土壤有机碳转化与迁移研究概况

本文论述了土壤有机碳的转化迁移模型,介绍了国内外有关这方面的进展,阐明了有机碳模型与温室效应的预估之间的联系。     

添加^14C标记稻草对喀斯特典型土壤有机碳矿化的影响

为了研究有机物质对喀斯特地区典型土壤有机碳积累与转化的影响,采集两种喀斯特典型土壤（棕色石灰土、黑色石灰土）和一种对照土壤（红壤）的表层土壤（0～15cm）,设置不添加外源物质（CK）和添加14C标记的稻草（T1）的处理,进行为期100d的土壤培养试验及矿化试验。测定并分析了这3种典型土壤类型的微生物生物量碳（MBC）表观周转时间和田间周转时间、外源有机物质对土壤原有有机碳的激发效应以及CO2释放量。结果表明：MBC表观周转时间和田间周转时间依次分别为（71±2）d、（243±20）d、（254±45）d和0.29、1.0、1.04a。添加标记的14C有机物质后,土壤原有有机质的激发效应大小依次为红壤〉棕色石灰土〉黑色石灰土。在相同条件下,红壤不利于土壤有机质的累积,而棕色石灰土和黑色石灰土有利于土壤有机质的累积。     

黑土农田土壤有机碳演变研究进展

在我国, 由于国家粮食安全的需要, 关注黑土、研究黑土的人越来越多, 尤其是黑土可持续利用及其与环境的关系已成为当今研究的热点问题。黑土研究领域中最活跃的部分是黑土农田土壤有机质(碳)的研究。基于此, 本文依据有关文献资料, 简述了我国黑土的分布、黑土开垦历史、农田土壤有机碳的演变及其在农业上的贡献, 系统分析了国内外农田土壤碳研究的方法及其进展, 指出了开展我国黑土农田土壤碳演变及其预测研究的现实意义及其潜在价值, 建议未来应侧重黑土农田土壤有机碳的变化与调控方面的研究, 即在黑土农田土壤有机碳的定向培育技术、指标体系和量化表征评估方法、预测模型等方面有所突破, 最终形成黑土农田土壤有机碳保护和利用的理论和方法。     

土壤微生物生物量碳的表观周转时间测定方法

土壤微生物生物量碳周转对土壤有机质和养分循环起着决定作用。本研究建立了土壤微生物生物量碳周转时间的测定方法。培养条件下 (2 5℃、10 0 %湿度 ) ,加入14 C标记葡萄糖标记土壤微生物生物量碳 ,在 10 0d培养期内 ,每隔 2 0d测定一次14 C标记微生物生物量碳 (14 C BC) ,采用一级热力学方程拟合测定期内 (2 0～ 10 0d) 14 C BC 的周转速率常数 (k) ,由此计算土壤微生物生物量碳的表观周转时间。测定的 5个土壤在培养条件下微生物生物量碳的周转时间为 93～ 4 0 0d ,根据培养温度和实际田间年平均温度推算得到田间条件下土壤微生物生物量碳的周转时间为 1 0～ 4 1a。其主要影响因子为土壤质地 ,土壤利用方式的影响较小。土壤微生物生物量碳的周转时间能较好地反映土壤微生物生物量的周转状况及其与土壤有机质的周转和积累的关系。     

^14C—PP333在不同土壤中的降解动态

利用＾１４Ｃ－ＰＰ３３３研究了它在不同土壤７０％田间最大持水量及淹水情况下的降解动态。结果为两种处理的＾１４Ｃ－ＰＰ３３３均按指数衰减，半衰期分别为１２８－１６１ｄ和１４４－２２４ｄ。降解半衰期与土壤ｐＨ值呈负相关，在淹水情况下与土壤物理粘粒含量呈显著正相关。     

不同施肥方式对灌漠土土壤有机碳、无机碳和微生物量碳的影响

利用武威市白云试验站18a长期定位试验资料,研究了不同施肥条件下,土壤有机碳、无机碳和微生物量碳在0-40 cm土层的变化状况.结果表明,氮肥与有机肥长期配合施用和长期施用农肥可以在0 20 cm土层增加土壤有机碳含量,减少土壤中的无机碳含量,增加土壤微生物量碳含量;单施秸秆可增加土壤有机碳,而对无机碳和微生物量碳影响无明显差异;长期施用氮肥对土壤的有机碳、无机碳和微生物量碳均无明显差异.土壤有机碳与土壤无机碳含量呈显著负相关关系,而与土壤微生物量碳呈显著正相关关系.     

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。     

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.     

