红壤丘陵双季稻稻田农田生态系统不同施肥下碳汇效应及收益评估

收集江西一个红壤水稻田长期肥料试验中产量、施肥量、土壤有机碳等资料,结合对农田生产中各项生产资料和管理活动的投入进行调查,对不同施肥处理下系统的生产力、碳投入排放与碳收集效应进行分析.并估算系统的碳汇,评价了不同处理下生产力的碳成本与碳汇效益.结果表明,种植双季稻下化肥配施和化肥有机肥配施下的稻田总碳汇分别为-2.2和-3.2 t C·hm~(-2)·a~(-1),但在两季生产中并无显著差异;相应地,有机无机肥配施比纯化肥配方施肥产量提高了30%左右,而碳汇量提高了50%左右.证明有机无机配合施肥是一种可以增产增汇的关键农业生产管理途径.     

长期不同施肥处理下有机质含量变化对土壤中多环芳烃降解的影响——以太湖地区黄泥土长期试验为例

采集太湖地区一个水稻士长期肥料试验定位监测田「化肥与秸秆配施(CFS)、化肥与猪粪配施(CFM)、单施化肥(CF)和不施肥(NF)]表层(0～15 cm)土壤样品,用高效液相色谱测定了原土中16种多环芳烃(PAHs)含量和培养下外加芘的含量变化.结果显示,无论是PAHs的土壤本底含量还是培养下外加芘残留量,在不同施肥处理问均呈现显著差异;相对于单施化肥(CF),化肥与有机肥配施下PAHs土壤降解能力显著提高.统计分析表明,增强的有机污染物降解能力与土壤有机质含量变化及其带来的微生物活性的变化有关.因此,长期实行有机无机配施有利于增强土壤的环境功能,促进生态系统健康.     

南方典型水稻土长期试验下有机碳积累机制 V.碳输入与土壤碳固定

 【目的】土壤固碳与生产力的协同是农业土壤碳循环研究的热点,而提高土壤固碳容量又是农业固碳减排的重要途径。本文研究中国南方4种典型水稻土长期定位试验条件下的固碳趋势及其外源碳输入对土壤固碳的贡献。【方法】选取西南紫色丘陵水稻土、东南红壤丘陵水稻土、太湖平原水稻土和沿海平原水稻土的长期试验,分析其不同施肥处理下耕层土壤（0～20 cm）有机碳变化与外源碳输入（作物输入碳+肥料输入碳）以及肥料氮输入的关系,并进一步探讨不同施肥处理下的土壤饱和固碳量。【结果】不同施肥处理下的土壤固碳速率线性依存于年均碳输入增量,单位碳输入增加下以紫色水稻土和红壤性水稻土的固碳速率相对较高。良好施肥下的饱和固碳量以富氧化铁的红壤性水稻土最高,其次为富黏粒的沿海平原水稻土。统计分析表明,施肥下不同类型水稻土的固碳效率（即碳输入增量与土壤固碳的线性关系斜率）与初始有机碳含量表现为明显的线性负相关关系,而与黏粒之间的相关性不明显。看来,不同类型水稻土的饱和固碳量与土壤中丰富的游离氧化铁以及降水量有着密切的关系。另外,施肥下的稻田土壤固碳与氮素农学效率之间亦存在着正相关的趋势,并且以红壤性水稻土中的相对最弱,这可能主要归因于不同类型水稻土饱和固碳水平的负影响。【结论】施肥措施主要通过增加外源碳输入来促进土壤的有效固碳,并且土壤固碳与氮素利用效率之间存在着明显的碳-氮耦合效应。水稻土中活跃的氧化铁可能对土壤碳储量的提高起着积极的促进作用,而黏粒有可能并非土壤固碳的驱动因子。气候因子可能是影响水稻土碳储量变化的另一主导因子,这还有待于进一步的分析探讨。     

固碳土壤学的核心科学问题与研究进展

土壤碳固定是当前有关陆地生态系统碳循环与全球变化的地球表层过程研究的重要优先领域。国际社会对全球农业温室气体减排的需求，驱动着土壤学对土壤固碳容量与潜力、固碳与减排的过程与机理的前沿探索，并越来越呈现为一个独特的土壤学新兴分支学科——固碳土壤学（SoilScience of C Sequestration）。本文围绕固碳土壤学的基本科学问题，回顾了最近10多年来，特别是最近5年来国内外关于土壤固碳研究的主要进展，讨论了固碳土壤学中的核心科学问题是土壤固碳容量与固碳作用的机理，论述了土壤物理保护、碳化学结合与碳化学转化稳定与固碳容量及稳定化的关系，提出了土壤-植物（作物）-微生物相互作用是当前固碳土壤学的前沿领域和深化方向，并结合国内对水稻土固碳的研究进展，提出了固碳土壤学的概念性框架，认为我国亟待加强固碳土壤学研究，深入探索我国农业经营管理特色下土壤固碳容量、过程、机理，丰富和发展农业土壤碳循环理论，并服务于全球变化生物学和国家碳管理。     

