氮添加对黄河三角洲滨海湿地土壤有机碳矿化的影响

在山东黄河三角洲国家级自然保护区大气氮沉降模拟实验区样地采集表层(0-10 cm)和下层(10-20cm)两层土壤样本,设置NH_4NO_3、NH_4Cl、KNO_3三种氮肥类型以及5 gN·m~(-2)·yr~(-1)、10 g N·m~(-2)·yr~(-1)、20 gN·m~(-2)·yr~(-1)3种施氮浓度梯度,通过26 d室内恒温矿化培养试验,测定温室气体CO_2释放速率和累计释放量,研究模拟氮沉降对滨海湿地土壤有机碳矿化影响。不同处理下土壤有机碳的累积矿化量随培养时间逐渐增加,培养初始阶段的增长速率较快,前10 d土壤累积矿化量约占整个培养期内总矿化量的50%左右,而后逐渐减慢。外源氮添加促进了滨海湿地土壤有机碳的累积矿化量,上下层土壤实验处理较对照分别增加7.60%～68.60%、6.75%～67.24%,铵态氮(NH_4NO_3、NH_4Cl)均表现为中氮组(41.39%、68.60%)高氮组(27.02%、53.69%)低氮组(13.78%、7.60%),硝态氮(KNO_3)表现为高氮组(66.12%)低氮组(49.05%)中氮组(32.10%)。较高或较低氮浓度下,硝态氮对有机碳矿化的促进作用强于铵态氮,但在中氮组中NH_4Cl处理组有机碳平均矿化量最高,达1411.82μg/g soil。下层土壤中,NH4Cl实验组的促进作用在不同施氮量下均最高,有机碳平均矿化量分别为666.90μg/g soil、797.28μg/g soil、834.98μg/g soil。各处理土壤表层有机碳累积矿化量显著高于底层土壤(P0.05),即表明上层土壤有机碳含量较高。     

尕海湿地植被退化过程中土壤碳矿化特征研究

以甘肃省甘南尕海则岔自然保护区内的未退化、轻度退化、中度退化及重度退化的湿地为研究对象,采用野外取样和室内测试相结合的方法,应用室内矿化培养实验,分析了植被退化过程中土壤在不同土层(0～10、10～20、20～40 cm)中的有机碳矿化特征。结果表明,植被退化程度、培养时长、温度高低和土层深度均对土壤有机碳矿化速率有显著影响。不同退化程度土壤有机碳矿化量均随着土层加深而降低,未退化[475.74 CO2/(mgC/g)]重度退化[329.302 CO2/mgC/g)]轻度退化[291.50 CO2/(mgC/g)]中度退化[253.11 CO2/mgC/g)]。不同退化程度土壤有机碳矿化量均随着培养时间的变长而降低,且平均在2～6 d下降速度较快,平均在13 d左右后下降速度平缓,基本保持不变。按照CO2-C释放速率变化程度,将矿化曲线划分为快速矿化(平均约12 d)、缓慢矿化(平均约26 d)和平衡矿化三个阶段,其中快速矿化阶段主要为活性碳矿化。双库一级动力学方程可以较好的拟合植被退化中土壤有机碳矿化过程,不同退化程度土壤有机碳矿化量均随土层加深而降低,浅层和未退化土壤矿化能力较强,对难分解有机碳库的利用程度较高,可以有效促进碳循环,提高土壤固碳能力,在研究全球碳循环时应给予重视。     

产漆酶真菌对高寒草甸土壤有机质矿化特性的研究

为了了解产漆酶微生物真菌对高寒草甸土壤有机质的矿化作用及其特性，实验采用室内密闭静置培养法，对添加产漆酶真菌Marasmius tricolor 310b发酵粗酶液对高寒草甸土壤生物活性有机碳库的影响进行了研究。结果表明：与对照组相比，添加产漆酶真菌Marasmius tricolor 310b发酵粗酶液后，在整个培养期内土壤CO₂释放量和微生物生物量碳含量随培养时间的延长，呈现不断下降的趋势，35 d后趋于稳定；在整个培养周期，微生物呼吸熵的变化总体呈对数降低趋势，处理组符合方程y=-9.964ln （x）+32.281（R²=0.9744），对照组符合方程y=-9.788ln （x）+28.683（R²=0.95），处理组土壤CO₂的累计释放量始终高于对照组（P<0.05），说明菌株310b促进了土壤有机质矿化作用。土壤有机碳含量在培养前期开始降低，但差异不显著，15 d后处理组的土壤有机碳含量低于对照组（P<0.05），说明不同阶段产漆酶真菌对有机质的周转速率不同，推测产漆酶真菌对有机质的转化作用与土壤环境条件有关。     

