黑土颗粒态有机碳与矿物结合态有机碳的变化研究

确定管理措施下土壤有机碳(Soil organic car-bon,SOC),尤其是土壤团聚体稳定过程中表现活跃的有机碳组分的动态变化,对于正确评估农业管理措施对土壤结构和质量的影响作用至关重要[1]。土壤颗粒态有机质(Particulate organic matter,POM,>53μm)库是相对新形成的和对微生物有吸引力的物质,代表很大比例的“慢”分解有机碳库,其周转时间介于活性库和惰性库之间[2]。土壤POM包含有部分分解的动植物残体,是微生物活动的重要碳源[2]。增加土壤颗粒态有机碳(POM-C),有利于土壤生物活动,增加微生物生物量碳、氮,改善土壤结构及其他土壤性状[3]。土壤PO     

典型草原土壤矿物结合态和颗粒态有机碳矿化差异

草原土壤有机质矿化对温度和水分的响应对于评估草原土壤对未来气候变化的作用具有重要意义。本研究通过分离矿物结合态有机质（Mineral-associated organic matter, MAOM）和颗粒态有机质（Particulate organic matter, POM）,并设置5种不同温度和水分条件进行培养试验,以确定其在不同条件下的矿化差异。结果表明,在最适条件（25℃,50%土壤持水量（Soil water holding capacity, WHC））下,全土180 d内CO2累积排放量为2 688 mg?kg-1。两种碳库的矿化速率均随温度的升高而显著增加,而随土壤水分含量无显著变化。对于CO2累积排放量,以单位土壤质量计时,MAOM远大于POM;而以单位有机碳计,POM远大于MAOM。同时,不同条件下两种碳库的CO2累积排放量差异显著,表明控制两种碳库矿化的机制存在差异。此外,MAOM的CO2排放速率与可溶性有机碳（Dissolved organic carbon, DOC）、碳氮比（C:N）呈极显著相关,且MAOM中土壤微生物生物量碳（Microbial biomass carbon, MBC）与温度呈显著负相关。全土及两种碳库土壤有机碳含量在短时间内均变化不显著。本研究通过量化不同碳库在不同条件下的矿化速率,为理解土壤碳库周转、完善土壤碳库模型提供了基础数据,有助于更准确地估算和预测全球变化背景下土壤CO2排放变化。     

施用猪粪生物炭对酸性和石灰性水稻土颗粒态和矿物结合态有机碳含量及化学结构的影响

目的土壤颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)是土壤有机碳库的主要组成,了解施用生物炭对其含量变化及其在土壤总有机碳中的占比和化学组成特征,对认识土壤有机碳动态变化具有重要意义。方法于2019年,分别在杭州市富阳区的酸性和石灰性水稻土上进行猪粪生物炭施用量和方法定位试验,种植制度为单季水稻。试验设置6个处理：常规施化肥(NPK),NPK基础上施用猪粪4.5 t/(hm²·a) (SM),NPK基础上施用猪粪生物炭4.5 t/(hm²·a) (SBc1)、11.25 t/(hm²·a) (SBc2)、22.5 t/(hm²·a) (SBc3),以及猪粪生物炭一次性施用112.5 t/hm² (SBc4)。2021年(第3年)水稻收获后,采集0—20 cm耕层土壤样品,分析其基本理化性质,并将土壤样品分为250～ 2000 μm (粗颗粒态有机物),53～250 μm (细颗粒态有机物)和 <53 μm (矿物结合态有机物) 3个粒级,分析各粒级土壤中有机碳含量以及占比,并采用傅里叶红外光谱仪分析了各粒级土壤有机碳的特征光谱,以特征光谱峰值半定量性的评估了有机碳组成的变化。结果与SM处理相比,酸性水稻土中SBc3、SBc4处理土壤有机碳含量分别显著增加了49.4%和103.3%,石灰性水稻土中土壤有机碳含量分别增加了42.2%和53.0%。与SM处理相比,4个猪粪生物炭处理显著增加了酸性水稻土粗颗粒态有机碳(C-POC)含量137.8%～554.1%,细颗粒态有机碳(F-POC)含量37.6%～85.2% (P<0.05);SBc3和SBc4处理分别显著增加了石灰性水稻土中C-POC含量110.0%和203.0%,F-POC含量54.8%和96.0% (P<0.05);与SM处理相比,4个猪粪生物炭处理对两种水稻土MAOC含量的影响均不显著(P>0.05)。傅里叶红外光谱特征测定结果表明,施用猪粪和猪粪生物炭对两种水稻土各粒级中主要有机化合物的类型无显著影响,但会影响其比例,与NPK处理相比,SBc3和SBc4处理分别显著增加了酸性水稻土有机碳中芳香族化合物的比例19.5%和38.0%,降低了酚醇碳族化合物的比例7.8%和17.9%,显著降低了石灰性水稻土有机碳中芳香族化合物的比例21.0%和19.1%,增加了酚醇族化合物的比例19.1%和33.2% (P<0.05)。结论对于较高的猪粪生物炭施用量,不论一次性施用还是逐年施用均可显著增加水稻土总有机碳含量,且粗颗粒有机碳增加幅度大于细颗粒,而对矿物结合态有机碳含量无显著影响。施用猪粪生物炭对土壤有机碳主要组成有机化合物无显著影响,但会增加酸性水稻土有机碳的稳定性,而降低石灰性水稻土有机碳的稳定性。相同施用量下,猪粪生物炭提高酸性水稻土有机碳含量的作用高于石灰性水稻土。本试验结果可为猪粪生物炭在农田的科学应用提供技术支撑和理论依据。     

