土壤活性有机碳库测定方法研究进展

就目前国内外土壤活性有机碳库的各种测定方法及其特点作了较为详细的阐述,并就各种方法的适用范围和存在的问题进行了较为深入的分析,提出了进一步完善土壤活性有机碳的测定方法是将来的研究重点。     

不同土地利用类型对伊犁地区土壤活性有机碳库和碳库管理指数的影响

土壤碳库管理指数（CPMI）可以比较准确地发现人为因素对土地利用的干扰情况。以伊犁河谷不同土地利用类型（耕地、林地、草地和荒地）为研究对象,分析了不同土地利用类型土壤有机碳（SOC）含量、活性有机碳含量及其在SOC中的分配情况,各类有机碳含量之间的相关性、CPMI。研究表明:（1）不同土地利用类型SOC含量和水溶性有机碳（WSOC）含量有显著差异,SOC含量为草地 > 林地 > 耕地 > 荒地;WSOC含量为耕地（最高） > 荒地（最低）;易氧化碳（ROC）含量为草地最低;在0—20 cm和20—40 cm土层,微生物量碳（MBC）含量为草地（最高） > 林地（最低）;ROC含量为荒地高于草地。不同土地利用类型SOC含量均随土层深度增加而降低;ROC含量均随土层深度增加而升高;除林地外,其他样地MBC含量均随土层深度增加呈先升高后降低趋势,而WSOC含量均随土层深度增加而逐渐降低。（2）不同土地利用类型下ROC,MBC和WSOC所占SOC比例各不相同,且碳库的活度主要取决于ROC所占比例,ROC所占比例为荒地 > 耕地 > 林地 > 草地;MBC所占比例为荒地 > 耕地 > 草地 > 林地;WSOC所占比例为耕地 > 林地 > 荒地 > 草地。同一土地利用类型各活性有机碳所占比例情况为ROC > MBC > WSOC。（3）不考虑土层深度影响,耕地ROC含量与MBC含量呈极显著线性负相关;林地SOC含量与ROC含量呈显著线性负相关;荒地SOC含量与WSOC含量呈极显著线性正相关。不同土地利用类型下SOC,ROC,MBC,WSOC含量之间线性相关程度总体偏低。（4）同一土地利用类型,CPMI均随土层深度的加深先增大后减小;0—20 cm土层的CPMI为林地 > 荒地（100） > 耕地 > 草地。土地利用类型由荒地、草地、耕地转变为林地,有利于CPMI的提高,有利于土壤培肥,促进碳循环。     

土壤活性有机碳测定方法的改良

土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,活性有机碳作为土壤碳库中最活跃的组分,对土壤碳含量的变化和碳排放具有较好的指示作用。目前活性有机碳的测定主要采用333 mmol L^-1KMnO_4氧化方法,然而该方法存在诸多不足,需要进行改良。采用改良方法(1:0.2 K_2Cr_2O_7-H_2SO_4)和KMnO_4法测定我国农田生态系统5个长期施肥站点土壤活性有机碳的含量。两种方法测定的土壤活性有机碳含量存在极显著的线性回归关系,且在各地点和施肥处理下均呈极显著的线性关系;改良方法测定的标准误和变异系数都比KMnO_4方法低;并且改良方法所需设备简单、操作简便快速等优点。因此本研究的改良方法与KMnO_4法相比具有一定的优势,可以考虑作为土壤活性有机碳测定的改良方法。     

干湿交替对土壤碳库和有机碳矿化的影响

水分是影响土壤活性碳库和惰性碳库周转过程的主导因子,而土壤有机碳的周转速率会对气候变化造成潜在的重要影响。以农田水稻土为供试土壤,通过培育试验研究了干湿交替过程对土壤有机碳矿化的影响,并利用两库叠加模型对土壤不同碳库及其降解动力学进行初步评估。结果表明:干湿交替激发了土壤呼吸,增加了土壤微生物代谢活性。三次湿润过程对土壤呼吸的激发量分别为119.3%、159.5%和87.3%,激发效应随干湿交替频率的增加先升高后降低。多次干湿交替后,土壤累积CO2释放量低于恒湿土壤,湿润所引起的激发的矿化量不足以弥补干旱期降低的矿化量。在湿润的数小时内,土壤溶解性有机碳含量先升高后降低。干湿交替提升了土壤活性碳库的降解速率,降低了惰性碳库的降解速率,湿润后土壤活性碳库显著增加。多次干湿交替降低了土壤真菌/细菌比,使土壤微生物群落结构发生变化,细菌成为优势种群。     

