不同耕作方式下秸秆还田对土壤活性有机碳的影响

针对黄土高原雨养农业区干旱逆境下农田土壤有机碳累积、矿化的平衡点低等问题,探索了不同耕作方式下秸秆还田对土壤有机碳的影响.采用埋袋法研究了传统耕作不还田(T)、传统耕作秸秆还田(TS)、免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作秸秆还田加薄膜覆盖(TPS)4种耕作方式对土壤有机碳和活性碳组分含量的影响及其动态变化特征.结果表明:秸秆还田能显著增加土壤有机碳和活性有机碳含量;不同耕作方式下土壤有机碳和活性有机碳含量存在差异,其中土壤有机碳(SOC)含量为TPSNTSTST,水溶性有机碳含量(WSOC)为TSTPSNTST,易氧化有机碳(ROOC)含量为NTSTSTPST;秸秆还田一年内SOC、WSOC、ROOC含量整体呈减小趋势;90~180d土壤有机碳在NTS减少幅度最大,达到9.18%,土壤水溶性有机碳TS减少最大;易氧化有机碳在180~270d减少较多,其含量顺序为NTSTSTPST.     

秸秆还田土壤溶解性有机碳的官能团特征及其与CO2排放的关系

土壤溶解性有机碳(DOC)是土壤有机碳的重要组成部分,其含量变化和分子结构组成均会对土壤CO_2气体排放产生影响。为了探讨秸秆还田后土壤DOC的结构特征及其与土壤CO_2排放的关系,在连续4个小麦生长季,对秸秆还田和不还田土壤DOC含量及其官能团特征和土壤CO_2排放通量进行测定分析,结果表明:秸秆还田和不还田土壤的DOC结构中均含有-C=C-、-CO-NH-和苯环这3种官能团;秸秆还田土壤DOC含量显著高于无秸秆还田土壤,而且DOC组分中的胺类物质(-CO-NH-)和芳香族化合物(-C=C-、苯环)的含量比例也明显增加;土壤CO_2排放通量也表现为秸秆还田土壤显著高于无秸秆还田土壤。土壤DOC含量、DOC官能团结构特征和CO_2排放在4个小麦生长季内的变化规律基本一致。相关分析显示土壤CO_2排放不但与DOC含量具有显著的正相关关系(r=0.86*),而且与DOC的分子结构特征显著相关(r210=0.62*;r280=0.73*),胺类物质和芳香族化合物的含量越高,CO_2排放通量越大。     

秸秆还田条件下剖面土壤溶解性有机碳含量及其组分结构的变化

为研究溶解性有机碳(DOC)在土壤剖面中的迁移分布,测定比较了秸秆还田(CT+)和秸秆不还田(CT-)条件下0～40 cm剖面土壤DOC含量及其组分的迁移分布。结果发现:DOC含量及其在土壤有机碳(SOC)中的占比量(DOC/SOC)、DOC组分中的胺类(CO-NH)和芳香族类(C=C、苯环)化合物含量、DOC的平均分子量均随土壤深度的增加呈下降趋势,0～10 cm土层土壤与30～40 cm土层土壤之间差异显著,说明DOC在淋溶过程中的含量和组成成分均会发生变化,下层土壤较上层土壤DOC含量降低、DOC分子结构趋向简单化。秸秆还田和不还田土壤相比,0～40 cm土壤DOC含量、DOC/SOC、DOC组分中的胺类和芳香族类化合物含量均表现为增加,两个处理之间差异随着土层深度的增加而缩小;同时,秸秆还田增加了DOC的平均分子量,处理间差异随土层深度的增加而增加;表明秸秆还田对剖面土壤中DOC含量及其组分转移分布具有显著影响。     

