耕作方式对土壤团聚体微生物及有机碳矿化的影响研究进展及展望

农业碳排放约占全球年均总排放量的25%，为实现中国2060年碳中和的目标，农业对CO₂的吸收与排放需达到自然平衡。土壤有机碳(SOC)矿化是具有碳降解功能的微生物分解SOC为作物生长提供养分，向外界释放CO₂等温室气体的生物化学过程。农田SOC矿化与作物养分供给、CO₂形成和排放紧密相关，但SOC矿化受多种因素影响。土壤耕作是驱动农田土壤碳固定的关键因素，耕作方式对SOC的影响是农业生态系统碳循环研究的重要内容。土壤不同粒径团聚体被视为微生物碳矿化产生CO₂的生化反应器，SOC的矿化分解离不开其对微生物以及对应酶的利用。可见，耕作方式通过直接作用改变土壤团聚体结构，进而改变土壤中的微生物类群，最终对SOC矿化产生影响。就此归纳总结了关于耕作方式、土壤团聚体及关联土壤微生物对农田SOC矿化的影响，以期从改良土壤团聚体结构入手，减少农田SOC矿化，为中国实现“双碳”(碳达峰、碳中和)目标提供理论支撑。     

浙东沿海涂地土壤结构演变特征及机理研究

为了解涂地围垦利用过程中土壤结构的变化特征，探讨浙江沿海涂地土壤结构的演变及变化机理，以浙南—乐清湾和浙北—杭州湾为研究对象，采用田间采集不同围垦时间土壤的理化分析与室内加盐、施有机肥及干湿交替培养试验相结合的方法，分析了不同条件下土壤结构的变化。调查结果表明，从潮滩盐土经滨海盐土至潮土、水稻土，随着围垦利用时间的增加及土地利用方式的改变，土壤结构由松散状单粒为主转变为弱块状结构最后演变为稳定的块状结构，>0.25 mm水稳定性团聚体数量明显增加，同时水稳定性团聚体的粒径也逐渐增大。培养试验与土壤分析的结果表明：干湿交替和土壤脱盐是促使由潮滩盐土至滨海盐土水稳定性团聚体迅速增加的关键因素，而有机质的积累和耕作熟化是由滨海盐土至潮土、水稻土水稳定性团聚体逐渐增加的主要原因。     

凋落物分解对森林土壤碳库影响的研究进展

凋落物分解是陆地生态系统物质循环和能量转换的主要途径,是森林生态系统重要功能之一。凋落物作为外源有机物质,进入土壤后其分解不但会增加土壤中碳源,改变土壤理化性质,而且还会增加土壤中各种微生物的数量,改变土壤微生物群落结构,加速土壤有机碳矿化速率,从而对土壤有机碳库动态变化产生重要影响。土壤是陆地生态系统的核心,研究土壤碳库动态对正确评价土壤在陆地生态系统碳循环以及全球变化中的作用有重要意义。本文就凋落物分解过程及对土壤碳库中土壤呼吸、土壤有机碳、土壤微生物量碳、土壤碳矿化及理化性质等影响进行综述,为土壤碳库周转动态研究提供参考。     

辽河三角洲湿地土壤团聚体、颗粒

本研究选取辽河三角洲3种典型湿地来研究不同湿地类型表层土壤团聚体和颗粒有机质的分布及其碳浓度分布特征,通过湿筛法和密度分组法得到不同粒级团聚体和包裹态颗粒有机质的质量分数,同时进行各物理化学参数和有机碳、氮的测定,结果表明：不同湿地类型间团聚体质量分数均以粉-粘团聚体(＜53 μm)为主,微团聚体(53~250 μm)次之,而有机碳浓度则以大团聚体(＞250 μm)的最大。此外,颗粒有机质的质量分数以矿物结合态有机质(mSOC)的最高(>90%),但其碳浓度最低。一般地,包裹态颗粒有机碳(iPOM)远高于团聚体,并且除翅碱蓬湿地的细大团聚体中的细颗粒有机质(250a)的iPOM的碳浓度为最高外,其他的随粒级的增大而增高,特别是轻组(LF)有机碳含量最高,其值域范围为174.4~182.0 g/kg。作者提出芦苇湿地土壤的大团聚体多,稳定性最好,因此芦苇湿地土壤固碳能力相对最好。     

