干旱区不同降雨模式对藻结皮覆被区土壤碳释放的影响

[目的]探究干旱区不同降雨模式对藻结皮覆被区土壤碳释放的影响,为精确估算干旱区生态系统土壤碳释放量提供科学依据。[方法]以乌兰布和沙漠为例,通过人工增雨和改变降雨频率来模拟全球气候变化,对藻结皮覆被区土壤碳释放量进行长期野外监测。[结果]降雨能够刺激藻结皮覆被区土壤呼吸速率迅速大幅度提升,并在1 h内达到峰值,12 h左右降至较低水平。但随着干湿交替次数的不断增大,土壤再湿润后所产生的呼吸脉冲逐渐减弱,最后1次降雨与第1次相比土壤呼吸峰值降低了40%～60%。在降雨后16 h累积碳释放量、总碳释放量都随着降雨量的增大而增大,但当降雨量增大到一定程度后,其对土壤碳释放量的促进作用不再明显。就单次降雨而言,低频率、大雨量的降雨事件所引起的碳释放量明显高于高频率、小雨量的降雨事件。但总降雨量一致的情况下,则是高频率的小降雨事件所释放的总碳量最高,其次为低频率的大降雨事件,正常降雨频率下最小。[结论]气候变化所引起的降雨量增加和降雨频率的变化将会增加藻结皮覆被区的碳排放量,在预测碳收支时,也应将藻结皮的碳排放量变化作为考虑因素之一。     

麻山药种植田沙壤土流动性离散元模型颗粒放尺效应

为简化麻山药-沙壤土复合体离散元模型,提高离散单元法在农业领域中的计算效率,以沙壤土为研究对象,在EDEM离散元软件中构建非球形颗粒,进行双目标参数标定试验,采用放大颗粒粒径方法,利用转鼓、坍塌与FT4流变仿真试验,从颗粒群动态堆积角、流动质量、流动速率以及能量等方面探究了颗粒放尺效应对颗粒群物理特性的影响。试验结果表明：干燥处理后的2 mm粒径沙壤土基质静态堆积角和动态堆积角平均值分别为32.16°和35.02°;与独立标定试验相比,双目标标定试验获得的仿真参数更具准确性与唯一性;在动态堆积角试验中,真实沙壤土颗粒在转鼓中所形成的动态堆积角随粒径和旋转速度的增大而减小,而在仿真试验中,转鼓转速相同情况下,非球形颗粒群在增大粒径的情况下所产生的动态休止角差异较小;坍塌试验中,不同粒径颗粒群在流动过程中的流动质量与平均流速变化趋势基本一致,但误差随粒径增大而增大;颗粒质量相同时,将粒径分别放大2倍及4倍,颗粒数量同比减少87.24%、98.92%,仿真时间明显缩短,计算效率显著提高;FT4流变试验表明,当放尺因子S为2时,阻力FV及其力矩T随时间变化的拟合曲线值约为原尺时的2倍,而当放尺因子S为4时,与原尺相比,拟合曲线斜率差异显著,相关性明显降低。研究结果可为构建沙壤土离散元放尺模型提供理论依据,同时也可为农业工程离散元放尺仿真计算提供一定参考。     

控释氮肥对玉米秸秆腐解及潮土有机碳组分的影响

施肥影响秸秆还田效果,研究不同形态氮肥对秸秆腐解及土壤有机碳组分的影响可为秸秆还田下氮肥合理施用提供科学依据。以10年小麦-玉米轮作定位施肥试验为基础,采用尼龙网袋田间填埋法,研究了控释掺混尿素和普通尿素不同用量(纯氮120,240,360 kg/hm~2)对潮土中玉米秸秆腐解及土壤有机碳组分的影响。结果表明:与普通尿素相比,控释掺混尿素具有促进秸秆腐解的趋势;在秸秆腐解后期,控释掺混尿素处理较普通尿素显著促进了秸秆氮、磷的释放,而不同氮肥处理对秸秆中钾素的释放影响并不显著。在秸秆腐解后期,相同施氮量条件下,常规施氮量和增施氮量的控释掺混尿素处理较普通尿素显著增加土壤水溶性和热水溶性有机碳含量。在增加土壤微生物量碳、氮含量方面,在秸秆腐解的某些阶段控释掺混尿素处理的促进作用显著高于普通尿素处理。综合来看,与普通尿素相比,控释掺混尿素在秸秆腐解和增加土壤有机碳组分方面具有较好的促进作用。     

