不同结皮类型对植被混凝土基材团聚体及有机碳的影响

[目的] 分析土壤团聚体分布和有机碳含量特征,揭示生物结皮对边坡稳定和养分固持的影响,为生物结皮在修复工程中的运用提供参考和指导意见。[方法] 以植被混凝土基材修复边坡为例,运用土壤干筛法、土壤湿筛法分别对结皮覆盖和无结皮覆盖坡面土壤的结皮层(0—2 cm)和结皮下层(2—7 cm)团聚体和有机碳特征进行研究。[结果] ①生物结皮的存在明显影响了土壤团聚体分布、机械稳定性及R_0.25含量。结皮覆盖层较CK(无结皮覆盖坡面)稳定性指标分别增加27.42%~33.51%(MWD),21.66%~28.88%(GMD),大团聚体含量(R_0.25)增加10.68%,且苔藓类结皮影响最为显著。②湿筛法测定的不同结皮类型土壤团聚体均以＞0.25 mm粒径为主,其中结皮覆盖边坡的团聚体水稳性参数MWD,GMD,R_0.25分别介于1.93~5.33 mm,0.85~3.16 mm,70.97%~87.50%,以苔藓覆盖边坡最大,D_d值介于2.48~2.74间,以苔藓类值最小。团聚体水稳定性表现为苔藓覆盖边坡最好,裸坡最差。③结皮的存在促进了土壤有机碳累积,有机碳含量是CK组的两倍以上。其中对表层土壤有机碳水平提升作用明显,对下层土壤作用较低。④土壤有机碳含量与土壤水稳性参数MWD,GMD,R_0.25呈显著正相关性(p＜0.05),有机碳水平和团聚体稳定性联系密切,相互影响,有机碳水平的提高对增加团聚体稳定性具有重要作用。[结论] 生物结皮的存在对修复边坡团聚体稳定和有机碳累积具有促进作用,结皮对生态修复边坡稳定和养分固持有一定的作用,且不同结皮类型作用强度不一,其中苔藓类和混生结皮固土和固碳效果最优。     

向家坝水电站生态修复边坡土壤团聚体及有机碳含量特征

[目的] 分析生态工程修复技术对土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响,为向家坝水电站不同生态修复边坡土壤结构稳定及碳汇功能的提升提供科学依据。[方法] 以向家坝水电站4种不同生态修复边坡：植被混凝土(CBS)、厚层基材喷播(TB)、框格梁覆土(FB)、客土喷播(SS)表层土壤为研究对象,并以天然林(NF)和弃渣地(AS)两种自然恢复边坡为对照,采用湿筛法研究土壤团聚体分布和稳定性及其有机碳含量特征。[结果] ①各边坡土壤均以＞0.25 mm的大团聚体粒径为主;其中天然林大团聚体含量最高,为81.83%;植被混凝土和厚层基材边坡次之,弃渣地含量最低,仅占55.19%。4个人工生态修复边坡的MWD和GMD均低于天然林高于弃渣地,其中厚层基材边坡的值最高,分别为2.96 mm和1.47 mm。客土喷播和弃渣地的分形维数(D)显著高于(p＜0.05)其余4个边坡。②各生态修复边坡措施均以＞0.25 mm粒径的大团聚体有机碳含量最高;除客土喷播和弃渣地外,其他修复措施和天然林均以＞2 mm粒级土壤团聚体贡献率最大。③相关性分析表明土壤SOC与MWD,GMD和R_0.25呈极显著正相关(p＜0.01),＞5 mm和5～2 mm粒级团聚体数量与土壤MWD,GMD,R_0.25和土壤SOC均呈极显著正相关(p＜0.01),与D呈极显著负相关(p＜0.01)。[结论] 向家坝水电站研究区内厚层基材喷播技术和植被混凝土生态修复技术对土壤结构和有机碳库的改善效果比较接近天然林,客土喷播技术改善效果较差。     

