有机肥施用年限对土壤有机碳组分及其来源与玉米产量的影响

松嫩平原西部土壤盐渍化现象普遍,严重制约着农业的发展。施用有机肥能够提高土壤有机碳的含量,这是改良盐碱土的核心。该研究依托盐碱土改良长期定位试验,依据施用有机肥的年限,共设置4个处理,分别为:施用有机肥5a、9a和16a的处理,以未施肥的盐碱土壤作为对照处理。试验通过对土壤δ13C值、土壤有机碳组分、玉米产量、土壤pH和电导率等多项指标的测定,量化玉米源及有机肥源有机碳对土壤总有机碳的贡献,明确各有机碳组分的分配比例,探讨长期施用有机肥对盐碱土壤有机碳来源、组分、玉米产量及盐碱程度的影响。结果表明:长期施用有机肥与种植玉米的方式显著增加盐碱土壤的δ13CSOC值(P0.01),且δ13CSOC值随培肥年限的增加而增加;同时以植物及土壤的δ13CSOC值为基础,借助二元方程计算得出盐碱土壤有机培肥9a后土壤有机碳中来源于玉米残茬的比例为14.36%,来源于有机肥的比例为25.92%,盐碱土壤原有有机碳所占的比例为59.72%;长期施用有机肥显著增加玉米产量,降低土壤pH和电导率,并且随有机肥施用年限的增加玉米产量提高,土壤pH和电导率呈下降趋势;长期施用有机肥显著增加有机碳各组分的碳密度,0～40 cm土层的活性I、活性II和惰性有机碳的密度,随有机肥施用年限的增加均呈现出递增的变化趋势;土壤有机碳总量的增加来自于各组分含量的增加,0～40 cm土层有机碳含量的增加主要源于惰性和活性II有机碳,其次是活性I有机碳。综上所述,有机培肥是土壤有机碳及玉米产量提升的双赢措施,且有机肥源有机碳对有机碳的贡献大于玉米源碳的输入。长期有机培肥可以丰富植物的直接碳源,亦可促进碳素的长期固存,增强盐碱土的碳汇功能。     

荒漠草原土壤次生碳酸盐形成和周转过程中固存CO2的研究

次生碳酸盐是干旱、半干旱地区土壤碳库的一个重要组成部分,较有机碳库大2倍~5倍,其形成与周转对该地区土壤碳平衡具有十分重要的意义。本文以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为研究对象,拟通过分析测定土壤碳酸盐(SC)含量及其δ13C值、土壤CO2的δ13C值和母质风化物的δ13C值等,探讨土壤次生碳酸盐形成和重结晶过程中对土壤CO2的固定,并计算其固定量。结果表明:次生碳酸盐的δ13C值主要由土壤CO2的碳同位素组成决定,可用土壤CO2的δ13C值计算次生碳酸盐的δ13C值。对该研究区SC进行区分,发现在40~50、50~60、60~80和80~100 cm土层,次生碳酸盐所占的比例分别为83.6%、65.4%、41.7%和17.4%。应用δ13C值和化学平衡原理估算该地区次生碳酸盐形成和重结晶过程中固定的CO2量,得出40~50、50~60、60~80和80~100 cm土层每千克土壤中分别固定了38.3、39.2、25.1和9.2 g的土壤CO2。13     

大兴安岭森林土壤矿物结合态有机碳与黑碳的分布及土壤固碳潜力

稳定性土壤有机碳(SSOC)决定着土壤抗干扰与固碳能力。量化了大兴安岭森林土壤两种典型的SSOC:矿物结合态有机碳(MOC)与黑碳(BC),并以矿物结合态碳库为碳饱和容量来估算土壤的固碳潜力。MOC的量化采取物理分组和化学分离两种方法,BC的分析采用重铬酸钾氧化法。结果表明:粒级分组方法过高估计了MOC,矿物结合态有机质中的有机碳并非完全与矿物络合。BC占土壤有机碳(SOC)的比例约为25.4%,其中,颗粒有机质(POM)中BC所占比例约为26.3%,说明颗粒有机碳(POC)并非绝对属于活性组分。表层土壤碳饱和水平达到了97.8%,而深层仅有21.2%,表明深层土壤的固碳潜力巨大,为当前深层SOC储量的1.86倍。目前的碳饱和理论均以SSOC为基础,然而,BC于POM中的存在说明了POC在土壤固碳潜力中的重要性。     

