黄土丘陵区不同恢复年限对天然草地土壤碳库动态的影响

[目的]揭示不同恢复年限的天然草地土壤碳库动态变化及其剖面分布特征,全面认识和理解天然草地恢复下土壤有机库、无机碳库的动态特征。[方法]采用野外调查与室内试验分析相结合的方法,以农田为对照,对黄土丘陵区不同恢复年限(11,16,22和35a)的天然草地土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、总碳(STC)的动态变化及其剖面分布特征进行了探讨。[结果](1)天然草地恢复过程中表层(0—10cm)SOC含量随植被恢复年限显著增加,下层(10—100cm)SOC含量随植被恢复年限变化不明显;0—100cm土层SOC储量呈先减少后增加趋势,但仍未达到农田SOC储量的水平。(2)天然草地0—20cm土层SIC含量呈相对脱钙现象,0—100cm土层SIC库储量约为SOC库储量的2.7~4.5倍。土壤无机碳库随植被恢复年限的增加无明显变化,但SIC的剖面分布深度发生改变。(3)土壤总碳库随恢复年限增加无明显变化,0—100cm土层SIC储量在STC库中所占比例约为75.6%~86.0%。[结论]短时间内天然草地的土壤碳汇效应并不明显,碳库增汇效应需要长期的过程。     

东北三省典型春玉米种植区土壤剖面碳库变化特征

【目的】 农田土壤碳储量及变化影响着农田肥力、生产力以及地力的可持续性。本文研究了东北三省典型春玉米种植区在0—90 cm土层土壤碳库的变化特征,分析了东北三省典型春玉米种植区农民习惯施肥措施下土壤的碳贮存情况。 【方法】 于2012年春玉米全生育期定点跟踪了黑龙江、吉林和辽宁省各17户,总计51户农民习惯施肥处理,测定了0—30、30—60、60—90 cm土层中全碳 (TC)、有机碳 (SOC)、无机碳 (IC)、颗粒有机碳 (POC)、微生物生物量碳 (SMBC) 以及可溶性有机碳 (DOC)含量。 【结果】 黑龙江、吉林、辽宁省典型春玉米种植区0—90 cm土层全碳储量分别为159.8、128.5、108.1 t/hm2,有机碳储量分别为141.7、120.5、90.2 t/hm2,无机碳储量分别为18.2、8.0、17.9 t/hm2。三个省份间0—90 cm土层SOC储量差异均达显著性水平 (P < 0.05),黑龙江的储量显著高于吉林的,吉林的储量又显著高于辽宁的。关于0—30 cm土壤TC、SOC储量,黑龙江、吉林、辽宁三省间差异均达显著水平 ( P < 0.05),在30—60 cm、60—90 cm土层,黑龙江的TC、SOC储量显著高于吉林和辽宁的 ( P < 0.05),吉林和辽宁间差异不显著;土壤剖面TC、SOC储量表现为 0—30 cm > 30—60 cm > 60—90 cm深。在土壤活性碳库方面,0—30 cm土层中,随着纬度的降低,黑龙江、吉林、辽宁省内POC、POC/SOC、SMBC/SOC、DOC/SOC呈增加趋势,而SMBC则呈降低趋势,三省间POC/SOC、SMBC、DOC/SOC平均含量差异均达显著性水平 ( P < 0.05),黑龙江POC平均含量显著低于吉林、辽宁的 ( P < 0.05),吉林的DOC平均含量显著高于黑龙江、辽宁的 ( P < 0.05);30—60 cm土层,黑龙江、吉林、辽宁省内POC、POC/SOC、DOC/SOC随着纬度的升高而降低,且三省间POC/SOC平均值差异达显著性水平,黑龙江POC、DOC/SOC显著低于吉林、辽宁的 ( P < 0.05),但SMBC含量黑龙江显著高于吉林、辽宁的 ( P < 0.05);在60—90 cm土层,黑龙江土壤的POC、POC/SOC、DOC/SOC、SMBC/SOC含量平均值显著低于吉林、辽宁的 ( P < 0.05),吉林的SMBC显著高于辽宁的 ( P < 0.05)。随着土壤剖面深度的增加,各省土壤TC、SOC、IC及活性碳库呈降低趋势,而土壤IC/TC呈增加趋势。 【结论】 在东北三省典型春玉米种植区,0—90 cm土层以黑龙江的有机碳贮存最大,三省由于气温、土壤母质和施肥的影响,土壤活性碳库变化规律并不完全一致,随着土层深度增加土壤无机碳对全碳贡献增加,因此,下一步研究需重视无机碳库和剖面碳库在碳贮存中的作用。      