不同施肥模式对砂姜黑土团聚体特征及有机碳的影响

采集32年砂姜黑土长期定位试验不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、有机肥与化肥配施(MNPK)和高量氮肥下有机肥与化肥配施(HMNPK)处理耕层土壤,研究砂姜黑土区麦玉轮作系统中总有机碳、团聚体组成及不同粒径团聚体中有机碳含量对长期不同施肥模式的响应。结果表明,长期不同施肥方式显著影响土壤不同粒径团聚体分布及其有机碳含量。有机肥施用对表层土(0—10 cm)1—0. 5 mm、0.5—0.25 mm干筛团聚体和< 0.25 mm微团聚体含量的提高有促进作用。耕层土壤水稳性团聚体主要分布在1—0.5 mm、0.5—0.25 mm和<0.25 mm粒径中,施肥处理对各粒级水稳性团聚体含量没有显著影响。长期施肥显著提高了表层土1—0.5 mm和0.5—0.25 mm干筛中团聚体有机碳含量,HMNPK的增幅最高。施用有机肥对提高土壤水稳性团聚体有机碳含量有积极作用,尤其对1—0.5 mm、0.5—0.25 mm和<0.25 mm粒径水稳性团聚体有机碳含量的提高有显著影响,且均为M处理提高幅度最大。砂姜黑土区麦玉轮作条件下,长期有机肥施用可提高砂姜黑土土壤总有机碳含量、中团聚体数量以及有机碳含量,有利于改善土壤物理性状、提升地力。     

土壤团聚体有机碳研究进展

土壤有机碳是衡量土壤肥力的重要指标,对于促进土壤养分循环、增加养分有效性有重要作用。土壤团聚体是土壤的重要组成部分,是组成土壤结构的最小单元,受到自然因素和人为因素的影响,其形成转化过程与土壤固碳过程息息相关,因而研究团聚体和有机碳的关系及团聚体有机碳影响因素对于土壤结构的改善和土壤质量的提升具有重要意义。本文通过对文献的总结,明晰了土壤团聚体和有机碳的关系,阐述了土壤类型、施肥方式、土地利用和矿区复垦对土壤团聚体有机碳的影响,并从生物质炭的长期定位研究和复垦矿区的土壤修复两方面对土壤团聚体有机碳的研究进行展望,研究结果可为合理的农业生产提供科学依据。     

翻压春油菜对土壤团聚体及腐殖质结合形态的影响

为提高华北地区土壤有机质含量,改善有机质品质,合理开发利用绿肥资源提供理论依据和数据支撑。采用田间小区试验,通过沙维诺夫法分级和焦磷酸钠-氢氧化钠提取法对华北地区不同春油菜翻压下土壤结合形态腐殖质、土壤团聚体粒径分布及稳定性等进行了研究。结果表明,与春闲对照相比,翻压不同春油菜品种可提高土壤各结合形态腐殖质、大团聚体含量,提高土壤松紧比、松稳比,提高 5 mm粒径碳富集系数,提高团聚体对土壤有机质的贡献率。其中,土壤松结态腐殖质、稳结态腐殖质及紧结态腐殖质均以中油肥1901增加最多,比对照分别增加了138.61%,60.22%,67.44%;松紧比以中油肥1907提高最多,较对照提高43.94%;松稳比以中油肥1901提高最多,较对照提高49.43%。不同春油菜品种翻压后土壤大团聚体数量提高较多的是中油肥1901和中油肥1907,显著高于其他品种,5 mm粒径碳富集系数以中油肥1901增加最多,土壤有机质贡献率也是中油肥1901最大。     

