蚯蚓对土壤碳氮循环关键过程的影响及其机制研究进展

蚯蚓作为典型的大型土壤动物,对土壤结构和功能的形成具有重要的影响,被称作土壤生态系统工程师.国内外关于蚯蚓对土壤理化性质、土壤微生物群落组成、有机质分解和土壤矿化等方面的研究较多,但其对土壤碳、氮循环关键过程的系统总结较少.本文总结了蚯蚓通过摄食、挖洞、产生蚓粪及促进团聚体形成等活动对土壤碳氮循环产生的直接影响,及对微...     

长期施肥条件下土壤碳氮循环过程研究进展

土壤是主要的陆地生态系统碳库,碳、氮通过大气-作物-土壤界面进行周转和协同转化。长期施肥通过改变土壤物理、化学和生物学性质,进而影响土壤有机碳、氮储量的稳定性。土壤有机质是评价土壤质量的重要指标,具有农艺和环境双重功能。有机-无机肥配施不仅可显著提高土壤肥力,并且可减少农田土壤温室气体排放,保持农田土地的可持续利用。本文就土壤碳、氮消长动态研究以及有机质周转的同位素示踪测试技术等作一简要综述。     

生物固体对土壤氮循环和硝态氮淋洗的影响

根据近２０余年有关生物固体对土壤中氮循环及硝态氮淋洗的献综述了有关的研究结果。从生物固体中氮的形态，矿化作用，氮被植物的摄取，氨的挥发，氮的固定与储存，硝化作用，反硝化作用及铵的淋洗介绍了氮的循环，从林地及农田的生物固体施用量，植被，季节及土壤的特征介绍了硝酸盐的淋洗状况，这对于生物固体合理的土地利用，发挥其正效应，以及保护环境可供参考与研究。     

聚天冬氨酸尿素对土壤微生物量碳、氮的影响

土壤微生物量碳、氮是植物营养与土壤肥力的主要参数之一。采用对聚天冬氨酸、普通尿素及聚天冬氨酸尿素肥料培养实验、小麦盆栽方法,研究了普通尿素及聚天冬氨酸尿素对土壤微生物量碳、氮的影响。培养试验结果表明:聚天冬氨酸在培养早期能促进土壤微生物量碳、氮增加,聚天冬氨酸尿素处理比普通尿素处理对土壤微生物量碳、氮的作用更有效,前45 d,普通尿素处理的土壤微生物量氮降幅达21.87 mg.kg-1,而聚天冬氨酸尿素处理的土壤微生物量氮仅降低4.8 mg.kg-1;盆栽条件下,三叶期聚天冬氨酸尿素处理比普通尿素处理的土壤微生物量氮差值最高达12.57 mg.kg-1,成熟期差值为2.85 mg.kg-1,抽穗期、成熟期的聚天冬氨酸尿素处理比普通尿素处理土壤微生物量碳分别低16.12和14.81 mg.kg-1。说明聚天冬氨酸尿素的碱解氮易被聚天冬氨酸吸附,养分持效时间更长,比尿素具有一定增效作用。     

城市不同功能区绿地土壤微生物量碳氮及溶解性碳氮分布特征及影响因素

为研究城市功能分区对绿地土壤活性碳氮的影响,选择合肥市不同功能区(老商业区、老工业区、居民服务区、近郊森林公园)绿地土壤为研究对象,分析了土壤微生物量碳氮(MBC、MBN)、溶解性碳氮(DOC、DON)、有机碳(SOC)、全氮(TN)以及土壤基本理化性质的差异及其相互关系。结果表明,功能区类型对土壤微生物量碳氮及溶解性碳氮影响显著(P0.05),且0~30 cm土层含量均为近郊森林公园高于城区内各功能区。土层厚度对MBC、DOC、DON含量影响显著,MBC、DON在各功能区中均随土层深度增加而递减,森林公园MBN、DOC均为10~20 cm含量最高。不同功能区MBC/MBN在6~14间波动,以此预测本研究范围内土壤微生物可能以真菌和放线菌为主,细菌较少。本研究未证实DOC与MBC、MBC与DON、DON与MBN间的相关性,MBC+DOC、MBN+DON比MBC、DOC、DON、MBN更能反应土壤活性碳氮库与土壤微生物量。总体来说,相比城区内各功能区,近郊森林公园更利于土壤生物量碳氮及溶解性有机碳氮的积累。     

