行间生草对核桃园土壤养分、有机碳组分及酶活性的影响

探讨行间生草对核桃园土壤养分、有机碳组分及酶活性的影响,为核桃园的土壤管理提供理论依据和基本资料。以汾阳核桃园土壤为研究对象,设置大豆、毛苕子、箭筈豌豆、黑麦草、自然生草、清耕6个处理,每个处理重复3次,研究核桃园不同土壤深度(0～60 cm)的土壤养分、有机碳组分、酶活性的变化特征。结果表明,随着土层深度的增加,土壤养分含量、酶活性、有机碳组分含量呈降低的趋势,生草对土壤表层(0～20 cm)的影响最大。在0～20 cm土层,与清耕相比,黑麦草处理显著增加土壤有效磷、速效钾的含量,分别为清耕的1.18、1.15倍;豆科植物(箭筈豌豆、毛苕子、大豆)处理下的土壤全氮、碱解氮含量分别提高了17.0%～19.3%、9.7%～11.7%。种植黑麦草的土壤总有机碳(TOC)、轻质有机碳(LFOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)、易氧化有机碳(ROC)含量分别提高了21.3%、46.0%、40.1%、12.8%、37.0%;在20～40 cm土层,种植黑麦草的TOC、LFOC、DOC、POC、ROC含量分别提高了16.1%、46.0%、22.7%、8.2%、25.3%。豆科植物(大豆)处理显著提高土壤脲酶的活性(P<0.05),提高了16.0%;黑麦草处理显著提高了土壤的蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶的活性(P<0.05),分别提高了10.2%、32.5%、121.4%。因此,要根据土壤肥力状况,选择不同的生草进行种植。     

生草对渭北旱地苹果园土壤有机碳组分及微生物的影响

在渭北旱地苹果园行间播种毛苕子（Vicia villosa）、白三叶（Trifolium repens）、黑麦草（Lolium perenne）和早熟禾（Poa pratensis）,以清耕为对照,对0100 cm土层的土壤有机碳各组分及微生物群落功能多样性进行研究。结果表明,行间生草可显著增加040 cm土层土壤的总有机碳（TOC）、颗粒有机碳（POC）、轻质有机碳（LFOC）、易氧化有机碳（ROC）、可溶性有机碳（DOC）和微生物量碳（MBC）,豆科牧草毛苕子和白三叶的各有机碳含量总体上高于禾本科牧草黑麦草和早熟禾。其中在020 cm土层中,豆科牧草的TOC含量平均每年增加约1.2 g/kg,禾本科牧草每年增加约0.9 g/kg。生草处理的微生物群落碳源利用率（AWCD）、微生物群落Shannon 指数（H）和微生物群落丰富度指数（S）均高于清耕处理,其中豆科牧草的微生物活性更高。因此,生草可以提高土壤有机碳各组分的含量、土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落的丰富度和功能多样性,豆科牧草毛苕子和白三叶提高效应更加明显。     

民勤绿洲区苜蓿地土壤有机碳组分分布特征

为了解西北民勤绿洲区紫花苜蓿种植后土壤有机碳组分的变化趋势及影响因素,以民勤绿洲区3a(A3)、14a(A14)和22a(A22)苜蓿种植地为研究对象,以棉花种植地(CK)为对照,通过野外调查取样以及室内测试分析,对土壤中的全部有机碳(TOC)、重组有机碳(HFOC)、轻组有机碳(LFOC)、颗粒有机碳(POC)和微生物量碳(MBC)的含量进行测定,分析变化趋势并对其规律进行研究。结果表明:相对于棉花种植地,22a苜蓿地土壤容重和电导率分别降低了13.9%和95.4%。3~22a苜蓿地较棉花种植地(CK)的TOC、LFOC、HFOC和MBC分别表现出175.0%,1 416.0%,47.8%和216.0%的增长幅度,变化差异较为显著。在垂直剖面上,棉花种植地(CK)显著低于苜蓿地LFOC、POC、MBC含量,并随土层加深而不断降低。逐步回归分析表明LFOC与TOC显著正相关(p0.05)。苜蓿种植年限、土层以及这两个变量的交互作用对POC/TOC产生显著影响(p0.01),对TOC、LFOC、HFOC、POC、MBC、LFOC/TOC、HFOC/TOC和MBC/TOC均产生极显著影响(p0.001)。苜蓿种植提高了土壤质量,降低了土壤容重和盐碱性,连续种植14a是苜蓿最为合理的种植年限,同时苜蓿种植有利于0—60cm垂直土层有机碳组分的累积,尤其对TOC、LFOC和MBC的增长效果极其显著。     