长期施肥对晋东南矿区复垦土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响

为探究不同施肥方式下矿区复垦土壤团聚体稳定性及其有机碳分布特征,以晋东南黄土区采煤沉陷复垦区为研究对象,分析了连续8年施肥对复垦土壤团聚体数量、团聚体稳定性及团聚体中有机碳分布的影响。试验共设4个施肥处理:不施肥(CK)、化肥(NPK)、低量有机肥化肥配施(LOF)和高量有机肥化肥配施(HOF)。结果表明,施肥显著提高了 0. 25 mm的大团聚体数量,HOF处理显著提高了各粒级团聚体比例,其中对2～1 mm和0. 50～0. 25 mm团聚体影响最大。有机肥化肥配施均显著提高了团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),降低了土壤团聚体分形维数(D),提高了土壤团聚体的稳定性,HOF与LOF对土壤团聚体稳定性的影响差异不显著,NPK对复垦土壤的团聚体分形维数无显著影响。 0. 25 mm各粒径团聚体有机碳含量高于0. 25 mm的微团聚体,大团聚体富集较多的有机碳,HOF显著增加了2～1 mm和5～2 mm粒径团聚体对土壤总有机碳的贡献率。土壤有机碳含量(SOC)、大团聚体数量(R0. 25)、MWD、GMD与 0. 25 mm的各粒径团聚体含量均呈显著的正相关关系,SOC与R0. 25、MWD、GMD呈极显著正相关关系。在晋东南矿区复垦土壤上,高量有机肥化肥配施是提高土壤有机碳含量,增强土壤团聚体稳定性的有效施肥措施。     

连作年限对棉田土壤团聚体有机碳分布的影响

研究棉田土壤团聚体有机碳分布对不同连作年限的响应,为棉田土壤固碳提供理论依据。以连作5、12、17年(L₅、L₁₂、L₁₇)棉田土壤为研究对象,分析不同连续种植年限条件下,土壤团聚体分布及团聚体有机碳含量。结果表明,与种植1年对照CK处理相比,连作17年处理,0~20、20~40 cm土层>2 mm粒径团聚体百分含量较对照分别显著降低16.7%、13.2%(P<0.05);各土层,连作5年处理土壤有机碳含量最高,分别为11.8、10.6 g/kg,较对照显著提升16.2%、15.1%;土壤团聚体有机碳贡献率以>2 mm粒径最大,占50%以上,<0.053 mm粒径的碳贡献率最小。连作不利于土壤质量的保持,但短期连作对土壤有机碳的积累起正向作用。在本试验条件下,连作5年土壤有机碳含量最大,连作5年后有机碳含量逐渐降低。     

不同利用方式下棕壤及其各级微团聚体中微生物量碳、氮的变化

采用熏蒸-提取法研究了耕地、园地、林地三种利用方式下棕壤及其各级微团聚体中微生物量碳、氮的变化。研究结果表明：（1）不同利用方式下棕壤微生物量碳、氮的变化趋势均为<10μm微团聚体>原土>10~50μm微团聚体>50~250μm微团聚体,且经方差分析可知,除原土与10~50μm微团聚体中微生物量氮含量差异不显著外,均达到显著或极显著水平。不同利用方式之间微生物量碳、氮含量为林地>园地>耕地,土地利用方式对微生物量碳、氮含量有极显著的影响。（2）微生物量碳/有机碳、微生物量氮/全氮的比值表现为原土及<10μm、10~50μm微团聚体中均为林地最低,不同利用方式下土壤有机质输入的质的差别造成了这一结果。     

高CO2浓度对稻田CO2排放影响的初步分析

大气CO2浓度升高显著增加作物生物量,从而使进入土壤的有机碳增加,这势必会影响土壤碳的稳定和积累。此项研究主要通过高CO2浓度对作物生物量的直接影响,利用δ13C技术间接地初步分析土壤呼吸CO2排放不同来源贡献的差异。研究表明,在水稻生长季,高CO2浓度降低田间CO2的排放,但不显著;种有水稻,根系对土壤总的呼吸影响主要体现在成熟期之前,且有相互消长的现象。在种有水稻的情况下抽穗期之前分解新有机质为主;高CO2浓度促进土壤原有有机质的分解,在水稻生长的中后期分解更为明显,且高N水平对老有机质的分解有促进作用。鉴于此项研究中的不足之处,将会不断得到完善。     