牧区土壤碳、氮的放牧反应

本研究把怀俄明州切恩附近高地４０年没有放牧的草场，采用三种管理制度，经过强度放牧（放牧６７天／ｈｍ２） １１年后，与连续轻度放牧（放牧２２天／ｈｍ２）和禁止放牧进行了比较。强度放牧时，年产草量的利用率不到５０％，与土地管理部门提出的水平相当。通过采集９１ｃｍ深的土样，来评估土壤有机碳、氮的变化，与禁牧区相比，放牧区地表下３０ｃｍ土壤的碳、氮含量比较高，而在３０ｃｍ以下土层，各种放牧条件下土壤的碳、氮含量相差不大。 ３／４的植物根部生物量存在于地表下３０ｃｍ的土层，该土层内的碳、氮活力最强。过去的１１年里，在这块混合大草原上采用各种放牧制度和放牧强度对土壤的有机碳、氮没有产生有害影响。该研究表明，用这些参数进行评估，合理放牧会全面提高土壤质量。     

间伐对杉木人工林土壤碳氮及其组分特征的影响

为探究不同间伐强度对杉木人工林土壤碳氮及其组分特征的影响,以福建省三明市官庄国有林场11年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,采用弱度间伐(LIT)、中度间伐(MIT)、强度间伐(HIT)等3种间伐强度,研究不同间伐强度林分0—10,10—20,20—40,40—60,60—80,...     

氮输入对陆地生态系统碳库的影响研究进展

碳氮循环是生物地球化学的重要过程。陆地生态系统碳循环在全球碳收支中占有重要的地位,人类活动导致生态系统中氮含量增加,影响土壤和植物体中碳的积累与重新分配,对陆地生态系统不同的碳过程产生不同的影响。本文综述了近年来氮输入的研究现状,并对未来的研究方向做了展望,提出今后重点研究的方向。     

有机物料输入稻田提高土壤微生物碳氮及可溶性有机碳氮

土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮是土壤碳、氮库中最活跃的组分,是反应土壤被干扰程度的重要灵敏性指标,通过设置相同有机碳施用量下不同有机物料处理的田间试验,研究了有机物料添加下土壤微生物量碳（soil microbial biomass carbon,MBC）、氮（soil microbial biomass nitrogen,MBN）和可溶性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）、氮（dissolved organic nitrogen,DON）的变化特征及相互关系。结果表明化肥和生物碳、玉米秸秆、鲜牛粪或松针配施下土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮显著大于不施肥处理（no fertilization,CK）和单施化肥处理,分别比不施肥处理和单施化肥平均高23.52%和12.66%（MBC）、42.68%和24.02%（MBN）、14.70%和9.99%（DOC）、22.32%和21.79%（DON）。化肥和有机物料配施处理中,化肥+鲜牛粪处理的微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮最高,比CK高26.20%（MBC）、49.54%（MBN）、19.29%（DOC）和32.81%（DON）,其次是化肥+生物碳或化肥+玉米秸秆处理,而化肥+松针处理最低。土壤可溶性有机碳质量分数（308.87 mg/kg）小于微生物量碳（474.71 mg/kg）,而可溶性有机氮质量分数（53.07 mg/kg）要大于微生物量氮（34.79 mg/kg）。与不施肥处理相比,化肥和有机物料配施显著降低MBC/MBN和DOC/DON,降低率分别为24.57%和7.71%。MBC和DOC、MBN和DON随着土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）、全氮（total nitrogen,TN）的增加呈显著线性增加。MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC和DON+MBN之间呈极显著正相关（P<0.01）。从相关程度看,DOC+MBC和DON+MBN较MBC、DOC、MBN、DON更能反映土壤中活性有机碳和氮库的变化,成为评价土壤肥力及质量的更有效指标。结果可为提高洱海流域农田土壤肥力,增强土壤固氮效果,减少土壤中氮素流失,保护洱海水质安全提供科学依据。     

