不同培肥措施下土壤CO2释放及其动力学研究

实验室恒温密闭培养法研究了 4种培肥措施连续培肥 23年后农田土壤的CO2释放状况及其动力学特征。结果表明 ,含水量 12%至 24%范围内 ,土壤CO2释放过程完全可以用一级反应动力学方程 y =A0(1-e-kt)进行定量描述 (r2=0.9812～0.995 9,P 0.01) ;土壤CO2释放量和潜在可释放C量A0 随含水量增加呈线性增加 (r2=0.9728～0.9987,P0.01) ,速率常数k则随含水量增加呈线性降低 (r2=0.9356～0.9939,P0.01)。不同培肥措施明显影响土壤CO2释放状况及其动力学特征参数 ;NP化肥和厩肥 +NP化肥 2种培肥措施较不施肥对照明显增加了土壤CO2释放量、潜在可释放C量A0和速率常数k ;秸秆 +NP化肥培肥措施较不施肥对照显著增加了土壤CO2释放量、潜在可释放C量A0,但却显著降低了释放速率常数k ;有机无机肥料配合措施 (秸秆 +NP、厩肥 +NP)与单施NP化肥措施比较 ,明显降低了释放速率常数k。     

生物质炭配施木灰对石灰性土壤固碳和微生物群落的影响

为探讨生物质炭配施木灰对土壤碳固存和微生物群落的影响,通过118 d的室内培养试验,研究了单施生物质炭(B)、生物质炭配施木灰(B+W)处理下土壤碳固存、化学性质、酶活性、微生物群落组成的变化.结果表明:B、B+W处理均降低了CO2-C释放速率和累积释放量,且B+W处理推迟CO2释放速率峰值的出现;B、B+W处理均能提...     

西南地区亚高山典型林区土壤碳排放及影响因子

为进一步厘定西南地区亚高山典型林区土壤碳(carbon,C)排放的主控因素,更精确估算土壤C排放,该文以贡嘎山峨眉冷杉林为研究对象,利用Li-6400-09土壤呼吸室,采集了2008—2009年土壤CO2排放速率及相应环境要素数据。结果表明,成熟林与中龄林区土壤储量分别为291.0、63.8 t C/hm2。成熟林与中龄林全年土壤C排放速率整体变化态势基本一致。其中中龄林土壤C排放速率日均最大值、最小值与平均值分别为34.53、6.96、16.26 kg C/(hm2·d)。成熟林土壤C排放速率日均值的最大值、最小值与平均值分别为55.34、9.50、24.57 kg C/(hm2·d)。土壤C排放速率日均值与5 cm土壤温度表现的相关性最高(r成熟=r中龄=0.73,P0.05)且二者存在指数关系(R2成熟=0.60,R2中龄=0.56)。土壤温度是影响该区域土壤C排放变化的主要环境驱动因子。在IPCC不同气候情景下(B1,A1B和A2),成熟林土壤C排放量将比基准情景分别高出15%、25%和31%;中龄林土壤C排放量将比基准情景高13%、21%和27%。该研究可为变化环境下中国西南山区碳平衡估算提供数据基础和参考依据。     

自由大气CO2浓度升高对稻田CH_4排放的影响研究

采用FACE田间试验,对高CO2浓度影响稻田CH4排放规律进行了观测分析,并利用δ13C技术初步分析了土壤CH4的排放来源。结果显示,植株和土壤的CH4排放速率在高CO2浓度处理大于对照18%以上,其增加幅度为土壤大于植物,CH4排放速率可能受田间水分条件影响较大。与对照比较,高CO2浓度条件下植物和土壤部分CH4累积排放总量增加,且变化幅度随生长期而降低,前期（54d）常规氮处理（NN）高于低氮处理（LN）,后期LN高于NN;但是行间裸土CH4累积排放总量在前期（54d）增加和之后降低的幅度均为NN高于LN。土壤排放CH4δ13C值从移栽到第102d,高CO2浓度处理LN和NN水平下土壤对照（CK）仅分别升高9.0%和8.3%,种水稻则降低8.8%和8.1%;但是在对照CO2浓度条件下土壤对照降低17.2%和112.5%（P=0.047）,种水稻降低40.3%和105.9%（P=0.023）,表明高CO2浓度下有更多C4来源的碳释放,对照CO2浓度条件下有更多C3来源的碳释放。水稻不同生长期与土壤对照比较,种水稻土壤排放CH4δ13C值降低的幅度总和在高CO2浓度条件LN和NN水平下分别为114.8%和72.7%,对照CO2浓度条件下分别为41.9%和72.8%,表明在种有植物的情况下更多当季的碳分解释放,LN水平下高CO2浓度促进来源于当季碳的CH4排放,NN水平下没有发现CO2浓度的影响,可能与作物生物量和它的间接产物（根系分泌物）的影响有关。     

