黑土单向冻融过程对不同土层有机碳矿化的影响

为揭示黑土单向冻融过程对不同土层有机碳矿化的影响，该研究以东北典型季节性冻融黑土为研究对象，通过添加13C标记葡萄糖(初始添加浓度为200μg/g)模拟春季解冻期土壤最常见有机碳组分，采用室内由外而内的单向冻融(-10～10℃)模拟田间自上而下单向冻融过程，对比分析渐次解冻剥离的外、中、内3个土层在恒温培养15 d过程中的CO₂释放速率变化规律，以及激发效应差异。结果表明：1)单向冻融后，各土柱外层土壤水分均显著增高(为初始含水率的1.20～1.27倍)，而内层则明显失水(仅为初始含水率的78.4%～84.5%)，且未添加葡萄糖处理的内外层水分差异比添加葡萄糖处理的更加显著；2)未添加葡萄糖土柱单向冻融后，内层累积CO₂释放量均值为138.8μg/g，显著高于外层(95.1μg/g)；而添加葡萄糖土柱单向冻融后，内层CO₂释放速率表现出明显的时间变异性，前期峰值突出(第4天)，可达外层和中层峰值的1.7和2.0倍，但后期快速衰退，最终累积CO₂释放速率为外层和中层的1.2和1.3倍；3)添加葡萄糖土...     

冻融交替对水稻土水溶性有机碳含量及有机碳矿化的影响

冻融交替影响土壤水分的有效性及土壤团聚体稳定性,进而影响土壤中微生物的活性及土壤有机碳的矿化。通过室内冻融模拟(即分别在-7℃和28℃下处理土壤)及培养实验,研究了不同冻融交替循环处理下土壤水溶性有机碳(WSOC)、微生物生物量及土壤有机碳矿化的变化规律。结果表明,1到3次冻融交替处理会增加土壤中水溶性有机碳的含量,其中经过1次冻融交替处理的2种土壤其WSOC含量分别增加了25%,20%;但在本实验条件下如果继续增加冻融交替次数则会使土壤水溶性有机碳含量减少。冻融交替处理降低土壤微生物生物量,因此也会影响土壤有机碳的矿化。冻融交替处理对培养第1天的土壤有机碳矿化具有激发效应,激发能力:1次冻融交替>3次冻融交替>6次冻融交替,经过1次冻融交替处理后的土壤其呼吸速率与对照相比增加了17%～40%;其后,冻融交替处理土壤呼吸速率迅速下降,在培养后期甚至低于对照处理。     

红壤性水稻土不同粒级团聚体有机碳矿化及其温度敏感性

采用室内培养方法,研究不同温度(15℃、25℃和35℃)条件下红壤性水稻土不同粒级团聚体(2 mm、1～2 mm、 0.25～1 mm、0.053～0.25 mm和0.053 mm)中有机碳矿化特征,分析团聚体有机碳矿化对全土有机碳矿化的贡献并探讨团聚体有机碳矿化的温度敏感性。结果表明:0.25 mm大团聚体较0.25 mm微团聚体含有更多的有机碳和全氮,碳氮比随团聚体粒级减小而降低。全土和各粒级团聚体有机碳矿化速率在培养的前7d快速下降,之后缓慢降低并在培养后期趋于稳定。25℃和35℃培养时,有机碳累积矿化量在1 mm团聚体中最高,在0.053～0.25 mm团聚体中最低,且有机碳累积矿化量与有机碳和全氮含量显著或极显著正相关。2 mm和0.25～1 mm团聚体对全土有机碳矿化的贡献最大,贡献率分别为34.6%和28.8%。培养温度的升高显著提高了全土和团聚体的有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率。不同粒级团聚体有机碳矿化的温度敏感性系数为1.38～2.00,与有机碳、全氮和碳氮比均极显著正相关。综上所述,0.25 mm大团聚体在红壤性水稻土有机碳矿化中发挥主导作用,升温促进了不同粒级团聚体有机碳的矿化,团聚体有机碳矿化的温度敏感性与有机质的数量和质量密切相关。     