祁连山区成土过程驱动的土壤地形序列土壤有机碳固存特征

土壤有机碳（SOC）含量和动态是有机碳输入输出平衡和土壤固持能力共同作用的结果，前者主要受生物气候条件控制，而后者则主要受黏粒及无机矿物等土壤理化属性的影响。本研究通过沿海拔梯度选择表土地形序列作为“自然试验场”，探究祁连山区SOC含量及组分变化的控制因素。研究发现：该地形序列土壤母质主要来源于黄土沉积，土壤黏土矿物以绿泥石和水云母为主，指示该区域的整体弱风化特征。在巨大的水热梯度影响下，地形序列内土壤成土强度差异明显，低海拔地区土壤含有碳酸盐，随着海拔上升，碳酸盐物质逐渐淋失，SOC和铁铝氧化物含量增加。进一步分析发现，铁铝氧化物是SOC含量及组分方差的主要解释变量。偏相关分析显示，当控制铁铝氧化物后，气候对SOC含量及组分的影响不显著。这表明气候对SOC的影响可能主要通过影响土壤属性，造成铁铝氧化物等属性的差异，间接影响SOC的长期固存，且该机制主要作用于矿物结合态有机碳（MOC）组分。本研究对理解SOC固存及其对气候变化的动态响应有重要启示。     

玉米生长对石灰性土壤无机碳与有机碳释放的根际效应

利用IsoSource模型三源区分玉米根际土壤CO_2释放来源(根源呼吸、土壤无机碳与有机碳释放),研究玉米根际效应对石灰性土壤无机碳与有机碳释放的影响。在玉米拔节期(24～53 d)、抽穗期(54～66 d)和灌浆期(67～99 d)末分别破坏性取样,测定根系、土壤有机碳和无机碳的~(13)C含量等指标;自拔节期开始至生育期末,每隔3d测定种植玉米与不种玉米的土壤呼吸CO_2量以及13C-CO_2含量。结果表明,利用IsoSource软件三源区分土壤CO_2的排放,土壤CO_2排放累计量以根源呼吸贡献为主(48.0%),其次为土壤有机碳(31.2%),最小为土壤无机碳(20.8%)。玉米对土壤无机碳与有机碳释放均表现为正根际效应,从拔节期至生育期末,种植玉米土壤有机碳与无机碳的释放分别较不种植土壤多65%和156%。土壤无机碳对于稳定全球碳库和调节大气CO_2浓度具有重要意义,若忽视石灰性土壤无机碳对土壤CO_2释放的贡献,有可能高估土壤有机碳的分解。     

黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳的分布特征

为研究黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳含量和δ~(13) C值的分布特征,探讨黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳的分布和稳定性,为该地区黑土的合理利用及土壤的合理培肥提供理论依据,以黑土区不同有机碳含量的水稻土为研究对象,利用湿筛法和物理分组技术分离提取各级团聚体及其颗粒有机物,采用~(13) C稳定同位素质谱技术分析有机碳含量及其δ~(13) C值。结果表明,黑土区水稻土以2~0.25mm团聚体为主,土壤有机碳主要富集在0.25mm团聚体中,尤其是2~0.25mm团聚体中;团聚体有机碳的δ~(13) C值随团聚体粒级的减小而增大,2mm和2~0.25mm团聚体中有机碳的δ~(13) C值均小于土壤有机碳的δ~(13) C值,具有碳截获或碳固定能力,而0.25~0.053mm和0.053mm团聚体中有机碳的δ~(13) C值均大于土壤有机碳的δ~(13) C值,具有碳固持或稳定的能力;除B-2土样外,各土样均以2~0.25mm团聚体中的颗粒有机碳含量为最大,以0.25~0.053mm团聚体中的颗粒有机碳含量为最小,且该团聚体中颗粒有机碳含量与土壤有机碳含量呈显著正相关关系(r=0.917,P0.01),表明微团聚体闭蓄态的颗粒有机碳对土壤有机碳的固持和稳定发挥重要作用。土壤颗粒有机碳及各级团聚体中颗粒有机碳的δ~(13) C值均小于土壤有机碳及各粒级团聚体中有机碳的δ~(13) C值,团聚体颗粒有机碳的δ~(13) C值也随团聚体粒级的减小而增大。因此,黑土区水稻土中0.25mm的水稳性团聚体是有机碳的主要载体,团聚体颗粒有机碳作为活性碳库,较总有机碳更易反映黑土区水稻土有机碳的周转变化,其敏感性随团聚体粒级的增大而增强。     

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。     

用δ~(13)C法研究黑土添加有机物料后有机碳的变化规律

通过室内短期培养实验,利用δ13C的方法研究了外源有机物料分解过程中黑土有机碳的变化规律。结果表明:黑土中添加有机物料后,土壤有机碳的数量明显增加。在有机物料分解过程中,随着培养时间的延长,土壤有机碳的总量在逐渐下降,总的变化趋势是先快后慢,渐趋平缓,到培养结束(30天),有机物料在土壤中净残留率小于50%。黑土有机碳的δ13C值受进入土壤中有机物料的种类所影响,从数量上土壤有机碳的δ13C值可以反映土壤中不同来源有机碳的变化。在小麦秸秆分解过程中,新进入黑土中的有机碳转化较快,而土壤中固有的有机碳转化较慢,添加有机物料可以增加土壤中有机碳的固定。     

重新被“激活”的土壤无机碳研究

荒漠区植被稀疏、土壤有机碳含量低,在全球碳循环研究中,一直被忽略。但2006年前后,若干研究显示干旱荒漠区具有潜在的碳汇功能,一直被认为是死碳的土壤无机碳开始受到关注,长期被忽视的干旱荒漠区无机碳碳循环重新进入人们的视野。后续的研究显示,土壤中的溶解性无机碳并非来自土壤本身的碳酸盐,而是来自土壤空气或大气,是现代碳循环的一个重要环节。土壤温度的变化改变了CO2在土壤溶液中的溶解度,催生出一个日出夜进的"无机呼吸"过程。这个"无机呼吸"过程在广义干旱、盐碱土区普遍存在;在土壤生物过程微弱的荒漠区,可以主导地-气界面的碳交换。盐碱土改良过程中溶解性无机碳的淋洗,更可以直接形成储存于地下咸水层的无机碳汇。总之,在生命过程微弱的干旱荒漠区,无机碳过程可以主导地-气界面碳交换与碳汇的形成:尽管这里起关键作用的不是土壤碳酸盐,而是土壤中的溶解性无机碳。     

退化红壤植被恢复中表层土壤微团聚体及其有机碳的分布变化

采用超声波分散分离提取土壤微团聚体 ,通过测定有机碳含量、分析碳稳定性同位素 ,研究了退化红壤在植被恢复下土壤微团聚体粒组分布与有机碳分布 .结果表明 ,植被恢复尤其是豆科 -禾本科植物轮作较快地增加了土壤有机碳储存 ,这种碳存储表现为 2～ 0 .2 5mm团聚体的建成 ,并对微团聚体有机碳的稳定性同位素组成分异产生影响 .本文揭示了我国广泛实施的区域土壤治理和植被恢复措施促进了土壤碳截存 ,可以认为显著地贡献于陆地系统对大气CO2 的汇作用     

