不同区域稻田土壤复合体有机碳分配及δ~(13)C特征

选取位于5个不同区域(吉林龙井、河南封丘、浙江慈溪、江西进贤和海南海口)的代表性稻田,对其土壤复合体有机碳分配及δ13C特征进行了研究。结果表明,不同区域稻田土壤中各粒级复合体含量(质量百分比)变化主要体现在<2μm和>50μm粒级部分。南方稻田0-20 cm土层中<2μm复合体含量较20-40 cm土层低,而北方稻田0-20 cm土层则较20-40 cm土层高。稻田0-20 cm和20-40 cm土层中,<50μm各粒级土壤复合体有机碳含量的变化趋势基本一致;>50μm复合体有机碳含量则在稻田20-40 cm土层中出现急剧下降,显著低于表层。农田土壤有机碳主要集中在<10μm复合体中。气候条件、耕作制度和起源土壤对农田土壤复合体有机碳分配有显著影响,其中稻田耕作环境更有利于表层粗有机体的累积。不同区域稻田0-20 cm土层中,土壤复合体粒级越小,其有机碳δ13C值越高,碳库活性越低;而20-40 cm稻田土层中复合体有机碳库活性则并非严格遵循粗粒活性高于细粒的规律,在>50μm粗粒复合体中表现尤为明显。     

不同气候带水稻土有机碳δ13C及胡敏酸结构特征变化

选取位于吉林龙井、河南封丘、浙江慈溪和江西进贤的4种水稻土剖面,分析比较了不同气候带水稻土剖面和各粒级复合体的有机碳及其δ13C值的分布特征,探讨了不同水稻土胡敏酸结构和功能基团构成的差异,旨在为深入研究水稻土有机碳动态变化和运转机理提供参考依据。结果表明:不同气候带水稻土剖面中,有机碳δ13C值均随着土层深度的增加逐渐升高;样点位置愈往北,水稻土表层有机碳δ13C值愈高。各样点水稻土表层有机碳主要集中在<10μm复合体部分,其有机碳分配系数均大于50%。水稻土不同粒级复合体δ13C值随着粒级的减小不断升高,高δ13C的老碳在细粒中富集;水稻土表层<10μm复合体中有机碳的降解程度为:封丘>慈溪>进贤>龙井。各样点水稻土胡敏酸结构大致相似,封丘和龙井的水稻土胡敏酸含有较多CO基团,氧化程度较高,另外,其胡敏酸的芳化度和聚合程度也高于慈溪和进贤的水稻土。     

耕作年限对水稻土有机碳分布和腐殖质结构特征的影响

分析比较了浙江慈溪耕作年限为50、100、500、700、1 000、2 000 a的水稻土剖面和不同粒级复合体中有机碳的分布特征,并利用红外光谱技术,探讨了长期耕作对水稻土腐殖质结构和功能基团的影响。结果表明,耕作年限在50~2 000 a范围内,稻田耕作表层有机碳含量受耕作年限影响不大,随着耕作年限的增加,约30~60 cm深度土层中有机碳含量有升高趋势。稻田土壤0~40 cm土层和40~80 cm土层有机碳储量变化幅度(Δ)随着耕作年限的增加逐渐下降,表明早期开垦的水稻土仍有很大的固碳潜力。100、500、1 000a水稻土耕作表层中,<2μm复合体的有机碳含量受耕作年限影响不大;随着耕作年限延长,<2μm复合体有机碳分配系数不断增大,10~50μm复合体有机碳分配系数则呈下降趋势。100、500、700 a水稻土胡敏酸的芳化度随耕作年限增加有所提高,500和700 a水稻土胡敏酸的脂肪族-CH2-、-CH3基团含量要高于100 a水稻土,胡敏酸的聚合程度基本上不受耕作年限影响。     

