近20年江苏省环太湖稻田土壤碳氮及速效磷钾含量的动态特征

阐明长期耕作下农田土壤碳氮含量动态特征及消长趋势,不仅可为我国固碳减排的国际环境谈判提供决策依据,同时也可为确保我国粮食安全的沃土工程和地力培育计划提供理论依据和技术途径。本试验以我国典型的稻麦两熟稻作模式为研究对象,借助田间长期定位监测资料,分析了1985~2004年间江苏省环太湖稻田土壤碳氮及速效磷钾含量的动态特征。结果发现近20年该区稻田土壤碳、氮含量呈递增趋势,与1985年相比分别提高了8.85%和10.23%(P<0.05);土壤速效磷也呈递增趋势,但土壤速效钾呈递减趋势,与1985年相比速效磷含量增长了50.66%(P<0.05),速效钾含量下降了11.82%(P<0.05)。结果还显示该地区稻田近十年土壤碳氮的递增幅度呈递减趋势并趋于稳定,两者的区域差异(变异系数)也稳步下降并保持在20%和19%左右。上述结果表明该区稻田已经出现土壤碳饱和现象,要进一步提高土壤增碳保氮效应,必须进行种植模式与技术的突破,以打破目前的碳饱和平衡状态。同时在土壤质量培育过程中,要注意土壤钾素的投入,采用保护性农作技术体系,走增碳保氮稳磷补钾技术之路。     

基于土地利用的北方农牧交错区碳固定和土壤保持时空变化

为探讨农牧交错区土地利用变化及其对生态系统服务的影响,以内蒙古达茂旗为研究区,通过土地利用转移矩阵和变化动态度的计量,采用模型模拟生态系统服务碳固定、土壤保持功能的方法,分析2000—2015年该旗碳固定和土壤保持演变特征。结果表明：草地、未利用地和耕地是主要的土地利用类型,16年间,草地、建设用地、未利用地、林地面积明显增加,耕地面积显著减少。土地利用类型变化主要是从耕地向草地、从草地向建设用地转移。2000—2015年,全旗碳固定量从183.25万t减少到181.65万t,土壤保持量从170.58万t减少到107.32万t,这一变化主要是由于研究区草地质量的降低使得单位面积提供的生态系统服务减少。各土地利用类型提供的碳固定和土壤保持均表现为草地 > 耕地 > 未利用地 > 建设用地 > 灌木林 > 林地 > 盐碱地 > 水域 > 沙漠。综上,在今后的生态治理中,应考虑在扩大草地面积、保护农田的基础上,适度利用草地、农田等生产生活用地,提高草地质量,科学优化土地利用结构,保障生态系统良性演化,提高生态系统服务功能。     

不同土地利用方式对农田表土有机碳库的影响——以太湖地区吴江市为例

采用耕地质量监测资料,分析了2003年江苏省吴江市6种土地利用方式下的土壤有机碳含量的变化,并与该市1982年第二次土壤普查土壤肥力调查的结果进行了比较.结果表明,2003年吴江市土壤耕层平均有机碳密度比1982年提高(0.14±0.05)t·hm-2·cm-1;在稻田、桑园、菜地、林地、果园、旱地6种主要土地利用方式中,稻田土壤有机碳密度显著高于其他利用方式,并比1982年稻田耕层有机碳密度增加(0.21±0.06)t·hm-2·cm-1.近20多年来,吴江市水稻土的碳固定增加了1.8×103 t,但由于该市的耕地面积减少而造成的总土壤表层有机碳库的减少量为14.32×105 t.因此,稻田作为一种特殊的土地利用方式在陆地碳固定上有着特殊意义.     