旱地土壤施用生物质炭的后效应——水分条件对土壤有机碳矿化的影响

农田施用生物质炭作为农田土壤固碳减排技术的重要措施已受到广泛关注。本研究选择一次性大量施入生物质炭3年后且长期种植玉米的旱地土壤为研究对象,通过室内培养试验,研究了不同水分条件下的有机碳稳定性的变化,结果表明:一级动力学方程较好地描述了土壤有机碳的矿化动态,总体看来旱地土壤有机碳的矿化强度随土壤含水量的增加而增大,在25%WHC(持水量,water holding capacity)、50%WHC和75%WHC水分条件下,与C0(无生物质炭)相比,C20(生物质炭20 t/hm2)、C40(生物质炭40 t/hm2)处理下,有机碳的矿化强度分别降低了28.57%~42.86%(25%WHC)、22.22%~33.33%(50%WHC)、15.00%~30.00%(75%WHC),不同处理下土壤的微生物商和微生物代谢熵对水分的响应存在明显差异,与对照相比,生物质炭施用下微生物量相对稳定,且稳定程度与生物质炭用量有关。因此,旱地土壤施用生物质炭具有保持微生物量稳定且降低土壤有机碳矿化与CO2释放的作用,这对于农田土壤有机碳的固持增汇具有重要意义。     

水稻土基底呼吸与CO2排放强度的日动态及长期不同施肥下的变化

土壤呼吸排放是陆地生态系统土气交换快速而活跃的途径之一,对大气CO2浓度的变化有显著的影响。本文对太湖地区一个代表性水稻土水稻收割后土壤基底呼吸CO2排放进行了昼夜观测和采样分析。结果表明,不同小区平均土壤呼吸与CO2排放速率在CO2-C.12.2～25.2.mg/(m2h)之间,日排放量在CO2-C.327.2～604.1mg/(m2d)之间,低于文献报道的森林和草地及旱作农田的土壤呼吸;与长期有机-无机配施处理相比,长期单施化肥CO2日排放量提高了55%～85%,并且显著提高了土壤呼吸对土壤(5.cm)温度的响应敏感性。相关分析表明,土壤呼吸CO2排放强度与土壤微生物N(Nmic)、微生物C∶N(Cmic/Nmic)和P的有效性有密切的关系;生物有效N和P的有效性显著地影响着土壤呼吸与CO2的生成和排放。本试验结果进一步支持了水稻土的固碳效应。但是,供试不同小区土壤呼吸排放强度的变异隐含着长期不同施肥处理可能使与高呼吸活性有关的微生物群落发生改变,有待于进一步研究。     

水分特征对伴矿景天生长和重金属吸收性的影响

利用盆栽试验研究了水分特征对伴矿景天生长和重金属吸收性的影响.结果表明:在70% 土壤最大田间持水量(70%WHC)处理下,伴矿景天生长最好,其地上部鲜重显著高于其他处理;70%WHC处理伴矿景天对重金属吸收能力最强,其茎中Zn的浓度显著高于其他处理,茎中Cd的浓度分别比35%WHC、100%WHC、淹水处理高27.1%、29.0%、63.1%;叶中的Zn浓度表现出与茎中相同趋势,叶中Cd的浓度与茎中不同,以100%WHC处理最高.70%WHC处理下,植物提取Zn、Cd的效率最高,其修复效率均显著高于其他处理.这些结果表明,土壤水分状况在土壤重金属污染伴矿景天植物吸取修复中起着重要作用.     

