农田土壤有机碳库研究述评

农田土壤作为陆地生态系统的重要组成部分,是受人为活动干扰严重但又可在较短时间内调节的碳库,在全球碳循环中占据着非常重要的地位。深入探讨分析农田土壤有机碳库及其影响因素对全球生态系统碳平衡以及农田土壤利用的可持续性都具有十分重要的意义。笔者以农田土壤有机碳库基本问题为核心,对国内外有关农田土壤有机碳库的分类与组成、有机碳固定潜力以及有机碳固定影响因素的研究进展进行了总结。最后指出今后的重点研究方向包括全球不同地区农田土壤有机碳的固定周转机制、有机碳固定潜力,农田土壤有机碳库受各种因素的影响程度,农田土壤碳循环过程与地球表层过程的耦合机制以及如何设计合理有效的农田管理措施以达到最大的固碳潜力等几个方面。     

土壤有机碳固定研究进展

农田土壤的固碳潜力有助于评估农田土壤作为大气二氧化碳的“源”或“汇”的功能,进而正确评价农田土壤对全球气候变暖的影响。土壤有机碳固定和损失的研究是目前国际上前沿研究领域之一,然而土壤有机碳的动态变化还存在许多不确定性,这就为测定农田土壤碳的固定潜力带来了困难。本文围绕土壤有机固碳的基本问题,总结了农田土壤有机碳固定及其影响因素的国内外研究进展。     

草地土壤有机碳储量影响因素研究进展

草地土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分,其储量的高低与大气CO2浓度密切相关。笔者综述了近几年有关草地土壤有机碳储量影响因素研究进展,主要介绍了气候条件,草地土壤理化性质以及人为干扰等3方面对草地土壤有机碳储量的影响,阐明了研究影响草地土壤有机碳储量因素的重要意义,为研究如何增加草地土壤有机碳储量提供参考,以有效应对全球气候变化。     

土壤有机碳库及其影响因素的研究进展

土壤有机碳库及其影响因素的研究,对于增强人类对土壤碳库的控制、改善全球碳循环具有重要的意义。笔者通过对国内外土壤有机碳库研究结果进行综述,从自然因素和人为因素2方面分析了外界条件对土壤有机碳库影响的作用及机理,针对土壤有机碳库及其影响因素的不确定性和复杂性,探讨了目前土壤有机碳库研究中存在的难点和瓶颈问题,展望了土壤有机碳库的研究前景。为增强人类对土壤碳库的控制,科学合理开发利用土地,减少环境负面效应,确保农业粮食安全,提供理论指导和现实依据。     

中国西南地区土壤有机碳研究现状与展望

土壤有机碳是反映土壤肥力和评价土壤质量的重要指标,同时对环境的可持续发展发挥着重要作用。文章主要从土壤有机碳库及碳储量、西南地区喀斯特地区土壤有机碳研究、有机碳分组方法的应用等几方面对我国西南地区土壤有机碳的研究现状进行了分析总结,为提升西南地区农田土壤肥力、固碳潜力及农田的可持续利用提供指导及理论依据。     

农田生态系统中土壤有机碳与团聚体相互作用机制的研究进展

土壤有机碳和土壤结构是衡量土壤地力的重要指标,同时也是影响土壤稳定性和生产力的主要因素之一。土壤有机碳对团聚体的形成和稳定具有重要作用,而土壤团聚结构对土壤有机碳的累积与分解具有显著影响。本文回顾了有机碳影响团聚体形成稳定作用的模式模型;归纳了土壤团聚体对有机碳累积的保护作用机制。在总结土壤有机碳和土壤团聚体相互作用机制的基础上,探讨了农田管理措施对土壤有机碳和团聚体的影响,并概括了目前国际上相关研究的新技术。并在此基础上,提出了在该领域研究中存在的问题,以期为我国土壤地力的持续提升研究提供参考。     

侵蚀及土地利用管理方式改变对土壤有机碳的影响

土壤侵蚀是重要的环境公害,侵蚀造成土壤有机碳的大量迁移、转化和流失,产生严重的环境问题,相关机理研究尚不清楚。本文阐述了水蚀和风蚀两种主要方式对土壤有机碳库的影响,侵蚀和二氧化碳温室气体排放的关系。介绍了林地转为农田、草地以及草地转为农田等土地利用方式的改变对土壤有机碳库的影响,免耕提高土壤固碳能力。提出了控制侵蚀,减少土壤碳流失的措施。     