长期秸秆还田下土壤反硝化细菌群落的有机碳驱动机制

采集连续5 a秸秆还田(SF)和不还田(CK)处理0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm土层的土壤样品,对各层土壤不同有机碳、氮组分含量,以及反硝化细菌的丰度和种群组成进行分析。结果显示,SF处理0~40 cm土层的颗粒有机碳(POC)、20~60 cm土层的矿物结合态有机碳(MOC)和0~80 cm土层的全氮含量较CK处理分别显著(P<0.05)增加45.69%~142.75%、89.34%~272.68%和14.26%~90.34%,但0~40 cm土层的溶解性有机碳(DOC)和0~60 cm土层的微生物生物量碳(MBC)、硝态氮含量分别显著(P<0.05)减少68.89%~75.93%、35.58%~75.43%和12.91%~61.86%,其中,约63.81%的硝态氮损失发生在0~40 cm土层。相关性分析结果显示,土壤有机碳组分中的POC和MOC与土壤反硝化细菌的丰度显著(P<0.05)正相关,且影响其种群结构变化。SF处理0~60 cm土层nirS、nirK和nosZ基因拷贝数较CK处理增加2.5~6.7倍,并可有效促进unclassified_c_Betaproteobacteria(β-变形菌纲)、unclassified_f_Rhodocyclaceae(红环菌科)、unclassified_k_norank_d_Bacteria和unclassified_o_Burkholderiales(伯克氏菌目,属β-变形菌)的生长。综上,长期秸秆还田下,土壤反硝化细菌的生长及其种群结构变化主要受相对稳定的POC和MOC的驱动,引起的土壤硝态氮损失应在耕地肥力维系和提升,以及作物营养管理中予以必要考虑。     

耕作方式与秸秆还田对表层土壤活性有机碳组分与产量的短期影响

为探明耕作方式和小麦秸秆还田对稻田表层(0～20cm)土壤活性有机碳(LOC)、碳库管理指数(CPMI)和作物产量的短期影响,于2011年在湖北省随州市均川镇,设置了免耕(NT)和翻耕(PT)两种耕作方式以及6000(SR3)、4000(SR2)、2000(SR1)、0kg·hm-2(SR0)4种还田量。结果表明:相对于翻耕,免耕显著提高水溶性有机碳(WSOC)23%～68%(P<0.0001)、微生物生物量碳(MBC)21%～40%和易氧化态碳(EOC)10%～63%(P<0.0001),但不影响颗粒态碳。相对于秸秆不还田处理(SR0),SR2和SR1显著提高WSOC37%～74%(P<0.0003);EOC含量随还田量增加而增加。对CPMI的影响,耕作处理表现为免耕>翻耕,秸秆还田处理为SR3>SR2>SR1>SR0。处理SR3、SR2和SR1比SR0分别使产量提高了7.7%～16%、17%～35%和23%～28%。线性相关分析表明,WSOC与产量有极显著相关性(P<0.01),表明土壤水溶性碳对短期土壤管理措施的改变反应敏感。     

寒地玉米秸秆还田条件下土壤CO_2排放与土壤温度的关系

为探讨寒地玉米秸秆还田条件下土壤CO_2排放规律,研究不同秸秆还田方式下农田土壤CO_2与耕层土壤温度的关系,采用静态箱法测定了不同秸秆还田方式下寒地黑土区春玉米生长季土壤CO_2排放及土壤温度的变化情况。结果表明:玉米生育期土壤CO_2排放量与土壤温度均呈现明显的季节变化,春季及秋季CO_2排放通量小、土壤温度低,而CO_2排放峰值及土壤温度最高值均出现在夏季,不同土层土壤温度在6月末达到最高值,而排放峰值出现在7月末至8月初;秸秆还田的排放通量显著高于不还田处理。对二者进行指数方程拟合,发现秸秆不还田条件下土壤CO_2排放与土壤温度的相关性要高于秸秆还田处理;在5~25cm耕层范围内,随着土层深度的增加,土壤CO_2排放与土壤温度的相关性逐渐增加,且10、15、20、25cm四个层次的相关性显著高于5cm土层,表明10~25cm土层的土壤温度变化能够更好地表述黑土农田CO_2排放通量的变化趋势。     