长期施肥水稻土氮素剖面分布及温度对土壤氮素矿化特性的影响

利用太湖地区26a的水稻土长期定位试验,研究了长期施肥对水稻土剖面氮素分布和C/N的影响,分析了10℃和30℃下不同施肥处理土壤氮素矿化过程的差异,拟合了30℃下土壤累积矿化量与有效积温的方程式。结果表明:(1)长期施肥使表层土壤氮素累积量明显增加,0～20cm土层,施有机肥处理的含氮量普遍高于施化肥处理。20～30cm土层,化肥氮+磷处理(CNP)、化肥氮+磷+钾处理(CNPK)、秸秆+氮处理(CRN)及不施肥对照CK的含氮量高于有机肥+氮+磷处理(MNP)、有机肥+氮+磷+钾处理(MNPK)、秸秆+有机肥+氮处理(MRN)和仅施有机肥处理(M0),而40～50cm土层含氮量差异较小;(2)施有机肥或秸秆还田使表层土C/N值有降低趋势。0～10cm表层土壤的C/N,CNPK>MNPK,CK>M0,而施秸秆处理MRN的C/N最低。20～50cm土层,施有机肥处理的C/N普遍高于化肥处理,施化肥土壤下层的有机质分解程度较高。(3)在30℃下,土壤矿化过程达到稳定状态需要时间较短,且累积矿化量较高。在10℃下,培养后期的矿化速率高于30℃下的速率,但累积矿化量较低,低温条件引起了土壤氮素矿化率的降低。土壤累积矿化量与有效积温的关系符合有效积温方程式(p<0·01),K值较接近反应矿化初期各处理的矿化潜力,n值的差异反应MRN、MNP以及CNPK、CNP处理在矿化后期有更高潜力。     

长期耕作水稻土的有机碳分布和稳定碳同位素特征

对浙江慈溪100，500，1000a水稻土的有机碳分布及其稳定性碳同位素特征进行了研究。结果表明，经百年耕种以后，水稻土耕作层有机碳含量受耕作年限影响很小。随着耕作年限的延长，水稻土剖面不同土层的有机碳含量变异性逐渐降低，下层土壤有机碳储量有逐渐增加的趋势；另外，随着耕作年限的增加，水稻土剖面下层的δ^13C值，有降低趋势，表明种植水稻带入土体的低δ^13C有机碳会随着耕作年限的增加，不断向下层迁移并固定起来。不同年限稻田耕作层土壤中，〈50μm粒级复合体的有机碳含量由高到低的顺序均为：〈2μm，2～10μm，10～50μm；不同粒级复合体有机碳δ^13C值随着粒级的增大而不断降低，新增的碳主要集中在粗粒中，而细粒中的碳为降解的老碳；对于某一粒级复合体来说，δ^13C值顺序均为：1000a〉500a〉100a；〈2μm复合体有机碳属于低活性碳库，耕种上百年后，基本达到饱和。     

基于长期定位试验的水稻土氮素剖面分布及养分供应特性研究

基于已持续26年的水稻土长期定位试验,研究了长期施肥对水稻土剖面氮素迁移分布和C/N的影响,不同施肥方式下土壤氮素矿化曲线和硝化强度变化,以及累积矿化量与有效积温的关系,结果表明:(1)长期施肥使土壤表层氮素累积量明显增加,土壤剖面含氮量分布曲线呈"S"形。0-20 cm土层,施有机肥处理的含氮量普遍高于施化肥处理,20-30 cm土层,化肥氮 磷处理(CNP)、化肥氮 磷 钾处理(CNPK)、秸秆 化肥氮处理(CRN)和不施肥对照C0的含氮量高于有机肥 氮 磷处理(MNP)、有机肥 氮 磷 钾处理(MNPK)、秸秆 有机肥 氮处理(MRN)和仅施有机肥处理(M0),而40-50 cm土层含氮量差异较小;(2)土壤矿化曲线在前期差异明显,7 d后的矿化量普遍达最大,28 d后趋于稳定,施有机肥处理7 d后的矿化量明显高于施化肥处理。土壤累积矿化量与有效积温的关系符合有效积温方程式,矿化常数K和n值反映了施有机肥土壤氮素的矿化潜力较大,而施化肥土壤的矿化过程达稳定状态需更长时间;(3)长期施肥使土壤的硝化强度明显提高,施有机肥处理普遍高于施化肥处理。MNPK最高,比C0提高了6.44倍,秸秆还田处理CRN高于CNP和CNPK;(4)施有机肥或秸秆使表层土C/N值有降低趋势。0-10 cm表层土壤的C/N值,CNPK>MNPK,C0>M0,而秸秆还田处理MRN的C/N值最低。20-50cm土层,施有机肥处理的C/N普遍高于化肥处理,施化肥土壤下层的有机质分解程度较高。     

