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。     

氮循环过程的微生物驱动机制研究进展

氮循环在生物地球化学中具有重要地位，与人类生活密切相关。氮循环在很大程度上依赖微生物驱动的氮素转化，而在转化过程中必然会造成不同形式氮的同位素效应。为更好地了解和溯源氮循环过程，本文从氮循环的物质通量、微生物作用及氮同位素效应等角度进行系统地论述，并对氧化亚氮 (N₂O) 分子内的特异同位素值区分微生物过程做了详细介绍。结果表明，人为固氮是环境中活性氮增加的主要原因，也进一步促进了氮素转化的各个环节。通过解析氮素循环中微生物过程的形成机理和评估每个过程的同位素效应，为进一步探索微生物的功能基因和氮素同位素效应的内在联系提供依据，对阐明氮循环过程中微生物驱动的分子机制具有重要意义，而两者的结合也为解决自然条件下氮素转化各过程的溯源难题指明了方向，也将成为今后研究的热点，并在揭示氮素转化机制中发挥越来越大的作用。     

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。     

光叶紫花苕生物固氮能力及其还田氮素对玉米的当季有效性

为探明豆科绿肥光叶紫花苕的生物固氮能力以及还田绿肥氮素对后茬玉米的当季有效性,采用~(15)N自然丰度法和~(15)N同位素标记稀释法,测定了大田不同施氮处理下(N0、N75、N150、N225)光叶紫花苕的生物固氮效率和生物固氮量;采用盆栽试验方法,测定了光叶紫花苕不同翻压还田量下春玉米的产量、氮肥利用率以及还田绿肥~(15)N的当季回收率。结果表明,施氮量(N0、N75、N150、N225)对光叶紫花苕生物量(5 233. 71～6 659. 86 kg/hm~2)、氮素产量(218.61～278.58 kg/hm~2)及生物固氮量(156.81～189.66 kg/hm~2)均无显著影响,但对生物固氮效率(56.35%～85.63%)有显著影响。同等施氮量(N75或N150)下,~(15)N自然丰度法和~(15)N同位素稀释法测定的生物固氮效率并无显著差异。光叶紫花苕翻压还田量显著影响玉米地上部~(15)N吸收量(0. 51～0. 94 mg/株)和氮肥农学利用率(40. 13～51. 28 g/g),但对还田绿肥~(15)N的当季回收率并无显著影响。本试验条件下,豆科绿肥光叶紫花苕大田种植时可以不追施氮肥,以全量翻压还田为宜。本研究结果为豆科绿肥种植的合理施氮和翻压还田利用提供了理论依据。     

川浙两地桑叶氢、氧、碳稳定同位素比较研究初探

利用稳定同位素比值质谱法测定采自四川和浙江8个地区桑叶的δ~2H、δ~(18)O和δ~(13)C值,探索不同地域条件、不同生长季节以及老桑叶、嫩桑叶间的氢、氧、碳稳定同位素变化规律,并对数据进行逐步判别分析。结果表明,δ~2H、δ~(18)O和δ~(13)C 3种同位素比值在不同地区来源的桑叶中有显著差异,利用δ~2H、δ~(18)O和δ~(13)C值可对桑叶产地进行溯源。     

免耕对冬小麦农田土壤水分及 可溶性碳和硝态氮动态变化的影响

采用2年试验数据分析了免耕对冬小麦不同生育时期土壤剖面水分、可溶性碳和硝态氮变化动态的影响。结果表明,免耕较传统耕作均不同程度地增加了冬小麦拔节期、扬花期、灌浆期和成熟期0～100 cm土层土壤平均含水量,且冬小麦关键生育时期土壤水分均随土壤深度增加而呈现先减少后增加的趋势。与传统耕作相比,免耕分别提高冬小麦拔节期和扬花期0～40 cm土层平均含水量14.0%和10.3%;在冬小麦拔节期和灌浆期,免耕较传统耕作分别提高了土壤剖面0～100 cm平均硝态氮含量43.1%和5.7%。与传统耕作相比,免耕不仅降低了冬小麦全生育期土壤剖面0～100 cm平均可溶性碳含量2.0%,而且降低了冬小麦拔节期、灌浆期和成熟期土层0～40 cm可溶性碳含量。     

