秸秆还田对中国农田土壤固碳效应影响的研究

采用Meta分析法定量研究了秸秆还田对中国农田土壤有机碳(SOC)含量的影响及影响因素。结果表明：秸秆还田比不还田可显著增加SOC含量，但随土壤深度加大，SOC的增加效果呈现下降趋势。同时，秸秆还田土壤的固碳速率随还田年限的增加而显著减小(P<0.01)，秸秆还田3～5、6～9a及≥10a土壤的固碳速率分别为0.58、0.19和0.09g/(kg·a)。此外，在施氮量100～400 kg/hm²、年均温度≥13℃、年均降水量≥800 mm和初始土壤C/N≥10条件下，0～20 cm土层的固碳作用表现较佳，而超过20 cm深度的土壤固碳作用受上述因素影响效果不显著。     

氮磷添加对常绿阔叶林土壤团聚体有机碳及其与磷组分相关的影响

[目的]为探究磷输入如何调节大气氮沉降对土壤团聚体有机碳含量及碳与磷关系的影响。[方法]在常绿阔叶林土壤建立长达6年(2015—2021年)的养分添加长期监测试验平台,包括4个处理：对照[P0+N0,P0 kg/(hm²·a)+N0 kg/(hm²·a)]、氮添加[P0+N100,P0 kg/(hm²·a)+N100 kg/(hm²·a)]、磷输入[P50+N0,P50 kg/(hm²·a)+N0 kg/(hm²·a)]以及氮磷同时输入[P50+N100,P50 kg/(hm²·a)+N100 kg/(hm²·a)],各处理设3次重复,共计12个样地。于2021年8月采集样地0—10 cm土层土壤样品,测定基础理化性质、土壤粒径分布规律、不同粒径土壤团聚体磷组分及有机碳(SOC)含量。[结果](1)P0处理下,氮添加显著增加大团聚体占比,减少黏粒和粉粒含量,提高各团聚体粒径中SOC含量;氮添加分别显著降低和增加团...     

长期施肥下红壤旱地的固碳效率

红壤旱地的有机碳含量普遍较低,通过外源添加有机肥是增加土壤有机碳含量的重要手段。本研究以红壤旱地长期肥料试验为基础,研究了不同施肥处理的土壤有机碳含量和储量的变化规律,并进一步探讨碳投入与玉米产量及土壤碳储量的量化关系。结果表明:施用有机肥可以大幅提升红壤旱地的有机碳含量,氮磷钾+有机肥(NPKM)和有机肥(OM)处理在27年间的增加速率分别为0.08 g/(kg·a)和0.06 g/(kg·a),有机碳储量的增加速率分别为0.24t/(hm~2·a)和0.16 t/(hm~2·a);与不施肥(CK)处理相比,NPKM和OM处理的土壤有机碳含量分别增加了51.5%和42.0%,有机碳储量则分别增加57.1%和45.7%。进一步分析表明,有机碳投入量与土壤有机碳储量变化速率之间存在显著的正相关关系(R~2=0.971 5,P0.001),且线性拟合方程(y=–0.158+0.086x)表明,双季玉米种植下红壤旱地的固碳效率为8.6%,当有机碳投入量为1.84 t/(hm~2·a)时,红壤旱地的有机碳储量保持平衡。因此,施用有机肥是提高红壤旱地有机碳储量的有效途径,固碳效率和土壤有机碳平衡点则可以有效指导红壤旱地有机肥的管理措施。     

无机氮对土壤中有机碳矿化影响的探讨

采用1 4 C同位素示踪恒温密闭培养法 ,研究了秸秆和化肥配合施用体系中 ,无机氮对1 4 C秸秆碳矿化的影响 ,培养期一年。结果表明 ,在非石灰性土壤中 ,无机氮的施用促进了1 4 C秸秆碳的矿化 ,相对增加了土壤固有碳 ( 1 2 C)的固持 ,两者间的互补显示无机氮对土壤总碳矿化的影响不大 ;淹水土壤中的1 4 C秸秆碳年矿化率比旱地高 ,发现无机氮对1 4 C秸秆碳年矿化率的增加不论在旱地或水田状况是近似的。在石灰性土壤中 ,无机氮对1 4 C秸秆碳、土壤固有碳的矿化均起到抑制作用 ,没有发现无机氮对有机碳矿化的促进。对有机肥和无机肥配合施用体系中 ,化学氮肥对土壤有机碳转化影响 ,以及化学氮肥在土壤有机碳内循环中的作用功能等 ,提出了一些新的见解     

