不同水肥条件下夏玉米/冬小麦农田生态系统碳平衡研究

农田生态系统碳平衡取决于农作物固定碳量和土壤异养呼吸排放碳量。为揭示水肥用量对农田生态系统碳平衡的综合影响，设置3个灌水水平：高水、中水和低水（W1、W0.85、W0.7夏玉米季分别为90、76.5、63mm，冬小麦季分别为140、119、98mm），4个施氮水平：高氮、中氮、低氮和不施氮（N1、N0.85、N0.7、N0夏玉米季分别为300、255、210、0kg/hm2，冬小麦季分别为210、178.5、147、0kg/hm2），4个施磷水平：高磷、中磷、低磷和不施磷（P1、P0.85、P0.7和P0夏玉米季分别为90、76.5、63、0kg/hm2，冬小麦季分别为150、127.5、105、0kg/hm2）进行了田间试验。结果表明：不同水肥处理下夏玉米/冬小麦农田生态系统表现为碳汇，夏玉米季净生态系统生产力固碳量（CNEP）为6805~7233kg/hm2，冬小麦季CNEP为5842~6434kg/hm2，夏玉米CNEP高于冬小麦。在高、中、低肥水平下，增加灌水量，夏玉米/冬小麦周年净初级生产力固碳量（CNPP）提高2.48%~5.96%，土壤微生物异养呼吸碳释放量（CRm）增加2.15%~15.20%，净生态系统生产力固碳量（CNEP）增加1.16%~6.47%。在高、中、低供水水平下，增加施肥量，夏玉米/冬小麦周年CNPP增加2.95%~3.43%，土壤CRm增加5.23%~18.67%，CNEP增加0.93%~2.79%，CNEP增加比例与供水水平呈负相关。在低水条件下，氮磷肥配施处理夏玉米/冬小麦农田周年CNEP较单施氮、磷肥分别增加4.86%、7.34%，且氮磷肥交互作用显著（P<0.05），水肥供应水平相差15%时对冬小麦农田CNEP有显著的正交互作用。氮磷肥配施、水肥协调供应均有助于促进夏玉米/冬小麦农田生态系统的净碳输入，在节水节肥原则下，夏玉米和冬小麦分别在W0.85N0.85P0.85和W0.7N0.85P0.85水肥供应条件下有利于增加农田CNEP。     

Effect of farm management on topsoil organic carbon and aggregate stability in water: A case study from Southwest England,UK

There are few reliable data sets to inspire confidence in policymakers that soil organic carbon (SOC) can be measured on farms. We worked with farmers in the Tamar Valley region of southwest England to select sampling sites under similar conditions (soil type, aspect and slope) and management types. Topsoils (2–15 cm) were sampled in autumn 2015, and percentage soil organic matter (%SOM) was determined by loss on ignition and used to calculate %SOC. We also used the stability of macroaggregates in cold water (WSA) (‘soil slaking’) as a measure of ‘soil health’ and investigated its relationship with SOC in the clay‐rich soils. %SOM was significantly different between management types in the order woodland (11.1%) = permanent pasture (9.5%) > ley‐arable rotation (7.7%) = arable (7.3%). This related directly to SOC stocks that were larger in fields under permanent pasture and woodland compared with those under arable or ley‐arable rotation whether corrected for clay content (F = 8.500, p < .0001) or not (F = 8.516, p < .0001). WSA scores were strongly correlated with SOC content whether corrected for clay content (SOC_adj R² = .571, p < .0001) or not (SOC_unadj R² = 0.490, p = .002). Time since tillage controlled SOC stocks and WSA scores, accounting for 75.5% and 51.3% of the total variation, respectively. We conclude that (1) SOC can be reliably measured in farmed soils using accepted protocols and related to land management and (2) WSA scores can be rapidly measured in clay soils and related to SOC stocks and soil management.     

