Density separation of soil organic matter across three land uses in calcareous soils of Iran

ABSTRACT

The aim of this study was to examine the usefulness of physical and chemical fractionation in quantifying soil organic matter (SOM) in different stabilized fraction pools. Soil samples from three land use types in Lorestan province, Southwest Iran were examined to account for the amount of organic carbon and nitrogen in different SOM fractions. Size/density separation and chemical oxidation methods were applied to separate the SOM fractions including particulate organic matter (POM), Si + C (silt and clay), DOC (dissolved organic C), rSOM (oxidation-resistant organic carbon and nitrogen) and S + SA (sand and stable aggregates). The values obtained for TOC, TN, and HWC were highest in forest lands followed by the range and agricultural lands. Among the SOM fractions, S + SA showed the highest values (5.75, 5.77 and 20.6 g kg^?1 for agriculture, range and forest lands respectively) followed by POM, Si + C, rSOM, and DOC. The concentrations of C and N in the labile fractions obtained the higher values than in the stabilized fractions. Forest lands had the highest amounts of organic C and N among all fractions whereas agricultural lands showed highest values for inorganic C content of soils in different fractions.     

不同磷肥用量对水稻土有机碳矿化和细菌群落多样性的影响

以水稻田田间定位试验为研究对象,利用三维荧光光谱技术(3D EEMs)和454测序技术,采集4个施磷水平(0、30、60、90 kg hm-2a-1)土壤,测定其有机碳矿化、溶解有机碳(DOC)组成和结构特征及细菌群落结构和丰度的变化。结果显示:水田施磷增加了土壤速效磷(Olsen-P),从而提高了土壤DOC含量,加速了有机碳的矿化速率和累积矿化量。3D EEMs结果表明,施磷分别显著增加了荧光指数和鲜度指数值1%~10%和3%~21%,而降低了腐殖化指数,且与土壤生化性质(Olsen-P、DOC和β-葡萄糖苷酶)具有显著相关性。说明施磷通过提高Olsen-P,促进了微生物源DOC的生成,同时降低了DOC的芳香化程度、分子量及腐殖化程度,从而提高了DOC生物可降解性。同时,施磷提高了细菌群落的丰度和多样性,特别是磷诱导了多种具有碳降解功能细菌的增加,从而加速了复杂有机碳的降解和甲烷氧化。此外,主成分分析表明稻田磷素施用量在30~60 kg hm-2a-1时对土壤有机碳矿化及细菌群落多样性的提高作用最为明显。因此,适度施磷能显著提高涉碳降解微生物的活性,从而提高DOC的生物可降解性,加速有机碳的矿化速率,促进稻田土壤有机碳循环。     

覆膜抑制土壤呼吸提高旱作春玉米产量

为从农田碳通量角度揭示地膜覆盖种植方式的增产增效机理,于2011年在山西寿阳旱作农业野外试验站对覆膜和露地春玉米田,进行了表层土壤温湿度、土壤呼吸和净碳交换规律及作物生长发育规律的研究和分析。结果表明:与露地处理相比较,覆膜处理全生育期表层土壤含水率提高了18.7%,前期可平均提高表层土壤温度1.67℃。覆膜和露地处理土壤呼吸变化规律总体一致,但前者的温度敏感系数Q10比后者低,且中后期前者排放的碳仅为后者的61.7%,说明采用覆盖地膜种植方式有利于农田土壤碳管理。前期和中期覆膜处理绿叶面积指数比露地处理平均高0.81 m2/m2,后期覆膜处理衰老较快,收获时比露地处理低1.00 m2/m2;露地处理在前期和中期日均净碳通量平均比覆膜处理大0.04 mg/(m2·s),而后期仅小0.02 mg/(m2·s),这是造成2处理最终生物产量和经济产量差异的根本原因。在地上干物质积累和地下干物质积累方面,覆膜处理始终比露地处理高,收获时差值分别为269.7和38.6 g/m2。露地处理每公顷少收春玉米籽粒1 348 kg。由此可见,覆膜种植可提高表层土壤温湿度,促进作物生长发育,抑制土壤呼吸,促进碳积累,增加农民收入的同时更有利于土壤碳管理。     

