用δ13C方法研究玉米秸秆分解期间土壤有机质数量动态变化

通过室内培养实验 ,应用δ1 3C方法研究了玉米秸秆分解期间 ,土壤中胡敏酸 (HA)和富里酸 (FA)数量的动态变化。结果表明 :培养期间 ,新加入的玉米秸秆以及原土有机C都减少 ,但后者分解速度较慢。培养初期 ,FA的形成速度大于HA ;随培养时间延长 ,FA转化为HA或相互转化。原土有机质中 ,HA、FA也发生了相互转化 ,但与新形成的HA、FA相比转化速度较慢。用δ1 3 C方法研究短期培养 (几个月～几年 )条件下新加入有机质在土壤中的分解动力学是可行的。     

重金属影响下有机物料分解与转化的研究

通过室内培养实验，初步研究了重金属Cd、Pb影响下。猪粪和玉米秸秆在土壤中的分解与转化规律。结果表明；添加重金属后。有机物料的分解与转化和有机物料种类、用量以及重金属类型有关。一般来看，与不添加重金属的非污染土相比。有机物料低用量（1％用量）条件下。单加Cd有抑制其分解的趋势，单加Pb则有促进其分解的趋势．同时加Cd、Pb也有抑制其分解的趋势；而高用量（5％用量）条件下，无论单加还是同时加Cd、Pb都有抑制其分解的趋势。有机物料低用量时更有利于胡敏酸（HA）形成，而高用量时则更有利于富里酸（FA）形成。有机物料低用量使HA、FA的分子结构都变得复杂化。从环境保护和提高经济效益两方面综合考虑，重金属污染土壤中有机物料施用量不宜过高。     

土壤有机质研究中的δ13C方法

鉴于国内在土壤学研究中应用δ13C方法较少,本文对此方法进行了较全面的综述,以推动该方法的应用.     

水稻秸秆燃烧对土壤有机质组成的影响研究

研究生物质(水稻秸秆)燃烧行为对土壤有机质含量和组成的影响,探讨不同燃烧次数下土壤中胡敏酸(HA)、富里酸(FA)、水溶性有机质(DOM)的含量和结构特征的变化情况。结果表明:土壤有机碳的变化仅在土壤表层几厘米以内,随燃烧频次增加土壤有机碳含量减少量增加,而水溶性有机质及组分则呈现不断增加的趋势。不同来源土壤的腐殖物质对生物质燃烧作用的响应不同,3种供试土样中腐殖物质随不同次数同强度秸秆燃烧并未呈现较一致的变化趋势,但每一种土壤的HA和FA含量及HA/FA、E4/E6值均随燃烧频次的增加呈现规律性的升高或者降低,而且FA含量的变化是影响HA/FA值大小的主导因素。此外,通过红外光谱图可知,随燃烧频次增加,FA中芳香性成分和含脂肪族C—OH、C—O物质增加,而HA由于本身芳香缩和度高而无明显变化。     

不同生物质材料对蕉园土壤有机质组成的影响

为探究不同生物质材料对蕉园土壤有机质及组成的影响,以木炭、椰壳炭、椰糠炭和与椰糠炭等碳量的椰糠为材料,分别以质量分数为2%和4%的用量加入土壤中,于室内常温培养并保持土壤含水量不变。在第15、30、60、90、120和180 d采集土壤,分析不同生物质材料对土壤有机质、胡敏酸、富里酸和土壤胡敏酸/富里酸的影响。结果表明:添加木炭、椰壳炭、椰糠炭和椰糠均能提高土壤有机质含量,并随添加量的增加而升高;添加木炭、椰壳炭、椰糠炭和椰糠均能加速土壤有机质的分解,添加椰壳炭对土壤有机质分解的影响相对较小。椰糠的添加主要是同时增加了土壤胡敏酸和富里酸碳含量,生物炭(木炭、椰壳炭和椰糠炭)的添加主要是影响了土壤胡敏酸与富里酸的相互转化。     

土壤中水溶性有机质的结构特征及其与富里酸、胡敏酸的比较

采用元素分析、1HNMR和FTIR研究了黄泥土中水溶性有机质组成及结构特征,并与富里酸、胡敏酸进行比较。结果表明:胡敏酸含有大量的芳香族不饱和物质,烷基链烃多,支链长;富里酸以含有大量的羧基为主要结构特征;水溶性有机质主要由碳水化合物组成,含有大量的羟基,芳香族不饱和物质少。     

热辐射对水稻土有机质组成的影响

本文研究了受不同程度热辐射后的水稻土中有机质组分的变化情况,结果表明:随温度升高,土壤中水溶性有机碳(DOC)含量先增加后减少,200℃变化尤为显著,增加为CK的3.68 ～ 7.45倍,中性糖、糖醛酸与DOC的变化趋势一致.辐射温度不同,土壤中的胡敏酸、富里酸组成和含量亦发生不同程度的变化,300℃胡/富比值最大(1.79 ～ 5.04),土壤腐殖质聚合程度增加;200℃胡敏酸的E4/E6比值最大,反映此温度下土壤芳香缩合度低、具有较多的脂族结构物质、土壤腐殖化程度低.     