蚯蚓对土壤温室气体排放的影响及机制研究进展

土壤是温室气体的重要源和汇。蚯蚓是土壤物质循环的重要参与者,能够直接或间接影响土壤CO2、N2O和CH4等温室气体的产生和释放。蚯蚓呼吸产生的CO2,是土壤呼吸的重要组成部分;蚯蚓自身肠道、分泌液、消化物和排泄物等微环境促进反硝化过程释放N2O。蚯蚓还通过取食、掘穴、排泄等活动,改变土壤理化性质、微生物组成和活性及其他土壤动物的组成,影响地上植物生长,调节土壤分解、矿化、硝化、反硝化和甲烷生成及氧化等生态过程,间接影响土壤温室气体的排放。蚯蚓对土壤温室气体排放的影响逐渐受到重视,但目前研究仍以室内培养和单因子环境条件的模拟为主,缺少野外原位实验和多环境因子的交互实验研究。长期监测和同位素示踪技术,是深入探讨蚯蚓影响温室气体排放机制的重要手段。温室气体类型上,CO2和N2O是研究热点,CH4研究比较罕见。未来研究,应重视不同生态类群蚯蚓与土壤理化特征、微生物组成、其他类群土壤动物和地上植物间的交互作用,加强机制研究,并关注土壤污染环境下蚯蚓功能性状的变化;综合评价蚯蚓对土壤温室气体排放和土壤碳氮固定的影响,科学评估蚯蚓活动对土壤碳氮释放的促进或减缓作用。     

黑碳添加对土壤有机碳矿化的影响

通过室内培养试验,向土壤中分别添加不同温度制备的黑碳,热解温度分别为350℃(T350)、600℃(T600)和850℃(T850),研究了黑碳添加对土壤有机碳矿化的影响。结果表明,不同温度条件制备的黑碳在15℃和25℃培养条件下,土壤CO2释放速率总的趋势是前期分解速率快,后期缓慢。在整个培养过程中(112天),随着培养时间的延长,土壤CO2释放速率下降趋势逐渐降低,CO2释放速率相对值的大小随着培养温度的的升高而增大。在不同温度培养条件下,添加黑碳后土壤CO2-C累计量均是T350>T600>T850,T350土壤CO2-C累计量最高分别为415.26 mg/kg和733.82 mg/kg。添加不同黑碳后,土壤有机碳矿化增加率存在极显著差异(p<0.01),表明不同温度制备的黑碳对土壤有机碳矿化的影响显著。     

利用13C标记和自然丰度三源区分玉米根际CO2释放

石灰性土壤中,根际土壤释放的CO2有三个来源,即根源呼吸、土壤有机碳(SOC)分解和土壤无机碳(SIC)溶解,三源区分土壤释放的CO2是量化土壤碳平衡的前提.分别在玉米拔节期、抽穗期和灌浆期进行7 h的13CO2脉冲标记,经过27 d示踪期后破坏性取样,测定13C标记与自然丰度处理中,玉米地上部、根系、土壤和土壤CO2...     