秸秆和地膜覆盖对旱作玉米田土壤团聚体及有机碳的影响

利用田间试验研究了不同覆盖条件下黄土高原旱作春玉米田土壤团聚体及其有机碳分布状况。试验设无覆盖(CK)、秸秆覆盖(SM)和地膜覆盖(PM)3个处理。结果表明,与CK处理相比,PM处理提高了0~10 cm土层中0.25 mm粒径机械稳定性团聚体含量;SM处理提高了0~10 cm和10~20 cm土层0.25 mm水稳性大团聚体含量和稳定性,且降低了团聚体的破坏率;SM和PM处理均提高了0~10 cm土层水稳性团聚体的平均重量直径值。在各土层,0.25 mm粒径微团聚体有机碳含量在各粒径团聚体中最低。SM处理较CK处理显著提高了0~10 cm土层总有机碳和土壤团聚体各粒径有机碳含量(0.5~0.25 mm粒径除外),PM处理较CK处理10~20 cm和20~40 cm土层总有机碳和团聚体有机碳有降低趋势。在各土层中,土壤有机碳主要储存在水稳性大团聚体中。SM处理较CK处理提高了0~10 cm和10~20 cm土层大团聚体对土壤总有机碳的贡献率,PM处理作用不显著。总体而言,秸秆覆盖对改善土壤结构及提高固碳作用均具有明显的效果,地膜覆盖仅对土壤团聚体的团聚有促进作用。     

坡面片蚀泥沙有机碳组分及13C同位素不均匀富集对水动力学参数的响应

[目的] 探究片蚀泥沙轻组有机碳(LF_OC)和重组有机碳(HF_OC)不均匀富集的水动力学和碳同位素特征,为正确理解水蚀作用下土壤有机碳库变化提供理论与技术支撑。[方法] 以陕西省咸阳市杨凌区土为研究对象,采用改进"三区"移动式变坡钢制土槽,结合人工模拟降雨技术,测定径流水动力学参数和泥沙各粒径团聚体有机碳组成及其δ¹³C值,并辅以棕壤侵蚀泥沙有机碳δ¹³C值和水力参数,验证土试验结果的准确性。[结果] ①雨强和坡度较小时,侵蚀泥沙LF_OC和HF_OC易发生富集,且相较黏粉粒和微团聚体,大团聚体LF_OC与HF_OC含量受雨强和坡度的影响更大; ②侵蚀泥沙黏粉粒中有机碳δ¹³C值与其有机碳活跃分数(λ)呈负相关,而其他粒径团聚体有机碳δ¹³C值与其λ呈显著正相关(p<0.05); ③流速与黏粉粒λ显著正相关(p<0.05),雷诺数与各粒径团聚体有机碳δ¹³C值均呈显著负相关(p<0.01),片蚀过程中流速越大,黏粉粒中LF_OC越易于优先输移,而紊流加剧则促进低δ¹³C值团聚体有机碳的优先输移; ④对于侵蚀泥沙黏粉粒,流速和雷诺数越大,其有机碳δ¹³C值越小,λ越大;对于微团聚体和大团聚体,雷诺数越小,其有机碳δ¹³C值与λ越大。[结论] 片蚀过程中轻重组有机碳流失与流速和雷诺数密切相关。并进一步验证了¹³C同位素对侵蚀泥沙有机碳示踪的有效性。     