秸秆生物反应堆与菌肥对温室番茄土壤微环境的影响

为研究秸秆生物反应堆、微生物菌肥及两者配套措施对土壤理化性质和微生物功能多样性,以及作物生长的长期影响,试验以传统种植方式为对照(CK,常规栽培),研究了菌肥(T1,微生物菌肥4 kg/667 m2)、内置式秸秆生物反应堆(T2,秸秆(4 t/667 m2)+发酵沟菌剂(8 kg/667 m2)+腐熟猪粪(600 kg/667 m2))及2种措施配套处理(T3,秸秆(4 t/667 m2)+发酵沟菌剂(8 kg/667 m2)+微生物菌肥(4 kg/667 m2)+腐熟猪粪(600 kg/667 m2))对土壤理化性质和微生物功能多样性的影响。结果表明:1)与CK相比,秸秆生物反应堆能够在一定时期内提高土壤含水率;而菌肥能够在一定时期内降低土壤含水率,秸秆生物反应堆能够显著降低土壤酸性和电导率(EC,electrical conductivity)值,缓冲土壤酸化和次生盐渍化;而单施菌肥对土壤酸碱性和EC值没有显著影响。2)秸秆生物反应堆(T2)增加了土壤中有机质的含量和土壤微生物量,降低土壤中速效磷、钾的含量;微生物菌肥(T1)降低了土壤中有机质含量和微生物量,而显著提升了土壤的速效磷、速效钾含量,两种措施配套处理效果则更明显。3)菌肥能够改善土壤微生物对多聚物、碳水化合物和氨基酸的利用效率,而秸秆生物反应堆能够促进土壤微生物对于一部分氨基酸、羧酸类、酚酸类和胺类物质的利用。而2种措施同时使用时,其促进和改善微生物碳代谢能力的作用则更加显著。4)各处理均能够在一定程度上增加各年度番茄产量。综合考虑,认为内置式秸秆生物反应堆和菌肥配套处理(T3)能够更好的改善和修复日光温室连作土壤,增加作物产量,是一种较为有效的农艺措施。     

成都典型区轮作与土壤特征类型对有机碳密度影响力比较研究

研究分析轮作制度与土壤特征类型对农田土壤有机碳密度变异的主导作用程度,对提高农田土壤固碳潜力具有重要意义。基于2010年在新都区和郫县采集的土壤样点数据,利用方差分析和逐步回归分析方法研究分析土壤特征类型(土壤质地、土壤亚类、成土母质)和轮作制度对成都平原典型区农田土壤有机碳密度(SOCD)变异的影响,比较土壤特征类型与轮作制度对土壤有机碳密度变异的影响力。结果显示:土壤特征类型和轮作制度均对SOCD的变异具有显著影响,特别是土壤质地类型,其中黏粒含量与各土层的SOCD之间均存在极显著正相关性(P0.01);与轮作制度影响力比较,土壤特征类型对SOCD变异性影响起主导作用,能够分别解释SOCD在0~40、0~20和20~40 cm土层变异性的35.9%、43.0%和16.8%;而轮作制度对SOCD变异性影响表现在0~40和0~20 cm土层,SOCD逐步回归解释能力在土壤特征类型基础上仅增加2.2%和4.5%,轮作制度影响力不足以改变土壤特征类型对区域土壤有机碳密度变异的影响地位。研究和揭示区域农田土壤有机碳密度变异及其驱动力,更应注重土壤特征的影响力,轮作制度影响力可以被忽略。     

长期施肥对红壤性水稻土团聚体稳定性及固碳特征的影响

施用有机肥是提高土壤有机碳(SOC)含量、促进土壤团聚体形成和改善土壤结构的重要措施。本研究旨在探讨长期作物残留和投入有机物料对水稻土团聚体分布及稳定性的影响,分析不同粒级团聚体的固碳特征及其与团聚体形成的相关性,以及土壤和不同粒级团聚体对累积碳投入的响应。长期定位施肥试验始于1986年,设不施肥(CK)、单施化肥(CF)、秸秆化肥混施(RS)、低量粪肥配施化肥(M1)和高量粪肥配施化肥(M2)5个处理。2009年采集0~10 cm土壤样品,测定总土以及大团聚体(LM,2 mm)、较大团聚体(SM,0.25~2 mm)、微团聚体(MA,0.25~0.053 mm)和黏粉粒(SC,0.053 mm)的质量比例及其SOC浓度,并分析闭蓄于SM内部的颗粒有机物(POM)、微团聚体(MA-SM)和黏粉粒(SC-SM)的质量含量和SOC浓度。结果表明,与CK和CF比较,有机肥混施化肥处理(RS、M1和M2)均显著提高了LM和SM的质量比例和平均当量直径(MWD),降低了SC质量含量;两个粪肥配施化肥处理(M1和M2)的效果优于秸秆化肥混施(RS),但是M1和M2间差异不显著;单施化肥则降低了稳定性团聚体的比例。团聚体的SOC浓度没有随粒级增大而增加,各处理均为LM和SM结合的SOC浓度最高,其次为SC,最小为MA。与CK比较,有机肥混施化肥处理均显著提高了各粒级团聚体的SOC浓度。总土SOC的增加主要取决于SM的SOC含量,而MA-SM组分决定了SM固持SOC的能力。总土、LM和SM的SOC含量以及从SM分离出的POM、MA-SM和SC-SM的SOC含量均与累积碳投入量呈显著正相关,但总土分离出的MA和SC的SOC含量对累积碳投入量反应不敏感,表现出碳饱和迹象。因此,尽管长期大量施用有机物料促进了红壤性水稻土大团聚体的形成和团聚体稳定性,增加了其SOC的固持,但有机质可能不是该土壤水稳性团聚体形成的最主要黏结剂。     