有机物料添加对内蒙古河套灌区碱化土壤可溶性有机碳的影响

通过研究不同有机物料添加对内蒙古河套灌区碱化土壤可溶性有机碳含量变化的影响,寻找合理高效的增碳方式,降低碱化土壤有机碳损失。以内蒙古河套灌区轻度、中度盐碱土为对象进行田间试验,设置生物炭（BC）添加、羊粪（GM）添加,对照（CK）3个处理,对比和分析不同有机物料添加后土壤有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）、土壤理化性质的变化。结果表明：（1）与CK相比,轻度碱化土壤BC、GM处理土壤DOC含量分别增加3.28%,20.66%,SOC含量增加5.40%,10.30%,中度碱化土壤BC和GM处理下可溶性碳增加41.32%,74.10%,土壤SOC含量增加60.24%,79.16%;（2）轻度碱化土壤BC和GM处理土壤DOC含量与SOC含量呈负相关,中度碱化土壤BC和GM处理下呈正相关;（3）盐碱土壤SOC、DOC含量主要与土壤pH、电导率的变化有关;BC处理较GM处理相比土壤电导率低约1.93%~29.15%,而GM处理土壤pH、碱化度比BC处理低0.31%~1.53%,7.10%~24.63%。总体来看,有机物料添加后均能使土壤中SOC、DOC含量提高,不同程度地降低土壤碱化程度,且羊粪添加较生物炭略好,因此羊粪添加对河套灌区碱化土壤碳含量的提高比生物炭添加更有效,土壤改良效果更好,土壤理化性质改善更明显。     

水力侵蚀对砒砂岩区土壤有机碳空间变异性的影响

以侵蚀剧烈的砒砂岩区为研究对象,应用地统计学Kriging插值法准确描述水力侵蚀下土壤有机碳空间动态迁移过程来探究侵蚀与碳平衡的关系并为有效治理砒砂岩区坡面水土流失提供科学的参考。结果表明：（1）降雨前后各土层有机碳均随着土层增加而减少,表现为中等变异、空间自相关均为正相关且0—10 cm土层自相关性最大。降雨后0—20 cm土层有机碳含量减少而20—40 cm土层增加,且各土层变异程度均较雨前减弱。（2）降雨前后土壤有机碳分别与高斯模型,球状模型较为拟合,且变程值均随土层增加而增大。降雨前后0—10 cm土层表现均为强烈空间相关性且雨后结构比增大,而10—40 cm均为中等相关性雨后结构比减小。（3）降雨后空间异质性减弱斑块面积变大,总体表现为同一土层坡上侵蚀坡下沉积,而不同土层下0—20 cm土层表现为侵蚀,20—40 cm土层表现为沉积。（4）降雨前后土壤有机碳均与黏粒呈现较显著正相关,其中降雨前0—10 cm土层有机碳与黏粒为极显著正相关,降雨后各土层相关性增强均为极显著正相关。但降雨前后土壤有机碳与粉粒相关性均较小且不显著,与砂粒则基本表现为负相关。     