秸秆不同还田模式对玉米田温室气体排放和碳固定的影响

为了探讨小麦秸秆不同还田模式对玉米田温室气体排放和碳固定的影响,通过田间试验,测定了秸秆不同还田方式下玉米生长季温室气体(CO₂、N₂O和CH₄)的排放量和碳固定量,结果表明:秸秆不同还田模式对温室气体排放量影响不同,在玉米生长季,CO₂和N₂O累计排放量表现为秸秆过腹还田(CGS)>秸秆直接还田(CS)> 秸秆不还田(CK)> 秸秆-菌渣还田(CMS),CH₄的累计吸收量表现为CGS >CK >CMS >CS,且不同处理间差异显著(P<0.05);秸秆不同还田模式也影响土壤和植物的碳储量,耕层土壤有机碳储量表现为CGS> CMS> CS> CK,且不同处理间差异显著(P<0.05),植株、籽粒的固碳量表现为CGS> CS> CMS> CK,但不同处理间差异不显著(P>0.05).和CK相比,在CS、CGS和CMS模式下,玉米田对全球变暖的减缓效应均增加,但增加量不同,表现为CGS> CMS> CS >CK,既秸秆过腹还田模式下玉米田对全球变暖的减缓效应最大,其次是秸秆-菌渣还田模式,之后是秸秆直接还田模式.在秸秆过腹还田模式下,玉米田对全球变暖的减缓效应为22 493.83 kg CO₂·hm^-2,分别比CK、CS和CMS模式下玉米田对全球变暖的减缓效应增加24.2%、 18.7%和 1.6%.从减缓全球变暖的角度,推荐秸秆过腹还田模式,该模式也有利于形成粮食-秸秆-饲料-牲畜-肥料-粮食的良性循环,实现农田的固碳、减排.     

热解温度对生物质炭碳保留量及稳定性的影响

以核桃壳为生物质炭生产原料,研究热解温度(200~700℃)对生物质炭产率、元素组成、表面官能团分布及其稳定性的影响,以期探明生物质炭基本性质随热解温度变化的规律,为全面了解生物质炭固碳减排效果提供理论参考。结果表明,生物质炭的C含量随温度升高而增加,H和O元素含量却随温度升高而降低。此外,生物质炭的H/C和O/C随着温度增加而减少。生物质炭的产率及碳保留量随着温度的升高而降低。红外光谱分析结果表明,经过热解核桃壳原材料分子中所含的-C-O和O-CH3基团消失,随着热解温度升高,生物质炭中的烷烃基团-CH逐渐减少,芳香化程度逐渐升高。500℃制备生物质炭的K2Cr2O7和KMn O4氧化碳损失量均最低,分别为10.4%和1.66%。相关分析表明,生物质炭的产率、碳保留量及稳定性与热解温度之间均具有显著相关关系。     

土壤碳素固定及其稳定性对土壤生产力和气候变化的影响研究

土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,在全球碳循环中起着非常重要的作用。本文论述了土壤有机碳对土壤生产力和气候变化的影响。阐述了影响土壤碳含量的各种自然因素和人为因素。对土壤碳素固定以及影响土壤碳素平衡的物理、化学及生物稳定性的各种机理进行了详细评述,阐明了土壤有机碳调控的方法和途径。为控制和调节土壤有机碳储量提供了理论依据。这对今后提高土壤生产力、利用土壤的固碳潜力来降低大气中二氧化碳的浓度和缓解气候变化有着非常重要的意义。     