基于低碳经济的山东省德州市农田生态系统碳汇估算

依据2001-2010年农作物产量、耕地面积及农业投入等数据,对山东省德州市农田生态系统的碳汇进行了估算,并分析了其变化情况.结果表明,德州市2001-2010年农田生态系统的碳吸收总量呈增加的趋势,且2004年以来增加的趋势较明显;小麦、玉米作为主要的粮食作物,碳吸收量明显高于其他农作物,棉花作为主要经济作物,吸收量不高;2001-2010年,由于德州市发展生态、高效、优质农作物,碳排放呈现先增后减的变化;不同县市由于农业发展方向和发展特色的差异,具有不同的碳排放;在这3种途径的碳排放过程中,化肥施用过程中碳排放所占的比例较大,且呈减少的趋势;2001-2010年德州市碳吸收量为6.35×107t,碳排放总量为4.53×106 t,碳吸收量远远大于碳排放量,说明德州市农田生态系统具有较强的碳汇功能.     

不同有机物料还田对华北农田土壤固碳的影响及原因分析

中国农业面临着废弃物数量大、污染严重,农田土壤生产力低的现实问题。该研究以增加农田土壤固碳为目标对砂质农田进行有机物料还田,将秸秆、猪粪、沼渣和生物炭4种物料用尿素调节等氮还田,对农田土壤有机碳、颗粒有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳的含量进行测定,并探究不同有机物料还田对土壤有机碳的影响原因。研究结果表明:物料还田3a后,生物炭、猪粪和沼渣处理土壤有机碳(SOC)比秸秆处理分别高262.4%、26.8%和20.7%;2014—2015年生物炭处理的土壤微生物量碳(MBC)较秸秆处理降低2.9%~35.5%,猪粪处理和沼渣处理的土壤可溶性有机碳(DOC)分别提高17.1%~60.1%和7.2%~64.8%;2014—2015年生物炭、猪粪和沼渣处理土壤颗粒有机碳(POC)较秸秆处理提高10.8%~148.2%、9.5%~58.3%和11.3%~57.6%;物料还田后,土壤总有机碳(TOC)和POC呈极显著的回归关系(R2=0.67,P0.001),土壤DOC与MBC有极显著相关性(R2=0.52,P0.001)。与秸秆还田相比,生物炭还田有利于土壤POC的累积进而促进土壤有机碳的提升,猪粪和沼渣则通过提高土壤MBC、DOC和POC的含量,促进土壤有机碳的周转和固定。从农田土壤固碳角度而言,生物炭,猪粪和沼渣还田优于秸秆还田。     

Organic matter availability for denitrification in soils of different textures and drainage classes

Abstract

Soils from the A, B, and C horizons representing three natural drainage classes and differing textures were chosen to study relationships between denitrification rate and estimates of available carbon. The highest correlation with denitrification rate was obtained with total organic C. Water‐extractable C, mineralizable C and 0.1 N Ba(OH)2‐extractable C produced less satisfactory correlations. When soils of the B and C horizons only were included in the regression analysis, 0.1 N Ba(OH)₂‐extractable C was found to be unsatisfactory as a predictor of available C for soil denitrifiers. None of the four methods for estimating available C were found adequate for B and C horizon soils which were relatively low in available C. Coarser‐textured soils with relatively low C levels had correspondingly low denitrification rates. Regressions of denitrification rate on mineralizable C or water‐extractable C were nonsignificant with poorly drained soils whereas they were highly significant with well or imperfectly drained soils.     