外源有机碳对黑土有机碳及颗粒有机碳的影响

为了阐释外源有机碳在土壤有机碳运转中的作用机制,以黑土为供试材料,进行了5年的室外培养试验,并结合室内全土及颗粒组分单独矿化培养试验,研究了不同外源有机碳对黑土有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)含量及其矿化特征的影响。试验包括单施化肥、牛粪配施化肥、鸡粪配施化肥、秸秆配施化肥和树叶配施化肥5个处理。结果表明:(1)单施化肥黑土SOC的损失主要来源于POC的损失,外源有机碳有利于SOC和POC的累积,与对照相比,禽畜粪便处理的SOC和POC平均增加幅度分别为16.6%和27.8%,植物残体处理的SOC和POC平均增加幅度分别为27.0%和46.4%;(2)一级动力学方程能较好地描述SOC和POC的矿化动态(R~20.9),且POC比SOC易矿化,POC的60d累积矿化量是SOC的3倍以上;(3)禽畜粪便处理和植物残体处理的POC平均矿化率分别为31.5%和29.8%,禽畜粪便处理的POC更易矿化;(4)外源有机碳有效降低了黑土有机碳的矿化,尤其是牛粪,其SOC矿化率为1.9%,比对照低了3.4%,其POC矿化率为24.8%,比对照低17.4%;(5)外源有机碳在黑土中的碳累积能力表现为树叶秸秆牛粪鸡粪。     

不同耕作方式下黑土有机无机复合体变化及有机碳分布特征

研究了不同耕作方式下黑土有机无机复合体组成及有机碳在各级复合体中的分布特征。结果表明：黑土有机无机复合体组成以粉粒复合体为主;黑土有机碳主要存在于小粒级复合体中,开垦有使有机碳向小粒级复合体中聚集的趋势。随着复合体粒径的增大,有机碳各组分的含量趋于减少,HA/FA比值趋于增加;腐殖质碳主要集中在粉砂粒以下的复合体中,且复合体的粒径越小,HA所占比重越大。开垦可导致土壤复合体分散,不利于HA类胶结物质向小粒级复合体中分配,轮作有利于土壤有机碳的累积,土壤物理性状的改善及土壤肥力的提高。     

可溶性有机碳的含量动态及其与土壤有机碳矿化的关系

采用我国东部地区的黑土、潮土、黄泥土和红壤水稻土,通过室内分析和培育试验,研究了不同水分条件下可溶性有机碳含量及土壤有机碳矿化量的动态变化,分析了淹水导致可溶性有机碳含量的变化程度及其对土壤有机碳矿化量的可能影响.结果表明,可溶性有机碳含量与水土比呈直线相关关系,累计提取量随浸提时间增加,单次提取量随提取次数降低.在8周的培养期内,淹水处理的可溶性有机碳含量均显著高于好气处理,黄泥土一号高46%～117%(p＜0.05),黄泥土二号高112%～285%(p＜0.001),潴育黄泥田高21%～73%(p＜0.05).在培养的前3周(黄泥土一号)或前4周(黄泥土二号),不同水分处理的日均土壤有机碳矿化量有极显著差异(p＜0.01),其后,差异不显著;但在整个培养过程中,淹水处理的累计土壤有机碳矿化量均极显著高于好气处理(p＜0.01).培养过程中,土壤有机碳的矿化速率动态与可溶性有机碳含量的变化趋势相一致,特别是黄泥土二号,可溶性有机碳含量与土壤有机碳日均矿化量达到极显著的相关关系(好气相关系数0.942,淹水相关系数0.975).结果还表明,两种黄泥土有机碳矿化量(包括日均矿化量和累计矿化量)的差异并不与全土有机碳含量相关,而主要是其可溶性有机碳含量明显不同所致.因此,对于原土可溶性有机碳含量较高的土壤,淹水显著提高可溶性有机碳量是导致其土壤有机碳矿化量高于好气处理的主要原因.     

添加牛粪对长期不同施肥潮土有机碳矿化的影响及激发效应

为了探讨长期不同施肥潮土有机碳矿化对添加牛粪的响应特征及添加牛粪对长期不同施肥潮土有机碳矿化的激发效应,以始建于1986年的长期定位试验为平台,通过室内恒温培养的方法研究添加等氮量牛粪后长期不同施肥(不施肥,CK;常量有机肥,SMA;常量化肥,SMF;常量有机无机配施,1/2(SMA+SMF))潮土有机碳矿化、土壤有机碳及活性碳库组分(微生物量碳、可溶性有机碳、颗粒有机碳和易氧化有机碳)含量的变化特征。结果表明:无论添加牛粪与否,长期不同施肥潮土有机碳矿化过程均符合一级动力学方程,而牛粪的添加显著增加了长期不施肥、长期单施化肥和长期有机无机配施土壤的有机碳矿化速率常数,增长幅度分别为21.74%、35.00%和45.00%;添加牛粪提高了长期不同施肥潮土有机碳、微生物量碳、颗粒有机碳和易氧化有机碳含量,却显著降低了可溶性有机碳含量;牛粪对长期不施肥、长期施用常量有机肥、常量化肥和常量有机无机配施潮土有机碳矿化的正激发效应分别达到了48.56%、3.60%、48.43%和3.92%,且对长期不施肥及长期施用常量化肥潮土的激发效应显著高于对长期施用常量有机肥及长期有机无机配施土壤;冗余分析显示添加牛粪对长期不同施肥土壤有机碳矿化的激发效应与土壤活性组分碳氮比呈正相关,与土壤养分含量呈负相关。该研究不仅为合理施用有机肥和实现农田生态系统的可持续发展提供理论依据,还有利于实现农业资源再利用及其效益最大化。     