水稻秸秆/根系添加对稻田红壤发生层颗粒态及矿物结合态有机碳的影响

  目的  基于室内培养试验,明确等碳量添加水稻秸秆（S）、根系（R）或二者混合物（S + R）对稻田红壤不同发生层中颗粒态有机碳和矿物结合态有机碳的影响。  方法  以稻田红壤（20 ~ 30年）氧化还原层1（Br1）、犁底层（Ap2）及水耕表层（Ap1）的土壤为材料,基于等碳量添加S、R及S + R的培养试验,分析了水稻秸秆与根系添加到供试土壤30、60、120和210天时,各发生层土壤中总有机碳、游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳及矿物结合态有机碳的变化差异与影响因素。  结果  等碳量添加S、R或S + R均可显著增加稻田红壤各发生层土壤总有机碳、游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳及矿物结合态有机碳含量。但随着培养时间的延长,各发生层土壤总有机碳、闭蓄态颗粒有机碳和矿物结合态有机碳含量均呈显著降低趋势,而游离态颗粒有机碳含量则呈显著增加趋势。R或S + R处理的土壤总有机碳增加量均高于S处理,且Br1层土壤总有机碳的增加量显著高于Ap1和Ap2层。  结论  水稻秸秆与根系还田利于稻田红壤有机碳的增加,而将水稻秸秆和根系的混合物深还至Br1层（20 ~ 40 cm）对稻田红壤有机碳量的增加效果更好。     

耕作年限对棉田土壤颗粒及矿物结合态有机碳的影响

研究耕作年限对棉田土壤颗粒及矿物结合态有机碳的影响.以相应荒地为对照,选取南北疆兰州湾、31团和普惠农场3个典型绿洲不同耕作年限土壤为研究对象,应用物理分组方法研究颗粒及矿物结合态有机碳的变化规律.结果表明:耕作有利于棉田土壤总有机碳的积累,耕作(0～5年)总有机碳增加迅速,年均增加在0.65 g/kg以上;颗粒有机物、有机碳和颗粒有机碳的分配比例在耕作0～10年间增加,较荒地分别增加50.12％,263.64％,79.79％,10年后下降.矿物结合态有机碳含量则随耕作年限的延长递增,矿物结合态有机物含量变化趋势与颗粒有机物相反.土壤有机碳在耕作1～10年增加,有利于土壤质量的提高,是荒漠区土壤碳汇,是合理的耕作年限.     