尕海湿地植被退化过程中土壤有机碳矿化特征

为了揭示植被退化对湿地土壤碳矿化过程的影响,以甘南尕海4种不同植被退化梯度的湿地(未退化(UD)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)及重度退化(HD))为研究对象,采用室内恒温培养和碱液吸收法研究不同土层土壤有机碳(SOC)矿化速率和累积矿化量,结合一级动力学方程,分析土壤半矿化分解时间(T1/2)、有机碳矿化潜势(C0)等参数对植被退化的响应。结果表明:(1)不同植被退化梯度湿地SOC矿化速率在培养期内呈现出基本一致的变化趋势,表现为,培养初期(0~4天)矿化速率快速下降,且数值较高,培养中后期缓慢下降(4~41天)并趋于平稳;各培养温度下,不同植被退化梯度湿地土壤在各土层有机碳矿化速率大小均为UD>LD>MD>HD。(2)在整个培养期间,各植被退化梯度湿地土壤有机碳矿化速率均随土层加深而降低,表层0-10 cm的矿化速率(1.14~16.23 mg/(g·d))均显著高于10-20 cm(1.05~2.85mg/(g·d))和20-40 cm土层(0.94~1.26 mg/(g·d))。(3)4种植被退化梯度湿地在不同温度下的土壤有机碳累积矿化量均值排序为5°C(34.54 mg/g)<15°C(46.67 mg/g)<25°C(58.28 mg/g)<35°C(86.46 mg/g)。(4)一级动力学方程的C0值随植被退化程度增加呈递减趋势,而C0/SOC随着温度的升高而降低。因此,植被退化能显著降低高寒湿地土壤有机碳矿化速率,而气候变暖能够显著增加湿地土壤有机碳矿化量。     

不同质地黑土净氮转化速率和温室气体排放规律研究

为探讨黑龙江省半干旱地区不同质地黑土的净氮转化速率和温室气体排放规律,以壤砂土和粉壤土为研究对象开展室内培养试验,对土壤净硝化速率和净矿化速率、N2O和CO2排放速率与累积排放量进行研究。结果表明:7d培养期间壤砂土的平均净矿化速率和CO2平均排放速率分别为0.49mgN kg-1 d-1和0.30mgCO2-C kg-1 h-1,显著低于粉壤土的平均净矿化速率(1.37 mgN kg-1 d-1)和CO2平均排放速率(0.47mgCO2-C kg-1 h-1)。壤砂土的平均净硝化速率和N2O平均排放速率分别为1.65mgN kg-1 d-1和212.6ngN2O-N kg-1 h-1,显著低于粉壤土的5.02mgN kg-1 d-1和521.3ngN2O-N kg-1 h-1。壤砂土和粉壤土的N2O排放比率分别为0.081%~0.301%和0.210%~0.254%。研究表明,土壤质地显著影响土壤净氮转化速率和温室气体排放,壤砂土较低的pH、有机碳和水溶性有机碳含量是导致其净硝化速率、净矿化速率以及N2O、CO2排放速率显著低于粉壤土的主要原因。     

不同有机肥对采煤塌陷区土壤氮素矿化动态特征研究

为揭示不同有机肥对煤矿复垦土壤氮素矿化特性的影响,以山西省孝义市水峪煤矿采煤塌陷复垦土壤为研究对象,采用室内好气培养法,研究在40%含水量和30℃培养条件下,施用3种有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)后在0~161天的氮素矿化动态特征,以明确不同有机肥对该矿区复垦土壤氮素矿化特征,从而预估不同有机肥的供氮特性,为合理施用有机肥进行低产农田的培肥改造提供科学依据。结果表明:(1)各处理0~14天铵态氮含量均随培养时间的延长迅速下降,与培养时间呈极显著负相关关系(P<0.01),14~161天土壤铵态氮含量维持在较低水平,培养结束时,各处理铵态氮含量均低于1.31mg/kg。(2)各处理土壤硝态氮含量、累积量及矿质氮累积量变化均呈近似的“S”形曲线递增,表现为0~56天缓慢增加,56~84天迅速增加,84天至培养结束(161天)其含量基本不变。培养结束时不同处理间硝态氮含量、累积量及矿质氮累积量整体上均表现为鸡粪>猪粪>牛粪>空白,且鸡粪较猪粪和牛粪处理间存在显著差异,猪粪和牛粪较空白处理间存在显著差异(P<0.05)。(3)不同施肥处理出现氮素净矿化的时间点不同,其中鸡粪处理在第14天时最早出现净矿化现象,而猪粪和牛粪在培养28天后才出现明显的氮素净矿化。(4)不同施肥处理在培养的不同阶段硝态氮和矿质氮累积速率不同,但整体趋势一致,表现为培养0~84天各处理土壤累积矿化波动较大,56~84天达到峰值,培养84~161天各处理矿化速率平稳下降。总体来看,有机肥的施入能有效促进煤矿复垦土壤氮素矿化,从而提高土壤氮素有效性。其中,施鸡粪较猪粪和牛粪对提高矿区复垦土壤有效氮效果更好。4种处理的氮素矿化效果总体表现为鸡粪>猪粪>牛粪>空白。     

