可溶性有机碳的含量动态及其与土壤有机碳矿化的关系

采用我国东部地区的黑土、潮土、黄泥土和红壤水稻土,通过室内分析和培育试验,研究了不同水分条件下可溶性有机碳含量及土壤有机碳矿化量的动态变化,分析了淹水导致可溶性有机碳含量的变化程度及其对土壤有机碳矿化量的可能影响.结果表明,可溶性有机碳含量与水土比呈直线相关关系,累计提取量随浸提时间增加,单次提取量随提取次数降低.在8周的培养期内,淹水处理的可溶性有机碳含量均显著高于好气处理,黄泥土一号高46%～117%(p＜0.05),黄泥土二号高112%～285%(p＜0.001),潴育黄泥田高21%～73%(p＜0.05).在培养的前3周(黄泥土一号)或前4周(黄泥土二号),不同水分处理的日均土壤有机碳矿化量有极显著差异(p＜0.01),其后,差异不显著;但在整个培养过程中,淹水处理的累计土壤有机碳矿化量均极显著高于好气处理(p＜0.01).培养过程中,土壤有机碳的矿化速率动态与可溶性有机碳含量的变化趋势相一致,特别是黄泥土二号,可溶性有机碳含量与土壤有机碳日均矿化量达到极显著的相关关系(好气相关系数0.942,淹水相关系数0.975).结果还表明,两种黄泥土有机碳矿化量(包括日均矿化量和累计矿化量)的差异并不与全土有机碳含量相关,而主要是其可溶性有机碳含量明显不同所致.因此,对于原土可溶性有机碳含量较高的土壤,淹水显著提高可溶性有机碳量是导致其土壤有机碳矿化量高于好气处理的主要原因.     

外源有机碳对黑土有机碳及颗粒有机碳的影响

为了阐释外源有机碳在土壤有机碳运转中的作用机制,以黑土为供试材料,进行了5年的室外培养试验,并结合室内全土及颗粒组分单独矿化培养试验,研究了不同外源有机碳对黑土有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)含量及其矿化特征的影响。试验包括单施化肥、牛粪配施化肥、鸡粪配施化肥、秸秆配施化肥和树叶配施化肥5个处理。结果表明:(1)单施化肥黑土SOC的损失主要来源于POC的损失,外源有机碳有利于SOC和POC的累积,与对照相比,禽畜粪便处理的SOC和POC平均增加幅度分别为16.6%和27.8%,植物残体处理的SOC和POC平均增加幅度分别为27.0%和46.4%;(2)一级动力学方程能较好地描述SOC和POC的矿化动态(R~20.9),且POC比SOC易矿化,POC的60d累积矿化量是SOC的3倍以上;(3)禽畜粪便处理和植物残体处理的POC平均矿化率分别为31.5%和29.8%,禽畜粪便处理的POC更易矿化;(4)外源有机碳有效降低了黑土有机碳的矿化,尤其是牛粪,其SOC矿化率为1.9%,比对照低了3.4%,其POC矿化率为24.8%,比对照低17.4%;(5)外源有机碳在黑土中的碳累积能力表现为树叶秸秆牛粪鸡粪。     