乡村小流域不同土壤景观表土有机质团聚体分布与分子组成变化

  【目的】  探讨丘陵山区乡村不同土壤景观表土有机质积累的团聚体分布及其化学组成的变化,为认识自然条件和人为利用下土壤有机质的空间变化特点提供新视角。  【方法】  选取江苏省南京市溧水区芳山小流域内保护林地、园地、旱地和稻田等景观样地,采集0—20 cm土壤样品,分析有机碳(SOC)总量。将土壤样品通过湿筛法分出宏团聚体(2000～250 μm)、微团聚体(250～53μm)和粉黏粒(<53 μm) 3个粒径组,测定其中有机碳含量,计算土壤中各团聚体结合态碳的比例。再者,对土壤样品依次进行总溶剂(TSE)提取,碱水解(BHY) 提取和氧化铜氧化(CUO)提取,分别主要得到游离脂、结合态脂和木质素酚,采用气相色谱–质谱联用仪(GC-MS)测定各组分中生物标志物有机分子丰度,计算分子多样性指数。  【结果】  与林地相比,园地、旱地和稻田表土本体有机碳含量分别降低70%、57%和51%,其中宏团聚体结合有机碳的含量分别降低了85%、81%和71%,微团聚体结合有机碳分别降低了74%、79%和67%,粉黏粒结合有机碳则分别降低了48%、18%和3%。表土中提取得到游离态脂类、结合态脂类和木质素酚类的有机分子丰度分别介于2.24～6.74、4.81～14.87和3.51～6.16 mg/g SOC;不同土壤景观间,这些提取态生物标志物分子丰度的变化趋势均表现为林地>稻田>园地>旱地。而木质素酚类丰度表现为林地和稻田相近。相对于林地,园地、旱地和稻田的脂肪酸丰度、烷醇、甾类及萜类等生物标志物分子丰度显著降低,但烷烃分子丰度明显增加,同时微生物来源有机质对土壤有机质的贡献提高;林地及园地土壤中结合态脂类组分以羟基酸丰度较高,而旱地和稻田则以烷酸为主。通过计算的生物标志物分子多样性指数的变化,发现游离态脂类和结合态脂类是林地和稻田高于旱地和园地,而木质素酚是稻田高于旱地,旱地又高于园地和林地。  【结论】  自然林地和农用地土壤的有机碳含量和团聚体结构具有较大差异,在提取态有机分子的组成上也具有不同的组成特征。林地土壤有机碳含量高,宏团聚体、微团聚体和粉黏粒比例均衡,有机碳的团聚体分配也均衡,而且有机质主要以植物源有机碳为主,具有碳链长、分子多样性高等特点。因之,稳定性也高。相反,园地、旱地的有机碳总量低,宏团聚体和微团聚体趋于分解,团聚体结合态有机碳显著减少,而且结合态和游离态脂类有机分子的多样性均显著降低,微生物来源有机碳对土壤有机碳的贡献更高。而稻田土壤有机碳和分子多样性均高于旱地及园地。因此,合理的土壤管理特别是有机物料的投入是提高农地土壤健康程度的重要途径。     

不同年限污水灌溉对石灰性褐土理化性质的影响

在石灰性褐色土上连续 9年的污水灌溉试验表明 ,长期污水灌溉使土壤的基本理化性质发生了明显改变 ,土壤有机质、速效态养分含量明显增加且有往深层积累的趋势 ,土壤孔隙度降低 ,容重增加 ,土壤中生物酶活性受到抑制。长期污灌导致土壤发生次生盐渍化 ,全盐量和Na+、Mg2 +、Cl-等离子含量均有较大幅度的提高。因此 ,长期污水灌溉将导致旱地土壤中离子态有害物质在土壤中积累 ,从而对土壤环境质量、人体健康造成危害     

不同作物秸秆生物炭对溶液中Pb2+、Cd2+的吸附

为研究秸秆生物质炭的性质特征对其吸附重金属的影响,在限氧条件下将粉碎的小麦、水稻、玉米秸秆于450℃热裂解制备三种秸秆炭。研究了三种秸秆炭对溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的吸附特性,并对其性质特征进行了测定分析。结果表明:三种秸秆炭对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附符合准二级动力学模型,小麦、水稻、玉米三种秸秆炭对Pb²⁺的吸附速率分别为0.044、0.019、0.012 mg·g^-1·h^-1,对Cd²⁺的吸附速率分别为0.195、0.164、0.070 mg·g^-1·h^-1.三者对不同浓度下Pb²⁺、Cd²⁺的吸附符合Langmuir等温吸附模型,小麦、水稻、玉米三种秸秆炭对Pb²⁺的吸附容量分别为99.65、110.31、88.82 mg·g^-1,对Cd²⁺的吸附容量分别为30.64、29.39、21.47 mg·g^-1;在溶液pH 2.5~3.5时,三者对溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的去除率急剧增加。小麦和水稻秸秆炭含有较高的碳酸盐、磷酸盐等无机矿物组分以及相对较高的阳离子交换量,对溶液中的Pb²⁺、Cd²⁺的去除可能是由于化学沉淀作用较强烈,而玉米秸秆炭的有机碳及官能团含量较高,孔隙结构较好,比表面积大,可能主要通过表面吸附及官能团的络合作用去除溶液中Pb²⁺、Cd²⁺.