改良剂施用对矿区复垦土壤水稳性团聚体及有机碳组分的影响

  目的  探究施用不同种类和数量改良剂对矿区复垦土壤水稳性团聚体和有机碳的影响。  方法  在山西省古交市屯兰煤矿复垦6年的地块上设置随机区组试验,在0 ~ 20 cm土层按土壤重量的1%、3%、5%分别施用腐殖酸和泥炭两种改良剂,于施用后1年和2年时两次取样测定0 ~ 20 cm土壤团聚体组成、有机碳含量及其组分,对不同种类和数量改良剂的改良效果进行评价。  结果  施用腐殖酸、泥炭后1年时各处理土壤 > 2 mm水稳性团聚体质量分数均高于对照,增幅为1.53% ~ 62.27%,且土壤水稳性团聚体均以大团聚体（> 0.25 mm）为主;施用改良剂后2年时各处理土壤水稳性大团聚体含量降低,降幅为1.73% ~ 11.35%,土壤团聚体以 < 0.053 mm粒级的团聚体为主。施用改良剂后腐殖酸处理的土壤有机碳储量、固碳量和固碳速率呈先增加后减少的趋势,泥炭处理随泥炭施用量的增加而增加。施用改良剂后土壤 > 2 mm粒级团聚体质量分数与土壤有机碳储量呈显著正相关。施用改良剂能增加复垦土壤矿物结合态有机碳含量,且施用腐殖酸处理的含量高于泥炭处理。施用改良剂后2年时与1年相比,复垦土壤颗粒态有机碳含量呈增长的趋势,土壤铁铝键结合态有机碳含量则呈降低趋势。施用腐殖酸、泥炭可增加复垦土壤羧酸、醇类等官能团含量,显著增加土壤中多糖物质的含量。  结论  在矿区复垦土壤上施用腐殖酸、泥炭可显著增加土壤大团聚体数量,提高土壤有机碳、矿物结合态有机碳和颗粒态有机碳含量及土壤固碳量;随腐殖酸、泥炭施用量增加,土壤固碳速率增加、固碳效率减小;复垦区土壤改良需逐年施用腐殖酸、泥炭等改良剂,才能获得稳定的改良效果。     

水稻秸秆添加对不同种稻年限黑土CH4排放特征的影响

  目的  评估水稻秸秆添加对东北地区不同种稻年限黑土CH₄的排放的影响,以期为黑土水稻田秸秆还田提供理论依据。  方法  不同种稻年限（0、12、35、62和85 a）黑土,分别设不添加（CK）和添加1%水稻秸秆（S）处理,进行淹水培养试验（培养温度为20 ℃,淹水层为1 cm）,测定土壤CH₄排放通量及累积排放量,比较不同种稻年限土壤对水稻秸秆添加响应的差异。  结果  在淹水培养期间（150 d）,添加水稻秸秆处理各种稻年限土壤CH₄排放通量（0.00 ~ 3.33 mg kg?1 d?1）显著（P > 0.05）高于未添加秸秆处理（0.00 ~ 0.13 mg kg?1 d?1）,未添加和添加水稻秸秆处理土壤CH₄排放主要集中于淹水培养的前80 d和60 d。未添加水稻秸秆处理土壤CH₄累积排放量为0.04 ~ 4.45 mg kg?1,不同年限稻田土壤CH₄累积排放量差异不显著（P > 0.05）。添加水稻秸秆处理土壤CH₄累积排放量为29.64 ~ 91.08 mg kg?1,显著高于未添加水稻秸秆处理（P < 0.05）,且12 a和35 a土壤CH₄累积排放量显著高于0 a、62 a和85 a（P < 0.05）。未添加和添加水稻秸秆处理土壤CH₄累积排放量与土壤有机碳、可溶性有机碳氮和铵态氮含量呈显著正相关（P < 0.01）。添加水稻秸秆处理土壤CH₄累积排放量还与土壤β-葡萄糖苷酶活性呈显著负相关（P < 0.05）,土壤CH₄累积排放量增量也与土壤有机碳含量也呈显著线性正相关（P < 0.01）。水稻秸秆添加后土壤可溶性有机氮含量是影响土壤CH₄排放的直接因素,土壤可溶性有机碳和铵态氮含量及β-葡萄糖苷酶活性是影响土壤CH₄排放的间接因素。  结论  水稻秸秆添加显著促进了黑土不同种稻年限土壤CH₄排放,种稻年限越长,水稻秸秆添加后土壤CH₄排放量越少。本试验条件下,黑土种稻年限大于35年时,水稻秸秆还田带来的土壤CH₄排放量相对较小。     