落干对表层水稻土氮素转化及关键功能微生物丰度的影响

落干过程中稻田土壤氮素转化发生显著变化,但表层土壤不同层次的氮素转化特征及相关机制尚不清楚。通过室内土壤培养试验,探讨了落干过程中(9 d)上表层(0～5 cm)和下表层(5～10 cm)水稻土氧化还原电位(Eh)、土体氧化亚氮(N2O)浓度和排放通量等的动态变化特征,并利用实时荧光定量PCR测定氨氧化基因(古菌amoA和细菌amoA)和硝酸盐还原酶基因(narG和napA)的丰度变化。结果表明,经9 d落干上表层水稻土Eh由-200 mV上升至500 mV左右,而下表层在-200～0 mV之间波动。上表层水稻土NH4+-N含量下降速率和NO^3--N含量上升速率分别是下表层的2.8和1.8倍。落干过程中,上表层水稻土氨氧化作用可能是由氨氧化细菌(AOB)主导的,而驱动硝酸盐还原作用可能以含napA基因反硝化微生物为主。     

喀斯特石漠化过程中土壤氮同位素组成及其空间分异特征

对喀斯特高原区贵州省清镇市王家寨峰丛洼地同一流域内不同类型石漠化、不同等级石漠化以及不同干扰方式石漠化表层土壤全氮的同位素组成及其空间分异特征进行了研究。结果表明：流域内黄壤区样地的表土全氮δ15N值主要分布在＋0.35‰～＋6.82‰之间,平均值为＋4.50‰;黑色石灰土区样地的表土全氮δ15N值主要分布在＋2.70...     

长期不同施肥对土壤各粒级组分中氮含量及分配比例的影响

土壤培肥过程中氮素的积累和在各级土壤颗粒中的分配对了解土壤氮素积累机制和氮素的可持续管理具有重要意义。本研究以红壤旱地长期定位试验为基础,采用离心法分离土壤颗粒,通过分析氮素在土壤不同颗粒中的含量,研究长期施肥对土壤中不同粒级土壤氮的分配的影响。结果表明,施肥二十年后,在020 cm土层,施肥处理的全氮含量在1.19~1.98 g/kg 之间,施肥处理全氮含量显著高于不施肥处理（CK）。在2040 cm土层,土壤全氮含量分布在0.59~0.84 g/kg之间,显著低于表层土壤氮含量; 在020 cm土层,与氮磷钾化肥配施处理（NPK）相比,单施或者配施有机肥的土壤与砂粒、 粗粉粒、 细粉粒、 粘粒结合的氮含量分别提高220%、 84%、 46%和26%。而在2040 cm土层,与NPK处理相比,有机肥的施用仅提高了与细粉粒、 粘粒结合的氮含量,降低了与粗粉粒结合的氮含量; 在020 cm土层中,红壤氮素主要分布在粘粒中。2040 cm土层CK、 NPK和氮磷钾配施加秸秆还田处理（NPKS）表现为与粗粉粒结合的氮的分配比例最高,而施用有机肥的处理氮素分布仍以粘粒占比例最高。相关分析表明,土壤表层＜5 m粒级的土壤颗粒中氮含量和作物的经济产量呈显著性正相关。长期施用有机肥可以显著提高表层土壤全氮及与各个颗粒结合氮的含量,不同处理的氮主要保存在粘粒中。而亚表层土壤中,施化肥或者秸秆还田加速了粘粒结合态氮的耗竭,配施有机肥促进了氮在粘粒中的积累,也更有利于土壤全氮的积累,是可持续的氮素管理措施。     

