有机培肥与耕作方式对稻麦轮作土壤团聚体和有机碳组分的影响

为了明确不同外源有机物和耕作方式对土壤地力培育的影响,以水稻-小麦轮作系统为对象,通过2个年度(2016—2018年)大田试验研究了外源有机物(秸秆和有机肥)和耕作方式及其交互作用[稻麦秸秆还田配合旋耕(SR),稻麦秸秆还田配合翻耕(SP),秸秆不还田、增施有机肥配合旋耕(MR),秸秆不还田、增施有机肥配合翻耕(MP),秸秆不还田、不施用有机肥、旋耕深度15 cm(CKR)]对土壤团聚体和有机碳组成的短期影响。结果表明:SR处理能够降低水稻季土壤容重并增加总孔隙度。相比CKR,小麦季SR处理显著增加0.05mm水稳性团聚体含量,增加量为7.2%。此外,外源有机物和耕作对土壤有机碳活性组分具有显著影响。其中,易氧化有机碳(EOC)主要受耕作与有机物交互作用影响,酸水解有机碳(LPIc和LPII_c)主要受耕作措施的影响, SR处理的土壤EOC和LPI_c含量比CKR提高0.3～2.6 g·kg~(-1)。颗粒有机碳(POC)主要受外源有机物的影响,并且秸秆还田处理POC平均含量高于增施有机肥处理,增加量为0.75g·kg~(-1)。短期内,外源有机物和耕作及其交互作用对稳定性有机碳(黑碳和矿物结合态有机碳)的影响较小。综上,秸秆还田配合旋耕有助于提高土壤水稳性团聚体和活性有机碳的含量(EOC、LPI_c和POC)。     

典型喀斯特洼地植被恢复过程中土壤碳氮储量动态及其对极端内涝灾害的响应

西南喀斯特地区是我国主要的生态脆弱区之一,石漠化严重,旱涝灾害频发。植被恢复是提升脆弱生态系统土壤碳氮固持的有效方式,但该区不同植被恢复方式土壤碳氮动态监测的研究还很缺乏。本研究以典型喀斯特峰丛洼地为对象,选取人工林、牧草地、人工林+牧草地、撂荒地自然恢复4种最主要的植被恢复方式为研究对象,以耕地作为对照,对比分析退耕前(2004年)、退耕10年(2014年)和13年后(2017年)土壤碳氮储量动态变化特征。其中2004—2014年研究区未发生极端内涝灾害, 2014—2017年连续发生2次极端内涝灾害事件。研究结果表明,退耕10年后, 4种恢复方式下土壤有机碳(SOC)储量均显著增加,但退耕13年后,除撂荒地SOC持续增加外,其他3种恢复方式下SOC表现出下降趋势。植被恢复后土壤全氮(TN)储量提升相对缓慢,退耕10年仅牧草地显著增加,退耕13年后人工林+牧草和撂荒地TN增加,且撂荒地在退耕后呈持续增加趋势。相关性分析结果表明,土壤交换性Ca~(2+)与SOC、TN均呈显著正相关关系,且与2014年相比, 2017年不同植物恢复方式下土壤交换性Ca~(2+)均显著下降,这可能与研究区2015年和2016年连续内涝灾害有关。以上结果说明,不同恢复方式均能显著提升喀斯特地区土壤碳氮固持,并以自然恢复最佳,其生态系统能有效抵御极端气候灾害带来的负面影响。     

Cultivation Influences on Soil Organic Carbon Associated with Texture in Seasonally Frozen Zones

[Objective] This study aimed to examine indicative roles of texture representing soil organic carbon presence and variability subsequent to cultivation under cold temperate climates with seasonal freeze-thaw events.[Method] Three chronosequences were selected for paired comparisons.Soil samples were collected at six depths with a 10 cm increment.Analysis of variance with general linear model and regression was performed for statistical analysis.[Result] In seasonally frozen soils where fragmentation of macroaggregates was stimulated,soil organic carbon level was positively associated with clay ＋ silt proportion due to a wider textural range,better than sole clay content.Exponential function better fitted the experimental data to present progressively increased effectiveness of clay ＋ silt content in maintaining carbon.Clay content explained 12％-41％ and 14％-43％ of variation via linear and exponential functions,respectively.Accordingly,clay ＋ silt content explained 47％-65％ and 46％-70％.[Conclusion] Texture reflected soil organic carbon occurrence as consequences of reclamation.For seasonally frozen soils with wider textural ranges,it is robust to adapt clay ＋ silt content as dependent variable and exponential function.The generated algorithms provided an available pathway to estimate soil organic carbon losses following cultivation and to evaluate soil fertility.     