秸秆全量还田下沼液替代化肥对潮土团聚体及结合有机碳的影响

  目的  通过探究黄淮海平原秸秆全量还田条件下长期沼液替代化肥对潮土水稳性团聚体及结合有机碳影响,以期为改善土壤结构,增加土壤有机碳积累及推动种养结合循环农业发展提供科技支撑。  方法  采集长期持续进行不同沼液替代化肥处理（不施肥对照,CK;单一施用沼液,BS;单一施用化肥,CF;以及沼液半量替代化肥,BSCF）的表层（0 ~ 20 cm）土壤,利用湿筛法分离水稳性团聚体并测定不同粒径团聚结合有机碳分布变化情况。  结果  相较于对照,各施肥处理均能显著增加了外源有机碳投入,增加水稳性大团聚体质量组成比例,提高团聚体稳定性,其中沼液半量替代化肥处理 > 0.25 mm粒径水稳性团聚体质量组成比例提升效果最为明显,平均重量直径和几何平均直径最高,而团聚体破碎率和分形维数最低。不同处理团聚体结合有机碳含量随粒径增加表现出先升高后降低的趋势,其中以0.25 ~ 2 mm粒径最高。同时各施肥处理均增加各粒径团聚体结合有机碳含量,显著提高 > 0.25 mm粒径大团聚体结合有机碳贡献率,降低 < 0.053 mm粒径粘粉粒结合有机碳的贡献率。  结论  在黄淮海平原秸秆全量还田条件下通过沼液半量替代化肥不仅有利于水稳性大团聚体的形成和团聚体稳定性的提高,达到改善土壤结构的目的,而且能够调控各粒径团聚体结合有机碳贡献率,达到平衡土壤有机碳的维持和养分的释放目的。     

高寒农田土壤有机碳和全氮密度垂直分布特征及其与海拔的关系

  目的  为探讨高寒地区农田生态系统有机碳和全氮积累状况及差异特征。  方法  在祁连山中段南坡选取样点分层采集土壤样品,进行室内测定其有机碳、全氮含量及其密度垂直分布特征沿海拔的空间分布规律。  结果  研究区0 ~ 50 cm土层土壤有机碳密度在海拔2800 m处达到最大值10.18 kg m?2;全氮密度在海拔3000 m处达到最大值1.86 kg m?2,土壤有机碳密度随海拔的升高呈“U”型曲线变化,全氮密度随海拔的升高呈单峰曲线变化。 0 ~ 50 cm土层剖面上,土壤有机碳密度及全氮密度在海拔 ≤ 3000 m处随土层深度的增加而降低,在海拔3100 m处随土层深度的增加而增加。海拔高度与全氮含量、全氮密度存在显著正相关关系（P < 0.01）;土层深度与有机碳含量存在显著负相关关系,与有机碳密度和全氮密度存在极显著正相关关系（P < 0.01）。  结论  海拔和土层是影响祁连山南坡农田土壤有机碳和全氮分布的关键因子。     