长期施用有机肥和磷肥对潮褐土土壤有机质及腐殖质组成的影响

采用长期肥料定位试验,研究了施用有机肥和磷肥对土壤有机质、腐殖质含量与组成的影响。结果表明:与本试验布置时的基础土样相比,连续10年隔年施用有机肥、有机肥和磷肥配施使土壤有机质增加了8.4%~17.3%,单施磷肥土壤有机质下降了7.8%~10.7%,其差异均达显著水平;与P0M0相比,单施磷肥、有机肥、有机肥和磷肥配施处理的土壤中有机质分别增加了2.9%~6.2%、24.8%~29.8%、25.2%~35.1%;土壤腐植酸总量及胡敏酸含量与土壤有机质含量呈显著正相关关系;施用磷肥利于土壤富里酸的积累,并影响土壤胡富比。     

δ13C方法在土壤有机质研究中的应用

δ13C方法是近年来用于土壤有机质动力学研究的一种新方法,该方法除了具有14C标记法的优点外,还具有无放射性,可以提供长期的标记,并能使所有的土壤有机质组分都能被均匀标记,相对经济、在实验地采样后直接进行研究等特殊优点,从而在土壤有机质及其组分的来源、周转和C3/C4植被的历史变化研究中得到广泛应用。随着该方法的迅速发展以及各种分析δ13C值技术的不断改进,δ13C方法在研究土壤过程特别是土壤碳循环中显示出新的活力。为了推动δ13C方法在国内土壤有机质研究中的应用,本文对影响土壤有机质δ13C值的因素、国内外近年来该方法在土壤有机质研究中的应用和δ13C值的分析方法作了较全面的综述。     

不同种植年限设施菜地土壤有机质组成与结构变化

试验采集不同种植年限设施菜地土壤样品,测定土壤有机质(SOM)、可溶性有机碳(DOC)、胡敏酸(HA)、富里酸(FA)、微生物量碳(MBC)、微生物商(C_(mic)-to-C_(org))、C矿化和E4/E6值等指标,结合傅立叶变换红外光谱技术解析不同种植年限土壤有机质组成与结构变化的规律。结果显示,随着种植年限的增加,SOM、DOC、HA、HA/FA、MBC、C_(mic)-to-C_(org)、E4/E6值、C矿化率和CO_2释放速率均出现明显下降趋势,其中MBC、C_(mic)-to-C_(org)、C矿化率、CO_2释放速率和HA/FA在种植6 a时下降最明显,之后变化缓慢。与露天农田土壤(CK)相比,设施菜地呈现较高的SOM、DOC、Humus、HA、FA、HA/FA和E4/E6。胡敏酸红外光谱图谱显示设施菜地种植20 a处理土壤芳构化程度高,结构稳定,难以降解,其他三种种植年限(3 a、6 a和10 a)的芳构化程度相对较低,脂肪族成分相对较高。综上可知,设施菜地土壤有机质组成与结构随着种植年限的增加具有规律性变化,结果加深了对设施菜地土壤有机质演变规律的认知。     

Plant Residues Decomposition and Formation of Active Organic Matter in the Soil of the Incubation Experiments

Eurasian Soil Science - The decomposition and mineralization of various plant residues (oak and aspen leaves, pine needles, small branches and thin roots of trees, aboveground biomass and roots of...     

Dependence of Soil Organic Matter and Plant Residues Decomposition on Temperature and Moisture in the Long-Term Incubation Experiments

Eurasian Soil Science - Temperature and moisture are the main external factors controlling organic matter decomposition and mineralization in soil. The effect of temperature (8 and 22°C) and...     

Erratum to: A Study of Soil Organic Matter Stability Using Derivatography and Long-Term Incubation Methods

Eurasian Soil Science - An Erratum to this paper has been published: https://doi.org/10.1134/S1064229321770015     

红壤典型区土壤中有机质的分解、积累与分布特征研究进展

土壤有机质分解转化是红壤生态系统碳循环的重要环节。自中国科学院红壤生态实验站建站以来,本课题组围绕土壤有机质分解转化的关键科学问题,重点开展了有机物料在土壤中的分解与影响因素、土壤有机质的矿化过程动态、土壤有机质的积累过程特征、以及红壤水稻土团聚体中有机碳的分布规律等方面的研究。本文回顾了过去所开展的主要研究内容的进展情况,并对今后的研究工作做出了初步展望。     

长期施肥条件下土壤有机质变化特征研究

山西河曲砖窑沟流域试验区栗褐土上连续13年的定位施肥试验结果表明,不同施肥处理对表层土壤有机质含量的影响极为显著,对亚表层的影响不明显。13年后按差异显著性将不同处理分为三组,即不施有机肥的处理为一组,3个低量有机肥为一组,2个高量有机肥为一组,各组13年后的土壤有机质含量依次为4.8g/kg～6.4g/kg,9.0g/kg～10.6g/kg和12.1g/kg～13.0g/kg,变化量分别约为±30%,+65%和+100%。     

平原高沙土有机质积累试验研究

研究了平原高沙土在保持1990年作物单产水平、保持一定单产增长率条件下,不同种植制度、不同培肥措施下的有机质消长规律,提出了提高土壤有机质的技术途径:优化种植制度不仅产量高,而且土壤理化性状得以改善;合理耕作可增加土壤黏粒含量,提高高沙土肥力水平;采用有机肥与无机肥相结合的培肥措施,通过稻麦留高茬和玉米秸秆还田,可直接提高土壤肥力;提高根茬产量,增加自然回归.     