土壤活性有机碳不同组分对保护性耕作的响应

为分析保护性耕作措施对旱作农田土壤活性有机碳的影响以及对土壤有机碳的敏感响应指标进行归纳总结,探讨适合西南丘陵区紫色土农田生态系统在保护性耕作下的有机碳分组方法和活性碳有效指标提供科学依据,进而为土壤固碳减排、提高土壤质量奠定理论基础。在重庆北碚西南大学试验农场对平作(traditional tillage,T)、垄作(ridge tillage,R)、平作+秸秆覆盖(traditional tillage+straw mulching,TS)和垄作+秸秆覆盖(ridge tillage+straw mulching,RS)4种处理下、西南紫色土丘陵区"旱三熟"种植模式下的土壤总有机碳(Total soil organic carbon,TOC)、颗粒有机碳(Particulate organic carbon,POC)、水溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、易氧化有机碳(Readily oxidized organic carbon,ROC)、可矿化有机碳(Mineralized organic carbon,MOC)以及微生物量有机碳(Microbial biomass carbon,MBC)进行了测定和分析。结果表明,秸秆覆盖不仅增加了表层土壤的TOC,也有利于20cm以上的耕层TOC的增加,而垄作对TOC的影响很小。秸秆覆盖处理下各土层POC均显著高于传统耕作,而单纯的垄作处理对5cm以下土层的POC没有影响,却显著地降低了0-5cm土层POC含量。DOC含量随土层的加深逐渐降低,且不同处理的差异主要出现在表层0-5cm土壤中,5cm以下土壤的DOC含量不易受到耕作措施的影响。TS、RS与对照相比均显著提高0-5cm土层的ROC含量,R与T之间差异不显著,秸秆覆盖只对土壤表层ROC影响很大。T、R、TS、RS处理全年日均土壤呼吸分别为1.84,1.65,2.22,2.21μmol/(m2·s),年土壤呼吸总量分别为696.31,624.41,840.12,836.33g/m2。与对照相比,垄作对土壤呼吸的影响不大,秸秆覆盖加速了土壤呼吸速率。秸秆覆盖处理显著提高了MBC含量,而垄作处理的影响不大。MBC与土壤呼吸速率呈显著正相关,R2介于0.756~0.919之间,P0.05。通过对土壤总有机碳及各组分之间的相关分析分析结果显示,TOC、POC、DOC和ROC在0-5cm土层表现显著的正相关,其他土层没有明显的规律。TOC、POC、DOC、ROC和MBC对耕作措施的响应变化基本一致,表现为对垄作处理的响应不显著,而受秸秆覆盖的影响很大,其中颗粒有机碳占总有机碳的35.74%~49.66%,二者显著正相关,可以作为反映土壤有机碳变化的敏感指标。     