黄河口典型湿地土壤氮素的季节动态及转化过程研究

于2008年10月、2009年5月和8月对黄河口湿地进行了3次野外调查和室内及野外模拟实验,研究了湿地土壤中各形态氮素的季节变化及转化过程,结果表明:农业种植区表层土壤氮素含量明显高于自然湿地,自然湿地全氮的含量低于1 000 mg/kg,铵态氮含量小于10 mg/kg,硝态氮含量小于3 mg/kg,研究区土壤氮素含量处于低营养水平。土壤中氮素的含量8月份最低,其中无机氮的季节变化较有机氮明显;0-10 cm表层土壤氮素含量明显高于下层土壤,10 cm以下氮含量无显著垂直变化。在氮素的转化过程中,氮的反硝化能力最强,硝态氮的最大损失量达到23.44 g/(m3.d),这与研究区域土壤中硝态氮含量较低相吻合;矿化能力较弱,有机氮的最大转化量仅为0.91 g/(m3.d);氮的硝化过程中铵态氮的最大转化量为12.77 g/(m3.d)。芦苇枯落物在分解过程中发生了氮素的净释放,夏季淹水环境芦苇枯落物氮素的日均归还量最高,达到0.039 g/(m2.d),冬季最低,芦苇枯落物分解对土壤氮库的储量有一定影响。     

分根区交替灌溉和氮形态影响土壤硝态氮的迁移利用

采用模拟土柱利用15N标记于土层10~20 cm、40~50 cm的方法,并设置不同形态氮肥供应(铵态氮、硝态氮)、灌溉方式(常规灌溉CI、分根区交替灌溉APRI),研究APRI下土壤中不同层次硝态氮的去向以及不同形态氮肥的影响。结果发现,APRI节水34.31%而不显著影响产量(P0.05)。随着15N标记层次下降,番茄植株对15N吸收利用率以及番茄收获后15N在1 m土层内的残留量显著下降,损失率显著增加。CI对10~20 cm土层的15N淋洗作用强于40~50 cm土层,APRI对10~20 cm的15N淋洗作用相对CI减弱,而促进了40~50 cm土层中61.3%的15N向上层土壤迁移。APRI下15N的损失率显著降低,利用率没有大幅度下降。相对于铵态氮肥料,硝态氮供应由于促进了植株生长及对15N的吸收,造成番茄收获后1m土层内15N累积量减少,而损失率与相应铵态氮供应的处理没有显著差异。因此分根区交替灌溉能够减少土壤中硝态氮的淋洗,并能够促进下层土壤硝态氮向上迁移,减少损失,增加植物吸收利用的机会;不同形态氮肥通过影响植物生长而影响土壤中硝态氮的去向。     

长期不同施肥处理对土壤活性氮库的影响

通过长期肥料定位试验,对不同施肥处理下草甸黑土活性氮库中几种重要组分含量变化及其相互之间的比例关系进行研究.结果表明,氮肥施用能够增加土壤中无机氮含量,以土壤剖面中硝态氮含量变化为例,除NPK配施处理外,其它施氮处理在180-200 cm土层硝态氮含量均显著增加,N,.P,K配施减少了土壤剖面中硝态氮累积.土壤表层微生物态氮和固定态铵含量的变化不仅取决于氮素的投入量,还与其它因素有关,长期单纯施用氮肥土壤微生物氮含量并没有增高.而N,P配施的处理,土壤微生物氮含量较高.施用氮肥抑制了土壤中可矿化氮的含量,促进氮的矿化释放,增加了活性氮库中其它组分的含量;不同施肥处理表层土壤氮素矿化速率从高到低的顺序是:CKPKPKNPNPKNKN,不同施肥处理对硝化速率的影响大小按PCKKPKNPNPKNNK顺序排列.     

武夷山不同海拔典型森林土壤有机碳和全氮储量分布特征

为探究武夷山森林土壤碳氮储量的分布特征,以武夷山国家公园不同海拔高度(600,1 000,1 400 m)的典型森林土壤为研究对象,研究土壤有机碳和全氮含量及储量随海拔高度的变化规律,分析了影响土壤有机碳和全氮储量变化的因子。结果表明:随着海拔的升高,土壤有机碳和全氮的含量在0—5 cm土层和5—10 cm土层变化规律不同,5—10 cm土层的土壤碳氮含量随海拔变化趋势更为明显,而0—5 cm土层的土壤碳氮含量表现为1 000 m海拔较高; 海拔1 000 m的土壤C/N明显高于海拔1 400 m和600 m; 在土壤有机碳和全氮储量方面,1 400 m明显高于1 000 m和600 m,且高海拔区域土壤碳氮储量的变化幅度显著大于低海拔区域,两土层间差异不显著; 相关分析和RDA分析表明细根C/N和土壤温度是影响土壤有机碳和全氮储量的主导因子。综上所述,土壤有机碳和全氮的分布随海拔升高并非线性增长,受到气候、植被特征及土壤状况的综合影响,高海拔地区土壤碳氮储量对气候变化的响应更为敏感。     