不同土地利用方式对大汶河沿河沙地SOC库的影响

为揭示大汶河沿河沙地不同土地利用方式土壤有机碳(SOC)库的差异特征,探讨了杨树、刺槐、农田以及撂荒地4种土地利用方式下SOC含量、活性有机碳含量(LOC)以及碳库管理指数(CMI)的变化情况。结果表明:各样地0-60cm的SOC含量均呈现由表层向深层逐渐降低的趋势,各样地SOC含量平均值分别为杨树林地(4.70g/kg)刺槐林地(3.17g/kg)荒地(2.85g/kg)农田(1.42g/kg)。与荒地相比,杨树林地、刺槐林地0-20cm土层土壤LOC显著增加,增幅分别为41.3%和18.2%;农田土壤LOC含量则显著低于荒地土壤LOC含量,降幅为33.4%;20-40cm杨树林地与刺槐林地土壤LOC含量杨树林地与刺槐林地土壤LOC含量之间无明显差异,杨树林地、刺槐林地和农田的LOC降幅分别为22.3%,29.8%和60.9%;40-60cm土层,4种土地利用方式间土壤LOC含量差异不显著,仅农田土壤LOC含量略低于其他3种利用方式的LOC含量。0-60cm仅刺槐土层CMI与荒地差异不显著,杨树林地和农田均显著提升了CMI。综上所述,从提高LOC含量以及CMI等方面考虑,应该加快大汶河沿河沙地土地利用方式的转变,注重对杨树林等的利用和优化管理。     

荒漠草原沙漠化对土壤无机碳和有机碳的影响

以空间代替时间的方法,通过对宁夏荒漠草原不同沙漠化阶段土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)的研究,探讨荒漠草原沙漠化对土壤SIC、SOC及不同粒径组分土壤SIC、SOC分布特征的影响。结果表明:(1)随着荒漠草原沙漠化程度的加剧,0—10cm土层各粒径组分土壤SIC和SOC含量呈下降趋势。半固定沙地和流动沙地各粒径组分土壤SIC含量均表现为黏粉粒无机碳(CSIC)>细砂粒无机碳(FIC)>粗砂粒无机碳(CIC),而SOC含量均表现为细砂粒有机碳(FOC)>粗砂粒有机碳(COC)>黏粉粒有机碳(CSOC)。(2)随着荒漠草原沙漠化程度的加剧,0—30cm土层土壤无机碳(SICD)、土壤有机碳(SOCD)和土壤总碳(STCD)密度均表现为荒漠草原>固定沙地>半固定沙地>流动沙地。固定沙地、半固定沙地和流动沙地土壤SOCD、SICD分别比荒漠草原降低了18.5%,57.7%,60.5%和6.7%,35.9%,47.0%。(3)0—10cm土层各粒径组分土壤SOC和SIC含量、全土SOC含量与0—30cm土层SOC和SIC均呈显著正相关关系,其中土壤粗砂粒有机碳和粗砂粒无机碳对SOC影响最大,而土壤黏粉粒有机碳和黏粉粒无机碳与全土SIC含量呈显著负相关关系。因此,沙漠化防治对于减少荒漠草原土壤碳损失极为重要。     