不同土层水稻土培养条件下有机碳矿化规律研究

以湖南省桃源县水稻土为研究对象,基于土壤有机碳三库一级动力学理论,从垂直变化角度研究水稻土总有机碳(Ct)、活性碳(Ca)、缓效性碳(Cs)、惰性碳(Cp)的含量及有机碳矿化特征的相关规律。研究结果表明:1总有机碳、活性碳、缓效性碳、惰性碳含量分别与土层深度成负相关,相关系数分别为0.8431、0.8516、0.8320、0.7734(P0.01),土层越深活性碳占总有机碳比例越小,惰性碳占总有机碳比例越大。2按照CO2-C释放速率变化程度,将矿化曲线划分为快速矿化(平均约7.94 d)、缓慢矿化(平均约28 d)和平衡矿化三个阶段,其中快速矿化阶段主要为活性碳矿化。3土壤有机碳矿化速率、累积矿化量、矿化比例等都随土层加深而减小,但30~60 cm土层有机碳总量大,其有机碳矿化总量的变化对1 m深有机碳矿化总量变化的影响大。4偏相关分析表明不同土层土壤有机碳各组分含量、有机碳矿化总量与土壤全氮含量和土壤p H相关,即土壤性质影响有机碳矿化特征。由此得出,深层土壤有机碳也参与全球碳循环,并且全氮含量和p H会影响深层碳库成为碳源或是碳汇,在研究全球碳循环时应给予充分重视。     

施用生物质炭对旱地红壤有机碳矿化及碳库的影响

为探究生物质炭施入旱地红壤后对该地区土壤有机碳矿化以及有机碳库的影响,采用田间定位试验,设置7种生物质炭施用量处理,分别为0(C0),2.5(C1),5(C2),10(C3),20(C4),30(C5),40t/hm2(C6),以三库一级动力学理论为基础,对这7种处理的土样进行了室内呼吸培养试验。结果表明:(1)与C0相比,C4、C5和C6处理的土壤有机碳含量呈上升趋势,C5处理土壤有机碳含量上升幅度最大为14.66%;C2、C3、C4、C5和C6处理土壤活性碳均显著增加,C6处理增幅最大为25.00%;土壤惰性碳在C3、C4、C5和C6处理中显著增加,增幅分别为18.92%,40.09%,53.60%和49.55%;除C5处理外,其他生物质炭施用量下土壤缓性碳相对于C0处理,分别降低了1.96%,6.54%,8.82%,9.31%和12.91%。(2)与C0处理相比,施加生物质炭后土壤有机碳累积矿化量均显著降低,C6处理降低幅度达25.93%。随着生物质炭施用量的增加,土壤有机碳累积矿化量逐渐降低。(3)土壤有机碳、活性碳和惰性碳与生物质炭施用量存在极显著(p0.01)的正相关,土壤缓性碳与其存在显著(p0.05)的负相关。研究结果可为提升典型旱地红壤肥力,减缓温室气体排放提供科学依据。     

不同含水量及冻结温度对黑土冻融循环过程有机碳矿化的影响

[目的] 冻融过程土壤呼吸在年土壤呼吸总量中占有重要比例,研究探讨土壤冻融过程中含水量、冻结温度和冻融循环次数对土壤碳矿化动态的影响。[方法] 以黑龙江省嫩江县鹤山农场九三水土实验站黑土为研究对象,开展室内冻融程度模拟试验,进行7次冻融循环,设置100%田间持水量(100%WHC)、60%田间持水量(60%WHC)和30%田间持水量(30%WHC)3种土壤含水量;10 ℃恒温处理(对照)、-5 ℃冻结处理(轻度冻结)和-15 ℃冻结处理(重度冻结)3种环境温度。[结果] 冻融循环次数、含水量和冻结温度对CO₂排放量有显著影响,影响度分别为-0.63,0.21,0.14。解冻过程显著增加土壤碳矿化量;轻度冻结时,前3次冻融循环60%WHC土壤碳矿化量比100%WHC和30%WHC分别提高33.0%,35.2%,后4次冻融循环差异不明显;重度冻结时,前2次冻融循环100%WHC土壤碳矿化量,比60%WHC和30%WHC土壤分别提高25.2%,68.0%,后5次冻融循环差异不明显。[结论] 冻融循环次数对土壤CO₂排放量影响最大,含水量次之,冻结温度最小。冻融作用增加低含水量土壤的CO₂累积排放量;降低高含水量土壤的CO₂累积排放量;而对中等含水量土壤,轻度冻结增加CO₂累积排放量,重度冻结降低CO₂累积排放量。一级动力学方程对冻融土壤CO₂排放量的拟合效果较好(R²>0.997),含水量和冻结温度对有机碳矿化潜力C₀值有显著影响。     

