安徽省几种主要土壤有机碳含量及其组分研究

研究了安徽省4种主要类型土壤(砂姜黑土、潮土、水稻土和红壤)有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)的含量剖面分布及其相互关系.结果表明,4种土壤SOC,DOC和MBC含量存在明显差异,但其剖面分布规律基本一致,表层含量较高.随着土壤层次加深而依次递减;表层土壤SOC含量顺序为:水稻土>砂姜黑土>潮土>红壤,DOC含量顺序为:砂姜黑土>潮土>水稻土>红壤,MBC含量顺序为:潮土>砂姜黑土>红壤>水稻土.DOC和MBC分别只占SOC的4.92%～18.97%和1.86%～5.68%.土壤SOC,DOC与MBC之间存在着密切的关系,3者之间的相关性均分别达到了10%,5%或1%的显著或极显著水平.     

黑碳添加对土壤有机碳矿化的影响

通过室内培养试验,向土壤中分别添加不同温度制备的黑碳,热解温度分别为350℃(T350)、600℃(T600)和850℃(T850),研究了黑碳添加对土壤有机碳矿化的影响。结果表明,不同温度条件制备的黑碳在15℃和25℃培养条件下,土壤CO2释放速率总的趋势是前期分解速率快,后期缓慢。在整个培养过程中(112天),随着培养时间的延长,土壤CO2释放速率下降趋势逐渐降低,CO2释放速率相对值的大小随着培养温度的的升高而增大。在不同温度培养条件下,添加黑碳后土壤CO2-C累计量均是T350>T600>T850,T350土壤CO2-C累计量最高分别为415.26 mg/kg和733.82 mg/kg。添加不同黑碳后,土壤有机碳矿化增加率存在极显著差异(p<0.01),表明不同温度制备的黑碳对土壤有机碳矿化的影响显著。     

黄土丘陵区水蚀坡面土壤有机碳矿化动态模拟

为了深入理解侵蚀影响下的碳排放机制,本文以黄土丘陵区不同有机碳背景的水蚀坡面土壤为研究对象,采用3因素(土壤有机碳水平、温度和土壤含水量)4水平的正交试验设计,通过对坡面不同部位土壤的室内矿化培养实验,分析水蚀坡面土壤有机碳矿化特征,并模拟土壤有机碳矿化动态.结果表明:土壤有机碳质量分数是影响水蚀坡面有机碳矿化的主要因素,不同有机碳背景下,水蚀坡面表现出不同有机碳矿化特征.当土壤有机碳水平较低时,坡面侵蚀促进了沉积区土壤有机碳矿化;当土壤有机碳水平较高时,沉积区土壤有机碳矿化受到抑制.一级动力学方程较好的描述土壤有机碳矿化累积动态(R＞0.98),有机碳矿化潜力(Cp值)能综合反映土壤有机碳水平、温度和含水量对有机碳矿化的影响.通过Cp值修正,得到的土壤有机碳矿化多因素方程拟合度较高(R2＞0.95),能够很好地拟合不同有机碳水平下土壤有机碳矿化动态.     

塔里木盆地北缘绿洲不同土地利用方式下土壤有机碳含量及其碳矿化特征

[目的]探讨土地利用方式对土壤有机碳含量及碳矿化的影响,为塔里木盆地北缘绿洲土壤生态系统的保护和恢复建设提供理论依据。[方法]基于野外采样和室内培养试验,分析土壤有机碳含量的基本特征,利用回归分析法拟合出土壤有机碳矿化动态变化过程。[结果]矿化累积释放的CO2含量大小依次为:果园棉田人工林弃耕地荒草地盐碱地沙地。不同土地利用方式土壤有机碳矿化反应趋势相同,1~6d为快速分解阶段,日均矿化量高但反应时间短,6~28d为缓慢分解阶段,动态变化与前者相反。有机碳矿化率大小依次为:沙地荒草地盐碱地弃耕地人工林棉田果园,沙地最高,达(10.36±0.24)%,表明沙地土壤有机碳稳定性最差,而果园具有较强的固定有机碳能力。[结论]土地利用方式对土壤有机碳矿化及其固碳能力均有显著影响。     

秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳含量及土壤碳矿化的影响

为了探明秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳及土壤碳矿化的影响,为该区作物生产及土壤培肥制度的建立提供参考,通过4a（2007—2010年）秸秆还田定位试验,设置不同秸秆还田量处理,谷子秸秆按3000kg·hm-（2低L）、6000kg·hm-（2中M）、9000kg·hm-（2高H）粉碎还田,玉米秸秆按4500kg·hm-（2低L）、9000kg·hm-（2中M）、13500kg·hm-（2高H）粉碎还田,对照为秸秆不还田,对不同处理条件下土壤有机碳、土壤碳矿化速率、累积矿化量及其与不同形态碳素之间的相关性进行了分析。结果表明,土壤总有机碳、活性有机碳含量均随土层的加深而减少;各处理0～60cm土层土壤有机碳和活性有机碳含量分别比CK显著提高了24.2%、20.8%、9.5%和50.3%、46.6%、34.8%（P〈0.05）;秸秆还田不仅增加了土壤活性有机碳含量,同时也显著提高了0～20cm土层活性有机碳占总有机碳含量的比重,提高幅度达21.1%～23.1%（P〈0.05）;土壤碳矿化速率和累积矿化量在0～60cm各土层内随着秸秆还田量的增加大小顺序均为高量秸秆还田〉中量秸秆还田〉低量秸秆还田〉秸秆不还田,各秸秆还田处理较CK差异显著（P〈0.05）。相关性分析表明,土壤碳累积矿化量与不同形态碳素之间均存在极显著相关性。因此,在宁南半干旱区采用秸秆还田对提高土壤有机碳含量和碳矿化具有明显作用。     

不同利用年限菜地土壤有机碳矿化动态和酶活性变化

通过田间采样分析并结合室内培育试验,观测了不同利用年限菜地土壤有机碳矿化和酶活性变化特征。结果表明,蔬菜地土壤由于大量化肥的施用,导致NO3--N的积累。即使大量施用有机肥,NO3--N的积累也较明显。随着利用年限延长,培养前期的菜地土壤有机碳矿化率有下降趋势;脲酶和转化酶活性下降,磷酸酶活性因大量P肥使用造成P的积累而呈上升趋势。土壤磷酸酶和转化酶活性与土壤有机C和全N含量呈显著相关关系。不同利用年限菜地土壤酶活性变化幅度较大,能够更为敏感的指示土壤质量的变化。     

有机碳含量对黑土区水稻土有机碳短期分解行为的影响

采用东北黑土区的水稻土(起源土壤为黑土),通过野外实地调查取样和室内短期淹水培养(73 d)试验,研究有机碳含量为高(H)、中(M)、低(L)的3种土壤有机碳矿化过程,并分析矿化过程中日均矿化量与水溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和易氧化有机碳(ROC)含量的关系。结果表明,(1)在淹水培养73 d内,H、M和L土壤有机碳的矿化过程大致相同,在培养2周内为快速矿化阶段,在培养2~9周内为缓慢矿化阶段,在培养9周后为相对稳定矿化阶段;淹水培养73d时,H、M和L土壤有机碳的累积矿化量分别为1269.5 mg kg-1、1047.4 mg kg-1和873.0 mg kg-1,占土壤有机碳的比率分别为32.1 mg g-1、37.5 mg g-1和50.0 mg g-1。(2)在培养7~56 d内,3种土壤有机碳的日均矿化量与MBC含量之间呈显著线性正相关(P<0.01),微生物量碳组分含量是影响土壤有机碳短期分解行为的关键因素。     

有机物料添加对内蒙古河套灌区碱化土壤可溶性有机碳的影响

通过研究不同有机物料添加对内蒙古河套灌区碱化土壤可溶性有机碳含量变化的影响,寻找合理高效的增碳方式,降低碱化土壤有机碳损失。以内蒙古河套灌区轻度、中度盐碱土为对象进行田间试验,设置生物炭（BC）添加、羊粪（GM）添加,对照（CK）3个处理,对比和分析不同有机物料添加后土壤有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）、土壤理化性质的变化。结果表明：（1）与CK相比,轻度碱化土壤BC、GM处理土壤DOC含量分别增加3.28%,20.66%,SOC含量增加5.40%,10.30%,中度碱化土壤BC和GM处理下可溶性碳增加41.32%,74.10%,土壤SOC含量增加60.24%,79.16%;（2）轻度碱化土壤BC和GM处理土壤DOC含量与SOC含量呈负相关,中度碱化土壤BC和GM处理下呈正相关;（3）盐碱土壤SOC、DOC含量主要与土壤pH、电导率的变化有关;BC处理较GM处理相比土壤电导率低约1.93%~29.15%,而GM处理土壤pH、碱化度比BC处理低0.31%~1.53%,7.10%~24.63%。总体来看,有机物料添加后均能使土壤中SOC、DOC含量提高,不同程度地降低土壤碱化程度,且羊粪添加较生物炭略好,因此羊粪添加对河套灌区碱化土壤碳含量的提高比生物炭添加更有效,土壤改良效果更好,土壤理化性质改善更明显。     