夏大豆土壤微生物有机碳及颗粒有机碳对不同耕作措施的响应

【目的】研究周年土壤不同层次碳对耕作措施的响应,为复播条件下进行有利大豆土壤固碳的合理耕作措施提供参考依据。【方法】在2017年大田滴灌条件下,设置翻耕覆膜(TP)、翻耕(T)、深松(ST)、免耕(NT)4种土壤耕作处理,研究不同耕作处理对不同土壤层次土壤总有机碳(SOC)、微生物有机碳(MBC)、土壤颗粒有机碳(POC)含量的影响。【结果】相对于T与TP处理,NT与ST处理均有利于增加0~10 cm表层土壤的SOC、MBC和POC的质量分数,但两者间无显著性差异。在10~30 cm耕作层,TP处理较比于其余三种处理,能保持土壤中SOC、MBC和POC的质量分数。但在土层深度30 cm以下,ST处理的MBC、POC质量分数逐渐与其余三种处理的差异性逐渐增大并呈显著性差异。在0~60 cm土层深度,微生物有机碳与颗粒有机碳占总有机碳的比例范围分别为1.29%~2.35%与17.81%~31.99%,并均在深度至60 cm的土层达到最高点,其占在总有机碳的比率为ST>TP>T>NT。【结论】深松和免耕均能够有效增加表层土壤的SOC、MBC和POC的质量分数,其中深松对土层深度30 cm以下的MBC、POC质量分数与比率具有显著提升,而在土层20~30 cm翻耕覆膜能够更好保持土壤中SOC、MBC和POC的质量分数。     

改良培肥土壤的有效措施——保护性耕作秸秆还田

保护性耕作秸秆还田是保护耕地、改良培肥土壤的有效措施。实践证明,保护性耕地秸秆还田可有效地控制秸秆焚烧,减少空气污染,减少病虫害发生,能补充土壤有机质,增加土壤养分,改善土壤物理性状,是保持和提高土壤肥力、提高土壤保肥蓄水能力、延长适耕期、提高资源利用率、节本增效、提高作物产量的重要途径。     

耕作方式与秸秆还田对麦田土壤有机碳积累的影响

通过大田定位试验,研究了稻麦两熟制下耕作方式与秸秆还田对麦田土壤总有机碳积累的影响。结果表明:秸秆还田可以显著提高土壤总有机碳和土壤微生物生物量碳的含量,其中旋耕+连续3季稻麦秸秆还田处理使土壤总有机碳含量提高了37.19%,翻耕+连续3季稻麦秸秆还田处理使土壤微生物生物量碳含量提高了62.88%;翻耕处理的15～25 cm土层土壤总有机碳和微生物生物量碳含量显著高于旋耕处理;在相同秸秆还田方式下,旋耕处理的0～7 cm和7～15 cm土层的微生物熵显著大于翻耕处理,而15～25 cm土层的则相反。     

不同耕作措施下添加秸秆对土壤有机碳及其相关因素的影响

[目的]探究添加秸秆对不同耕作措施下土壤有机碳及其相关因素的影响,为北方旱作农田固碳增产管理提供理论依据.[方法]采集长期进行传统耕作(CT)和免耕(NT)的大田土壤样品进行室内培养试验,共设置4个处理,分别为传统耕作土壤不加秸秆(CT)、免耕土壤不加秸秆(NT)、传统耕作土壤加秸秆(CTS)和免耕土壤加秸秆(NTS)...     

保护性耕作下土壤团聚体组成及其有机碳分布特征

依据吉林省德惠市田间定位试验(始于2001年),对玉米-大豆轮作和玉米连作模式下秋翻(MP)、垄作(RT)和免耕( NT)3种耕作方式的机械稳定性团聚体和水稳性团聚体粒级分布、水稳性团聚体有机碳含量及团聚体稳定性进行了研究.结果表明,3种耕作方式下,＞0.25 mm机械稳定性团聚体含量均在70％以上,最高可达93.29％,各粒级含量在两个土层中表现规律性不强.水稳性团聚体含量均在20％以上,最高可达35.5％,且表层高于底层.与干筛法测定的团聚体相比,＞0.25 mm团聚体含量明显减少,最大减少幅度为58.76％.两个土层中玉米-大豆轮作和玉米连作下的机械稳定性团聚体与水稳性团聚体对耕作处理的响应表现出一定的相似性,即RT＞NT＞MP.水稳性团聚体有机碳含量随粒径的减小而增大,3种耕作方式下有机碳含量表现为NT＞RT＞MP,表层高于底层,且玉米-大豆轮作高于玉米连作.比较3种耕作方式,垄作更有利于团聚体的形成和稳定,且玉米-大豆轮作好于玉米连作.     