岩溶区不同土地利用方式对土壤有机碳及其组分的影响

选择重庆市中梁山岩溶槽谷中5种土地利用方式(弃耕地、草地、菜地、橘园地和林地)为研究对象,在野外调查和室内分析的基础上,采用方差分析法对比分析了土壤总有机碳、溶解性有机碳、易氧化性碳、轻组有机碳、颗粒有机碳及矿物结合态有机碳的含量变化,并用相关分析法分析了土壤有机碳各组分之间的关系。结果表明:不同土地利用方式土壤总有机碳(TOC)含量随土层深度增加而降低,上下层土壤TOC含量在2.69~13.88g/kg之间,不同植被覆盖类型、耕作方式和施肥是影响土壤TOC分布的重要因素。不同土地利用方式下有机碳各组分(DOC、EOC、LFOC、POC和MOC)含量在垂直分布上均呈现出随土壤深度的增加而降低的趋势,但不同土地利用方式之间的差异较大,主要与植被类型、施肥管理、耕作方式以及人为干扰有关。弃耕地含量均比较低,林地和草地受人为干扰较少含量较高,菜地土壤受施肥和翻耕影响,上下层土壤含量差异不大,橘园地上下层土壤5种有机碳组分含量差异均是最大的。弃耕地受之前耕作影响,弃耕时间短,有机质输入量少,POC/MOC值相对较低,菜地受施肥和翻耕影响上下层土壤POC/MOC值相对比较稳定,草地、橘园地和林地0—20cm土壤POC/MOC值均高于20—40cm,下层土壤有机碳比较稳定。0—20cm和20—40cm土壤有机碳及组分之间存在相关关系,0—20cm土壤TOC与LFOC和MOC之间呈显著正相关,LFOC与POC之间也呈现显著正相关;20—40cm土层,土壤TOC与EOC、LFOC和MOC之间呈显著正相关性,MOC与TOC以及EOC和LFOC均呈现正相关性,LFOC与POC之间关系由表土层的显著正相关转变为极显著正相关。下层土壤比上层土壤有机碳稳定性强,尤其是土壤TOC、LFOC和MOC能够敏感地反映土壤碳库的变化,可以作为土壤有机碳稳定性的敏感性指标。     

长期稻虾共作模式提高稻田土壤生物肥力的机理

  【目的】  长期稻虾共作是提高稻田肥力的有机生态途径。研究该模式对稻田土壤有机碳库和土壤酶活性的影响,为该模式的可持续应用提供理论依据。  【方法】  基于连续10年 (2005—2015) 中稻单作和稻虾共作的田间定位试验,于2015年10月中旬水稻收获后,按照0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土层采集土样,分析不同土层中总有机碳 (total organic carbon,TOC)、土壤微生物量碳 (microbial biomass carbon,MBC)、可溶性有机碳 (dissolved organic carbon,DOC)、易氧化有机碳 (easily-oxidized organic carbon,EOC) 和颗粒有机碳 (particulate organic carbon,POC) 含量,测定不同土层土壤水稳性团聚体中有机碳的含量,计算了土壤碳库管理指数,同时分析了与土壤碳、氮和磷代谢有密切关系的纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。  【结果】  1) 相对于中稻单作,稻虾共作显著增加了各土层中TOC、POC和DOC含量,增加30—40 cm土层中MBC含量以及10—40 cm土层中EOC含量;2) 稻虾共作显著提高了10—30 cm土层中土壤碳库管理指数,碳库管理指数在10—20 cm和20—30 cm土层中较中稻单作模式分别提高了52.7%和58.2%;3) 稻虾共作模式下,0—20 cm土层中小于0.053 mm粉–黏团聚体的有机碳含量显著高于中稻单作模式,而在20—30 cm土层各粒级团聚体的有机碳含量均显著高于中稻单作模式;4) 与中稻单作相比,稻虾共作土壤脲酶活性在10—20 cm土层显著降低了16.7%,而在20—30 cm土层纤维素酶活性显著提高了28.0%;5) 除DOC外,TOC、POC、MBC与纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均呈显著正相关。  【结论】  长期稻虾共作提高了稻田土壤有机碳及其活性组分含量,特别是提高了20—30 cm土层纤维素酶活性,促进了根茬等有机物的分解,提高了该层次各粒级团聚体内的有机碳含量,改善了土壤结构,加大了水稻根系的下扎深度,改善了固持速效养分的能力,从而提升了稻田土壤生物肥力。     

川中丘陵区不同土地利用方式土壤活性有机碳含量特征研究

通过野外实地调查、样品采集、室内分析与统计相结合的方法,研究川中丘陵区枇杷园、葡萄园、水田、旱地等4种土地利用方式土壤活性有机碳含量特征,结果表明,土壤TOC、DOC、ROC、MBC含量均表现为枇杷园葡萄园水田旱地的特征,其差异达极显著或显著水平,其中枇杷园和葡萄园土壤TOC、DOC、ROC、MBC含量显著高于水田和旱地,水田又显著高于旱地;土壤TOC、DOC、ROC、MBC含量均表现为随土层剖面深度的增加而逐渐降低;土壤DOC/TOC值和ROC/TOC值呈现出旱地葡萄园枇杷园水田的特征,其差异均达到了显著水平;土壤MBC/TOC值表现为葡萄园枇杷园旱地水田的特征,其中0-20cm土层差异达到了显著水平;随着土层深度的增加,土壤ROC/TOC值和MBC/TOC值呈现出逐渐降低的特征,DOC/TOC值呈现出随着土层深度增加而逐渐增加的特征。4种土地利用方式土壤DOC、ROC、MBC和TOC之间存在显著或极显著的正相关关系。     