长期保护性耕作可提高表层土壤碳氮含量和根际土壤酶活性

【目的】 研究不同长期耕作措施对作物根际和非根际土壤碳氮元素含量和土壤酶活性的影响,以及土壤碳氮元素与碳氮转化相关酶之间的相互联系,对认识土壤酶响应土壤碳氮变化的机制和选择合理有效的耕作技术具有重要的理论和实践意义。 【方法】 长期耕作试验始于1999年,位于河南孟津县,属于黄土高原东部边缘,土层深厚 (50—100 m),土壤类型是壤质黄绵土。试验处理有草地 (GL)、传统耕作 (CT)、免耕覆盖 (NT)、深松覆盖 (SM),于2016年采集根际土和非根际土0—20 cm、20—40 cm,分析了土壤总碳、有机碳和总氮含量,以及β-葡萄糖苷酶 (BG)、β-纤维二糖苷酶 (CBH)、β-木糖苷酶 (BXYL)、乙酰氨基葡萄糖苷酶 (NAG) 和亮氨酸氨基肽酶 (LAP) 的活性,并进行了土壤碳氮元素含量与酶活性的相关性分析。 【结果】 1) 与传统耕作相比,免耕和深松显著提高了根际和非根际0—20 cm土壤的总碳、有机碳和总氮含量,显著降低了非根际20—40 cm土壤的总碳、有机碳和总氮含量。草地显著提高了根际土壤总碳、有机碳和总氮含量,显著提高了非根际0—20 cm土壤的有机碳含量,显著降低了非根际土壤的总碳含量和非根际20—40 cm土壤中的有机碳含量。深松显著降低了作物根际和非根际土壤C/N,免耕和草地处理显著降低了作物非根际20—40 cm土壤中的C/N,但草地处理显著提高了作物非根际0—20 cm土壤C/N。2) 与传统耕作相比,草地、免耕和深松显著提高了根际土壤中β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、β-木糖苷酶和乙酰氨基葡萄糖苷酶的活性。草地显著提高了根际土壤的亮氨酸氨基肽酶活性,免耕和深松显著降低了根际土壤的亮氨酸氨基肽酶活性。3) 碳氮转化相关酶之间均存在正相关关系 (除β-纤维二糖苷酶与亮氨酸氨基肽酶之间)。碳氮转化相关酶与土壤总碳、总氮和有机碳之间均存在正相关关系 (除亮氨酸氨基肽酶与总碳之间),与C/N之间均存在负相关关系。 【结论】 土壤碳氮转化酶之间存在相互促进的关系,共同参与土壤碳氮的转化。长期保护性耕作 (免耕和深松) 可以有效提高土壤表层的总碳、有机碳和总氮含量,提高根际土壤酶活性,有利于营养元素 (有机质、碳氮元素) 的循环转化和作物的吸收利用,以深松效果最好,免耕次之。      

黄土台塬不同土地利用方式下土壤碳组分的差异

为探讨土地利用方式对土壤碳固定的影响,以乔木、灌木、草和农田等不同植被类型,纯林和混交两种栽培模式的黄土台塬为对象,进行了土壤碳组分研究。结果表明,不同利用方式下林地和天然草地在0—100 cm土层总碳,轻组、重组、可溶性有机碳以及轻组有机碳分配比例(LFOC/SOC)均不同程度高于耕地,而其有机无机复合度(HFOC/SOC)则低于耕地,灌木林地和天然草地这种趋势尤为突出;各种土地利用方式间,土壤总碳和HFOC/SOC在0—20cm差异显著,总碳在60—100 cm也差异明显,轻组、重组及可溶性有机碳在0—40 cm,而无机碳则在40—100 cm差异明显;LFOC/SOC和DOC/SOC在各土层均存在一定差异。土壤总碳、有机碳以及各组分有机碳之间呈极显著正相关,而无机碳则与其呈负相关。轻组和可溶性有机碳均与粗颗粒、易氧化有机碳以及2—0.25 mm团聚体有机碳的相关性高于与细颗粒、稳态有机碳和2 mm团聚体有机碳;而重组有机碳则与之相反。轻组有机碳较有机碳、总碳、重组以及可溶性有机碳能更敏感地反映利用方式之间的差异,可作为土壤质量变化的评价指标。     

