城市化进程中的土壤有机碳库演变趋势分析

土地利用方式变更引起的土壤碳库变化对全球温室效应、全球碳循环有重大的影响。基于1∶250000多目标地球化学调查数据,利用RS遥感影像和GIS统计技术,分析上海市的城市扩张格局及城市扩张进程中的土壤有机碳库演变趋势。根据上海地区1980、2000、2005年3期遥感影像分析,从1980年代开始,研究区城区面积快速扩张,城市生长以原市区为中心向周边扩展,1980~2005年间城市建设用地面积增加1 377 km2。研究区城区表层土壤有机碳分布呈现较大的空间变异性,城区表层土壤有机碳密度为(3.926±1.381)kg m-2,其均值是郊区的1.049倍,是乡村地区的1.255倍,随城市-郊区-乡村空间梯度演替,表层土壤有机碳密度渐趋降低,城区表层土壤呈现轻度积累;相较于第二次土壤普查农林生态系统,当前研究区城区表层土壤有机碳密度均值升高0.239 kg m-2,升幅6.48%。比较1980年前建城区、1980~2000年建城区、2000~2005年建城区与城市郊区土壤有机碳密度分布,新建城区由于土地利用方式变更强烈,土壤结构破坏,土壤有机碳密度基本上处于低值;随着城市用地年限的延长,城市生态系统的演化发展,土壤有机碳密度渐趋增大。研究提供城市化进程中的土壤有机碳库演变趋势信息,可为城市土壤固碳潜力研究提供数据支持,也为推动中国城市生态系统碳循环研究提供参考。     

黑土有机氮肥替代率演变及其对土壤有机碳的响应

【目的】 探索长期有机培肥下黑土有机肥替代率与土壤肥力的量化关系,为农田土壤培肥和有机替代提供理论依据。 【方法】 本研究依托公主岭黑土肥力长期试验的32年定位观测数据,选取其中的4个处理即不施肥 (CK)、单施化学氮磷钾肥 (NPK)、单施常量有机肥[30 t/(hm2·a),M1]和单施高量有机肥[60 t/(hm2·a),M2],试验用化肥为尿素、过磷酸钙和硫酸钾,年施用N 150 kg/hm2、P₂O₅ 75 kg/hm2、K₂O 75 kg/hm2。分别测定作物产量、植株含氮量以及土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、有机碳含量。基于作物氮素养分吸收量,探讨长期高产条件下施用不同量有机肥其替代率的变化特征,在分析高产条件下有机肥替代率与土壤肥力的基础上,进一步探讨两者之间的数量化关系。 【结果】 基于作物氮素养分吸收量,长期高产条件下高量有机肥处理 (M2) 的有机肥替代率高于常量有机肥处理 (M1),且高产条件下有机肥替代率与施肥年限呈极显著线性正相关 (P < 0.01);通径分析和多元逐步回归分析结果表明,土壤有机碳含量对高产条件下有机肥替代率有显著正效应,是决定高产条件下有机肥替代率差异的主要土壤肥力要素,决定了高产条件下有机肥替代率70%的变异。长期施用常量和高量有机肥处理 (M1和M2),黑土土壤有机碳含量显著增加 ( P < 0.01);土壤有机碳含量与高产条件下有机肥替代率非线性相关,并达到了极显著水平 ( P < 0.01)。 【结论】 化肥氮的有机氮替代率70%取决于土壤有机碳含量的高低。长期施用有机肥能显著提高土壤有机碳含量,在提升土壤肥力的同时,提升了有机氮对玉米吸收的贡献,减少了对化肥氮的依赖。黑土土壤有机碳含量达到24.89 g/kg时,有机肥对化肥的替代率趋近95%,达到最大值。      

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.     

中国农田土壤有机碳变化:II土壤固碳潜力估算

中国作为世界上一个重要的农业大国,提高中国农田土壤碳收集能力对减缓全球温室效应具有重要影响.在前人研究的基础上,利用中国第一次和第二次土壤普查数据,结合大量前人调研资料和田间试验数据整理分析,根据近20年来中国各省(市、区)农田土壤有机碳量变化趋势,估算了农田土壤碳源、汇潜力.由估算得出,假设在20世纪80年代土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下,中国农田土壤固碳潜力约为668 Tg C,即表明假设条件下,中国农田土壤要吸收668 Tg C才能达到一种相对稳定的平衡状态,也说明80年代后期中国农田土壤为碳汇效应.本研究对认识和评价中国农田土壤碳汇能力及其农田土壤固碳潜力提供了方法和依据.     