坡面水文过程与土壤有机碳迁移研究进展

选取中国四种典型区域（东北黑土区、南方红壤丘陵区、北方黄土高原区、西南岩溶区）,概述了不同类型区域坡面水文过程与土壤有机碳迁移的关系,分析了坡面水文过程驱动下土壤有机碳迁移的影响因素。结果表明,不同类型区域的土壤有机碳迁移路径及形式因其水文过程不同而存在差异性,土壤类型、降雨强度、坡度等自然因素会影响土壤有机碳迁移路径及在泥沙中富集;而耕作、施肥、土地利用等人为因素既会改变土壤有机碳含量和外源输入而影响其迁移量,也会影响土壤有机碳迁移路径。在对前人研究成果的总结的基础上,本文认为应加强红壤区及岩溶区不同土壤有机碳迁移路径的同步监测研究,明晰水力侵蚀作用下土壤有机碳迁移转化过程与微生物群落之间的耦合关系,建立考虑多维度、多界面水文过程驱动下土壤有机碳迁移模型。     

黄土区几种土壤培养过程中可溶性有机碳、氮含量及特性的变化

对不同地域农田和林地土壤进行35 d好气培养研究,结果表明:不同土壤培养过程中可溶性有机碳(SOC)含量呈明显下降,而可溶性有机氮(SON)含量却呈明显增加趋势。不同农田土壤相比,在培养起始时和培养过程中红油土SOC和SON的平均含量均高于黑垆土和淋溶褐土;同为黑垆土,林地土壤SOC和SON含量均明显高于相应农田土壤。与起始值相比,土壤培养后提取的可溶性有机物的UV280和HIXem(Hu-mification index)值均明显增加,其中HIXem值在培养的第8天和第35天时呈显著增加趋势。随着培养过程的持续,SOC/SON比值逐渐下降。相关分析发现,培养第35天时SOC的减少幅度与UV 280增加比例呈显著正相关;培养第8天时SOC的减少比例与起始HIXem值呈显著负相关。说明UV280和HIXem值可以在一定程度上反映可溶性有机物种类和结构特性的变化。     

土壤有机硫矿化动力学特征及影响因素

利用开放培养系统，分别在20℃和30℃，好气和淹水条件下研究了四种土壤（黑土、褐土、黄棕壤和红壤）有机硫矿化特征。结果表明，30℃条件下土壤有机硫累积矿化量显著高于20℃下的矿化量（P＜0．01）。20℃和30℃好气条件下累积矿化量分别为17．53－24．35mg kg^-1和34．20－54．33mg kg^-1，分别占有机硫总量的2．5％－6．5％和5．－14．5％，20℃和30℃淹水条件下累积矿化量分别为18．14－21．15mg kg^-1和26．86－30．63mg kg^-1，分别占有机硫总量的2．6％－5．6％和4．0％－7．7％。好气和淹水下30℃与20℃的有机硫累积矿化量之比分别为1．85－2．23和1．28－1．71。用一级动力学方程和双倒数方程计算土壤有机硫矿化势（S0）表明，20℃好气培养时S0分别为17．82－24．88mg kg^-1和17．83－27．7mg kg^-1，S0分别为17．50－21．49mg kg^-1和19．19－22．50mg kg^-1,30℃淹水条件下S0分别为28．26－35．87mg kg^-1和26．59－34．25mg kg^-1。土壤有机硫矿化速率常数（K）和矿化量达50％矿化势（S0）所需的时间（K1）受不同土壤和培养温度的影响，都可用一级动力学方程和双倒数方程来评价。碳键硫对有机硫矿化的贡献较大，尤其在淹水条件下更明显。     