耕作方式对麦–玉轮作农田固碳、保水性能及产量的影响

【目的】 农田固碳保水性能是影响作物产量的关键因素,研究耕作方式对耕层 (0—20 cm) 土壤碳、水含量和产量的影响,为选择适宜该地区的最佳耕作措施提供参考。 【方法】 保护性耕作长期定位试验始于2002年,种植制度为冬小麦–夏玉米一年两熟,两季秸秆全量粉碎 (3～5 cm) 还田,试验设传统翻耕、深松、旋耕和免耕4种耕作方式。对2015—2016年作物生长各时期土壤有机碳含量、土壤含水量、碳水储量、产量和等价产量等进行了测定。 【结果】 不同处理麦–玉轮作农田0—20 cm土层有机碳含量有所不同。耕作措施对土壤有机碳含量有显著 (P < 0.05) 影响,表现为深松和免耕能显著增加0—10 cm土层有机碳含量,且以深松效果最为显著 ( P < 0.05)。与传统翻耕相比,免耕和旋耕降低了10—20 cm土层土壤有机碳含量;深松比传统翻耕显著 ( P < 0.05) 增加了小麦季土壤有机碳含量,玉米季没有显著性差异 ( P < 0.05)。0—10 cm土层,玉米季旋耕和免耕处理的土壤含水量高于深松和传统翻耕;在10—20 cm土层小麦季免耕处理土壤含水量高于其他三种耕作方式。产量结果表明,深松能有效增加作物的有效穗数、穗粒数和千粒重,进而增加籽粒产量和周年等价产量;免耕显著 ( P < 0.05) 降低了亚表层 (10—20 cm) 有机碳含量,降低穗粒数和千粒重,不利于作物增产。两年小麦玉米单作产量和周年等价产量均表现为深松 > 传统翻耕 > 旋耕 > 免耕。 【结论】 深松能有效促进耕层土壤有机碳积累和保水性能提高,增加作物的有效穗数、穗粒数和千粒重,从而增加产量;免耕显著 (P < 0.05) 提高了表土层 (0—10 cm) 碳储量,有助于增强耕层土壤的保水性能。      

黄土丘陵区小流域生态恢复对土壤有机碳和全氮的影响

生态恢复工程是防治黄土高原土壤侵蚀和恢复土壤肥力的重要措施,研究退耕还林还草和梯田等生态恢复措施对有机碳(SOC)、全氮(TN)的影响,对准确评估土壤固碳固氮能力和土壤碳氮循环具有重要意义。选取黄土丘陵区典型小流域5种不同生态恢复0—100cm土层为研究对象,探讨了生态恢复措施条件下,坡耕地转变为林地、草地、灌木地及梯田过程中,不同土层深度土壤SOC与TN的含量及其储量变化规律。结果表明:生态恢复措施、土壤深度对流域土壤SOC与TN有极显著的影响(P0.01)。林地与灌木地SOC与TN在土壤0—20cm土层出现富集,草地SOC与TN则在0—40cm土层出现富集,梯田的0—20cm土层SOC富集比较明显,而TN未出现富集现象。坡耕地SOC与TN未出现富集现象。坡耕地在经过不同的生态恢复措施后,土壤SOC与TN含量及储量均会有所增加。从SOC与TN之间的相关性看,林地、草地表现为极强,灌木表现为强,而坡耕地与梯田为中等。研究为提高黄土丘陵区土壤碳氮含量的评估提供科学依据,促进区域生态恢复合理规划。     