耕作措施对双季稻田土壤碳及有机碳储量的影响

针对不同耕作措施对双季稻田的固碳效应和固碳潜力问题,选择湖南省宁乡县的双季稻区试验点进行了有机碳、活性有机碳以及耕层有机碳储量的研究,以期为制定适合于稻田条件下的合理耕作方式提供理论依据。结果表明,耕作措施和秸秆还田对有机碳(SOC)和活性有机碳(AOC)含量均产生不同程度的影响。免耕处理下,有机碳和活性有机碳含量皆随土壤深度的增加而减少,土壤0～5cm的SOC和AOC的含量最高,且与其他层次达到显著性差异水平(P<0.05),具有明显的表层富集现象。与免耕相比,旋耕和翻耕则更利于5～10cm和10～20cm土层的有机碳和活性有机碳的积累。比较秸秆还田对SOC和AOC的影响表明,秸秆还田有效地提高了0～10cm有机碳含量,但对10～20cm并未产生显著影响,秸秆的输入并未增加土壤活性有机碳的含量。采用等质量方法计算了耕层土壤有机碳储量,结果显示旋耕秸秆还田使有机碳储量明显增加,而免耕只增加了土壤0～5cm和5～10cm土层有机碳储量,10～20cm有机碳储量有所降低,但耕作措施对有机碳储量的长效作用还有待于进一步研究。     

耕作方式对Brookston粘壤土耕层不同深度有机碳分布及稳定性影响

以加拿大安大略省西南部的Brookston粘壤土为研究对象,测定免耕和秋翻管理下耕层土壤不同深度(0～5,5～10,10～20 cm)中土壤有机碳的分布与动态变化,探索耕作方式对耕层不同深度中有机碳数量与稳定性的影响.结果表明:表层(O～5 cm)中,长期免耕土壤有机碳含量高于长期秋翻和短期免耕土壤,且有机碳较容易矿化,更加活跃.下层(10～20 cm)中,长期免耕土壤有机碳含量低干长期秋翻和短期免耕土壤,有机碳稳定性高于长期秋翻和短期免耕土壤.     

保护性耕作下农田表土有机碳含量变化特征分析——基于中国农业生态系统长期试验资料

本文收集整理1979-2008年有关中国保护性耕作的长期试验文献,整合分析了长期保护性耕作下中国农田表土有机碳的变化特征.采用的48篇有效文献涉及18个省(区、市)的59个长期试验点,涵盖12种土类.总样本88个(其中旱地51个,水田37个).结果表明.保护性耕作处理下旱地和水田表土有机碳年变化分别介于-0.30～0.75 g·kg~(-1)·a~(-1)和-0.20～2.71 g·kg~(-1)·a~(-1),平均增幅分别达0.21 g·kg~(-1)·a~(-1)和0.51 g·kg~(-1)·a~(-1).可见长期保护性耕作下,农刚表土有机碳含量总体呈上升趋势,水田下增长高于旱地.和少免耕相比,秸秆还田更有利于促进表土有机碳的积累.统计分析还表明,结合秸秆还田的综合保护性耕作措施可以使水田和旱地的有效固碳期限分别持续27 a和23 a,水田在保持较高固碳速率的同时,延长了有效固碳年限.耕地表土有机碳含量在保护性耕作下特别是秸秆还田可以较大幅度地提高.实行保护性耕作可以具有农业稳产与土壤固碳的双重意义.     

Effect of Different Irrigation Methods on Dissolved Organic Carbon and Microbial Biomass Carbon in the Greenhouse Soil