作物秸秆碳在土壤中分解和转化规律的研究

采用14C标记秸秆,在大田和实验室的研究结果表明,秸秆的分解速率主要取决于C/N比。施入土壤后,土壤微生物迅速增加,尤其是细菌。秸秆降解首先形成非结构物质,其中大部分转化为富里酸,进而转化为胡敏酸。分解产物对土壤腐殖质的更新,从腐殖质表面官能团或分子断片开始,逐步进行。非结构物质可与腐殖酸的单个分子产生交联作用,在一定条件下,交联的复合分子可进入腐殖质分子核心的成分中。腐殖酸单个组分在土壤中的转化和重新分配,仅仅与腐殖质表面官能团的反交换过程密切相关。粘土矿物选择性吸附胡敏酸,而且优先吸附胡敏酸中低分子成分。     

耕作及水蚀影响下坡耕地土壤有机碳动态模拟

土壤侵蚀和沉积明显影响土壤有机碳(SOC)的积累与损耗,在以往土壤碳平衡模拟中却未得到应有的重视。本文以典型黑土漫岗坡耕地表层土壤为研究对象,利用CENTURY模型模拟特定质地下自然黑土有机碳的积累过程,估算研究区黑土有机碳及各组分的背景值;对比研究侵蚀泥沙对SOC富集的影响,将模型模拟值与实测值进行统计比较来验证模型;进而模拟侵蚀区开垦后SOC以及各组分随时间的变化,定量研究土壤侵蚀对SOC各组分损失的贡献。研究结果表明:黑土有机碳的累积大致可分为初期的快速积累和后期缓慢积累两个阶段,前期慢性有机碳库的累积对SOC库的增加贡献最大,后期SOC累积主要由惰性有机碳缓慢累积来完成。达到平衡状态时,研究区黑土有机碳含量为7 240 g m-2,以慢性和惰性有机碳为主,约占总SOC的97.4%。考虑泥沙对SOC的富集作用,模型模拟值与实测值更加吻合。自然黑土开垦后,微生物分解矿化作用是活性和慢性有机碳损失的主要途径,土壤侵蚀明显降低惰性有机碳含量,其贡献率随侵蚀速率的增加而增大。因研究区侵蚀不严重,土壤侵蚀对开垦以来的SOC库损耗贡献较小。     

Soil organic carbon distribution in relation to land use and its storage in a small watershed of the Loess Plateau, China

Soil organic carbon (SOC) is an important component in agricultural soil, and its stock is a major part of global carbon stocks. Estimating the SOC distribution and storage is important for improving soil quality and SOC sequestration. This study evaluated the SOC distribution different land uses and estimated the SOC storage by classifying the study area by land use in a small watershed on the Loess Plateau. The results showed that the SOC content and density were affected by land use. The SOC content for shrubland and natural grassland was significantly higher than for other land uses, and cropland had the lowest SOC content. The effect of land use on the SOC content was more significant in the 0-10 cm soil layer than in other soil layers. For every type of land use, the SOC content decreased with soil depth. The highest SOC density (0-60 cm) in the study area was found in shrublandII (Hippophae rhamnoides), and the other land uses decreased in the SOC density as follows: natural grassland > shrublandI (Caragana korshinskii) > abandoned cropland > orchard > level ground cropland > terrace cropland > artificial grassland. Shrubland and natural grassland were the most efficient types for SOC sequestration, followed by abandoned cropland. The SOC stock (0-60 cm) in this study was 23,584.77 t with a mean SOC density of 4.64 (0-60 cm).     

红壤区土壤有机碳时间变异及合理采样点数量研究

相对于土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)空间变异性及合理采样点数量的研究,其时间变异性及揭示特定时段SOC变化所需采样点数量的研究较少。选择红壤丘陵区的江西省余江县为研究区,分析了1982—2007年SOC含量的时间变异特征,并估算了揭示该时段SOC变化所需土壤采样点数量。结果表明,1982—2007年SOC含量均值由14.18增至16.27 g kg-1,增幅为14.74%,其变异系数则由0.22上升为0.44。各土地利用方式中,水田和林地SOC含量分别增加了2.93和3.12g kg-1,而旱地则降低了2.55 g kg-1;同时各利用方式的SOC含量变异系数均出现较大幅度的提高。基于两时段的全部样点,在95%和90%置信区间上,计算得到揭示该时段全县SOC时间变异所需的采样点数量分别为186和147。基于各土地利用方式的SOC变化,计算得到水田、旱地和林地所需采样点数量分别为68、44和144(95%置信区间)及54、34和112(90%置信区间);揭示旱地SOC变化所需采样点数量应为水田的60%以上,而林地所需样点则为水田的2倍以上。该研究结果可为红壤区SOC时间变异性及其调查采样提供参考。     