基于InVEST模型的祁连山国家公园碳储量时空分布研究

[目的] 研究祁连山国家公园碳储量及其时空分布,分析土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响,为提升国家公园生态价值、调整生态工程及土地管理政策提供科学依据。[方法] 结合土地利用变化动态指数和土地转移矩阵分析国家公园生态破坏和生态恢复前后的土地利用变化,然后基于InVEST模型Carbon模块,以土地利用遥感影像和碳密度为模型运行数据,计算土地利用变化导致的碳储量变化。[结果] ①祁连山国家公园1980,1990,2000,2010,2018年的碳储量分别为9.07×10⁸,9.07×10⁸,9.07×10⁸,9.16×10⁸,9.17×10⁸ t,呈现“先减后增”的趋势,累计增加9.86×10⁶ t。②碳储量空间分布与土地利用类型有一定联系。碳储量较高的地区主要集中在公园东段和中段东侧,以林地为主;碳储量较低的地区主要集中公园西段和中段西侧,以未利用地为主。③1980—2018年生态正向演变下的土地利用变化（耕地、草地和未利用地转为林地,耕地和未利用地转为草地,未利用地转为水域）是国家公园碳储量增加的主要原因。[结论] 巩固实施生态工程,着重保护草地资源、调整土地管理政策等方式能够有效促进生态系统正向演变,优化土地利用结构,有利于祁连山国家公园陆地生态碳储量的增加。     

高能碳离子束辐射对玉米当代的生物学效应

为了研究高能碳离子诱变对玉米的影响,本研究利用高能碳离子处理昌7-2和PH6WC两个玉米自交系,分析当代植株的出苗率、株高、穗位高等表型,测定收获后的籽粒性状。结果表明,经高能碳离子辐射后,两个玉米自交系的出苗率显著降低,且在高剂量辐射下两个玉米自交系在2019年均有降低。植株表型分析结果发现,在2019年,昌7-2和PH6WC在40~100 Gy辐射下株高显著下降;在2020年,PH6WC在150 Gy辐射下穗位高显著下降;在2019年,昌7-2在60~100 Gy辐射下穗位高显著下降;在2019年,昌7-2在80~100 Gy辐射下叶夹角增大;在2019年,昌7-2在40、100 Gy辐射下叶长显著降低,PH6WC在100 Gy辐射下叶长和叶宽显著下降;在2019年,昌7-2在80 Gy辐射下叶宽显著增加,在20 Gy辐射下雄穗分枝显著增加,而100 Gy辐射下雄穗分枝显著降低。在籽粒性状中,高剂量(60~100 Gy)辐射下的粒厚显著增加,粒长降低但百粒重有所增加,昌7-2比PH6WC更为明显。由上述结果可知,不同玉米种质的不同性状对高能碳离子的诱变处理效应存在差异,40~60 Gy是昌7-2较为适宜的诱变剂量,而PH6WC较为适宜的剂量为60~80 Gy。本研究结果可为玉米种子的高能碳离子诱变剂量筛选提供一定的理论依据。     

样本预处理方式对罗氏沼虾碳和氮稳定同位素比值检测的影响

为研究样本预处理方式对罗氏沼虾碳和氮稳定同位素比值检测的影响,分别选用3种保存温度(常温23℃/15 d、冷藏2℃/90 d、冷冻-18℃/360 d)、2种取样方式(虾仁取样、整虾取样),以新鲜沼虾样本为对照组,对比不同样本预处理方式对罗氏沼虾碳稳定同位素比值(δ¹³C)、氮稳定同位素比值(δ¹⁵N)、碳氮比(C/N)的影响。结果表明,不同保存温度和不同取样方式对罗氏沼虾δ¹³C、δ¹⁵N、C/N的影响明显。与对照组相比,常温保存条件下的δ¹⁵N偏移量最大(1.31‰~13.16‰,平均值为6.02‰),冷冻保存条件下的δ¹³C偏移量最大(2.34‰~2.84‰,平均值为2.57‰),室温保存条件下的C/N显著增加(P<0.05),冷藏和冷冻保存条件下的C/N显著减少(P<0.05)。不同取样方式对罗氏沼虾δ¹⁵N、δ¹³C的影响还取决于保存温度,在冷冻保存条件下,整虾取样的δ¹⁵N、δ¹³C显著高于虾仁取样,而在常温保存条件下,整虾取样的δ¹⁵N偏移量显著低于虾仁取样。因此,常温(23℃)和冷藏(2℃)条件不适合保存罗氏沼虾、冷冻(-18℃)保存罗氏沼虾的时间不宜超过60 d,建议新鲜沼虾采集后应立即干燥并开展碳和氮稳定同位素检测。本研究结果为水产品碳和氮稳定同位素比值检测的样本预处理方式提供了参考。     