高寒草原土壤有机碳矿化对水氮添加的响应

[目的]研究不同水氮添加下的高寒草原土壤有机碳矿化过程,探讨土壤性质与土壤碳矿化的关系,为揭示全球变化背景下高寒草原土壤碳转化规律提供科学依据。[方法]设置45%,60%,75%,90%的田间持水量(WHC)4个水分梯度和4个氮添加梯度(0,0.2,0.4,0.8 mg/g)进行室内培养,分析CO_2浓度,测定土壤溶解性有机碳(DOC)、土壤微生物生物量碳(MBC)含量以及土壤酶活性。[结果]①在水或氮添加范围内,土壤有机碳矿化量呈抛物线变化趋势,土壤碳矿化受水分调控更加敏感,氮添加对土壤碳矿化的影响依赖于水分添加量。②土壤水分从45%增加到60%WHC,加速了土壤中可溶性物质溶出,增加了有机碳矿化;施氮量从0 mg/g增加到0.4 mg/g,土壤有机碳含量、土壤微生物量碳含量呈上升趋势,刺激了土壤有机碳的矿化。③90%田间持水量WHC的高水分添加与45%田间持水量土壤水分下的高氮添加(0.8 mg/g)抑制高寒草原土壤碳矿化,高水分添加通过降低土壤通透性抑制有机碳矿化过程,高氮添加通过降低土壤DOC生物有效性、土壤MBC含量、土壤酶活来抑制土壤有机碳矿化过程,高氮添加对碳矿化的抑制作用在90%WHC条件下得到缓解。[结论]随着未来氮沉降量与降雨量的持续增加,青藏高原高寒草原土壤有机碳的矿化作用可能会受到抑制,有利于高寒草原土壤有机碳积累。     

长期施肥对黄壤性水稻土有机碳矿化的影响

以贵州省农业科学院内黄壤性水稻土长期(22年)定位施肥试验为对象,采用室内模拟培养试验研究了不施肥(对照,CK)、施化肥(NPK)、低量有机无机肥配施(0.5MNPK)、施牛粪(M)和常量有机无机肥配施(MNPK)对土壤有机碳矿化的影响。结果表明:NPK处理土壤有机碳含量(21.6 g kg~(-1))与CK处理(22.8 g kg~(-1))基本相同,而0.5MNPK、M和MNPK处理的土壤有机碳含量较CK处理分别提高了30.6%、72.9%和62.2%,其中,M和MNPK处理差异达显著水平(p0.05)。模拟培养条件下,CO2产生速率在培养的第2天达到最大值,然后迅速下降,而后缓慢下降(第4~24天),后期(第24~30天)趋于稳定;各处理土壤有机碳矿化速率大小依次为:MMNPK0.5MNPKCKNPK,各处理土壤有机碳矿化速率随时间的动态变化均符合对数函数关系(p0.01)。培养结束(30 d)时,各处理土壤有机碳累积矿化量为1.23~2.37 g kg~(-1),以M处理和MNPK处理较高,较CK处理(1.46 g kg~(-1))分别增加了62.6%和44.2%(p0.05);各施肥处理土壤有机碳的累积矿化率(土壤有机碳累积矿化量/土壤有机碳含量)较CK处理(6.4%)均有所下降,以M处理和MNPK处理下降较多,降幅分别为1.2%和0.9%。土壤有机碳累积矿化量随培养天数的动态变化可以用一级动力学方程拟合(p0.01),模拟结果表明,CK处理土壤潜在可矿化有机碳量为1.55 g kg~(-1),与CK处理相比,NPK处理下降了11.6%,但差异不显著(p0.05),而有机肥处理(0.5MNPK、M和MNPK)有不同程度的提高(21.3%~73.6%),其中,M和MNPK处理提高幅度较大(p0.05);同时,MNPK处理能够提高土壤有机碳的周转速率,减少周转时间。上述结果指示黄壤性水稻土长期施用有机肥(0.5MNPK、M和MNPK)能够提高土壤有机碳的矿化速率,在促进土壤有机碳积累的同时降低其累积矿化率(单位有机碳矿化水平),增强土壤固碳能力。     

亚热带常绿阔叶林土壤溶解性有机碳和微生物量碳对氮磷添加的响应

以安徽省祁门县查湾林场常绿阔叶林为研究对象,研究土壤溶解性有机碳和微生物量碳的季节变化特征及其对氮磷添加的响应。结果表明,0~30 cm土层DOC平均含量在不同月份之间的变化范围为126~298 mg kg-1。中坡林分不同处理土壤DOC平均含量高低顺序为N(300 mg kg-1)N+P(257 mg kg-1)CK(241 mg kg-1),坡顶林分施N处理和N+P处理间的DOC含量接近,差异不显著。中坡和坡顶林分土壤MBC季节变化基本呈双峰趋势,其峰值均出现在2012年11月和2013年3月。中坡林分土壤MBC含量在2013年的1、5、7月施N和N+P处理都低于CK,而坡顶林分MBC含量在2012年7月和9月2013年5月与7月MBC含量都表现为N+PCKN。土壤微生物量碳与土壤溶解性有机碳及土壤有机碳之间呈极显著相关。     