岩溶山地不同土地利用方式土壤颗粒有机碳和矿物结合态有机碳的分布特征

对重庆中梁山岩溶山地不同土地利用方式下0-40cm土壤颗粒有机碳和矿物结合态有机碳的含量和分布特征进行了研究.结果表明:不同土地利用方式土壤有机碳含量平均值表现为:林地>菜地>草地>橘园地>弃耕地.除橘园地外,其它各土地利用类型土壤细颗粒有机碳(FPOC)含量大于粗颗粒有机碳(CPOC).不同利用方式土壤颗粒有机碳含量在剖面层次中表现不同.0-20cm表层土壤CPOC含量表现为:橘园地>草地>菜地>林地>弃耕地,差异较大.土壤FPOC含量表现为:林地>草地>菜地>橘园地>弃耕地;20-40cm土壤CPOC和FPOC最高值出现在菜地,最低值出现在弃耕地.不同土地利用方式土壤矿物结合态有机碳(MOC)含量和土壤有机碳含量分布特征一致.除橘园地外土壤各组分有机碳分配比例大致表现为:MOC/SOC>CPOC/SOC>FPOC/SOC.相关分析表明,不同土地利用方式土壤SOC和POC呈正相关,相关性不一致.林地和草地呈极显著相关(P<0.01),弃耕地呈显著相关(P<0.05),菜地和橘园地相关性不显著.表明人为干扰和耕作措施会影响POC对SOC的贡献.     

不同坡位柑橘园土壤团聚体矿物结合态有机碳矿化特征

矿物结合态有机碳（MAOC）是土壤有机碳（SOC）的主要组成部分,其矿化特性对土壤固碳和全球气候变化具有重要影响。坡位作为重要的地形因子,显著影响有机碳与土壤矿物的相互作用及稳定性。然而,目前关于不同坡位土壤MAOC矿化特征尚不清楚。本研究以南方丘陵区典型柑橘园土壤为研究对象,通过室内培养探究了不同坡位（坡上、坡中和坡下）柑橘园土壤团聚体MAOC的矿化特征,分析了土壤理化因子和疏水性对MAOC矿化的影响。结果表明：坡下柑橘园土壤MAOC的累积矿化量（C_t）、矿化速率和潜在可矿化量（C_o）均明显高于坡上和坡中,但坡下土壤C_o/MAOC的比值明显低于坡上和坡中。随着团聚体粒径的减小,各坡位柑橘园土壤MAOC的C_t、矿化速率和C_o均呈上升的变化趋势,而MAOC的矿化强度逐渐减弱。冗余分析（RDA）表明,MAOC潜在可矿化量（C_o）与pH、SOC、MAOC、TN和C/N呈显著正相关（P < 0.05）,与铁铝氧化物（Fed/Ald、Feo/Alo和Fep/Alp）和疏水性呈显著负相关（P < 0.05）。C_o/MAOC与铁铝氧化物和MAOC疏水性呈显著正相关,而与C_o、C_t、pH、SOC、MAOC、TN和C/N呈显著负相关。层次分割分析表明,Alo、Alp和Fep是影响MAOC矿化的重要因子。变差分解分析表明,Alo、Alp、Fep、C/N、MAOC和Feo的共同作用显著影响不同坡位团聚体中MAOC的矿化。研究结果对深入认识南方丘陵区不同坡位柑橘园土壤团聚体中矿物结合态有机碳形成机制、稳定特性以及提高土壤固碳具有重要意义。     

耕作措施对旱作农田土壤颗粒态有机碳的影响

为了探明耕作措施对陇中黄土高原旱作农田土壤有机碳的影响,以连续进行17年的不同耕作措施长期定位试验为研究对象,利用碘化钠重液分组法,探索了传统耕作(T)、传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕(NT)、免耕+秸秆覆盖(NTS)4种耕作措施对陇中黄土高原旱作农田土壤游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳、颗粒态有机碳和矿质结合态有机碳的影响。结果表明:土壤总有机碳含量随土层加深而降低,游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳、颗粒态有机碳的含量和占土壤总有机碳的比例均随土层加深而降低,而矿质结合态有机碳含量和占土壤总有机碳比例则随土层加深而增加。在0~40 cm各土层,各处理土壤颗粒态有机碳占总有机碳的比例(54.02%~76.78%)均高于矿质结合态有机碳占总有机碳的比例(31.78%~46.11%)。较之T处理,TS和NTS处理均不同程度提升土壤游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳、颗粒态有机碳的含量和占土壤总有机碳的比例,其中NTS处理的提升效果最显著,TS处理次之。虽然NT、TS、NTS处理可提升土壤矿质结合态有机碳含量,但T处理下的矿质结合态有机碳占总有机碳的比例高于NT、TS和NTS处理。耕作模式和秸秆添加模式均对土壤总有机碳、游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳、颗粒态有机碳和矿质结合态有机碳的提升具有显著效应,但秸秆添加模式的效应高于耕作模式。同时,免耕模式仅对0~10 cm各土层土壤总有机碳的提升效应达到显著水平,对0~20 cm各土层土壤碳组分的提升效应均达显著水平,而添加秸秆对0~40 cm各土层土壤总有机碳和各组分均发挥着显著提升效应。综合来看,免耕配合秸秆还田可以提升土壤活力,促进土壤固碳,有利于该区构建环境友好型和可持续发展型农业生产模式。     