不同耕作方式对土壤有机碳、微生物量及酶活性的影响

【目的】依托8年长期(2005~2012)固定道定位试验,研究不同耕作方式对土壤有机碳、土壤微生物量、土壤酶活性在0—90 cm土层的分布特征,为优化中国西北干旱区的耕作方式提供理论依据。【方法】试验包括固定道垄作(PRB)、固定道平作(PFT)与传统耕作(CT)三种耕作模式下的土壤有机碳土壤总有机碳(TOC)、颗粒有机碳(POC)、土壤微生物量碳(MBC)、土壤微生物量氮(MBN)、土壤微生物量磷(MBP)、蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶及小麦产量进行了测定和分析。【结果】在0—90 cm土层,不同耕作方式下的TOC、POC、MBC、MBN、MBP、蔗糖酶活性、脲酶活性均随着土层的增加呈下降趋势,过氧化氢酶活性呈先下降后增大的分布特征;在0—60 cm,固定道保护性耕作能够显著增加心土层作物生长带土壤有机碳储量,有机碳储量大小为PRBPFTCT;PRB、PFT较CT可以显著增加0—10 cm作物生长带TOC、POC、MBC、MBN、MBP含量、蔗糖酶、脲酶活性,其大小为PRBPFTCT;耕作方式对过氧化氢酶活性影响不显著;TOC、POC、MBC、MBN、MBP、蔗糖酶活性、脲酶活性、过氧化氢酶活性之间均达到了显著或极显著相关。【结论】PRB较PFT、CT能够提高耕作层(0—10 cm)土壤有机碳含量、土壤微生物量、土壤酶活性, 增加作物产量, 增大0—60 cm土层有机碳储量,耕作方式(PRB、PFT及CT)对10 cm以下土层土壤环境改善作用不明显。     

生物质炭对稻田土壤有机碳组分的持效影响

生物质炭的应用已经被认为是以碳封存形式减轻气候变化的有效手段。本研究以一次性施用生物质炭3年后水稻土为对象,分析土壤总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒态有机碳(POC)、易氧化态有机碳(ROC)和微生物量碳(MBC)含量的变化,研究施用生物质炭对土壤有机碳和组分的后续影响。结果表明,在10 t hm-2、20 t hm-2和40 t hm-2的生物质炭施用水平下,显著提高土壤有机碳储量,增幅达9.15¹5.49%。施用生物质炭可长期稳定提高土壤TOC、ROC、POC和MBC分别达12.75%15.49%。施用生物质炭可长期稳定提高土壤TOC、ROC、POC和MBC分别达12.75%²3.36%、12.60%23.36%、12.60%²8.00%、10.88%28.00%、10.88%³4.00%和7.97%34.00%和7.97%¹2.35%,且土壤TOC与ROC、MBC极显著正相关,ROC与POC、MBC也存在极显著正相关,这可能与生物质炭可改善土壤结构、促进作物生长有关。因此,施用生物质炭是长期提高水稻土土壤碳储量和活性有机碳含量的有效措施。。     