耕作制度对紫色水稻土根际与非根际土壤有机碳矿化的影响

以稻田免耕长期定位试验点为平台,研究耕作制度对紫色水稻土根际与非根际土壤有机碳矿化的影响。结果表明,不同耕作制度下稻田土壤有机碳日均矿化量均表现前期快速下降而后逐渐趋于平稳,培养结束时有机碳日均矿化量仅为第1天的3.1%～6.7%;另外,实行稻油轮作可有效降低土壤有机碳矿化速率。垄作免耕(中稻-油菜)处理有机碳日均矿化量、累积矿化量及矿化强度均为根际大于非根际土壤,而其他处理则是根际小于非根际土壤。稻田根际与非根际土壤有机碳平均日均矿化量随培养时间均符合幂函数变化规律,在62d培养期内,除第1天外,非根际土壤平均日均矿化量均大于根际土壤平均日均矿化量,差异变幅范围为67.0%～98.7%。各处理稻田根际与非根际土壤有机碳日均矿化量、累积矿化量和矿化强度均与其相应pH显著相关;根际与非根际土壤间有机碳日均矿化量和累积矿化量差异均与其微生物生物量碳、氮含量显著相关。     

塔里木盆地北缘绿洲不同土地利用方式下土壤有机碳含量及其碳矿化特征

[目的]探讨土地利用方式对土壤有机碳含量及碳矿化的影响,为塔里木盆地北缘绿洲土壤生态系统的保护和恢复建设提供理论依据。[方法]基于野外采样和室内培养试验,分析土壤有机碳含量的基本特征,利用回归分析法拟合出土壤有机碳矿化动态变化过程。[结果]矿化累积释放的CO2含量大小依次为:果园棉田人工林弃耕地荒草地盐碱地沙地。不同土地利用方式土壤有机碳矿化反应趋势相同,1~6d为快速分解阶段,日均矿化量高但反应时间短,6~28d为缓慢分解阶段,动态变化与前者相反。有机碳矿化率大小依次为:沙地荒草地盐碱地弃耕地人工林棉田果园,沙地最高,达(10.36±0.24)%,表明沙地土壤有机碳稳定性最差,而果园具有较强的固定有机碳能力。[结论]土地利用方式对土壤有机碳矿化及其固碳能力均有显著影响。     

长期不同施肥措施下黑土有机碳的固存效应

利用开始于1979年的黑土长期定位试验,研究长期不同施肥措施下土壤有机碳含量演变特征、固碳效应及外源碳输入对土壤固碳的贡献。结果表明:长期单施化肥土壤有机碳含量较试验前下降了11.6%~16.1%,有机肥与化肥配施土壤有机碳含量呈上升趋势,常量有机肥化肥配施(MNP、MNPK)土壤有机碳含量分别上升了6.5%和8.4%,二倍量有机肥化肥配施(M2N2、M2N2P2)土壤有机碳含量分别上升了7.7%和11.6%。不施肥和施化肥土壤有机碳储量呈现亏缺,亏缺量在3.5~6.1t/hm2。有机肥与化肥配施土壤有机碳储量表现为盈余,M2N2P2处理盈余量最高,达到1.9t/hm2。年均有机碳投入量与土壤固碳速率呈显著的线性正相关,表明黑土仍具有一定的固碳潜力。黑土碳投入的转化效率为34.1%,若要维持黑土有机碳库平衡,则每年至少投入1.416t/hm2有机碳。可见,在黑土区增加土壤碳投入(有机肥)仍然是最有效的土壤固碳措施。     