沙漠化土壤有机碳研究进展

阐释沙漠化现状及沙漠化土壤有机碳特别是与粉粘土结合有机碳的变化;分析土壤有机碳损失的主要因素为风蚀、土地利用方式和气候因子;基于以上分析提出以改变管理方式为主,结合创新技术,并辅以政策导向的固碳措施;针对研究现状存在的不足,对今后的研究提出展望。     

典型黑土区农田土壤碳库及其影响因子显著性变化特征研究

明确不同时期农田土壤碳库及其显著影响因子对农田土壤固碳具有重要意义。基于北安和克东地区20世纪80年代初全国第二次土壤普查资料,2010年测土配方施肥数据和实际补充采集样品分析数据,利用土壤类型GIS连接法研究土壤有机碳库及密度时空变化特征,并采用方差分析检验不同时期土壤有机碳密度空间变异的影响因子及其显著性差异。结果表明,研究区沟谷和低洼平地农田土壤有机碳密度及下降速率均高于漫岗高平原,表层和剖面的碳库年均下降速率为-0.14 t hm-2a-1和-0.13 t hm-2a-1,碳库储量呈现显著下降趋势。1980年农田表层土壤有机碳密度的显著性影响因子为土壤类型(亚类)、海拔、pH和全磷;2010年影响因子中土壤类型(亚类)和pH依然显著,海拔和全磷不再显著,坡度成为新的显著性影响因子。     

农田土壤有机碳固定机制及其影响因子研究进展

全球气候变暖引起的环境问题已经引起各国政府及科学家的密切关注。农田土壤作为大气CO2的源和库,在全球碳循环中的重要角色日渐被认识。本文围绕土壤固碳的基本问题,总结了农田土壤固碳潜力、土壤有机碳固定机制及其影响因素的国内外研究进展。国内研究表明,目前耕地的地力不稳,土壤有机碳密度较低,农田土壤固碳的潜力较大。因此,加强不同区域农田土壤固碳潜力、固碳过程、固碳机理等方面的研究,设计合理优化的农业管理措施,是今后研究的重点。     

中国农田土壤有机碳变化:I驱动因素分析

农业不仅是温室气体的主要排放源之一,同时也可能是温室气体的吸收汇.探明中国农田土壤碳库变化趋势以及农田土壤碳库的源、汇功能对农业减缓和应对气候变暖具有重要意义.本文研究根据中国第一次和第二次土壤普查数据,以及大量文献资料中长期定位点试验数据整理分析,对20世纪60年代以来中国农田土壤碳库时空演变格局,以及农田土壤有机碳变化的驱动因素进行了探讨.研究表明,1960～2000年期间中国农田土壤有机碳含量的增减与气候变化的相关性较弱,其间农田用地类型和管理措施的改变是影响农田土壤碳库源、汇功能的主要驱动因素.1960～1980年期间,农田耕层土壤有机碳含量从23 g·kg-1下降到15 g·kg-1;而1980～2000年期间,由于中国农田保护性耕作等措施的实施,农田耕层有机碳含量从15 g·kg-1增长到21 g·kg-1.中国农田耕层土壤有机碳含量的年均变化速率与初始含碳量呈负相关.尽管20世纪80年代后期,中国农田土壤有机碳源转为碳汇,但不可忽视的是自60年代以来中国已有60%农田耕层土壤有机碳含量出现下降趋势.     

农田土壤有机碳动态研究进展

土壤有机碳动态是土壤碳循环研究中的关键,虽然取得了一定的成果,但仍存在许多问题急需解决。本文综述国内外影响农田土壤有机碳(SOC)动态的因素,列举近年来SOC动态研究中新方法的应用,综合评价各方法的优缺点和适宜使用范围;提出SOC动态研究中存在的问题,并指出今后SOC可能的研究方向。     

农田土壤碳饱和机制研究进展

农田土壤有机碳是土壤肥力的核心,与全球碳循环和气候变化密切相关。然而,土壤有机碳水平并非无限度增加而是存在一个最大容量,或称之为碳饱和水平。本文综述了土壤有机碳的稳定机制、碳饱和理论及其关联性,总结了土壤碳饱和概念模型和饱和亏缺预测等方面的研究进展,分析了我国农田土壤碳饱和效应研究现状,并对未来研究方向进行了展望。     

土壤团聚体中有机碳研究进展

增加土壤有机碳有助于农业可持续发展, 同时对缓解温室气体增加造成的全球气候变暖等具有重要意义。土壤团聚体是土壤的重要组成部分, 影响土壤的各种物理化学性质。土壤团聚体和有机碳是不可分割的, 前者是后者存在的场所, 后者是前者存在的胶结物质。本文在综合各方面研究的基础上, 阐述了土壤团聚体和有机碳的依存关系, 影响团聚体固碳的几大因素, 团聚体对有机碳的物理保护机制以及目前应用比较广泛的团聚体内有机碳的研究方法, 为以后的研究提供理论和方法上的支持。     