陇东黄土高原农田土壤微生物量碳和颗粒有机碳剖面分布特征

采用野外调查采样与室内分析相结合的方法,对陇东黄土高原农田黑垆土微生物量碳（MBC）和颗粒有机碳（POC）的剖面分布特征进行了研究。结果表明:不同剖面土壤微生物量碳和颗粒有机碳含量随土层变化差异显著或极显著,主要集中在0—20 cm和20—40 cm土层,呈明显的表聚现象;0—60 cm土层MBC含量随着土层深度增加而减小;随着海拔高度增加,0—20 cm土层MBC含量整体呈增加趋势,变化范围为180.92～282.53 mg/kg;POC含量在0—20 cm和20—40 cm土层的变化范围分别为1.02～1.68 g/kg和0.25～0.96 g/kg,40 cm以下土层颗粒有机碳含量较低;剖面中不同土层深度微生物量碳、颗粒有机碳占总有机碳（SOC）的比例在 0—20 cm和20—40 cm土层均显著或极显著高于其它土层,MBC/SOC变化范围分别为2.29%～3.70%和1.00%～2.11%,POC/SOC的变化范围分别为13.46%～19.13%和5.08%～16.16%,剖面MBC/SOC与MBC、POC/SOC与POC随土层的变化规律均一致,MBC/SOC和POC/SOC可以作为反映土壤剖面质量变化的指标。     

不同复垦年限煤矸山重构土壤有机碳及其组分差异

土壤有机碳含量是土壤肥力状况的重要标志之一,其活性组分对田间管理措施反映敏感。因此,分析煤矸山复垦重构土壤有机碳含量及其组分差异对于揭示土壤碳库变化、指导复垦地田间管理措施的实施有重要意义。本研究以山西省霍州曹村煤矸山复垦后5a(R-5a)、7a(R-7a)和9a(R-9a)的果园为对象,通过与当地原地貌果园(CK)对比,分析了3种复垦样地土壤总有机碳(TOC)及其组分可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)的差异,以及与土壤环境因子间的关系。结果表明:①随复垦年限的增加,3种复垦样地土壤TOC、LFOC和HFOC含量均呈先增后减趋势,DOC含量呈增加趋势,MBC含量呈先减后增趋势;但与CK相比,3种复垦样地土壤TOC、DOC、MBC、LFOC和HFOC含量均明显偏低。②DOC/TOC和MBC/TOC在R-7a样地中最低,LFOC/TOC随复垦年限的增加呈增加趋势,HFOC/TOC呈减少趋势,表明土壤中更多的有机碳从稳定态转变为活性态。③土壤全氮、全磷、碱解氮、碳氮比、黏粒含量、pH和含水量均不同程度影响有机碳含量,其中全氮、全磷、黏粒含量和土壤pH为关键因子。     

Loss of labile organic carbon from subsoil due to land-use changes in subtropical China

Topsoil carbon (C) stocks are known to decrease as a consequence of the conversion of natural ecosystems to plantations or croplands; however, the effect of land use change on subsoil C remains unknown. Here, we hypothesized that the effect of land use change on labile subsoil organic C may be even stronger than for topsoil due to upward concentration of plantations and crops root systems. We evaluated soil labile organic C fractions, including particulate organic carbon (POC) and its components [coarse POC and fine POC], light fraction organic carbon (LFOC), readily oxidizable organic carbon, dissolved organic carbon (DOC) and microbial biomass down to 100 cm soil depth from four typical land use systems in subtropical China. Decrease in fine root biomass was more pronounced below 20 cm than in the overlying topsoil (70% vs. 56% for plantation and 62% vs. 37% for orchard. respectively) driving a reduction in subsoil labile organic C stocks. Land use changes from natural forest to Chinese fir plantation, Chinese chestnut orchard, or sloping tillage reduced soil organic C stocks and that of its labile fractions both in top and subsoil (20–100 cm). POC reduction was mainly driven by a decrease in fine POC in topsoil, while DOC was mainly reduced in subsoil. Fine POC, LFOC and microbial biomass can be useful early indicators of changes in topsoil organic C. In contrast, LFOC and DOC are useful indicators for subsoil. Reduced proportions of fine POC, LFOC, DOC and microbial biomass to soil organic C reflected the decline in soil organic C quality caused by land use changes. We conclude that land use changes decrease C sequestration both in topsoil and subsoil, which is initially indicated by the labile soil organic C fractions.     

