基于扣除根系体积新方法的秦岭辛家山2种林分土壤有机碳密度特征

【目的】比较秦岭辛家山林场云杉和红桦天然林土壤有机碳密度的估算结果,检验新方法通过扣除根系体积而提高的估算精度。【方法】分别估算矿质土层(表土层、心土层和底土层)和有机土层(凋落物的未/半分解层和完全分解层)的有机碳密度。在现有方法的基础上通过扣除林木根系体积含量来提高矿质土层有机碳密度的估算精度。各层林木根系体积含量的估算方法为:首先,使用前人提出的回归方程估算出单株林木根系生物量,乘以林木生长密度得到单位面积林地的根系总生物量;其次,通过采集部分根系样品测定其生物量和体积,并计算出根系样本的密度以代表整体根系的密度;然后,通过单位面积林地的根系总生物量除以根系的密度计算出单位面积林地的根系总体积;最后,利用前人研究得出的根系沿深度的分布规律,将单位面积根系总体积分配到各土层,计算出根系体积含量。对有机土层有机碳密度的估算,使用林木平均地径估算林木根基部所占面积,将有机土层中含有的林木体积扣除。此外,由于有机土层的各组分分布极不均匀,本研究依据来源器官和物理形态对凋落物(有机土层)中的不同成分进行了细致的分组,分别测定各组分的有机碳密度。【结果】云杉林表土层、心土层和底土层的厚度分别为19.10、14.20和31.03 cm,红桦林则分别为18.57、15.13和28.13 cm;云杉林表土层、心土层和底土层的有机碳含量分别为(44.56±3.72)、(25.63±1.77)和(10.79±2.28)g ·kg^-1 ,红桦林的分别为(34.11±5.46)、(19.06±4.95)和(11.02±3.86)g·kg^-1;2种林分有机土层各组分有机碳含量差异显著(P<0.05),凋落物中枝条、根系、云杉球果和苔藓的有机碳含量均大于600 g·kg^-1 ,叶片次之,云杉林和红桦林分别为(458.90±46.81)和(420.72±55.66)g·kg^-1 ,其余难以分辨的细颗粒含量最低均小于300 g·kg^-1;在矿质土层,云杉林各层每公顷根系体积(及体积比例)分别为表土层66.81(3.5%)、心土层20.69(1.5%)以及底土层9.18(0.3%)m^3,红桦林则分别为50.57(2.7%)、31.75(2.1%)和17.22(0.6%)m^3;使用改进公式估算的云杉林矿质土层有机碳密度为16.58 kg ·m^-2 ,有机土层有机碳密度为4.26 kg ·m^-2 ,完全分解层和半分解层分别占84%和16%,矿质土层和有机土层有机碳密度分别较原方法降低2.13%和0.73%;使用改进公式估算的红桦林矿质土层有机碳密度为 14.06 kg ·m^-2 ,有机土层碳密度为3.49 kg ·m^-2 ,分解层和半分解层分别占90%和10%,矿质土层和有机土层有机碳密度分别较原方法降低1.61%和0.48%。【结论】去除根系体积含量后,云杉林与红桦林的土壤总有机碳密度估算值分别降低1.85%和1.39%,这意味着目前预测的林地土壤碳储量可能普遍偏高。     

生物炭对土壤肥料的作用及未来研究

为了促进中国生物炭的研究及农用,笔者回顾和综述了国内外有关生物炭的研究文献和发现,并提出了生物炭未来研究方向。总结如下：生物炭是生物质在无氧或微氧条件下低温热转化后的固体副产物,富含有机碳、多孔性、碱性、吸附能力强、多用途的材料。生物炭能够提高土壤有机碳含量,改善土壤保水、保肥性能,减少养分损失,有益于土壤微生物栖息和活动,特别是菌根真菌,是良好的土壤改良剂。在一些情况下,单施生物炭就能够促进作物生长或增产,但是生物炭与肥料混施、或复合后对作物生长及产量几乎都表现为正效应,这缘于肥料消除了生物炭养分低的缺陷,而生物炭赋予肥料养分缓释性能的互补和协同作用。生物炭延缓肥料在土壤中的养分释放,降低养分损失,提高肥料养分利用率,生物炭是肥料的增效载体。生物炭在土壤中极为稳定,可长期将碳固定于土壤,是固碳的潜力载体。利用废弃生物质生产生物炭,并将生物炭农用将是多赢的技术。但是,生物炭的研究仍存在许多问题,需要进行广泛深入的研究。因此,中国应加强生物炭的基础及应用研究,促进生物炭的生产及农用,推动21世纪农业的“黑色革命”。中图分类号：S143,S156     