侵蚀环境坡耕地改造对土壤活性有机碳与碳库管理指数的影响

采用时空互代法,在典型侵蚀环境纸坊沟流域内选取营造果园和修建梯田两种坡耕地改造模式的土壤样品为研究对象,以坡耕地为参照,分析了植被恢复过程中土壤有机碳（TOC）、活性有机碳（LOC）、非活性有机碳（NLOC）及碳库管理指数的演变特征。结果表明,坡耕地改造为梯田后,土壤碳库各组分随改造年限显著增加。碳库指数（CPI）和碳库管理指数（CPMI）总体呈现逐渐增加趋势。改造为果园后,TOC,LOC和NLOC表现规律不一,但总体呈现波动式上升。CPI和CPMI随年限波动式上升,其后CPI逐渐趋于稳定,而CPMI开始缓慢回落,30a时仍较坡耕地增加。研究表明,通过工程和营造果园可以提高土壤碳库各组分含量,使土壤经营和管理趋于科学化,土壤质量向良性发展。相关性分析说明有机碳、活性有机碳、非活性有机碳、碳库指数、碳库管理指数与土壤主要肥力因子相关性极其密切,可以作为反映坡耕地改造过程中土壤质量评价的指标。     

施肥对黑土活性有机碳和碳库管理指数的影响

运用更有效的量化指标来了解和表征土壤碳库的变化是研究土壤碳库动态平衡的基础,也是评价土壤肥力和生态系统的可持续性的必要手段。我们采用土壤碳库管理指数,讨论了国家黑土肥力监测区内的不同施肥情况下土壤碳库的变化。结果显示:施肥与否、施肥种类和数量均对土壤活性有机碳和土壤碳库管理指数有非常显著的影响,施肥尤其高量有机肥与化肥(NPK)配施。更有助于土壤活性有机碳的增加,相应地也就提高了土壤碳库管理指数(CMPI),M2+CK、M4+CK、MO+NPK、M1+NPK、1.5M1+NPK、M2+NPK、M4+NPK各施肥处理对土壤活性有机碳提高的贡献率分别高达15.6％、24.8％、63.6％、135.1％、144.2％、185.9％和256.5％,对土壤碳库管理指数的提高系数达0.48、0.72、1.17、3.21、4.70、7.86和10.44。农业生产中必须切实地重视高量有机肥与化肥(NPK)的配施,以求保持土壤肥力,提高土壤质量,使土壤碳库处于良性状态,最终达到维持土壤的可持续利用之目的。     

施肥对土壤不同碳形态及碳库管理指数的影响

分析了施肥对土壤活性碳（ＣＡ）、微生物生物量碳（ＣＭＢ）、矿化碳（ＣＭ）及碳库管理指数（ＣＰＭＩ）的影响。结果表明,不同土壤ＣＡ、ＣＭＢ、ＣＭ及ＣＰＭＩ的大小为：水稻土〉黄棕壤〉红壤〉潮土。施肥对ＣＡ和ＣＰＭＩ,ＣＭＢ和ＣＭ的影响分别为：处理３〉处理〉处理１〉处理４〉ＣＫ,处理３〉处理５〉处理４〉处理１〉ＣＫ。在提高ＣＡ、ＣＭＢ、ＣＭ及ＣＰＭＩ方面,稻草肥、绿肥优于厩肥,厩肥高量施用优于常量施用。     

不同有机废弃物堆肥对土壤有机碳库及酶活性的影响

采用盆栽试验的方式,探讨了施用50 g/kg的啤酒污泥堆肥(BSC)、牛粪堆肥(DMC)和菇渣堆肥(SMC)对苹果土壤有机碳(SOC)、活性有机碳(AC)、水溶性有机碳(WSOC)、可矿化碳(PMC)和碳库管理指数(CPMI)以及5种土壤酶活性的影响.结果表明:与CK相比,施用啤酒污泥、牛粪和菇渣3种堆肥化处理有机物后,土壤SOC、AC、WSOC、PMC含量明显增加,SOC含量分别是CK的2.51,2.46,2.65倍,AC含量分别是CK的5.70,5.45,5.00倍;WSOC含量分别比CK高361.21％,382.90％,312.73％;PMC含量分别比CK高349.57％,341.59％,318.11％,并且其有效率在短期呈增加趋势,土壤CPMI显著提高,分别是CK的6.86,6.49,5.66倍;BSC、DMC、SMC处理的土壤脲酶、中性磷酸酶、蛋白酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性均显著提高.啤酒污泥堆肥(BSC)因含有活性颗粒,所以对土壤有机碳库及酶活性的影响最为明显,其次是牛粪堆肥(DMC),菇渣堆肥(SMC)因有机碳趋于稳定,表现最差.     

