培养温度对水稻土有机碳矿化参数的影响研究

采用室内培养法,对采自句容市华阳镇的水稻土进行5、15、25和35℃下的50 d培养实验,基于培养实验数据、6M HCl水解实验数据和三库一级动力学模型进行三库拟合,研究土壤有机碳矿化特征随培养温度的变化,并深入分析培养温度对Q10(土壤有机碳矿化温度敏感性系数)和三库拟合结果的影响。结果表明:(1)在5~35℃范围内,随培养温度升高水稻土有机碳矿化速率和累积矿化量均升高,15、25和35℃时土壤有机碳累积矿化量分别是5℃时的1.94倍、3.55倍、6.01倍。(2)培养温度的设定对三库拟合结果有较大影响,尤其是对活性碳库的影响,在不同培养温度下潴育、潜育、淹育水稻土活性碳的拟合值变异系数分别为64.9%、66.7%、48.5%。(3)Q10值变化范围在1.48~2.88,且随培养温度升高而降低、随培养时间增长而降低。Q10取2或者按照定义式测定的值对活性碳库和缓效性碳库拟合结果无影响,而对活性碳库和缓效性碳库平均驻留时间的拟合结果有影响。由此得出:利用在25℃下的培养结果估计的土壤有机碳库是存在一定误差的,应该进一步探索可行的三库拟合培养温度或寻找其他三库测定的方法;把Q10值取2代入三库一级动力学模型中对土壤有机碳进行三库拟合是可行的。     

不同有机物料对苏打碱化土有机碳库和化学性质的影响

以内蒙古河套灌区苏打碱化土为研究对象开展田间试验,设置常规施肥(CK)、生物炭+常规施肥(BC)、牛粪+常规施肥(CD)、玉米秸秆+常规施肥(SW)和羊粪+常规施肥(GM)5个处理,研究不同有机物料添加对碱化土壤有机碳(SOC)库和化学性质的影响。分别于2019年和2020年收获季采集0—30 cm耕层土壤,分析不同有机物料添加下SOC及其活性碳组分和主要盐碱指标的变化特征及其相关关系。结果表明:与CK相比,2019年和2020年各有机物料添加处理下SOC平均增幅分别为22.7%和17.2%,土壤有机碳储量(SOCs)平均增幅分别为22.9%和18.2%;4种有机物料均提高了碱化土壤活性有机碳组分含量,其中,CD和GM处理下各活性碳组分含量增幅较其他处理更高;2019年各有机物料添加处理下碳库管理指数(CPMI)较CK提高53.8%~108.3%,2020年提高71.3%~144.1%(P＜0.05),CD和GM对CPMI的提升作用更明显。土壤化学性质方面,2020年各有机物添加处理下pH均显著下降,BC和CD处理下碱化度(ESP)分别显著下降36.9%和29.3%,CD处理下蔗糖酶活性提高36.7%(P＜0.05)。主成分分析(PCA)表明,影响苏打碱化土SOC含量变化的主要因素为活性有机碳组分和ESP。牛粪和羊粪施用对苏打碱化土有机碳库质量提升作用较好,生物炭施用对盐碱化指标改良效果最明显。     

不同水分条件下添加白云石对酸性水稻土有机碳矿化的影响

施用石灰改良酸性土壤是常用的农艺措施之一。施用石灰影响土壤理化性质,进而影响土壤有机碳（Soil Organic Carbon,SOC）矿化。而SOC矿化与土壤肥力保持和有机碳库的大小存在紧密联系。因此,明晰施用石灰对酸性土壤有机碳矿化的影响具有重要的理论和现实意义。该研究以2种母质的酸性水稻土为对象,在50%、90%和130%土壤最大田间持水量（Water Holding Capacity,WHC）条件下添加和不添加白云石,再进行为期45 d的室内培养试验,探讨白云石和水分对SOC矿化的影响。研究结果表明,添加白云石显著影响2种土壤有机碳矿化速率,但白云石添加和水分的交互作用不显著。土壤含水量较低时（50% WHC）,2种土壤有机碳矿化均受到抑制。在较高土壤含水量情况下（90%～130% WHC）,白云石添加和水分的共同作用对SOC矿化的影响因土壤质地不同而异,淹水条件下（130% WHC）棕红壤有机碳矿化量高于湿润条件（90% WHC）,而红壤中的情况正好相反。白云石添加和水分均显著影响SOC累计矿化量,但二者交互作用仅在棕红壤中显著。添加白云石后,2种土壤pH值随着水分含量的增加而提高;土壤含水量较低时（50% WHC）,土壤pH值即可达到或接近目标值（pH值6.5）。这些结果表明,在评估施用白云石对SOC矿化的影响时,需要考虑土壤含水量和土壤本身的性质,以便为农业生产实践中合理施用白云石提供指导和建议。     