种植绿肥与稻秸协同还田对单季稻田土壤有机碳库和酶活性的影响

种植绿肥和秸秆还田是稻田土壤培肥的重要措施。研究江汉平原单季稻田冬闲期种植绿肥及稻秸不同利用模式对土壤有机碳库和土壤酶活性的影响,为合理利用秸秆和土地资源提供科学依据。该研究基于3 a田间定位试验,以稻秸不还田不种绿肥(CK1)和不施肥空白(CK0)为对照,分析了冬闲期稻秸全量覆盖单独还田(RSM)、稻秸原位焚烧还田(RSB)、单种绿肥(GM)以及稻秸全量覆盖与种植绿肥协同还田利用(RSM+GM)等处理模式下土壤有机碳各组分含量、碳库管理指数、酶活性的变化及其与水稻产量的关系。结果表明:与CK1和CK0相比,RSB处理3 a后显著降低了土壤稳态有机碳含量,对土壤总有机碳、活性有机碳含量以及碳库管理指数均无显著影响;而GM、RSM及RSM+GM处理3a后显著提高了土壤活性有机碳含量、碳库指数、碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数,尤其是RSM和RSM+GM处理还可显著提高土壤总有机碳含量,且多数指标均以RSM+GM处理增幅为最大,其次是RSM处理。与CK1相比,RSB处理3a后显著提高了过氧化氢酶和蔗糖酶活性,但对土壤脲酶活性无显著影响;而RSM、GM及RSM+GM处理模式3 a后均可显著增加土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性,其中RSM+GM处理模式在1 a后即可显著提高土壤脲酶活性,2 a后显著提高土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性,3 a后土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性增幅均是最大。相比于CK1,RSM和RSB处理模式3 a的稻谷增产效果均不显著,而GM和RSM+GM处理模式连续3 a显著提高了稻谷产量,增幅分别为6.88%～11.67%和6.00%～13.40%。相关性分析表明,土壤总有机碳、活性有机碳、碳库管理指数、土壤酶活性与水稻产量之间均呈极显著正相关关系。综上,在江汉平原单季稻作条件下,冬闲期稻秸全量覆盖还田或种植绿肥均可改善土壤肥力,增加作物产量,但前者更有助于土壤有机碳积累,后者更利于作物产量提升。为了兼顾秸秆资源利用、土壤质量改善和作物增产稳产,稻田冬闲期稻秸全量覆盖与种植绿肥协同还田利用模式是一种较好的选择。     

尕海湿地植被退化过程中土壤有机碳矿化特征

为了揭示植被退化对湿地土壤碳矿化过程的影响,以甘南尕海4种不同植被退化梯度的湿地(未退化(UD)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)及重度退化(HD))为研究对象,采用室内恒温培养和碱液吸收法研究不同土层土壤有机碳(SOC)矿化速率和累积矿化量,结合一级动力学方程,分析土壤半矿化分解时间(T1/2)、有机碳矿化潜势(C0)等参数对植被退化的响应。结果表明:(1)不同植被退化梯度湿地SOC矿化速率在培养期内呈现出基本一致的变化趋势,表现为,培养初期(0~4天)矿化速率快速下降,且数值较高,培养中后期缓慢下降(4~41天)并趋于平稳;各培养温度下,不同植被退化梯度湿地土壤在各土层有机碳矿化速率大小均为UD>LD>MD>HD。(2)在整个培养期间,各植被退化梯度湿地土壤有机碳矿化速率均随土层加深而降低,表层0-10 cm的矿化速率(1.14~16.23 mg/(g·d))均显著高于10-20 cm(1.05~2.85mg/(g·d))和20-40 cm土层(0.94~1.26 mg/(g·d))。(3)4种植被退化梯度湿地在不同温度下的土壤有机碳累积矿化量均值排序为5°C(34.54 mg/g)<15°C(46.67 mg/g)<25°C(58.28 mg/g)<35°C(86.46 mg/g)。(4)一级动力学方程的C0值随植被退化程度增加呈递减趋势,而C0/SOC随着温度的升高而降低。因此,植被退化能显著降低高寒湿地土壤有机碳矿化速率,而气候变暖能够显著增加湿地土壤有机碳矿化量。     

基于环境变量的中国土壤有机碳空间分布特征

研究中国土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布特征对SOC储量估算以及农业生产管理具有重要意义。以全国第二次土壤普查2473个土壤典型剖面的表层(A层)SOC含量为研究对象,探寻地形、气候和植被等环境因素对SOC空间异质性分布的影响;以普通克里格法为对照,利用地理加权回归、地理加权回归克里格、多元线性回归和回归克里格模型建立SOC空间预测模型;并分别绘制了中国SOC的空间分布预测图。结果表明:(1)SOC含量与年均降水量、年均温、归一化植被指数、高程以及地形粗糙指数呈极显著相关关系;(2)平均绝对估计误差、均方根误差、平均相对误差和皮尔逊相关系数等模型验证指标表明地理加权回归的预测精度优于其他模型,可以更好地绘制SOC在大尺度上的空间分布特征;(3)较高SOC含量主要分布在研究区东北部、西南部以及东南部,而西北部SOC含量普遍偏低。本文以期从大尺度上探讨土壤属性与环境变量之间的相关关系,为全国土壤属性的空间制图提供一定的解决方案和思路。     