上海市绿地表层土壤有机碳储量的估算

本文调查了上海市472个绿地土壤样点,通过对其土壤有机碳含量、密度等指标进行测定分析,最终估算出上海市绿地土壤表层有机碳储量,同时为预测上海市未来十几年的碳库变化提供数据支撑。研究结果表明:①上海市绿地表层(0～20 cm)土壤有机碳空间分异性较大,土壤有机碳含量和密度表现为西高东低,且自中心向四周逐渐增高。②不同绿地类型土壤有机碳含量大小依次为:公园绿地公共绿地道路绿地;有机碳密度的大小依次为:公共绿地公园绿地道路绿地。不同绿地类型土壤有机碳含量和密度差异显著,其中,城区不同绿地类型土壤有机碳含量和密度差异显著(P0.05),但郊区不同绿地类型土壤有机碳含量和密度差异不显著(P0.05)。③2015年上海市绿地表层土壤有机碳储量约为4.26×106 t。预计到2035年,上海市绿地表层土壤有机碳储量约可达到1.53×107 t。     

长白山森林土壤有机碳库大小及周转研究

主要分析不同森林植被下有机碳的分解动态和土壤碳库各组分大小、周转时间。结果表明：土壤样品培养90天，CO2累计释放量表层大致为1723～5065mg／kg、下层大致为178～642mg／kg。分解速率总的趋势是前期快，后期慢，表层明显大于下层。大小顺序为：冷杉林〉针阔混交林和阔叶林〉针叶林。在不同植被下的表层和下层土壤中，活性碳占总有机碳的0．54％～1．67％，0．45％～5．48％．平均驻留时间为11～56天、60～88天；缓效性碳占总有机碳的23．0％～63．3％，33．2％～72．2％，平均驻留时间为4～70年、24～161年；惰效性碳占总有机碳的35．5％～75．5％．26．0％～65．%。表层土壤的总有机碳、活性碳、缓效性碳和惰效性碳含量都明显大于下层。凋落物的化学组成主要决定活性碳库、缓效性碳库含量，土壤的粘粒含量等性质主要决定惰效性碳库含量。     

A device in the determination of si in dithionite-citrate-bicarbonate extract

In the determination of Si in dithionite-citrate-bicarbonate (DCB) extract (2) by the molybdenum blue heteropply method, the color develppment, is interfered by the presence of dithionite and citrate. Weaver el al. (4) have eliminated the interference by introducing air-bubbling for oxidation of the former and by the use of a large excess of molybdate solution as a complexing agent of the latter. This method, while,giving satisfactory results, has a disadvantage that air-bubbling is time-consuming. Moreover it often occurs that the analysis is delayed also due to the limitation of bubbling facilities particularly when many samples are treated at a time.     

A framework for integrating the terrestrial carbon stock of estates in institutional carbon management plans

Many institutions have substantial landholdings, but few consider soil carbon preservation and augmentation in their carbon management plans. A methodical framework was developed to analyse terrestrial carbon stocks (soil and tree biomass) for credible carbon offsetting strategies in institutional land. This approach was demonstrated at two farms (805 hectares) managed by Newcastle University. Soil carbon for three depths (0–30 cm, 30–60 cm and 60–90 cm) and above-ground tree biomass were quantified. These data provided a terrestrial carbon baseline to evaluate future land management options and effects. Historical land-use records enabled the following comparisons: (1) agricultural land vs. woodland; (2) arable land vs. permanent grassland; (3) organic vs. conventional farming; (4) coniferous vs. broadleaved woodland; and (5) recent vs. long-established woodland. Carbon storage (kg/m²) varied with land usage and woodland type and age, but only agricultural land vs. woodland, and for agriculture, arable land vs. permanent grassland, significantly affected the 0–90 cm soil carbon. At the university-managed farms, current terrestrial carbon stocks were 103,620 tonnes in total (98,050 tonnes from the 0–90 cm soil and 5,569 tonnes from tree biomass). These terrestrial carbon stocks were equivalent to sixteen years of the current carbon emissions of Newcastle University (6,406 tonnes CO₂ equivalents-C per year). Using strategies for alternative land management, Newcastle University could over 40 years offset up to 3,221 tonnes of carbon per year, or 50% of its carbon emissions at the current rate. The methodological framework developed in this study will enable institutions having large landholdings to rationally consider their estates in future soil carbon management schemes.     