微山县农田耕层土壤有机碳空间变异及动态变化分析

为研究微山县农田耕层土壤有机碳空间变异规律和动态变化情况,基于地统计学和GIS对2009农田土壤耕层有机碳进行空间变异分析,并进行克吕格插值分析土壤有机碳空间分布格局及影响因素,然后与第二次土壤普查数据对比研究了两不同时间断面下土壤有机碳含量的动态变化特征。结果表明：微山县耕层土壤有机碳最佳拟合模型为指数模型,具有较弱的空间自相关性,空间自相关距离为4500 m。从空间分布格局上看,土壤有机碳分布呈明显的块状,有机碳含量中部较高,南部和北部较低。从第二次土壤普查到2009年近30年间,土壤有机碳含量的平均值有明显的增加,由5.345 g/kg上升到8.558 g/kg,增幅60.11%。不同土壤类型下,增幅不同,其中棕壤增幅最大,为187.03%,增幅最小的为砂姜黑土,为41.64%。不同土地利用类型下,水田类型下土壤有机碳增幅最小,为56.84%,旱地类型下,土壤有机碳增幅最大,为87.75%。本研究为该区耕地质量的提高、农田生态系统的碳循环和农业的可持续发展提供可靠依据。     

土壤有机碳稳定性的影响

土壤有机碳是土壤的核心组成,对碳的循环很重要。土壤有机碳的稳定性不仅影响植物的生长状况,还影响生态环境。通过对国内外对土壤组分、活性有机碳的认识以及对土壤稳定性、土壤团聚体的研究,综述了影响土壤有机碳稳定的因素,以期为以后有机碳稳定性研究提供参考。     

不同农田施肥方式下土壤碳氮变化特征及其环境意义

为了明确不同农田施肥方式对土壤碳氮变化及其对环境的影响,通过长期定位试验研究了不同施肥方式下土壤碳氮变化特征。结果表明：土壤有机碳、全氮在土壤剖面中呈上高下低趋势,秸秆还田作用主要发生在0~10 cm处的耕层;单施化肥和化肥配施秸秆均能增加土壤有机碳、全氮含量,长期无肥处理的土壤有机碳、全氮含量明显下降,单施化肥对农田土壤有机碳、全氮含量影响不显著,长期化肥配施秸秆显著增加土壤有机碳、全氮含量,4年内增幅分别达到35.8%和17.3%;土壤有机碳和全氮含量呈极显著正相关(R2=0.78, P<0.01),两者含量变化趋势相同;太湖地区土壤C/N比呈下降趋势,现阶段土壤C/N比主要集中在10.0左右,化肥配施秸秆可以增加土壤C/N比,促进土壤碳氮循环。化肥配施秸秆能够改善农田土壤理化性状,提高农田生产力,是一种值得推广的施肥方式。     

不同尺度土壤有机碳空间分布特征研究综述

土壤有机碳库是陆地生态系统中最大的碳库。本文从土壤团聚体、土壤剖面、区域及全球尺度上对土壤有机碳分布特征进行了综合论述。土壤新增加的有机碳主要是被固定在?0.01mm的团聚体中,农业管理实践影响到有机碳在土壤中的分布格局;中国大陆土壤有机碳储量大约介于80Gt~100Gt之间,土壤有机碳分布具有高度的空间变异性,受气候、植被和土壤类型影响,区域差异明显,其总趋势是东南区大于西北干旱区;而全球土壤有机碳分布特征存在很大争议,主要是碳源/汇的大小和位置存在不确定性。     

陆地生态系统有机碳储量和碳排放的研究进展

陆地生态系统土壤有机碳储量和土壤呼吸的微小变化,会引起大气CO2浓度的巨大变化以及全球碳循环的明显改变,从而引起全球气候的巨大变化。提高SOC储量、减少土壤CO2排放对减缓大气CO2浓度升高具有重要意义。笔者根据国内外文献数据资料,综合分析陆地生态系统土壤有机碳储量和土壤呼吸的研究进展,并对最近土壤呼吸影响因素的研究热点因子,如土壤温度、土壤水分、大气降水和耕作等进行分析讨论,指出陆地生态系统碳循环研究中应重点加强土壤呼吸的机理、土壤呼吸影响因素、土壤呼吸模型、土壤固碳措施、减排对策的研究。     

