土壤,尤其在0~40 cm范围内其差异达极显著水平。结果证实渭河水中富含的有机污染物提升了灌溉农田土壤有机碳贮量,关中地区农田土壤环境碳容量仍未达到饱和水平,通过外源有机碳的输入,仍然有增加土壤有机碳含量的可能。     

土地整治工程对土壤碳固持的影响

为了探求土地整治工程对土壤碳固持的效应,分析在改善土地利用形式和条件的同时,对生态环境效应的影响等。本研究开展了盐碱地、风沙地和黄土废弃宅基地等3类土地整治工程对土壤碳固持的作用和影响研究。结果表明,盐碱地、风沙地和废弃宅基地等3类土地整治类型土壤剖面总碳含量均得到提高;风沙地、废弃宅基地整治类型,土壤有机碳含量的变化显著影响土壤剖面总碳含量;而盐碱地整治类型,无机碳含量的变化显著影响土壤剖面总碳含量。3类整治类型不同程度地促使0~100 cm土壤剖面碳密度的提升;盐碱地、风沙地整治类型土壤剖面上的总碳含量和总碳密度变化趋势较一致;废弃宅基地整治类型因土壤容重变化较大,土壤剖面上的土壤总碳含量与总碳密度变化趋势不一致。由此可以得出,土地整治对增加农田土壤碳库容量有着重要意义,研究不同类型土地整治对土壤碳固持的影响有助于精确评估土壤碳库的总储量。     

土地利用对陕北水土流失区土壤有机碳、水分的影响

通过实地调查和采样,结合室内分析,研究了当地四种土地利用方式(果园、林地、草地、坡耕地)下土壤有机碳分布特征.结果表明:流域内所有土样土壤有机碳(SOC)含量的均值为13.13g·kg-1.其中,坡耕地的土壤有机碳均倩为12.93g·kg-1,与坡耕地相比,果园土壤有机碳均值(12.97g·kg-1)略有升高;草地和林...     

密度调控对华北落叶松人工林土壤有机碳及养分特征的影响

以华北落叶松人工林为对象,研究不同林分密度下(分别为740、1480、2000和2170株.hm-2)各土层的土壤有机碳含量、有机碳密度、养分特征以及它们之间的相关关系。结果表明:土壤有机碳含量及碳密度随着土壤深度增加而减少,呈明显的垂直分布特征;当林分密度增大到2170株.hm-2时,土壤有机碳含量及碳密度显著增加至最大,分别为25.45g.kg-1和15.68kg.m-2,并与740株.hm-2林地土壤有机碳含量及碳密度差异显著。当林分密度由740株.hm-2增加到2170株.hm-2时,各种养分变化规律不尽一致,但当林分密度为2170株.hm-2时,0-60cm深度的土壤全氮、全磷及速效钾含量均保持在一个相对较高的水平,而土壤全钾和有效磷含量仅在0-20cm土层较高。对于落叶松人工林地整个土壤剖面,土壤有机碳含量及碳密度与土壤全氮、全磷、速效钾含量均呈显著或极显著正相关。从林地土壤固碳的角度,建议将华北落叶松人工林的林分密度控制在2170株.hm-2。     

外源铅在土壤中的年际变化及对土壤有机碳矿化和速效养分的影响

以关中土为供试土样进行田间试验,向耕层土壤中添加不同浓度外源铅(Pb0:背景值,CK;Pb1:175 mg·kg~(-1)+背景值;Pb2:350 mg·kg~(-1)+背景值),进行小麦—玉米轮作试验。分别于2011—2013年小麦收获季采集耕层(0~20 cm)土壤,分析土壤中铅全量及有效态铅含量的年际变化,以及铅对小麦-玉米轮作模式下土壤有机碳(SOC)、溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、碱解氮、速效磷、速效钾含量的影响。结果表明,三年中,施铅处理下土壤中铅全量及有效态铅含量分别下降13.22%和30.65%,总体呈现逐年下降趋势。与对照(CK)相比,Pb1、Pb2处理下SOC平均含量分别下降了16.30%和11.86%;DOC平均含量分别下降了4.05%和7.34%,与土壤铅含量呈现显著负相关关系;低浓度铅污染下土壤微生物商(q M)显著高于对照土壤,微生物量碳含量变化不显著。此外,土壤速效养分的分析显示,土壤碱解氮含量在外源铅加入初期下降明显,且在Pb1处理下碱解氮减少量最大;土壤速效磷含量随土壤铅含量增加而呈现下降趋势;土壤速效钾含量则随土壤铅含量的增加而增加。试验表明,外源铅的加入影响了土壤有机碳的稳定性,对土壤碳、氮循环产生了一定的影响;能够与土壤溶液中的磷酸根生成难溶性盐,与土壤胶体或土壤矿物晶格中的K+发生置换,加大土壤速效养分的流失风险。     