秸秆直接还田与炭化还田下土壤有机碳稳定性和温室气体排放潜力的对比研究

选取北方旱地和南方水田两种不同农业利用方式的土壤为研究对象,分别在旱地和水田设置了无秸秆还田(NR)、秸秆直接还田(SR)和秸秆转化为生物质炭还田(BR)三种处理,在作物收获后,采集对应处理的土壤通过室内培养对比研究了秸秆直接还田和生物质炭还田下土壤有机碳的稳定性及温室气体排放潜力的变化。研究结果表明:秸秆直接还田与生物质炭还田均可显著增加土壤有机碳和全氮含量,但不同处理下的土壤有机碳稳定性存在显著差异。从有机碳的矿化量和矿化率来看,生物质炭还田处理与秸秆直接还田处理相比,分别降低旱地、水田土壤矿化量的36.0%、21.5%和矿化率的47.0%、34.7%;水田与旱地相比,表观上水田矿化显著高于旱地土壤,但从土壤有机碳矿化率来看,水田土壤各处理均显著低于旱地土壤相同处理的19.0%、26.2%和9.2%。不同处理显著影响土壤N2O的释放,无论旱地还是水田土壤,与秸秆直接还田相比,施用生物质炭均显著降低土壤N2O的释放;进一步分析土壤产生的综合温室效应(GWP)表明,生物质炭还田下的GWP比秸秆直接还田显著降低39.6%和28.5%。因此,秸秆转化为生物质炭后还田可作为一项重要的农田土壤固碳减排措施进行秸秆利用。     

喀斯特石漠化区不同土地利用方式下土壤有机碳分布特征

为探究喀斯特土壤有机碳分布特征及其对人为干扰的响应,挖掘了2 854个土壤剖面,采集了22 786个土壤样品,分析了贵州省不同土地利用方式下土壤有机碳分布规律;并结合贵州省石漠化防治规划,初步估算了石漠化防治工程的土壤碳增汇贡献。结果表明:贵州省土壤有机碳呈现含量高、密度小的特征。表层土壤(0-20cm)有机碳平均含量25.07g/kg,平均密度仅为4.27kg/m~2。不同用地类型土壤表层有机碳含量大小为灌木林地乔灌木林地灌草地乔木林地弃耕地与荒地草地水田园地旱地与坡耕地;表层碳密度大小为水田灌木林地乔木林地乔灌木林地弃耕地与荒地灌草地旱地与坡耕地草地园地。0-60cm土层土壤有机碳含量对人为干扰较为敏感,60-100cm土层土壤有机碳含量差异较小。实施退耕还林,人工种草及人工造林等石漠化防治工程会明显促进土壤有机碳的积累,到2050年,贵州省0-10,0-20,0-30,0-100cm土层土壤有机碳将增加1.99×10~(13),3.37×10~(13),4.45×10~(13),6.29×10~(13) g。可见,喀斯特地区土壤有机碳具有含量高、密度低的显著特征,石漠化治理能有效增加喀斯特地区土壤碳汇。     