凋落物分解对森林土壤碳库影响的研究进展

凋落物分解是陆地生态系统物质循环和能量转换的主要途径,是森林生态系统重要功能之一。凋落物作为外源有机物质,进入土壤后其分解不但会增加土壤中碳源,改变土壤理化性质,而且还会增加土壤中各种微生物的数量,改变土壤微生物群落结构,加速土壤有机碳矿化速率,从而对土壤有机碳库动态变化产生重要影响。土壤是陆地生态系统的核心,研究土壤碳库动态对正确评价土壤在陆地生态系统碳循环以及全球变化中的作用有重要意义。本文就凋落物分解过程及对土壤碳库中土壤呼吸、土壤有机碳、土壤微生物量碳、土壤碳矿化及理化性质等影响进行综述,为土壤碳库周转动态研究提供参考。     

耕作方式对土壤团聚体微生物及有机碳矿化的影响研究进展及展望

农业碳排放约占全球年均总排放量的25%，为实现中国2060年碳中和的目标，农业对CO₂的吸收与排放需达到自然平衡。土壤有机碳(SOC)矿化是具有碳降解功能的微生物分解SOC为作物生长提供养分，向外界释放CO₂等温室气体的生物化学过程。农田SOC矿化与作物养分供给、CO₂形成和排放紧密相关，但SOC矿化受多种因素影响。土壤耕作是驱动农田土壤碳固定的关键因素，耕作方式对SOC的影响是农业生态系统碳循环研究的重要内容。土壤不同粒径团聚体被视为微生物碳矿化产生CO₂的生化反应器，SOC的矿化分解离不开其对微生物以及对应酶的利用。可见，耕作方式通过直接作用改变土壤团聚体结构，进而改变土壤中的微生物类群，最终对SOC矿化产生影响。就此归纳总结了关于耕作方式、土壤团聚体及关联土壤微生物对农田SOC矿化的影响，以期从改良土壤团聚体结构入手，减少农田SOC矿化，为中国实现“双碳”(碳达峰、碳中和)目标提供理论支撑。     

长期施肥对不同有机质含量农田黑土胡敏酸、富里酸含量的影响

腐殖质是土壤有机质的主体部分,并且在碳截获、土壤结构、养分保持、生物地球化学循环等方面都占有重要的作用。本文以5种不同有机质含量农田黑土为主要研究对象,对比分析了长期施肥对不同有机质含量农田黑土富里酸(FA)、胡敏酸(HA)、胡敏素(HM)的含量的影响。结果表明:5种农田黑土FA、HA、HM的含量随土壤有机质含量的增加而增加,长期施肥可以增加农田黑土FA、HA、HM的含量,5种农田黑土FA含量差异达到了显著水平(P0.05)。相关分析表明:FA、HA含量与土壤有机碳、全氮、全磷呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关(P0.05),HM含量与土壤有机碳、全氮、全磷含量、土壤p H值之间差异没有达到显著水平(P0.05)。     

土壤团聚体有机碳研究进展

土壤有机碳是衡量土壤肥力的重要指标,对于促进土壤养分循环、增加养分有效性有重要作用。土壤团聚体是土壤的重要组成部分,是组成土壤结构的最小单元,受到自然因素和人为因素的影响,其形成转化过程与土壤固碳过程息息相关,因而研究团聚体和有机碳的关系及团聚体有机碳影响因素对于土壤结构的改善和土壤质量的提升具有重要意义。本文通过对文献的总结,明晰了土壤团聚体和有机碳的关系,阐述了土壤类型、施肥方式、土地利用和矿区复垦对土壤团聚体有机碳的影响,并从生物质炭的长期定位研究和复垦矿区的土壤修复两方面对土壤团聚体有机碳的研究进行展望,研究结果可为合理的农业生产提供科学依据。     