黄土高原典型植被根系对土壤团聚体及其有机碳组分的影响

为探究植被根系作用下不同粒径团聚体内碳组分含量的相对变化及其主要影响因素,以黄土高原地区自然生长的直根系植物铁杆蒿(Artemisia gmelinii Web.)和须根系植物长芒草(Stipa bungeana Trin.)典型植被为研究对象,以退耕1年撂荒地为对照样地(CK),测定各粒径团聚体质量占比及其土壤有机碳(SOC)、颗粒态有机碳(POC)、矿物结合态有机碳(MAOC)含量,分析土壤基本理化性质和根系特征参数与不同粒径团聚体碳组分特征间的相互关系。结果表明:(1)与撂荒地相比,铁杆蒿和长芒草样地均显著提高POC和MAOC含量,POC含量变化幅度均大于MAOC。铁杆蒿和长芒草样地显著提高各粒径团聚体碳组分含量,＞0.25 mm大团聚体中POC和MAOC含量增幅较微团聚体更大,分别为7.44~8.26倍和3.76~4.37倍。(2)大团聚体有机碳含量与POC、MAOC均为极显著相关,小团聚体有机碳含量与POC显著相关,微团聚体有机碳含量与MAOC显著相关。团聚体对POC的包裹和对MAOC的结合作用共同存在,同时二者以不同的影响方式作用于团聚体有机碳变化,继而影响土壤总有机碳,其中,小团聚体有机碳含量是最主要的影响因素。(3)土壤团聚体碳组分与植被根系参数显著相关,根表面积密度(RSAD)和根生物量密度(RWD)是影响团聚体碳组分的主要因素,其解释方差分别为50.5%,17.0%。通过碳组分对各粒径土壤团聚体有机碳的影响,植物根系能够有效提升土壤有机碳含量并改善土壤质量。该研究结果为黄土高原地区土壤固碳与植被恢复提供参考。     

生物炭及秸秆长期施用对紫色土坡耕地土壤团聚体有机碳的影响

依托紫色土坡耕地长期施肥试验观测平台,研究生物炭、秸秆对紫色土坡耕地团聚体有机碳分布的影响。长期施肥试验处理包括不施肥(CK)、无机氮磷钾肥(NPK)、秸秆还田(RSD)、生物炭与无机氮磷钾配施(BCNPK)、秸秆与无机氮磷钾配施(RSDNPK)。利用湿筛法,进行土壤团聚体粒径分组,随后测定各粒径团聚体含量及其有机碳含量,并计算团聚体平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)。结果表明,RSD、RSDNPK和BCNPK处理的表层SOC含量比CK处理增加43.1%～90.5%,SOC储量提高65.1%～74.3%,其中RSDNPK处理、BCNPK处理较NPK处理SOC显著增加25.2%～33.1%(P0.05), SOC储量显著提高23.2%～30.0%(P0.05)。团聚体MWD和GMD均为RSD处理RSDNPK处理BCNPK处理NPK处理CK处理; RSD处理0.25～2 mm的团聚体含量高达45.5%,较CK处理提高57.7%;秸秆和生物炭配施处理(RSDNPK处理和BCNPK处理)0.25～2mm的团聚体含量为41.3%～45.7%,而0.053mm粒径团聚体含量却降低54.1%～55.4%。NPK处理、RSD处理与CK处理的增长趋势相似,呈随团聚体粒径减小,团聚体有机碳含量先增大后减小,继而再增大的趋势;而RSDNPK、BCNPK处理则呈随粒径减小团聚体有机碳含量增加的趋势。生物炭和秸秆的施用能显著提升土壤有机碳含量,增强土壤结构稳定性,但生物碳的施用对提升土壤有机碳含量效果优于秸秆的施用,秸秆的施用对稳定土壤结构效果更优,因此生物炭和秸秆的施用可作为紫色土耕地土壤肥力维持和提升的有效管理措施。     

