秸秆及生物炭还田对土壤有机碳及其活性组分的影响

以油菜/玉米轮作农田生态系统为研究对象,根据“等碳量还田”原则设置了常规施肥(CK)、秸秆还田(CS)、秸秆+速腐剂还田(CSD)、生物炭还田(BC)、秸秆+生物炭1∶1还田(CSBC)处理,采用田间试验方法,研究了秸秆与生物炭还田下土壤有机碳及其活性碳组分的变化,以期为秸秆和生物炭还田及紫色土培肥提供依据。结果表明: 1) 与对照(CK)相比,各处理均能显著增加土壤总有机碳含量,增幅为31.26%~107.82%,其中以BC处理最显著,达到107.82%,且BC、CSBC处理显著高于CS、CSD处理,生物炭更有利于土壤固碳。2)土壤各活性有机碳含量在油菜角果期和玉米灌浆期最高,除玉米季土壤可溶性碳外,各处理微生物量碳(MBC)、可溶性碳(DOC)和易氧化态碳(ROC)含量大小顺序均为:CSD>CS>CSBC>BC>CK处理,秸秆与生物炭还田各处理的MBC、DOC和ROC含量分别为125.53~172.02 mg·kg^-1、102.73~79.07 mg·kg^-1和2.00~6.01 g·kg^-1。3)秸秆和秸秆+速腐剂的微生物熵、DOC/SOC、ROC/SOC显著高于生物炭和秸秆+生物炭。与CK相比,CS和CSD处理显著提高了土壤ROC/SOC,而BC和CSBC处理却显著低于CK处理14.33%~18.38%。秸秆、秸秆+速腐剂还田能促进微生物可直接利用的活性碳转化,提高土壤有机碳活性,改善土壤生物肥力。生物炭还田尽管其微生物活性较低,但土壤有机碳稳定性较高,可以促进土壤固碳。     

封育对山地草甸草原土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响

以自由放牧为对照,研究了天山北坡山地草甸草原围栏封育条件下土壤总有机碳、活性有机碳和碳库管理指数的变化特征。结果表明,封育8年后土壤活性有机碳和土壤总有机碳含量都得到提高,在0－5和20－40 cm土层显著高于放牧草地(P0.05)。总有机碳和活性有机碳均随土层的加深而减小,且放牧样地土壤更快地向稳定碳库转变。封育草地土壤碳库管理指数各土层均大于100,且随着土层加深而变高,表明围栏封育提高了土壤质量,进而改善了草地生态环境。     

柑橘/大球盖菇间作对三峡库区紫色土活性有机碳库的影响

分析柑橘园间作大球盖菇模式对紫色土活性有机碳库的影响,以期为土壤碳循环及缓解气候变化的研究提供基础数据和理论依据。通过在紫色土柑橘园中间作大球盖菇,对比分析密植间作(HD)、正常间作(TC)、稀疏间作(SP)和裸地对照(BT)及辅料对照(ST)等5组处理对紫色土柑橘园上下层(0~10 cm,30~50 cm)土壤中总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)、轻组有机碳(LFOC)及土壤微生物量碳(SMBC)等指标的影响。在大球盖菇整个生长期中,柑橘/大球盖菇间作密度显著影响上、下层土壤中活性有机碳(DOC、ROC、LFOC、SMBC)的含量,且上层(0~10 cm)土壤中总有机碳和活性有机碳的含量显著高于下层(30~50 cm)土壤。此外,各处理在不同土壤层次中对不同活性有机碳组分的影响存在显著性差异,其中在上层(0~10 cm)土壤中,密植间作(HD)处理中活性有机碳(DOC、ROC、LFOC及SMBC)含量显著高于其他处理(P<0.05),而在下层(30~50 cm)土壤中,稀疏间作(SP)处理中可溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)及微生物量碳(SMBC)的含量均高于其他处理(P<0.05)。柑橘/大球盖菇间作系统中,间作密度与总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(ROC)存在显著负相关关系,与可溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)和土壤微生物量碳(SMBC)存在极显著负相关关系,且不同活性有机碳组分间存在显著或极显著正相关关系。柑橘/大球盖菇间作能够显著提高上层(0~10 cm)土壤中碳库管理指数,却不利于下层(30~50 cm)土壤碳的累积。柑橘/大球盖菇间作在一定程度上能够提高紫色土土壤中活性有机碳的形成和累积,增加紫色土土壤碳储量。     