黑土层不同粒级结构下有机碳矿化的模拟研究

东北黑土坡耕地侵蚀沉积分异明显,且冻融交替频繁,但各坡位土层结构以及通气孔隙度随含水率和温度的季节性变化对有机碳矿化和CO₂扩散效率的影响机理尚不清楚。以典型黑土坡耕地为研究对象,采集未侵蚀区表土风干、筛分后,选取粗(0.5～1 mm)、细(<0.125 mm)两种粒级,分层回填,全粗、全细、上粗下细、上细下粗4种土柱模拟典型坡位土层结构,对比分析冻融与非冻融不同温度梯度下,各土层结构CO₂释放速率变化特征。结果表明：非冻融变温(5～30℃)条件下,各土层结构CO₂释放速率存在显著差异,其中上粗下细土层CO₂释放速率均值为14.45μg/(kg·h),显著高于其他土层,增幅达20%～59%,说明不同土层间土壤颗粒大小和上下堆叠关系对CO₂传输效率有重要调控作用。经两次冻融作用后,0～15℃变温培养中,各土层间无显著差异,上粗下细土层CO₂释放速率均值为4.17μg/(kg·h),略高于其他土层,说明冻涨融缩效应削弱了不同土层结构之间孔隙结构和联通性差...     

森林土壤有机碳库组分定量化研究

用一级动力学方程研究了贵州省黎平县森林土壤活性、缓效性和惰效性有机碳库的变化及分解速率,模拟结果表明:各土壤剖面的土壤活性碳库一般占总有机碳的0.5%~7.6%,平均驻留时间(M ean Residue Tim e,MRT)为41~64天;缓效性碳库占总有机碳的45%~71%,平均驻留时间为3~30年;采用酸水解法测定惰效性碳库的库容,一般占总有机碳的20%~50%。活性碳库的变化规律为混交林>阔叶林>针叶林,缓效性碳库中混交林最大,其它两种林分规律不明显;不同林龄的杉木(8年,16年,40年),非活性碳库(缓效性碳库和惰效性碳库之和)的含量变化规律为40年>16年>8年,说明40年生的杉木下土壤固碳能力比8年和16年的强;16年的又比8年的强。     

长期施肥条件下红壤有机碳矿化对温度变化模式的响应

土壤有机碳(SOC)矿化是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。土壤温度变化显著影响SOC的矿化特征,然而长期施肥条件下周期性温度变化和恒定温度这两种温度模式对SOC矿化影响的差异目前不清楚。本研究以湖南祁阳长期定位试验为平台,选取不施肥(CK)和有机无机肥配施(NPKM)2个处理,通过60 d室内控制培养试验,对比研究相同积温条件下,恒温(25℃)和变温(20～30℃,以25℃为均温)两种温度模式对CK和NPKM处理土壤有机碳矿化特征的影响。研究结果表明,各处理SOC矿化速率均在培养前期较高,且变温模式下SOC矿化速率显著高于恒温模式。培养结束后,各处理SOC累积矿化量变化范围为C 7.83～15.49 g·kg~(-1) SOC;相较于恒温模式,变温模式下CK和NPKM处理SOC累积矿化量分别增加了98%和57%(P0.05),说明变温模式相对于恒温显著促进了SOC矿化。在恒温模式下,CK处理SOC累积矿化量(C 7.83 g·kg~(-1) SOC)与NPKM处理(C 8.77 g·kg~(-1) SOC)相比无显著差异;而在变温模式下,CK处理SOC累积矿化量(C 15.49 g·kg~(-1) SOC)显著高于NPKM处理(C 13.76 g·kg~(-1) SOC),说明温度变化模式调控长期施肥对土壤有机碳矿化的影响。一级动力学方程模拟SOC矿化特征的结果表明,与恒温模式相比,变温模式下CK和NPKM处理SOC潜在矿化量分别显著提高了3.90和1.21倍,而SOC周转速率常数显著降低了71.6%和40.7%。以上研究结果表明变温模式相对于恒温模式显著促进了土壤有机碳矿化,且温度变化模式可以调控土壤有机碳矿化对长期施肥的响应。     

土壤有机碳研究进展

回顾了国内外土壤有机碳研究进展及趋势,阐述了全球土壤有机碳库存量及分布、我国土壤有机碳库储量概况、农田土壤有机碳组成及其影响因素、农田土壤有机碳转化规律及影响因素,指出了我国在土壤有机碳研究方面存在的问题及今后的发展方向.     