秸秆还田与优化施氮改善烤烟根际土壤碳氮转化及氮素吸收

针对华南沙泥田烟区氮肥过量施用导致烟叶品质下降的问题,拟通过秸秆还田与氮肥优化配施调节烤烟各生育期氮吸收、根际土壤碳氮转化及相关酶的活性。试验采用随机区组设计,设水稻秸秆还田与氮肥两因素,其中3个碳（秸秆还田）水平：C0,无秸秆还田,0 kg/hm ²;C1,中量秸秆还田,4500 kg/hm ²;C2,全部秸秆还田,9000 kg/hm ²;2个氮水平：N1,传统施氮,169.50 kg/hm ²;N2,优化施氮,105.00 kg/hm ²。结果表明,与N1相比,N2处理秸秆还田下烤烟前期烟叶和根系氮吸收和累积正常,而后期有所下降;C1、C2处理时,与现蕾期相比,成熟期时根系氮含量均降低4.2 g/kg,叶片氮含量降低3.8、3.0 g/kg;成熟期时,与N1处理相比,N2处理时C1、C2处理的土壤无机氮含量降低30.4%、20.0%,前期2个氮处理间土壤无机氮含量无差异,优化施氮下中量秸秆还田（C1N2）处理烤烟土壤NH₄ ⁺-N含量在整个生育期内较高且呈降低趋势,而硝态氮和土壤无机氮含量在成熟期最低,表明中量秸秆还田下优化施氮能够维持生育前期土壤无机氮含量,且降低成熟期土壤无机氮含量。2个秸秆还田量处理时,团棵期N2处理的土壤转化酶活性是N1处理的1.30、1.13倍;旺长期土壤转化酶活性是N1处理的1.27、1.10倍;与传统施氮相比,秸秆还田下优化施氮处理增加了整个生育期土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性。在中量秸秆还田（C1）处理下,与N1水平相比,现蕾期和成熟期的N2处理土壤水溶性碳含量提高11.2%和14.1%;与N1相比,N2处理的土壤微生物量氮含量呈降低趋势。综上所述,优化施氮耦合中量秸秆还田（C1N2）能够提高土壤水溶性碳含量,维持土壤氮素合理供应,稳定烤烟生育前期对氮素吸收与累积,减少生育后期烟叶氮素奢侈吸收,与烤烟吸氮规律比较吻合。     

长期少免耕对中国东北玉米农田土壤呼吸及碳氮变化的影响

在黑土区37年不同耕作模式定位试验田，采用原位法比较常规旋耕灭茬起垄（CT）、旋耕留高茬行间深松-少耕（RT）、免耕（NT）和深翻（PT）4种耕作模式土壤呼吸速率及其与土壤温度和湿度的关系，测定土壤总碳氮、无机氮，微生物碳氮的变化。结果表明，玉米生育期间土壤呼吸呈单峰变化，开花期达最大值，生长季平均呼吸速率依次为RT > NT > CT > PT。4个处理土壤温度与土壤呼吸速率间存在显著指数关系。不同耕作模式0~10 cm土壤温度可解释土壤呼吸速率变异的38.3%~67.9%，温度敏感性系数Q10范围为2.1~5.3；RT和NT处理显著提高0~20 cm土壤碳氮含量；RT处理在0~20 cm土壤中微生物碳含量均高于CT、NT和PT处理。RT处理土壤呼吸对温度响应提高，RT和NT处理显著增加上层土壤总碳氮含量，利于土壤质量提升。     