氮添加对贝加尔针茅草原土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响

以贝加尔针茅草原为研究对象,施氮模拟氮沉降增加,设置N₀,N₅₀,N₁₀₀,N₂₀₀,N₃₀₀(0,50,100,200,300 kg N·hm^-2·年^-1)5个氮添加水平,研究不同氮添加水平变化对土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响。结果表明,与对照N₀相比,N₅₀、N₁₀₀、N₂₀₀和N₃₀₀处理显著提高了土壤易氧化有机碳和可溶性有机碳含量,显著降低了土壤微生物量碳含量。N₁₀₀处理显著提高了土壤易氧化有机碳和可溶性有机碳的组分比例,显著提高了土壤碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数。N₂₀₀和N₃₀₀处理显著降低了土壤易氧化有机碳组分比例,显著降低了土壤碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数。分析结果表明,土壤易氧化有机碳分配比例、可溶性有机碳分配比例、微生物量碳分配比例、碳库活度指数和碳库管理指数之间呈极显著相关性(P<0.01)。在未来氮沉降持续增加的情况下,贝加尔针茅草原土壤碳库质量可能会降低。     

施肥对喀斯特地区植草土壤碳库管理指数及酶活性的影响

为了解施肥对喀斯特地区土壤有机碳积累及平衡的影响,通过田间试验,研究不同施肥处理对植草土壤活性有机碳含量、碳库管理指数及土壤酶活性(淀粉酶、蔗糖酶和脲酶)的影响。结果表明,施肥对植草土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响显著,但是对3种土壤酶活性的影响不一致。与不施肥相比,施肥提高土壤活性有机碳和碳库管理指数,以N₂PK处理提高土壤活性有机碳含量最为明显,提高幅度达到695.6%;低N(N₁)处理提高土壤淀粉酶活性8.65%~13.80%,而高N(N₂)处理提高土壤淀粉酶则不明显,且N₂P处理降低17.94%;各施肥处理土壤蔗糖酶活性降低2.55%~26.97%;单施氮肥和N₂P处理提高土壤脲酶活性87.67%~169.03%,而N₁P处理降低土壤脲酶活性。研究结果可为喀斯特地区牧草科学施肥及农田固碳减排提供理论依据。     

植被退化对尕海湿地土壤有机碳库及碳库管理指数的影响

以青藏高原东缘尕海湿地不同植被退化程度样地（未退化healthy vegetation（CK）、轻度退化slightly degraded vegetation（SD）、中度退化moderately degraded vegetation（MD）和重度退化heavily degraded vegetation（HD））为研究对象,分析了植被退化对湿地土壤不同层次总碳、活性碳、微生物量碳的影响,并计算了各退化程度的碳库管理指数。结果表明：除HD的活性炭外,土壤总有机碳和活性碳均随土层的增加而减少,0~40 cm平均总有机碳含量为CK > SD > MD > HD,CK显著高于其他退化阶段;土壤活性有机碳含量为CK > MD > SD > HD,植被退化显著降低土壤活性有机碳,尤其0~10 cm,10~20 cm土层的土壤活性碳比CK分别下降了72.31%和53.31%;CK和SD的微生物量碳随土层加深显著降低,HD恰好相反,0~40 cm平均土壤微生物量碳含量为MD > CK > SD > HD,MD显著增加土壤微生物量碳,而HD显著降低土壤微生物量碳;尕海湿地0~40 cm土层的碳库各项指数受表层的影响比较大,植被退化能显著降低表层土壤的总有机碳、稳态碳和碳库指数,而显著增加湿地碳库活度指数。     