土壤颗粒有机碳和矿质结合有机碳对4种耕作措施的响应

以陕西关中平原中部耕作定位试验为研究对象,研究深松、旋耕、免耕和统耕作4种耕作方式在秸秆还田和不还田条件下对土壤颗粒有机碳和矿质结合态有机碳的影响。结果表明,相对于传统耕作,深松、旋耕和免耕处理都使土壤颗粒碳(POC)含量增加,但在秸秆还田下相应增加幅度更大,在0-10cm土层颗粒碳增加20.71%～69.25%,表现出深松>旋耕>免耕>传统耕作的顺序,而对其他10-20cm,20-30cm,30-40cm土层的颗粒碳影响较小。在同一种耕作模式下,秸秆还田的与无秸秆还田的相比,深松、旋耕、传统耕作使土壤POC增加了9.17%～26.61%,其中以传统耕作措施的提高幅度最大。在秸秆不还田条件下,各耕作处理矿质结合态有机碳的差异较小,但在秸秆还田条件下,旋耕促进了土壤矿质结合态有机碳(MOC)的增加,比对照(传统耕作)提高了22.98%。从土壤有机碳的角度考虑,深松和旋耕并结合秸秆还田是较适合于当地土壤条件的耕作模式。     

耕作方式对紫色水稻土总有机碳及颗粒态有机碳的影响

为研究耕作方式对西南地区紫色水稻土总有机碳及颗粒态有机碳的影响,以1989年设立的位于西南大学农场的农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内的长期免耕试验田为对象,研究在冬水田平作（DP）、水旱轮作（SH）、垄作免耕（LM）、厢作免耕（XM）和垄作翻耕（LF）5种不同耕作方式下,土壤中总有机碳（TOC）含量、颗粒态有机碳（POC）含量、颗粒态土壤质量分数和颗粒态有机碳分配比在土壤中的分布特点。结果表明,不同的耕作方式主要对表层土壤的TOC、POC分布产生显著影响,其中LM对提高积累TOC和POC贡献最大;0-60 cm土层TOC含量变化范围为7.10～34.45 g/kg,颗粒态土壤质量分数所占比例为30.38%～45.65%,POC含量为1.31～19.39 g/kg,各数值基本变化趋势都是随土壤深度的增加而减小。TOC与POC都可作为评价耕作方式影响紫色水稻土土壤质量变化与固碳能力的有效指标,但相同耕作制度下POC变化幅度更大,对其响应也更为敏感。从TOC和POC的关系来看,不同耕作制度下有机碳的增加与土壤物理保护能力的提高有关,免耕方式有利于有机碳以及颗粒态有机碳的保护和稳定。     

针阔混交措施对红壤侵蚀区马尾松林土壤有机碳稳定性的影响

[目的] 为了探究针阔混交改造措施对红壤侵蚀区恢复马尾松林土壤碳库稳定性的影响。[方法] 以福建长汀不同恢复年限(Y10、Y20、Y41)马尾松林(CF)和相对应的针阔改造林(MF)作为研究对象,通过物理分组方法将土壤有机碳分为颗粒态有机碳(POC)和矿质结合态有机碳(MAOC),分析林分改造过程对不同土壤剖面土壤有机碳组分的影响。[结果] (1)相比于马尾松纯林,混交林显著增加MAOC和0—10 cm土层SOC、POC含量,并避免长期恢复马尾松林MAOC的消耗;(2)林分改造显著降低Y20-MF中10—20,40—60 cm土层及Y41-MF中0—20 cm土层POC/SOC,但显著增加Y10-MF中20—60 cm土层及Y41-MF中0—10 cm土层MAOC/SOC;(3)随着年限的增加,混交林中0—10 cm土层MAOC/SOC持续增加,POC/SOC显著降低,而马尾松林则相反;(4)线性拟合发现,POC、MAOC均与SOC呈显著正相关,但混交林土壤SOC增加更多依赖MAOC的增加,而马尾松土壤SOC的增加更多的以非稳定性碳组分(POC)为主;(5)冗余分析表明,DOC、TN、TP、NH⁺₄共同解释碳组分变化的66.2%,表明林分改造后土壤养分有效性的增加是混交林MAOC积累的关键。[结论] 亚热带红壤侵蚀区林分改造通过提升土壤养分有效性,增加稳定碳库的积累从而避免长期恢复过程中土壤碳库流失。     