不同培肥措施对采煤塌陷区复垦土壤氮素矿化的影响

为揭示不同培肥措施对采煤塌陷区复垦土壤氮素矿化特征,采用间歇淋洗好气培养法,研究了不施肥(CK)、单施化肥(CF)、单施有机肥(M)、化肥配施有机肥(MCF)和化肥配施生物有机肥(MCFB)5种培肥措施对复垦4年和8年土壤矿质态氮和可溶性有机氮变化及氮素矿化特征的影响。结果表明:间歇淋洗好气培养过程中,复垦8年土壤累积NO_3~-—N产生量较4年增加2.63%~26.83%,NH_4~+—N累积产生量增加12.50%~32.14%,可溶性有机氮(SON)累积产生量在CF和M处理下减少31.59%~62.50%,其他处理增加3.44%~34.69%。同一复垦年限下NO_3~-—N、NH_4~+—N和SON累积产生量均以MCFB最高。从矿化参数来看,5种培肥措施土壤矿化势(N_0)均表现为复垦8年高于复垦4年土壤,增加幅度为MCFB(26.9%)CK(15.9%)CF(15.0%)M(12.7%)MCF(4.8%);CK和CF处理下潜在可矿化有机氮(N_0/N)随复垦年限增加而减少,减少率分别为9.4%和13.8%,其余3种培肥措施N_0/N呈增加趋势,增加率表现为MCF(13.2%)MCFB(7.5%)M(2.8%);MCF处理下矿化率(N_t/N)随复垦年限增加而增加,增加率为13.2%,其余4种培肥措施的矿化率(N_t/N)均表现为复垦8年低于复垦4年土壤,减少幅度为CF(12.1%)CK(9.4%)MCFB(7.5%)M(2.7%)。不同处理间N_0、N_0/N和N_t/N值则均以8年复垦土壤的MCFB处理最高。综合来看,经过连续8年复垦,化肥配施生物有机肥较其他培肥措施更大程度上提高了各项矿化参数值,但随着复垦年限的增加,以化肥配施有机肥处理的N_0、N_0/N的增加幅度最大,以化肥配施生物有机肥处理的N_t/N减少率最低,长期单施化肥有降低潜在可矿化有机氮量(N_0/N)的趋势。     

油茶饼粕生物炭和有机肥对红壤矿化的影响

以油茶饼粕为原料,分别在300℃和600℃条件下热解制备成生物炭,以及发酵成为有机肥,研究不同温度生物炭和有机肥元素含量和表面特征的差异。通过室内培养试验研究生物炭和有机肥对土壤呼吸以及有机碳组分的影响。结果表明:随着热解温度的升高,生物炭pH值和灰分含量升高,矿质元素含量增加,C、N、H含量和H/C比值降低,表面官能团减少。在添加有机肥条件下,施用生物炭处理的土壤CO2排放量普遍较高。300℃生物炭的土壤呼吸强于600℃生物炭,600℃生物炭的CO2累计排放量小于对照土壤。300℃生物炭对土壤中的SOC、MBC、DOC的贡献率要高于600℃生物炭。单独添加生物炭的土壤矿化强度比较低。通径分析结果表明:MBC和DOC对土壤CO2累计排放量的直接影响达到极显著水平。     

添加葡萄糖对不同深度红壤碳矿化及其温度敏感性的影响

土壤碳矿化速率及温度敏感性是研究陆地生态系统碳循环的重要指标,以往研究多集中在表层土壤,但不同深度土壤属性及碳质量具有显著的差异。以亚热带马尾松/木荷人工混交林红壤为研究对象,选择0~10 cm、10~30 cm、30~60 cm和60~100 cm四种深度土壤,设置葡萄糖添加(G+)和空白对照(CK)两组处理,进行周期性变温(4、14、22和30℃)培养,并利用自主研发设备测定第1、3、7、14、21和28天5~30℃模拟昼夜周期性变温条件下的土壤碳矿化速率,研究添加葡萄糖对不同红壤碳矿化速率及其温度敏感性(Q10)的影响。结果表明:无葡萄糖添加时,随着土壤深度和培养时间增加,土壤碳矿化速率显著降低,但Q10无显著差别,培养后期底物供给不足限制了土壤碳矿化速率。葡萄糖添加后,随着土壤深度增加,土壤碳矿化速率及Q10均显著增加,浅层土壤响应较快,深层土壤响应慢但增幅更大。培养末期深层土壤碳矿化速率甚至高于表层土壤。不同深度土壤微生物含量及其群落结构组成是土壤碳矿化速率及其Q10响应差异的主要影响因素。