生物黑炭及其增汇减排与改良土壤意义

国际上对将农田废弃物制成生物黑炭施用于土壤作为农业增汇减排的一种关键途径的呼声越来越高。通过文献资料调研,介绍了生物黑炭的基本性质及其碳稳定性,对农田土壤的改良效应,并讨论其在农业增产和增汇（碳）中的作用。结果表明,作物秸秆无氧高温热解制备的生物炭具有高度的芳香化、物理的热稳定性和生物化学的抗分解性。施用于土壤大幅度提升土壤碳库,并因其结构性质有利于农田土壤固持养分,提高养分利用率,改善微生物生境,从而达到提高土壤质量而促进作物增产的双赢效果。     

长期不同施肥处理下有机质含量变化对土壤中多环芳烃降解的影响——以太湖地区黄泥土长期试验为例

采集太湖地区一个水稻土长期肥料试验定位监测田【化肥与秸秆配施（CFS）、化肥与猪粪配施（CFM）、单施化肥（CF）和不施肥（NF）】表层（0．15cm）土壤样品,用高效液相色谱测定了原土中16种多环芳烃（PAHs）含量和培养下外加芘的含量变化。结果显示,无论是PAHs的土壤本底含量还是培养下外加芘残留量,在不同施肥处理间均呈现显著差异;相对于单施化肥（CF）,化肥与有机肥配施下PAHs土壤降解能力显著提高。统计分析表明,增强的有机污染物降解能力与土壤有机质含量变化及其带来的微生物活性的变化有关。因此,长期实行有机无机配施有利于增强土壤的环境功能,促进生态系统健康。     

土壤碳循环研究及中国稻田土壤固碳研究的进展与问题

土壤碳循环是与全球气候变化密切相关的重要地球表层系统过程,是国际地学和生态学界近年来的热点领域。本文简要概述了国际土壤碳循环研究的进展和发展态势,着重讨论了中国稻田土壤固碳研究已获得的认识。提出碳循环研究越来越走向与生物学的结合,且越来越依赖于长期试验和观测。中国稻田土壤的固碳水平、潜力已有较丰富的认识和资料积累,在团聚体尺度上也开展了较多的固碳机理的研究,包括物理保护、化学结合、生物学的稳定等。无论是野外还是实验室的培养均表明稻田土壤碳矿化潜力较低,这与团聚体的物理保护有关外,还与稻田土壤中存在的碳的化学结合而稳定的机制有关;固碳与农田生态系统生产力和生态服务功能的耦合机制是当前稻田土壤固碳研究的中心内容,一些研究已经表明生物多样性可能是控制碳稳定和温室气体减排与生产力提高的关键因素。未来研究的重点是定量表征固碳中碳更新的关键环节,同时需要加强对作物-土壤微生物相互作用对碳输入、转化和固定的影响及机理的研究。中国稻田土壤固碳与农业发展意义值得进一步重视。     

应对气候变化对未来中国农业生产影响的问题和挑战

通过整合农业科学界从不同行业产业角度和不同的影响方面对气候变化可能带来农业生产影响的分析资料,梳理和辨析了气候变化对农业生产影响的途径和机理,提出了气候变化对中国国家尺度农业影响的发酵效应假设:气候变化因子间相互作用与交错叠加,产业的传递和反馈,可能带来不利效应的严重放大;未来气候变化下中国农业面临的基本问题将是:农业技术进步的迟滞性和农业生产能力的波动性,稳定农业生产水平和粮食供应能力将愈来愈困难。讨论和建议了应对气候变化的若干国家战略,这些战略应基于气候变化对中国农业生产的影响的敏感性行业和地区,气候变化的突出性趋势的认识。防患和应对极端性气象灾害事件将成为应对气候变化对农业影响的首要任务,需要加强研究和技术储备,同时迫切需要新的组织和运行机制全面开展气候变化对中国农业生产影响的试验和技术开发研究。     

气候变化对农田生态系统碳氮过程的影响及其对生产的启示

从农田生态系统过程角度综合分析了气候变化([CO_2]增加、温度升高)对土壤碳库、氮供给生物化学过程的综合影响和长期效应。总结指出,[CO_2]增加、温度升高对农田生态系统过程的影响具有明显的时间效应,短时间尺度上加快农田土壤养分周转,改变碳氮组分,长时间尺度上导致土壤养分有效性降低;[CO_2]增加、温度升高和养分管理对农田生态系统过程的影响具有显著的交互作用,土壤养分有效性制约着气候变化对农田生态系统生产力和碳汇功能的影响。因此,气候变化([CO_2]增加、温度升高)情景下对农业生产管理包括施肥运筹及秸秆还田策略等的启示在于:根据气候变化背景下土壤养分的周转规律有效管理农田土壤养分、保持农田土壤肥力,从而保障农业高产的可持续性以及农田碳汇的生态服务功能。     

秸秆生物黑炭农业应用的固碳减排计量方法学探讨

秸秆或生活垃圾热裂解转化生物黑炭的产业化技术已经成熟,生物黑炭固碳减排方法学是进行自主碳交易的必备技术依据。基于河南三利新能源有限公司生物黑炭的生产工艺,对秸秆燃烧(基线)和转化生物黑炭以及农业应用(项目)整个系统全生命周期的温室气体的排放量和碳汇清除量进行了评价。采用该方法学,对已经进行的秸秆生物质黑炭的生产和稻田施用的总效应初步估计为秸秆产生净碳汇249~398kgCO2-e·t-1。可以看出秸秆生物黑炭具有显著的固碳减排效果。     