长期施肥对土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响

以长期定位试验为研究对象,分析了长期施肥对土壤不同层次活性碳的影响,并计算了各处理的碳库指数和碳库管理指数。结果表明,土壤活性碳均随土层的增加而减少0,～7.5 cm土层的活性有机碳平均比7.5～15 cm、15～30 cm、30～50 cm高出6.6%、23.4%、57.1%。施肥均可以提高土壤活性有机碳和碳库指数。单施有机肥培肥土壤和有机肥、化肥的配合施肥对提高土壤中活性有机碳的作用较单纯施用化肥更为显著。施肥除了绿+N、秸+N、农+绿+N处理的碳库管理指数降低外,其它各处理的碳库管理指数均有所增加。农业生产中必须重视有机肥的合理施用,使土壤碳库处于良性状态,最终才有可能维持土壤的可持续性利用。     

缙云山5种植被下土壤活性有机碳及碳库变化特征

为揭示重庆市缙云山不同植被下土壤活性有机碳及碳库分配特征,以该地区5种植被类型:阔叶林、针叶林、混交林、竹林和荒草地为研究对象,分析不同植被类型下各土层土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)含量及其土壤碳库的变化特征.结果表明:SOC和各活性有机碳组分含量及分配比...     

不同施肥措施对黄土丘陵区农田土壤有机碳组分和碳库管理指数的影响

为探究不同施肥对黄土丘陵区农田土壤有机碳组分及碳库管理指数(CPMI) 的影响,以及提高旱区土壤碳“汇”能力提供理论依据,研究基于中科院安塞水土保持试验站长期定位试验,采用5种不同施肥设置[种植作物不施肥(CK)、氮磷肥配施(NP)、氮磷钾肥配施(NPK)、单施有机肥(M)和有机肥中配施氮磷肥(MNP)]对土壤有机碳组成及碳库管理指数(CPMI)的影响。结果表明：不同施肥处理能增加不同土层土壤有机碳及其组分含量,且土壤有机碳及其组分含量随土层深度增加而逐渐降低；施用有机肥处理(M和MNP)下0-20cm土壤有机碳及其组分含量高于化肥(NP和NPK)和CK处理,与CK处理为对照,M和MNP处理下有机碳含量分别增加133.59%、118.52%(P<0.05),易氧化有机碳含量分别增加51.73%、48.20%(P<0.05),可溶性有机碳含量分别增加61.54%、53.21%(P<0.05),土壤微生物碳含量分别增加68.34%、113.04%(P<0.05)；除土壤微生物碳以外,20-40cm土壤有机碳及其组分含量均无显著差异；不同施肥处理显著提高0-20cm 土壤CPMI,M处理下CPMI在所有施肥处理中最高,20-40cm 土壤中M处理下CPMI在所有施肥处理中最大,但各施肥处理间差异不显著。总体来讲,施用有机肥可以提高旱区土壤水土保持能力和土壤肥力,增强土壤碳“汇”功能及其土壤有机碳的稳定性。     

土地利用方式对土壤活性有机碳含量影响的初步研究

以我国川中丘陵区紫色土为背景,研究了5种不同土地利用方式对土壤活性有机碳(可溶性有机碳和微生物量碳)含量的影响,分析了可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、总有机碳(TOC)的关系。结果表明,土地利用方式对土壤活性有机碳有显著影响。DOC含量呈现菜地>果园>水田>林地>旱地的趋势;MBC含量为水田>果园>菜地>林地>旱地。有机物质的输入量、种植制度和土壤管理措施是差异存在的重要原因。菜地、旱地、林地、果园和水田的DOC/TOC均值分别为0.58%、0.28%、0.19%、0.57%和0.28%,其相应的MBC/TOC均值分别为3.57%、3.09%、2.38%、2.67%和3.42%。经相关性分析,5种土地利用方式DOC、MBC含量与TOC之间的差异性达到了显著或极显著水平。     

不同有机物料及其配施对潮棕壤轻组有机碳的动态影响

用埋袋法研究了潮棕壤中加入单一物料(玉米秸秆,稻草秸秆,苜蓿,鸡粪,猪粪)和混合物料(玉米秸秆-鸡粪-猪粪和苜蓿-鸡粪-猪粪)后土壤中轻组有机碳的一年内动态变化。结果表明:施不同有机物料后,土壤中轻组有机碳与对照相比都有较大幅度提高。随着培养时间的推移,不同处理的土壤中轻组有机碳碳含量都逐渐下降,且其下降趋势与添加物料的C/N比值呈显著的正相关。相关分析表明,施用混合物料处理中轻组有机碳的含量与单一物料处理都呈显著的正相关。     