耕作及水蚀影响下坡耕地土壤有机碳动态模拟

土壤侵蚀和沉积明显影响土壤有机碳(SOC)的积累与损耗,在以往土壤碳平衡模拟中却未得到应有的重视。本文以典型黑土漫岗坡耕地表层土壤为研究对象,利用CENTURY模型模拟特定质地下自然黑土有机碳的积累过程,估算研究区黑土有机碳及各组分的背景值;对比研究侵蚀泥沙对SOC富集的影响,将模型模拟值与实测值进行统计比较来验证模型;进而模拟侵蚀区开垦后SOC以及各组分随时间的变化,定量研究土壤侵蚀对SOC各组分损失的贡献。研究结果表明:黑土有机碳的累积大致可分为初期的快速积累和后期缓慢积累两个阶段,前期慢性有机碳库的累积对SOC库的增加贡献最大,后期SOC累积主要由惰性有机碳缓慢累积来完成。达到平衡状态时,研究区黑土有机碳含量为7 240 g m-2,以慢性和惰性有机碳为主,约占总SOC的97.4%。考虑泥沙对SOC的富集作用,模型模拟值与实测值更加吻合。自然黑土开垦后,微生物分解矿化作用是活性和慢性有机碳损失的主要途径,土壤侵蚀明显降低惰性有机碳含量,其贡献率随侵蚀速率的增加而增大。因研究区侵蚀不严重,土壤侵蚀对开垦以来的SOC库损耗贡献较小。     

东北黑土有机硫矿化动力学特征及其影响因素

利用开放培养系统分别在20℃和30℃条件下,研究了不同地区(北安、海伦、公主岭)黑土和黑土在不同施肥条件下有机硫的矿化特征。结果表明:在好气培养条件下,黑土有机硫累积矿化量随培养时间的增加不断增加,两者之间的数量关系遵从一级动力学模式,前4周的矿化量占14周矿化总量的50%~62%。公主岭黑土有机硫的供硫潜力最大,且矿化速率快,供硫强度较北安、海伦高。温度越高土壤有机硫矿化势值越大,矿化化学反应速率常数也越大,半衰期越短。长期肥料定位试验地土壤有机硫的矿化势依次为施用有机肥(M)>有机肥+NPK(MNPK)>NPK(NPK)>未施肥(CK),表明施用有机肥可提高土壤供硫潜力。可见,施用有机肥对维持黑土有机硫肥力具有重要作用。     

青藏高原土壤有机碳储量与密度分布

采用全国第二次土壤普查数据结合作者的实测数据,利用1∶100万土壤数据库对青藏高原土壤有机质层、土壤矿质层及整个剖面的土壤有机碳密度和土壤有机碳储量分别进行了估算。结果表明:青藏高原的平均土壤有机碳密度约为C 7.2 kg m-2,较前人的C 8.01~19.05 kg m-2全国平均土壤有机碳密度偏低。青藏高原总的土壤有机碳储量约为18.37 Pg,其中有机质层土壤有机碳储量约占38.14%,矿质层土壤有机碳储量则占61.86%。     

施用秸秆对土壤有机碳组成和结构稳定性的影响

在室内条件下培养 6个月时随秸秆添加量的增加 ,土壤中总有机碳 (TOC)、焦磷酸钠提取有机碳 (SPPC)、水解碳水化合物 (HDC)、热水提取碳水化合物 (HWC)的含量和水稳性团聚体含量极显著增加 ,粘粒分散率除一个盐土土样外其余 3个土样显著降低。虽然玉米秆和小麦秆分别对TOC、SPPC、水稳性团聚体和粘粒分散性的影响之间没有显著差异 ,但是有小麦秆处理比玉米秆处理HDC和HWC含量高的趋势。TOC、SPPC、HDC和HWC分别与水稳性团聚体显著正相关 ,与粘粒分散率显著负相关 ,但总体而言 ,HWC与团聚体的稳定性更相关 ,HDC和粘粒的分散性更相关。     

黑土坡耕地侵蚀和沉积对物理性组分有机碳积累与损耗的影响

以侵蚀和沉积过程明显的黑土坡耕地为研究对象,通过测定不同地形部位表层和典型剖面土壤不同粒级的水稳性团聚体、颗粒态有机碳（POC）以及团聚体结合态有机碳含量,探讨土壤侵蚀和沉积对土壤有机碳（SOC）损失、迁移和累积过程的影响。研究结果表明：上坡三个侵蚀部位表层土壤大团聚体、矿质结合态有机碳（MOC）以及团聚体结合态有机碳含量随侵蚀速率增加而减小;沉积部位（尤其是坡脚）POC含量和POC/SOC较低,而MOC含量和MOC/SOC较高。始终处于沉积状态的坡脚部位,各粒级有机碳组分的深度分布均表现出土壤累积和埋藏特征,并随着粒级的减小累积现象趋于明显。上述结果反映了土壤侵蚀优先使与细颗粒和微团聚体结合的SOC迁移流失,并在低洼的沉积区累积;埋藏层中的侵蚀物质（如微团聚体、颗粒态有机质）通过深埋作用和重新团聚作用形成稳定的大团聚体,最终促进SOC的固定。     