基于氧同位素的玉米农田蒸散发估算和区分

农田蒸散发(evapotranspiration,ET)的估算和区分是土壤-植物-大气连续体中的重要研究内容,是农业水资源高效利用的重要基础。该研究分析了土壤水、蒸发水汽、蒸腾水汽和大气背景混合水汽氧同位素组成分布特征,并采用2种同位素的方法对玉米农田蒸散发进行估算和区分:1)结合Keeling plot和Craig-Gordon模型的同位素方法(Iso-CG);2)基于土壤水同位素守恒和水量平衡的方法(Iso-WB)。结果表明,在玉米生育期内Iso-WB方法与Iso-CG方法所计算的玉米蒸腾比例分别为0.64~0.91和0.52~0.91,平均值分别为0.80和0.78。玉米蒸散发总量在前期、中期和后期均值分别为3.95、5.30和4.98 mm/d。通过比较参数并与前人研究结果对比分析,表明采用Iso-CG方法估算区分ET相对精确,采用Iso-WB方法计算蒸散发要求的测量精度相对较高,计算误差较大。该研究成果不仅为玉米农田制定灌溉制度及提高用水效率提供了理论依据,而且对深入探索氧同位素水文学领域具有重要意义。     

基于环境变量的中国土壤有机碳空间分布特征

研究中国土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布特征对SOC储量估算以及农业生产管理具有重要意义。以全国第二次土壤普查2473个土壤典型剖面的表层(A层)SOC含量为研究对象,探寻地形、气候和植被等环境因素对SOC空间异质性分布的影响;以普通克里格法为对照,利用地理加权回归、地理加权回归克里格、多元线性回归和回归克里格模型建立SOC空间预测模型;并分别绘制了中国SOC的空间分布预测图。结果表明:(1)SOC含量与年均降水量、年均温、归一化植被指数、高程以及地形粗糙指数呈极显著相关关系;(2)平均绝对估计误差、均方根误差、平均相对误差和皮尔逊相关系数等模型验证指标表明地理加权回归的预测精度优于其他模型,可以更好地绘制SOC在大尺度上的空间分布特征;(3)较高SOC含量主要分布在研究区东北部、西南部以及东南部,而西北部SOC含量普遍偏低。本文以期从大尺度上探讨土壤属性与环境变量之间的相关关系,为全国土壤属性的空间制图提供一定的解决方案和思路。     

鄱阳湖湖滨湿地土壤酶活性及影响因素

土壤酶参与有机碳和养分转化的生物化学反应,对土壤有机质的循环起重要作用。为探讨湖滨湿地土壤酶 活性变化规律及其影响因素,以鄱阳湖滩地土壤为研究对象,在2011 年的2、5、9 和11 月分别采集0 ~ 10 cm 的土 壤样本,对土壤性质和与有机碳转换相关的3 种水解酶和2 种氧化还原酶的活性进行测定,并分析了土壤性质参 数与酶活性的相关性。结果表明,不同月份的土壤pH 值、有机碳和氮含量的差异不显著,但土壤酶活性变化有显 著差异。纤维二糖酶和茁鄄糖苷酶活性在9 月份达到最大值;而酚氧化酶活性在2 月份最高,9 月最低;过氧化物酶 活性则在11 月最高;己丁质酶活性未表现出显著差异。相关分析表明,土壤水分含量与酚氧化酶和过氧化物酶活 性呈极显著相关;地表温度与纤维二糖酶活性呈显著正相关,而与过氧化物酶活性呈极显著负相关。土壤有机碳 和全氮含量与茁鄄糖苷酶活性呈显著负相关,而与过氧化物酶活性呈极显著正相关。综合分析认为,湖滨湿地土壤 水分的变化显著影响不同土壤酶活性的变异,而土壤有机碳和氮对土壤酶活性的影响相对较小。