粉碎与颗粒秸秆高量还田对黑土亚耕层土壤有机碳的提升效应

针对东北黑土亚耕层有机碳匮乏,且秸秆体量大、利用困难的问题,于2015—2018年开展田间定位实验,以秸秆不还田为对照(CK),探究粉碎秸秆(FS)与秸秆颗粒(KL)处理下1倍量(15 t·hm^–2)、3倍量(45 t·hm^–2)、5倍量(75 t·hm^–2)的深埋还田对土壤有机碳含量、有机碳结构以及土壤养分比例的影响,旨在通过"变废为宝"促进黑土地可持续发展。结果表明:1)秸秆还田对20～40 cm土壤亚耕层有机碳提升效果显著,随着秸秆倍量的增加,亚耕层土壤有机碳在2%～20%(1 a)、5%～27%(2 a)、1%～18%(3 a)之间变化,高倍量还田优势显著;秸秆还田2 a土壤有机碳增长率最高,表明还田第2年是有机碳的主要积累时期,且秸秆倍量是影响有机碳变化更重要的因素。2)秸秆还田3 a后,FS5处理的脂化度较高而KL5处理的芳香度较高,粉碎秸秆高量还田更易促进烷基碳链型有机碳合成,而KL5处理易促进芳香烃类有机碳合成。3)高量还田后亚耕层土壤碳氮比与碳磷比增幅大于10%,碳钾比增幅大于20%,且秸秆颗粒还田对养...     

不同秸秆还田率情境下亚热带水田土壤的“碳汇”贡献模拟研究

明确不同秸秆还田量对土壤“碳汇”的贡献大小是合理制定农业碳中和措施的基础。以我国典型亚热带地区——福建省水田土壤为研究对象，基于2016年15833个土壤样点实测数据和目前该地区最详细的1︰5万大比例尺土壤数据库，运用农业生态系统中广泛使用的DNDC(DeNitrification and DeComposition)模型模拟了不同秸秆还田率下全省未来的土壤有机碳动态变化。结果表明，2017—2053年传统管理(15%)以及秸秆还田30%、50%和90%下水田土壤的年均固碳速率分别为173、302、478和838 kg·hm^-2，固碳总量分别为11.56、20.15、31.90和55.95 Tg。从土壤亚类来看，咸酸和盐渍水稻土的年均固碳速率最大，不同秸秆还田率下介于220～920kg·hm^-2·a^-1之间；而渗育和潴育水稻土的固碳量最大，不同秸秆还田率下合计介于9.45～45.52 Tg之间，约占研究区总固碳量的81%。从行政区来看，龙岩、泉州两个地级市的固碳速率和总量均最大，不同秸秆还田率下均分别在202～937 k...     

长期施肥对强筋专用小麦籽粒营养及磨粉品质性状的影响

【目的】分析不同施肥措施对小麦品质性状的影响,为优质小麦提供指导性建议。【方法】有机无机肥配合施用试验位于青岛农业大学莱阳长期定位试验站,始于1978年,共设9个处理,分别为不施肥对照(CK)、适量化肥氮138 kg/hm² (N1)、适量有机肥30000 kg/hm² (M1)、有机肥30000 kg/hm²+化肥氮138 kg/hm²(M1N1)、过量化肥氮276 kg/hm² (N2)、过量有机肥60000 kg/hm² (M2)、有机肥30000 kg/hm²+化肥氮276 kg/hm²(M1N2)、有机肥60000 kg/hm²+化肥氮138 kg/hm² (M2N1)、有机肥60000 kg/hm²+化肥氮276 kg/hm² (M2N2),其中N1和M1为等氮量处理,N2和M2为等氮量处理。于2021年小麦成熟期...     

黄土高原人工油松林土壤碳氮对短期氮添加的响应

为了更好地理解土壤碳氮元素对氮添加的响应,通过短期原位模拟氮沉降试验,揭示黄土高原子午岭人工油松(Pinus tabulaeformis Carrière)林土壤碳氮对外源氮添加的响应过程和机制。从2015—2016年设置4个氮添加水平,分别为对照(0kg/(hm~2·a),N0)、低氮(50kg/(hm~2·a),N50)、中氮(100kg/(hm~2·a),N100)和高氮(200kg/(hm~2·a),N200),研究人工油松林地不同深度土层土壤有机碳和全氮以及土壤碳氮储量对模拟氮添加的响应。结果表明:土层对土壤有机碳、全氮和碳氮储量有显著影响,上层土壤有机碳、全氮和碳氮储量显著高于下层土壤;氮添加水平对土壤有机碳、土壤碳储量影响不显著,但可显著影响土壤全氮和氮储量。此外,土壤有机碳、全氮和碳氮储量和土壤碳氮储量比受地下生物量碳氮比的影响显著。因此,短期氮添加对人工油松林地土壤碳的影响不显著,但可显著影响土壤氮,地下生物量碳氮比是影响土壤碳氮的重要因素。     