施氮对西藏农田土壤有机碳及酶活性的影响

【目的】探明不同施氮量对拉萨农田土壤有机碳和酶活性的影响。【方法】设计5个试验处理：T1不施氮肥：0 kg.N.hm-2 (N1)、T2：75kg.N.hm-2 (N2)、T3：150kg.N.hm-2 (N3)、T4：225kg.N.hm-2 (N4)、T5为当地适宜施肥量：150kg.N.hm-2 (N3),135 kg.P2O5.hm-2,分别于播种前和青稞收获后采集各处理0-20cm土壤样品测定其总有机碳、活性有机碳、腐殖质碳、胡敏酸和富里酸含量;蔗糖酶活性、多酚氧化酶活性和脲酶活性。【结果】拉萨农田土壤有机碳总量偏低,活性有机碳比例较大,土壤腐殖化率较低。短期内施用氮肥能通过增加土壤活性有机碳而使土壤总有机碳含量增加,但降低土壤腐殖质碳含量,提高土壤HA/FA。【结论】施用氮肥短期内可以使当地农田土壤有机碳含量增加,T4施氮量可以优化土壤微环境,利于土壤酶活性升高和土壤有机碳的积累。     

亚热带几种林分类型土壤有机碳变化特征及与土壤性质的关系

为了研究亚热带天然次生林不同更新方式对土壤有机碳特征影响,将江西大岗山天然次生林分别采伐更新为马褂木林、马尾松林、杉木林和马褂木-桤木混交林,在比较分析不同更新方式对土壤有机碳含量特征影响的基础上,进一步利用相关和逐步回归分析方法,研究了不同土壤性质对土壤有机碳的影响。结果表明：与次生林相比,几种更新林分在不同程度上降低了土壤有机碳含量,改变了土壤有机碳的层间分布特征。在0~40 cm的剖面内,土壤有机碳含量的降幅分别为：马褂木林＞马尾松林＞杉木林＞马褂木-桤木混交林;与其他更新对象相比,马褂木林作为更新树种会导致土壤有机碳含量的大幅降低,不利于土壤碳储量的增加。但与桤木混交后,却可以明显减少有机碳含量降幅,显示出良好的混交效果;分别建立的0~20 cm和20~40 cm土层的土壤有机碳含量和土壤性质的回归方程显示出较高的回归精度,比较标准化回归系数法处理显示,土壤全氮量、有效铁含量和碱解氮含量是导致不同层次土壤有机碳变异的主导影响因子。     

内蒙古旱作农田土壤有机碳对免耕留茬的响应

传统耕翻使农田土壤水分散失并加剧其退化趋势;免耕留茬可以在一定程度上改善土壤性质.本文通过研究不同留茬高度对土壤有机碳的影响,旨在选择适宜留茬高度和配套耕作措施。在半干旱气候条件下,研究了燕麦高茬（GC）、低茬（DC）和传统（CT）３种耕作方式对燕麦田土壤含水量、土壤温度、土壤呼吸速率和土壤有机碳含量的影响。随着留茬高度的增加土壤温度降低,GC和DC较CT土壤温度分别降低了8%、7%。GC和DC能够提高土壤含水量,GC最大,较CT提高了24.6%。GC和DC均能明显提高燕麦不同生育时期土壤呼吸速率,且GC土壤呼吸速率最高,达32.71%。GC土壤有机碳显著于CT。燕麦产量表现为：GC>DC>CT,且GC和DC比CT显著提高了40%和25%。燕麦留茬可以提高土壤呼吸速率,增加土壤有机碳含量,具有显著的增产效应。

     

免耕的固碳效应研究进展

免耕是一种保护性耕作,可显著地增强土壤的固碳能力。土壤有机碳的获得或者损失取决于生物或有机质剩余的碳增加量与作物收割、微生物化或者分解过程中的碳丢失量这二者的比率。农田耕地的废除恰好可以使作物残茬分解速率降低、土壤有机碳增加。而与土壤耕地有关的几个因素加速了残茬的分解。秸秆还田的手段通过微生物分解的方式提高了对损失碳的利用。免耕提高了农业可持续性能力和抵消人为因素的温室气体排放。总CO2释放量的50%发生在夏季。研究中CO2平均年释放数据表明NT释放量低于常规耕种系统,表层碳积累量明显高于常规耕种系统。除了提高土壤的固碳能力以外,免耕对土壤质量参数产生好的影响,改善了土壤结构,提高了土壤渗透率,减少了流失和侵蚀,这些提高很大程度上是土壤表层有机质积累的结果。文中指出,中国应加土壤固碳能力的研究,并适度的推广免耕政策。