连续种植超级稻对土壤有机碳及团聚体稳定性的影响

分别在长江中下游地区3处超级稻育种试验基地,选择多年连续种植超级稻和未种植超级稻的稻田,于水稻收获后采集表土未破坏土壤样品,采用低能量超声波分散法分离得到不同粒径的团聚体颗粒组,研究超级稻连续种植后有机碳含量变化及其有机碳在团聚体颗粒组中的分配,探讨连续种植超级稻对土壤有机碳和团聚体稳定性的影响。结果表明:连续种植超级稻后,水稻土表土有机碳含量均下降,降幅介于3%～14%;团聚体颗粒组组成以2000～200μm和200～20μm粒径为主,有机碳在2000～200μm和<2μm两个粒级中最高;连续种植超级稻后2000～200μm大团聚体颗粒组质量分数提高,土壤团聚体稳定性增强。连续种植超级稻后有机碳含量下降可能是土壤短期的一种响应机制,长期来看并不改变水稻土的固碳潜力。     

土壤养分相对较高与最大量下的最小因子效应

最小因子律至今仍是施肥的基本理论,但它是不同地块施同样数量有机肥产量不同得出的推论。为了探索土壤养分相对较高与最大量下,施用氮、磷、钾肥料的最小因子效应与配施效果,2003年以来,在小麦、玉米和谷子上进行了试验研究。结果表明,氮、磷、钾肥料的单施效应并不完全取决于土壤养分含量高低,很大程度上还与氮、磷、钾营养元素的施肥性质有关。氮、磷肥料在任何土壤养分条件下施用均具有显著增产效果,但在土壤有效钾含量较高的情况下钾与氮或磷配合施用会降低氮或磷的增产效果,而氮、磷配合施用的增产效果显著高于氮、磷单施,最小因子律在相对较高的土壤养分条件下是不成立的。最小因子理论的重要价值在于它隐含了土壤养分类型和施肥比例的概念,对施肥技术研究具有重要的理论意义和应用价值。     

气象因子对太湖地区旱作农田土壤水分动态的影响

【目的】研究太湖地区气象因子对旱作农田土壤水分的影响程度,厘定影响农田土壤水分的主要气象因子,为气候变化背景下农田水分管理提供科学依据。【方法】提取野外试验研究平台的旱作物生长季监测数据（逐日气象资料和土壤水分资料）,采用相关分析、逐步回归分析和通径分析等方法进行统计分析,计算直接通径系数和间接通径系数、决策系数。【结果】（1）供试实验基地农田土壤水分与日降水量、日蒸发量、日照时长、平均风速及日最大空气湿度等因子分布呈极显著正相关和负相关（相关系数分别为0.648、-0.566、-0.454、-0.331及0.371）,但与日最高气温不显著相关;（2）通径分析表明,气象因子对旱作农田土壤水分的直接影响大小顺序为：日降水量＞平均风速＞日照时长＞日蒸发量＞日平均空气湿度＞日最低气温>日最小空气湿度＞日最高气温＞日最大空气湿度＞日平均气温,但计算的决策系数表明,日降水量对土壤水分的综合决定能力最大;（3）通过逐步回归分析,得到了旱田土壤水分的气象因子多元回归模型：Y=10.174+0.386X4+1.095X7-0.509X8-0.766X9-0.345X10（R2=0.912,P<0.01）,达极显著水平。【结论】气象因子对太湖地区旱作农田土壤水分具有显著的控制作用,其中降雨量的影响最为主要。建立的多元回归模型可以用来预估气象因子变化下旱作农田土壤水分变化,但还需要更长时期监测的验证。     

土壤有机碳库与全球变化研究的若干前沿问题——兼开展中国水稻土有机碳固定研究的建议

缓解碳汇饱和的碳固定及其机制是寻找陆地生态系统碳管理可持续战略的主要科学问题。土壤有机碳是地球表层系统中最大且最具有活动性的生态系统碳库之一。近年来，国际学术界在探讨温带森林、湿地和极地生态系统与土壤碳汇效应的同时，越来越重视农业土壤有机碳库的变化及其对陆地生态系统和大气CO2的源汇效应，以及其在人类利用和管理与生态环境演变中的动态变化。西方国家已将固碳农业作为环境管理的导向。对土壤中有机碳固定作用的研究已应用颗粒分组^13C NMR或CPMAS－NMR技术，揭示土壤有机碳的微团聚体分布、腐殖质的转化和分子结构变化及其与土壤矿物质结合机制的微观水平。土壤有机碳在生态环境变化和全球变化下的稳定性是认识土壤碳库对于全球变化的长期效应的基本问题，成为土壤碳研究的热点。目前主要从土壤升温和空气CO2加倍两方面进行研究，但短期的实验结果用于讨论长期效应时仍存在不定性。中国大面积的水稻1980年以来显示出的有机碳库增加现象说明农业生产对大气CO2可能产生汇效应。但对于水稻土中有机碳的分布和结合状态与农业管理措施、水稻土质量变化、农业生态环境变化的关系仍不清楚。因而建议就这一问题从土壤物理学、化学和生物学的相互作用与土壤微团聚体中矿物质、有机质和生物质的相互结合关系的层面上进行多学科研究。