模拟氮沉降对湿性常绿阔叶次生林土壤碳氮组分和酶活性的影响

为了研究氮沉降对次生林土壤碳氮组分和酶活性的影响,以华西雨屏区湿性常绿阔叶次生林为对象,从2014年1月起进行野外定位模拟氮沉降试验,分别设置对照(CK,+0 g/(m^2·a))、低氮(LN,+5 g/(m^2·a))和高氮(HN,+15 g/(m^2·a))3个氮添加水平。在氮沉降进行27个月后,按照腐殖质层和淋溶层表层进行取样,测定不同土层土壤总有机碳(TOC)、可浸提溶解性有机碳(EDOC)、易氧化碳(ROC)、全氮(TN)、硝态氮(NO_3^-—N)和铵态氮(NH_4^+—N)含量以及蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶活性。结果表明:模拟氮沉降显著增加该次生林腐殖质层土壤的TOC和NH_4^+—N含量,显著增加腐殖质层和淋溶层表层土壤的NO_3^-—N含量,腐殖质层土壤C/N显著升高。淋溶层表层土壤TOC、NH_4^+—N、C/N以及2层土壤的EDOC、ROC、TN和NH_4^+—N/NO_3^-—N均无显著影响。2层土壤的多酚氧化酶活性均随着氮添加量的升高而降低,其中淋溶层表层达到显著差异。模拟氮沉降对蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均无显著影响。腐殖质层中,NH_4^+—N和NO_3^-—N含量与TOC含量存在极显著正相关关系。2层土壤的多酚氧化酶活性均与NO_3^-—N含量呈极显著负相关。结果说明,模拟氮沉降使该次生林中原本较高的腐殖质层土壤TOC含量进一步显著增加,并且促进土壤无机氮的积累,而模拟氮沉降对多酚氧化酶的抑制作用更加有利于土壤有机质的积累。     

土壤无机碳研究进展

在全球碳循环研究中,土壤有机碳(SOC)的作用倍受关注,而土壤无机碳(SIC)的研究相对较少。土壤无机碳是近地表环境中主要碳库之一,主要指土壤母岩风化过程中形成的土壤碳酸盐矿物态碳,是干旱、半干旱地区土壤碳库的主要形式。本文综述了土壤无机碳的组成、来源、成因模型及与全球碳循环特别是土壤有机碳的关系,并提出未来研究需要加强的几个方面。     

土壤微生物量碳氮作为土壤肥力指标的探讨

通过对不同肥力水平黑土、棕壤、黄棕壤、红壤土壤微生物量碳氮的比较,研究和探讨土壤微生物量碳氮与土壤肥力的关系。结果表明:有机肥或无机肥施入土壤均能增加土壤微生物量C、N的含量,且有机肥与无机肥配合有显著的正交互作用。土壤微生物量C、N从北到南的地带性变化规律不强。BC/BN及TC/TN从北到南逐渐减小,BC/TC及BN/TN从北到南逐渐增加。相关分析结果表明:土壤微生物量C、N与全C、全N均呈极显著相关,可以作为指示土壤肥力的重要指标。     

围封对内蒙古荒漠草原土壤理化性质及稳定碳氮同位素的影响

以内蒙古中西部希拉穆仁荒漠草原为研究对象,比较分析了退化荒漠草原自由放牧、围封3a和围封5a土壤理化性质及稳定性碳氮同位素的差异。结果表明:①与自由放牧相比,围封显著增加了土壤有机碳含量、全碳含量、土壤含水量及土壤碳氮比(C/N)(P<0.05),土壤容重和全氮含量则显著降低(P<0.05),但土壤全氮含量有随围封年限增加而升高的趋势。②相比自由放牧,围封显著降低了土壤的δ¹³C值和δ¹⁵N值。③土壤有机碳含量与δ¹³C值呈显著负相关关系(P<0.05),而土壤全氮含量与δ¹⁵N值呈极显著正相关关系(P<0.01)。可见,围封有利于促进退化荒漠草原土壤有机碳的积累,减缓土壤氮循环,改善土壤性质。     