生物炭对土壤酶活性和糜子产量的影响

为探讨生物炭对土壤主要酶活性和糜子产量的影响,采用糜子盆栽种植方式,分别在砂土、壤土和盐土三种土壤上设置了生物炭施用量为B0(0 t·hm-2)、B15(15 t·hm-2)、B30(30 t·hm-2)、B45(45 t·hm-2)和B60(60 t·hm-2)五个水平。结果表明:砂土、壤土和盐土这三种土壤分别对应生物炭用量为45 t·hm-2、45 t·hm-2和30 t·hm-2时土壤总体酶活性(Et)达到最高,并且盐土、砂土和壤土的总体酶活性指标最大值分别比相应对照B0增加16.59%、7.29%、4.07%,说明生物炭对盐土酶活性的影响显著高于砂土,砂土高于壤土;在砂土中施用生物炭后,对糜子有明显的增产效果,而壤土和盐土上增产效果不显著;生物炭的施用还促进了砂土中糜子生物量的积累,并且在壤土上糜子的生物量的积累高于盐土和砂土。总之,在土壤中施用生物炭,不仅可以促进糜子增产,增加土壤总体酶活性,还可以改良土壤生物学特性。     

化学改性提高木质素水溶性及其对Zn2+的络合能力

以生物炼制并通过酸沉淀获得的玉米芯工业碱木质素(L)为原料,经过酚化(PL)及酚化+羟甲基化(HPL)两种前处理,增加反应活性位点,再分别对前处理产物PL和HPL进行羧甲基化改性得到CMPL和CMHPL。以期通过化学改性增强木质素水溶性和对Zn~(2+)的络合能力,从而使改性木质素具有作为水溶性螯合微肥施用的价值,进一步运用红外、热重、荧光显微镜、元素、电位滴定分析方法对木质素和改性木质素的结构及化学性质进行了探究,结果表明:通过酚化和羟甲基化两步前处理再经羧甲基化改性可以显著提高木质素的水溶性和对Zn~(2+)的络合能力。     

秦岭山脉典型林分土壤酶活性与土壤养分关系的探讨

秦岭作为我国南北方气候的分界线,其上生长着许多独特林分,加之未受到人为活动扰动,故对其包括土壤酶及养分等在内的土壤效应研究具有重要参比性,且可为揭示不同林分的土壤效应及筛选最优林分奠定基础。选取秦岭不同海拔生长的五种典型林分(锐齿栎、油松、华山松、云杉及松栎混交)土壤,分析了7种土壤酶活性和养分变化特征,并探讨了二者间关系及林分的影响。结果表明:不同林分下土壤养分及酶活性变化差异较大,土壤性质强烈受到林分种类及海拔等生态环境条件的影响,其中云杉土壤的有机质、全氮、碱解氮、速效钾、缓效钾含量均较高,是秦岭山脉生长较好的树种之一;且土壤有机质、全氮、碱解氮等养分变化规律较一致;土壤碱性磷酸酶、荧光素二乙酸酯(FDA)水解酶及总体酶活性(TEI)与土壤养分呈显著或极显著正相关,表明林分和海拔对这三种酶的影响与养分是一致的;采用单独土壤酶活性与土壤酶和化学性质复合开展的主成分分析结果一致,获得的综合得分与上述三种酶类达显著或极显著正相关,揭示出它们在一定程度上可表征森林土壤的质量水平,且单一酶类中土壤碱性磷酸酶活性可更容易、简便地反映土壤肥力状况的变化。     

渭北苹果不同形态钾与水交互作用及品质效应研究

1997～ 1998年对渭北旱塬红富士苹果不同形态钾与水的交互作用、品质效应及耦合模型进行了研究。根据试验测定结果建立了红富士苹果产量、一级果占有率、>80 %果面红色果占有率、可溶性固形物浓度与KCl,K2 SO4 ,H2 O3因素之间的函数模型。通过主因素分析得出各因素对产量及品质的影响顺序为产量 (y1 ) :x3(H2 O) >x2 (K2 SO4 ) >x1 (KCl) ;一级果占有率 (y2 ) :x3(H2 O) >x2 (K2 SO4 ) >x1 (KCl) ;>80 %果面红色果占有率(y3) :x2 (K2 SO4 ) >x1 (KCl) >x3(H2 O) ;可溶性固形物浓度 (y4 ) :x2 (K2 SO4 ) >x1 (KCl) >x3(H2 O)。并对渭北旱塬红富士苹果不同形态钾与水交互作用及品质效应规律进行了综合研究     