The objective of this study was to investigate the contents and distribution of dissolved organic carbon （DOC） and microbial biomass carbon （MBC） at 0-100 cm soil depth under three irrigation treatments, viz., subsurface, drip and furrow irrigation in the greenhouse soil. The soil samples were collected at different depths （0-100 cm）, and the contents of soil total organic carbon （TOC）, DOC and MBC were analysed. The experiment was conducted for 10 yr, during which period the application of fertilizers and crop management practices were kept identical. The results showed that the contents of TOC, DOC and MBC were significantly affected by different irrigation regimes, decreased with the increase of soil depth. TOC at 0-10 and 80-100 cm soil depths followed the order of furrow irrigation 〉 subsurface irrigation 〉 drip irrigation, whereas at the depth of 10-80 cm followed the order of subsurface irrigation 〉 furrow irrigation 〉 drip irrigation. DOC and MBC contents at 0-100 cm soil depths followed the order of furrow irrigation 〉 drip irrigation 〉 subsurface irrigation, and drip irrigation 〉 furrow irrigation 〉 subsurface irrigation, respectively. The ratios of DOC and MBC to TOC accounted for 4.98-12.87% and 1.48-2.82%, respectively, which were the highest in the drip irrigation treatment, followed were in the furrow irrigation treatment, and the lowest in subsurface irrigation treatment. There were significant positive correlations among the contents of DOC, MBC and TOC in all irrigation treatments. The furrow irrigation facilitated the accumulation of TOC and DOC, while drip irrigation increased the MBC. The content of TOC and the ratios of DOC to TOC were the lowest in subsurface irrigation treatment.     

耕作措施对土壤水稳性团聚体及有机碳分布的影响

通过9a不同耕作的定位试验,研究了深松、旋耕、免耕和传统耕作4种耕作措施对关中塿土小麦-玉米轮作条件下土壤水稳性团聚体及有机碳垂直分布的影响。结果表明,与传统耕作相比,深松、旋耕、免耕措施均提高了0～40cm土层中>2mm和0.25～2mm大团聚体含量、团聚体有机碳贡献率和团聚体平均重量直径,而传统耕作相应地增加了0～40cm土层中0.053～0.25mm微团聚体和<0.053mm粘砂粒含量及其有机碳贡献率。同时深松、旋耕、免耕措施提高了各土层总有机碳和耕层0～10cm所有级别团聚体有机碳含量,相比较而言,深松的作用效果更大。秸秆还田进一步提高了各土壤层次上总有机碳和所有级别团聚体的有机碳含量及大团聚体的形成与稳定。在玉米秸秆不还田的条件下,隔年深松比连年深松更有利于0～30cm大团聚体形成及总有机碳和各级别团聚体有机碳的积累。     

干湿交替条件下铁氧化对水稻土CO_2排放的影响

以湖北省2种典型水稻土[咸宁市的中稻-冬闲水稻土(第四世纪红壤,XR)和潜江市的中稻-冬闲水稻土(钙质潮土,QR)]为材料,研究土壤干湿交替条件下[土壤落干(孔隙含水率55%)到完全淹水(土水比1∶1)]添加Fe2+对土壤Fe3+、可溶性有机碳(DOC)含量及CO2排放的影响,拟揭示水分转变过程中土壤活性铁氧化对土壤有机碳固持的影响。结果表明,整个培养期间,与CK(不添加Fe2+)相比,添加Fe2+促进了XR和QR土壤中活性铁的氧化,XR和QR土壤中Fe3+平均含量分别较CK提高了133.87%和95.66%。落干期间,与CK相比,添加Fe2+促进了CO2的排放,XR和QR土壤CO2累积排放量分别增加了59.77%和124.48%;促进了土壤DOC的积累,XR和QR土壤DOC平均含量分别提高了42.57%和23.71%。淹水期间,与CK相比,添加Fe2+抑制了CO2的排放,XR和QR土壤CO2累积排放量分别降低了54.03%和35.27%;培养前期促进了土壤DOC的积累,培养后期抑制了土壤DOC含量的积累,总体上XR土壤DOC平均含量降低了35.29%,QR土壤DOC含量提高了16.59%。整个培养期间,添加Fe2+后,XR和QR土壤CO2累积排放量分别降低了43.87%和22.14%。综上,我国南方富含铁氧化物的红壤具有更高的固碳减排潜力。     

耕作方式和秸秆还田对直播稻产量及稻田土壤碳固定的影响

土壤有机碳贮量巨大,其较小幅度的变化就可能影响到CO2向大气的排放,以温室效应影响全球气候变化.人类不当利用下的土壤碳库的损失可能是陆地失汇和大气碳库不断增加的原因之一[1-3].水稻土作为一种特殊利用方式下形成的人为耕作土壤,具有较高的碳密度和较大的固碳潜力[3-4].