施肥对板栗林土壤活性碳库和温室气体排放的影响

在浙江省临安市典型板栗林试验地,利用静态箱-气相色谱法测定了不同施肥条件下板栗林土壤CO2和N2O排放速率,同时测定了土壤水溶性有机碳（WSOC）和微生物量碳（MBC）含量。初步探讨了施肥对板栗林土壤活性碳库与温室气体排放速率的影响,以及土壤温室气体排放速率与活性碳库之间的关系。本试验设置不施肥（CK）、 无机肥（IF）、 有机肥 （OF）和有机无机混合肥（OIF,1/2无机肥和1/2有机肥）4个施肥处理。结果表明, 施肥1个月后,与不施肥（CK）处理相比,无机肥（IF）、 有机肥（OF）和有机无机混合肥（OIF）处理下土壤CO2排放速率分别增加了87%、 38%和61%, N2O排放速率分别增加了101%、 67%和95%; 而施肥6个月后,与CK处理相比,IF、 OF和OIF处理下土壤CO2 排放速率分别增加了51%、 43%和64%,N2O排放速率分别增加了21%、 29%和47%。同时,施肥显著增加板栗林土壤WSOC和MBC含量（P＜0.05）。此外,土壤CO2和N2O排放速率与WSOC含量均呈显著正相关（P0.05）,而与MBC含量没有显著的相关性。因此,施肥引起板栗林地土壤WSOC含量增加可能是导致板栗林地土壤温室气体排放增加的重要原因之一。     

巨型塑料大棚内CO2浓度的变化分析

为探讨巨型塑料大棚CO2环境特征,测试了早春栽培黄瓜不同时期和不同位置棚内CO2浓度的变化,对棚内CO2浓度变化随群体叶面积指数、光合速率和土壤呼吸速率的关系进行了分析。结果表明：一日中棚内CO2浓度在7：00-8：00达最高,12：00-14：00处于低谷,晴天较阴天变化剧烈。结果期一日中的8：00-15：00,光合消耗CO2速率＆gt;土壤呼吸释放CO2速率,通风可维持棚内CO2浓度在293-330μL·L^-1;棚内CO2浓度垂直分布表现为近地面层〉植株内部〉冠层,水平分布表现为10：00-12：00东部〈中部〈西部,14：00-16：00东部〉西部〉中部;棚内CO2浓度的季节变化主要受黄瓜群体叶面积指数、光合消耗CO2速率和土壤呼吸释放CO2速率的影响,晴天棚内CO2浓度白天平均下降速率与LAI（x）的关系为y=78.468x＋48.694,阴天为y=54.358x＋18.322。     

草毡寒冻雏形土土壤CO2释放量估测方法初探

应用 1 998年 5月～ 1 999年 4月草毡寒冻雏形土土壤CO2 释放通量的实测资料 ,通过对常用的三种土壤CO2 释放量估测方法的比较分析 ,提出了适合草毡寒冻雏形土土壤CO2 日及年释放量的估测方法。土壤CO2 日释放量的估测是以土壤CO2 释放通量为因变量 ,时间为驱动变量 ,建立时间与土壤CO2 释放通量的一元四次多项式 ,通过对时间的求导积分 ,得出土壤CO2 日释放量。土壤CO2 年释放量的估测是以测定日的土壤CO2 日释放量为因变量 ,以气候、土壤环境因子 (降水、蒸发、日照、气温、土壤 0～ 30cm地温等 )为驱动变量 ,建立土壤CO2 的日释放量与气候、土壤环境因子之间的多元非线性经验公式 ,应用气象站气候、土壤环境因子有关资料 ,逐日计算出其土壤CO2 的日释放量 ,最后应用累积法 ,可估测土壤CO2 的年释放量     

长期施肥对黑土呼吸过程的影响

土壤呼吸是土壤有机C矿化分解,释放无机养分的重要生物化学过程。对公主岭地区长期有机肥(不施有机肥、施中量和高量有机肥处理)与化肥(不施化肥、施用N、NP、NPK化肥)配合施用的12个处理的黑土进行室内好气培养(196天),采用一级动力学方程模拟土壤的呼吸过程,结果表明,有机肥和化肥的施用能显著增加土壤呼吸释放的CO2 -C的累积量,提高土壤中潜在矿化的有机碳含量及其占土壤有机质的比例,促进土壤有机质中无机养分的释放,有利于提高土壤养分的有效性,改善黑土的供肥状况。有机肥与NPK化肥配合施用效果更为明显。     