一种新型保水缓释氮肥有关特征及性能

保水缓释肥料研究是水肥一体化研究的必然趋势。文章中作者研究了化学共聚合成反应制备的保水缓释氮肥的特征及性能。结果表明，保水缓释氮肥吸水倍率可达103g/g,含氮量达30％，酸碱度接近中性，是盐度指数极低的肥料。红外光谱分析显示，保水缓释氮肥的原料氮肥与保水材料之间通过氢键作用形成了共聚体，具有亲水基团，这是形成吸水保水的化学机制。吸水实验表明，保水缓释氮肥是一个吸水膨胀而不溶解的凝胶。电镜观察图显示，保水缓释氮肥是一个整体不均质而局部较均质的物质，其颗粒内部具有物理空间，在微观上具有网状网络结构，这是保水缓释氮肥形成吸水保水的物理结构。差示扫描量热分析和热重分析表明，保水缓释氮肥所吸持水分主要以有效性很高的自由水和束缚水存在，占到其总持水量的95％之多，而有效性差的结合水含量低于5％。养分缓释实验测定表明，保水缓释氮肥具有延缓氮素养分释放的功能，是一种新型保水缓释氮肥。     

施用生物炭后塿土土壤有机碳、氮及碳库管理指数的变化

通过2年4季的田间小区试验,研究了添加0~80 t·hm~(-2)果树枝条生物炭后,土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)、p H、土壤活性有机碳(AOC)、土壤中活性有机碳(MAOC)、土壤高活性有机碳(HAOC)、土壤水溶性有机碳(WSOC)、碳库管理指数(CPMI)的变化及各指标之间的相关性。结果表明:在第四季作物收获后,随生物炭施用量的增加,TOC增加59.80%~180.52%、TN增加13.22%~20.92%、p H增加0.76%~1.28%;HAOC和CPMI均在生物炭用量为60 t·hm~(-2)时达到最大,分别较对照增加70.36%和52.43%;AOC前两季在生物炭用量为40 t·hm~(-2)时达到最大,后两季在生物炭用量为60 t·hm~(-2)时达到最大,而整个试验期内各施炭处理分别比对照增加18.46%~73.42%;WSOC在前三季随生物炭用量的增加而降低,且各施炭处理分别比对照低8.00%~42.77%。相关性分析表明,除MAOC外,上述各指标均与生物炭用量呈显著相关关系(P0.05)。研究认为,施用生物炭能提高土壤总有机碳、全氮含量和土壤碳库管理指数,有利于改善土壤质量,提高土壤肥力,为农田土壤可持续利用和生物炭作为土壤改良剂的应用提供科学依据和参考价值。     

秦岭辛家山典型植被类型土壤活性有机碳分布特征

为探究秦岭辛家山林区不同植被类型土壤有机碳及活性组分分布特征,调查采集秦岭辛家山林区云杉林、灌木林、红桦林、锐齿栎林和落叶松林不同土层土壤样品,比较分析5种植被下土壤有机碳(SOC)、水溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)和易氧化碳(ROC)。结果表明,1)林区高海拔地区SOC显著高于低海拔地区,高海拔地区0~60cm各土层SOC灌木林云杉林红桦林,同处低海拔地区的落叶松林SOC大于锐齿栎林;2)土壤DOC和MBC总体表现出高海拔地区高于低海拔地区,云杉林MBC和灌木林ROC均高于相同土层的其他植被类型,高海拔区域各土层不同植被类型ROC表现为灌木林云杉林红桦林,低海拔区域各土层ROC表现为落叶松林锐齿栎林;3)各植被类型DOC/SOC均随土层深度的加深而增大,ROC/SOC均随土层深度的加深而减小,而MBC/SOC在土壤剖面上的规律因植被类型不同而异;4)SOC、DOC、MBC、ROC、全氮(TN)和土壤含水量之间均存在极显著正相关关系,土壤有机碳及其活性组分与容重和pH之间表现为极显著负相关性。研究表明辛家山林区高海拔地区SOC显著高于低海拔地区,处于高海拔地区的灌木林针叶林阔叶林,同一海拔梯度下针叶林SOC大于阔叶林,林区有机碳活性组分受海拔、植被、土壤含水量、容重和pH等多种因素的共同影响,能够较为灵敏的反映外界环境的改变和有机碳库的变化。     

黄土高原油松人工林地土壤养分及化学性质的时空效应

研究了黄土高原油松人工林土壤养分及化学性质的时空分布特征。结果表明,油松林地土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾含量及pH值随树龄增加无确定的变化规律;土壤全磷含量随树龄增加按幂函数衰减;土壤交换性钙含量和交换性盐基总量随树龄增加按Logstic模型变化;交换性镁含量随树龄增加按幂函数递增;油松林地土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾含量随土壤深度的增加按幂函数衰减,土壤全磷、交换性钙和交换性镁含量及交换性盐基总量随土壤深度增加无确定变化规律,但土壤pH值随深度增加按幂函数增加。与撂荒地相比,油松林地土壤有机质、全氮、速效氮、全磷、速效磷、交换性钙、交换性镁含量及交换性盐基总量分别增加了46.4%~317.9%,18.7%~234.5%,174.8%~290.3%,19.7%~53.3%,0.6%~54.7%,74.1%~102.6%,6.0%~47.1%和83.7%~114.2%,速效钾则出现了表面富集化现象。表明油松林能够有效改善土壤的养分状况。