不同施肥模式对南方黄泥田耕层有机碳固存及生产力的影响

【目的】探讨南方丘陵黄泥田不同施肥对耕层土壤有机碳固存及生产力的影响,促进区域农田固碳减排和作物高产。【方法】基于32年的长期定位试验,研究不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥+牛粪(NPKM)、化肥+全部稻草还田(NPKS)处理下,历年水稻产量、代表性年份耕层土壤有机碳含量及固碳速率的变化。【结果】NPK、NPKM、NPKS处理下水稻历年平均产量分别较CK高67.1%、88.1%和84.2%,差异显著,且NPKM、NPKS处理与NPK处理间亦具有显著差异。NPK、NPKM与NPKS处理耕层土壤有机碳历年平均含量比CK高8.9%~36.8%其中NPKM最高且亦显著高于NPKS与NPK处理。与初始土壤相比各处理有机碳含量增加1.84~5.26g/kg。以每10年为评价周期,NPKM、NPKS处理的固碳速率与CK及NPK差异均显著,其中双季稻年份NPKM与NPKS处理固碳速率分别是CK的2.38倍和1.98倍,是NPK处理的1.59倍与1.32倍但NPK处理与CK间差异不显著。稻田系统年均有机碳输入与有机碳固存间存在极显著幂函数关系,施肥土壤有机碳含量变化与籽粒产量变化间亦呈极显著正相关。【结论】南方黄泥田化肥配施有机肥或配合秸秆还田较单施化肥稳步提升水稻产量。长期不施肥土壤有机碳仍可维持低幅度增长,随着土壤有机碳含量升高,固碳效率逐步降低。化肥配施有机肥或配合秸秆还田较单施化肥明显提高了土壤的固碳速率二者均是提高黄泥田生产力与固碳能力的双赢措施。     

Effects of long-term fertiliser regime on soil organic carbon and its labile fractions under double cropping rice system of southern China

ABSTRACT

This study was designed to explore changes in soil bulk density, soil organic carbon content, soil organic carbon stock and soil labile organic carbon fractions under 34 years fertilizer regime in the double-cropping rice system of southern China. The experiment including five fertilizer treatments: chemical fertilizer alone (MF), rice straw residue and chemical fertilizer (RF), 30% organic manure and 70% chemical fertilizer (LOM), 60% organic manure and 40% chemical fertilizer (HOM), and without fertilizer input as control (CK). The results showed that soil bulk density in the 0-20 cm soil layer with long-term fertilizer treatments were significantly decreased compared to CK treatment. The soil organic carbon content and stock with RF, LOM and HOM treatments were significantly higher than that of MF and CK treatments. These results confirmed by the soil carbon management index which were significantly increased with RF, LOM and HOM treatments. As a result, combined application of organic manure with chemical fertilizer is a benefit nutrient management for improving soil organic carbon content and stock, soil carbon management index in paddy field of southern China.     

Long-term effects of NPK fertilizers and organic manures on soil organic carbon and carbon management index under a double-cropping rice system in Southern China

The effects of manure and chemical fertilizer on soil bulk density, soil organic carbon (SOC), and the role of carbon management index (CMI) in soil quality evaluation were studied under a double-cropping rice system in a long-term experiment. The experiment included five fertilizer treatments: without fertilizer input (CK), chemical fertilizer alone (MF), rice straw residue plus chemical fertilizer (RF), 30% organic matter plus 70% chemical fertilizer (LOM), and 60% organic matter plus 40% chemical fertilizer (HOM). RF, LOM, HOM treatments increased SOC content relative to MF treatment in the paddy fields at 0–20 cm. RF, LOM, HOM treatments were more effective for increasing CMI, lability index, lability of C, and SOC stocks, as compared with MF treatment. Based on rice grain yield and carbon storage, integrated fertilization of chemical fertilizer and organic manure proved to be the most effective practices for improving crop productivity and SOC sequestration.     