高州油茶人工林碳储量分布特征

【目的】探明高州油茶Camellia gauchowensi人工林碳储量及分布特征,并估算评价其固碳效应。【方法】根据样地植株径级分布特征,选取不同径级样株各2～3株,取树叶、树干、树枝、树根、果实、花芽各器官测定生物量和碳含量,并建立各器官生物量模型;在标准地内按"S"形选取8个样点,沿土壤剖面分层采集0～20、20～40、40～60和60～100 cm土层的土壤样品,测定土壤容重与碳含量,计算碳储量。【结果】高州油茶中龄林植株各器官生物量分配比例依次为树干树根树叶树枝果实花芽,各器官生物量均随地径的增大而增大。试验林分总生物量为26.902 t·hm~(-2),树体平均碳质量分数为483.45 g·kg-1。同径级各器官的碳含量不同,其中,果实平均碳含量最高。林地100 cm深土层中,土壤碳含量随着土层深度的增加呈明显递减规律,其中,0～20 cm土层碳含量最高,碳质量分数为26.550 g·kg-1。高州油茶林地总碳储量为144.538 t·hm~(-2),其中,树体碳储量为12.857 t·hm~(-2),占总碳储量的8.90%;林地土壤碳储量为131.681 t·hm~(-2),占总碳储量的91.10%。根据中国生物多样性国情报告编写组数据,碳价格为260.90元·t-1,则本试验高州油茶林的碳汇经济效益约为3.8万元·hm~(-2)。【结论】高州油茶林分碳储量高于广东省经济林平均碳储量,林地土壤碳储量高于广东省平均土壤碳储量,林分总碳储量高于珠三角森林生态系统碳储量,具有较高的生态效益。高州油茶不仅有较好的生产效益,而且具有十分广阔的固碳前景。     

氮、磷添加对不同种植密度樟树幼苗碳储量及其分配的影响

【目的】对氮(N)、磷(P)添加条件下4种种植密度的樟树Cinnamomum camphora幼苗各器官碳(C)含量、储量和分配比例进行研究,以期为氮沉降和磷添加背景下森林碳储量分配格局的变化提供参考。【方法】以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH4Cl)作为氮肥模拟氮沉降,以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)作为磷添加,设置4个水平:不加N和P(对照,CK),加N,加P,加N和P(N+P)。N、P及N+P每年的添加量分别为NH4Cl40 g·m-2、NaH_2PO_4·2H2O 20 g·m~(-2)和NH4Cl 40 g·m~(-2)+NaH_2PO_4·2H_2O 20 g·m~(-2);种植密度设置4个水平,即10、20、40和80株·m-2。【结果】各氮、磷添加和密度处理下幼苗的根、茎和枝的C含量基本上差异不显著,而添加N和N+P能够促使樟树幼苗叶的C含量上升。随着种植密度的增大,樟树幼苗叶片C含量表现出下降的趋势;N、P添加处理基本上能够促进幼苗单株C储量和单位面积C储量的增加;随着种植密度的增大,单株幼苗C储量呈现下降的趋势。【结论】樟树幼苗叶的单株C储量和单位面积C储量分配比例随着种植密度的增大逐渐减小。高密度种植有利于茎的分配比例增加。N+P添加处理对幼苗C储量的促进效果大于单一N或P添加处理。     

南方典型丘陵区耕地土壤全氮、有机碳和碳氮比空间变异特征及其影响因素

  【目的】  了解土壤全氮、有机碳和碳氮比空间变异及其影响因素是进行土壤碳氮调控的前提和基础。  【方法】  以江西省丰城市为案例区，通过实地采样获取2018年139个表层土壤数据，运用地统计学、普通克里格插值等方法对南方丘陵区县域尺度下耕地土壤全氮、有机碳和碳氮比的空间变异特征及其影响因素进行系统的分析。  【结果】  研究区土壤全氮 (TN) 含量介于0.74～3.80 g/kg、土壤有机碳 (SOC) 含量介于8.14～36.67 g/kg、土壤碳氮比 (C/N) 介于6.31 ～15.15，均值分别为2.24 g/kg、22.52 g/kg和10.15，变异系数分别为25.45%、26.24%、14.38%，均呈中等程度的空间变异。半方差分析结果显示，TN、SOC、C/N的块金效应分别为44.44%、56.97%、19.57%，这表明TN、SOC和C/N的空间分布受结构性因素和随机性因素共同影响。普通克里格插值结果显示，在空间分布上，研究区土壤TN和SOC具有相似性，总体表现出由中部向南北递减的趋势；土壤C/N空间分布与TN和SOC有所不同，总体呈现出西高东低的趋势。逐步回归分析结果显示，成土母质、土壤类型、土壤pH、氮肥施用量和土壤质地对土壤全氮，成土母质、土壤类型、土壤pH对土壤有机碳，土壤类型对土壤碳氮比影响极显著 (P<0.01)。  【结论】  成土母质对土壤TN和SOC的独立解释能力最高，分别为28.1%和23.2%；土壤类型对研究区土壤C/N的独立解释能力达到了13.2%。因此，成土母质是引起研究区土壤全氮、有机碳空间变异的主要因素，土壤类型则是引起研究区土壤碳氮比空间变异的主要因素。     