集约经营毛竹林土壤活性有机碳库研究

为了解毛竹林集约经营后土壤有机碳库发生的变化,采集了集约经营历史5～10年竹林的土壤样品进行分析,并与粗放经营毛竹林进行比较。研究结果表明:毛竹林集约经营后土壤总有机碳、水溶性有机碳和微生物量碳含量都明显减少,与粗放经营毛竹林之间有显著差异(P<0.05),并且微生物量碳占总有机碳比例也显著降低,水溶性有机物质的分子量也明显变小。集约经营后竹林土壤矿化态碳数量及其占总有机碳比例增强,说明毛竹集约经营使土壤有机物质稳定性变差,矿化率增加。毛竹林土壤总有机碳、水溶性碳、微生物量碳及矿化态碳两两之间相关性均达极显著水平(P<0.01),土壤各类有机碳含量与土壤全氮、水解氮含量间相关性也达显著或极显著水平。毛竹集约经营未改变各类有机碳的剖面变化特征。     

不同提取条件下红壤水稻土溶解有机碳的含量变化

通过室内实验研究了不同提取条件对红壤水稻土溶解有机C量的影响。结果表明,浸提时样品的水分含量越高,溶解有机C量越大,特别是水分含量超过600g/kg时,变化的趋势更明显。水土比也对溶解有机C量有影响,随水土比增大,溶解有机C量升高,水土比>2时,增加的趋势更显著。提取时间的长短对溶解有机C量影响不明显。不同的提取剂种类和浓度对溶解有机C量的影响显著,较高浓度的盐溶液对有机C的溶出作用明显,显著增加溶液中的有机C量。有鉴于此,为使研究结果可以比较,提取的方法应当统一,根据试验结果,认为在进行溶解有机C含量变化研究时,所采取的提取方法应该是:①采用鲜土:含水量在200~400g/kg;②用去离子水作为提取剂;③提取时的水土比应为2:1;④振荡提取时间为30min;⑤离心20min(4000r/min);⑥用0.45μm滤膜过滤;⑦滤液中有机C用TOC分析仪测定。     

岩溶区不同土地利用方式对土壤有机碳碳库及周转时间的影响

通过土壤样品的室内培养,运用三库一级动力学理论,分析桂林毛村典型岩溶区旱地、灌丛、果园、林地4种不同土地利用类型下石灰土有机碳库容大小、各碳库平均周转时间及其影响因素。结果表明:4种土地利用类型土壤有机碳含量分别为15.41～20.10g/kg,13.07～31.16g/kg,9.38～14.74g/kg,30.82～37.52g/kg。活性有机碳占总有机碳的比例最小,分别为0.61%～0.93%,0.95%～1.24%,0.77%～1.00%,1.49%～1.66%。缓效性有机碳库分别占总有机碳含量的21.13%～30.18%,13.58%～23.46%,29.54%～46.58%,30.39%～33.84%。平均周转时间分别为7,8,7,12年。惰性有机碳占总有机碳的比例最高,分别为69.18%～78.26%,75.27%～85.47%,56.63%～69.70%,64.64%～68.12%。延长缓效性碳库驻留时间在一定程度上是提高土壤有机碳库的关键因素。相关分析表明,土壤有机碳总量、土壤碳酸钙含量、总钙量、土壤pH值、全氮含量、C/N与土壤有机碳各库库容及周转时间存在显著的正相关,腐殖质含量与土壤有机碳库及周转时间呈极显著正相关,土壤过氧化氢酶及脲酶活性显著影响土壤有机碳库含量及周转时间。     