稻秸的不同组分对水稻土微生物量碳氮及可溶性有机碳氮的影响

为探明稻秸(稻草)及其不同组分(腐解稻秸、可溶性有机物和去活稻秸)对红黄泥水稻土微生物量碳、氮(MBC、MBN)和可溶性有机碳、氮(DOC、DON)含量的影响。通过室内恒温培养试验,研究了长期淹水条件下,添加稻秸及其组分对MBC、MBN、DOC和DON的影响。结果表明,与对照(S处理)相比,添加稻秸(RS+S处理)、腐解稻秸(DRS+S处理)和去活稻秸(NARS+S处理)均提高了MBC,提高幅度分别为11.17%(p0.01),1.83%和6.25%(p0.05),添加可溶性有机物(DOM+S处理)处理降低了MBC,降低幅度为2.67%;RS+S处理提高了MBN,提高幅度为15.29%,DRS+S、DOM+S和NARS+S处理均降低了MBN,降低幅度分别为15.19%,3.09%和15.92%。与S处理相比,RS+S、DRS+S、DOM+S和NARS+S处理均极显著提高了红黄泥DOC(p0.01),提高幅度依次分别为13.33%,10.88%,6.81%和11.41%;RS+S、DRS+S和DOM+S处理均显著提高了红黄泥DON(p0.05),NARS+S处理极显著提高了红黄泥DON(p0.01),提高幅度依次分别为6.96%,10.84%,10.12%和13.41%。与S处理相比,DRS+S和NARS+S处理极显著提高了MBC/MBN,RS+S处理显著降低了MBC/MBN,DOM+S处理对MBC/MBN几乎没有影响;各处理对DOC/DON没有显著影响。稻秸及其不同组分对红黄泥水稻土MBC、MBN、DOC和DON含量的影响基本一致,但影响程度存在差异,稻秸和去活稻秸影响较大。结果可为稻秸及其不同组分对MBC、MBN、DOC和DON的影响机理提供基础数据,进一步揭示稻田土壤速效养分的来源与转化关系,为农业生产中秸秆的科学利用和稻田土壤肥力定向培育提供科学依据。     

改良剂对旱地红壤微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响

基于室内模拟培养试验,研究改良剂(生物质炭、过氧化钙)对旱地红壤微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响。试验设置4个处理,即CK、Ca(过氧化钙,1.72g/kg)、C(生物质炭,21.46g/kg)、C+Ca。结果表明:各处理土壤微生物量碳、氮以及可溶性有机碳具有相同的变化趋势,即前期(3d内)都增加较快,在第3天达到最大值,随试验进行有所下降,配施效果优于单施。各处理可溶性有机氮在21d内缓慢增加;第21天时,C+Ca、Ca、C相比CK分别显著增加了62.1%,55.5%,40.9%;35d以后,配施(C+Ca)与单施过氧化钙(Ca)的效果显著优于单施生物质炭(C)和对照(CK)。120d培养期内,配施(C+Ca)处理能够明显提高微生物量碳、氮以及可溶性有机碳、氮的平均含量;微生物量碳的平均含量大小顺序为C+CaCCKCa,微生物量氮的平均含量C+Ca处理显著高于其他处理;可溶性有机碳的平均含量大小顺序为C+CaCaCCK,可溶性有机氮的平均含量C+Ca、Ca处理显著高于CK、C处理。微生物量碳、氮以及可溶性有机碳之间互为极显著正相关(P0.01),而微生物量碳与可溶性有机氮之间呈极显著负相关。因此,生物质炭和过氧化钙能有效提高旱地红壤微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮,且生物质炭与过氧化钙配合施用更有助于土壤改良。     

垦殖对黄河三角洲盐渍土碳氮分布特征的影响

以黄河三角洲新生盐碱地为例,采用空间替代时间的方法,选取未利用的盐碱地对照(CK)和平均开垦年限分别为小于5 a、10~15 a、20~25 a、30~35 a、50~60 a的小麦/玉米连作土地类型为研究对象,对1 m深土壤碳(有机碳、无机碳、全碳)、氮(全氮、碱解氮)含量进行了分析,研究不同垦殖年限下土壤碳氮水平和垂直分布特征。结果表明:垦殖后,土壤有机碳含量较未垦殖盐碱地均表现为显著提高(p0.05);盐碱地垦殖显著增加了0~40 cm土壤的碳储量,且随垦殖年限增加而增加;40~100 cm土层的有机碳含量无趋势性变化规律;土壤全氮、全碳、无机碳变化与有机碳变化表现出相似规律;垦殖30 a后土壤碳氮养分基本稳定,表层(0~40 cm)含量高于底层(40~100 cm)含量;垦殖年限主要影响0~30 cm土壤碱解氮含量;无机碳作为组成全碳的主要成分,极易受灌溉和地下水的影响。垦殖虽然显著增加土壤有机碳、全氮含量,但垦殖后碳氮比(C/N)呈降低趋势,约30 a后基本稳定,不同垦殖年限C/N平均为9.35,低于全国平均水平,反映出研究区土壤碳氮养分不均衡问题。     