全球黑土区有机物料还田对土壤有机碳固存影响的Meta分析

黑土有机质含量丰富,但随着农业活动加剧,以及黑土区低温特性的限制,土壤有机质大量流失。不同有机物料还田是提升土壤有机质的重要方式,然而目前仍缺少对不同有机物料还田具体恢复效果及过程的评价。该研究使用Meta分析的方法,对2000年1月—2022年9月经同行评议的文章进行整合分析,综合了41篇文献中2 012个观测值,设定低、中、高年限及碳投入量,评估秸秆还田和有机肥还田对黑土土壤有机碳固存的影响。结果表明,有机肥还田处理的土壤有机碳、土壤总氮、土壤总磷含量均高于秸秆还田。随着处理年限的增加,有机肥还田对于土壤有机碳含量的增加效果优于秸秆还田。此外,不同碳投入的条件下,有机物料还田对于土壤碳固存影响不同,其中在中碳投入的条件下,有机肥还田有机碳含量(65.62%)显著高于秸秆还田(20.07%)。21 a以上的长期中碳投入下有机肥还田更有利于黑土土壤有机碳固存的增加。该研究为黑土区有机物料还田的选择提供科学依据。     

Use of organic carbon and loss-on-ignition to estimate soil organic matter in different soil types and horizons

Summary Loss-on-ignition (LOI) and the organic C content have been used to estimate soil organic matter. Organic matter is often estimated from organic C by applying a factor of 1.724. Several authors have examined the relationship between LOI, used as an estimate of organic matter, and C by simple linear regressions. In the present study, this approach was examined in relation to two sets of data. LOI overestimates organic matter in soils with significant proportions of clay minerals because of bound water, and correcting for bound water gives some LOI: C ratios of less than 1. It is concluded that differences in the nature of the organic matter in different soils and horizons make the simple regression approach unsuitable. More attention needs to be paid to studies of the nature of the organic matter.     

田块尺度顺坡垄作改等高垄作提高黑土有机质含量

为了明晰等高垄作后对坡耕地土壤有机质的恢复作用,选取一块面积为1.4 hm2的典型黑土坡耕地,采用标准栅格法,同位大样点取样调查了改垄前和改垄10 a后土壤有机质和含水率等性状的变化。结果表明:1)与经典统计学相比,地统计学通过变程、块金值与基台值的比值以及插值绘制空间分布图,能够从全坡面更好地反映改垄前后性状的空间变化;2)等高改垄10 a后,垄台土壤含水率变程由510.7 m降低到193.2 m,块金值与基台值的比值由11.7%升至46.9%,空间相关性强度由强烈变为中等,水分再分配降低;3)耕层土壤有机质总体增加了2.61 g/kg,提升了8.4%,只在坡中上部西侧小区的部分区域降低了3.7%;4)土壤全氮含量减少了0.04 g/kg,降低了2.8%。上述结果表明,对于严重侵蚀的坡耕地,改顺坡垄为等高垄作,可弱化性状空间相关性,对土壤有机质具有恢复作用,但应适当增加化肥氮素的施用量,对东北黑土区坡耕地水土流失治理具有指导意义。     

黑碳添加对土壤有机碳矿化的影响

通过室内培养试验,向土壤中分别添加不同温度制备的黑碳,热解温度分别为350℃(T350)、600℃(T600)和850℃(T850),研究了黑碳添加对土壤有机碳矿化的影响。结果表明,不同温度条件制备的黑碳在15℃和25℃培养条件下,土壤CO2释放速率总的趋势是前期分解速率快,后期缓慢。在整个培养过程中(112天),随着培养时间的延长,土壤CO2释放速率下降趋势逐渐降低,CO2释放速率相对值的大小随着培养温度的的升高而增大。在不同温度培养条件下,添加黑碳后土壤CO2-C累计量均是T350>T600>T850,T350土壤CO2-C累计量最高分别为415.26 mg/kg和733.82 mg/kg。添加不同黑碳后,土壤有机碳矿化增加率存在极显著差异(p<0.01),表明不同温度制备的黑碳对土壤有机碳矿化的影响显著。     