上海农田生态系统碳源汇时空格局及其影响因素分析

以1990—2009年上海市农作物产量、农田面积、农业投入等相关统计数据为依据,对上海农田生态系统主要碳源汇进行了测算,分析了上海农田生态系统碳源汇的时空变化特征,并探讨了农田生态系统碳源汇的影响因素。结果表明,1999—2009年上海农田生态系统碳吸收总量总体处于逐步下降趋势,且经济作物和果蔬作物碳吸收比例分别下降和上升明显;碳排放总量则呈逐步下降并趋于稳定的趋势,农用化学品投入是其主要排放源;单位面积碳吸收和排放量则一直处于波动状态。2009年上海各区县农田生态系统碳吸收量、碳排放量和单位耕地面积碳吸收量均为远郊大于近郊,而单位耕地面积碳排放量则为近郊大于远郊。碳源汇影响因素相关性分析表明,碳吸收与粮食作物和经济作物产量显著正相关,而与果蔬作物产量显著负相关;碳排放与农用化学品投入和燃料动力使用以及耕作灌溉管理均显著正相关。     

Landuse impacts on soil organic carbon fractions in different rainfall areas of a subtropical dryland

Landuse can alter soil organic carbon (SOC) fractions by affecting carbon inflows and outflows. This study evaluated changes in SOC fractions in response to different landuses under variable rainfalls. We compared cropland, grassland and forest soils in high rainfall (Islamabad ~1142 mm) and low rainfall (Chakwal ~667 mm) areas of Pothwar dryland, Pakistan. Forest soils in both rainfall areas had highest SOC (11.32 g kg^?1), particulate organic carbon (POC, 1.70 g kg^?1), mineral-associated organic carbon (MOC, 7.17 g kg^?1) and aggregate-associated organic carbon (AOC, 7.86 g kg^?1). However, in rangeland and cropland soils, these varied with rainfall. Under high rainfall, SOC and MOC were 12% and 17% higher in rangeland than in cropland while POC and AOC were equal. Under low rainfall, SOC and MOC were higher in rangeland than in cropland by 7.21 and 1.79 g kg^?1 at 0–15 cm and equal at 15–30 cm depth. POC and AOC were higher in rangeland than in cropland, in both depths. Averagely, SOC, POC, MOC and AOC were 26%, 68%, 76% and 30% higher in high rainfall than in low rainfall soils. Sensitivity of SOC fractions to landuses observed under different rainfalls could provide useful information for soil management in subtropical drylands.     

滇中尖山河小流域不同土地利用类型土壤活性有机碳分布特征

土壤活性有机碳对土地利用方式最为敏感,定量分析不同土地利用方式对土壤活性有机碳分布特征的影响对流域的土壤碳循环研究具有重要意义。从滇中尖山河小流域坡耕地、荒草地、林地、园地4种不同土地利用类型角度,系统地分析了0—10,10—20,20—30 cm土层土壤有机碳（SOC）、微生物有机碳（MBC）、易氧化有机碳（EOC）及可溶性有机碳（DOC）的分布特征及其相关性。结果表明:不同土地利用类型下土壤SOC,MBC,EOC,DOC整体均表现为园地 > 林地 > 坡耕地 > 荒草地;4种土地利用类型MBC,EOC,DOC整体上随着土层深度的增加而逐渐降低,且主要分布在0—20 cm土层,在20—30 cm土层含量较低（低于30%）;4种土地利用类型下SOC和MBC,EOC,DOC呈极显著正相关关系,MBC,EOC,DOC两两之间也表现出极显著正相关。综上,退耕还林以及在荒草地种植人工林可作为提高土壤有机碳及活性有机碳含量的有效措施,并将在减少流域水土流失和面源污染、改善土壤质量、恢复土壤肥力等方面起到重要作用。