土壤有机碳库与全球变化研究的若干前沿问题——兼开展中国水稻土有机碳固定研究的建议

缓解碳汇饱和的碳固定及其机制是寻找陆地生态系统碳管理可持续战略的主要科学问题。土壤有机碳是地球表层系统中最大且最具有活动性的生态系统碳库之一。近年来，国际学术界在探讨温带森林、湿地和极地生态系统与土壤碳汇效应的同时，越来越重视农业土壤有机碳库的变化及其对陆地生态系统和大气CO2的源汇效应，以及其在人类利用和管理与生态环境演变中的动态变化。西方国家已将固碳农业作为环境管理的导向。对土壤中有机碳固定作用的研究已应用颗粒分组^13C NMR或CPMAS－NMR技术，揭示土壤有机碳的微团聚体分布、腐殖质的转化和分子结构变化及其与土壤矿物质结合机制的微观水平。土壤有机碳在生态环境变化和全球变化下的稳定性是认识土壤碳库对于全球变化的长期效应的基本问题，成为土壤碳研究的热点。目前主要从土壤升温和空气CO2加倍两方面进行研究，但短期的实验结果用于讨论长期效应时仍存在不定性。中国大面积的水稻1980年以来显示出的有机碳库增加现象说明农业生产对大气CO2可能产生汇效应。但对于水稻土中有机碳的分布和结合状态与农业管理措施、水稻土质量变化、农业生态环境变化的关系仍不清楚。因而建议就这一问题从土壤物理学、化学和生物学的相互作用与土壤微团聚体中矿物质、有机质和生物质的相互结合关系的层面上进行多学科研究。     

磷酸二氢钙与生物质共热解提高生物炭固碳效果

以木屑和牛粪为生物质原材料,通过添加磷酸二氢钙与生物质原材料共同热解制备生物炭,研究其对生物炭形成过程中碳保留量及稳定性的研究,以期为提高生物炭的固C能力提供新思路,为全面了解生物炭固碳减排效果提供理论参考。结果表明,与不添加磷酸二氢钙制备的生物炭相比,添加磷酸二氢钙制备的木屑和牛粪生物炭碳保留量则分别提高了31.3%和26.1%。尽管与不添加磷酸二氢钙制备的生物炭相比,添加磷酸二氢钙制备的牛粪生物炭被过氧化氢氧化损失C的量增加了8.8倍,但添加磷酸二氢钙制备的木屑生物炭被过氧化氢氧化损失C的量减少了93.1%。此外,添加磷酸二氢钙制备的木屑和牛粪生物炭还降低了其微生物好氧矿化损失C的量,降幅分别为90.3%和72.8%。可见,通过添加磷酸二氢钙对生物质原材料进行共热解,达到了对生物炭进行以固"C"为目的的设计效果,并且效果取决于生物炭原材料的类型。     

利于苏北沿海滩涂土壤有机碳固定的绿肥粉垄耦合种植模式研究

为探索利于苏北沿海滩涂土壤有机碳固定的绿肥粉垄耦合种植模式,在苏北沿海滩涂设置：裸地+常规深耕(15 cm)(对照)、裸地+粉垄(20 cm)、裸地+粉垄(30 cm)、裸地+粉垄(40 cm)、种植苕子+常规深耕翻压(15 cm)、种植苕子+粉垄翻压(20 cm)、种植苕子+粉垄翻压(30 cm)、种植苕子+粉垄翻压(40 cm) 8种种植模式试验,研究对比8种模式土壤有机碳固定表现以及下季玉米产量。结果表明：粉垄耕作降低了沿海滩涂土壤容重,提高了土壤>2.00 mm、>0.25～2.00 mm粒级土壤团聚体质量百分数,降低了0.05～0.25 mm、<0.05 mm粒级团聚体质量百分数。粉垄耕作可使沿海滩涂土壤物理结构,尤其是大团聚体结构得以有效改善。绿肥粉垄耦合模式下,土壤养分及可溶性有机碳、活性有机碳含量显著提高,土壤碳库指数、碳库活度指数和碳库管理指数显著上升,土壤>2.00 mm、>0.25～2.00 mm粒级土壤团聚体质量百分数提高,0.05～0.25 mm、<0.05 mm粒级团聚体质量百分数降低,且各粒级团聚体中有机碳含量、>...     

稻田湿地土壤碳固定研究进展

稻田湿地土壤由于淹水时间长,具有积累更多有机碳潜能,其积累的有机碳呈现明显表层聚集趋势。介绍了稻田湿地土壤有机碳固定现象、原因,并从微团聚体、杂草及微生物多样性等方面对其机制进行了初步探讨及展望。