乡土阔叶树种在碳汇造林中的应用及优势分析

随着我国社会经济的发展,逐步暴露出了许多的生态环境问题。而为了维持生态的平衡,就要提高植树造林的力度,这其中碳汇造林就是植树造林工作的延伸。在碳汇造林中乡土阔叶树种发挥着重要作用,针对乡土阔叶树种在碳汇造林中的应用进行分析,对项目中出现的问题进行优化。     

资本禀赋、技术认知与农户耕地低碳利用意愿

耕地低碳利用对于减少农业温室气体排放,促进农业持续健康发展具有积极意义。建立资本禀赋、技术认知的理论分析模型和研究假说,利用湖北省347户农户的调研数据,在测度农户资本禀赋、耕地低碳利用技术认知的基础上,采用Logit模型、中介效应模型、调节效应检验方法,就资本禀赋、技术认知与农户耕地低碳利用意愿的关系进行实证研究。结果发现,资本禀赋不仅对农户耕地低碳利用意愿在1%水平上有显著的直接正向影响,还会通过技术认知这一中介变量在1%水平上产生显著的间接正向影响,环境素养在农户自我效能认知和耕地低碳利用意愿间发挥正向调节作用。据此,建议从经济资本、社会资本、文化资本3个角度提升农户的资本禀赋,通过多种渠道提升农户对耕地低碳利用的认知水平,提高农户环境素养。     

Poorly crystalline iron and aluminium oxides contribute to the carbon saturation and sorption of dissolved organic carbon in the soil

Soil carbon (C) saturation implies an upper limit to a soil's capacity to store C depending on the contents of silt + clay and poorly crystalline Fe and Al oxides. We hypothesized that the poorly crystalline Fe and Al oxides in silt + clay fraction increased the C saturation and thus reduced the capacity of the soil to sorb additional C input. To test the hypothesis, we studied the sorption of dissolved organic carbon (DOC) on silt + clay fractions (<53 µm) of highly weathered oxic soils, collected from three different land uses (i.e., improved pasture, cropping and forest). Soils with high carbon saturation desorbed 38% more C than soils with low C saturation upon addition of DOC, whereas adsorption of DOC was only observed at higher concentration (>15 g kg^?1). While high Al oxide concentration significantly increased both the saturation and desorption of DOC, the high Fe oxide concentration significantly increased the desorption of DOC, supporting the proposition that both oxides have influence on the DOC sorption in soil. Our findings provide a new insight into the chemical control of stabilization and destabilization of DOC in soil.     

煤矿区土壤有机碳含量的高光谱预测模型

可见—近红外光谱已被证明是一种快速、及时、有效的土壤有机碳含量预测工具。利用Field Spec4对济宁鲍店矿区的104个土壤样品进行光谱测量,采用Savitzky-Golay卷积平滑(SG)、多元散射校正(MSC)及数学变换等多种方式组合对光谱预处理,并运用偏最小二乘回归分析建立土壤有机碳含量预测模型,进而探讨煤矿区土壤有机碳含量的高精度预测方法。结果表明:(1)不同的光谱预处理方法对建模结果影响差异较大,建模结果以SG加MSC预处理再结合光谱反射率的一阶微分变换最优,建模R~2=0.86,RMSE=2.0g/kg,验证R~2=0.78,RMSE=1.81g/kg,RPD=2.69。(2)倒数和倒数的对数与土壤有机碳含量的相关性曲线接近重合,与反射率曲线成反比,但是建模效果远低于反射率;光谱反射率的一阶微分能明显提高500~600nm波段相关性。(3)光谱反射率随土壤有机碳的含量减少而增大,当有机碳含量较低时,其波谱的近红外波段反射率响应能力也随之降低,反射率直接建模难度加大。     

河南省城市化与碳排放相关性的动态计量分析

基于城市化角度,根据河南省1978—2015年时间序列数据,利用协整检验、Granger因果分析以及动态模拟分析,研究省域城市化与碳排放间的动态相关关系。结果表明:河南省城市化水平与碳排放存在高度正向相关,且二者存在长期协整关系,从长期看,城市化水平每增加1%,则碳排放量增加1.52%;其次二者之间存在单项的格兰杰因果关系,即城市化水平的提高是引起碳排放增加的原因,但碳排放却不是引起城市化提高的因素;最后,通过动态模拟分析,河南省城市化对碳排放的影响具有正向冲击效应且有一定的滞后性,但随着城市化的发展其影响上升到一定程度后趋于平缓,并起到一定的抑制增长作用。在未来河南省城市化的长期建设中要推动其对节能减排的引擎作用,建设低碳绿色城市。     