土壤有机碳稳定性影响因素的研究进展

增加土壤碳汇是应对全球气候变化的有效措施,作为土壤碳汇来源之一的有机碳在其中发挥重要作用。过去几十年,土壤有机碳的分子结构性质被认为是预测有机碳在土壤中循环的主要标准。然而最近的研究结果表明有机碳的分子结构并非绝对地控制着土壤有机碳的稳定,而土壤环境因子与有机碳的相互作用显著降低了土壤有机碳被降解的可能性。土壤微生物不仅参与有机碳的降解,其产物本身也是土壤有机碳的重要组成成分。非生物因子直接或间接地控制着土壤有机碳的稳定,包括土壤中的无机颗粒、无机环境以及养分状况等。其中,有机碳与土壤矿物的吸附作用和土壤团聚体的闭蓄作用被普遍认为高效地保护了有机碳。土壤矿物的吸附作用取决于其自身的矿物学性质和有机碳的化学性质。土壤团聚体在保护有机碳的同时也促进了有机碳与矿物的吸附,而有机-矿物络合物同样可以参与形成团聚体。此外,土壤无机环境也影响着有机碳循环。总之,土壤有机碳的稳定取决于有机碳与周围环境的相互作用。同时,有机碳的结构性质也受控于环境因素。然而,无论有机碳的结构性质,还是其所处的生物与非生物环境,都是生态系统的基本属性,且各属性间相互影响、相互作用。因此,土壤有机碳的稳定是生态系统的一种特有性质。     

中国土壤有机碳分解特征研究初报

通过土壤样品的室内培养,运用三库一级动力学理论,对我国典型区域土壤有机碳分解特征进行了研究,结果表明:土壤有机碳分解均呈现前期分解快速和后期分解缓慢的特点,土壤有机碳分解的平衡点大概为2个月,之后的日均分解量变化非常小。我国东部4种地带性土壤有机碳分解速率随纬度的增加而递增。不同种植方式农田土壤有机碳分解速率:菜园>水田>旱地>果园。6个地区表层土壤有机碳含量范围为2.31~81.93 g/kg;活性碳含量范围为0.09~1.04 g/kg;缓效性碳含量范围为0.90~33.39 g/kg;惰效性碳含量范围0.92~47.85 g/kg。     

长期施肥对黄壤有机碳平衡及玉米产量的影响

基于长期定位试验,以黔中典型黄壤为研究对象,采用单因素方差分析、可持续性指数、稳定性指数等方法对长期定位试验获取的数据进行分析和比较,以探讨长期不同施肥处理对黄壤有机碳含量、有机碳平衡量、玉米产量稳定性、可持续性及其相互关系的影响。结果表明:(1)与施化肥和对照处理相比,施有机肥处理土壤有机碳含量明显升高,按大小排序依次为:MMNPK1/2M+1/2NPK1/4M+3/4NPK;(2)施有机肥处理黄壤有机碳平衡量为正值,且随有机肥施用量增加而增加,相反,施化肥和对照处理均为负值,大小依次为:MNPK、M1/2M+1/2NPK1/4M+3/4NPKNPKNKNPN、CKPK,各处理差异显著;(3)有机肥与化肥配施、有机肥单施及氮磷钾化肥协调施用更有利于提高玉米产量,排序为:MNPK1/4M+3/4NPK、1/2M+1/2NPKNPK、MNPNK、PK、NCK;(4)适量有机肥与化肥配施可提高玉米产量稳定性和可持续性(可持续性指数0.6,变异系数0.3),其中,1/4M+3/4NPK处理玉米产量稳定性和持续性最好;(5)玉米年产量与黄壤有机碳平衡量相关度较高,而玉米可持续性、稳定性则主要受有机碳含量影响。综上,有机肥与化肥配施有利于黄壤有机碳含量提升、玉米维持高产稳产。按适量"减肥"原则,以25%有机肥配施75%氮磷钾化肥效果最佳。     

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.     

Managing soil organic matter – implications for soil structure on organic farms

Abstract. This paper reviews current understanding of soil structure, the role of soil organic matter (SOM) in soil structure and evidence for or against better soil physical condition under organic farming. It also includes new data from farm case studies in the UK. Young SOM is especially important for soil structural development, improving ephemeral stability through fungal hyphae, extracellular polysaccharides, etc. Thus, to achieve aggregate stability and the advantages that this conveys, frequent input of fresh organic matter is required. Practices that add organic material are routinely a feature of organically farmed soils and the literature generally shows that, comparing like with like, organic farms had at least as good and sometimes better soil structure than conventionally managed farms. Our case studies confirmed this. In the reviewed papers, SOM was generally larger on the biodynamic/organic farms because of the organic additions and/or leys in the rotation. We can therefore hypothesize that, because it is especially the light fraction of SOM that is involved in soil structural development, soil structure will improve in a soil to which fresh organic residues are added regularly. Thus, we argue it is not the farming system per se that is important in promoting better physical condition, but the amount and quality of organic matter returned to a soil.