石羊河流域干旱荒漠区人工梭梭林对土壤碳库的影响

采用野外调查与室内分析相结合的方法,研究石羊河流域民勤干旱沙区种植人工梭梭林4,13,36年后的土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)、无机碳(Soil inorganic carbon,SIC)、全氮(Total nitrogen,TN)和总碳(soil total carbon,TC)含量及储量变化特征。结果表明:流动沙地种植梭梭后,0-50cm层灌丛下和行间SOC和TN含量总体随造林年限增加而增加,5-50cm层灌丛下SIC含量在13年梭梭林地最高。36,13年林地0-50cm层灌丛下SOC和TN储量均高于行间,而13年灌丛下SIC储量低于行间,4年灌丛下5-50cm层SOC、TN和SIC储量均低于行间。0-50cm层土壤有机碳、无机碳、全氮储量增幅分别为102.44%,24.66%,54.55%,36年林地SOC和TN储量随土层加深先降低后增加,但4,13年和流动沙地SOC、SIC和TN储量均随土层加深而增加。土壤有机碳占总碳比例随造林年限增加而增加。相关分析结果表明,土壤颗粒组成、造林年限、土层深度等与土壤有机碳和全氮储量显著相关(P0.01)。民勤干旱沙区造林提高了土壤碳库截存量,并且随林龄增长而增长。     

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。     

不同气候和施肥条件下保护性耕作对农田土壤碳氮储量的影响

【目的】 土壤有机碳氮是影响土壤肥力与作物产量的重要物质,而耕作是影响土壤碳氮储量的重要因素。通过分析不同耕作措施对我国东北、华北地区农田土壤碳氮储量的影响,为优化农田耕作管理、实现固碳减排、保护土壤提供科学依据。 【方法】 基于山西寿阳 (SSY)、山西临汾 (SLF)、河北廊坊 (HLF) 和吉林公主岭 (GZL) 四个长期定位试验,选择传统耕作 (CT)、免耕 (NTN) 和浅旋耕 (NTD) 三个耕作处理,分析了0—80 cm土壤剖面有机碳、氮的储量分布。 【结果】 1) 与传统耕作相比,浅旋耕显著降低褐土 (寿阳) 容重,免耕增加黑土 (公主岭) 容重,保护性耕作对沙性土 (临汾) 和潮土 (廊坊) 的影响很小。2) 耕作影响0—60 cm土壤有机碳储量。与传统耕作处理相比,黑土 (公主岭) 采用免耕和浅旋耕可显著提高0—60 cm土壤中的有机碳含量;免耕可提高褐土 (寿阳)0—50 cm的有机碳含量;沙性土 (临汾)、潮土 (廊坊) 免耕由于表层秸秆覆盖可提高0—15 cm土壤有机碳含量,但降低15—50 cm层土壤碳储量;潮土 (廊坊)15—60 cm土层,浅旋耕可增加土壤有机碳储量,而免耕则相反。3) 免耕处理的潮土 (廊坊) 土壤氮储量比传统耕作高出260 kg/hm2,差异不显著;黑土 (公主岭) 免耕和浅旋耕土壤氮储量则分别高出112 kg/hm2和207 kg/hm2,差异显著,保护性耕作降低临汾和寿阳1 m深土壤的氮储量。4) 保护性耕作加剧了0—20 cm沙性土和潮土壤氮储量的分层,对黑土 (公主岭) 和褐土 (寿阳) 土壤碳储量的层间分布影响很小。 【结论】 耕作影响0—60 cm土壤有机碳储量,免耕可以增加褐土的碳储量和潮土的氮储量,免耕和浅旋耕配合秸秆覆盖可显著增加黑土的碳、氮储量。因此,免耕适用于褐土和潮土,免耕和浅旋耕适用于黑土,沙性土采用保护性耕作的效果不显著。      