不同措施对滨海盐渍土壤呼吸、电导率和有机碳的影响

在苏北滩涂围垦区的轻度和中度盐渍土上,通过田间试验,研究了不同农田管理措施(传统耕作、施用有机肥、氮肥增施、秸秆还田和免耕)对土壤盐分、呼吸和有机碳等的影响。结果表明,0~40cm土层平均电导率在玉米种植季明显升高,小麦种植季出现小幅降低,轻度盐渍土的电导率为4.57~8.20 d S m~(~(-1)) ,中度盐渍土为4.89~10.13 d S m~(~(-1)) ,处理之间秸秆还田最低,免耕最高,秸秆还田和施用有机肥有效减少了土壤盐分含量。与中度盐渍土相比,轻度盐渍土的呼吸强度较高,在夏玉米和冬小麦种植季节分别高约16%和18%。有机肥、氮肥增施、秸秆还田处理的土壤呼吸均高于对照,而免耕较低。两组试验的土壤有机碳和微生物生物量碳均有缓慢增加,其中施用有机肥和秸秆还田可以大幅提高其含量。轻度盐渍土壤代谢熵高于中度盐渍土,总体上对照最高,免耕最低。     

Application of mixed straw and biochar meets plant demand of carbon dioxide and increases soil carbon storage in sunken solar greenhouse vegetable production

Solar vegetable greenhouse soils show low soil organic carbon content and thus also low rates of soil respiration. Processing vegetable residues to biochar and mixing biochar with maize straw might improve soil respiration and increase soil organic carbon stocks, while preventing the spread of soil-borne diseases carried by vegetable residues. In an incubation experiment, we tested how additions of maize straw (S) and biochar (B) added in varying ratios (100S, 75S25B, 50S50B, 25S75B, 100B and 0S0B (control)) affect soil respiration and fraction of added C remaining in soil. Daily CO₂ emissions were measured over 60 days incubation, the natural abundance of ¹³C in soil and in the added biochar and maize straw were analysed. Our result shows that (a) soil CO₂ emissions were significantly increased compared to soil without the straw additions, while addition of biochar only decreased soil respiration; (b) cumulative CO₂ emissions decreased with increasing ratio of added biochar to maize straw; (c) the abundance of soil ¹³C was significant positively correlated with cumulative CO₂ emissions, and thus with the ratio of straw addition. Our results indicate that incorporation of maize straw in greenhouse soils is a meaningful measure to increase soil respiration and to facilitate greenhouse atmosphere CO₂ limitation while producing vegetables. On the other hand, additions of biochar from vegetable residues will increase soil organic carbon concentration. Therefore, the simultaneous application of maize straw and biochar obtained from vegetable residues is an effective option to maintain essential soil functions for vegetable production in sunken solar greenhouses.     

施肥对植烟土壤有机碳组分及土壤呼吸的影响

采用盆栽试验的方法,设不施肥、单施氮肥、氮磷钾肥配施、氮磷钾肥,分别增施腐熟秸秆、芝麻饼肥和生物炭6个施肥处理,通过测定烟株生长发育过程中土壤有机碳组分和土壤呼吸速率的动态变化,探讨了不同施肥措施对植烟土壤有机碳组分和呼吸速率的影响.2次盆栽试验分别于2017年和2018年进行.结果表明,与未施肥和单施化肥相比,添加有...     

免耕施肥条件下冬小麦季土壤呼吸速率及影响因素

基于连续8年的田间试验,研究分析了不同耕作施肥措施下冬小麦农田土壤呼吸的季节变化及影响因素。结果表明:不同耕作施肥处理可以显著影响土壤呼吸速率,与传统耕作相比,免耕覆盖处理显著降低了旱地农田土壤呼吸速率;而相同耕作处理下,增施有机肥会显著提高土壤呼吸速率,说明翻耕和增施有机肥均会促进土壤呼吸。冬小麦季土壤温度和水分是土壤呼吸的主要影响因素,其中土壤温度可以解释土壤呼吸变化的83.2%~93.7%,土壤水分可以解释44.0%~76.5%,土壤温度对土壤呼吸的影响大于土壤水分;土壤温度对土壤呼吸的影响程度因不同耕作施肥处理而异,翻耕和增施有机肥均会提高土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10)),免耕覆盖条件下减小了土壤呼吸受温度的影响程度。     