近40年余江县高产水稻土有机碳及养分含量的演变特征

土壤有机碳及养分是土壤肥力的重要指标,研究土壤肥力的演变规律对提升地力、维持农业可持续发展具有重要的理论指导意义。参照第二次土壤普查和2002年采样背景资料,通过田间采样分析及对比研究,探讨江西省余江县高产水稻土有机碳、养分、pH及阳离子交换量(CEC)的状况及其近40年的演变规律。结果表明,余江县域内上表层水稻土(0～10 cm)有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别是(27.3±1.3)g·kg^–1、(2.9±0.2)g·kg^–1、(40.5±3.8)mg·kg^–1、(148±7.9)mg·kg^–1,土壤肥力处于较高水平。与1980年背景资料对比发现,有机碳和土壤养分均有显著提升;尤其自2002年以来,近15年0～10cm层次水稻土有机碳、全氮及速效钾的增幅分别达35%、40%和34%,但有效磷含量变化并不显著,而在10～20 cm层有效磷含量显著增加了56%。与2002年采样结果相比,0～10 cm、10～20 cm和20～40 cm pH显著降低,而CEC显著增加。长期植稻过程中施用化肥,尤以...     

近40年余江县高产水稻土有机碳及养分含量的演变特征

土壤有机碳及养分是土壤肥力的重要指标,研究土壤肥力的演变规律对提升地力、维持农业可持续发展具有重要的理论指导意义。参照第二次土壤普查和2002年采样背景资料,通过田间采样分析及对比研究,探讨江西省余江县高产水稻土有机碳、养分、pH及阳离子交换量（CEC）的状况及其近40年的演变规律。结果表明,余江县域内上表层水稻土（0~10 cm）有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别是（27.3±1.3）g·kg^-1、（2.9±0.2）g·kg^-1、（40.5±3.8）mg·kg^-1、（148±7.9）mg·kg^-1,土壤肥力处于较高水平。与1980年背景资料对比发现,有机碳和土壤养分均有显著提升;尤其自2002年以来,近15年0~10 cm层次水稻土有机碳、全氮及速效钾的增幅分别达35%、40%和34%,但有效磷含量变化并不显著,而在10~20 cm层有效磷含量显著增加了56%。与2002年采样结果相比,0~10 cm、10~20 cm和 20~40 cm pH显著降低,而CEC显著增加。长期植稻过程中施用化肥,尤以近15年来,土壤有机碳、养分及CEC显著提高,但同时造成土壤pH下降。     

荒漠化重建地区土壤有机碳动态研究

土壤有机碳(Soilorganiccarbon,SOC)是反映土地荒漠化的重要指标。本研究以陕西省榆林市为例,开展小区域沙漠化重建地区SOC动态的实证研究。SOC数据来源于1982年土壤普查和2003年重复采样,土样的采集、分析和统计方法分别为土钻取土法、重铬酸钾氧化法、吸管法和面积加权法。研究结果表明:SOC含量与粗砂粒显著负相关(R=-0.50,a=0.01),与粘粒显著正相关(R=-0.45,a=0.05),20年间土壤颗粒细化趋势比较明显;20年间原始剖面、1m深和耕层SOC含量、密度和储量都有不同程度的增加,其中对人类活动最敏感的耕层土壤变化最显著,SOC含量、密度和储量分别增加了0.55g/kg,0.15kg/m2,10.07GgC。该研究结果表明防风固沙、可持续性农耕等措施会卓有成效地促进土地沙漠化的恢复和重建。     

红壤典型区不同类型土壤有机碳组分构成及空间分异研究

以江西省东乡县为研究区,基于土壤有机碳三库(活性、缓性和惰性碳库)一级动力学理论,通过22个土壤样品的实验室呼吸培养实验,计算了各土壤亚类的碳组分含量及占总有机碳的比例,并借助全县229个采样点获得了东乡县的活性、缓性和惰性有机碳的空间分布图。分析结果表明,淹育、潴育、潜育型水稻土和红壤的活性碳含量分别为0.54、0.72、0.72和0.33 g/kg,分别占其总有机碳含量的2.78%、2.83%、2.91%和2.57%;缓性碳含量分别为7.57、9.79、12.34和4.72 g/kg,分别占总有机碳含量的41.09%、45.25%、46.24%和37.12%;惰性碳含量分别为10.36、11.22、13.49和7.67 g/kg,分别占总有机碳含量的60.31%、56.13%、51.92%和50.67%。在空间分布上,活性、缓性和惰性碳含量均呈现由东南向西北减少趋势。分析表明水稻土各亚类活性和缓性碳含量高于红壤,说明水稻土不仅是该地区固碳的主要类型,也是较大的潜在碳排放源。红壤的惰性碳尽管比例最高,但总有机碳含量较低,其土壤固碳能力有待进一步提高。     