覆盖栽培对渭北旱地冬小麦生产力及土壤肥力的影响

【目的】 覆盖栽培可以有效地改善土壤物理、化学及生物学特性,对土壤质量与作物生产力的持续提高具有重要作用。本研究通过3年田间定位试验,比较了渭北旱地几种覆盖栽培方式下冬小麦生产力及土壤肥力状况,以最大化地发挥覆盖措施的作用和效益。 【方法】 本试验于2014年9月—2017年6月在陕西富平综合试验站进行,共设4个处理,包括传统栽培 (CK)、秸秆覆盖 (NPS)、地膜覆盖 (NPP) 和垄沟覆盖 (RFPS),每个处理重复3次,完全随机排列设计。于冬小麦收获期采集植株样品及表层 (0—20 cm) 和亚表层 (20—40 cm) 土壤样品,分析冬小麦生产力、土壤养分、有机碳、活性有机碳及酶活性的变化。 【结果】 与CK相比,RFPS、NPP和NPS产量分别显著增加了51.8%、41.3%和13.7%,水分利用率分别提高了40.9%、34.0%和11.2%,处理之间差异显著 (P < 0.05);3种覆盖栽培方式均提高了冬小麦籽粒和秸秆氮磷钾吸收量,尤其是RFPS和NPP处理 ( P < 0.05)。RFPS处理较CK显著 ( P < 0.05) 提高了表层土壤全量氮磷钾 (6.5%、4.5%和8.0%)、速效氮磷钾 (46.1%、37.8%和19.5%)、有机碳 (5.1%)、活性有机碳 (15.1%) 含量及3种酶 (蔗糖酶、脲酶和磷酸酶) 活性 (24.6%、34.6%和27.4%),增幅明显高于NPP与NPS处理,且明显改善了亚表层土壤质量;NPP处理表层土壤蔗糖酶活性较CK显著 ( P < 0.05) 提高了9.6%,0—40 cm土层氮磷钾、有机碳及其他酶活性差异较小;NPS处理表层土壤速效氮磷钾含量较CK显著 ( P < 0.05) 提高了22.7%、19.9%和15.0%,有机碳提高了4.1%,活性有机碳提高了12.5%,3种酶活性分别提高了12.0%、15.5%和12.0%,且一定程度上改善了亚表层土壤质量,但对0—40 cm土层全量氮磷钾含量影响较小。 【结论】 垄沟覆盖栽培方式对提高渭北旱地冬小麦生产力及土壤肥力水平具有显著效果,可在当地农业生产中推广使用。      

Soil Organic Carbon and Inorganic Carbon Accumulation Along a 30‐year Grassland Restoration Chronosequence in Semi‐arid Regions (China)

Carbon accumulation is an important research topic for grassland restoration. It is requisite to determine the dynamics of the soil carbon pools [soil organic carbon (SOC) and soil inorganic carbon (SIC)] for understanding regional carbon budgets. In this study, we chose a grassland restoration chronosequence (cropland, 0 years; grasslands restored for 5, 15 and 30 years, i.e. RG5, RG15 and RG30, respectively) to compare the SOC and SIC pools in different soil profiles. Our results showed that SOC stock in the 0‐ to 100‐cm soil layer showed an initial decrease in RG5 and then an increase to net C gains in RG15 and RG30. Because of a decrease in the SIC stock, the percentage of SOC stock in the total soil C pool increased across the chronosequence. The SIC stock decreased at a rate of 0·75 Mg hm⁻² y⁻¹. The change of SOC was higher in the surface (0–10 cm, 0·40 Mg hm⁻² y⁻¹) than in the deeper soil (10–100 cm, 0·33 Mg hm⁻² y⁻¹) in RG5. The accumulation of C commenced >5 years after cropland conversion. Although the SIC content decreased, the SIC stock still represented a larger percentage of the soil C pool. Moreover, the soil total carbon showed an increasing trend during grassland restoration. Our results indicated that the soil C sequestration featured an increase in SOC, offsetting the decrease in SIC at the depth of 0–100 cm in the restored grasslands. Therefore, we suggest that both SOC and SIC should be considered during grassland restoration in semi‐arid regions. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