不同培养温度下长期施肥红壤水稻土有机碳矿化特征研究

以长期不同施肥处理红壤水稻土为研究对象,布置不同温度下(15、25和35℃)的室内培养试验,研究有机碳矿化的温度敏感性及施肥对土壤有机碳矿化的影响,并分析土壤有机碳矿化与土壤理化性质和不同形态碳素之间的关系。结果表明,培养前期(0～7 d),土壤有机碳矿化速率快速下降,之后逐渐降低并最终趋于稳定。温度升高提高了土壤有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率。磷肥和有机肥的施用提高了土壤有机碳累积矿化量。各处理土壤有机碳矿化的温度敏感性系数Q10为1.31～1.75,施肥提高了土壤有机碳矿化的温度敏感性。Q10与有机碳、全量和速效氮磷、微生物生物量碳、易氧化有机碳和胡敏酸碳呈显著或极显著的正相关关系。3种培养温度下土壤有机碳累积矿化量均与pH呈显著负相关,与有机碳和全氮呈显著或极显著正相关。25℃和35℃培养时,土壤有机碳累积矿化量与微生物生物量碳、胡敏酸碳和富里酸碳显著或极显著正相关。     

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。     

不同植被覆盖对土壤有机碳矿化及团聚体碳分布的影响

植被覆盖通过其输入有机物料的差异影响着土壤养分和微生物活性,进而对其土壤的团聚过程和有机碳的矿化产生影响。该文通过对重庆缙云山四种植被类型覆盖(灌草丛、楠竹林、常绿阔叶林、针阔混交林)下土壤团聚体碳分布以及土壤有机碳矿化的分析,探讨了植被覆盖对这两者的影响以及两者的相互联系。植被覆盖影响着土壤有机碳矿化过程和团聚体碳分布。就土壤有机碳矿化累积量(42天)而言,表现为灌草丛常绿阔叶林针阔混交林楠竹林。不同植被覆盖土壤有机碳日均矿化速率在培养前期(前8天)差异较大,之后则趋于一致。除灌草丛土壤外,楠竹林、常绿阔叶林和针阔混交林覆盖土壤团聚体均以0.25～2 mm和0.25 mm团聚体为主,其总量达到65%以上。土壤团聚体平均重量直径表明灌草丛土壤结构稳定性要优于其它植被覆盖土壤,而楠竹林土壤结构稳定性最差。除灌草丛土壤外,0.25 mm团聚体是土壤有机碳的主要载体;其次是0.25～2 mm团聚体。简单相关和多元回归分析,表明土壤有机碳矿化系数与0.25 mm团聚体含量成负相关,与5 mm团聚体有机碳库成正比。因此,土壤团聚体对有机碳保护作用是土壤有机碳分配和矿化分解综合作用的结果。     

耕作措施对双季稻田土壤碳及有机碳储量的影响

针对不同耕作措施对双季稻田的固碳效应和固碳潜力问题,选择湖南省宁乡县的双季稻区试验点进行了有机碳、活性有机碳以及耕层有机碳储量的研究,以期为制定适合于稻田条件下的合理耕作方式提供理论依据。结果表明,耕作措施和秸秆还田对有机碳（SOC）和活性有机碳（AOC）含量均产生不同程度的影响。免耕处理下,有机碳和活性有机碳含量皆随土壤深度的增加而减少,土壤0～5cm的SOC和AOC的含量最高,且与其他层次达到显著性差异水平（P＆lt;0.05）,具有明显的表层富集现象。与免耕相比,旋耕和翻耕则更利于5～10cm和10～20cm土层的有机碳和活性有机碳的积累。比较秸秆还田对SOC和AOC的影响表明,秸秆还田有效地提高了0～10cm有机碳含量,但对10～20cm并未产生显著影响,秸秆的输入并未增加土壤活性有机碳的含量。采用等质量方法计算了耕层土壤有机碳储量,结果显示旋耕秸秆还田使有机碳储量明显增加,而免耕只增加了土壤0～5cm和5～10cm土层有机碳储量,10～20cm有机碳储量有所降低,但耕作措施对有机碳储量的长效作用还有待于进一步研究。     

耕作方式对稻田土壤活性有机碳组分、有机碳矿化以及腐殖质特征的影响

以连续种植三季的稻田土壤为材料,采用大田试验的方法,研究了四种耕作方式(常耕CT、稻草还田常耕SCT、免耕NT、稻草还田免耕SNT)下稻田土壤的活性有机碳组分含量、有机碳矿化以及腐殖质特征。结果表明:在0~5cm土层,免耕(NT、SNT)和稻草还田(SCT、SNT)都能提高土壤中不同活度有机碳以及总有机碳、腐殖酸、胡敏酸的△log K以及E4/E6值,其中以SNT增加效果最为明显,而稻草还田(SCT、SNT)还能提高了土壤有机碳的日矿化量和矿化累积量;在5~20 cm土层,除中活性有机碳外,常耕耕作(CT、SCT)提高了不同活度有机碳、总有机碳、有机碳矿化累积量、腐殖酸、胡敏酸、富里酸、腐殖化度以及胡/富比,其中以SCT的作用最为明显。在短期时间内,免耕结合稻草还田,有利于表层土壤的腐殖化,增加稻田土壤中碳的固定;常耕结合稻草还田更利于5~20cm土层腐殖质的更新与活化,增加土壤中碳的固定,从而减缓新增碳对温室气体的增温效应。     