Enhancing Soil Quality through Residue Management in a Rice-Wheat System in Fukuoka,Japan

A long-term experiment (LTE) on a rice-wheat system was initiated in 1963 at the Kyushu National Agricultural Experiment Station, in Fukuoka, Japan, to determine the effects of continuous application of rye grass/wheat straw, rice straw and rice straw compost, alone or in combination with inorganic N on crop yields. Increase in rice yields and enhancement of total soil C and N contents with the application of organic residues in this LTE have been reported earlier. However, evaluation of the changes in the soil microbiological properties and the decomposable C fraction of soil organic matter that is needed for soil quality assessment is still lacking. Soil samples were collected after rice harvest in 2003 from the organic residue treatments and unfertilized control, air-dried and incubated for 1 month under aerobic [50% water-filled pore space (WFPS)] and flooded conditions prior to the analysis of the amount of microbial biomass C (MBC), soil respiration and the amount of potential mineralizable N (PMN). The contents of total C (TC), total N (TN), organic C (OC), hot water-extractable C (HWEC) and permanganate-oxidizable C (POC) were determined from air-dried soils. Organic residue incorporation brought about significant increases in the contents of TC, TN, OC, POC, HWEC and PMN. The largest accumulation of total C (23%) and N (72%) in the soil was from rice straw compost, compared with that from rice straw (C, 7% and N, 33%) and rye grass/wheat straw (C, 9% and N, 29%). Incorporation of rice straw compost also increased the amount of MBC under both aerobic and flooded conditions and basal soil respiration under aerobic conditions only. An efficient utilization of C by microorganisms was indicated by a significantly lower metabolic quotient (qCO₂) in the composted and uncomposted rice straw treatments compared with the control in the “-” N treatment under aerobic conditions. Similarly, the flush of CO₂ after rewetting of dry soil per unit of HWEC was lower in the organic matter treatments, indicating a more efficient C utilization and lower C losses per unit of available C. The content of HWEC was significantly correlated with the basal soil respiration (at 50% WFPS), the amounts of MBC, PMN and with the increase in the content of soil organic C in the residuetreated soils. In the treatments without inorganic N fertilizer, grain yield was significantly correlated with the amounts of total organic C, HWEC, MBC (at 50% WFPS), basal soil respiration (at 50% WFPS) and the amount of PMN.     

设施菜田土壤呼吸速率日变化特征分析

研究设施菜田土壤呼吸速率日变化特征对于了解CO₂排放对环境和作物生长的影响十分重要。本研究采用CO2红外分析仪 动态箱法在2009年秋冬季和2010年冬春季监测了不同有机肥和氮肥处理下设施菜田土壤呼吸速率的日变化特征。结果表明: 施用有机肥和秸秆明显提高设施菜田土壤呼吸速率, 尤其是在高氮投入下, 鸡粪和小麦秸秆混施土壤呼吸速率明显高于其他处理; 不同季节各处理土壤呼吸速率的日变化特征基本一致, 土壤呼吸速率的最大值出现在14:00-17:00; 随着温度升高, 土壤呼吸速率逐渐增加, 但是过高的温度和CO₂浓度均会抑制土壤呼吸速率; 上午8:00-11:00测定的土壤呼吸速率值与土壤呼吸速率日平均值基本一致, 可采用上午8:00-11:00土壤呼吸速率的观测值评估设施菜田CO₂的排放量; 施肥、温度和温室内近地面CO₂浓度是影响不同季节土壤呼吸速率日变化的主要因素, 合理调控对于实现设施蔬菜的可持续发展具有重要意义。     