长期轮作施肥处理对植烟土壤有机碳组分和酶活性的影响

以贵州省遵义市烤烟长期(18年)定位试验为平台,研究两种种植制度(烤烟–玉米轮作和烤烟连作)下的3种不同施肥模式(不施肥、单施化肥、化肥有机肥配施)对植烟土壤有机碳组分、酶活性和碳库管理指数的影响,探究植烟土壤的碳素转化,为土壤碳素科学管理提供依据。结果显示：在相同种植模式下,化肥有机肥配施处理比单施化肥处理的土壤总有机碳(TOC)增加5.65% ~ 12.13%,其中,轻组有机碳(LFOC)、溶解性有机碳(DOC)和易氧化有机碳(ROC)分别提高23.33% ~ 28.71%、24.46% ~ 25.54%、10.26% ~ 18.99%,碳库管理指数增加12.89% ~ 23.34%;土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、淀粉酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性显著增强,且与土壤有机碳各组分含量和碳库管理指数呈显著正相关(0.59^* ~ 0.97^**,n=18)。在相同施肥条件下,轮作处理的土壤有机碳含量、酶活性和碳库管理指数分别比连作处理提高6.14% ~ 23.51%、9.00% ~ 37.92% 和4.74% ~ 14.44%,以烤烟–玉米轮作+化肥有机肥配施处理最优。综上,通过“轮作+化肥有机肥配施”不仅能显著提高植烟土壤有机碳含量和碳库管理指数,还能增加土壤微生物生物量和活性有机碳(LOC)组分,对于提高植烟土壤肥力和维持土地生产力具有重要意义。     

长期施肥对土壤生物活性有机碳库的影响

采用土壤培养实验方法,研究了25年施肥对平凉黑垆土土壤生物活性有机碳库(C0)的影响。结果表明:土壤生物活性有机碳库(C0)以施用有机肥处理显著增大,其中以S+NP处理最高,达1071.00μg/g,M+NP处理为940.85μg/g,M处理为776.90μg/g,分别比CK增加1.86倍、1.51倍和1.07倍,单施N肥处理对土壤生物活性有机碳库影响不大,为399.10μg/g,仅比CK增加6.4%,NP配合处理为621.60μg/g,比CK增加65.76%。增施有机肥料可明显增大土壤生物活性有机碳库(C0),NP化肥配合施用也有良好效果,N肥单施无明显作用。土壤生物活性有机碳库(C0)占土壤总有机碳(TOC)的百分比为2.70%～6.34%,生物活性有机碳库的周转速率(K)为0.0223～0.0301d-1,生物活性有机碳库在土壤中的半周转期(T1/2)为22.55～31.09d。土壤生物活性有机碳库(C0)与土壤全氮呈极显著性正相关,与总有机碳(TOC)呈显著性正相关。     

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。     

蚯蚓粪对豇豆土壤活性有机碳及微生物活性的影响

为探讨施用蚯蚓粪对豇豆土壤活性有机碳与微生物活性的作用效果,通过大田试验,研究CK(对照,不施肥)、CF(单施化肥)、VC(蚯蚓粪)和VC+CF(蚯蚓粪和化肥各提供50%的氮)等处理对豇豆土壤活性有机碳、碳库管理指数(CPMI)、微生物量碳氮及微生物呼吸、代谢熵的影响。结果表明,与CF相比,施用蚯蚓粪处理的活性、中活性和高活性有机碳含量均显著升高。VC+CF的活性有机碳含量与CPMI明显高于其它处理,较CF分别高出30.38%和36.69;同时,微生物量碳、氮含量亦显著高于其它处理。此外,VC+CF还明显增强了土壤微生物呼吸作用,但降低了代谢熵,其中土壤微生物呼吸分别比CK、CF和VC提高64.91%、36.23%和16.05%,而代谢熵分别下降10.85%、9.06%和5.32%。与VC+CF相比,VC对豇豆土壤的影响作用较小。相关性分析表明,土壤不同程度的活性有机碳、CPMI与微生物活性之间呈显著或极显著的相关性,各指标之间具有密切的内在联系。综上所述,蚯蚓粪与化肥配施能明显提高豇豆土壤的活性有机碳含量,且能显著增强土壤微生物活性。该研究为豇豆的合理施肥提供了理论依据。