添加玉米秸秆重金属污染对水稻土有机碳矿化的影响

为研究重金属污染环境胁迫下新碳的添加对水稻土有机碳矿化的影响,以苏南地区不同程度Cd/Pb污染的水稻土为研究对象,通过室内培养法,研究了添加玉米秸秆(新碳)条件下重金属污染对水稻土有机碳(老碳)矿化的影响。试验通过测定土壤CO₂-C排放动态及其δ¹³C值、总有机碳和活性碳库组分含量,计算了相对激发效应,探讨了不同程度重金属污染对水稻土新老有机碳矿化的影响。结果表明:新鲜有机碳的添加均提高了土壤有机碳的矿化速率和累计矿化量,添加玉米秸秆后不同程度重金属污染的水稻土有机碳累积矿化量分别提高了120%(轻度污染土壤,P0)、540%(较高程度污染土壤,P1)和360%(高度污染土壤,P2)。添加玉米秸秆同时促进了不同程度重金属污染水稻土中原有有机碳的矿化速率,相对于P0与P1土壤,P2土壤更能促进水稻土老碳的矿化,并降低了可溶性有机碳含量,且在培养的不同阶段P2土壤相对激发效应显著高于P0与P1土壤,在培养第30天时相对激发效应值达到最高,分别为47.3%(P0)、148.2%(P1)、189.2%(P2)。     

光照与黑暗培养对亚热带区稻田及旱地土壤有机碳及其活性组分的影响

农田土壤的固碳潜力对于理解陆地生态系统碳循环和气候变化至关重要.分别选取亚热带区4种典型稻田和旱地土壤,设置裸土光照和裸土黑暗处理,探讨土壤有机碳(SOC)及其活性组分(可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC))对光照和黑暗条件的响应。结果表明,与培养前相比,培养80 d后,光照和黑暗培养下稻田及旱地土壤SOC含量差异不显著,这可能与土壤SOC含量变化是一个缓慢的过程有关.光照和黑暗培养均显著提高了土壤DOC含量(与培养前相比,光照和遮光培养平均分别提高73.37%和80.58%),而MBC显著降低(与培养前相比,光照和遮光培养平均分别降低35.58%和32.32%)。相关分析表明,培养后的土壤DOC含量与土壤粘粒含量呈极显著正相关性(P<0.01),而与土壤原有碳氮水平呈极显著负相关;土壤MBC则恰好相反,MBC与土壤粘粒含量呈极显著负相关,而与土壤原有碳氮水平呈极显著正相关.本研究表明,短期(80d)的光照和黑暗培养对稻田及旱地土壤SOC含量变化影响不大,而显著改变了有机碳活性组分(DOC和MBC)含量,进一步说明了土壤活性有机碳是土壤中活性化学组分,随环境条件变化表现出强烈的变化趋势。     

耕作制度对紫色水稻土有机碳累积及矿化动态的影响

以稻田长期定位试验为平台,研究常规平作（中稻-冬水田）、垄作免耕（中稻-冬水田）、垄作免耕（中稻-油菜）和水旱轮作（中稻-油菜）4种耕作制度对紫色水稻土有机碳累积及矿化动态的影响。结果表明：实行不同耕作制度均能提高土壤有机碳密度,以垄作免耕（中稻-油菜）最佳。不同耕作制度实施20年后,农田0-10 cm表层土壤有机碳密度已趋于稳定,垄作免耕会提高10-20 cm和20-40 cm土层有机碳密度,而水旱轮作各土层有机碳密度均低于其他耕作处理。不同耕作制度下水稻土中易氧化有机碳数量和有机碳氧化稳定系数差异较大,其中,垄作免耕（中稻-油菜）下水稻土有机碳氧化稳定系数最大。各耕作处理中,土壤有机碳的最大矿化速率差异显著,有机碳矿化率和pH呈显著正相关;在培养期间,垄作免耕（中稻-油菜）的累积矿化量始终显著低于其他处理;常规平作（中稻-冬水田）的总矿化强度最大,垄作免耕（中稻-油菜）最小。