冰糖橙种植园土壤团聚体特征及其影响因素

[目的] 探究冰糖橙种植园土壤团聚体的特征以及影响因素,为减少土壤侵蚀,增加柑橘园土壤保水保肥能力提供科学参考。 [方法] 采集板页岩风化物、紫色砂岩风化物、砂岩风化物、第四纪红土风化物发育的冰糖橙种植园土壤样本,并同步收集相关的耕作、地理等信息;采用土壤结构稳定性指标R_0.25,GWD,MWD、分形维数(D)与土壤可蚀性K值对团聚体及其有机碳含量等进行方差分析、相关分析。 [结果] ①粒径＞0.25 mm的团聚体占总团聚体的78%～85%。随着团聚体粒径减小,分级土壤含量整体呈逐渐减小趋势。 ②4种母质发育的土壤GWD在0.536～0.797之间;MWD在0.890～1.208之间;分形维数(D)在2.434～2.480之间;土壤可蚀性K值在0.060 8～0.069 7之间。 ③有机碳含量随着粒径增大有先减小后增大趋势,整体上呈V形分布,其中0.250～0.053 mm微团聚体的有机碳含量最低;大团聚体的有机碳相对贡献率在82%～87%。 ④随着种植年限增加,外源有机碳的不断输入,土壤结构稳定性指标R_0.25,GWD与MWD极显著增大,分形维数(D)与土壤可蚀性K值极显著减小;说明土壤结构的稳定性在不断增强。 [结论] 研究区冰糖橙种植园大团聚体含量高,土壤稳定性较强;且各母质的土壤稳定性处于同一水平。成土母质的砂粒含量与人为扰动直接对团聚体稳定性产生作用、外源有机碳、种植年限,纬度与海拔共同作用于有机胶结物质来影响土壤稳定性。     

长期秸秆还田对潮土土壤团聚体碳氮和作物产量的影响

为探究潮土区长期秸秆还田对土壤团聚体碳、氮含量和作物产量的影响,以河北省低平原潮土区小麦-玉米轮作系统为研究对象,利用38年化肥与秸秆配施长期定位试验,研究了不施肥(CK)和等量氮、磷肥用量下0 kg/hm²(S0)、2250 kg/hm²(S2250)、4500 kg/hm²(S4500)和9000 kg/hm²(S9000)秸秆还田量下,土壤团聚体碳、氮含量和作物产量。结果表明:与不施肥CK相比,长期施肥与秸秆还田可以增加各粒径团聚体中有机碳和全氮含量,其中,秸秆还田对提高0～10 cm表层土壤水稳性团聚体有机碳含量效果较好,且随秸秆还田量的增加,水稳性团聚体有机碳提升效果越明显。长期秸秆还田对各粒径团聚体中碳氮比无较大影响。>0.25 mm团聚体中有机碳和全氮富集系数较高,且0～10 cm土层,S2250、S4500和S9000处理均表现为随着团聚体粒径减小团聚体中有机碳富集系数逐渐降低。长期秸秆还田可以提高作物产量,且高秸秆还田量对小麦产量的提高效果更明显。>0.25 mm团聚体中有机碳含量与小麦产量之间的关系最密切,当该粒径团聚体中有机碳含量增加1 g/kg时,小麦产量可以增加329.62 kg/hm²;而0.25～0.053和<0.053 mm团聚体中有机碳含量与小麦产量相关性较差。综上,秸秆还田可以增加土壤团聚体中有机碳含量,提升土壤肥力,促进作物增产。     

夏闲期复播绿肥对旱地麦田土壤团聚体碳氮含量的影响

为探究不同绿肥品种翻压条件下晋南旱地麦田土壤团聚体稳定性以及有机碳(SOC)和全氮(TN)在不同粒径团聚体的分布特征,深入了解不同种类绿肥的增碳保氮机制。已连续3年(2018—2021年)不同绿肥品种(对照休闲、大豆、绿豆、油葵、玉米)翻压还田后冬小麦收获期0-10,10-20,20-30 cm土壤为研究对象,采用湿筛法进行土壤粒径分级,并分析粗大团聚体(>2 mm)、细大团聚体(0.25~2 mm)、微团聚体(0.053~0.25 mm)和粉黏粒组分(<0.053 mm)中SOC和TN含量,测算团聚体的构成与稳定性(R_0.25,>0.25 mm团聚体含量;MWD,平均重量直径;GMD,几何平均直径),并测定各粒径团聚体SOC和TN及其对土壤总有机碳和总氮的贡献率。结果表明:不同绿肥处理下旱地麦田土壤团聚体质量占比均以细大团聚体0.25~2 mm为主(占22.77%~39.71%)。复播绿肥显著增加0-30 cm土层>2 mm粒径团聚体质量占比,以大豆绿肥增加最明显,0.25~2,0.053~0.25 mm粒径团聚体质量占比降低,对<0.053 mm粉黏粒的影响不明显;大豆绿肥对各土层R_0.25、MWD和GMD值提高作用明显。大豆和玉米对0-30 cm各土层土壤总有机碳含量具有显著提高作用,分别提高27.83%和25.71%。大豆绿肥进一步提高土壤各粒径团聚体有机碳含量。复播绿肥降低土壤全氮含量,大豆绿肥处理的降低程度最小,且对<0.053 mm粉黏粒全氮含量具有增加作用。0.25~2,>2 mm大团聚体对0-10 cm土层土壤有机碳和全氮的贡献率最高;复播绿肥提升土壤碳氮比(平均21.39),较对照休闲(平均13.71)提高7.68,其中玉米提升效果最佳,大豆次之。综合土壤增碳固氮效果,连续3年翻压大豆绿肥可有效提高旱地麦田土壤团聚体稳定性,提升土壤肥力。     