东平湖湖滨带不同植被类型下春季土壤CO2通量研究

为了准确揭示湖滨带不同植被类型的土壤呼吸差异,并为湿地生态系统碳收支研究提供基础理论依据,采用LI-8100A开路式土壤碳通量测量系统,测定东平湖湖滨带3种典型植被类型（香蒲、芦苇、人工杨树林）的春季土壤CO2通量特征。结果表明：（1）3种植物群落中,人工杨树林的土壤有机质明显要高于其他2个原生湿地土壤;（2）3种植物群落的土壤CO2释放速率日变化趋势都均为单峰曲线;土壤碳通量速率最高值在12:00-14:00,最低值出现在6:00。以人为扰动过的土壤,即杨树林群落土壤呼吸速率最大,日平均值达到2.26 μmol/(m2?s);（3）土壤CO2释放速率与近地面大气温度的相关性要高于与土壤温度相关性。分析表明,同一气候区相同环境因子对不同植物群落土壤呼吸的影响作用不同,且因其自身具有明显的日变化,从而导致对土壤呼吸的调控作用也具有明显的日变化模式。     

内蒙古旱作农田土壤有机碳对免耕留茬的响应

为了明确免耕留茬对农田土壤退化程度的影响,于2013—2014年在内蒙古武川县上秃亥乡研究了燕麦高茬(GC)、低茬(DC)和传统(CT)3种耕作方式对燕麦田土壤含水量、土壤温度、土壤呼吸速率和土壤有机碳含量的影响。结果表明：GC和DC能够降低土壤温度,且随留茬高度的增加而降低,GC和DC较CT分别降低了8.00%和7.00%;GC和DC能够提高土壤含水量,GC最大,较CT提高了24.60%;GC和DC均能明显提高燕麦不同生育时期土壤呼吸速率,且GC土壤呼吸速率最高,达32.71%。GC土壤有机碳显著于CT。燕麦产量表现为GC>DC>CT,且GC和DC比CT显著提高了40.00%和25.00%。燕麦留茬可以提高土壤呼吸速率,增加土壤有机碳含量,具有显著的增产效应。     

3种土壤有机碳含量的研究

为了研究土壤呼吸作用产生的CO2量,分别在校花房地、南区野生大豆地和瓦房店人造湿地采集9种不同利用方式的土壤进行了有机碳含量的测定和分析。结果表明：校花房冬小麦地平均有机质含量最高,达到了11.34g/kg,南区野生大豆地有机质含量为8.97g/kg,瓦房店人造湿地有机质含量最低为8.33g/kg。经过方差分析,校花房冬小麦地有机质含量极显著高于南区野生大豆地和瓦房店人造湿地的有机质含量;南区野生大豆地的有机质含量也极显著地高于瓦房店人造湿地的有机质含量。校花房的两期播种冬小麦的土壤有机质含量差异不显著。南区不施盐碱土的有机质含量极显著地高于施盐碱土的土壤有机质含量。瓦房店人造湿地的自然状态和芦苇的有机质含量极显著地高于对照、野生大豆地和水稻地的有机质含量。     

氮肥用量对玉米不同生育期光合产物运往地下的影响

通过盆栽试验、静态箱气体采样和气相色谱分析技术测定土壤呼吸,研究了施氮150 mg N·kg^-1和300 mg N·kg^-1水平下,玉米喇叭口期、开花期和成熟期光合产物运往地下的分配。结果表明,玉米运往地下的碳占净同化碳的25%～39%,且随生长进程而降低;而积累于根的碳占6%～21%,高氮处理低于低氮处理,且随生长进程而降低;根际呼吸消耗的碳和转化为土壤有机质的碳分别占11%～14%和4%～8%。运往地下的同化碳中,根系碳、根际呼吸碳和转化为土壤有机质的碳分别占27%～53%、31%～53%和14%～22%;根系碳占运往地下碳的比例为低氮处理>高氮处理、喇叭口期>开花期>成熟期,而根际呼吸碳所占比例则为低氮处理<高氮处理、喇叭口期<开花期<成熟期。由此可见,早期玉米的同化产物运往地下的比例较高,且主要用于根系生长;后期的同化碳主要积累在地上部分,运往地下的主要用于根际呼吸;氮素不足时,促进玉米净同化碳和运往地下的同化碳向根系分配,而减少根际呼吸对后者的消耗,提高了后者的利用效率。总之,玉米通过促进根系的相对生长和提高运往地下碳的利用效率来适应低氮环境。     