黑土区土壤侵蚀厚度对土地生产力的影响及其评价

为了研究黑土区土壤侵蚀厚度对土地生产力的影响,采用盆栽试验,人为剥离黑土表层0、5、10、15、20、25和30 cm土壤以模拟侵蚀厚度不同的耕层土壤,分析土壤侵蚀厚度对土壤理化性质、大豆生物性状和水分利用效率等指标的影响。并对TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)模型进行改进,用于评价侵蚀厚度不同的土壤的土地生产力。结果表明:土壤全N、碱解N、全P、速效P、有机质含量和土壤田间持水率均随侵蚀厚度的增加而递减,土壤容重随侵蚀厚度的增加而递增。土壤侵蚀厚度对大豆生长有显著影响,随着侵蚀厚度的增加,大豆减产率呈"S型"曲线递增,产量、耗水量呈"Z型"曲线递减,水分利用效率呈指数曲线关系递减。改进的TOPSIS模型对不同侵蚀厚度下土地生产力的评价结果较为理想,计算的土地生产力指数随土壤侵蚀厚度的变化呈"Z型"曲线,与大豆产量的变化趋势相同,且二者呈指数函数关系,决定系数达0.996,均方根误差为0.65。研究结果可为黑土区土壤侵蚀防治提供理论依据。     

不同施肥措施对滨海盐渍土有机碳含量的影响

通过在滨海典型盐渍区开展的田间试验,研究不同施肥措施对土壤有机碳以及土壤EC、p H、体积质量、全氮含量的影响。结果表明,与对照相比,不同施肥措施均能显著提高0~30 cm土层土壤的有机碳含量及密度。农家肥、商品有机肥和无机肥的施用均能显著增加作物生物量和产量,并能明显改善盐渍化农田的理化特性,具体表现在能明显降低表层土壤的p H和体积质量,提高土壤全氮含量,但农家肥和商品有机肥的施用使表层土壤的EC值有所升高。经过相关性分析表明,土壤有机碳含量与土壤EC、全氮、C/N比和作物生物量呈极显著正相关关系,与p H、体积质量呈极显著负相关。     

黄土高原丘陵区退耕还林地土壤碳氮库的动态变化(英文)

为了揭示坡耕地退化土壤植被恢复后土壤中碳(C)、氮(N)运移规律,采用植被次生演替空间序列代替时间序列的方法,研究了黄土丘陵沟壑区纸坊沟流域不同植被恢复模式下的C、N库及其相互关系在土壤剖面的时空变化。结果表明退化农地的造林显著地促进了CO2的固存,恢复了土壤N的可获得性,进而降低了N不足对可持续的CO2固存的限制。植被恢复显著地促进了0~60 cm土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)和总氮(total nitrogen,TN)的积累,而只有在高于一定的恢复时间阈值(如26 a)下,促进了SOC库和TN库间的线性相关性。在土壤剖面上,SOC和TN库、SOC/TN库比以及SOC-TN间的线性相关性均随着土壤深度的增加而降低。与自然恢复相比,人工林在短期内具有CO2固存的优势,但由于随着恢复时间的增加,SOC增幅越来越大于TN增幅的事实,表明造林对碳固存的可持续性需在一个较长的时段下来评估,尤其需要关注20 cm以下层土壤。研究结果为黄土高原的生态修复和减缓温室效应提供了理论依据。     

新型生物炭基氮肥对土壤一冬小麦系统氮素累积及相关生物活性的影响

通过田间试验,研究了掺混型、吸附型和反应型3种新型生物炭基硝酸铵氮肥在冬小麦生长过程中对土壤氮素累积及冬小麦对氮素的利用状况和相关生物活性的影响。试验处理包括CK（不施氮肥,不施生物炭）、硝酸铵氮肥、生物炭、掺混型生物炭基氮肥、吸附型及反应型生物炭基氮肥。研究结果表明：不同工艺制备的生物炭基氮肥对土壤铵态氮的累积具有显著影响,吸附型和反应型处理在冬小麦生长季铵态氮平均值大于对照（CK）,对于总氮、硝态氮和亚硝态氮累积量的影响不显著。除了生物炭单施处理外,其他处理均比CK显著提高冬小麦地上部的总氮累积量,但对冬小麦的氮素利用状况无显著影响,且三种炭基氮肥处理问无显著差异;施用不同类型生物炭基氮肥对土壤微生物量氮含量和硝酸还原酶活性具有提高作用,而对微生物量碳含量、亚硝酸还原酶和脲酶活性无显著影响。