添加秸秆对水稻产量和土壤碳氮及微生物群落的影响

为探究添加秸秆对黄筋泥田水稻产量和土壤碳、氮含量和微生物学特性的影响,设计了5个处理,即不添加秸秆和生物炭（CK）、添加秸秆（ST）、添加秸秆和腐熟剂1号（SB1）、添加秸秆和腐熟剂2号（SB2）和添加秸秆生物炭（SC）的水稻盆栽试验,分析水稻产量和土壤全碳、全氮、腐殖质含量和磷脂脂肪酸含量。结果表明：与CK相比,ST、SB1、SB2和SC均能提高水稻产量（P<0.05）,其中SB2增产55.73%;ST、SB1、SB2和SC也提高土壤全碳、全氮、腐殖质含量、细菌磷脂脂肪酸含量、真菌磷脂脂肪酸含量和总磷脂脂肪酸含量（P<0.05）,其中SC土壤全碳提高31.36%,SB2土壤全氮提高40%,SB1腐殖质含量增加50.01%,而SB1和SB2的细菌磷脂脂肪酸含量、真菌磷脂脂肪酸含量和总磷脂脂肪酸含量增加86.49%～401.59%。因此,添加秸秆可以增加水稻产量,提高土壤全碳、全氮和腐殖质的含量,改善土壤微生物群落结构。     

西藏“一江两河”流域生态系统服务变化及权衡与协同关系研究

为使环境资源得到高效配置,明晰生态系统服务间权衡关系是重要前提。以一江两河流域为对象,基于InVEST模型对该区1990—2018年的土壤保持、水源涵养和固碳服务进行动态评估,并采用相关分析法探讨了流域、县域尺度下各服务间的权衡关系。结果表明:(1)1990—2018年,土壤保持量和碳储量呈波动增加趋势,产水量呈减少趋势。单位面积土壤保持量、产水量和碳储量的高值区均分布在流域东部的拉萨河河谷地区。(2)流域尺度下,2010年水源涵养服务与固碳服务间表现出权衡关系,其余年份各服务间均呈现出协同关系; 县域尺度下,各服务间关系也多为协同关系,但具有较强的空间异质性。(3)热点制图显示,1990—2018年1类区占比最大且呈增加趋势,主要地类为低植被覆盖草地; 0类和2类区占比增加,主要地类分别为沙地和高植被覆盖草地; 3类区占比有所减少,主要地类为高植被覆盖草地和灌木林。由此可得,研究区3种生态系统服务具有较强的时空异质性,各服务间以协同关系为主,且随时空变化而发生着强弱变化。     

黄泛沙地不同林龄杨树人工林土壤团聚体及有机碳特征

为明确黄泛沙地不同林龄杨树人工林对土壤团聚体及有机碳的影响,以山东省国有东明林场3 a,5 a,8 a,10 a生杨树人工林土壤为研究对象,采用野外取样、室内试验与湿筛法分析了土壤团聚体组成与稳定性,并分析土壤有机碳含量与储量的变化特征。结果表明:(1)不同林龄杨树人工林团聚体分布均以大团聚体(>0.25 mm)为主,在表层土层(0—20 cm)中,随林龄的增加,大团聚体含量呈先显著降低后增加再略减的趋势; 而在20—40 cm土层中,土壤大团聚体含量为5 a>8 a>3 a>10 a; 在40—60 cm土层无显著差异;(2)在0—20 cm土层中,有机碳含量表现为3 a>5 a>10 a>8 a; 在20—60 cm土层,呈先增后减的趋势,且无显著差异。土壤稳定性与团聚体的形成和有机碳密切相关,有机碳含量与GMD值呈极显著正相关关系;(3)不同林龄杨树人工林有机碳储量均呈现一定程度表聚性,在0—20 cm各林龄碳储量占总碳储量的59.17%～74.26%。在3 a到5 a阶段由于土壤淋溶作用,可能导致有机碳储量发生转移,从表层土层(0—20 cm)向底层土层(20—60 cm)转移,而在8 a到10 a阶段,有机碳储量从底层土层向表层土层发生转移。研究结果为揭示黄泛沙地杨树人工林土壤团聚结构形成与有机碳提升提供了参考。