2050年农田土壤温室气体排放及碳氮储量变化SPACSYS模型预测

【目的】 优化华北平原农田土壤的施肥措施,实现维持农田作物产量、提升土壤肥力的同时减少温室气体排放。 【方法】 基于长期定位试验观测数据,选取氮磷钾化肥 (NPK)、有机肥配施化肥 (NPKM) 和单施有机肥 (OM) 三个试验处理来评价和验证过程模型 (SPACSYS) 对不同施肥措施下的作物产量、土壤有机碳 (SOC) 和土壤全氮 (TN) 储量及土壤CO₂和N₂O排放动态变化的模拟效果,并预测至2050年不同施肥情景和肥料配施情景下作物产量、SOC、TN储量及土壤CO₂和N₂O排放量。 【结果】 统计分析结果表明,SPACSYS模型的小麦和玉米产量模拟值与实测值的相关系数R2为0.63～0.78,RMSE为3.78%～4.86%,EF为0.59～0.73;土壤有机碳和全氮储量模拟值与实测值的R2为0.73～0.89,RMSE为2.69%～3.79%,EF为0.67～0.82;土壤CO₂和N₂O排放量模拟值与实测值的R2为0.16～0.80,RMSE为4.03%～9.99%,EF为0.24～0.78,相关性均达到显著水平,表明SPACSYS模型模拟值的可靠性和准确性较高。利用该模型进行预测,结果显示到2050年,在当前施氮水平下,减氮50%会显著降低玉米产量约9%;减氮25%,与单施化肥处理相比,有机肥配施化肥处理和单施有机肥处理分别显著提高SOC年均储量约31%和62%,提高TN年均储量约18%和6%,而CO₂和N₂O年均排放量均没有显著增加。 【结论】 SPACSYS模型可以模拟中国华北平原典型农田冬小麦?夏玉米轮作体系的农作物产量、SOC和TN储量以及土壤CO₂和N₂O的排放情况。但是模型低估了OM处理的全氮储量,下一步研究需对模型做相应改进。至2050年,施用化肥和有机肥均可不同程度地提高有机碳和全氮储量,且该地区可适当降低氮肥施用量 (减氮25%),并采用有机肥配施化肥或单施有机肥的方式来维持作物产量、提升土壤肥力,同时降低温室气体排放。      

红壤不同利用方式下的剖面酸度特征

【目的】 作物类型及其管理模式是影响红壤酸化的主要因素之一,研究不同利用方式下红壤剖面酸度的变化特征,对红壤酸化防治具有重要指导意义。 【方法】 选取由红砂岩母质发育红壤的4种主要利用方式 (水田、旱地、果园和林地),通过分层 (0—20、20—40、40—60、60—80 cm和80—100 cm) 测定pH、交换性酸、交换性盐基总量和盐基饱和度,定量比较不同利用方式下各酸度指标在剖面上的变化特征及程度。 【结果】 在不同利用方式下,红壤剖面pH为水田 (5.69) > 旱地 (4.71) ≈ 果园 (4.74) > 林地 (4.49);交换性酸含量为林地 (6.54 cmol/kg) ≈ 旱地 (6.52 cmol/kg) > 果园 (3.51 cmol/kg) > 水田 (0.79 cmol/kg);交换性盐基总量为水田 (4.47 cmol/kg) > 旱地 (1.97 cmol/kg) > 果园 (1.26 cmol/kg) > 林地 (0.48 cmol/kg);盐基饱和度为水田 (53.14%) > 旱地 (20.87%) > 果园 (15.41%) > 林地 (4.67%)。随着土层深度的增加,红壤剖面pH值逐渐升高;不同层次间交换性酸含量无显著差异;交换性盐基总量随土壤深度增加逐渐升高,为60—100 cm (2.34 cmol/kg) > 40—60 cm (2.05 cmol/kg) > 0—40 cm (1.75 cmol/kg);水田利用方式下红壤盐基饱和度随土壤深度增加逐渐升高,为80—100 cm (33.95%) > 60—80 cm (32.27%) > 40—60 cm (31.31%) > 20—40 cm (25.47%) > 0—20 cm (21.08%)。水田、果园利用方式下红壤pH与交换性酸含量呈显著负相关,与交换性盐基总量和盐基饱和度呈显著正相关;旱地利用方式下红壤pH与交换性盐基总量呈显著正相关;林地利用方式下pH与交换性酸含量呈显著负相关。 【结论】 4种利用方式下,在0—40 cm土层,林地红壤酸度最高,其次是果园和旱地,水田红壤酸度最低,在40—100 cm土层酸度变异较小。通过改变土地利用方式,降低红壤交换性酸含量、增加交换性盐基总量和盐基饱和度可以有效降低红壤酸度。      