农用地整理对碳储量和粮食产能的影响

农用地整理对区域生态系统的空间格局和功能产生的影响需要持续不断的予以关注和调节。该文以福建省建溪流域为例,采用碳储量多源模型和耕地生产潜力模型估算了建溪流域的碳储量和粮食产能,分析了区域尺度农用地整理对碳储量和粮食产能的影响。研究表明:与2010年相比,2016年碳存储总量降低了38.28×10~6 t,为369.29×10~6 t;整理区以1.41%的土地贡献了整个建溪流域1.70%的碳储量减少量,农用地整理对建溪流域生态系统的固碳服务有负作用;2016年建溪流域的粮食产能提高了10.83×10~4t,为124.46×10~4t;农用地整理项目区占建溪流域耕地面积的14.61%,贡献了20.87%的粮食产能提高值,有效提高了建溪流域耕地的粮食产能。农用地整理所产生的碳效应不容忽视,在农用地整理中需要注重生态措施的运用。     

间伐对油松人工林碳储量的长期影响

间伐不仅能改变人工林林木生长状况,还会影响整个森林碳储量,研究间伐对人工林碳固存的长期影响,有助于准确评价人工林的碳汇功能,为人工林的科学经营管理提供参考。2016年8月,以黄土高原森林区营造于1962年,间伐于1985年的4种(强度间伐、中度间伐、轻度间伐、对照)油松人工林为对象,保留密度分别为800,1 500,2 200,2 900株/hm~2,研究了间伐对油松人工林不同植被层、叶凋落物、粗木质残体和土壤有机碳库的影响。结果表明:轻度和中度间伐下油松人工林系统碳储量较对照显著提高了28.54%和21.33%,强度间伐碳储量(154.66t/hm~2)与对照(169.26t/hm~2)无显著差异。乔木层是油松人工林的主要碳库,占人工林总碳储量的64.85%~74.62%。不同处理下乔木层树干碳储量所占比例最高(52.05%~56.43%),树根和树枝次之(22.27%~22.60%和17.73%~18.32%),树叶最低(3.56%~7.01%)。中度和强度间伐下在提高林下灌草多样性的同时,总的灌草碳储量分别比对照高24.27%和25.24%。间伐显著降低了叶凋落物碳储量,其中,强度间伐下的叶凋落物只有对照的48.15%。土壤碳库的变化主要是由土壤表层0—20cm有机碳变动所引起,中度和强度间伐土壤表层碳储量较对照分别减少了17.68%和33.76%,而轻度间伐(51.23t/hm~2)与对照(50.96t/hm~2)无显著差异。土壤表层碳储量与植物多样性和基础呼吸呈显著负相关。轻度和中度间伐有助于森林生态系统碳固定,其中轻度间伐不仅有利于地上植被碳固定,而且还有助于土壤碳库的维持。     

不同利用方式下复垦土壤的有机碳组分空间分布特征

以济宁市粉煤灰充填复垦中的园地、耕地和林地为研究对象,研究不同利用方式对复垦土壤的有机碳组分空间分布的影响。通过现场分层采集土样和室内化验指标,研究有机碳组分(WDOC、POC、MOC、LFOC、HFOC、MBC)在不同利用方式土壤中的空间分布特征。结果表明:(1)3种利用方式的全碳(TC)、土壤有机碳(SOC)和土壤有机碳密度(SOCD)均偏低于对照耕地。不同利用方式之间TC、SOC和SOCD的大小关系均为复垦园地复垦林地复垦耕地。(2)不同利用方式之间有机碳组分差异明显(P0.05),SOC与各组分之间均表现为极显著正相关,且关系密切。通过对组分进行相关性分析、比重分析和敏感性分析发现,MOC和HFOC的含量偏低是导致复垦土壤有机碳低于对照耕地的根本原因。(3)根据有机碳组分丰富度指数发现,复垦园地的组分在0—40cm土层恢复较好,复垦林地在40—60cm土层恢复较好,复垦耕地恢复效果一般。在0—60cm土层的综合指数上表现为复垦园地复垦林地复垦耕地。通过对3种利用方式的有机碳组分空间分布特征进行分析后发现,在济宁市平阳寺镇的粉煤灰充填复垦地中,利用成园地效果最好,值得进一步推广。