土壤动物在土壤有机质形成中的作用

作为土壤生态系统重要组成部分的土壤动物,在土壤元素循环转化和迁移过程中发挥着重要的作用。土壤动物是凋落物分解的"微型粉碎机",通过体内"特殊转换器",影响土壤有机质的转化、腐殖质的形成。本文从土壤动物对地表枯落物分解入手,分析了影响土壤动物对凋落物分解的因素,土壤动物通过刺激土壤酶活性,与土壤微生物群落一起,加快土壤有机物的分解,促进土壤腐殖质的转化。旨在拓宽土壤动物生态功能,丰富土壤腐殖质形成机理学说,对保护土壤生物多样性、提高土壤地力、保障粮食安全具有重要的科学意义。     

土壤溶解性有机质分子特征对不同来源有机肥分解的响应

从有机肥料中提取的溶解性有机质（DOM）可为不同的商业有机肥料的潜在应用提供新的见解。选用四种不同来源有机肥（生物质炭肥,WSB;羊粪有机肥,SM;海藻有机肥,SW;虾肽有机肥,SP）与昌化矿区周边土壤为研究材料,进行为期三个月的培养试验,采用多元光谱分析研究土壤DOM分子特征对有机肥分解的响应。与对照组相比,在培养过程中添加四种有机肥均增加土壤DOM的含量,WSB处理增加量最低,SW处理增加最高。激发发射矩阵结合平行因子分析 (EEM-PARAFAC) 表明培养过程中添加WSB提高了土壤DOM中类胡敏酸组分,减少了类富里酸组分;添加SM、SW和SP在0~45 d内降低了土壤DOM中微生物转化的类胡敏酸组分的比例而提高类富里酸组分,在45~90 d内增加难降解的类胡敏酸组分的比例。二维红外相关分析 ( 2D-FTIR-COS) 表明CK和SP处理中土壤DOM的芳香性或羧酸碳优先对分解时间发生响应;而添加WSB、SW和SM处理组中土壤DOM的烯烃或多糖类碳优先对分解时间发生响应;添加WSB和SP处理土壤提取液中也出现了Si-O-Al等土壤纳米矿物类官能团响应信号。碳近边X射线吸收精细结构 (C 1s NEXAFS) 分析结果表明：培养结束后,与未添加有机肥处理相比,WSB处理提高土壤DOM中含氧脂肪族碳组分比例,而减少芳香与酚类碳比例;SW处理主要增加了芳香碳、羰基碳的比例,而减少了脂族碳和氧烷基碳含量;SM、SP处理增加了酚类碳、芳香碳以及脂族碳比例,减少了羧基碳、氧烷基碳和羰基碳比例。本研究结果可增强对不同来源有机肥分解影响土壤DOM分子特征的了解,对于评估土壤中施用商品有机肥料的生态环境效应至关重要。     

陆地碳循环中的微生物分解作用及其影响因素

土壤微生物是有机物的主要分解者,在陆地生态系统碳循环中扮演着重要角色,土壤微生物活性与底物性质和环境因子密切相关,环境条件的改变对微生物的分解活动影响很大。本文概述了制约有机物分解的因素,包括有机物自身的物理化学性质、非生物因素(温度、水分和通气状况、pH值、粘粒含量、激发效应等)和生物因素等。人为活动(如土地利用/覆被变化)和气候变暖对土壤微生物活性具有一定的影响并产生相应的陆地碳循环变化。最后提出了陆地生态系统碳循环与土壤微生物驱动相关联的研究热点问题。     

Markers of Soil Organic Matter Transformation in Permafrost Peat Mounds of Northeastern Europe

For the paleoreconstruction of permafrost peat mounds and the identification of plant communities participating in the formation of peat, the contents of n-alkanes (C₂₀–C₃₃) have been determined, and relative changes in the stable isotope compositions of carbon and nitrogen and the C/N ratio have been analysed. Several indices (CPI_alkanes, P_aq, P_wax) have been calculated to assess the degree of decomposition of the peats studied and the contributions of different plant species to their formation. It has been found that shortand long-chain n-alkanes are concentrated in high-moor peat, while medium-chain alkanes are typical for transitional peat. Integrated analysis of the studied markers has shown that the botanical and material composition of peat, anaerobic conditions of bog formation, and permafrost play an important role in the preservation of organic carbon in permafrost peat mounds. Alternation of plant associations is the main reason for changes in n-alkane concentrations, C/N ratios, and δ13C values.