长期施肥对红壤性水稻土团聚体活性有机碳的影响

在23年的长期田间定位试验区,研究了长期施肥对红壤性水稻土团聚体活性有机碳含量的影响。结果表明,在不施肥(CK)、无机肥(NPK)、有机肥(猪粪+紫云英绿肥)(OM)和无机肥与有机肥配施(NPKM)处理中,土壤团聚体活性有机碳含量均随深度的增加而降低。长期施用肥料,特别是有机肥与无机肥配施会提高土壤团聚体活性有机碳含量,从而保持和提高土壤有机碳库质量。不同粒级土壤团聚体中活性有机碳含量和团聚体活性有机碳占团聚体有机碳比率有差异,潜在可矿化碳含量和潜在可矿化碳占团聚体有机碳比率从高到低的顺序为:0.25~1mm、1~3mm、>3mm、0.05~0.25mm和<0.05mm;而可溶性有机碳含量和可溶性有机碳占团聚体有机碳比率从高到低的顺序为:0.05~0.25mm、0.25~1mm、1~3mm、>3mm和<0.05mm。不同施肥处理A层土壤团聚体潜在可矿化碳、可溶性有机碳含量都与土壤团聚体有机碳含量都呈极显著相关;P层除1~3mm团聚体外都呈显著相关。土壤微团聚体(<0.25mm)中有机碳的稳定性高于大团聚体(>0.25mm)。     

秸秆覆盖对冬小麦农田土壤有机碳及其组分的影响

通过对黄土高原旱塬区冬小麦地4种覆盖方式下(无覆盖对照处理(CK)、全生育期9 000kg/hm~2秸秆覆盖(M1)、全生育期4 500kg/hm~2秸秆覆盖(M2)和夏闲期9 000kg/hm~2秸秆覆盖(SM))土壤的田间定位试验和室内分析,探讨不同秸秆覆方式对冬小麦地土壤有机碳及其组分含量以及各组分之间相关性的影响。结果表明:(1)较CK(无覆盖对照)处理,M1(全生育期9 000kg/hm~2)、M2(全生育期4 500kg/hm~2)和SM(夏闲期9 000kg/hm~2)处理,均显著增加0—10cm和10—20cm土层的土壤有机碳、微生物量碳、潜在矿化碳和颗粒有机碳含量(p0.05),而20—40cm土层差异不明显,其中M1(全生育期9 000kg/hm~2)处理效果最佳,SM(夏闲期9 000kg/hm~2)处理作用相对较弱。(2)不同覆盖方式影响土壤微生物量碳、潜在矿化碳和颗粒有机碳在总有机碳中的分配比例,土壤微生物量碳、潜在矿化碳和颗粒有机碳的相对含量变化范围分别为1.96%~3.31%,2.83%~3.78%,18.13%~37.25%。(3)各覆盖方式下土壤有机碳及其组分含量都随着土层的逐渐深入而下降,且土层越深,变化越趋于缓慢。(4)不同覆盖方式下的土壤有机碳及其组分含量两两之间均达到了极显著正相关关系(p0.01),颗粒有机碳、微生物量碳和潜在矿化碳与土壤有机碳的相关系数依次为:0.847,0.700,0.614,可见微生物量碳、潜在矿化碳、颗粒有机碳含量在一定程度上决定于土壤有机碳的贮存量。综上所述,秸秆覆盖对土壤有机碳及其组分含量具有增加效应,全生育期9 000kg/hm~2秸秆覆盖方式实际运用价值较高。颗粒有机碳和微生物量碳的动态变化更能反映土壤有机碳的早期变化,是土壤肥力变化更加敏感的指标。     