Short-term changes in chemical and microbial characteristics of paddy soil in response to consecutive addition of organic ameliorants in a rice–rice–vegetable rotation system

With regard of the problems of soil acidification and soil degradation caused by high intensive planting in south China, a 2-year pot experiment consisting of six harvests under a rice–rice–vegetable rotation cropping system was conducted to assess the effects of NPK+ rice straw (RS) and combined application of RS with peanut bran, biochar, and organic fertilizer on soil chemical and microbial characteristics in paddy soil. The control treatment received chemical fertilizer alone. Results showed that RS and the combination of RS with organic ameliorants, especially NPK+ rice straw + biochar (RSBC) treatment led to the greatest improvement of soil pH, soil organic carbon, microbial biomass carbon, and total nitrogen (TN) content, and urease (UE), acid phosphatase (ACP) and catalase (CAT) activities concurrently without yield sacrificing, which inferred that RSBC treatment could be an effective measure to alleviate soil acidification, boost carbon sequestration and nutrients content as well as soil enzyme activities in rice-rice-vegetable rotation system. Besides, Pearson’s correlation analysis showed that soil mineral nitrogen (N_min) content was negatively related to pH, and the available potassium (AK) content was positively related to UE and CAT activity but negatively related to ACP activity. Canonical correspondence analysis demonstrated the N_min and AK explained 27.2% and 13.7% of the variation in microbial species, respectively. Therefore, it is believed that soil N_min and AK content could be the primary factors of soil microbial properties under the rice-rice-vegetable rotation system.     

稻草还田条件下水田和旱地土壤有机碳矿化特征与差异

采用14C示踪技术,通过100 d的原状土柱室内模拟试验,得出以下研究结果:培养100 d后,有34.74%(水田覆盖)、17.85%(水田翻埋)、35.68%(旱地覆盖)和36.06%(旱地翻埋)的稻草碳被矿化,水田和旱地土壤分别有0.99%～1.17%和2.25%～2.53%的原有有机碳被矿化。土地利用和稻草还田方式及两因素的交互作用,对添加稻草碳的矿化速率和累积矿化率均有显著影响(p<0.01),但对于土壤原有有机碳的矿化速率和累积矿化量,只有土地利用方式对其有显著影响(p<0.01);添加稻草后,土壤总累积矿化量没有发生显著变化(旱地翻埋除外),因为稻草还田抑制了土壤原有有机碳的降解,使100 d的累积矿化量相对于各自对照减少了13.95%(水田覆盖)、15.68%(水田翻埋)、11.04%(旱地覆盖)和3.34%(旱地翻埋)。水田翻埋和旱地覆盖是稻草资源合理利用的较好方式,更有利于土壤有机碳的积累;添加的稻草碳和土壤原有有机碳在水田的矿化速率均显著低于旱地,是水田有机碳含量通常高于同一景观单元旱地的主要原因之一。     

三江平原不同土地利用方式下土壤有机碳的动态变化

以三江平原不同开垦年限的水田及旱地为研究对象,并以沼泽化草甸和天然林地为对照,分层采集土样,测定其土壤有机C含量、pH值及全N含量。在此基础上借助SPSS软件和统计分析技术,探讨了不同土地利用类型各层土壤中有机C含量的垂直分布特征及其与pH值、N素的相关关系。结果表明:土壤有机C的垂直分布随土壤深度和土地利用类型的变化而变化;与沼泽化草甸相比,开垦10年和25年的水田表层土壤有机C含量分别减少49.3%(P<0.01)和14.3%(P<0.05),开垦5年和18年的旱地表层土壤总有机C量比对照分别减少81.9%(P<0.01)和68.3%(P<0.01);林地及开垦18年的旱地土壤pH值均与土壤有机C含量呈显著负相关,相关系数分别为-0.578(P<0.05)和-0.965(P<0.01);农田开垦前后,土壤有机C含量与全N含量呈显著正相关,相关系数均在0.580(P<0.05)以上。     