长期施肥对红壤稻田剖面土壤碳氮累积的影响

为了研究长期施肥对红壤稻田剖面土壤碳氮累积的影响,基于中国生态系统研究网络(CERN)桃源农业生态试验站网络监测数据,分析了不施肥(CK)、高量氮磷钾肥(NPK)、减量化肥加秸秆还田优化施肥(OF)对红壤水稻土剖面有机碳、全氮含量及其储量的影响。结果表明:(1)OF处理土壤碳氮含量及其储量随着土层深度的增加呈显著下降趋势(p<0.05)。(2)11 a施肥后,各处理表层(0-20 cm)土壤有机碳含量及碳储量差异显著,且OF>NPK>CK;表层全氮含量及氮储量在NPK与OF处理中无显著差异;40-80 cm土壤氮储量NPK处理显著大于OF处理。(3)各处理0-80 cm土体总有机碳储量差异不显著,NPK处理全氮储量显著大于OF处理。(4)与试验初期相比,各处理在20-40 cm土层,各指标含量增加幅度最大。(5)0-80 cm土体中,有机碳和全氮储量存在极显著正相关关系(y=11.644 x-0.8737,R²=0.9759)。综上所述,红壤稻田土壤有机碳、全氮及碳氮储量对长期不同施肥措施的响应在表层更灵敏;在20-40 cm土层碳氮累积速率最大,并有向深层累积的趋势;OF处理更显著增加表层土壤有机碳氮储量,而NPK处理对深层土壤碳氮储量增加较多。因此,长期高量化肥使用增加了氮素向土壤深处迁移的风险,减量施肥配以秸秆还田措施对保持红壤水稻土碳氮可持续变化更有利。     

不同类型人工毛竹林土壤碳氮含量及转化特征

对浙江省建德市集约经营、杉-竹混交和一般经营3种人工经营类型毛竹林土壤0-80 cm剖面碳氮含量及转化速率进行测定和分析.结果表明:3种竹林土壤碳氮含量及转化特征存在显著差异.3种类型竹林土壤有机碳含量都随土壤深度增加而下降,一般经营毛竹林土壤有机碳含量显著高于集约经营竹林与杉-竹混交林;3种竹林土壤呼吸速率则表现为一般经营＞集约经营＞杉-竹混交林,但不同竹林剖面变化趋势不同;毛竹纯林土壤呼吸速率与有机碳含量呈显著正相关,表现为随土层增加逐渐下降,而混交林土壤表层0-10 cm呼吸速率最高,随后在10-20 cm显著下降,随后在20-60 cm又逐渐增高,表明混交林根系呼吸在土壤总呼吸中贡献率较高.3种竹林土壤剖面全氮含量差异不大,集约经营竹林氮素投入对当前氮素总量没产生较大影响,但导致土壤氮素组分发生变化.杉-竹混交林无机氮含量最低,土壤硝化速率也显著低于毛竹纯林,表明混交林土壤氮素周转率,具有较好的氮素利用效率;集约经营竹林土壤硝化速率与一般经营竹林差异不大,但存在氮素的反硝化损失风险.     

太行山山前平原冬小麦田深层土体硝态氮累积特征研究

农田氮素（N）淋失是N素损失的重要途径之一。采集土壤溶液并测定其硝态氮（NO3^--N)，对不同施N肥处理下40-220cm土层的NO^-3-N累积特征进行了研究，结果表明，不同施N肥处理，对不同土层中NO^-3-N累积影响很大，太行山山前平原竭土农田80cm土层和40-160cm土层为NO^-3-N高度聚集层，入冬后麦田NO3^--N有所累积。易流失；不同土层NO3^--N累积与N肥投入呈直线关系。N肥过量投入易造成深土层NO3^--N累积并流失。     