不同土层水稻土培养条件下有机碳矿化规律研究

以湖南省桃源县水稻土为研究对象,基于土壤有机碳三库一级动力学理论,从垂直变化角度研究水稻土总有机碳(Ct)、活性碳(Ca)、缓效性碳(Cs)、惰性碳(Cp)的含量及有机碳矿化特征的相关规律。研究结果表明:1总有机碳、活性碳、缓效性碳、惰性碳含量分别与土层深度成负相关,相关系数分别为0.8431、0.8516、0.8320、0.7734(P0.01),土层越深活性碳占总有机碳比例越小,惰性碳占总有机碳比例越大。2按照CO2-C释放速率变化程度,将矿化曲线划分为快速矿化(平均约7.94 d)、缓慢矿化(平均约28 d)和平衡矿化三个阶段,其中快速矿化阶段主要为活性碳矿化。3土壤有机碳矿化速率、累积矿化量、矿化比例等都随土层加深而减小,但30~60 cm土层有机碳总量大,其有机碳矿化总量的变化对1 m深有机碳矿化总量变化的影响大。4偏相关分析表明不同土层土壤有机碳各组分含量、有机碳矿化总量与土壤全氮含量和土壤p H相关,即土壤性质影响有机碳矿化特征。由此得出,深层土壤有机碳也参与全球碳循环,并且全氮含量和p H会影响深层碳库成为碳源或是碳汇,在研究全球碳循环时应给予充分重视。     

土壤水分和植物残体对紫色水稻土有机碳矿化的影响

采用为期62.d的实验室恒温(281)℃培养方法,研究了土壤水分和植物残体对紫色水稻土有机碳矿化的影响。结果表明,紫色水稻土有机碳矿化速率在培养30.d后基本达到稳定,好气条件下土壤有机碳累积矿化量高于淹水条件,且差异达到极显著水平。用一级动力学方程对植物残体的矿化速率进行拟合表明,好气条件下,植物残体的分解速率常数(k值)大小顺序为蚕豆秸秆玉米秸秆水稻秸秆,而淹水条件则为水稻秸秆蚕豆秸秆玉米秸秆。水分状况和植物残体化学组分的差异影响紫色水稻土中有机碳的动态变化,最终导致碳累积矿化量差异。     

黑碳添加对土壤活性有机碳和原有机碳的影响

通过室内培养实验,向土壤(甘蔗土)中分别添加不同用量的黑碳(BC,350℃热解水稻秸秆),添加量分别为0(BC0)、1％(BC1)、2％(BC2)、3％(BC3)、4％(BC4)和5％(BC5),研究黑碳添加量对土壤活性有机碳和原有机碳的影响.结果表明,在25℃培养条件下,土壤易矿化碳(Cm)随黑碳添加量的增加而增加;土壤微生物生物量碳含量亦随添加量的增加呈增加趋势(BC3处理除外).土壤可溶性有机碳含量在BC1、BC2和BC3处理之间的差异不显著,并显著低于对照土壤(BC0);应用δ13C自然丰度方法研究发现,BC1处理抑制了土壤原有机碳分解,而BC2、BC3、BC4和BC5处理促进了土壤原有机碳的分解,但统计上未达显著水平.     

Carbon Dioxide Capture with Amine-Grafted Activated Carbon

There are several possible methods by which amine groups can be grafted on the surface of activated carbon (AC) to improve their capacity for CO₂ adsorption. Ethylenediamine and diethylenetriamine were selected as amino compounds for anchoring on the surface of an oxidized AC. Oxidation of AC was carried out by concentrated nitric acid. For each amino compound, two “in-solvent” and “solvent-free” methods with a number of grafting times were studied. Nitrogen adsorption–desorption at 77 K and proximate and ultimate analysis were used to determine physical and chemical characteristics of the samples. Temperature-programmed (TP) CO₂ adsorption test from 30°C to 120°C were performed to investigate the effect of modification on CO₂ capture. The modification clearly had a negative effect on the textural characteristics of the samples, so the samples showed a less CO₂ uptake at lower temperatures. However, the decrease of capture capacity with increasing temperature is to somewhat softer for amine-grafted samples, so that they have a capacity comparable to the parent sample or even more than that at elevated temperatures. This property may give the new adsorbents this opportunity to be used at flue gas temperature with a higher efficiency. CO₂ capture capacity per unit surface area of all the amine-modified samples, however, was significantly improved, compared to the parent sample presenting a great influence of amino groups on the CO₂ capture capacity. Moreover, the used amine compounds and grafting methods were compared in terms of adsorbent characteristics and CO₂ uptake curves. Cyclic adsorption–desorption tests showed a satisfactory regeneration for the modified samples.     