长期施肥对土壤活性有机碳指标的影响

以棕壤长期肥料定位试验地土壤为试材,研究和对比了不同施肥处理耕层土壤各项活性有机碳指标对长期施肥的响应。研究结果表明,长期施用化肥、有机肥以及有机肥配施化肥均显著改变了土壤总有机碳(TOC)含量。与此同时,土壤的轻组有机碳(LFOC)、易氧化有机碳(ROC)和微生物量碳(MBC)含量亦对长期施肥产生与TOC基本一致的响应。相关分析结果表明,土壤的LFOC、ROC和MBC可以作为长期施肥对土壤TOC影响的评价指标,且三者的指示灵敏度依次为MBC>LFOC>ROC。     

小兴安岭森林沼泽湿地土地利用变化对土壤活性碳组分的影响

[目的]以小兴安岭森林沼泽为研究对象,研究湿地经过人类活动开垦为农田,和排水造林,以及弃耕地的土壤活性碳组分,为深入了解土壤活性碳组分动态变化及其可能影响全球变暖的机制研究提供科学依据。[方法]选择小兴安岭森林沼泽湿地4种土地利用方式(天然沼泽、排水湿地、弃耕地、农田)为研究对象,在野外调查和室内分析的基础上,对比分析土壤有机碳(SOC)、溶解性有机碳(DOC)、微生物碳(MBC)、易氧化碳(EOC)、轻组有机碳(LFOC)、颗粒有机碳(POC)的含量变化和比例关系,并用相关分析法分析土壤有机碳各活性组分之间的关系。[结果]不同土地利用方式土壤有机碳含量随土层深度增加而降低,总体上,在土壤剖面上,天然沼泽的SOC含量大于其他土地利用方式,其他3种土地利用方式之间差异不显著(p0.05)。不同土地利用方式下土壤活性碳组分(DOC,MBC,EOC,POC,LFOC)含量在垂直分布上均呈现出随土壤深度的增加而降低的趋势,土壤活性碳组分含量顺序总体上呈:天然沼泽排水湿地弃耕地农田。4种土地利用类型土壤DOC占SOC的比例,在垂直剖面上,无明显规律变化。土壤SOC含量与DOC,MBC,EOC,POC,LFOC之间的相关性均达到显著水平(p0.05)。土壤DOC和MBC之间呈显著性正相关(p0.05),LFOC和POC之间呈极显著性正相关(p0.05),EOC与其他活性碳组分相关性均不显著(p0.05)。[结论]土地利用变化会对小兴安岭森林沼泽土壤活性碳组分产生影响,应该合理开发小兴安岭森林沼泽湿地。     

肥料减施条件下水稻土壤有机碳组分对紫云英—稻草协同利用的响应

研究紫云英与稻草不同利用模式在化肥减量条件下稻田表层土壤有机碳及其活性组分的差异,为合理利用有机物料调控土壤肥力提供参考。采用湖南省南县连续5年(2011—2015年)大田定位试验的方法,研究了减量施肥下洞庭湖地区紫潮泥双季稻田0-20cm表层土壤总有机碳(TOC)、微生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(EOC)和轻组有机碳(LFOC)对紫云英与稻草不同利用模式的响应。结果表明:与不施肥(CK)相比,单施化肥(F100)TOC、MBC、DOC、EOC和LFOC的含量均有显著上升,增幅分别为12.2%,19.5%,18.6%,11.3%和100.9%。化肥减量20%条件下紫云英与稻草利用模式更有助于有机碳组分的积累,其中晚稻留高桩还田冬种紫云英(F80+HR+A)处理效果最为突出,与CK相比,增幅分别为18.3%,47.2%,24.1%,20.0%和204.0%。减量施肥下紫云英单独利用相比稻草单独还田更益于MBC、DOC与EOC的积累,增幅分别为9.8%,4.0%和0.6%,土壤LFOC则相反,下降了34.8%。敏感指数分析表明土壤有机碳及其活性组分中LFOC对土壤质量变化最为敏感,其次是MBC,二者可作为衡量土壤质量状况的良好指标。F80+HR+A各有机碳组分敏感性均显著高于F100处理。相关性分析表明水稻产量、土壤有机碳及其组分之间均呈极显著相关(p0.01)。综上所述,化肥减量条件下不同紫云英与稻草利用模式对紫潮泥稻田土壤有机碳及其活性组分含量的影响存在明显差异,稻草还田能够显著提高土壤总有机碳和轻组有机碳的含量,紫云英的利用则有利于土壤微生物量碳、可溶性有机碳和易氧化有机碳的积累,而紫云英与稻草协同利用模式,尤其是晚稻留高桩还田冬种紫云英更有助于土壤有机碳及其活性组分的积累。     