不同施肥处理土壤覆膜后秸秆碳对土壤有机碳的贡献

基于公主岭黑土长期定位试验站,利用13C标记的玉米秸秆进行田间原位培养试验,分析不同施肥处理土壤覆膜后秸秆碳在土壤的转化及其对土壤总有机碳(SOC)的贡献,以期为东北黑土区土壤培肥和碳的固存提供依据。结果表明:裸地土壤添加秸秆后不施肥(CK)与单施化肥(NPK)处理SOC的δ13C值显著高于有机肥配施化肥(MNPK)处理(P<0.05);覆膜土壤添加秸秆第360天SOC的δ13C值为-18.27‰^-17.19‰,且各施肥处理间差异不显著(P>0.05)。覆膜条件下土壤有机碳中秸秆碳(13CSOC)含量显著高于(P<0.05)裸地,尤其在第60天覆膜处理是裸地处理的1~3倍,说明覆膜改善了土壤的水热条件,促进了秸秆碳在土壤中的积累。裸地条件下CK、NPK和MNPK处理秸秆碳对土壤有机碳的贡献率平均分别为1.28%,1.32%和0.46%;覆膜条件下分别为0.81%,1.51%和0.97%。由上可以看出,无机氮、磷和钾养分的供应有利于秸秆碳在土壤的积累,对土壤有机碳库固定起着正反馈作用。     

免耕对华北地区潮土碳库特征的影响

以实施7年的中国科学院禹城综合试验站冬小麦-夏玉米轮作免耕长期定位试验场为对象,系统研究免耕条件下土壤总碳(TC)、有机碳(SOC)、无机碳(SIC)的变化,为进一步评价免耕措施对华北地区潮土碳库的影响提供数据支持。研究设置免耕秸秆覆盖(NTRC)、免耕施用有机肥(NTRR)、常规耕作(CT)3种处理,分析表层(0-20cm)及深层(20-60cm)土壤TC、SOC及SIC的变化特征和影响因素。主要结果为:NTRC和NTRR能够增加0-20cm土层TC含量及储量,但降低20-60cm土层TC含量及储量,0-60cm总碳储量表现为NTRC>CT>NTRR;与CT相比,NTRC能够显著增加0-20cm而降低20-60cm土层SOC含量及储量,NTRR增加了0-5cm土层SOC含量及储量,在5-60cm则呈降低趋势,0-60cm土层SOC储量表现为CT>NTRC>NTRR;NTRC增加了0-60cm土层SIC储量,而NTRR则影响较小。TC与SOC呈显著正相关(P<0.05),而与SIC呈显著负相关(P<0.05),说明总碳的变化趋势与SOC一致,与SIC相反。     

有机覆盖对城市森林土壤有机碳矿化及其氧化稳定性特征的影响

为探究有机覆盖对城市森林土壤有机碳矿化及其氧化稳定性特征的影响,采集北京市鹫峰国家森林公园土壤,进行室内培养,研究不覆盖(CK)、木片覆盖(M_w)、堆肥覆盖(M_c)、上层木片覆盖+下层堆肥覆盖(M_w+c) 4种条件下土壤有机碳矿化特征及氧化稳定组分变化。结果表明,不同有机覆盖方式均显著影响了土壤有机碳(SOC)矿化(P<0.05),M_c、M_w+c、M_w处理的有机碳累积矿化量分别是CK的1.77倍、2.93倍和3.98倍,M_w处理累积矿化量分配比和Cp/SOC值(土壤有机碳矿化潜能占土壤有机碳含量的比重)显著高于M_c和M_w+c处理(P<0.05),说明M_c和M_w+c处理的固碳潜力好于M_w处理。不同有机覆盖方式显著提升了土壤有机碳及其氧化稳定组分含量(P<0.05),M_w+c处理的增幅最明显...     