基于碳均衡视角的湖南省碳排放与碳吸收时空差异分析

以中部典型省份湖南省为例,采用湖南省及14个地级市的煤炭、石油、天然气等能源消耗、水泥产量数据以及林地、草地等土地利用数据,基于碳均衡视角,利用碳排放、碳吸收、净排放测算模型,估算并模拟分析湖南省碳排放与碳吸收的时空差异。结果表明:(1)2000-2009年,湖南省碳排放总量年均增加523.98×104 t,其中,化石燃料燃烧碳排放占湖南省碳排放总量的比例长期稳定在85%以上,是最主要碳源;(2)2009年断面数据表明,湖南省碳排放总量存在明显的区域差异,其中,岳阳、娄底、郴州、衡阳、长沙、湘潭6市属高碳区,常德、益阳与株洲3市属中碳区,邵阳、怀化、永州、张家界与吉首5市属低碳区;(3)2003-2009年,湖南省碳吸收量呈现出小幅增长趋势,导致湖南省净排放迅速增加,由2003年的2 608.01×104 t增加到2009年的6 554.62×104 t,7年净排放累计为35 086.11×104 t;(4)2005年断面数据表明,湖南省碳吸收也存在明显的区域差异,其中怀化、永州、郴州与邵阳4市属高值区,衡阳、常德、株洲、张家界、长沙、岳阳及益阳7市属中值区,娄底、湘潭与吉首3市属低值区;(5)2003-2009年,湖南省碳排放与碳吸收之间未达到均衡状态,净排放由2003年的2 608.01×104 t增加到2009年的6 554.62×104 t。     

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。     

河南省碳排放与碳吸收动态分析

为探求河南省化石能源消耗及工业生产过程对省域碳循环影响,利用ORNL和EEA提出的区域碳排放和碳吸收定量模型,估算并分析2000-2009年河南省域碳均衡动态变化。结果表明:2000-2009年河南省碳排放量为119 295.76×104 t,其中化石燃料排放量占碳排放总量的92.3%,工业生产过程碳排放为7.7%;煤炭消耗是化石能源利用中最大碳源,占化石能源碳排放总量的89.53%,其次分别是水泥生产和原油耗用,燃料油消费碳排放量最小,仅占0.43%;近10年来河南省人均碳排放量逐步递增,并于2003年超出全国平均水平,同期万元GDP的碳排放强度先增后降,能源利用效率明显提高;河南省2009年林地碳吸收能力为387.57×104 t,近10年增长了67%,而同期碳排放量增加了1.925倍,导致省域碳赤字迅速增加,并于2009年达到12 886.92×104 t;最后提出了河南省碳减排的措施建议。     

黑碳在土壤有机碳生物地球化学循环中的作用

黑碳是化石燃料或生物有机体不完全燃烧形成的一种含有芳香环的高聚物,碳元素含量在60%以上,另含有氢、氧、氮、硫等元素。新近的研究证实,黑碳通过在缓慢的土壤有机碳库中的循环,对全球碳和氧的地球生物化学循环起到极其重要的作用。本文对黑碳的基本概念、理化性质、在土壤中的作用及测定方法进行了综合评述,提出了开展土壤黑碳研究的重要性和必要性。以期为我国开展土壤黑碳的相关研究提供理论参考。     