沙化草地土壤有机碳及碳库管理指数的分异特征研究

本研究以宁夏盐池县潜在沙化草地(PD)、轻度沙化草地(LD)、中度沙化草地(MD)和重度沙化草地(SD)为对象,研究了不同沙化程度草地土壤有机碳(SOC)及其在不同粒径团聚体中的分布、活性有机碳组分和碳库指数在0～40 cm土层的变化,以探讨宁夏干旱风沙区沙化草地土壤有机碳及其碳库分配特征。结果表明：沙化导致草地SOC含量、储量及各粒级团聚体SOC含量显著降低,与PD相比,LD,MD和SD均降低40%以上。随草地沙化程度加剧,土壤易氧化有机碳(EOC)含量总体呈下降趋势,由PD的0.46～0.68 g·kg^-1降至SD的0.34～0.47 g·kg^-1,微生物量碳(MBC)含量在不同沙化程度草地之间差异不显著。伴随着草地沙化,EOC和MBC占SOC的比例逐渐升高,而碳库管理指数逐渐降低。由此,草地沙化可能会通过改变土壤有机碳活性而影响荒漠草原土壤碳库稳定性及草地生态环境质量。     

土壤易氧化有机碳与溶解性有机碳对荒漠草地沙漠化过程中土壤碳库变异的表征

以干旱、半干旱地区荒漠草地不同沙漠化阶段土壤为研究对象,研究不同沙漠化阶段土壤易氧化有机碳与溶解性有机碳含量和分配比例变异规律,分析不同沙漠化阶段土壤碳库指数变化,探讨荒漠草地沙漠化过程中土壤易氧化有机碳与溶解性有机碳对土壤碳库的表征作用。结果表明,随着荒漠草地沙漠化程度的加剧,易氧化有机碳含量表现出一定的波动性,但整体呈下降趋势,溶解性有机碳含量呈线性下降。易氧化有机碳和溶解性有机碳分配比例均在荒漠草地达到最大值,在半固定沙地达到最小值。利用易氧化有机碳含量计算的土壤碳库管理指数随荒漠草地沙漠化程度增加表现出先下降后上升趋势,利用溶解性有机碳含量计算的土壤碳库管理指数呈线性下降趋势。易氧化有机碳、溶解性有机碳含量与土壤有机碳均显著正相关,但溶解性有机碳的相关系数略高于易氧化有机碳。通过比较活度敏感指数和碳库管理指数敏感指数发现,荒漠草地逆向演替至固定沙地过程中,易氧化有机碳的各项敏感指数均高于溶解性有机碳。固定沙地演替至流动沙地过程中,溶解性有机碳的各项敏感指数均高于易氧化有机碳,表明易氧化有机碳能够较好地表征荒漠草地沙漠化前期土壤碳库变化,而荒漠草地沙漠化中期和后期利用溶解性有机碳表征效果更好。     

封育年限对伊犁绢蒿荒漠土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响

以新疆伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地为对象,研究了不同封育年限对草地土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响。结果表明,0-5 cm土层,土壤碳密度呈封育9年>对照>封育1年>封育6年,易氧化活性有机碳、碳库管理指数为封育9年>对照>封育6年>封育1年,且封育9年土壤碳密度显著高于封育6年,相对增加了36.51%,而其易氧化活性有机碳、碳库管理指数显著高于其他处理(P<0.05),分别增加了35.81%~84.89%、35.83%~93.96%;土壤有机质、全量养分分别与土壤易氧化活性有机碳、碳库活度、碳素有效率、氧化稳定系数间呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)相关,而土壤碳库管理指数、易氧化活性有机碳与群落生物量的灰色加权关联度高于土壤有机质和碳密度。土壤碳库活度指数、碳库管理指数能较为敏感地指示土壤碳与草地初级生产力的变化。     