深松和秸秆还田对旋耕农田土壤有机碳活性组分的影响

土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)及其活性组分能够敏感响应耕作方式变化及有机物输入。为对比长期旋耕农田进行深松后土壤有机碳各活性组分及比例变化,该研究基于连续7a的旋耕转变为深松和秸秆管理长期定位试验,对比了旋耕无秸秆还田处理(rotary tillage with straw removal,RT)、旋耕秸秆还田处理(rotary tillage with straw return,RTS)、旋耕转变为深松无秸秆还田处理(rotary tillage conversion to subsoiling with straw removal,RT-DT)、旋耕转变为深松秸秆还田处理(rotary tillage conversion to subsoiling with straw return,RTS-DTS)下土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、易氧化有机碳(readily oxidizable organic carbon,ROC)、微生物生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)、溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、活性有机碳(labile organic carbon,LOC)在土壤有机碳中比例的变化及各组分间的相互关系。研究结果表明,耕作方式从旋耕转变为深松和秸秆还田对SOC及其各活性组分均产生显著影响,耕作方式转变、秸秆还田及两者的交互效应是影响SOC及其活性组分的主要因素。秸秆还田显著提高了RTS处理和RTS-DTS处理的SOC含量,分别比RT和RT-DT处理高6.1%~15.6%和19.1%~32.3%。并且转变耕作方式后RTS-DTS处理比于RTS处理SOC含量提高16.9%~20.0%。同时,RTS-DTS处理的POC含量比RTS处理高13.6%~53.8%;但RT-DT和RTS-DTS处理的土壤ROC含量较RT和RTS处理都呈下降趋势,RTS-DTS处理的ROC含量比RTS处理下降4.6%~10%;MBC含量降低23.8%~30.6%。虽然秸秆还田显著提高了各处理的DOC含量,但RTS转变为RTS-DTS处理后,其3个土层的DOC含量下降了8%~41%。相比于RT和RTS处理,RT-DT和RTS-DTS处理0~30 cm各土层中LOC在SOC中的比例显著下降。相关性分析结果表明,除POC与ROC之间无显著性相关关系外,SOC及各组分间均呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的相关关系。耕作方式转变为深松和秸秆还田提高了SOC含量的同时,显著降低了SOC中的活性有机碳组分,这更有利于SOC的有效积累,促进土壤碳库的稳定固存。     

Long-term straw mulch effects on crop yields and soil organic carbon fractions at different depths under a no-till system on the Chengdu Plain,China

Proposal

A 12-year field experiment was conducted to assess straw mulch effects on soil organic carbon fractions, the carbon pool management index (CPMI) at different depths, and crop yield under a no-till rice-wheat rotation system on the Chengdu Plain, southwestern China.

Materials and methods

There were two treatments in the experiment: no-till without straw mulch (CK) and no-till with straw mulch (SM). The soil was sampled at 0–5, 5–10, 10–20, and 20–30-cm depths. Soil total organic carbon (TOC), the labile organic carbon fractions, including particulate organic carbon (POC), dissolved organic carbon (DOC), microbial biomass carbon (MBC), and permanganate-oxidizable carbon (KMnO₄-C), and the CPMI were analyzed. The crop grains were measured between September 2013 and May 2018.

Results and discussion

Between 2013 and 2018, rice and wheat grain yields under SM were comparable to CK, except there were higher rice yields in 2016 and higher wheat yields in 2017 under SM. The soil organic carbon decreased as soil depth increased in both treatments. Soil TOC, POC, and KMnO₄-C concentrations at 0–5 and 5–10 cm, CPMI at 0–5 and 5–10 cm, and DOC at 0–5, 5–10, and 10–20-cm soil depths were significantly greater under SM than under CK, whereas the MBC at 0–5 and 5–10 cm under SM was lower than CK. The POC/TOC, KMnO₄-C/TOC, and DOC/TOC ratios were greater under SM in the 0–5 and 5–10 cm, 0–5 cm, and 5–10 and 10–20-cm layers than CK, respectively, whereas the MBC/TOC ratio decreased under SM at 0–5, 5–10, and 10–20-cm depths.