不同质地小麦根际土壤有机碳、氮含量及特性研究

测定了两种不同质地土壤小麦根际土及非根际土中不同形态有机碳、氮的含量及特性。结果表明,粘壤土及砂质壤土两种不同质地土壤小麦根际土中有机碳、可溶性有机碳(WEOC),土壤全氮、可溶性有机氮(WEON)、游离氨基酸及硝态氮和铵态氮均显著高于非根际土;根际土及非根际土中WEON的含量均高于硝态氮及铵态氮含量,其在根-土界面氮素转化中的作用值得关注。不同质地土壤相比,粘壤土中各指标的含量均显著高于砂质壤土。根际土有机碳矿化累积量及矿化率均高于非根际土;培养期间粘壤土释放的CO2量明显低于沙质壤土,这可能与粘壤土粘粒含量高,对土壤有机碳的保护作用有关。     

地膜覆盖对黄土高原旱作春玉米田土壤碳氮组分的影响

基于2年田间试验,研究了地膜覆盖对旱作春玉米田土壤有机碳、全氮及其组分的影响,试验包括地膜覆盖玉米田、无覆盖玉米田和裸地休闲3个处理,分层测定了0—40cm土层有机碳、全氮、颗粒有机碳氮、潜在矿化碳氮和微生物量碳氮含量。结果表明:在0—40cm土层,各处理间土壤有机碳和全氮含量均无显著差异。与不覆盖相比,地膜覆盖处理0—40cm土层颗粒有机碳氮及其所占比例分别降低了29.0%,33.3%,29.9%,35.7%;0—10cm土层潜在可矿化碳及其所占比例分别降低了17.8%和16.1%,潜在可矿化氮和微生物量碳及其所占比例无显著差异,但在0—10cm土层地膜覆盖微生物量氮含量及其所占比例分别较不覆盖处理提高了10.6%和10.5%(p0.05)。与裸地休闲相比,无覆盖处理0—40cm土层潜在可矿化碳氮分别提高了12.8%和14.7%,地膜覆盖处理则分别提高了7.8%和6.5%(p0.05),但种植玉米降低了微生物量碳氮含量及其所占比例。在0—40cm土层覆盖与否对潜在可矿化碳氮和微生物量碳氮影响不显著。总体来看,地膜覆盖能够在一定程度上提高表土微生物量氮组分及其所占比例,但显著降低了中活性碳氮组分含量及其比例,不利于长期的土壤碳氮固定。     

不同活化处理腐植酸–尿素对褐土小麦–玉米产量及有机碳氮矿化的影响

腐植酸–尿素是一种新型有机无机肥料,不同活化方式对其肥效的发挥具有重要作用。本研究利用田间定位试验和室内培养试验,设计不施肥处理(CK)、无机肥处理(U)、腐植酸–尿素直接掺混处理(U+HA1)、腐植酸–尿素硫化活化处理(U+HA2)、腐植酸–尿素硫化加超声波处理(U+HA3),在褐土上研究不同活化处理腐植酸–尿素肥料对小麦–玉米产量和土壤有机碳氮矿化的影响。结果表明:施用腐植酸–尿素显著提高小麦–玉米产量,小麦、玉米产量分别比U处理增产15%~28%、8%~10%,比CK处理增产63%~81%、55%~57%。U+HA3处理比U+HA1和U+HA2处理具有更强的增产效果。土壤养分在不同施肥处理间存在差异,土壤NO3–-N含量的变化趋势为U+HA1、U+HA3U+HA2UCK。土壤NH4+-N含量在不同处理间与NO3–-N含量具有相似的趋势,其中U+HA1处理土壤NH4+-N含量较其他两种腐植酸–尿素处理有显著的降低。施肥处理提高了土壤有效磷、速效钾含量,但是腐殖酸–尿素处理与U处理的影响未见差异。腐殖酸-尿素处理对土壤有机碳含量未产生显著影响,但提高了土壤有机碳的矿化速率与累积矿化量,其中U+HA3处理比U+HA1和U+HA2处理效果明显。土壤有机碳的累积矿化量与作物总产量、土壤速效氮、有效磷、速效钾含量具有显著的正相关关系。与CK处理相比,腐植酸的添加对土壤有机氮矿化比率影响不显著,但U处理土壤有机氮矿化比率显著提高。通过本研究验证腐植酸-尿素肥料比无机肥料具有更强的提高土壤生产力和肥力的作用,硫化超声波活化处理效果比其他两种活化处理效果显著。硫化超声波活化处理腐植酸-尿素肥料是值得推广的新型肥料,对丰富肥料资源具有重要作用。