地表覆盖对黄土高原土壤有机碳及其组分的影响

基于中国科学院长武黄土高原农业生态实验站2008年开始田间定位试验资料,分析研究秸秆覆盖与地膜覆盖对黄土高原土壤有机碳（SOC）及其组分的影响,试验包括5个处理：对照不覆盖（CK）、作物生育期9000 kg ·hm-2秸秆覆盖（M1）、作物生育期4500 kg·hm-2秸秆覆盖（M2）、夏闲秸秆覆盖（SF）、作物生育期地膜覆盖（PM）。2010（干旱年）、2012（丰水年）两次测定结果表明：0～30 cm土层平均,与CK相比,2012年土壤有机碳（SOC）含量M1处理提高了7．4％,潜在矿化碳（PCM）含量M1、M2、SF处理分别提高了37．8％、23．9％、7．2％,微生物量碳（MBC）含量M1和M2处理分别提高了59．9％和42．3％,碳库管理指数（CMI）M1、M2、SF 处理分别提高了53．1％、35．6％、13．9％;2010年M1处理CMI较CK提高了16．1％（P＜0．05）,其余处理土壤有机碳各指标与CK差异两年均不显著。不同覆盖方式对表层土壤有机碳及各项指标影响较大,随土层加深影响减弱,其中秸秆覆盖4年后碳库管理指数均有显著提高。两种活性有机碳的相对含量与其各自绝对含量的变化基本一致,且有机碳各指标间显著相关。综合来看,高量秸秆覆盖能够提高表层土壤有机碳及其组分含量,地膜覆盖对土壤有机碳及其组分积累影响不大。     

长期秸秆和地膜覆盖对旱作冬小麦农田土壤碳组分的影响

地表覆盖秸秆和地膜是我国西北旱作农田土壤固碳的重要田间管理措施，但其对土壤碳组分的长期影响尚不明确。基于田间定位试验，设生育期高量秸秆覆盖(9 000 kg·hm^-2,HSM)、生育期低量秸秆覆盖(4 500 kg·hm^-2,LSM)、夏闲期秸秆覆盖(9 000 kg·hm^-2,FSM)、生育期地膜覆盖(PM)和无覆盖对照(CK)共5个处理，研究了秸秆覆盖和地膜覆盖12 a和13 a后旱作冬小麦农田土壤总有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)、潜在矿化碳(PCM)和微生物量碳(MBC)含量的变化规律。2 a平均结果表明：与CK相比，HSM和LSM处理均显著提高了0～10 cm土层各碳组分含量以及10～20 cm土层SOC、POC、MBC含量，同时还显著提高了0～20 cm土层POC和MBC占SOC的比例；而FSM和PM处理对各土层土壤碳组分含量及其占SOC的比例均无显著影响。土壤碳组分含量相互之间均存在极显著正相关关系。综上可知，长期生育期秸秆覆盖能有效提高旱作冬小麦农田耕层土壤有机碳及其组分含量，且提高覆盖量有助于促进...     

不同荒漠生态系统下有机碳和微生物碳的分布特征

基于新疆古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠的3种建群灌木琵琶柴(Reaumuria soongori-ca)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima)和梭梭(Haloxylon ammodendron)生态系统下土壤剖面实测数据,分析了土壤有机碳(SOC)和土壤微生物量碳(Mc)的垂直分布特征及其与土壤理化因子的关系。结果表明:3个生态系统类型之间土壤剖面SOC分布状况和含量不存在显著差别,但每个生态系统土壤剖面土层之间存在显著差别。各生态系统土壤上层均存在着一定厚度的SOC富集层,中部(10～30cm)SOC含量迅速下降,下部有机碳含量低而稳定。Mc分布与含量与SOC存在相似的规律。Mc对90cm以上的土壤碳循环起着重要的作用,而对深层次的碳库影响不大,不会对全球变化做出响应,但意义更重要,它们可以更长期保留于土壤中而不释放回大气圈。     

麦后复种绿肥对土壤有机碳及其固持特征的影响

设置不同减施化肥+绿肥处理,分析麦后复种毛叶苕子对土壤有机碳、土壤团聚体有机碳含量、分布、富集系数及贡献率的影响。结果表明:土壤有机碳含量在小麦不同生育期存在差异,复种毛叶苕子后土壤有机碳含量显著增加,绿肥初花期土壤有机碳含量较绿肥播种前提高了11.3%;不同减施化肥+绿肥处理团聚体有机碳含量与团聚体粒级分布有差异,随着团聚体粒级的增大其含量呈升高趋势,5 mm粒级占比最大,其中F70+G处理团聚体有机碳含量最高,由小麦收获期的16.17 g·kg~(-1)增加到绿肥初花期的17.35 g·kg~(-1);所有土壤团聚体有机碳含量富集系数集中在0.83～1.58,随着粒级的减小呈增大趋势,在1～3 mm粒级中,除绿肥初花期F100处理,其他处理富集系数均大于1,处于优先积累状态。0.5 mm粒级的贡献率最大,占80%以上,且不同处理之间差异显著,而1～3 mm粒级贡献率最小。复种毛叶苕子后会使土壤有机碳含量、团聚体有机碳含量及富集系数增加,同时促进了团聚体有机碳的分布及固持。