不同培养温度下长期施肥红壤水稻土有机碳矿化特征研究

以长期不同施肥处理红壤水稻土为研究对象,布置不同温度下(15、25和35℃)的室内培养试验,研究有机碳矿化的温度敏感性及施肥对土壤有机碳矿化的影响,并分析土壤有机碳矿化与土壤理化性质和不同形态碳素之间的关系。结果表明,培养前期(0～7 d),土壤有机碳矿化速率快速下降,之后逐渐降低并最终趋于稳定。温度升高提高了土壤有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率。磷肥和有机肥的施用提高了土壤有机碳累积矿化量。各处理土壤有机碳矿化的温度敏感性系数Q10为1.31～1.75,施肥提高了土壤有机碳矿化的温度敏感性。Q10与有机碳、全量和速效氮磷、微生物生物量碳、易氧化有机碳和胡敏酸碳呈显著或极显著的正相关关系。3种培养温度下土壤有机碳累积矿化量均与pH呈显著负相关,与有机碳和全氮呈显著或极显著正相关。25℃和35℃培养时,土壤有机碳累积矿化量与微生物生物量碳、胡敏酸碳和富里酸碳显著或极显著正相关。     

侵蚀红壤区植被恢复对表层与深层土壤有机碳矿化的影响

试验研究了典型红壤侵蚀区不同植被恢复年限(0,11,31a)的表层(0—10cm)和深层(60—80cm)土壤有机碳矿化特征。结果表明:深层土壤有机碳84d累积矿化量或潜在矿化量显著低于表层土壤,植被恢复则显著增加了表层和深层土壤累积矿化量或潜在矿化量(P0.05),相关分析显示土壤有机碳累积矿化量或潜在矿化量与WSOC、MBC和SOC显著(P0.05)或极显著(P0.01)相关,表明碳矿化底物数量是决定土壤碳累积矿化量或潜在矿化量的主导因子;对照表层土壤的矿化速率常数(k)高于深层土壤的,植被恢复降低了表层土壤的k值(P0.05),对深层土壤的k值却没有显著影响;而深层土壤矿化率显著高于表层土壤,且植被恢复后均显著降低(P0.05),相关分析显示土壤有机碳矿化率与微生物代谢熵呈极显著的正相关(P0.01),表明微生物碳利用效率是影响土壤碳矿化率的重要因素,而深层土壤微生物碳利用效率显著低于表层土壤,但植被恢复可以改善侵蚀红壤的环境条件,提高土壤微生物的碳利用效率,从而增强土壤固碳能力。     

冻融循环对黑土容重和孔隙度影响的试验研究

反复的冻融循环会通过改变土壤容重、孔隙度等物理性质而使其侵蚀加剧,该文探讨了土壤容重及孔隙度在冻融循环作用下的变化.试从机理上分析冻融作用对土壤抗蚀性的影响规律.以东北黑土为研究对象,考虑冻融温差和土壤含水率两个影响因素.通过室内冻融试验研究了黑土容重及孔隙度的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数的增大,土壤的容重和孔隙度分别呈现缓慢减小及增大趋势,且变化幅度越来越小,最后达到基本稳定的状态;冻融温差越大,冻结温度越低,同一含水率土壤的容重变得更低,而孔隙度相对较高,并且两者的变化量最大;在同一冻融温差下,高含水率土壤经过冻融循环后较低含水率土壤容重更低,而孔隙度更高,且数值的变化量最大.     