连续五年生物垃圾堆肥施用后地中海蔬菜种植系统中土壤有机碳的变化

Biowaste compost can influence soil organic matter accumulation directly or indirectly. A 5-year experiment was conducted to assess the influence of biowaste compost on the process of soil aggregation and soil organic carbon(SOC) accumulation in a Mediterranean vegetable cropping system. The study involved four treatments: biowaste compost(COM), mineral NPK fertilizers(MIN), biowaste compost with half-dose N fertilizer(COMN), and unfertilized control(CK). The SOC stocks were increased in COM, COMN, and MIN by 20.2, 14.9, and 2.4 Mg ha~(-1)over CK, respectively. The SOC concentration was significantly related to mean weight diameter of aggregates(MWD)(P 0.05, R~2= 0.798 4) when CK was excluded from regression analysis. Compared to CK, COM and COMN increased the SOC amount in macroaggregates( 250 μm) by 2.7 and 0.6 g kg~(-1)soil, respectively, while MIN showed a loss of 0.4g kg~(-1)soil. The SOC amount in free microaggregates(53–250 μm) increased by 0.9, 1.6, and 1.0 g kg~(-1)soil for COM, COMN, and MIN, respectively, while those in the free silt plus clay aggregates( 53 μm) did not vary significantly. However, when separating SOC in particle-size fractions, we found that more stable organic carbon associated with mineral fraction 53 μm(MOM-C) increased significantly by 3.4, 2.2, and 0.7 g kg~(-1)soil for COM, COMN, and MIN, respectively, over CK, while SOC amount in fine particulate organic matter(POM) fraction(53–250 μm) increased only by 0.3 g kg~(-1)soil for both COM and COMN, with no difference in coarse POM 250 μm. Therefore, we consider that biowaste compost could be effective in improving soil structure and long-term C sequestration as more stable MOM-C.     

喷施秸秆颗粒和黏土混合浆形成结皮对科尔沁沙地固沙固碳的影响

为了寻求科尔沁沙地风积沙质土壤防风固沙,同时快速建置植被促进固沙效果,通过田间试验研究了喷施清水(CK)、喷施秸秆颗粒浆(PS)、喷施黏土浆(CM)、喷施秸秆颗粒与黏土混合浆(40%PS+60%CM)处理对沙质土壤结皮的形成与维持、有机碳含量及其组分、交换性阳离子和土壤团聚体组成的影响,并研究了狼尾草草籽加进秸秆颗粒与黏土混合浆对狼尾草生长状况的影响。结果表明,秸秆颗粒与黏土混合浆能形成良好的地表结皮并可维持一年的沙面稳定。试验第60 d时,与CK处理相比,40%PS +60%CM处理形成的混合结皮的土壤含水率提高了7.26%;结皮厚度较PS和CM处理增幅为44.00%～56.00%,土壤紧实度增幅为146.37%～283.16%。试验第300 d时,40%PS+60%CM处理较CK处理土壤有机碳含量显著提高了824.43%(P<0.05),并提高了腐殖质碳和胡敏酸碳含量;混合结皮和黏土结皮较CK处理显著增加了交换性钙离子含量(P<0.05),增幅为48.20%～120.66%;与CK相比,混合结皮显著提高了<53μm粒级团聚体比例(P<0.05),提高幅度为887.91%。冗余度分析表明,<53μm粉黏粒的比例是影响腐殖质碳和胡敏酸碳含量的重要因素。秸秆颗粒和黏土混合结皮对团聚体和阳离子的调节作用实现沙土中有机碳的积累。秸秆颗粒和黏土混合结皮的形成显著提高了狼尾草的地上部干重(P<0.05),提高幅度为315.38%～484.62%。综上,在科尔沁沙地喷洒秸秆颗粒和黏土矿物混合浆形成的结皮的维持时间较长,同时结皮增加沙质土壤中的有机碳和腐殖质含量,可减少风积沙土中细颗粒的损失,促进植物生长,达到有效固沙固碳的目的。