荒漠草地土壤~(15)N同位素对水分变化的响应

影响δ15N格局的因素主要有气候、时间、地形和土地利用等,而水分是干旱区植被分布的主要限制因子,对调节荒漠草地稳定性N同位素具有重要作用。利用15N标记法,通过不同的增水处理,研究了古尔班通古特沙漠南缘氮素标记样地和未标记样地土壤N同位素对水分变化的响应,得出以下结论:(1)增水处理增加了对土壤水分的补给,随着增水量的增加土壤水分含量不断增加;(2)研究区土壤δ15N值变化范围为12.19‰~13.33‰,增水处理对未标记样地土壤δ15N值并没有显著的影响;(3)添加氮素后,样地土壤δ15N值明显升高。随着增水量的增加,土壤总δ15N呈现出典型的倒"U"型曲线,不同土层深度的土壤δ15N值也发生了显著的变化;(4)标记样地50-100 cm土层土壤δ15N值要明显高于非标记样地,表明标记样地土壤中添加的稳定性15N同位素仍在向更深的土层移动。     

黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤氮素消耗特征研究

本文研究了黄土高原地区生长年限分别为4a、6a、10a、12a、18a及26a苜蓿草地土壤氮素的变化特征。结果表明,在0—1000 cm土层,不同生长年限苜蓿草地土壤全氮与碱解氮含量呈现规律性的变化,即随土层深度的增加,全氮及碱解氮含量下降,350cm土层以下,变化趋势平缓。在0—200 cm土层,26a苜蓿草地全氮、碱解氮含量低于4a、6a苜蓿草地,高于10a、12a苜蓿草地;在200—1000 cm土层,土壤全氮、碱解氮含量在不同生长年限之间差异不大,表明苜蓿生长超过一定年限,土壤氮素有一定恢复,但受土壤氮素累计消耗的影响,只能使土壤上层的氮素逐步得到恢复,而深层土壤氮素难以恢复;苜蓿草地有机碳与全氮、碱解氮及C:N之间均为正相关关系。苜蓿生长6a以后,应对苜蓿草地进行合理施肥,以维持苜蓿草地氮素平衡。     

黄土丘陵区不同降水量带生物结皮对土壤氮素的影响

黄土丘陵区生物结皮广泛发育,可通过固氮作用影响土壤氮素水平,但该区生物结皮对土壤氮素水平的影响鲜见报道.本文通过野外调查结合采样分析,研究了黄土丘陵区不同降水量带生物结皮组成、覆盖度差异及其对土壤氮素水平的影响.结果表明,1)黄土丘陵区不同降水量带生物结皮覆盖度无显著差异,但组成有差别;2)不同降水量带土壤氮素含量剖面分布具有明显的分层特征,生物结皮显著增加了结皮层土壤氮素含量,对下层土壤影响较小,结皮层下0-2 cm、2-5 cm、5-10 cm土层中氮素含量差异不显著;3)生物结皮层土壤全氮、碱解氮及微生物氮在不同降水量带差异不显著,而0-2 cm、2-5 cm、5-10 cm土壤全氮、碱解氮及土壤微生物氮含量在200～300 mm降水量带小于300～600 mm降水量带.研究结果揭示了黄土丘陵区生物结皮对土壤氮素的贡献,而不同降水量带生物结皮对土壤氮素的贡献差异不显著的原因有待于进一步研究.     

灌水对不同次生盐渍化水平设施土壤氮、磷迁移特征的影响

通过野外调查与室内土柱模拟试验相结合的方法,对灌水条件下不同次生盐渍化水平设施土壤氮、磷含量的变化及迁移特征进行研究.结果表明:(1)灌水后土壤水分变化主要集中于20 cm以上土层,灌水后13～15 d,不同次生盐渍化程度的土壤水分都表现出向下迁移的特征.(2)设施土壤硝态氮含量最高值均出现在土层20 cm处,且次生盐渍化程度越严重,硝态氮表聚现象越为突出.灌水15d后,各处理铵态氮集中分布于20-40 cm土层,灌水后土壤铵态氮含量变化不明显,环境风险较小.(3)设施土壤速效磷含量高于露地土壤,且表层土壤速效磷含量介于40～60 mg/kg之间,灌水后各时期不同次生盐渍化程度土壤剖面中速效磷的分布趋势基本一致,虽受灌水的影响较小,但存在潜在的环境风险.