华南花岗岩侵蚀区不同植被类型坡面土壤有机碳分布和团聚体稳定性

植物是影响土壤有机碳含量和土壤团聚体稳定性的重要因素。选取华南典型花岗岩侵蚀区荒草地、桉树林、湿地松林和木荷林4种植被类型径流小区的土壤为研究对象,分析测定不同坡位、不同土层深度的土壤有机碳特性和团聚体稳定性等指标,评价不同植被类型对土壤养分的分布特性以及团聚体稳定性差异,明确花岗岩侵蚀退化区较为理想的生态恢复措施,旨在为合理利用土壤、重建坡面植被和改善土壤结构提供科学依据。结果表明:土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)和溶解性有机碳(DOC)含量随土层加深逐渐降低,而林地小区土壤碳氮比(C/N)则相反,荒草地碳氮元素的坡面变异系数(CV)显著高于其他3种林地,其中桉树林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低40%,56.18%,68.5%和25.81%;湿地松林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低62.73%,33.71%,46.46%,58.06%;木荷林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低41.82%,38.2%,51.18%,48.39%,表明林地较荒草地更有利于土壤碳氮在坡面的均质化和有机质的积累。荒草地和木荷林地0.25 mm粒径以上的团聚体在上、中坡位的质量分数显著高于其他植被类型,而林下植被生物量较高的木荷林地的平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)显著高于其他植被类型。其中木荷小区水稳性团聚体平均质量直径(MWD)较荒草地、桉树和湿地松分别高20.10%,19.58%,23.20%;几何平均直径(GMD)较荒草地、桉树和湿地松分别高20.00%,19.54%,22.23%,表明在花岗岩侵蚀区林地空间结构较好的林草模式有利于土壤有机碳的积累和土壤结构的稳定。     

秸秆还田对再生稻田土壤有机碳组分的影响

  【目的】  在再生稻系统下，探讨秸秆还田对再生稻田土壤有机质组分及其养分含量的影响。  【方法】  试验设置秸秆不还田(CK)、水稻秸秆半量还田(SH)、水稻秸秆全量还田(SW)和水稻秸秆全量还田配施腐熟剂(SWF)共4个处理，分析各处理土壤有机碳及其组分和土壤速效养分含量。  【结果】  与秸秆不还田相比，秸秆还田能提高土壤有机碳及其组分含量。与CK处理相比，在头季和再生季水稻收获期，秸秆还田处理(SH、SW、SWF)土壤中水溶性有机碳含量分别增加了19.62%～22.63%、20.99%～41.48%；土壤中颗粒有机碳含量分别增加了8.47%～20.62%、24.71%～30.90%；三个施秸秆的处理间土壤总有机碳、胡敏酸和富里酸含量无明显差异。秸秆还田可以改变水溶性有机质结构，使其结构趋于简单。秸秆还田下土壤碱解氮、有效磷、速效钾和铵态氮含量均呈增加趋势；在头季水稻收获期，SWF处理的碱解氮、有效磷和速效钾含量显著高于CK处理。在再生季水稻收获期，与头季稻收获期相比，CK处理土壤速效养分含量呈下降趋势，而秸秆还田下各处理速效养分含量均呈增高趋势。  【结论】  秸秆还田可以提高再生稻田土壤有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳以及腐殖酸组分的含量，促进水溶性有机质结构的变化，从而有效改善土壤养分的供给能力。