有机物料长期施用对稻田土壤养分的影响

通过2010—2021年连续12年的长期定位试验，研究了紫云英、水稻秸秆、商品有机肥等有机物料还田施用对稻田土壤养分的影响。结果表明：施用有机物料可以有效提高稻田土壤氮磷钾和有机质等含量。与单施化肥处理相比，紫云英还田土壤碱解氮含量增加6.97%，商品有机肥配施土壤有效磷含量增加49.30%，水稻秸秆还田土壤速效钾含量增加49.32%。3种有机物料处理土壤有机质增加相近(6.0%～7.5%)，可以改善土壤酸性但差异不显著。不同有机物料对土壤基础养分的增加差异显著，紫云英还田土壤固氮能力最强，商品有机肥配施土壤磷素增加最明显，秸秆还田土壤钾素提高最显著。可见，有机物料长期还田施用是一种培肥土壤的有效措施，有助于稻田土壤的可持续利用。     

长期秸秆还田对土壤肥力质量的影响

从20世纪80年代开始,分别在江苏常熟和江西进贤布置长期定位试验,研究秸秆还田对乌栅土及红壤性水稻土土壤肥力的影响.结果表明:无论是乌栅土还是红壤性水稻土,秸秆与化肥配合施用下,土壤全N、全P、速效P和速效K含量与不施肥的CK处理相比显著提高;另外,红壤性水稻土的秸秆还田土壤全N、全P、速效P含量与单一施用化肥处理相比显著提高(P＜0.05).同样,上述两种土壤的土壤有机质含量较单一施用化肥的处理显著增加,而且从腐殖质的组分分析可知:腐殖酸C、胡敏酸C与富里酸C的比值均显著提高,表明土壤有机质品质得以改善.因此,长期的秸秆与化肥配合施用是提高土壤肥力的有效措施之一.     

长期秸秆还田显著降低褐土底层有机碳储量

[目的]秸秆还田作为一种有效的培肥方式,对土壤固碳效果显著,但对于深层土壤有机碳的影响还存在不确定性.分析不同秸秆还田方式下褐土剖面土壤有机碳(SOC)储量变化,为褐土区秸秆还田措施优化和固碳减排等提供科学依据.[方法]长期秸秆还田试验开始于1992年,采用裂区设计,主区为化肥春季和秋季施用,副区为4个秸秆还田处理:秸...     

内蒙农牧交错带地区土地利用方式和施肥对土壤碳库的影响

内蒙武川是我国典型的内蒙农牧交错带地区,土地利用方式转变和施肥是影响该地区农业生产和土壤碳储量的重要人类活动。选取内蒙武川地区,针对不同土地利用方式(耕地、退耕还林/还草)和施肥措施(化肥、有机肥)的长期定位试验土壤,分析土壤有机碳(SOC)、土壤无机碳(SIC)和全氮(TN)含量和储量,结合13C和15N稳定同位素方法,研究土地利用方式和施肥措施对于该地区土壤碳氮转化的影响规律。研究表明,退耕还灌/还草后,SOC储量较耕地均有显著提高(提高幅度0.60~0.98 Mg hm-2 a-1),SIC储量也增加或保持相同水平(柠条地除外)。相比不施肥处理,施用有机肥能显著增加SOC(1.08~1.19 Mg hm-2 a-1),施化肥处理则会降低SIC(0.06~0.16 Mg hm-2 a-1),且主要影响次生碳酸盐。施肥SIC中原生碳酸盐比例(0~23%)低于自然土壤(3%~29%)。施肥措施对于土壤碳氮的转化强度远大于土地利用方式的改变。对于内蒙等干旱半干旱地区土壤,土地利用和施肥措施对于土壤有机和无机碳的影响应该在区域固碳管理中给予全面考虑。