AM真菌对桑树根围土壤团聚体的影响机制

为揭示丛枝菌根 (Arbuscular mycorrhizal,AM)真菌对植桑土壤的影响及机制,采用盆栽试验研究接种摩西管柄囊霉 (Funneliformis mosseae,Fm)和根内根生囊霉 (Rhizophagus intraradices,Ri)对土壤有机碳(Soil organic carbon, SOC)、球囊霉素相关土壤蛋白 (Glomalin related soil protein, GRSP)及团聚体组成与稳定性的影响。结果表明：⑴ 接种Ri显著增加土壤大团聚体百分比,并提高平均质量直径 (Mean weight diameter, MWD)和几何平均直径 (Geometric mean diameter, GMD)、显著降低团聚体破坏率 (Percentage of aggregate destruction, PAD)。⑵ 接种Fm和Ri均显著增加微团聚体SOC含量,接种Fm显著降低大团聚体总GRSP含量,而接种Ri却显著增加大团聚体和微团聚体总GRSP含量及易提取GRSP含量。⑶ 接种AM真菌对整体SOC的效应为负,土壤总GRSP对SOC占比在25.5%~76.5%之间,土壤易提取GRSP对SOC占比在4.87%~5.93%之间,且Ri的接种效应高于Fm。⑷ 总GRSP、易提取GRSP和SOC对团聚体组成表现均为正向显著影响,其中易提取GRSP是主要驱动因子,而总GRSP是土壤团聚体稳定性的主要影响因子。综上,AM真菌作用下桑树根围土壤团聚体得以改善并趋于稳定,Ri的接种效应明显大于Fm;土壤团聚体的形成主要依赖易提取GRSP,而其稳定性主要受总GRSP影响。     

煤矿复垦区不同有机物料的分解特征

  【目的】  研究不同有机物料在矿区复垦土壤中的分解速率及养分释放特征,为合理利用有机资源培肥矿区复垦土壤提供科学依据。  【方法】  在山西黄土丘陵区矿区复垦长期试验点进行大田填埋分解试验。采用尼龙网袋法,将供试的4种有机物料小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪烘干后过2 mm筛,均按等有机碳量 (8 g) 称取后装入尼龙网袋埋入试验地15 cm深。在填埋后的第12、23、55、218、280、365天采样,分析4种有机物料的干物质残留量和氮、磷、钾及半纤维素、纤维素、木质素含量,计算C/N值和木质素(Lignin)/N值。  【结果】  秸秆和粪肥在矿区复垦土壤中的分解速率均在第12天达到最大,然后迅速下降,分解第365天时,小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪的质量残留率依次为49.8%、55.1%、79.2%和54.0%,有机碳残留率依次为48.8%、53.4%、63.9%和51.8%。供试有机物料的养分释放率存在差异,在最初分解的第23天,玉米秸秆的氮、磷养分出现了明显富集,氮、磷养分残留率分别达到了131.0%和152.7%,小麦秸秆、牛粪和猪粪的氮素残留率依次为93.0%、81.3%和67.8%,磷素的残留率依次为92.5%、98.8%和84.3%,分解第365天时,小麦秸秆中养分释放速率大小表现为钾 > 磷 > 氮,其他3个物料中养分释放速率大小均表现为钾 > 氮 > 磷。从整个分解过程来看,玉米秸秆中氮素和磷素在矿区复垦土壤中表现出先富集再释放的模式,其他3个物料中氮素和磷素均表现为直接释放模式。采用地积温方程能较好地拟合有机物料的分解过程,由方程可知,秸秆和粪肥的分解速率常数 (K) 大小顺序为猪粪 > 小麦秸秆 > 玉米秸秆 > 牛粪。有机物料的分解速率与养分和木质素等成分的含量相关,全磷、半纤维素含量越高分解越快,木质素含量、C/N和Lignin/N越高分解越慢。  【结论】  秸秆和粪肥在山西矿区复垦土壤中的分解速率在填埋后第12天达到最大值,之后分解速率减缓。与秸秆相比,粪肥的有机碳残留率较高,氮、磷养分释放快,其中以牛粪的分解速率最慢,有机碳残留率最高,因此,牛粪可作为矿区复垦土壤培肥的首选有机物料。