施用生物炭对西南地区紫色土和黄壤的作用效果

探究施用生物炭对紫色土和黄壤的养分含量、酶活性、微生物数量、pH和作物生长状况的影响,为西南地区紫色土和黄壤的改良提供理论依据和现实指导。以紫色土和黄壤为研究对象,分别添加质量分数0(CK)、0.8%(CT₁)、2.0%(CT₂)和4.0%(CT₃)的稻壳生物炭,通过180 d温室油菜盆栽试验,测定土壤性质、土壤微生物数量、酶活性及植株生物量。结果表明,生物炭显著改善了两种土壤的性状,且CT₃效果最佳。添加生物炭后CT₃黄壤中有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别是CK的1.3、1.2、4.0、1.1、0.9、33.1和18.0倍,而紫色土中则分别是CK的1.4、1.0、1.5、1.1、0.9、3.8和6.0倍;CT₃显著提高了土壤pH值,黄壤和紫色土分别提高了1.5和0.9个单位。生物炭显著增加了两种土壤细菌、放线菌的数量,促进了紫色土真菌数量增长,CT₃黄壤的细菌、放线菌数量分别较CK增加了677%、395%;CT₃紫色土的细菌、放线菌、真菌数量较CK分别提高了20%、88%、82%。CT₃紫色土的蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别较CK提高了106%和30%,对脲酶活性无显著影响;黄壤脲酶活性和过氧化氢酶活性较CK平均分别提高约150%和130%,但蔗糖酶活性平均降低了约40%。CT₁对油菜的株高和生物量均有促进作用,黄壤中分别增加了4.6和11.4倍,紫色土中分别增加了17%和8%,而其他处理均表现为抑制作用。施用适宜比例的稻壳生物炭可以改良紫色土和黄壤的酸度,提高土壤养分含量,改变微生物数量并改善作物生长状况,可作为紫色土和黄壤的改良剂。     

保护性耕作对黄土高原玉米-小麦-大豆轮作系统产量及表层土壤碳管理指数的影响

在陇东黄土高原雨养农业区,以传统耕作(t)为对照,研究了3种保护性耕作:耕作+秸秆覆盖(ts)、免耕(nt)、免耕+秸秆覆盖(nts)对玉米-大豆-小麦轮作系统产量和土壤全氮、全碳、有机碳,易氧化有机碳及碳库管理指数的影响。结果表明,从2001至2007年,10茬作物的总产量在ts、nts处理下分别比t提高3.63和1.62 t/hm²,而nt处理则比t处理显著降低2.48 t/hm²。7年后,t、ts、nt和nts处理表层土壤全氮含量分别提高15.4%,30.2%, 16.2%和49.5%。总有机碳含量相应提高2.5%,18.7%,11.7%和74.0%,易氧化有机碳含量在ts,nt和nts处理下分别比t处理提高16.0%,16.2%和38.1%;土壤碳氮比在t、ts、nt和nts处理下较之7年前分别降低了11.41%,8.54%,3.91%和2.72%,ts、nt和nts处理下碳库管理指数分别比t处理提高12.6%,20.1%和46.6%,说明秸秆覆盖+免耕均有利于提高该轮作系统中土壤有机碳含量并改善碳库质量。     

培肥措施对旱地农田土壤CO2排放和碳库管理指数的影响

阐明长期有机物料施肥下土壤CO₂排放特征及其影响机制以及碳库管理指数对黄土高原旱作农业区固碳减排及施肥模式选择的影响尤为重要。基于2012年设置在陇中黄土高原旱作区的长期定位试验,通过不施肥（CK）、氮肥（NF）、有机肥（OM）、秸秆（ST）、有机肥结合无机肥（OMNF）5个处理,测定并计算了2018年不同施肥措施下全年土壤CO₂排放、作物碳排放效率和碳库管理指数的变化,并运用结构方程模型分析了0~30 cm土壤温度、水分、微生物量碳氮、易氧化有机碳、蔗糖酶、脲酶与土壤CO₂排放速率的关系。结果表明：1）与不施肥相比,秸秆、有机结合无机肥和有机肥处理使生育期土壤CO₂排放平均速率提高了42.72%、30.82%和29.79%,秸秆、有机肥处理分别使生育期土壤CO₂排放量显著提高36.35%、32.45%（P<0.05）,有机结合无机肥处理使碳排放效率显著降低41.10%（P<0.05）;2）有机物料处理均能显著提高0~5 cm土层易氧化有机碳、微生物量碳氮、蔗糖酶活性和碳库管理指数,相比不施肥和氮肥处理,有机结合无机肥处理分别使0~30 cm土壤碳库管理指数提高127.41%,99.33%（P<0.05）;3）结构方程模型表明,环境因子对土壤CO₂排放速率的总解释度为53%,对土壤CO₂排放速率总效应较大的影响因素包括土壤温度（2.36）、微生物量碳（1.59）和土壤水分（1.18）,且均间接地影响着土壤CO₂排放速率,土壤温度促进了微生物量碳和蔗糖酶活性的提高,微生物量碳促进了微生物量氮和易氧化有机碳的增加。综合来看,有机结合无机肥处理可以提升土壤碳库管理指数,保持微生物活性,增加作物产量,降低土壤碳排放效率,是陇中黄土高原旱作农业区比较适宜的农田培肥措施。     