Carbon fluxes from plants to soil and dynamics of microbial immobilization under plastic film mulching and fertilizer application using 13C pulse-labeling

Plastic film mulching and fertilizer application have improved soil fertility and sustainable agricultural development in China. However, there is limited information on carbon (C) fluxes from plants to soil, and dynamics of microbial immobilization where these practices have been employed. The objectives of this study were to quantify the photosynthesized C transported from maize to soil, and to assess the effect of mulching (with or without plastic film mulching) and fertilizer (no fertilizer control, medium-level organic manure, and high-level organic manure) application on the dynamics of microbial C sequestration. We used in-situ ¹³C pulse-labeling of maize planted at an experimental site in Liaoning Province, China. We found, on average, from 12% to 15% of net fixed ¹³C was translocated belowground up to 15 days after labeling. More than 60% of ¹³C retained in soil was incorporated into microbial biomass C on the 1st day, but only less than 27% on the 15th day after labeling. Treatments that combined organic manure application with mulching showed the greatest proportion of photosynthesized ¹³C incorporated belowground and the largest amount of microbial biomass C derived from rhizodeposits. These results demonstrate that organic manure application coupled with plastic film mulching facilitates photosynthesized C sequestration belowground and enhances soil microbial activity during the maize seedling stage.     

地膜覆盖对黄土高原旱作春玉米田土壤碳氮组分的影响

基于2年田间试验,研究了地膜覆盖对旱作春玉米田土壤有机碳、全氮及其组分的影响,试验包括地膜覆盖玉米田、无覆盖玉米田和裸地休闲3个处理,分层测定了0—40cm土层有机碳、全氮、颗粒有机碳氮、潜在矿化碳氮和微生物量碳氮含量。结果表明:在0—40cm土层,各处理间土壤有机碳和全氮含量均无显著差异。与不覆盖相比,地膜覆盖处理0—40cm土层颗粒有机碳氮及其所占比例分别降低了29.0%,33.3%,29.9%,35.7%;0—10cm土层潜在可矿化碳及其所占比例分别降低了17.8%和16.1%,潜在可矿化氮和微生物量碳及其所占比例无显著差异,但在0—10cm土层地膜覆盖微生物量氮含量及其所占比例分别较不覆盖处理提高了10.6%和10.5%(p0.05)。与裸地休闲相比,无覆盖处理0—40cm土层潜在可矿化碳氮分别提高了12.8%和14.7%,地膜覆盖处理则分别提高了7.8%和6.5%(p0.05),但种植玉米降低了微生物量碳氮含量及其所占比例。在0—40cm土层覆盖与否对潜在可矿化碳氮和微生物量碳氮影响不显著。总体来看,地膜覆盖能够在一定程度上提高表土微生物量氮组分及其所占比例,但显著降低了中活性碳氮组分含量及其比例,不利于长期的土壤碳氮固定。     

基于碳足迹和碳承载力的新疆碳安全评价

[目的]探索新疆碳足迹和碳承载力的的变化,评价其碳安全程度,为新疆低碳经济的发展提供理论依据。[方法]利用碳足迹理论对新疆2000—2014年的碳足迹、植被碳承载力、净碳足迹进行计算分析,并利用碳压力指数(CTI)构建了碳安全评价模型。[结果]新疆碳足迹呈上升趋势,从2000年的1.08×108 t上升到2014年的5.04×108 t,其中化石能源碳足迹占总碳足迹的比重达到96%;碳承载力不断增加,草地固碳量所占的比重最大,其次是森林、农田、园地和城市绿地;人均净碳足迹、碳压力指数均呈现增长趋势,导致新疆碳安全程度不断下降,从2009年开始就处于极不安全的状态。[结论]化石能源消费的增加是导致新疆碳足迹升高和碳安全程度下降的主要原因,虽然其能源利用率不断提高,但在未来一段时间仍然面临严峻的生态环境问题。     