SOIL ORGANIC CARBON STOCK AND FRACTIONS IN RELATION TO LAND USE AND SOIL DEPTH IN THE DEGRADED SHIWALIKS HILLS OF LOWER HIMALAYAS

The proportional differences in soil organic carbon (SOC) and its fractions under different land uses are of significance for understanding the process of aggregation and soil carbon sequestration mechanisms. A study was conducted in a mixed vegetation cover watershed with forest, grass, cultivated and eroded lands in the degraded Shiwaliks of the lower Himalayas to assess land‐use effects on profile SOC distribution and storage and to quantify the SOC fractions in water‐stable aggregates (WSA) and bulk soils. The soil samples were collected from eroded, cultivated, forest and grassland soils for the analysis of SOC fractions and aggregate stability. The SOC in eroded surface soils was lower than in less disturbed grassland, cultivated and forest soils. The surface and subsurface soils of grassland and forest lands differentially contributed to the total profile carbon stock. The SOC stock in the 1.05‐m soil profile was highest (83.5 Mg ha⁻¹) under forest and lowest (55.6 Mg ha⁻¹) in eroded lands. The SOC stock in the surface (0–15 cm) soil constituted 6.95, 27.6, 27 and 42.4 per cent of the total stock in the 1.05‐m profile of eroded, cultivated, forest and grassland soils, respectively. The forest soils were found to sequester 22.4 Mg ha⁻¹ more SOC than the cultivated soils as measured in the 1.05‐m soil profiles. The differences in aggregate SOC content among the land uses were more conspicuous in bigger water‐stable macro‐aggregates (WSA > 2 mm) than in water‐stable micro‐aggregates (WSA < 0.25 mm). The SOC in micro‐aggregates (WSA < 0.25 mm) was found to be less vulnerable to changes in land use. The hot water soluble and labile carbon fractions were higher in the bulk soils of grasslands than in the individual aggregates, whereas particulate organic carbon was higher in the aggregates than in bulk soils. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

不同施肥处理对红壤水稻土团聚体有机碳分布的影响

通过23年的长期田间定位试验观测,研究了施肥对红壤水稻土不同发生层团聚体组成、有机碳含量及有机碳库分布的影响.试验设不施肥（CK）、无机肥（NPK）、有机肥（猪粪＋紫云英）（OM）和无机肥与有机肥配施（NPKM）等4个处理.结果表明,＞3 mm团聚体含量随土层深度呈增加趋势,而其他粒径的团聚体含量则呈下降趋势.施肥处理有利于1～3 mm和0.25～1 mm团聚体含量增加.各处理中,各层同粒径团聚体有机碳含量从高到低的顺序为：A＞P＞W1、W2.不同粒径团聚体中有机碳含量有明显差异,除＜0.05 mm团聚体外,粒径愈细,有机碳含量愈高.1～3 mm和0.25～1 mm团聚体含量与全土有机碳含量呈显著正相关.不同施肥处理有机碳储量表现出NPKM＞OM＞NPK＞CK的趋势.同施肥处理同发生层不同粒径团聚体有机碳储量从高到低的顺序为：＞3 mm、1～3 mm、0.25～1 mm、0.05～0.25 mm和＜0.05 mm,且差异显著.施肥处理增加的新碳主要向1～3 mm、0.25～1 mm团聚体富集.     

红壤稻田土壤溶解有机碳含量动态及其生物降解特征

本通过田间采样分析和室内培育试验,研究了不同利用年限的3种红壤水田土壤中溶解有机C(DOC)的含量动态和生物降解特征。结果表明：土壤DOC的含量随土壤深度而降低,二具有显负相关性。0-30cm土壤DOC的含量及其占总C比例随土壤有机C含量的升高而增大。DOC的季节变化明显,主要与气候因素有关：降雨和灌水可显提高DOC的含量,是落干时含量的1．44-2．50倍。淋溶试验结果表明,从试验开始,淋滤液中DOC的浓度呈增加趋势,至2l天时达到最大,其后又趋下降。在49天的培养期内,DOC的分解速率为3l％-58％,其中低分子量组分能在数天内降解掉。不同土壤间DOC的分解速率有明显差异。