Conclusions

The results showed that straw mulching should be adopted when a no-till rice-wheat cropping system is used in southwestern China because it leads to effective improvements in SOC sequestration while still maintaining normal crop yields.

     

Organic carbon and its fractions in paddy soil as affected by different nutrient and water regimes

As an essential indicator of soil quality, soil organic carbon (SOC) and its fractions play an important role in many soil chemical, physical, and biological properties. A 4-year field experiment was conducted to determine the effects of different nutrient and water regimes on paddy soil organic carbon quality by measuring the major SOC fractions. Four nutrient regimes were compared: (i) control; (ii) chemical fertilizers only (CF), (iii) combined application of chemical fertilizers with farmyard manure (FYM) (CM), and (iv) combined application of chemical fertilizers and wheat straw (CS). Two soil water regimes included continuous waterlogging (CWL) and alternate wetting and drying (AWD). The total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) in paddy soil were 40–60% and 37–67% higher in the combined organic sources and chemical fertilizers treatment against the sole chemical fertilizers treatment (CF), especially under continuous waterlogging (CWL). By fractionalizing SOC, it was observed that, under the water regimes of CWL, easily oxidizable carbon (EOC), particulate organic carbon (POC), light fraction organic carbon (LFOC), microbial biomass carbon (MBC), and mineralizable organic carbon (MNC) in the organically treated paddy soil were significantly (P<0.05) lower, as compared with alternate wetting and drying (AWD). Especially for CM treatment, EOC, POC, LFOC, MBC, and MNC in the paddy soils under the regime of CWL were 23.5%, 32.7%, 16.3%, 56.8% and 25.1% lower than those by AWD, respectively. The proportions of EOC, POC, LFOC, MBC and MNC as a percent of TOC in the CWL were lower than those in the AWD, especially for the CM treatment. In the water regime of CWL, no significant differences were seen in the corresponding proportion of all the investigated organic fractions to soil total organic carbon (TOC) among the three fertilization treatments, whereas in the AWD, the corresponding proportions of different carbon fractions to TOC in the organic fertilizer treatments were significantly (P<0.05) higher than those in the chemical fertilizer treatment. Under continuous waterlogging, the proportion of soil water stable aggregate >250 μm (WSA) decreased by 42–45% and clay dispersion ratio (R_CD) increased by 12–38%, as compared to the water regimes of AWD, when FYM or wheat straw was incorporated into paddy soil. Correlation analysis showed that, under the water regimes of AWD, WSA was significantly and positively related to EOC, LFOC and POC with the coefficients (r) of 0.822, 0.889, 0.912 (P<0.01), respectively. R_CD was negatively correlated to EOC, LFOC and POC with the r=−0.796, −0.854, and −0.897 (P<0.01), respectively, under AWD. Under the water regimes of CWL, there were no significant (P<0.05) correlations between WSA as well as R_CD and any organic carbon fraction except POC.     

黄土台塬不同林分结构土壤有机碳质量分数特征

为探讨林分结构对土壤有机碳固定的影响,本文以黄土台塬的油松、 沙棘、 刺槐和侧柏纯林及其混交林为对象,对土壤有机碳、 易氧化态、 轻组、 颗粒态以及可溶性有机碳进行了分析。结果表明, 1）混交林可有效增加土壤不同组分有机碳含量,侧柏混交林与纯林相比增加最为明显,其土壤有机碳增加了123%和160%,易氧化态有机碳增加了161%和304%,轻组有机碳增加了1399%和482%,颗粒态有机碳增加了454%和436%,可溶性碳增加了138%和170%（05 cm土层）; 刺槐-沙棘、 油松-沙棘-刺槐混交林相对改良效果较差。2）各活性有机碳间相比较,混交林对土壤易氧化态碳含量增加效果最显著,而对土壤颗粒有机碳的改善效果不甚明显。3）在0100 cm土层,轻组有机碳敏感性指标分别是总有机碳、 可溶性和易氧化态有机碳的1.00~10.58、 3.83~10.19和1.78~5.10倍。4）有机碳与活性有机碳组分均呈线性极显著正相关关系; 轻组有机碳与颗粒有机碳二者之间的相关性大于其与其他,易氧化态碳与可溶性有机碳二者之间的相关性大于其与其他。