长期施用有机肥对稻麦轮作体系土壤有机碳氮组分的影响

【目的】 以湖北武汉地区长期稻麦轮作制度下施肥试验地作为研究对象,研究了长期不同施肥处理对耕层土壤有机碳、全氮及活性碳氮组分的影响,为优化稻麦轮作体系下施肥措施,实现土壤固碳减排,培肥土壤提供理论依据。 【方法】 长期施肥试验开始于1981年,试验处理包括不施肥 (CK)、施化学氮肥 (N)、施化学氮磷肥 (NP)、施化学氮磷钾肥 (NPK)、单施有机肥 (M) 及有机无机肥配施处理 (NPKM)。收集2017年小麦收获后耕层 (0—20 cm) 土壤,测定各小区土壤中的有机碳 (SOC)、全氮 (TN)、微生物量碳氮 (MBC、MBN)、水溶性碳 (DOC)、热水溶性有机碳 (HWSC)、颗粒有机碳氮 (POC和PON)、轻组有机碳氮 (LFOC和LFON) 及氯化钾浸提氮 (KEN,即水溶性无机氮) 的含量并分析各指标间的关系。 【结果】 1) 除KEN外,长期施用有机肥显著增加耕层土壤的各碳氮组分含量,特别是有机无机肥配施处理。2) 各活性有机碳组分占SOC的百分比由高到低排序为POC > LFOC > HWSC > MBC > DOC,各氮组分占TN的百分比由高到低排序为PON > LFON > MBN > KEN,其中POC占SOC的24.04%～37.64%,PON占TN的12.09%～20.24%,且有机肥处理下POC/SOC、PON/TN显著高于其余处理。3) 通过对土壤有机碳及各活性有机碳的对施肥的敏感性分析可得,各活性碳敏感性指数均显著高于SOC,且DOC的敏感性最高。4) 通过各组分间相关性分析可知,除KEN外,各碳、氮组分间显著正相关,其中DOC与SOC、PON与TN关系更为紧密,表明DOC及PON可较好地反应出SOC、TN的变化情况。 【结论】 在湖北稻麦轮作地区,长期有机无机肥配施处理显著增加了土壤碳库及氮库,促进了土壤碳、氮的积累,尤其是颗粒有机碳和有机氮 (POC和PON)。水溶性碳 (DOC) 对施肥反应最为敏感,可作为指示该地区有机物早期变化的指示物。      

子午岭林区不同植被恢复阶段土壤有机碳变化研究

研究了子午岭林区植被恢复过程中土壤有机碳含量、团聚体有机碳分布以及不同粒级团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率。研究结果表明,0—100 cm剖面上有机碳含量加权平均值随植被恢复年限逐渐升高,坡耕地0—100 cm土层土壤有机碳加权平均值为3.54 g/kg,弃耕地、草地、灌木和乔木阶段分别比坡耕地提高6.8%,36.6%,41.5%和73.6%;0—20 cm土层土壤有机碳含量随植被恢复的提高幅度明显高于20 cm以下土层;0—5和5—10 cm土层土壤各粒级团聚体有机碳含量随植被恢复年限逐渐增加,并有向大粒级（〉2 mm）团聚体中富集的趋势,10—20 cm土层土壤团聚体有机碳含量随植被恢复变化不明显;弃耕地、草地、灌木和乔木阶段0—20 cm土层〉5,5～2和2～1 mm粒级团聚体有机碳贡献率高于坡耕地,说明植被恢复0—20 cm土层土壤增加的有机碳更多地固定在〉1 mm粒级团聚体中。