不同轮作序列对旱地胡麻土壤有机碳稳定性的影响

为了探索陇中黄土高原半干旱丘陵沟壑区胡麻轮作序列对土壤碳库的影响,2012-2016年通过4年定位试验,以连作为对照,研究了不同胡麻频率下的轮作序列(F:休闲;PWFW:25%Flax、马铃薯-小麦-胡麻-小麦;WFWP:25%Flax、小麦-胡麻-小麦-马铃薯;FWPF:50%Flax、胡麻-小麦-马铃薯-胡麻;WPFF:50%Flax、小麦-马铃薯-胡麻-胡麻;FFFF:100%Flax、胡麻-胡麻-胡麻-胡麻)对土壤团聚体、总有机碳(TOC)、土壤颗粒有机碳(POC)、土壤微生物碳(MBC)和氮(MBN)的影响。结果表明,休闲、不同轮作序列和低胡麻频率显著增加了030 cm土层<0.25 mm粒级的土壤团聚体含量、TOC和POC含量,而随胡麻频率的增加三者的含量呈下降趋势。其中,25%Flax处理下土壤团聚体含量较播前和休闲处理分别显著增加了2.02%4.04%和9.56%11.73%;土壤有机碳(SOC)较连作显著增加5.95%7.48%。50%Flax处理下胡麻位置对土壤SOC影响显著,且轮作(FWPF)显著高于连作(WPFF)。060 cm土层土壤SOC含量表现为休闲>播前≈25%Flax>50%Flax>100%Flax。与连作相比,轮作显著提高了010 cm土层土壤TOC和POC含量,呈现表层富集现象。土壤POC含量表现为25%Flax≈休闲>50%Flax>100%Flax。此外,轮作换茬显著增加了土壤MBC含量,且随着胡麻频率的增加,030 cm土层土壤MBC含量逐渐降低。与播前、休闲、轮作相比,连作显著降低土壤微生物碳氮比,50%Flax(WPFF)轮作序列和土层深度对土壤有机碳和微生物量的互作效应显著。综合来看,休闲可以显著改善土壤理化性状,25%胡麻频率的轮作序列利于保持土壤团聚体稳定性,增加土壤TOC、SOC和POC含量,而50%Flax轮作序列(WPFF)能够提高土壤微生物量和微生物碳氮比。表明25%胡麻频率的轮作序列均可维持土壤有机碳的稳定性,是旱地胡麻比较理想的轮作序列。     

黄土高原森林草原区土壤有机碳库研究

森林土壤有机碳是陆地生态系统最大的有机碳库,对全球碳平衡有着重要的意义。研究对黄土高原森林草原子午岭地区天然柴松林、辽东栎林以及人工油松林土壤有机碳库及其影响因子之间的关系进行了研究。结果表明:柴松林、油松林和辽东栎林3种林地碳密度分别为10.76、9.382和11.43 kg/m2;且有机碳密度随着土壤深度的增加呈现递减趋势,不同土壤深度差异显著(P0.05);不同立地条件下,3种林地碳密度差异明显,柴松林和辽东栎林在整个剖面有机碳密度阴坡阳坡,而油松林在0~50 cm土层是阳坡阴坡,50~90 cm土层是阴坡阳坡;不同林地土壤有机碳密度与土壤含水量、pH值、全氮、全磷等理化指标在不同土层中相关性差异较大,而在整个土壤剖面,除pH值以外,3种林地土壤有机碳密度与理化指标呈极显著(P0.01)的正相关关系。