The effects of soil organic matter content,rainfall duration and aggregate size on soil detachment

Soil detachment was measured using a factorial experiment involving five soils (with organic matter contents ranging from 1.23 to 5.64%), three rainfall durations (4, 12 and 20 mins) and two aggregate sizes (<2 mm and 2–5 mm). Detachment was described in terms of the direct effects and the first and second order interactions of these variables above.There were significant differences (P < 0.01) in the amount of soil detached between the study soils. The mean values of detachment generally declined with increasing soil organic matter content from 1.15 kg m⁻² in the G1 soil to 0.51 kg m⁻² in the G5 soil. For each soil, there were significant increases (P < 0.01) in detachment with increasing rainfall duration. Soil detachment was smaller for the larger aggregate size.The most significant interactions affecting soil detachment were between rainfall duration and aggregate size, organic matter content and aggregate size, and between organic content and rainfall duration in that order. These interactions were used to make inferences on the effect of organic matter on soil detachment.For each soil and aggregate size, power relationships were established to relate detachment to rainfall total kinetic energy and organic matter content.     

不同类型土壤团聚体稳定机制的研究

土壤团聚体是土壤生态系统中重要的组成部分,影响着土壤的物理、化学和生物学性质,它的稳定性是受粘结剂和分散剂共同作用的结果。本研究目的在于探讨粘结剂和分散剂对土壤团聚体稳定机制的影响。选取全国10种主要地带性土壤类型（黑土、红壤、黄棕壤、暗棕壤、紫色土、栗钙土、黄绵土、潮土、砖红壤、风沙土）为研究对象,采用湿筛法筛分土壤团聚体并测定分析。结果表明：在10种类型土壤团聚体分布中发现砖红壤>0.25 mm大团聚体含量最高,为86.77%;黑土次之,为76.13%;潮土大团聚体含量最少,仅为42.85%。>2 mm和0.5~1 mm含量对团聚体分布影响最大。各个土壤有机质中黑土有机质含量为46.06 g/kg,显著高于其他土壤,砖红壤次之;粒径<0.053 mm时各土壤有机质差异最显著,粒径>2 mm时与全土有机质趋势一致。栗钙土在10种土壤中交换性钠含量最高,为234.48 mg/kg,其次是潮土177.08 mg/kg。从整体看,有机质含量与土壤团聚体稳定性呈正相关(r=0.615),交换性钠与土壤团聚体呈负相关(r=-0.391),有机质与团聚体稳定性的显著相关性在粒径0.053~0.25 mm最明显。土壤团聚体的稳定由有机质与交换性钠共同作用,增加相同单位的有机质与交换性钠,有机质对团聚体的稳定效果是交换性钠分散效果的10倍。为更好的保护土壤,在农业生产中应施用含钠较低的有机肥,减少人类对土壤结构的破坏。     

农田生态系统中土壤有机碳与团聚体相互作用机制的研究进展

土壤有机碳和土壤结构是衡量土壤地力的重要指标,同时也是影响土壤稳定性和生产力的主要因素之一。土壤有机碳对团聚体的形成和稳定具有重要作用,而土壤团聚结构对土壤有机碳的累积与分解具有显著影响。本文回顾了有机碳影响团聚体形成稳定作用的模式模型;归纳了土壤团聚体对有机碳累积的保护作用机制。在总结土壤有机碳和土壤团聚体相互作用机制的基础上,探讨了农田管理措施对土壤有机碳和团聚体的影响,并概括了目前国际上相关研究的新技术。并在此基础上,提出了在该领域研究中存在的问题,以期为我国土壤地力的持续提升研究提供参考。