Estimating the Contribution of Sampling,Sample Pretreatment,and Analysis in the Total Uncertainty Budget of Agricultural Soil pH and Organic Carbon Monitoring

Monitoring of soil organic carbon (SOC) and pH is needed to manage soil protection and tackle possible degradation in support of, i.e, the upcoming European Soil Framework Directive. Harmonized monitoring procedures and protocols produced under the auspices of the International Organization for Standardization (ISO) and the European Committee for Standardization (CEN) will be recommended. The uncertainty contributions of sampling, sample pretreatment, and analysis in the monitoring of soil pH and organic carbon in agricultural parcels using these harmonized monitoring procedures have been studied.

A within-laboratory comparison between the different analytical methods and sample pretreatments was made on 451 soil samples for SOC and 150 samples for soil acidity. Thereafter, a field study was performed to evaluate the contribution of the sampling method. Finally, an interlaboratory trial (including sampling) was organized to assess the overall monitoring uncertainty.

The results indicate that the influence of different sample pretreatments (e.g., milling) in combination with different analytical methods (elemental combustion versus chemical oxidation) are the main contributions to the observed uncertainty in the monitoring of SOC. For the monitoring of soil acidity, a similar observation was made, showing that differences in the practical implementation of the analytical method (e.g., mechanical shaking) are the main contributions to the monitoring uncertainty. The monitoring uncertainties derived from an interlaboratory trial (including sampling) amounted to ±20% (95% confidence interval, CI) for SOC and ±0.3 pH units (95% CI) for soil acidity on an agricultural parcel.     

皖北平原蒙城县农田土壤有机碳空间变异及影响因素

以皖北平原典型农业生产大县亳州市蒙城县为代表,运用统计学、地统计学方法和GIS技术研究了其农田耕作层(0～20 cm)土壤有机碳(SOC)含量的空间分布及其影响因子。结果表明:研究区SOC含量为10.41±2.52 g kg-1,近30年来提高了55.61%,SOC变异系数为24%,属于中等变异程度。SOC含量在空间分布上表现为东北部、中部和西南部含量高,由西北向东南先逐渐增加后逐渐降低,变异程度较高。整个县域范围内SOC空间变异的主要影响因素为土壤机械组成(粉粒和砂粒含量),其次为秸秆还田。     

不同土地利用下湖北江汉平原湿地起源土壤有机碳组分的变化

调查采集长江荆江段湿地围垦农田土壤的表土样品,实验室分析总有机碳(SOC)、热水溶性有机碳(HWEC)、颗粒态有机碳(POC)、易氧化有机碳(LOC)及有机碳键合组分含量特征,比较分析不同土地利用方式下湿地起源土壤有机碳组分的变化。结果表明,棉田土壤总有机碳含量为(8.86±0.73)g/kg,桔园的为(9.07±0.01)g/kg,湿地的为(10.30±0.37)g/kg,稻田的为(15.57±1.92)g/kg。即棉田和桔园的总有机碳含量接近于湿地的,而稻田的较大幅度高于前面旱地和湿地的。同时,稻田的热水溶性有机碳含量显著高于棉田的(p<0.05);颗粒态有机碳含量显著高于桔园的(p<0.05);易氧化有机碳含量变化与总有机碳一致。但是,从不同组分比率来说,湿地、稻田、棉田间HWEC/SOC、POC/SOC和LOC/SOC均无显著差异(p>0.05),而桔园HWEC/SOC显著高于其他利用方式的(p<0.05),棉田POC/SOC显著高于桔园的(p<0.05),桔园LOC/SOC显著高于湿地的(p<0.05)。供试土壤中铁铝键合态有机碳含量均显著高于相应钙键合态有机碳(p<0.05),且后者在不同土地利用方式下变化微弱。从研究结果来看,同是湿地起源的土壤,化学键合组分的差异明显大于物理分离组分的差异,特别是稻田铁铝键合态有机碳和残渣态有机碳含量及其比例显著高于棉田、桔园和湿地的(p<0.05),这进一步说明稻田土壤存在的氧化铁化学结合稳定机制促进了氧化铁活性较高的稻田土壤有机碳稳定积累。