碳中和背景下统筹土地利用碳收支的广东省横向碳补偿

[目的] 碳补偿机制是实现双碳目标和社会环境公平的重要途经。[方法] 在测算2010—2020年碳收支基础上,建立碳补偿模型核算碳补偿空间转移额度。[结果] (1)研究期间全省碳排放总量年平均递增率为2.51%,除佛山、东莞、清远外其余城市的碳排放均不同程度增加,空间上呈现以广州为中心的"核心-外围"的格局。广东省2010—2020年碳吸收总量呈现缓慢下降趋势,空间格局趋于稳定,总体呈现北高南低的特点。(2)研究期间碳补偿支付区范围变大,面积占比由55.22%扩大至60.49 %,支付区主要分布净碳排放较多的惠州及净碳排放少但碳排放效率低的云浮、阳江等,受偿区主要分为2类,一类是净碳排放量少的河源、汕尾等地;另一类是碳排放多但碳排放效率高的深圳、广州、东莞等。(3)惠州需支付碳补偿额度居于首位,深圳获得碳补偿额度最多,各市跨区域碳补偿额度占区域GDP的比例在0.017%~0.095%波动,跨区域碳补偿具有可操作性。[结论] 为实现广东省区域间的低碳协同发展,未来应建立以政府为主导的区域横向碳补偿制度,并实施以低碳为导向的差异化的低碳优化策略,这对区域协调和低碳发展具有重要的现实意义。     

Quantitative Measurement of Organic Carbon in Mine Wastes: Methods Comparison for Inorganic Carbon Removal and Organic Carbon Recovery

The present study aims to evaluate carbon recovery and analytical precision of two methods based on dry combustion for organic carbon (OC) quantification in base metal mine tailings: (1) IC subtraction method (inorganic C(IC) measured and subtracted from total C) and (2) direct OC quantification after acid pretreatment. Results showed IC subtraction method effectively hydrolyzed a range of IC minerals [calcium carbonate (CaCO₃), magnesium carbonate (MgCO₃), dolomite, magnesite, calcite] with satisfactory IC (as CO₂ released) recovery (87–103 percent). In the direct OC quantification method, 5 M hydrochloric acid (HCl) pretreatment resulted in a satisfactory recovery (76–92 percent) of most organic compounds [ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), cellulose, plant litter, and charcoal], except for water-soluble OC (sucrose, 40 percent recovery). The precision of both methods declined when C levels were <5 g kg^?1 with RSD (Relative Standard Deviation) > 10 percent. The OC values in test samples of base metal mine tailings were comparable between the two methods. However, IC subtraction method is not applicable for tailings with low OC levels (<5 g kg^?1) until the precision is substantially improved. Moreover, compared to the IC subtraction method, OC values are significantly lower in direct OC quantification method for tailings with high OC levels.     

Trihalomethanes Adsorption on Activated Carbon Fiber and Granular Activated Carbon

Isotherms and the effects on activated carbon fiber (ACF), compared with granular activated carbon (GAC), adsorption of trihalomethans (THMs) in water were studied. It was found that the isotherms for ACF or GAC were not agree to Langmuir equation well, but successfully correlated by Freundlich equation, and the coefficients of Freundlich isotherm were given and compared to isotherms reported in the literatures for THMs. ACF and GAC adsorbing THMs was exothermic, isotheric heats of adsorption were calculated and increased with increasing bromine substitution in CHCl₃. The adsorptive capacity of ACF was about two-fold greater than that of GAC, and increased with THMs more hydrophobic or bromine substitution. pH value and temperature had no significant effect on the adsorptive capacity of ACF. The adsorptive capacity of GAC was decreased with temperature slightly. The adsorptive capacities of ACF or GAC was increased with the THMs initial concentration rising. Fixed-bed reactor studies were measured, the amount of THMs adsorbed on ACF column at saturation was much greater than that of GAC at the same operating conditions, and the running time of ACF column was two-fold longer than that of GAC column. The mass transfer zones of ACF column were less than those of GAC column and decreased as the chlorine atoms in CHCl₃ substituted by bromine atoms, while the mass transfer zones of GAC column were quite uniform.