季节性冻融期不同秸秆还田方式下黑土温度特征

[目的] 为探究不同秸秆还田方式对季节性冻融期黑土温度的影响。[方法] 通过田间温度监测,以大豆田为研究对象,设置秸秆覆盖还田(FG)和秸秆翻混还田(FH)2种还田方式,还田量分别为秸秆总量的30%(59 670 kg/hm²),60%(119 340 kg/hm²),90%(179 010 kg/hm²),并设置裸地为对照(CK)共7种处理。各处理自地表向下沿土壤垂直剖面分别设置5,10,20,30 cm 4个土层深度,分析冻融期不同秸秆还田方式及还田量下土壤温度变化特征。[结果] (1)秸秆还田使土壤进入不同冻融阶段的时间滞后于裸地,且有效提高土壤最低温度和降低最高温度的变化范围,其中最大提温、降温率均发生在FG90处理,分别为3.0~6.1,1.5~5.2 ℃。(2)秸秆还田减弱土壤的温度变异性和与气温的相关性,最大变异系数和相关系数发生在裸地5 cm土层,分别为6.54,0.82;最小发生在FG90处理30 cm土层,分别为0.82,0.26。土壤温度变异性大小关系为CK>FG30>FH30>FH60>FG60>FH90>FG90,土壤温度与气温相关性大小关系为CK>FH30>FG30>FH60>FH90>FG60>FG90。(3)裸地冻结和解冻速率最大且冻融周期最短,冻结速率为0.19 ℃/h,解冻速率为0.60 ℃/h,最小冻结速率发生在FH90处理,为0.04 ℃/h,最小解冻速率发生在FG90处理,为0.05 ℃/h。(4)随土层深度的增加,土壤始冻阶段、始融阶段逐渐增加,但冻结时长逐渐减小,FG90处理延缓冻融效果最明显,始冻阶段、始融阶段分别为8,10天。[结论] 研究结果定量描述冻融期不同秸秆还田措施下黑土温度特征,明确不同秸秆还田措施之间对土壤温度影响的差异,对于黑土区秸秆资源合理利用及保护性耕作具有重要指导意义。     

不同开垦年限黑土有机碳变化规律

不同开垦年限黑土土壤有机碳及其组分含量变化的研究结果表明:土壤开垦前50年,黑土耕层及犁底层总有机碳及其组分含量下降迅速,土壤有机碳的氧化稳定性系数变化强烈。黑土开垦130年后,有机碳及各组分含量基本上处于相对稳定状态。黑土耕作200年,耕层总有机碳含量损失幅度约1.76%～24.81%。有机碳组分中,FA-C受开垦年限影响相对较小,Hu-C受开垦年限影响最大。     

长期施肥对黑土氮素矿化与硝化作用特征的影响

采用培养试验研究了长期施肥对黑土矿化与硝化作用特征的影响。结果表明,黑土的矿化作用和硝化作用都较强,长期施肥对黑土矿质态氮量有显著影响,施用化肥能够增加矿质态氮量,在施用NPK肥基础上增施有机肥,矿质态氮量进一步增加,表明在土壤管理上如果增加有机肥的施用,可以提高土壤的供氮能力。长期施肥黑土的硝化率与施N肥相关性较好,其次是施用PK肥。有机肥与无机肥配施可使土壤硝化率显著提高;硝化率高低取决于黑土可矿化态氮素含量和土壤pH。     

氮磷添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应的影响

摘 要：【目的】养分输入会显著影响土壤有机碳矿化,但毛竹林土壤有机碳激发效应对不同类型养分输入的响应及其机制尚不明确。【方法】选用尿素和磷酸二氢钠作为外源养分,通过80 d的培养试验,研究氮素、磷素及两者联合添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应、微生物功能以及土壤理化性质的影响。【结果】氮素、磷素及两者联合添加均显著提高了土壤原有有机碳矿化累积CO2排放量（增幅分别为91.3%、19.2%和94.9%）,产生显著的正激发效应,其中氮素及其与磷素联合添加诱导的正激发效应强度显著大于磷素添加处理。上述三种养分添加处理均显著提高了土壤pH、活性有机碳库（微生物量碳、可溶性有机碳和烷氧碳组分）、碳降解酶（?-葡萄糖苷酶和蔗糖酶）活性以及cbhI和GH48功能基因丰度,但抑制了多酚氧化酶和RubisCO酶活性;另外,土壤无机氮含量（NH4+-N和NO3--N）在氮和氮磷添加下增加却在磷添加下降低。相关性分析表明,累积激发效应与土壤pH、活性有机碳库、无机氮含量、碳降解酶活性以及cbhI和GH48功能基因丰度呈显著正相关,而与多酚氧化酶和RubisCO酶活性显著负相关。【结论】氮磷养分添加可能是通过影响土壤pH、活性碳氮含量,并提升微生物的活性和功能,从而显著提高土壤原有有机碳的矿化速率。