不同秸秆还田方式对黄土高原坡耕地土壤呼吸的影响

选取豫西黄土高原典型玉米坡耕地,设置常规耕作+秸秆不还田（CT）,常规耕作+秸秆还田（TSI）和常规耕作+秸秆覆盖（TSM）3种处理,采用LI-8100A土壤碳通量测定系统,研究非生长季不同秸秆还田方式对土壤呼吸时空变化的影响。结果表明:CT,TSI,TSM处理下土壤呼吸速率随时间变化趋势基本一致,变化范围分别为0.22～1.23,0.29～1.35,0.26～0.91 μmol/（m²·s）,在温度和水分较低时段3者差异不显著,在温度和水分较高的时段3种处理土壤呼吸差异显著,表现为TSI > CT > TSM。3种处理不同坡位土壤呼吸有明显差异,总体表现为坡下 > 坡中 > 坡上,TSM处理下土壤呼吸空间异质性明显低于其他两种处理;不同坡位土壤温度和水分呈现明显的差异性,表现为坡下 > 坡中 > 坡上,并随温度和水分的升高,空间差异性增大。不同处理下土壤呼吸与温度和水分都呈现出显著的线性相关关系（p < 0.01）。秸秆覆盖在非生长季能有效减少土壤呼吸量,而秸秆还田增加土壤呼吸量,因此秸秆覆盖从减少温室气体排放的角度是较合理的秸秆还田方式。     

秸秆覆盖方式和施氮量对河套灌区夏玉米氮利用及产量影响

为探究夏玉米氮素转运利用规律、产量及土壤NO3－-N含量分布对秸秆覆盖方式和施氮量的响应,在河套灌区开展2a不同秸秆覆盖方式（秸秆表覆B处理、秸秆深埋S处理）和不同施氮水平（不施氮N0、低氮N1、中氮N2、高氮N3）的田间试验,以传统耕作模式为对照（CK处理）。结果表明：在0～100 cm土层,各处理NO3－-N含量随施氮量增加而增大,成熟期B和CK处理随土层加深呈先减后增趋势,而S处理呈先增后减趋势;B处理提高0～20 cm土层NO3－-N含量,而S处理提高20～40 cm土层NO3－-N含量（P<0.05）;秸秆覆盖可减少0～100 cm土层NO3－-N累积损失量,且显著提高氮肥利用率及夏玉米氮素转运量对籽粒产量的贡献率,SN2处理效果较佳。相比CK处理,成熟期的SN2处理2 a平均NO3－-N累积损失量降低39.6%,氮肥利用率较提高28.5%,夏玉米氮素转运量对籽粒产量的贡献率提高32.1%,增产9.3%。综合分析,秸秆深埋配施中氮效果较佳,可实现河套灌区夏玉米提效增产的目标,并减少深层土壤NO3－-N累积损失量,为优化河套灌区夏玉米耕作施氮模式和缓解农业面源污染提供参考。     

生物炭的10年土壤培肥效应

大量短期的室内试验和田间试验研究表明,施用生物炭可以增加土壤碳固定,提升土壤肥力和作物产量,然而关于生物炭的长期土壤肥力效应尚不明确。为此,依托持续10年的生物炭的田间定位试验[4个处理:对照(CK)、生物炭4. 5 t·hm-2·年-1(B4. 5)、生物炭9 t·hm-2·年-1(B9. 0)、秸秆还田(SR)],研究了长期施用生物炭对土壤肥力状况的影响。结果显示,与对照相比,长期施用生物炭和秸秆还田对土壤p H值没有显著影响,但容重降低了2. 2%～8. 2%,施用生物炭的土壤电导率降低了1. 5%～7. 8%,而秸秆还田处理土壤电导率提高了4. 7%～13. 4%。施炭和秸秆还田使土壤有机质(SOM)含量增加57. 7%～123. 1%,总氮含量提高11. 3%～21. 9%,总磷没有显著性变化。不同处理土壤NH+4-N含量的差异不显著,而施用生物炭和秸秆还田土壤NO-3-N含量增加3. 8%～67. 1%,且高炭处理的效果显著。土壤有效磷含量显著降低了23. 1%～42. 0%,速效钾含量上升了2. 0%～23. 1%。总体而言,长期施用生物炭提升了土壤肥力,尤其是对土壤有机质的提升有显著的效果。