旱作农田覆膜和秸秆碳投入对土壤团聚特性及作物产量的影响

研究秸秆还田形式对旱作覆膜农田土壤团聚特性、有机碳含量及玉米产量的影响，为优化覆膜耕作措施，实现旱作覆膜农田可持续性生产提供理论依据。以长期定位旱作玉米覆膜农田（始于2012年）为研究对象，设置双垄沟覆膜（P）和传统平作（T），分别施加秸秆（S）和生物炭（C），以不还田为对照（N），共形成 6个处理：覆膜秸秆还田（PS）、覆膜生物炭还田（PC）、覆膜不还田（PN）、平作秸秆还田（TS）、平作生物炭还田（TC）和平作不还田（TN）。测定土壤团聚体组成及团聚体有机碳含量，并分析了双垄沟覆膜和不同秸秆碳投入对土壤有机碳含量、团聚体稳定性及玉米产量的影响。研究结果表明，各秸秆还田处理较不还田处理均可显著（P<0.05）改善各粒级团聚体分布及其稳定性，其中> 0.25 mm团聚体含量平均显著（P<0.05）提高47.32%，各双垄沟覆膜处理MWD和GMD较平作处理分别平均提高9.19%和4.15%；各还田处理可显著（P<0.05）提高0～60 cm土层土壤有机碳含量，其中PC和TC处理分别较对应PS和TS处理土壤有机碳含量提高2.60%和2.73%；各处理团聚体有机碳含量均随粒径增大而增大，秸秆碳投入可显著（P<0.05）提高各粒级团聚体有机碳含量，而双垄沟覆膜处理则降低了土壤有机碳及团聚体有机碳含量；还田方式、种植方式及土壤有机碳对玉米产量有促进作用，施加秸秆及生物炭均能显著（P<0.05）提高旱作覆膜农田玉米产量，平均提高14.6%，而秸秆直接还田处理与生物炭还田处理的增产效果无显著差异。综合分析，在双垄沟覆膜条件下投入秸秆碳能够明显提高土壤稳定性、土壤有机碳含量和作物产量，其中，双垄沟覆膜与生物炭还田的耦合效应对改善农田土壤质量及地力提升有积极作用。     

秸秆和地膜覆盖条件下玉米农田土壤有机碳组分生长季动态

基于黄土高原8 a的春玉米覆盖定位试验,研究了秸秆和地膜覆盖下土壤有机碳、微生物量碳、潜在可矿化碳及颗粒有机碳在作物不同生育期的季节变化特征,探讨旱作农田不同碳组分对地表覆盖的响应规律。结果表明:1)秸秆和地膜覆盖下土壤有机碳及其各组分含量在玉米生长期间总体呈苗期下降、拔节期上升、大喇叭口—抽雄期下降、灌浆和收获期回升的变化趋势。2)与不覆盖对照相比,秸秆覆盖在大部分作物生育期均显著提高了土壤有机碳各组分含量,有助于培肥地力和土壤固碳;而地膜覆盖在作物生育后期导致土壤有机碳及各组分含量显著下降。3)秸秆覆盖下表层土壤颗粒有机碳对总有机碳变化具有重要贡献,地膜覆盖后土壤有机碳变化可能主要来自于潜在可矿化碳和颗粒有机碳,而土壤微生物量碳相对含量在不同处理间差异不大。4)对照和地膜覆盖处理土壤潜在可矿化碳和颗粒有机碳的相对含量在大喇叭口—抽雄期均有显著下降,而秸秆覆盖下两种组分的相对含量则保持平稳,表明秸秆覆盖对生育后期土壤潜在可矿化碳和颗粒有机碳有重要的补给作用。总之,黄土高原的春玉米田秸秆覆盖具有明显的提升土壤有机碳及组分含量的作用,地膜覆盖则无明显效果,且在春玉米生育后期降低了土壤总有机碳及各组分的含量。